-
Kolben mit Kühleinrichtung mit Tauchrohren für schnellaufende Brennkraftmaschinen
Bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen, wie sie insbesondere für Kraftfahrzeuge
verwendet werden, sind dem Kolbendurchmesser und damit der Leistung der Maschine
vor allem durch die Temperatur des Kolbenbodens Grenzen gesetzt. Eine wesentliche
Vergrößerung des Kolbendurchmessers ist an sich durch besondere Kühlung des Kolbens,
insbesondere unter Zuführung von Kühlflüssigkeit unter Druck durch Tauchrohre, möglich.
Derartige .Ausführungen sind jedoch infolge der eigenen Pumpwirkung solcher Tauchrohre
von der Maschinendrehzahl abhängig. Als Kühlflüssigkeit muß bei schnellaufenden
Maschinen, um Verunreinigung des Schmieröls zu vermeiden, gleiches 01 wie
das Schmieröl der Maschine verwendet werden.
-
Bei solchen Kühleinrichtungen ist vielfach die durch die Eigenpump«-irkung
der Tauchrohre bestimmte nicht beeinflußbare Fördermenge des Kühlöls unerwünscht
hoch gegenüber den Kühlanforderungen, außerdem treten schon unterhalb der bisher
bei schnellaufenden Motoren üblichen höchsten Drehzahlen durch diese Eigenpumpwirkung
der Tauchrohre hohe Spitzendrücke innerhalb des Kolbenkühlraums auf, die durch das
ungewöhnlich große Verhältnis von Hub zu Bohrung der als Pumpe wirkenden Tauchrohre
entstehen.
-
Andererseits treten bei der entgegengesetzten Bewegung der Tauchrohre
aus denselben Gründen Unterdrücke im Kolbenkühlraum auf, die ein Abreißen der ölsäulen
in den Tauchrohren und damit öldampfbildung, Eintreten von Luft und schließlich
ölschaumbildung zur Folge haben.
-
Dies sind die Hauptgründe, weshalb derartige bei lansamlaufenden Motoren
bewährte Kolben-.I
kühleinrichtungen mittels Tauchrohre bei schnelllaufendem
Motoren bisher keine Anwendung finden konnten. Diese Schwierigkeiten werden durch
die Erfindung beseitigt und eine von der Drehzahl unabhängige und bei höchsten Drehzahlen
anwendbare Kühleinrichtung für die Kolben schnellaufender Maschinen mit Förderung
des Kühlöls durch Tauchrohre geschaffen.
-
Durch die Erfindung wird die Eigenpumpwirkung der Tauchrohre auf eine
gewünschte Fördermenge von Kühlöl eingeschränkt, gleichzeitig werden die sonst auftretenden
schädlichen Über- oder Unterdrücke in dem Kolbenkühlraum dadurch beseitigt, daß
in dem Kolben eine Ausgleichvorrichtung vorgesehen wird, durch die während des Abwärtshuhs
des Kolbens ein Teil des in den Kühlraum zugeführten Öls aufgenommen und während
des Aufwärtshubs des Kolbens wieder abgegeben wird. Diese Ausführung wird vorteilhafterweise
so getroffen, daß in dem Kühlraum des Maschinenkoibens ein oder mehrere durch das
Kühlöl beaufschlagte und unter dem Gegendruck von Federn stehende Ausgleichkolben
oder eine Biegehaut vorgesehen sind, wobei durch die Bemessung von Iiub zu Bohrung
und die Belastung des Ausgleichkolbens die :Menge und der Druck des den Kühlraum
durchströmenden Öls heeinflußt werden. Der Ausgleichkolben erhält einen verhältnismäßig
kleinen Hub und einen großen Durchmesser, also ein gegenüber dem für eine Pumpe
unnatürlich großen l-lul)- zu Bohrungsverhältnis der Tauchrohre umgekehrtes Verhältnis
von Hul> zu Bohrung. Dadurch wird die hole Drücke erzeugende Wirkung der "Tauchrohre
auf ein zulässiges -Maß eingeschränkt. Die .Allstimmung der Ausgleichvorrichtung
auf die im einzelnen Falle erwünschte .Förderung geschieht durch entsprechende Bemessung
der Federbelastung. Dadurch kann ein hoher Überdruck und schädliche Unterdruckbildung
im Kolbenkühlraum vermieden werden.
