DE726685C - Kolben fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Kolben für Brennkraftmaschinen Der weiteren Leistungssteigerung von Hochleistungsbrennkraftmaschinen, insbesondere von Flugmotoren, durch Erhöhung der Drehzahl und des Ladedrucks ist in erster Linie durch die thermische Überbeanspruchung des Kolbens, besonders in der Kolbenringpartie, eine Grenze gesetzt.
• Erfahrungsgemäß ist innerhalb 'der Kolbenringpartie der erste Ring thermisch am höchsten beansprucht, dagegen sind die weiteren Ringe und der Teil des Kolbens unterhalb des Bol.zenauges erheblich weniger belastet und für erhöhte Wärmeableitung geeignet. Eine Übertragung von Wärmemengen vom oberen Kolbenteil in den unteren durch unmittelbare Wärmeleitung ist -nur in geringem Maße bei erheblich höherem Gewichtsaufwand möglich.
• Außerdem sind Verfahren bekanntgeworden, bei denen diese Möglichkeit dadurch gegeben wird, daß neben dem durch Leitung erfolgenden Ausgleich der Temperaturen innerhalb der Kolbenringzone eine konvektionelle Wärmeübertragung durch .eine in geschloss@enen Hohlräumen des Kolbenmantels angeordnete Flüssigkeit vom oberen Teil des Kolbens in den unteren vorgenommen wird. Bei diesem Verfahren treten jedoch z. B. bei Verwendung von aluminiumlegierten Kolben und Anwendung von metallischem Natrium als wärmeaustauschender Flüssigkeit stets Korrosionen u. dgl. auf, wodurch die Lebensdauer der Kolben in sehr hohem Maße verringert wird.
• Durch die vorliegende Erfindung wird dieser Nachbeil dadurch vermieden, daß das flüssige Mittel in Behälter eingefüllt wird, die zwischen den Bolzenaugen von oben oder von unten in verschließbare Aussparungen des Kolbenmantels geschoben werden. Der das flüssige Mittel enthaltende Behälter kann auch als Ganzes in einen Doppelmantelkolben von oben oder von unten eingeführt und der Ringspalt zwischen den beiden Kolbenmänteln durch einen eingeschweißten oder eingenieteten Ring, der gleichzeitig zum Festschalten des Behälters dient, verschlossen werden. Es empfiehlt sich weiterhin, zur Erzielung engster Berührung mit dem Kolbenbaustoff eine Lage eines Metalls geeigneter Schmelztemperatur zwischen den Kolben und die an ihm anliegenden Flächen der Behälter vorzusehen.
• Die Abb. i a und i b zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes im Schnitt, und zwar sind in den Schaft des Kolbens a Bohrungen eingearbeitet, in die verschlossene Hülsen b eingesetzt sind, deren Hohlraum zum Teil mit _ einer Flüssigkeit c gefüllt sind. Die Pfropfend dienen zum Verschluß der Bohrungen nach dem Einsetzen der Hülsen. Die im Kolben a, vorgesehenen Aussparungen ä dienen außer der durch sie bewirkten Gewichtsersparnis zur Verbesserung der Wärmeabgabe an die Luft des Kurbelgehäuses.
• In den Abb.2a und 2b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem an Stelle der Hülsen b Taschen b' vorgesehen sind, die dem gleichen Zweck wie die Hülsen dienen. Durch die Kolbenbewegung wird die Flüssigkeit c in der Hülse b oder Tasche b' dauernd hin und her geschüttelt, wodurch eine gute Wärmeübertragung von oben nach unten stattfindet. Als wärmeübertragende Flüssigkeit c ist z. B. Natrium geeignet (Schmelzpunkt bei 97,5e C, Siedepunkt bei 877,5- C, bei 76o mm Hg). Bei Anwendung z. B. von Natrium werden die Hülsen b oder Taschen b' zweckmäßigerweise aus Stahl oder Kupfer ausgeführt.
