DE3518721A1

DE3518721A1 - Oelgekuehlter, mehrteiliger tauchkolben einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3518721A1
Application number: DE19853518721
Authority: DE
Inventors: Jordan Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Gentscheff; Horst Dipl.-Ing. 8935 Fischach Lindner
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1986-11-27
Anticipated expiration: 2005-05-25
Also published as: JPH086638B2; NL191493C; FR2582351B1; NL8601194A; DE3518721C3; DE3518721C2; FR2582351A1; NL191493B; JPS61272453A

Description

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Ölgekühlter, mehrteiliger Tauchkolben einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen ölgekühlten Tauchkolben für Brennkraftmaschinen mit Merkmalen, wie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben.

Ein derartiger ölgekühlter Tauchkolben ist aus der DE-OS 1526598 bekannt. Ein solcher Kolben ist für die Beherrschung hoher Zünddrücke nur bedingt geeignet, weil die Deformation des Kolbenunterteiles unter den einwirkenden Zünddrücken relativ groß wird, was Kolbenfresser hervorrufen könnte. Diese Deformation des Kolbenunterteiles resultiert aus der dort gegebenen Abstützung des Kolbenoberteiles, nämlich über einen ringförmigen Tragbund und zusätzlich über die Kolbenoberteilaußenwand, wobei jedes dieser Teile durch entsprechende Anlageflächen am Kolbenunterteil unterstützt ist. Da das Kolbenoberteil· über zwei ringförmige Auflageflächen am Kolbenunterteil abgestützt ist, ist es praktisch unmöglch, beide Auflageflächen definiert zu belasten. Letzteres deshalb, weil bedingt durch die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen entweder die eine oder die andere der beiden Auflageflächen mehr belastet wird. Das Kolbenoberteil selbst ist überall relativ

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dünnwandig ausgebildet, so daß"dessen Deformationen unter Einwirkung der Verbrennungstemperatur und der Zünddrücke auch nicht vernachlässigbar klein sind, was letztendlich ein relativ großes Spiel zwischen Kolbenoberteil-Außenwandfläche und Zylinderbohrungswand erfordert. Dem Nachteil der Deformation des Kolbenunterteiles könnte man jedoch dadurch abhelfen, daß das Kolbenunterteil mit entsprechend großer Ovalität und Balligkeit hergestellt wird, so daß es die von der Einwirkung der Zünddrücke herrührende Deformation aufnehmen kann. Die dann auftretende Deformation eines solchermaßen gestalteten Kolbenunterteiles würde sich jedoch wieder nachteilig auf den Schmierölverbrauch auswirken, denn die Mantelfläche des Kolbenunterteiles näme eine unrunde Form ein, infolge dessen an bestimmten Stellen der Zylinderbohrungswand mehr Schmieröl als notwendig vorhanden wäre. Diesem Sachverhalt soll bei dem hier diskutierten bekannten Kolben durch das Vorsehen mehrerer Ölabstreifringe Rechnung getragen werden, deren Funktion erfahrungsgemäß jedoch durch zu hohen Verschleiß eingeschränkt wird. Darüber hinaus sind die Ölabstreifringe auch nicht in der Lage, an jenen Stellen, an denen zuviel Schmieröl vorhanden ist, dieses in ausreichendem Maße auf eine gewünschte Filmschichtdicke abzutragen. Außerdem erweist sich die bei diesem bekannten Kolben gegebene Art der Kühlöldurchschleusung von außen nach innen ebenfalls nicht als wirtschaftlich, weil ein kompliziert gestalteter Kolbenbolzen für die Kühlölzuführung notwendig ist. Ein solcher mit Quer- und Längsbohrungen durchsetzter Kolbenbolzen ist von seiner Tragfähigkeit her nur für die Beherrschung kleinerer bis mittlerer Zünddrücke geeignet.

