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Kolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft N,erbesseruiigeil
all Kolben, besonders für Brennkraftinascliinen, die Sägeschlitze ini Kolbenmantel
haben.
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Eines der Hauptziele der. Erfindung ist es, durch diese Kolben das
unvermeidliche Kippen, denen alle Kolben während des Ganges der Maschine unterworfen
sind, auszugleichen und die aus solchem Kippen und Ecken des Kolbens entspringenden
-Mängel zu beseitigen.
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>` m ein Anliegen des Kolbens all den Zylinderwandungen zu erzielen,
ist es bekanlit, Sägeschlitze in gegenüberliegenden Teilen des Kolbenmantels anzubringen.
Die Lage der Sägeschlitze ist dabei für ein richtiges, schlagfreies Arbeiten des
Kolbens voll ausschlaggebender Bedeutung. Die Schlitze beeinflussen ferner nicht
nur den Gang des Kolbens, sondern auch den ölumlauf und die Schmierung der Zylinderwandungen.
Bei den bisher bekannten Ausführungen wurden diese Erfordernisse nicht genügend
berücksichtigt.
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Gemäß der Erfindung beginnt ein Schlitz. in der untersten Kolbenringnut
und erstreckt sich abwärts im --Tante- bis nahe all die Bolzenatigen und etwas tiefer
als diese, zvähreild ein zweiter, gegenüberliegender T-förmiger Schlitz über einem
im Innern des Kolbens eine Ölrinne bildenden, schräg liegenden Flansch beginnt,
sich mit seinem oberen Querteil ebenfalls bis in die Nähe der Bolzenaugen erstreckt
und mit seinem senkrechten Schenkel bis zum unteren Kolbeilrand reicht. Am Kolbenrand
sind unterhalb des ersten Schlitzes bziv. oberhalb des V-förmigen Schlitzes unnachgiebige
I# l,ici_ieli zur Aufnabme der Hauptstöße beine Kippen des Kolbens vorgesehen, und
letzterer wird durch eine von dein ersten Schlitz teilweise begreilzte, nachgiebige
Berührungsfläche und durch die federnden Abschnitte des anderen Schlitzes in senkrechter
Lage im Zylinder ,halten. Der Flansch verläuft all der Innenseite des Kolbens von
unterhalb des Querteiles des T-förmigen Schlitzes schräg nach abwärts zum gegenüberliegenden
unteren Kolbenrand und ist all dieser Stelle stärker als in seinem oberen Teil ausgeführt.
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In den Zeichnungen ist Abb. i eine Vorderansicht des Kolbens, in Richtung
der Bolzenachse gesehen, Abb. 2 eine Ansicht des Kolbens senkrecht zur Bolzenachse,
Abb.3 ein senkrechter Schnitt durch den Kolben der Abb. i, Abb. d. ein senkrechter
Teilschnitt, die besolidere Ausbildung der Kolbenringnuten zeigend, Abb. 5 ein Querschnitt
nach der Linie 5-5 der Abb. 3, die exzentrische Konstruktion des Kolbenmantels zeigend,
durch die ein besseres Anliegen des Kolbens an der Zylinderwand an der Kolbenseite
stattfindet, die den Hauptstoß aufzunehmen hat, und Abb. 6 eine Teilansicht von
einer weiteren Ausführungsform.
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Der Kolben i besteht aus einem Kopfteil a und einem Mantel
3. Gegen das Kopfende
des Kolbens zu ist eine größere Wandstärke
bei 4 vorgesehen, um genügend@Material zum Einschneiden der Kolbenringnuten 5 zu
bekommen. In diesem verstärkten Teil ist eine Versteifungsrippe 7 angeordnet, die
sich gegen den Gelenkbolzen 8 zu erstreckt und in Bolzenaugen 9 (Abb.2) übergeht.
Die Rippe 7 dient als Tropfkörper für Öl.
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Jede der Kolbenringnuten 5 enthält einen federnden Ring io, dessen
äußerer Umfang an der Bohrung i i des Zylinders 12 in bekannter Weise liegt. jede
der Nuten 5 besitzt eine ringförmige Unterschneidung 13, um das anliegende Tragende
1.4 der Ringführung 6 möglichst schmal zu halten. Dies bewirkt einen weit besseren
Abschluß gegen Öl, als wenn die ganze Oberfläche der Nut auf der Ringseite aufliegen
würde.
