STOLL KLAUS (DE)
KLING JUERGEN (DE)
STOLL KLAUS (DE)
| EP0359932A2 | 1990-03-28 | |||
| DE1191176B | 1965-04-15 | |||
| FR2458685A1 | 1981-01-02 | |||
| GB1117610A | 1968-06-19 |
| 1. | Hubkolben aus insbesondere Leichtmetall für Verbren¬ nungsmotoren mit einer Brennraummulde im Kolbenkopf und einem dort vorgesehenen geschlossenen eine Zu und min¬ destens eine AblaufÖffnung besitzenden Kühlölringkanal, bei dem das Kühlöl durch eine fest mit dem Motorgehäuse verbundene Kühlölspritze vom Kurbelraum aus durch den freien Innenraum des Kolbenschaftes hindurch als freier schräg gegenüber der Kolbenachse ausgerichteter Öl strahl in die Zufuhröffnung des Kühlölringkanales ge¬ spritzt wird, wobei die Zufuhröffnung einen in Kolben umfangsrichtung langgestreckten Öffnungsrand aufweist und diese Öffnung trichterförmig in den Innenwandbe¬ reich des Kolbenschaftes ausläuft, gekennzeichnet durch folgende eine hohe Belastbarkeit des Kolbens gewährleistenden Merkmale: a) die in Umfangsrichtung des Kühlölringkanales (2) liegende Länge der Zufuhröffnung (3) ist geringfügig kürzer als es für ein direktes Auffangen des Olstrahles in allen Hubstel¬ lungen des Kolbens notwendig wäre, b) die Zufuhröffnung (3) grenzt direkt an eine von zwei gegenüberliegenden einen Kolbenbol¬ zen aufnehmenden Naben des Kolbens an, c) die Gesamtlänge der Zufuhröffnung (3) be¬ trägt maximal zwei Drittel des Umfangsab¬ standes zwischen den Naben des Kolbens, d) die AblaufÖffnung (4) ist rund und besitzt einen Durchmesser, der etwa der radialen Breite des Kühlölringkanales entspricht. Hubkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Zufuhröffnung (3) min¬ destens das Dreifache des Öffnungsquerschnittes der Ab¬ lauföffnung (3) mißt. |
Die Erfindung betrifft einen Hubkolben aus insbesondere Leichtmetall für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solcher Kolben ist aus SU-973900 bekannt. Bei jenem Kolben sind die Zu- und Ablauföffnungen jeweils in Umfangs- richtung des Ringkanals langgestreckte Öffnungen. Diese langgestreckten Öffnungen sollen den gesamten zwischen den angrenzenden Naben des Kolbens liegenden Bereich ausfüllen, um möglichst lang sein zu können. Die langgestreckte Form der ZulaufÖffnung soll dazu dienen, den einzuspritzenden Kühlölstrahl während der Hubbewegung des Kolbens auf ver¬ schiedene Bereiche des Kolbenkopfes auftreffen lassen zu können. Zu diesem Zweck wird das Kühlöl durch eine Kühlöl- spritze vom Kurbelraum aus schräg an den Kolbenkopf ge¬ spritzt. Durch die Hubbewegung des Kolbens führt eine sol¬ che schräge Kühlöleinleitung dazu, daß der Auftreffpunkt während der Hubbewegung des Kolbens über die gesamte Längs¬ erstreckung der Zufuhröffnung wandert. Offensichtlich aus Symmetriegründen weist die das Kühlöl aus dem Kühlölringka- nal abführende AblaufÖffnung die gleiche Form wie die Zu¬ fuhröffnung auf.
Nachteilig bei einem solchen Kolben ist es, daß dieser we¬ gen der großen Zu- und Ablauföffnungen, die sich auf Druck- und Gegendruckseite des Kolbens jeweils über den gesamten
zwischen den Kolbennaben liegenden Bereich erstrecken, bei einer hohen Belastung des Kolbens keine ausreichende Fe¬ stigkeit gewährleistet. Des weiteren kann mit einer solchen Ausführung keine gute Kühlwirkung durch das in dem Kühlka¬ nal zirkulierende Kühlöl erreicht werden. Denn für eine gu¬ te Kühlwirkung ist eine kontinuierlich vorhandene Teilfül¬ lung des Kühlölringkanales notwendig. Eine solche Teilfül¬ lung des Ringkanalraumes setzt jedoch eine relativ kleine Abflußöffnung voraus.
Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, bei dem gattungsgemäßen Kolben die Zu- und Ablauf¬ öffnungen des Kühlölringkanales so zu verändern, daß einer¬ seits eine optimale Kühlwirkung durch das in dem Ringkanal zirkulierende Kühlöl erreicht wird und daß andererseits ei¬ ne für eine hohe Kolbenbelastung ausreichende Festigkeit des Kolbens gewährleistet ist.