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Aus der DE-PS 2821176 ist ferner ein ölgekühlter Tauchkolben für Verbrennungsmotoren bekannt, bei dem das Kolbenunterteil aus Leichtmetall und das Kolbenoberteil aus einem Metall mit geringerer Wärmeleitfähigkeit aber größerer Warmfestigkeit, z. B. aus Stahl besteht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen ölgekühlten Tauchkolben der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß er wirtschaftlich herstellbar und für die Übertragung von Zünddrücken in der Größenordnung von 125 bis 160 bar geeignet ist, daß er sich ferner unter Einwirkung dieser Zünddrücke in seiner Form nur unwesentlich deformiert, wobei insbesondere die Kolbenringpartie am Kolbenoberteil ihre zylindrische Form beibehalten und eine Ovalisierung des unteren Bereiches des Kolbenunterteiles gegenüber dem oberen Bereich desselben weitestgehend verhindert werden soll; außerdem soll der zu schaffende Tauchkolben eine günstigere Kühlölführung für eine beste Wirkung des durchzuschleusenden Kühlöles insbesondere im Hinblick auf eine Reduzierung der durchzusetzenden Ölmenge gestaltet sein.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß an einem Tauchkolben der eingangs genannten Art durch die Kombination der im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dadurch, daß das Kolbenoberteil aus Sphäroguß bzw. Stahlmaterial in Form einer sehr massiven Platte, das Kolbenunterteil dagegen aus Aluminium durch Preßguß oder Warmpressen aus einem Rohling hergestellt ist,

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läßt sich der Tauchkolben vergleichsweise wirtschaftlich herstellen. Bedingt durch seine speziellen Konstruktionsmerkmale ist er aber trotz des aus Aluminium bestehenden Kolbenunterteils in der Lage, die im Betrieb auf ihn einwirkenden hohen Belastungen aufzunehmen. Letzteres deshalb, weil sowohl das Kolbenoberteil als auch das Kolbenunterteil für sich gesehen jeweils einen in sich steifen Block bildet und das Kolbenoberteil in spezieller Art und Weise am Kolbenunterteil abgestützt ist, nämlich so, daß die auf das Kolbenoberteil einwirkenden Zünddrücke in günstigster Weise auf das Kolbenunterteil und von dort über den Kolbenbolzen und die daran angeschlossene Pleuelstange an die Kurbelwelle übertragen werden können. Das heißt, die Zündkräfte werden direkt zum Pleuelkopf geführt, die Peripherie des Kolbenunterteiles bleibt praktisch von diesen Kräften unberührt und damit deformationsfrei. Durch die erfindungsgemäße Kühlölführung wird im Tauchkolben auch eine sehr günstige Kühlwirkung erzielt. Mit einer vorteilhaften Verteilung der Überleitbohrungen zwischen dem inneren und äußeren Kühlraum, insbesondere durch unterschiedliche Abstände derselben mit einer entsprechenden Häufung sowie Größen- und Neigungsbemessung derselben, ist die im Kolbenoberteil wirkende ungleichmäßige Temperaturverteilung derart günstig beeinflußbar, daß ungleichmäßige Deformationen des Kolbenbodens in radialer Richtung vermeidbar sind. Letzteres trägt in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Abstützung des Kolbenoberteils im Bereich von dessen biegeneutraler Zone dazu bei, daß dessen Außenwand auch unter Einwirkung der thermischen und mechanischen Be-

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lastungen weitestgehend zylindrisch bleibt. Bedingt dadurch, daß die Kolbenoberteilaußenwand wegen des erfindungsgemäß gegebenen Spaltes nicht in Kontakt mit dem oberen Bereich des Kolbenunterteiles steht, können vom Kolbenoberteil in diesen Bereich des Kolbenunterteiles auch keine sich negativ auf letzteres auswirkenden Kräfte übertragen werden. Das Kolbenunterteil behält also seine für günstige Betriebswerte gegebene Form.