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In dem Mantel 3 sind Sägeschlitze 15 und 16 angeordnet. Vom Schlitz
15 erstreckt sich parallel zur Kolbenachse ein Schlitz 17 bis zum unteren Kolbenrand
(Abb. 2). Dadurch wird der Zylindermantel in einen oberen, seitlich ausdehnbaren
Teil 18, in zwei federnde Abschnitte i g, 2o (Abb.2) und eine nachgiebige Berührungsfläche
21 an der linken unteren Seite der Abb. 3 geteilt. Die Schlitze 15, 16 sind ungefähr
im rechten Winkel zueinander angeordnet, was aber nicht unbedingt erforderlich ist.
Die Schlitze können auch unter anderem Winkel zueinander angeordnet sein, ohne die
Wirkung der verschiedenen Abschnitte des Zylindermantels zu verändern.
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Es kann z. B. der Schlitz 16 statt in der linken unteren Nut 5 zu
beginnen, gerade in dem verstärkten Teil :f ansetzen und dann abwärts in dem Mantel
3 verlaufen. Die dargestellte Lage des Schlitzes 16 ist jedoch vorteilhaft, weil
die Ecke der untersten Nut als Ansatz für die Säge oder ein anderes entsprechendes
Werkzeug genommen werden kann. Der Schlitz 16 kann auch unterhalb der Kolbenringnut
beginnen. Der bevorzugte Ausgangspunkt des Schlitzes 16 ist jedoch die Unterseite
der Nut, wie in Abb. 3 gezeigt, wodurch ohne Rücksicht, ob der Schlitz schräg verläuft
oder radial begonnen und dann senkrecht abwärts im Mantel 3 fortgesetzt wird (Abb.6),
immer der unterste Kolbenring io den Beginn des Schlitzes im Mantel abschließen
wird. Dies ist vorteilhaft für die Ölzirkulation, bei der das Öl verhindert werden
soll, über den Kolben hinauszudringen.
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Bei allen Brennkraftmaschinen, in welchen das Spritzsystem für die
Schmierung angewendet wird, schleudert die Kurbelwelle das Öl auf die der Kolbenstange
zunächst liegende Seite des Zylinders, wenn die Kurbel nach abwärts geht. Diese
Seite des Zylinders erhält jedoch den geringsten Stoß und erleidet dadurch die geringste
Abnutzung. Den Hauptteil des Stoßes erhält die andere Zylinderseite, da die Kurbel
gerade die Totpunktlage überschritten hat, wenn die Explosion eintritt. Es erhält
also diese Seite des Zylinders, die am meisten Schmierung benötigt, nur unzulänglich
Öl. Dadurch findet eine ungleiche Abnutzung des Kolbens und des Zylinders statt,
was schlechte Kompression und Verbrennung verursacht.
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Um diese Fehler zu überwinden, sind ein oder mehrere Kanäle an der
Innenseite des Kolbens angeordnet, und zwar derart, .daß das Öl, das auf eine Seite.
des Zylinders geschleudert ist, an die andere Kolbenseite abgegeben wird. Dadurch
wird eine geeignete Verteilung des Öles erreicht und eine ungleiche Abnutzung der
Zylinderbohrung und des Kolbens vermieden.
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Ein nach aufwärts gebogener Flansch begrenzt eine Ölrinne 23 innerhalb
des Mantels 3. Diese Rinne ist kreisförmig, jedoch etwas schräg angeordnet (Abb.3).
Sie kann mit dem Mantel aus einem Stück oder abnehmbar befestigt sein. Der obere
Teil der Rinne auf der rechten Seite des Kolbens nach Abb. 3 wird durch den Schlitz
17, der parallel zur Längsachse des Kolbens verläuft, geteilt, da dieser
Schlitz direkt durch den Flansch 22 gesägt wird. Der untere Teil der Rinne besitzt
einen ülauslaß 24 an der unteren linken Seite des Kolbens der Abb. 3, um die anschließende
Fläche der Zylinderbohrung i i, die den Hauptstoß auszuhalten hat, gut zu schmieren.
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Die innere Wand des Mantels 3 läuft oberhalb der nachgiebigen Fläche
21 schräg nach innen und oben und geht in die Verstärkung q. des Kolbenmantels über.
Diese Neigung der inneren Wand bat den Zweck, als ölablenker zu wirken. Das Öl,
das sich am Boden der Rinne 23 gesammelt hat, wird infolge seiner Trägheit beim
Auswärtsbewegen des Kolbens gegen die geneigte Wand 25 geschleudert, von dein Schlitz
16 abgelenkt und trifft gegen die Rippe 7. Diese Rippe dient dann als Tropfkörper,
von welchem aus der Gelenkbolzen geschmiert wird. Die ölsammelkaimner 23 ist tief
genug, um eine beträchtliche Menge Öl aufzunehmen, wenn der Motor stillsteht.
