DE10153178A1

DE10153178A1 - Laufbuchse mit Kühlkanal

Info

Publication number: DE10153178A1
Application number: DE2001153178
Authority: DE
Inventors: Peter Bauknecht; Erwin Schmidt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2001-10-27
Filing date: 2001-10-27
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufbuchse 2 für einen mindestens einen ersten Kolbenring 9 aufweisenden Hubkolben 1 einer Brennkraftmaschine, mit einer zylindrischen als Lauffläche ausgebildeten Innenfläche 3, der ein Kühlmittelkanal 13 zugeordnet ist, wobei die Laufbuchse 2 zylinderkopfseitig im Bereich ihrer Innenfläche 3 eine koaxiale zylindrische Ausnehmung oder Erweiterung 5 aufweist und zwischen Erweiterung 5 und Innenfläche 3 ein als Übergang ausgebildeter Absatz oder eine Absatzfläche 6 vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laufbuchse für einen mindestens einen ersten Kolbenring aufweisenden Hubkolben einer Brennkraftmaschine mit einer zylindrischen als Lauffläche ausgebildeten Innenfläche, der ein Kühlmittelkanal zugeordnet ist.

Es ist bereits eine Laufbuchse für Brennkraftmaschinen bekannt (DE 198 11 780 C1), die zur Aufnahme eines Hubkolbens dient. Die Laufbuchse weist hierzu im Bereich der Zylinderkopffläche eine Montage-Fase für den Hubkolben bzw. seine Kolbenringe auf. Die Laufbuchse steht meist auch mit einem Kühlmittelkanal des Kurbelwellengehäuses in Wirkverbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laufbuchse derart auszubilden und anzuordnen, daß neben der einfachen Montage des Hubkolbens, dieser gegen Ablagerungen und den damit verbundenen Verschleiß geschützt ist.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Laufbuchse zylinderkopfseitig, im Bereich ihrer Innenfläche eine koaxiale, zylindrische Ausnehmung oder Erweiterung aufweist und zwischen Erweiterung und Innenfläche als Übergang ein geneigt verlaufender Absatz oder eine Absatzfläche vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, daß Ablagerungen von harter Ölkohle am Kolben, insbesondere im Bereich oberhalb des ersten Kolbenrings, dem sogenannten Feuersteg, vermieden werden. Diese Anlagerungen führen beim Aufwärts- und Abwärtshub des Kolbens zu Verschleißerscheinungen der gehonten Laufbuchsenoberfläche. Damit wird die Bildung von Ölhaltetaschen verhindert und aufgrund der dann auftretenden Mischreibung der Kolbenringe ist die Lebensdauer und die Wirtschaftlichkeit des Motors beschränkt. Durch den Absatz bzw. die Absatzfläche wird die sich bildende Ölkohle am Kolben abgestreift und der Verschleiß der Laufbuchse verhindert.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß die Absatzfläche mit der Innenfläche oder einer Zylindermittelachse einen Winkel α zwischen 5° und 75°, insbesondere zwischen 15° und 35° einschließt. Dies gewährleistet einen optimalen Abstreifvorgang der Ölkohle. Zudem erleichtert die Absatzfläche die Montage des Kolbens mit den Kolbenringen.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß die radiale Erweiterung durch Gießen, Schleifen und/oder Drehen gebildet ist und eine Länge L zwischen 1% und 50%, insbesondere zwischen 5% und 20% des Kolbennenndurchmessers aufweist. Dies gewährleistet zum einen eine sichere und ausreichende Führung des Hubkolbens und zum anderen ein optimales Abstreifen der Ölkohle.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Absatzfläche plan, konkav oder konvex, insbesondere kreisförmig, rund oder bogenförmig ausgebildet ist. Durch die verschiedenen Formen der Absatzflächen wird dem Abstreifverhalten für verschiedene Motortypen Rechnung getragen.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß die Erweiterung eine Tiefe (T) aufweist, die ausgehend von der Innenfläche zwischen 0,01% und 5%, insbesondere zwischen 0,05% und 2%, des Kolbennenndurchmessers beträgt und daß zwischen der Erweiterung und einer Kolbenlauffläche ein Spalt S vorgesehen ist, der zwischen 0,02% und 6%, insbesondere zwischen 0,1% und 2,2%, des Kolbennenndurchmessers beträgt.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß der Hubkolben zwischen dem ersten Kolbenring und seiner Deckfläche eine rotationssymmetrische Verjüngung aufweist, wobei die Verjüngung zwischen 0,1% und 1,0%, insbesondere zwischen 0,05% und 0,3%, des Kolbennenndurchmessers beträgt. Diese Verjüngung trägt zur Verbesserung des Abstreifvorgangs bei.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß der erste Kolbenring oder seine Kolbennut im unteren Todpunkt des Hubkolbens einen axialen Abstand A zur Erweiterung oder der Absatzfläche zwischen 0,01% und 6%, insbesondere zwischen 0,05% und 4%, des Kolbennenndurchmessers aufweist, wobei der Abstand A in Richtung der Zylindermittelachse abgetragen wird. Dieser axiale Versatz zur Absatzfläche gewährleistet eine ausreichende Kühlung bzw. verhindert eine thermische Überlastung des ersten Kolbenrings.