• Die Hülsen b oder Taschen b' werden in die im Kolben a vorgesehenen Aussparungen, die z. B. parallel oder schräg zur Kolbenhauptachse verlaufen, eingeführt, wobei die Hülsen, insbesondere bei Ausführung aus Kupfer, z. B. mit heißer Preßluft möglichst stark an das Kolbenmaterial angedrückt werden können, um eine innige metallische Berührung zu erreichen. Zur Erzielung dieser metallischen Berührung im Sinne einer guten Wärmeübertragung kann auch vor dem Einsetzen der Hülsen oder Taschen ein geeignetes Metall, z. B. Blei, oder eine Metallegierung oder ein gut wärmeleitendes Nichtmetall, eingegossen werden, wobei der Kolbenrohling über den Schmelzpunkt des betreffenden Metalls oder Nichtmetalls erhitzt wird. lach Eingießen z. B. des Metalls werden die Hülsen eingesetzt und mit heißer Druckluft aufgeblasen, wodurch das überflüssige Metall herausgedrückt wird. Auf diese Weise kann eine sehr innige Berührung der Hülsen mit dem Kolbenbaustoff erreicht werden. In der- Höhe der Kolbenringzone können die Betriebstemperaturen zwar über den Schmelzpunkt des Metalls steigen, so daß dieses flüssig wird; ein Ausschmelzen ist jedoch nicht möglich, wenn die Schmelztemperatur des Metalls über der Temperatur liegt, die der Kolbenfluß im Betrieb erreicht. Außer der Verbesserung der Wärmeableitung kann hierdurch oder durch zusätzliche Maßnahmen auch eine Verbesserung der mechanischen Fixierung der Hülsen oder Taschen erreicht werden.
• Die Hülsen oder Paschen werden zweckmäßig am Umfang des Kolbens parallel oder schräg zur Kolbenhauptachse zwischen den Bolzenaugen angeordnet. Im Bereich der Bolzenaugen kann auf die Anordnung von Hülsen verzichtet werden, da an dieser Stelle wegen der starken Materialanhäufung zur Aufnahme der Kräfte an sich schon eine verhältnismäßig gute Wärmeableitung besteht.
• Die z. B. in Abb. i a vorgesehenen Hülsen b werden zweckmäßig vom Kolbenfluß her eingebracht und die hierfür vorgesehenen Bohrlöcher nach Einschieben der Hülsen wieder verschlossen, und zwar z. B. durch konische oder eingeschraubte Pfropfen, welche zur Sicherung verschweißt werden können. Die Einbringung der Hülsen kann jedoch bei verschiedenen Kolbenausführungen auch durch den Kolbenboden erfolgen.
• Werden Taschen, z. B. entsprechend Abb. 2b, verwendet, so ist .es vorteilhaft, diese nicht aus einem Stück auszuführen, einerseits, um die Gefahr des Eindrückens zu verringern, und andererseits, um den Einbau zu erleichtern. Der Einbau erfolgt wie z. B. bei Ausführungen entsprechend Abb.2b zweckmäßig in der Weise, daß Hülse um Hülse durch die vorgesehenen Schlitze d' eingebracht und rechts und links symmetrisch zu den Schlitzend' verteilt werden. Nach dem Einbau können sie ähnlich wie die Hülsen behandelt werden. d. h. sie können mit heißer Preßluft aufgeblasen und an ihren Auflagestellen z. B. verbleit werden. Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit werden die Taschen zweckmäßig untereinander verlötet bzw. verschweißt o. dgl. Die Fertigbearbeitung des Kolbenrohlings erfolgt erst nach dem Einbau der Hülsen oder Taschen.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in Abb.3a im Schnitt dargestellt. Der Kolben wird in diesem Fall als Doppelmantelkolben a' ausgeführt und der das flüssige Medium c enthaltende Behälter f in einem Stück von oben oder von unten (in der Abb. 3 a von unten 1 eingebaut und der Kolben z. B. durch Einschweißen oder Einnieten oder durch ähnliche Bearbeitungsverfahren eines Ringes ,e geschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann bei Einbringen des Behälters von oben auch der über den Bolzenaugen liegende Teil des Kolbens a' in den von der kühlenden Flüssigkeit bespülten Bereich :einbezogen werden. In -Abt. 3 b ist der zugehörige, das kühlende Medium enthaltende Behälter/ perspektivisch dargestellt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Kolben für Brennkraftmaschine, dessen geschlossene Hdhlräume im Mantel mit einem flüssigen Mittel zur Wärmeübertragung vom oberen Teil des Kolbens in den unteren gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Mittel in Behälter (b, b1, f) eingefüllt wird, die zwischen den Bolzenaugen von oben oder von unten in verschließbare Aussparungen des Kolbenmantels geschoben werden.
2. 2. Kolben nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß der das flüssige Mittel enthaltende Behälter als Ganzes in einen Doppelmantelkolben von oben oder von unten eingeführt und der Ringspalt zwischen den beiden Kolbenmänteln durch einen eingeschweißten oder eingenieteten Ring, der gleichzeitig zum Festhalten des Behälters dient, verschlossen wird.
3. 3. Kolben nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Kolben anliegenden Flächen der Behälter eine Zwischenlage eines Metalls geeigneter Schmelztemperatur- erhalten.