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Kolben für Pumpen und Kraftmaschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen.
Die Erfindung betrifft einen Kolben für Pumpen und Kraftmaschinen, insonderheit
für Verbrennungskraftmaschinen, doch ist er für jede Art Maschinen verwendbar, bei
denen ein Kolben in einem Zylinder arbeitet und eine Flüssigkeit verhindert werden
soll, von einem Ende des Zylinders zum anderen Ende, d. h. hinter den Zylinders
zu gelangen.
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Das wesentlich Neue an dem Kolben liegt in der eigenartigen Dimensionierung
seiner Kolbenringe. Diese sind in bekannter Weise keilförmig gestaltet und liegen
in entsprechend geformten 'Nuten; das Neue ist an ihnen, daß sie in radialer Richtung
erheblich stärker sind als in achsialer, so daß das Treibmittel, wenn es von einer
Seite her in den Raum zwischen Kolben und Zylinderwand eindringt, einen erheblichen
Zylinderwand auf den Ring ausübt und ihn auf der schrägen Seitenfläche der Nut gegen
die Zylinderwand treibt sowie eine gute Anpressung in der Nut gewährleistet.
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ijurch die gute Anpressung der Ringe ist der Vorteil gegeben, daß
der Kolben bei seinen Hubbewegungen in der Verbrennungskraftmaschine das überschüssige
Schmieröl vor dem Ringe führt und nur ein feiner Ölfilm, wie er für eine gehörige
Schmierung nötig ist, auf dem Ringe verbleibt. Dadurch wird ein bekannter Übelstand
der Verbrennungskraftmaschinen, nämlich die Überschmierung der Kolben, beseitigt.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Liderung liegt darin, daß der Kolben
im Zylinder gehörig zentriert und damit der ungleiche Verschleiß zwischen Kolben
und Zylinder beseitigt wird, so daß der Fehler der gewöhnlichen Kolben, den Zylinder
unrund zu schleifen, hier nicht auftreten kann. Dabei ist es auch von Bedeutung,
daß nicht nur ein dichter Abschluß zwischen Ring und Zylinderwand, sondern auch
ein dichter Verband zwischen Ring und Nut erreicht wird und die Gase nicht um den
Ring herum durchziehen können.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform
dargestellt. Es sind: Abb. i ein Längsschnitt des Kolbens mit zwei Ringen, Abb.
2 ein Ouerschnitt des Ringes, Abb. 3 eine Ansicht des Ringes.
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Der Kolben io gehört zu einer Verbrennungskraftmaschine; seine Nut
ii führt den während des Arbeitshubes wirksamen, offenen Liderungsring 13 ; in der
Nut 12 sitzt der beim Einsaughub wirksame Ring 1q.. In der dargestellten Ausführungsform
liegt eine Seite bei jedem der beiden Ringe in einer Ebene; die andere verläuft
schräg dazu und nach außen hin ansteigend. Die Tiefe der Nut ist so bemessen, daß
ein. Ring eingesetzt werden kann, dessen radiale Dicke größer ist als seine achsiale
Dicke am äußeren Umfange, und überdies genügend Tiefe für einen sogenannten Kohleraum
bleibt. Ein wesentliches Merkmal besteht darin, daß die Tiefe der Nut hinreichend
größer als ihre Breite am Umfange des Kolbens ist, um nicht nur den Ring aufnehmen
zu können, sondern auch einen sogenannten Kohleraum zu bilden, und weiter, daß die
Nut eine Schrägfläche besitzt, auf welcher der Ring bei seiner Bewegung gegen die
Zylinderwand gleitet.
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Beide Ringe sind von gleicher Form. Im Falle einerVerbrennungskraftmaschine
bildet der Ring 13 den Leistungs- oder Arbeitshubring. Seine obere und untere Seite
oder Fläche entfernen sich voneinander nach außen hin, und die eine, die obere Seite,
liegt in einer Ebene. Die Höhe oder achsiale Dicke des Ringes an seiner äußeren
Umfläche ist etwas größer als die Weite der Nut am Umfange des Kolbens. Dasselbe
gilt von der inneren Umfläche des Ringes in bezug auf die Weite der Kolbennut am
inneren Ende. Die beider Seitenflächen der Ringe bilden den gleichen Winkel und
haben die gleiche Winkellage zur Kolbenachse wie die entsprechenden Flächen der
Nuten.
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Auf die obere Fläche 1 5 des Ringes wirken die Verbrennungsgase, aber
das Zusammenwirken dieser Fläche mit der Gegenfläche der Nut ist nicht so wichtig
wie das Zusammenwirken der Schrägfläche 16 mit ihrer Gegenfläche der Kolbennut.
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Ein wesentliches Merkmal der Bauform des Ringes liegt darin, daß seine
radiale Dicke größer ist als seine achsiale Dicke an der äußeren Umfläche. Der sich
daraus ergebende Vorteil soll im folgenden noch dargetan werden.