Nachstehend sind zwei Ausführungsbeispiele eines nach der Erfindung gestalteten ölgekühlten Tauchkolbens anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 - einen senkrecht zur Kolbenbolzenachse stehenden Querschnitt durch einen nach der Erfindung gestalteten ölgekühlten Tauchkolben,

Fig. 2 - einen durch die Kolbenbolzenlängsachse gehenden Querschnitt durch den Tauchkolben gemäß Fig. 1,

Fig. 3 - einen senkrecht zur Kolbenbolzenachse stehenden Querschnitt durch einen anderen nach der Erfindung gestalteten ölgekühlten Tauchkolben,

Fig. 4 - einen durch die Kolbenbolzenlängsachse gehenden Querschnitt durch den Tauchkolben nach Fig. 3,

Fig. 5 - einen Querschnitt durch den Tauchkolben nach Fig. 1 entlang der dort eingetragenen Schnittlinie V/V,

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Fig. 6 - einen Querschnitt durch den Tauchkolben nach Fig. 4 entlang der dort eingezeichneten Schnittlinie Vl/VI.

In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Teile der dargestellten Tauchkolben mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in der Zeichnung dargestellte ölgekühlte Tauchkolben besteht aus einem insgesamt mit 1 bezeichneten Kolbenunterteil und einem insgesamt mit 2 bezeichneten Kolbenoberteil. Das einstückige massive Kolbenoberteil 2 besteht aus einem Kolbenboden 3 und einer Außenwand 4 mit zylindrischer Außenfläche 5 und mehreren Ringnuten, in die Kolbenringe 6 eingesetzt sind. Die Außenwand 4 des Kolbenoberteils 2 setzt sich dabei aus einem an den Kolbenboden 3 anschließenden querschnittsstarken Wandteil 7 und einem an dessen Unterkante 8 anschließenden durchmesserschwächeren Wandteil 9 zusammen. Von der Unterkante 8 ausgehend ist in das querschnittsstarke Wandteil 7 der Außenwand 4 eine Hinterschneidung 10 mit einer kreiszylindrischen, koaxial zur Kolbenlängsachse angeordneten Zentrierfläche 11 und einer zur Kolbenlängsachse senkrecht stehenden Auflagefläche 12 eingeformt. Das Kolbenoberteil 2 ist ausschließlich über diese Auflagefläche 12 auf dem Kolbenunterteil 1 und dort auf der äußeren Stirnfläche 13 eines an dessen Oberseite angeordneten ringförmigen Tragbundes 14 abgestützt. Zentriert ist das Kolbenoberteil 2 in Bezug auf das Kolbenunterteil 1 ausschließlich über die zylindrische Zentrierfläche 11, die eine außen

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am Tragbund 14 angeformte kreiszylindrische Zentrierflache 15 umgreift. Mit 16 ist der das obere Ende des Kolbenunterteiles 1 bildende und relativ massiv ausgebildete Tragkopf bezeichnet. Befestigt ist das Kolbenoberteil 2 am Kolbenunterteil 1 durch die vier Spannschrauben 17, deren Lage und Anordnung aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich ist.

Mit 18 ist ein Kolbenbolzen bezeichnet, der in einer das Kolbenunterteil 1 quer durchdringenden Lagerbohrung 19 axial gesichert durch zwei Sicherungsringe 20 verankert ist. Auf diesem Kolbenbolzen 18 sitzt eine Lagerhülse 21, deren Lage zwischen zu Kolbenlängsachse parallelen Flächen 22, 23 im Innenraum 24 des Kolbenunterteiles 1 fixiert ist. Über den Kolbenbolzen 18 und die daraufsitzende Lagerhülse 21 ist der Tauchkolben an eine mit der nicht dargestellten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundene Pleuelstange 25 im Bereich des Pleuelkopfes 26 angelenkt, wobei dieser Anschluß über eine den Pleuelkopf 26 quer durchdringende, die Lagerhülse 21 umgreifende Aufnahmebohrung 27 hergestellt ist.