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Abb. 5 zeigt in einem Querschnitt durch den Kolben dessen exzentrische
Konstruktion. Die Zylinderbohrung i i besitzt einen Radius 26, während die äußere
Oberfläche des Kolbens mit einem Radius 27 ausgeführt ist. Die Mittelpunkte dieser
Radien sind ungefähr um o,i mm oder etwas mehr oder weniger gegeneinander verschoben.
Dadurch entsteht ein Zwischenraum :28, der gegen die linke Seite 29 geringer wird
und
bei 3o verschwindet. so daß die Kolbenwand dort am stärksten
wird. Durch die exzentrische Konstruktion des Kolbens «wird eine an der Zylinderwand
gut anliegende Fläche an der Seite des Kolbens, die den stärksten Stoß aufzunehmen
hat, geschaffen. Diese Fläche liegt zwischen den Punkten 3o parallel zur Längsachse
des Kolbens.
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Im folgenden werden die Vorteile des neuen Kolbens beschrieben, und
zugleich wird dieser Kolben mit einem gewöhnlichen Kolben verglichen.
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i. Bewegt sich der Kolben i infolge einer Explosion nach abwärts,
so nimmt die Kolbenstange 31 die in gestrichelten Linien (Abb.3) angedeutete Lage
bei 9o° Kurbeldrehung nach der Totpünktlage ein. Der Kolbenstangenwiderstand liegt
in Richtung der Hauptachse 3-2 der Kolbenstange 31 und geht durch die Achse des
Gelenkbolzens B.
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Entsprechend der Zerlegung der auf den Kopf des Kolbens ausgeübten
Kräfte «wird der Kolben .bei 33 nach rechts zu kippen suchen, während der untere
Teil des Kolbens in der Nähe der Fläche 34 sich nach links bewegt. Auf diese Weise
erfolgt der Hauptstoß eines gewöhnlichen Kolbens gegen die Zvlinderbolirung i i
bei 34. mit dem unteren 1@olbenrand und wirkt auf eine verhältnismäßig kleine Fläche.
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Bei der neuen Ausführung des Kolbens wird die ungünstige `'Wirkung
einer solchen begrenzten Stoßfläche auf folgende Art vermieden: Wenn der Druck auf
die Fläche 3.1. des unteren Kolbenrandes wirkt, dann biegt sich die nachgiebige
Berührungsfläche 21 nach außen (Abb.3), so daß der oberste Teil 36
dieser
Kolbenseite mit der Zylinderbohrung i i ;,-um Anliegen kommt. Die sich berührenden
Oberflächen von Zylinder und Kolben werden hierdurch vergrößert, der Kolben wird
senkrecht gehalten, und besonders ein Abnutzen der anliegenden Seite der Zylinderbohrung
wird vermieden.
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Die Wandverstärkung des Kolbenmantels 3 zwischen den Punkten 30 (Abb.5)
dient dazu, die tragende Fläche auch in waagerechter Richtung am Umfang des Kolbens
zu vergrößern.
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Die federnden Abschnitte i9, :2o (Abb. :2) bewegen sich unter der
Wirkung des Kraftstoßes ebenfalls seitlich in Richtung der rechten Seite der Bohrung
i i in der Abb. 3 nach auswärts. Sobald die Oberfläche der Bohrung finit diesen
Abschnitten in Berührung kommt, wird der Kolben sowohl dadurch als durch die Wirkung
der Berührungsfläche 21 in senkrechter Lage gehalten.
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Das Ausbiegen der Berührungsfläche 2 1 und der federnden Abschnitte
ic9, 2o wird durch die Schlitze r , und 16 ermöglicht, die bis unter die Lager c@
der Gelenkbolzen geführt sind. Die Formänderung des Kolbenniantels 3 wird so auf
Teile beschränkt, die in der Abb. 3 durch die Linien 3; begrenzt sind. Das Ausbiegen
«wird sich nicht über die Schlitze 15, 16 hinaus erstrecken; wäre dies der Fall,
so würden die Lager 9 verzogen werden.
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Es sind Kolben mit Sägeschlitzen an der linken oder rechten Seite
des Gelenkbolzens bekannt, bei denen die Lagerung des Gelenkbolzens verzogen wird.
Die hierdurch auftretende Reibung zwischen dem Gelenkbolzen und dessen Lagerungen
kann so stark werden, daß eine sowohl den Gelenkbolzen als seine Lagerungen zerstörende
Abnutzung auftritt. Dies tritt besonders bei Kolbentypen ein, bei denen ein hauptsächlich
parallel zur Längsachse des Kolbens angeordneter Schlitz in einem Radialschlitz
endet, der über den Lagern des Gelenkbolzens angeordnet ist.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Kolben «wird durch die unnachgiebige
Ausführung der Flächen 33, 34 ein Verziehen des Kolbenmantels in der Nähe der Lagerstellen
vermieden.