Vorteilhaft ist es ferner, daß mindestens ein Kühlmittelkanal innerhalb eines Kurbelwellengehäuses und/oder der Laufbuchse im Bereich der Erweiterung oder auf der Höhe der Erweiterung vorgesehen ist, wobei der Abstand K zwischen Kühlmittelkanal und Zylinderkopffläche kleiner als die Länge L der Erweiterung ist. Die Ausdehnung des Kühlmittelkanals zur Zylinderkopffläche hin verbessert die Kühlung der Laufbuchse im oberen Bereich. Dies trägt zur Verhinderung von Ablagerungen von Ölkohle bzw. von Verbrennungsrückständen bei.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß die Innenfläche im Bereich der Erweiterung der Laufbuchse und/oder im Bereich der Verjüngung des Hubkolbens gehärtet, beschichtet und/oder geschliffen ist. Damit ist die Laufbuchse bzw. der Hubkolben gegen Verschleißerscheinungen geschützt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in der Zeichnung dargestellt.
In der Zeichnung ist ein Hubkolben 1 dargestellt, der eine zylindrische Kolbenlauffläche 8 und eine einem nicht dargestellten Zylinderkopf zugewandte Deckfläche 12 mit einer Kolbenmulde 14 aufweist. Die Kolbenmulde 14 weist dabei einen Hinterschnitt 15 auf, dessen Querschnitt im Randbereich S- förmig ausgebildet ist, wobei die Bodenfläche plan verläuft. Im oberen Bereich weist der Hubkolben am Umfang drei Kolbenringe 9, 10, 11 auf, die jeweils innerhalb einer Kolbenringnut 9', 10', 11' angeordnet sind. Der erste Kolbenring 9 bzw. seine Kolbenringnut 9' weist hierzu einen keil- oder trapezförmigen Querschnitt auf, wobei die Querschnittshöhe zu einer Zylindermittelachse 7, radial nach innen hin kleiner wird. Der Abstand zwischen der Kolbenringnut 9' des ersten Kolbenrings 9 und der Deckfläche 12 des Hubkolbens beträgt hierbei 5% des Kolbennenndurchmessers. Die Kolbenringnuten 10', 11' der beiden anderen Kolbenringe 10, 11 sind im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Der zweite Kolbenring 10 weist eine schräge bzw. angefaste Lauffläche auf, wobei der Kolbenring 10 gemäß Fig. 1 lediglich mit seiner unteren Kante 16 linienförmig mit einer Laufbuchse 2 zur Anlage kommt. Der dritte Kolbenring 11 ist im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weist im Bereich seiner Lauffläche eine halbkreisförmige Ausnehmung 17 auf, so daß er mit zwei Teilflächen im Bereich seiner oberen und unteren Kante mit der Laufbuchse 2 zur Anlage kommt.
Der Hubkolben 1 ist innerhalb der Laufbuchse 2 angeordnet, in, der er im Betrieb eine zur Zylindermittelachse 7 koaxiale Hubbewegung ausführt. Die Laufbuchse 2 ist innerhalb eines Kurbelwellengehäuses 18 angeordnet, welches u. a. eine nicht dargestellte Kurbelwelle und einen Zylinderkopf aufnimmt. Hierzu weist die Laufbuchse einen L-förmigen Absatz 19 auf, der zusammen mit dem entsprechend ausgebildeten Kurbelwellengehäuse 18 eine gemeinsame Zylinderkopffläche 4 bildet und gleichzeitig als Sitz bzw. Aufnahme für die Lautbuchse 2 dient.
