DE4316791A1

DE4316791A1 - Kolben zweiteiliger Bauart für extreme Beanspruchungen

Info

Publication number: DE4316791A1
Application number: DE19934316791
Authority: DE
Inventors: Gunter Dipl Ing Braungarten; Klaus Dipl Ing Ullrich
Original assignee: DMS DIESELMOTOREN und GERAETEB
Current assignee: DMS DIESELMOTOREN und GERAETEB
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-11-24

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben zweiteiliger Bauart für extreme Beanspruchungen, dessen Oberteil dichtende, die Gaskräfte aufnehmende Funktion und dessen Unterteil führende, die Seitenkräfte aufnehmende Funktion hat, wobei beide Kolbenteile nur über einen Bolzen gelenkig verbunden sind und das Kolbenoberteil einen Kolbenboden und einen Ringträgermantel, der mit dem ersten Ringsteg auch die Eigenführung für das Kolbenoberteil übernimmt, aufweist.

Zweiteilige Kolben, ihre Auslegung und die Gestaltung ihrer Umgebungselemente sind aus einer Vielzahl von Lösungsvorschlägen bekannt (z. B. DE-AS 15 76 013, DE-PS 25 43 478, DE-PS 27 17 084, DE- OS 33 14 543, DE-PS 35 46 646 u. a.). In der Regel zielen diese Vorschläge auf die Verminderung des Verschleißes der Kolben und Zylinder durch eine Verbesserung der Schmierung und Kühlung, eine Vereinheitlichung der Zylindertemperatur, eine Verminderung des Wärmeüberganges vom Brennraum in den Zylinderinnenraum u. a. Die in den genannten u. a. Lösungsvorschlägen angeregten Maßnahmen haben bisher jedoch noch nicht zu einer umfassend zufriedenstellenden Lösung der thermischen und verschleißtechnischen Probleme in den Explosions- bzw. Momentübertragungsräumen geführt. Es besteht nach wie vor der Anlaß, eine Verbesserung der Schmier- und Kühlvorgänge im Zylinder anzustreben, wobei dieses Ziel möglichst bei gleichzeitiger Verringerung des technischen Aufwandes erreicht werden soll.

Dem Problem der Verbesserung des Schmiervorganges im Zylinder widmet sich die Erfindung, indem ein Kolben zweiteiliger Bauart für extreme Beanspruchungen, dessen Oberteil dichtende, die Gaskräfte aufnehmende Funktion und dessen Unterteil führende, die Seitenkräfte aufnehmende Funktion hat, wobei beide Kolbenteile nur über einen Bolzen gelenkig verbunden sind und das Kolbenoberteil einen Kolbenboden und einen Ringträgermantel, der mit dem ersten Ringsteg auch die Eigenführung für das Kolbenoberteil übernimmt, aufweist, die folgenden Merkmale besitzt:

1. Der erste Ringsteg weist eine Höhe auf, die etwa 6% bis 14% des Kolbendurchmessers beträgt. Dabei ist der Ringsteg mit einer Formkurve versehen, die durch den Verlauf des Temperaturgradienten über der Höhe des Ringsteges bestimmt ist.
2. Vorzugsweise entspricht die Höhe des ersten Ringsteges 10% des Kolbendurchmessers.
3. Die am Gleitsteinmantel innen liegenden, an sich bekannten Ölfangrillen für das Kühl- und/oder Schmiermittel auf der Druckseite und der Gegendruckseite des Gleitsteins sind erfindungsgemäß mit ihrem Fußpunkt oberhalb einer durch den Mittelpunkt des Gelenkbolzenlagers gelegten Zylinderebene angeordnet.
4. Zum Ausspritzen des Kolbens zum Kühlen und/oder Schmieren ist beim erfindungsgemäßen Kolben zweiteiliger Bauart nur eine Spritzdüse angeordnet.
5. Der Gleitstein des Kolbens zweiteiliger Bauart weist an der Oberkante des Außenmantels eine Fase im Bereich 10×15° bis 15×15° auf.
6. Durch die aufgrund der Lage des zweiten Verdichtungsringes verringerte Temperaturbelastung in Verbindung mit dem verbesserten Schmierfilmaufbau an der Zylinderwand auch bei hohen effektiven Mitteldrücken ist der genannte zweite Verdichtungsring nur als kostengünstiger Rechteckring ausgeführt.