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3. Durch das Anliegen der nachgiebigen Flächen an der Zylinderwand
wird ein Schlagen des Kolbens und ein Abnutzen der Zylinderbohrung zur sogenannten
Eiform verhindert. Ferner werden die Drücke auf die gegenüberliegenden Seiten der
Bohrung i i ausgeglichen. Wenn daher der Kolben unter der Wirkung einer Explosion
nach rechts zu kippen sucht, wird sich der oberste Kolbenring io nicht in die rechte
Oberfläche der Bohrung i i eingraben, wobei er eine Rinne für Öl herstellen würde,
das dann über den Kolbenkopf hinausströmen könnte. Ein solches Entweichen des Öles
ist ein allgemeiner Fehler. Da der untere Teil aller Zylinder bei jedem Aufwärtsgange
mit einem Ölregen erfüllt wird, der sich gewöhnlich nach aufwärts und rechts richtet,
wird bei einem verzogenen, sich infolge einer Explosion nach abwärts bewegenden
Zylinder auf der rechten Seite durch den vergrößerten Zwischenraum ein Ölstrahl
über den Kopf :2 des Kolbens geleitet.
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Dadurch, daß die rechte Seite des Kolbenmantels in der Abb. 3 durch
ihre Ausdehnung mit der Zylinderbohrung i i in der Gegend von 33 zum Anliegen kommt,
kann der Ölstrahl, der nach aufwärts geschleudert wird, an dieser Stelle nicht über
den Kolben fließen. Im Gegenteil, die oberen Enden der federnden Abschnitte i9,
2o werden dieses Ü1 so entfernen, daß es durch den Schlitz 15
in
die Rinne 22 fließt. Bei den üblichen Kolben ist es unmöglich, das Anhäufen großer
Mengen von Kohle zu verhindern. Im vorliegenden Kolben dagegen wird durch die erwähnte
vorbeugende Maßnahme, die das Öl nicht über den Kolben?, strömen läßt, praktisch
die Kohlebildung vermieden.
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4. Trotz des Bodenauslasses 24 der Rinne 23 wird eine beträchtliche
Menge Öl im unteren .Teil der Rinne verbleiben und hier infolge der Wirkung der
Abschnitte i g und 2o festgehalten, auch während der Motor steht. Beim Anlassen
des Motors wird die Ölmasse infolge ihrer Trägheit aus der Rinne 23 nach aufwärts
geworfen. Wäre die obere Wand 25 des Kolbenmantels nicht geneigt, so würde ein Teil
des öles durch den Schlitz. 16 in die Nut des Kolbenringes und von dort über den
Kopf des Kolbens in den Zylinder treten. Die Wand 25 bildet jedoch einen Ablenker,
der das Öl vom Schlitz 16 weghält und es auf dig linke Seite der Rippe 7 (Abb. 3)
lenkt.
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Von hier tropft das Ö1 ab und schmiert beständig die Bolzenzapfen.
Gewöhnlich fließt, wenn ein Motor über Nacht oder sonstwie längere Zeit steht, das
vorher erwärmte 01 aus dem Kolben, und die Kolbenoberflächen sind vollständig
ohne Schmierung, wenn der Maschinist die Maschine anlässen will. Durch Benutzung
des Bodens der Rinne 23 als Ölreservoir wird immer eine genügende Menge
Öl bereitgehalten, das über die linke Seite der Bohrung i i in Abb. 3 in
die Gegend des größten Stoßes durch den Auslaß 24 fließt.
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5. Beim Anlassen eines Motors aus kaltem Zustand tritt, da die Kolben
kalt sind und sich auf ihren kleinsten Umfang zusammengezogen haben, das größte
Kippen derselben auf. Die Ringe an der linken Seite dehnen sich so aus, daß Benzin
nicht allein zwischen dem Kolben und der Bohrung i t an der linken Seite in der
Abb.3 herunterfließt, sondern auch durch die Löcher hinter den unteren Ring tritt.
Dieser Nachteil wird in dem neuen Kolben überwunden, da die Berührungsflächen des
Mantels ein Kippen des Kolbens verhindern. Aus all dem geht hervor, daß besonders
die unnachgiebigen Teile 33, 34 für den Kolben von Bedeutung sind, die an diagonal
gegenüberliegenden Punkten der Mantelfläche liegen.
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Um diese Teile möglichst fest und starr zu machen, dient der Flansch
z2 auch als Verstärkung. Deshalb ist der tiefer gelegene Teil des Flansches 22 beträchtlich
stärker ausgeführt als dessen obenliegendes rechtes Ende.