-
Für die Zuführung des Kühlöls sind bei Kolben nach der Erfindung an
sich Ventile nicht unbedingt notwendig, sie können durch eine Zuförderpumpe ersetzt
werden. Im Ausbau der Erfindung wird jedoch vor dem Eintritt in das das .Kühlöl
zuführende Tauchrohr ein bei Gegendruck im Kühlraum den Zufluß sperrendes Einlaßventil
(Rückschlagventil) vorgesehen.
-
Vorteilhafterweise wird auch das austretende Kühlöl über einTauchrohr
geleitet. In diesem Falle kann nach diesem Tauchrohr ein Ventil angeordnet werden,
das den Austrittsquerschnitt für das Kühlöl schließt, wenn im Kühlraum des Kolbens
der Druck im Abflußrohr unterschritten wird. Solche Ventile würden ohne die Einrichtung
nach der Erfindung bei schnellaufenden Motoren sehr große Querschnitte erfordern.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Ausgleicheinrichtung braucht durch diese Ventile
aber nicht das ganze 01 fließen, welches durch die Tauchrohre in Bewegung
gesetzt wird, so daß die Ventile keinen wesentlich größeren Querschnitt als den
der Tauchrohre benötigen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß gegebenenfalls praktisch
die Ligenpuniliwirkung der Tauchrohre zur Förderung des Öls durch den Kühlraum genügt.
Es braucht dann eine eventuelle Zuförderung von außerhalb nur so groß zu sein, daß
sie eben dieZuleitung gewährleistet, also zusätzlich die Ölmenge fördert, welche
durch Undichtheiten verlorengeht. Die für diesen Zweck vorzusehende Pumpe benötigt
deshalb nur sehr geringe Leistung.
-
Die Erfindung wird mit besonderem Vorteil bei Kolben angewandt, die
aus einem Hauptkörper und einem Kühlkanäle enthaltenden Bodenteil zusammengesetzt'
sind. Dabei wird erfindungsgemäß der Ausgleichkolben in einer liolirung des Hauptkörpers
geführt, und seine liodenfläcbe bildet in dem mittleren Teil des Maschinenkolbens
den Abschluß der Kühlkanäle.
-
Vorteilhafterweise wird der Ausgleichkolben an einem zentralen Ansatz
des N-laschinenkolbens gefiihrt, 'ili dessen Hohlraum Kühlöl ein- und von dort aus
in das Bolzenlager der Kolbenstange zur Schmierung desselben übertritt.
-
In der Zeichnung sind in den I# ig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch. größtenteils im Schnitt dargestellt.
-
In Fig. r bedeuten i einen Kolben mit Kühlraum 2, 3 ein in dem Kolben
1 angeordnetes Rohr, in dem ein am Maschinengehäuse befestigtes Tauchrohr 1 für
die Zuführung von Kühlöl verschiebbar ist. 5 ist ein weiteres Rohr in (lern Kolben
1 für den Austritt des Kühlöls, in dem ein Tauchrohr 6 verschiebbar ist. Die Rohre
4 und 6 sind an Verbindungsstücken 7 und 8 befestigt, an welche die Zuleitung 9
und die Ableitung to anschließen. i 1 und 12 sind @'erl>indungsrohre. die zu anderen
Kolben führen.
-
13 und 14 sind Ventile in der Zu- und Ableitung des Kühlöls,
die durch 1, erlern 1.5 und 16 belastet sind. 2o ist ein Ausgleichkolbeli, der in
der BohrUng 21 geführt und durch eine 1#eder 22 belastet ist. die sich gegen einen
Teller 23 abstützt. Der Teller 23 liegt in Gier 1?inclrelltlrlg 24 an den Rippen
25 des Kolbens und kann durch eine Aussparung oberhalb der Eindrehung 24 von der
Seite her eingeführt und herausgenommen werden.