Mit 28 ist ein Vorsprung bezeichnet, der an der Oberseite des Tragkopfes 16 angeordnet ist. Dieser Vorsprung ist insgesamt einstückig mit dem Kolbenunterteil 1 ausgebildet. Der Vorsprung 28 ist von einem zentralen, koaxial zur Kolbenlängsachse angeordneten Kühlöldurchtrittsloch 29 durchsetzt, das desweiteren den Tragkopf 16 durchdringt und in den Innenraum 24 des Kolbenunterteiles 1 ausmündet. Das Kühlöldurchtrittsloch 29 kann, wie beim Ausführungsbeispiel nach den

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Figuren 1, 2 und 5, als Bohrung im Kolbenunterteil 1 ausgebildet sein, die im Kühlölstrahleintrittsbereich keglig oder trompetenartig erweitert ist. Letzteres stellt eine günstige Umlenkung des aus dem Pleuel austretenden Kühlölstrahles sicher. Alternativ hierzu kann das Kühlöldurchtrittsloch 29, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 und 4, auch durch die Durchgangsbohrung einer Kühlölführhülse 30 gebildet sein, die in eine den Tragkopf 16 mit Vorsprung 28 durchdringenden Aufnahmebohrung 31 eingesetzt und mit ihrem unteren erweiterten Teil federnd in Gleitkontakt am Pleuelkopf 26 abgestützt ist. Generell ragt der Vorsprung 28 in den Bereich eines insgesamt mit 33 bezeichneten inneren Kühlraumes hinein und begrenzt dort mit seiner Oberkante 32 den Kühlölfüllstand. Der innere Kühlraum 33 erstreckt sich in seinem unteren Bereich zwischen dem Tragbund 14 ringförmig um den Vorsprung 28 herum an der Oberseite des Tragkopfes 16. In seinem oberen Bereich ist der innere Kühlraum 33 durch eine Vertiefung im Kolbenoberteil begrenzt. Der innere Kühlraum 33 steht über schräge, im Kolbenoberteil 2 ausgebildete Überleitbohrungen 34 mit einem insgesamt mit 35 bezeichneten äußeren Kühlraum in Verbindung. Letzterer erstreckt sich sowohl im Kolbenoberteil 2 als auch im Kolbenunterteil· 1, dort um den Tragkopf 16 herum.

Das massive Kolbenoberteil 2 ist einstückig und aus Sphäroguß bzw. Stahlmaterial hergestellt. Das Kolbenunterteil 1 dagegen ist zwar ebenfalls einstückig, aber aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung durch Preßguß oder Warmpressen aus einem Rohling hergestellt. Soweit Hinterschneidungen unumgänglich sind, werden diese

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nachträglich durch spanabhebende Bearbeitung nachgearbeitet. Aufgrund seiner Herstellung durch Warmpressen bzw. Preßgießen ist das Kolbenunterteil im Gegensatz zu nur durch gießen hergestellten Kolbenunterteilen erheblich tragfähiger, also für die Aufnahme und Weiterleitung größerer Kräfte geeignet.

Der Tauchkolben ist für eine spezielle Art von Shaker-Kühlung ausgebildet. Die Kühlölzuführung zum Tauchkolben erfolgt dabei von der Pleuelstange 25 aus. Diese verfügt über interne Kanäle, in welche Kühlöl unter Druck über kurbelwelleninterne Kanäle eingeleitet wird. In den Figuren sind von den pleuelstangeninternen Kanälen lediglich eine Zuführbohrung 36, ein Ringkanal 37 um den Lagerhülse 21 sowie eine Spritzbohrung 38 im Pleuelkopf 26 ersichtlich. Die Spritzbohrung 38 verläuft dabei koaxial zur Pleuelstangenlängsachse. Das die Spritzbohrung 38 in Form eines Kühlölstrahles verlassende Kühlöl gelangt zunächst in das Kühlöldurchtrittsloch 29 und wird durch dieses dann in den inneren Kühlraum 33 eingeleitet. Von dort gelangt das Kühlöl während des Motorbetriebes infolge der Kolbenbewegungen durch die Überleitbohrungen 34 in den äußeren Kühlraum 35 und von dort aus über in dessen unteren Bereich angeordnete Ablaüfkanäle 39 in den Triebwerksraum der Brennkraftmaschine zurück.

