DE3518497A1 - Fluessigkeitsgekuehlter kolben - Google Patents

Description

• Flüss igkeitsgekühlter Kolben
• Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Kolben entsprechend dem Oberbegriff ues Anspruchs 1.
• Bei einem bekannten Kolben dieser Art (DE-AS 1002172) ist die Kolbenmulde zentrisch im Kolbenboden angeordnet und verhaltiiismäßig flach, sodaß der ringförmige Kühlraum proble..los unterhalb der Kolbenrniilde angeordnet werden kann. Bei modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftaaschinen r.it irekteinpr itzung, ist es jedoch oftmals erforderlich, eine tiefe und exzentrisch zur Längsmittelachse des Kolbens angeordnete Kolbenmulde vorzusehen, die bis Bei in den Bereich der Kolbenringnuten reicht. In diesem Fall wird durch den bekannten konzentrischen Kühlraum die Wandstärke zwischen Kolbenmulde und KiChlraum verringert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flüssigkeitsgeküiilten Kolben, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaff, bei dem auch eine tiete exzentrische KolbenmLlde ohne Beeinträchtigung der Festigkeit des Kolbens untergebracht werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgeaaß dadurch gelöst, daß die äußere Umfangsfläche des Hohlraumes konzentrisch und die innere Umfangsfläche exzentrisch zur Längsmittelachse des Kolbens verläuft.
• Die Breite des ringförmigen Kühlraumes verringert sich also von der Stelle der größten Breite in beiden Richtungen kontinuierlich zu der dieser Stelle diametral gegenüberliegenden Stelle kleinster Breite.
• Durch die exzentrische Lage der inneren Umfangsfläche des Kühlraus ist nun die Möglichkeit geschaffen, im Kolbenboden eine exzentrische Kolbenmiilde dem engsten Bereich des Kühlraums benachbart anzuordnen, ohne daß die Wand zwischen Kolbenmulde und Kühlraum die zulässige Dicke unterschreitet. Die innere und die äußere uS angswand der Ringnut, die den Verschlußring aufnimmt, verlaufen jedoch trotzdem in an sich bekannter Weise konzentrisch zueinander,um einen Verschlußring mit gleichbleibender Breite verwenden zu können, der beispielweise durch Elektronenstrahlschweißen entlang seines inneren und äußeren Umfanges mit dem Kolben verbunden wird.
• Durch die exzentrische Lage der Kolbenmulde wird der Bereich des Kolbens zu dem hin die Kolbenmulde aus der Längsmittelachse des Kolbens versetzt ist, besonders stark erwärmt. Um ein intensivere Kühlung dieses Kolben bereiches zu erreichen, ist es zweckmäßig, den ringförmigen Kühlraum nicht mit gleichbleibender Tiefe auszubilden, sondern derart, daß seine Tiefe in dem Bereich, in dem der Kühlraum seine geringste Breite hat, am größten ist. Dadurch wird die Kühlflüssigkeit durch die Aufwrtrtsbewegung des Kolbens zusätzlich zu der engsten Stelle des Kühlraums hin verdrängt, sodaß eine intensive Kühlung dieses thermisch am höchsten beanspruchten Bereiches des Kolbens erreicht wird. Durch die größere Tiefe des Kühlraumes wird die Querschnittsfläche im schmalsten Bereich vergrößert, sodaß eine übermäßige Drosselung des KEhlflüssiqkeitsstromes vermieden wird. Das Abführen der Kühlflüssigkeit kann nahe dieser tiefsten Stelle des Kühlraums erfolgen, während die Zuführung vorzugsweise in dem diametral gegenüberliegenden Bereich stattfindet.
• Da, wie erwähnt, der thermisch am höchsten beanspruchte Bereich des Kolbens zwischen der Kolkenmulde und dem dieser unmittelbar benachbarten Abschnitt des Kühlraumes liegt, kann es ausreichend sein, im wesentlichen auch nur diesen Abschnitt von Kühlflüssigkeit durchströmen zu lassen. In diesem Falle wird der ringförmige Kühlraum in seinem breiten Bereich unterbrochen, und der-so--gelldete Teilringraum wird an seinem einem Ende mit einem Zufluß- und an seinem anderen Ende mit einem Abflußkanal verbanden. Da die Zufluß- und Abflußkanäle an einer Stelle im Kühlraum münden, bzw. von einer Stelle im Kühlraum ausyehen, dn welcher der Kühlraum noch eine verhältnismäßig große Breite hat, können entsprechend große Querschnitte für die Zufluß- und Abf lußkanäle vorgesehen werden.
• Ausfuhn:tngsbeispiele der Erfindung werden in folgende-. unter Bezugnahire auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt eines Kolbens Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1, in kleinerem Maßstab, und Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 einer abgewandelten Ausführung Der Kolben 1 weist ein Kolbenhemd 2 und einen Kolbenboden 3 auf und ist an seinem Umfang mit Nuten 4 zur Aufnahme von Kolben- und ölabetreifringen versehen. Im Kolbenboden 3 ist eine Kolbenmulde 5 exzentrisch zur Längsmittelachse 6 des Kolbens 1 vorgesehen. Im Bereich der Kolbenringnuten 4 ist der Kolben mit einem ringförmigen Kühlraum 7 versehen, dessen äußere Umfangsfläche 8 konzentrisch und dessen innere Umfangsfläche exzentrisch zur Längsmittelachse 6 des Kolbens 1 verläuft. An den ringförmigen Kühlraum 7 schließt sich eine Ringnut 10 im Kolbenboden an, in die ein Verschlußring 11 eingesetzt ist. Die innere und die äußere Umfangswand der Ringnut 10 verlaufen konzentrisch zueinander, um einen Verschlußring 11 mit gleichbleibender Breite vereenden zu können und dessen Befestigung, vorzugsweise mittels Elektronenstrahlschweißung, zu erleichtern.
• In den Kühlraum 7 mündet ein Zuflußkanal 12 ein, durch den in bekannter Weise von einer stationären Spritzdüse Kühlflüssigkeit in den KÜhlraum 7 eingespritzt wird. Ein Abflußkanal 13 geht von einer Stelle des Kühlraums 7 aus, die dem Zuflußkanal 12 im wesentlichen diametral gegenüberliegt.
• Dadurch, daß die äußeren und inneren Umfangsflächen 8, 9 des Kühlraums 7 nicht konzentrisch zueinander sind, ist die Breite des Kühiraumes 7 über seinen Umfang unterschiedlich, und zwar ist sie, wie aus den Zeichnungen ersichtlich, in dem der Kolbenmulde kenachbarten Bereich am kleinsten. Dadurch wird erreicht, daß die Zwischenwand 14 zwischen Kolbenmulde 5 und Kühlraum 7 auch in dem dem Umfang des Kolbens am nächsten liegenden Bereich eine ausreichende Dicke erhalten kann.
• Um eine intensive Kühlung dieses thermisch hoch belasteten Bereichs zu erreichen, ist die Längsmittelebene 15 des Kühlraums 7, schräg zur Längsmittelachse 6 des Kolbens 1 angeordnet, sodaß die Tiefe des Kühlraumes 7 in dem Bereich am größten ist, in dem dieser seine geringste Breite hat. Dadurch ist die Querschnittsfläche des Kühlraumes 7 an jeder Stelle seines Umfanges im wesentlichen gleich. Aufgrund der schrägen Lage des Kühiraumes 7 wird außerdem bei der Auwwärtsbewegung des Kolbens die Kühlflüssigkeit zu der engsten Stelle des Kühlraums hin verdrängt, sodaß eine intensive Kühlung des thermisch am höchsten beanspruchten Bereichs des Kolbens erreicht wird.
• Bei der Abwandlung gemäß Fig. 3 ist der Küilraum 7' in seinem breiten Bereich unterbrochen, d.h. er ist nur ein Teilringraum, der an seinem einen Ende mit einem Zuflußkanal 12' und an seinem anderen Ende mit einem Abflußkanal 13' in Verbindung steht. Auch hierbei wird eine intensive Kühlung des thermisch am höchsten beanspruchten Bereichs der Wand 14' zwischen der Kolbenrmlde 5' und dem Kühlraum 7' erreicht. Der Abschluß des Kühlraums 7' erfolgt vorzugsweise in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel durch einen Verschlußring, der in eine an den Kühlraum 7' anschließende Ringnut 10' gleichbleibender Breite eingesetzt ist.

