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Kolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf Kolben
für Brennkraftznaschinen und bezweckt eine besondere Ausgestaltung der Form derselben.
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Bekanntlich werden von Kolb für Brennkraftrnaschinen bestimmte Bedingungen
verlangt, zu denen u. a. ein kleinstmögliches Laufspiel bei höchster Belastung zählt.
Von der Wahl desselben hängt nicht nur die Größe des Wirkungsgrades, sondern auch
die Lebensdauer des Kolbens und damit des ganzen Motors ab: Um den in Frage kommenden
' Kolben, insbesondere solchen aus Leichtmetall, ein einwandfreies Tragbild ihres
Schaftes zu geben, 1 wurde auf die Herstellung der Lauffläche besonders Wert gelegt.
Außerdem aber wurden vorzugsweise Leichtmetallkolben mit Rücksicht auf ihre höhere
Temlacraturdehnung im allgemeinen. so ausgebildet, daß sie insbesondere am tragenden
Schaft sowohl bei geringer als auch bei hoher Belastung eine ein n#andfreie Geradführung
des Kolbens ermöglichen. Alle diese Maßnahmen kornnten aber nicht verhindern, daß
Kolben für Brennikraftmaschinen besonders an ihrer Ringpartie, also zwischen: Kolbenbolzen
und- Kolbenoberkante, das erwünschte einwandfreie Tragbild nicht zeigten. Ursache
dafür dürfte eine ungleichmäßige Verteilung der thermischen Belastung des Kolbenbodens,
insbesondere bei Dieselmotoren, sein. Wider Erwarten ist die thermische Belastung
nicht zentral bzw. gleichmäßig auf dien Kolbenboden verteilt, sondern exzentrisch.
Diese Ungleichmäßigkeit in der thermischen Belastung kann unter Um.stäniden so groß
sein, daß eine merklich einseitige Verformung des Kolbens erfolgt. Damit wird das
Tragbild meistens sehr ungünstig beeinflußt. Es besteht beispielsweise die Gefahr,
daß der Kolben oberhalb dies oberen Kolbenringes auf einer Seite sehr stark reibt,
während sich an, den thermisch weniger belasteten Stel'lenÖlkohle ansetzt. Diese
Erscheinungen wirken sich! besonders bei
höheren thermischen Belastungen
sehr ungünstig aus.
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Es ist weiterhin bekannt, bei Tauchkolben die Ringpartie gleichmäßig
oval auszubilden, um hierdurch ein Anreiben, derselben, besonders oberhalb der Kolbenbolzernaugen,
zu vermeiden oder auch einte Deformation des Zylinders auszugleichen. Die ovale
Gestaltung der Ringpartie kann aber auch die einseitige thermische Belastung eines
Kolbens quer zum Kolbenbolzen nicht ausgleichen. Die bisher im allgemeinen benutzten
Ausführungen legen Wert darauf, die an der Zylinderwand anreibende Stelle, die leicht
zum Fressen führt, zurückzunehmen, um auf diese Weise. einen ein,-wandfreien Lauf
des Kolbens zu ermöglichen. Es wurde dabei jedoch nicht berücksichtigt, daß sich
an den weniger hochbelasteten Stellen während, des Betriebs sehr harte Verbrennungsrückstände
ansetzen, die zu schweren Beschädigungen im Kolben führen. Ähnliche Betriebsverhältnisse
treten auch dann auf, wenn eine starke einseitig.e Kühlung des Zylinders erfolgt
und hierdurch eine Gestaltsänderung hervorgerufen wird. So kann z. B. die Lauffläche
des Zylinders in diesem Fall einseitig so stark verformt werd-:n,, daß ein Kolben,
der nach bekannten Regeln hergestellt worden ist, nicht mehr einwandfrei zum Laufen
gebracht wird.