Der innere Kühlraum 33 ist oben durch einen domartigen Hohlraum gegeben, der radial außen durch entsprechend gekrümmte Formgebung der Innenwand 40 des querschnittsstarken Wandteiles 7 der Außenwand 4 des Kolbenoberteiles 2 und daran anschließend durch eine entsprechend

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fortgeführte Wölbung der Innenfläche 41 des Kolbenbodens 3 gebildet ist. Koaxial zur Kolbenlängsachse ist an der Innenfläche 41 des Kolbenbodens eine Erhebung vorhanden, die zu einer günstigen Verteilung des auftreffenden Kühlöles im inneren Kühlraum 33 beiträgt.

Unten ist der innere Kühlraum 33 durch eine ringförmige Vertiefung 43 mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt begrenzt. Die Wandung 44 der ringförmigen Vertiefung ist dabei so gestaltet, daß das Ausfahren des Preßwerkzeuges nach Einformung der Vertiefung nicht behindert ist.

Der äußere Kühlraum 35 ist im Bereich des Kolbenoberteils 2 einerseits durch mehrere am Umfang verteilt angeordnete, bezüglich der Kolbenlängsachse leicht schrägstehend von der Unterkante 8 des querschnittstarken Wandteils 7 der Außenwand 4 in letzteres eingearbeitete Sacklöcher 45 und andererseits durch einen ringförmigen Raum 46 gebildet, in den die Sacklöcher ausmünden. In jedes der Sacklöcher 45 mündet eine der Überleitbohrungen 34 ein, die im Bereich der Innenfläche 40 des querschnittstarken Wandteiles 7 vom inneren Kühlraum 33 abzweigt und schräg nach oben in das zugehörige Sackloch 45 nahe von dessem geschlossenen Ende einmündet. Der ringförmige Raum 46 ist radial außen von der Innenfläche 47 des querschnittsschwächeren unteren Wandteils 9 der Außenwand 4 des Kolbenunterteils 2 sowie radial innen von der Außenfläche 48 des Tragbundes 14 und oben durch die Unterkante 8 des querschnittstarken Wandteils 7 der Außenwand 4 des Kolbenoberteils 2 begrenzt. Im Anschluß an diesen so be-

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grenzten Raum 46 setzt sich der äußere Kühlraum 35 nach, unten innerhalb des Kolbenunterteils 1 durch eine ringförmige Ölfangvertiefung 49 fort. Diese Ölfangvertiefung 49 reicht bis etwa in die Ebene des Pleuelkopfes 26 herunter und ist radial außen von einem relativ dünnwandigen, im Motorenbetrieb von Zünddruckeinflüssen weitestgehend befreiten Außenwandteilstück 50 begrenzt. Letzteres deshalb, weil die Außenwand 4 am Kolbenoberteil 2 und das Außenwandteilstück 50 am Kolbenunterteil 1 in ihrer Bauhöhe derart aufeinander abgestimmt sind, daß nach Verbindung von Kolbenoberteil 2 und Kolbenunterteil 1 zwischen der ebenen Unterkante 51 der Außenwand 4 des Kolbenoberteils 2 und der ebenen Oberkante 52 des Außenwandteilstückes 50 am Kolbenunterteil 1 ein Ringspalt 53 freibleibt. Da das Kolbenoberteil 2 nur außen über die ringförmige Zentrierfläche 11 in Bezug auf das Kolbenunterteil zentriert und außerdem nur mit seiner ringförmigen Anlagefläche 12 am Kolbenunterteil 1, dort in seiner biegeneutralen Zone durch die Stirnfläche 13 am Tragbund 14 abgestützt, und außerdem wegen des Ringspaltes 53 keine Verbindung zwischen den äußeren Teilen 4 von Kolbenoberteil 2 und Kolbenunterteil 1 gegeben ist, können im Motorenbetrieb vom Kolbenoberteil 2 her auch keine die Form des Außenwandteilstückes 50 negativ beeinflussende Kräfte übertragen werden. Weil diese äußere Stützung fehlt und auch das Kolbenunterteil 1 durch den äußeren Kühlraum sehr günstig gekühlt wird, heizt sich der Außenbereich des Tauchkolbens vergleichsweise gering auf. Dadurch sind unterschiedliche Deformationen des Kolbenaußenbereiches in Achsrichtung in Folge von Temperatureinwir-