Eine Lösung hierzu zeigt ein gattungsgemäßer Kolben mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 auf.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, von einem schräg eingespritzten Kühlölstrahl den größten Teil in den Kühlöl- ringkanal einführen zu können. Hierbei ist die trichterför¬ mige Ausführung der Zufuhröffnung in den Kühlölringkanal von besonderer Bedeutung.
Schräg gerichtete Kühlölstrahlen werden beispielsweise ab¬ sichtlich bei Motoren mit Kolben eingesetzt, die keinen ge¬ schlossenen Kühlölringkanal haben und bei denen der Kühlöl¬ strahl direkt in den Zenitbereich des Kolbenschaftinneren gerichtet ist. Durch die schräge Ausrichtung des Kühlöl- strahles trifft dieser bedingt durch die Hubbewegung des
Kolbens an jeweils unterschiedlichen Stellen des vorgenann¬ ten Zenitbereiches auf. Bei Kolben ohne geschlossenem Küh¬ lölringkanal wird dieser Umstand ausgenutzt, um durch schräg eingespritztes Kühlöl die beiden gegenüberliegenden Naben des Kolbenschaftes jeweils bei unterschiedlichen Hub¬ stellungen des Kolbens direkt anspritzen und dadurch beson¬ ders gut kühlen zu können. In manchen Fällen ist es er¬ wünscht, in einem gleichen Motorgehäuse, d. h. bei gleicher Anordnung der Kühlölspritze, für in der Leistung unter¬ schiedliche Motoren einmal Kolben mit und einmal solche oh¬ ne Kühlölringkanäle einzusetzen. Eine solche Austauschbar¬ keit ist bei Kolben mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlölzufuhröffnung ohne weiteres möglich. Dies ist ein er¬ heblicher wirtschaftlicher Vorteil.
Aus Festigkeitsgründen soll die Länge der Zufuhröffnung in Ringkanalrichtung möglichst gering sein, so daß hier zwi¬ schen Festigkeit und möglichst großer in den Kühlkanal füh¬ render Zufuhröffnung ein Kompromiß gefunden werden muß.
Aus Festigkeitsgründen und um im Motorbetrieb jeweils eine Teilfüllung des Kühlölringkanales mit Kühlöl sicherzustel¬ len, soll der Öffnungsguerschnitt der AblaufÖffnung etwa maximal ein Drittel der Öffnungsquerschnittsfläche der Zu¬ fuhröffnung messen.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kolben,
Fig. 2 eine Ansicht des Kolbens von unten,
Fig. 3 einen Teil-Schnitt durch einen Kolben nach Linie III-III in Fig. 2.
Ein Leichtmetall-Kolben 1 ist in seinem Kolbenkopfbereich mit einem geschlossenen Kühlölringkanal 2 versehen. Dieser Kanal ist mit einer Zufuhröffnung 3 und einer Ablauföffnung
4 versehen.
Zur Einführung von Kühlöl in die Zufuhröffnung 3 ist eine Ölspritze 5 fest an dem Motorgehäuse im oberen Bereich des Motor-Kurbelraumes angeordnet. Der die Kühlölspritze ver¬ lassende Kühlölstrahl 6 ist auf die Zufuhröffnung 3 ausge¬ richtet.
In die Kolbenschaftinnenkontur geht der Querschnitt der Zu¬ fuhröffnung 3 trichterförmig über. Dieser Trichterbereich 7 ist so ausgebildet, daß er stufenlos in den radialen Schaf¬ tinnenbereich einläuft. Insgesamt ist die Kolbeninnenkontur in einer durch den Öffnungsbereich der Zufuhröffnung 3 ge¬ legten Radialebene bogenförmig ausgebildet. Dadurch ergibt sich ein praktisch vollständig umlaufender Trichterbereich 7, in dem der Kühlölstrahl sehr wirksam aufgefangen werden kann. Insbesondere durch den stufenlosen Übergang des Trichterbereiches 7 in den radialen Schaftinnenbereich wird an die Schaftinnenfläche dort angespritztes Kühlöl durch den Trichterbereich 7 sehr wirksam in die Zufuhröffnung 3 hineingeleitet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kühlölspritze
5 so ausgerichtet, daß der Kühlölstrahl 6 schräg zur Kolbenachse verläuft. Der schräge Verlauf ist dabei derart, wie er zur Kühlung eines Kolbens ohne geschlossenen Kühlölringkanal ausgelegt sein müßte. Bei einer solchen
Ausrichtung der Kühlölspritze bereitet das nahezu vollstän¬ dige Auffangen des Kühlölstrahles innerhalb des Trichterbe¬ reiches 7 während sämtlicher Hubstellungen des Kolbens überhaupt keine Schwierigkeiten. Es ist vielmehr so, daß der Kühlölringkanal während sämtlicher Hubstellungen ein gleichmäßiges Füllvolumen mit einem vorbestimmten Füllgrad aufweist, wozu die gegenüber der Zufuhröffnung 3 kleinere AblaufÖffnung 4 entscheidend ist.