-
Durch eine nicht besonders dargestellte Fördereinrichtung (Pumpe)
wird der Leitung 3 Drucköl über die Leitung 9 zugeführt. Heini Aufwärtshub des Kolbens
i wird aus vier Leitung 9 über das Verb» ndungsstück i und (las Ventil 1 3 Drucköl
in das Tauchrohr d zugeleitet. von wo es während der Bewegung des Kolbens 1 durch
(las Rohr 3 in den Kühlraum übertritt. Das \\-ährend eines Aufwärtshubs in dem Rohr
; freigegebene Volumen ist größer als (las aus der l.eittlrlg o zugeführte Ölvolumen,
der Druck in dem 1tiililraurn 2 nimmt deshalt) all. Gleichzeitig tritt aus (lern
Raum 2 01 durch das Rohr 5, das Tauchrohr 6, (las Ventil 1 4 und das Verbindungsstück
t; in die Leitung 1o aus. Bei Druckabnahme unter derb Außendruck wurde aus der Leitung
io 01 eingesaugt. (lies wird jedoch dadurch verhindert, daß das Ventil 1 4 sich
schließt. Dafür wird der durch die Feder 21 belastete .@tlsgleichkolben 2o nach
oben gedrückt. Dadurch wird
(las 0lvolumen in dem Raum 2 entsprechend
verringert. \\"enn infolge dieser raschen Bewegung des Kolbens t Unterdruck in dem
Raum 2 auftreten wird, wird die Aufwärtsbewegung des Kolbens 20 durch den Atmosphärendruck
von außen unterstiitzt.
-
Beim :Abwärtshub desKolbens i schließt sich das Ventil 13 durch den
in dem Raum 2 entstehenden Überdruck. Dem Raum 2 wird also kein 01 aus der
Leitung 9 mehr zugeführt. vielmehr tritt lediglich (las aus den Rohren 3 und 4 während
der Kolbenbewegung verdrängte 01 in den Raum 2 ein, während gleichzeitig
ein bestimmter Teil des Kühlöls durch die Rohre 5 und 6, das Ventil i4 und das Verbindungsstück
8 in die Leitung io austritt. Der Ausgleichkolben 2o wird durch den während der
Abwärtsbewegung des Kolbens vorhandenen höheren Druck nach unten verschoben. Während
der Strömung des Öls durch den Kühlraum 2 nimmt also während jedes Aufwärtshubs
des Kolbens i der Druck in dem Kühlraum 2 ab. während der Abwärtsl)ewegung des Kolbens
zu, und zwar in dem Maße, wie durch die Feder 22 und das Aufnahmevolumen des Kolbens
20 und sein Hub- und Bohrungsverhältnis bedingt ist.
-
Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Kolbens
nach der Erfindung besteht der Kolben 30 aus einem Hauptkörper 31 und einem
Bodenteil 32 mit Kühlkanälen 33. 34 ist ein Ausgleichkolben. der in der Bohrung
35 des HauptkGrpers 31 verschiebbar ist. 36 ist ein an dem Bodenteil 32 angeordneter
Ansatz, an dessen Außenfläche die Nahe 37 des Ausgleichkolbens 34 geführt ist. 38
ist ein unterhalb der Bohrung 35 angeordneter Boden. Der Innenraum 39 des .Ansatzes
36 ist durch einen Deckel 4o verschlossen, der- eine Bohrung 41 besitzt. 42 sind
Querbohrungen zur Verbindung des Raums 39 mit dem daneben liegenden Kühlraum. 43
sind Federn. die einerseits gegen den Ausgleichkolben 34 drücken und sich andererseits
gegen die Platte 38 abstützen. .4.4 ist die .Kolbenstange. Die Zuführung des Öls
durch Tauchrohre und die Abführung desselben erfolgt in gleicher Weise wie bei der
Ausführung nach Fig. i.
-
Die Wirkung des Ausgleichkolbens ist hei dieser -Ausführung die gleiche
wie bei Fig. i. Das durch die Öffnungen 42 in den Raum 39 zutretende 01
tritt
(furch die Bohrung 41 in die Kolbenstange -#4 zur Schmierung des Kolbenbolzenlagers
über.