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klingen praktisch vermeidbar. Andererseits erlaubt dies wiederum, daß der unvermeidliche Spalt zwischen der Außenfläche des Tauchkolbens, gebildet durch die Außenfläche 4 am Kolbenoberteil· 2 und die Außenfläche 54 am Kolbenunterteil 1, gegenüber bisherigen Kolben vergleichsweise kleiner ausgebildet werden kann. Letzteres trägt zu einem verbesserten Lauf des Kolbens bei, weil· das Kolbenkippen auf einen kleineren Winkel begrenzt bleibt. Unmittelbare Folge davon ist auch eine Verkleinerung des Schmierc^Verbrauches.

Bedingt dadurch, daß das Kolbenoberteil· außen am Tragbund l·4 zentriert ist, werden im Motorenbetrieb außerdem fol·gende Vorteile erzielt. Weil der Aluminiumwerkstoff, aus dem das Kolbenunterteil 1 hergestellt ist, einen wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten als das Material besitzt, aus dem das Kolbenoberteil· 2 hergestel·^ ist, dehnt sich das Auflageorgan für das Kolbenoberteil 2 mehr aus als letzteres. Das heißt, mit zunehmender Erwärmung des Kolbens wird die Verbindung zwischen Kolbenoberteil· 2 und Korbenunterteil· l· kraftsch^ussig, so daß im Motorenbetrieb praktisch keine Rel·ativ-Bewegungen mehr zwischen den Aufl·agefl·ächen von KoHjenunterteil· 1 und Kolbenoberteil 2 stattfinden können.

Nachstehend sind verschiedene Einzelheiten dargel·egt, mit denen der erfindungsgemäße Tauchko^en von Fal·! zu Fall, d. h. je nach seiner Beaufschlagung mit weihen Zünddrücken, ausgestattet sein kann.

Insbesondere wenn mit dem Tauchkolben sehr hohe Zünd-

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in der Größenordnung von beispielsweise 150 bar beherrscht werden soll, dann erweist es sich als zweckmäßig, das Kolbenunterteil 1 zusätzlich zu versteifen und zwar durch mehrere in der ringförmigen Vertiefung 43 angeordnete, diese radial durchsetzende Versteifungsrippen 55. Solche Maßnahmen sind beim Tauchkolben nach den Figuren 3 und 4 dargestellt.

Wenn der erfindungsgemäße Tauchkolben in Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommt, in denen nur Zünddrücke in der Größenordnung von beispielsweise 120 bar zu beherrschen sind, dann kann es genügen, wenn die von der Ölfangvertiefung 49 abzweigenden Ablaufkanäle 39 in den Innenraum 24 des Kolbenunterteils 1 ausmünden. Diese Lösung ist beim Tauchkolben nach den Figuren 1, 2 und 5 angewandt.

Bei Tauchkolben, mit denen demgegenüber wiederum höhere Zünddrücke zu beherrschen sind, erweist es sich als zweckmäßig, die von der Ölfangvertiefung 59 abzweigenden Ablaufkanäle 39 durch achsparallel zur Kolbenlängsachse durch das Kolbenunterteil 1 verlaufende Bohrungen 56 zu realisieren; letzteres ist beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 der Fall. Diese Bohrungen 56 schneiden tangential Schmierrinnen 57 (siehe Figur 4 und 6) an, die partiell um den Kolbenbolzen 18 im Kolbenunterteil 1 ausgebildet sind und Öl zur Schmierung des Kolbenbolzens 18 aufnehmen. Desweiteren kann sich als zweckmäßig erweisen, in die Bohrungen 56 Röhrchen 58 einzusetzen, die in bestimmter Länge in die Ölfangvertiefung 49 hineinragen und dort für eine bestimmte Kühlölfüllstandshöhe sorgen. Letzteres ist ebenfalls beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 gegeben.