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Um diese beobachteten Nachteile zu vermeiden, wird der Kolben erfindungsgemäß
so geformt, daß die Mitte der Kolbenbodenfläche exzentrisch gegenüber der Mitte
des Kolbenschaftes liegt. Erreicht kann dies auf verschiedenem Wege werden. Es kann
z. B. das Schleifen oder Drehen der Ringpartie so ausgeführt werden-, daß die Längsachse
derselben gegenüber der des Kolbens um eine zweckmäßig im Winkelmaß bestimmbare
Abweichung verlagert ist. Es ist aber auch möglich, entsprechend dem Wärmegefälle
den Feuersteg und die darunterliegenden Ringstege mit allmählich abnehmender Exzentrizität
auszuführen, und zwar derart, daß der Feuersteg entsprechend seiner höchsten Wärmebelastung
die größte Exzentrizität und der untere Ringsteg wegen seiner geringsten Belastung
die kleinste Exzentrizität erhalten. Bei thermisch sehr hochbelasteten Motoren kann
unter Umständen ferner noch ein Teil des tragenden Schaftes durch die einseitige
Wärmebelastung beeinflußt werden. Es ist dann erforderlich, auch diezeen Schaftteil
entsprechend der für den Kolbenboden bzw. für die Ringpartie empfohlenen Weise exzentrisch
zu gestalten. Die Schrägstellung des Kolbenoberteils muß dabei bis, an, den Schaft
heranreichen, oder das Schaftoberteil muß mit einer verlaufenden Exzentrizität ausgeführt
werden.
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Je nach dem während des Verbrennungsvorganges sich abspielenden Verfahren
wird die Schlifform der Ringpartie von Fall zu Fall geändert werden müssen. So ist
es beispielsweise ohne weiteres möglich, beim Auftreten einer sich exzentrisch einstellenden
Hitzequelle die Ringpartie des Kolbens kreisrund zu gestalten. :Meistens treten
jedoch mehrere stark erhitzte Stellen am Kolbenboden auf, so daß es erforderlich
wird, entsprechend der örtlichen: Verteilung dieser Stellen eine Querschnittsänderung
vorzusehen, für deren Ausbildung es vorteilhaft erscheint, sie oval oder zweckmäßig
auch vieleckig mit abgerundeten Flächen auszuführen.
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Die Abbildungen lassen Ausführungsbeispiele erkennen. Die Abb. i und
a zeigen je einen Kolben einer Brenrrkraftmasch,ine in Ansicht, während die Abb.
3 und 4 Grundrisse derselben erkennen lassen.
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Die Darstellung nach Abb. i ist zwecks deutlicher Veranschaulichung
des Erfindungsgedankens übertrieben verzerrt gezeicliriet. leer Kolben mit seinem
Schaft a ist zunächst genau zentrisch in dem Zylinder g vorgesehen. Dagegen weichen
der Koibenbodett 1a und die Rin"7lrtrtie c von diieser zentrischen Anordnung ab.
Diese Abweichung wird am besten durch das Winkelmaß festgelegt. Der Kolben kann
in dieser Form vorzugsweise durch Schleifen oder auch Drehen hergestellt -#verden.
Die Größe des Winkels a richtet sich nach den thermischen Belastungen. Mitunter
erscheint es auch ratsam, die neue Formgebung so vorzurielimen, daß die Kolbenoberfläche
ballig aussieht.
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Die gleiche exzentrische :\liweichun,g um den Winkel a zeigt auch
der Kolben nach Abb. z. Dabei sind der Feuersteg b und die Ringstege c exzentrisch
versetzt, und zwar jeweils so stark, wie es diie abfallendethermische Beeinflussung
erforderlich macht. Nach der Abb. 3 erscheint der Außenumfang d des Kolbenschaftes
mit einer i#Iittellinic n-n abweichend von der Mittellinie W-n' des exzentrisch
verlagerten Umfangs e der Kollenoberkante. Die Kanten der einzelnen Ringstege sind
nicht gezeichnet, um die Deutlichkeit in der Darstellung nicht zu stören.
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Entsprechend der Abb. 4 ist der äußere Umfang dies Kolbenschaftes
"wiederum mit d bezeichnet und kreisförmig ausgebildet, während der des Bodenumfanges
das Bezugszeichen f trägt und exzentrisch gegenüber d liegt. Der Kolbenboden hat
einen dreieckigen Querschnitt mit stark altgerundeten Kanten.