Die
eigenartige Bauform des Ringes hat zur Folge, daß er in der Nut über die Kolbenumfläche
hinausragt und im Innern einen Kohleraum frei läßt. Dadurch erhalten die Verbrennungsgase
Zugang zur Ringfläche 15, zwischen der Zylinderwand und der Kolbenwand, und treiben
den Ring nach außen gegen die Zylinderwand; anderseits verhütet der Kohleraum r9
das Verstopfen des Ringes mit Kohle und gewährt dem 01 einen Raum. Der Motor
stellt daher aus folgender Überlegung eine Kraftmaschine von höherem Leistungsgrade
dar.
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Indem die Gase des Verbrennungsraumes an der Seite des Kolbens niedergehen,
kommen sie mit der Fläche 15 und auch etwas mit der Fläche 17 des Liderungsringes
13 in Berührung. Da die Fläche 15 weitaus größer als die Fläche 17 ist, so wird
der Ring mit seiner Schrägfläche 16 auf der schrägen Gegenfläche der Nut gegen die
Zylinderwand getrieben. Dabei wird ein dichter Abschluß zwischen der Fläche 16 des
Ringes und der Gegenfläche der Nut erzielt und jedes Entweichen von Gasen verhindert,
was bei einer flachen Nut und einem entsprechenden Ringe von. geringer radialer
Dicke nicht zu ermöglichen ist.
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In einer Verbrennungskraftmaschine treiben die Gase während des Arbeitshubes
den Ring in solcher Weise gegen die Zylinderwand, daß das überschüssige ö1 vom Zylinder
entfernt und nur so viel darauf belassen wird, wie zur gehörigen Schmierung der
Maschine erforderlich ist, wobei kein ölüberschuß in den Verbrennungsraum gelangen
und dessen Wandung, die Zündkerze, die Ventile usw. verschmutzen kann. In der Maschine
zeigen die Zylinder auch keine Neigung, unrund ausgelaufen zu werden, da während
des Arbeitshubes der Kolben durch die Wirkung des Ringes auf die Schrägfläche der
Nut zentriert gehalten wird. Der Ring ist gewissermaßen ein Hohlkegel, der einen
Vollkegel, die Schrägflächen der Nut, umschließt. Auf diese Weise wird der Kolben
zentrisch gehalten und jeder übermäßige Verschleiß zwischen Kolben und Zylinderwand
verhütet.
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Der Liderungsring ist nicht starr, sondern bei 18 offen. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel besitzt jeder Ring nur einen Querschlitz 18; er kann aber auch
mit gutem Erfolge mehr als einen Querschlitz besitzen, ebenso ist es nicht durchaus
notwendig, den Schlitz rechtwinklig zu halten, er kann vielmehr auch einen beliebigen
andern Weg durch den Ringkörper nehmen. Durch die Breite des Schlitzes läßt sich
überdies die Menge des der wirksamen Fläche des Ringes zuzuführenden Schmieröle
regeln. In dem Ausführungsbeispiele sind zwei Ringe dargestellt; man kann aber den
Kolben mit einer beliebigen Anzahl solcher Ringe Lidern. Die Nachgiebigkeit des
Ringes kommt, im Gegensatz zu bekannten Liderungsringen, hier nicht allein für die
Ausdehnung in Betracht, vielmehr wirkt auch der Gasdruck mit, den Ring auszudehnen
und den Raum zwischen Kolben und Zylinderwand dicht und sicher abzuschließen.
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Eine mit dem neuen Kolben ausgestattete Verbrennungskraftmaschine
hat eine solche Kompression, daß sie keiner Überschußspeisung, d. h. stärkerer Benzinzufuhr,
beim Anlassen bedarf. Damit ist auch ein bei Benzinmotoren sehr häufiger Übelstand
beseitigt, da bei einem Benzinüberschuß im Verbrennungsraume das Schmieröl durch
das Benzin fortgewaschen, daher die Zylinderwand leicht beschädigt wird.
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In der Zeichnung haben die Ringe eine verhältnismäßig große Bemessung
gegenüber der Kolbengröße. Es hat dies lediglich den Zweck, die Maßverhältnisse
der Ringe und Nuten deutlich vor Augen zu führen; in Wirklichkeit wird und kann
man die Ringe wesentlich kleiner wählen, hat aber der Erfindung gemäß immer die
Größenverhältnisse der Seiten und Flächen zueinander, wie beschrieben, beizubehalten.
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In besonders vorteilhafter Ausführungsart gibt man dem vorderen oder
Bodenende 2,o des Kolbens einen etwas kleineren Durchmesser als dem hinteren, vom
Verbrennungsraume abgewendeten Kolbenende 2i. Dadurch wird ein ringförmiger Freiraum
vor dem Liderungsringe 13 gewonnen, durch den die Verbrennungsgase ungehindert den
Ring erreichen können, um ihn während des Arbeitshubes gegen die Zylinderwand zu
pressen, während das hintere oder Kurbelende des Kolbens eine glatte, schlüssige
Lagerung erhält.