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Durch die erfindungsgemäßen Merkmale und insbesondere deren kombinatorische Vereinigung in einem Tauchkolben ist sichergestellt, daß auch bei relativ hohen Zünddrücken in der Größenordnung bis ca. 160 bar eine einwandfreie Funktion des Tauchkolbens gewährleistet ist. Insbesondere durch die massive Ausbildung des Kolbenoberteils und Kolbenunterteils sowie durch die spezielle Abstützung des Kolbenoberteils 2 in biegeneutraler Zone am Kolbenunterteil 1 ist sichergestellt, daß die auf den Tauchkolben im Maschinenbetrieb einwirkenden Zünddrücke in bestmöglicher Weise über den Tragbund 14 und den Kolbenbolzen 18 in die Pleuelstange 25 eingeleitet werden können, und zwar so, daß die Zylindrizität und Koaxialität der Außenwand 4 des Kolbenoberteils 2 sowie der Außenfläche 54 des Kolbenunterteils 1 weitestgehend erhalten bleiben. Durch die erfindungsgemäße Art der Kühlölführung wird nicht nur eine sehr intensive Kühlung des Kolbenoberteils, sondern auch eine intensive Kühlung der angrenzenden oberen Bereiche des Kolbenunterteils sichergestellt. Negative Einflüsse durch die im Maschinenbetrieb herrschenden Temperaturen auf den Form des Kolbenoberteils 2 und die Form des Kolbenunterteils 1 sind deshalb auch durch die Art der Kühlmittelführung im Tauchkolben weitestgehend vermeidbar.

Claims

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Patentansprüche:

Ölgekühlter Tauchkolben, der aus einem Kolbenunterteil und einem Kolbenoberteil, das aus einem Kolbenboden und einer Außenwand mit in Ringnuten eingesetzten Kolbenringen besteht, zusammengesetzt ist und über einen Kolbenbolzen, der in einer das Kolbenunterteil quer durchdringenden Lagerbohrung verankert ist, an eine mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundene Pleuelstange angelenkt ist, wobei das Kolbenoberteil mit einer vom Kolbenboden abgesetzten Anlagefläche auf der Stirnfläche eines oben am Kolbenunterteil angeformten, ringförmigen Tragbundes abgestützt und über eine kreiszylindrische Zentrierfläche in Bezug auf das Kolbenunterteil durch eine dort vorhandene Zentrierfläche zentriert sowie mittels mehrerer Spannschrauben mit letzterem verbunden ist, wobei ferner an der Oberseite des Kolbenunterteiles ein ebenso wie letzteres von einem zentralen, zur Kolbenlängsachse koaxialen Kuhloldurchtrittsloch durchsetzter Vorsprung angeordnet ist, der mit seiner Oberkante den Kühlölfüllstand in einem inneren Kühlraum begrenzt, der in seinem unteren Bereich durch eine ringförmige, sich zwischen Tragbund und Außenfläche des Vorsprunges erstreckende Vertiefung im Kolbenunterteil· sowie in seinem oberen Bereich durch eine Vertiefung im Kolbenoberteil begrenzt ist und

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außerdem über schräge Überleitbohrungen im Kolbenoberteil mit einem äußeren Kühlraum in Verbindung steht, der sich sowohl im Kolbenoberteil als auch im Kolbenunterteil erstreckt,

gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale,

a) daß das Kolbenoberteil (2) einstückig und aus Sphäroguß bzw. Stahlmaterial, das Kolbenunterteil (1) dagegen einstückig und aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung durch Preßguß oder Warmpressen aus einem Rohling hergestellt ist,

b) daß der Tauchkolben für eine spezielle.· Shaker-Kühlung ausgebildet ist, mit einer Kühlölzuführung von der Pleuelstange (25) aus durch das Kühlöldurchtrittsloch (29) in den inneren Kühlraum (33) hinein, einer Kühlölweiterleitung durch die Überleitbohrungen (34) in den äußeren Kühlraum (35) und von dort über Ablaufkanäle (39) in den Triebwerksraum zurück,

c) daß das Kolbenoberteil (2) mit seiner ringförmigen Zentrierfläche (11) den Tragbund (14) am Kolbenunterteil (1) radial außen umgreift und nur dort an einer Zentrierfläche (15) zentriert ist,