Die Erfindung soll im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigen die zugehörigen Zeichnungen in

Fig. 1 das Oberteil eines erfindungsgemäß gestalteten zweiteiligen Kolbens und

Fig. 2 einen erfindungsgemäß gestalteten Gleitstein eines zweiteiligen Kolbens.

Gem. Fig. 1 weist das Kolbenoberteil einen Ringträgermantel 1 auf, der Ringnuten 2; 3 und 4 besitzt, wobei zwischen den Ringnuten 2 und 3 ein erster Ringsteg 5 angeordnet ist, dessen Höhe h im Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß 10% vom Kolbendurchmesser d beträgt. Diese Auslegung der Ringsteghöhe führt zu einer vergrößerten Führungslänge unterhalb des ersten Ringes und dadurch in Verbindung mit der erfindungsgemäß realisierten Formkurve im Bereich des ersten Ringsteges 5 zu verbesserten Schmierungsbedingungen mit geringerem Verschleiß von Kolben und Zylinder.

Gem. Fig. 2 weist der Gleitstein an der Oberkante seines Außenmantels 6 eine Fase 7 auf, die im Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß mit 10×15° ausgeführt ist. Hierdurch wird eine lange und verschleißmindernde Gleitphase gewährleistet. Eine Ölfangrille 8 wurde im Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß oberhalb einer durch den Mittelpunkt des Gelenkbolzenlagers gelegten Zylinderebene 9 angeordnet. Dies ermöglicht die Anordnung nur einer Spritzdüse für Kühl- und Schmiermittel im Zylinderraum. Hierdurch kann bei gleichzeitig erhaltenem oder besserem Temperaturverlauf im Zylinderraum eine Kostenverringerung erzielt werden.

Auch die Möglichkeit, bereits als zweiten Verdichtungsring lediglich einen einfachen Rechteckring einzusetzen, führt zu merklicher Kosteneinsparung.

Claims

1. Kolben zweiteiliger Bauart für extreme Beanspruchungen, dessen Oberteil dichtende, die Gaskräfte aufnehmende Funktion und dessen Unterteil führende, die Seitenkräfte aufnehmende Funktion hat, wobei beide Kolbenteile nur über einen Bolzen gelenkig verbunden sind und das Kolbenoberteil einen Kolbenboden und einen Ringträgermantel, der mit dem ersten Ringsteg auch die Eigenführung für das Kolbenoberteil übernimmt, aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Ringsteg (5) eine Höhe (h) aufweist, die etwa 6% bis 14% des Kolbendurchmessers (d) beträgt, und
daß der genannte Ringsteg (5) mit einer Formkurve versehen ist, die durch den Verlauf des Temperaturgradienten über der Höhe (h) des ersten Ringsteges (5) bestimmt ist.

2. Kolben zweiteiliger Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ringsteg (5) eine Höhe (h) aufweist, die 10% des Kolbendurchmessers (d) beträgt.

3. Kolben zweiteiliger Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Gleitsteinmantel innen liegenden Ölfangrillen (8) für das Kühl- und / oder Schmiermittel auf der Druckseite und der Gegendruckseite des Gleitsteins mit ihrem Fußpunkt oberhalb einer durch den Mittelpunkt des Gelenkbolzenlagers gelegten Zylinderebene (9) angeordnet sind.

4. Kolben zweiteiliger Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anspritzen des Kolbens zum Kühlen und/oder Schmieren nur eine Spritzdüse angeordnet ist.

5. Kolben zweiteiliger Bauart nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitstein an der Oberkante des Außenmantels eine Fase (7) aufweist, die im Bereich 10×15° bis 15×15° liegt

6. Kolben zweiteiliger Bauart nach Anspruch 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die aufgrund der Lage des zweiten Verdichtungsringes verringerte Temperaturbelastung in Verbindung mit dem verbesserten Schmierfilmaufbau an der Zylinderwand auch bei hohen effektiven Mitteldrücken ohne Gefahr des Ringsteckens der genannte zweite Verdichtungsring nur als kostengünstiger Rechteckring ausgeführt ist.