Claims (6)

1. Flüssigkeitsgekühiter Kolben Patentansprüche Ü) Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, mit einem ringförmigen Kühlraum im Bereich der Kolbenringnuten, der mit Kühlflussigkeits-Zufluß- und Abflußkanälen in Verbindung steht und an den sich eine Ringnut im Kolbenboden anschließt, in die ein Verschlußring eingesetzt ist, und mit einer Kolbenmulde im Kolbenboden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die äußere Umfangfläche (8) des Kühlraums (7) konzentrisch und die innere Umfangfläche exzentrisch zur Längsmittelachse (6) des Kolbens (1) verläuft.
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und die äußere Umfangswand der Ringnut (10), wie an sich benannt, konzentrisch zueinander verlaufen.
3. 3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene (15) des ringförmigen Kühlraurres (7) mit der Längsmittelachse (6) des Kolbens (1) einen von 90 Grad abweichenden Winkel einschließt, derart, daß der Abstand dieser Mittelebene (15) vom KolberAcden (3) im Bereich der engsten Stelle des Kühlraums (7) größer oder kleiner ist als in jedem anderen Bereich des Kühiraurres.
4. 4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des ringförmigen Kühlrasmes (7) in seinem engsten Bereich am größten ist.
5. 5. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufluß- und Abflußkanäle (12,13) an diametral gegenüberliegenden Stellen des Kühlrautrs (7) angeordnet sind,
6. 6. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, daß der ringförmige Kühlraum (7) in seinem breiten Bereich unterbrochen ist und der so gebildete Teilringraum an seinem einen Ende mit einem Zuflußkanal (12) und an seinem anderen Ende mit einem Abflußkanal (13) in Verbindung steht.