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d) daß das Kolbenoberteil (2) nur mit seiner ringförmigen Anlagefläche (12) am Kolbenunterteil (1), dort in seiner biegeneutralen Zone durch · die Stirnfläche (13) am Tragbund (14) abgestützt ist sowie zwischen der ebenen Unterkante (51) der Außenwand (4) des Kolbenoberteils (2) und der ebenen Oberkante (52) des anschließenden Außenwandteilstückes (50) des Kolbenunterteils (1) ein Ringspalt (53) freibleibt,

e) daß der innere Kühlraum (33) oben durch einen domartigen Hohlraum gegeben ist, der radial außen durch entsprechend gekrümmte Formgebung einer Innenfläche (40) eines querschnittsstarken Außenwandteiles -(T) und daran anschließend durch entsprechend weitergeführte Wölbung der Innenfläche (41) des Kolbenbodens (3) gebildet ist,

f) daß der innere Kühlraum (33) unten durch eine ringförmige Vertiefung (43) mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt begrenzt ist,

g) daß der äußere Kühlraum (35) im Bereich des Kolbenoberteiles (2) einerseits durch mehrere am Umfang verteilte, bezüglich der Kolbenlängsachse leicht schräg stehend von unten her in das querschnittstarke Wandteil (7) der Außenwand (4) des Kolbenoberteils (2) eingeformte Sacklöcher (45), in welche jedes desselben eine der Überleitbohrungen (34) einmündet, und andererseits durch einen ringförmigen Raum (49)

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gebildet ist, in den die Sacklöcher (45) ausmünden und der außen von der Innenfläche (47) eines querschnittsschwächeren unteren Wandteils (9) der Außenwand (4) sowie innen von der Außenfläche (48) des Tragbundes (14) und oben durch die Unterkante (8) des querschnittstarken Wandteils (7) begrenzt ist, und

h) daß der äußere Kühlraum (35) im Bereich des Kolbenunterteiles (1) durch eine ringförmige Ölfangvertiefung (49) weitergeführt ist, von der die Ablaufkanäle (39) abzweigen.
2. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den unteren Teil des äußeren Kühlraumes (35) bildende Ölfangvertiefung (49) im Kolbenunterteil (1) bis etwa in die Ebene des Pleuelkopfes (26) herunterreicht und radial außen von einem relativ dünnwandigem, im Maschinenbetrieb von Zünddruckeinflüssen befreiten Außenwandteilstück (50) begrenzt ist.
3. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der den unteren Teil des inneren Kühlraumes (33) bildenden ringförmigen Vertiefung (43) mehrere diese radial durchsetzende Versteifungsrippen (55) angeordnet sind.
4. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Ölfangvertiefung (49) abzweigenden Ablaufkanäle (39) in den den Pleuelkopf (26) umgebenden Innenraum (24) des Kolbenunterteiles (1) ausmünden.

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5. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Olfangvertiefung (49) abzweigenden Ablaufkanäle (39) durch achsparallel zur Kolbenlangsachse durch das Kolbenunterteil (1) verlaufende Bohrungen (26) gebildet sind.
6. Tauchkolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (56) tangential Schmierrinnen (57) anschneiden, die partiell um den Kolbenbolzen (18) im Kolbenunterteil (1) ausgebildet sind und Öl zur Schmierung des Kolbenbolzens (18) aufnehmen.
7. Tauchkolben nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrungen (56) Röhrchen (58) eingesetzt sind, die in bestimmter Länge in die Ölfangvertiefung (49) hineinragen und dort für eine bestimmte KühlölfüllStandshöhe sorgen-.

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