Zwischen dem Kurbelwellengehäuse 18 und der Laufbuchse 2 ist ein Kühlmittelkanal 13 vorgesehen bzw. dieser wird durch das Kurbelwellengehäuse 18 und die Laufbuchse 2 gebildet. Der Kühlmittelkanal 13 ist hierbei im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weist an seinem oberen Ende einen bogenförmigen Abschluß 20 auf, wobei der Abstand K zwischen dem Abschluß 20 und der Zylinderkopffläche 4 in etwa 20% des Kolbennenndurchmessers beträgt. Im unteren Todpunkt des Hubkolbens 1 befindet sich der erste Kolbenring 9 auf der Höhe des Kühlmittelkanals 13 bzw. dessen Abschluß 20.
Die Laufbuchse 2 weist eine zylindrische Innenfläche 3 in der Form einer Buchse oder Bohrung auf, die als Lauffläche für den Hubkolben 1 dient. Am oberen Ende der Innenfläche 3, im Bereich der Zylinderkopffläche 4 der Buchse 2 ist ebenfalls eine zylindrische Ausdrehung oder Erweiterung 5 vorgesehen. Die Erweiterung 5 besitzt von der Zylinderkopffläche 4 ausgehend eine Länge L von 10% des Kolbennenndurchmessers.
Zwischen der Erweiterung 5 und der Innenfläche 3 ist ein Übergang in Form eines Absatzes 6 bzw. einer Fase vorgesehen. Die Oberfläche des Absatzes bzw. der Absatzfläche 6 schließt hierbei mit der Zylindermittelachse 7 einen Winkel α von 25° ein. Zwischen der Innenfläche 3 und der Erweiterung 5 bzw. deren Oberfläche besteht eine Höhendifferenz bzw. Tiefe T von 1% des Kolbennenndurchmessers. Durch das radiale Spiel zwischen Hubkolben 1 und Laufbuchse 2 bzw. Innenfläche 3 ergibt sich zusammen mit der Tiefe T der Ausnehmung 5 ein Spalt 5 mit einer Breite von 1, 1% des Kolbennenndurchmessers.
Gemäß Fig. 1 beträgt der axiale Abstand A zwischen der oberen Kante der Kolbenringnut 9' des ersten Kolbenrings 9 und der unteren Kante des Absatzes 6 der Erweiterung 5 in etwa 2% des Kolbennenndurchmessers.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Hubkolben an seinem einen Ende zwischen dem ersten Kolbenring 9 und der Deckfläche 12 rotationssymmetrisch verjüngt ist. Hierbei ist die Verjüngung zylindrisch ausgebildet und beträgt 0,05% des Kolbennenndurchmessers, so daß sich ein Spalt S mit der Breite von 1,15% des Kolbennenndurchmessers ergibt. Bezugszeichenliste 1 Hubkolben
2 Laufbuchse
3 Innenfläche
4 Zylinderkopffläche
5 Erweiterung, Ausdehnung
6 Absatzfläche
7 Zylindermittelachse
8 Kolbenlauffläche
9 erster Kolbenring
9' Nut von 9
10 zweiter Kolbenring
10' Nut von 10
11 dritter Kolbenring
11' Nut von 11
12 Deckfläche
13 Kühlmittelkanal
14 Kolbenmulde
15 Hinterschnitt
16 Kante von 10
17 Ausnehmung von 11
18 Kurbelwellengehäuse
19 Absatz von 2
20 Abschluß von 13
21 Winkel α
S Spalt
L Länge von S
T Tiefe von S
A Abstand von 9
K Abstand von 13

Claims

1. Laufbuchse (2) für einen mindestens einen ersten Kolbenring (9) aufweisenden Hubkolben (1) einer Brennkraftmaschine mit einer zylindrischen als Lauffläche ausgebildeten Innenfläche (3), der ein Kühlmittelkanal (13) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse (2) zylinderkopfseitig, im Bereich ihrer Innenfläche (3) eine koaxiale, zylindrische Ausnehmung oder Erweiterung (5) aufweist und zwischen Erweiterung (5) und Innenfläche (3) als Übergang ein geneigt verlaufender Absatz oder eine Absatzfläche (6) vorgesehen ist.

2. Laufbuchse (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absatzfläche (6) mit der Innenfläche (3) oder einer Zylindermittelachse (7) einen Winkel α (21) zwischen 5° und 75°, insbesondere zwischen 15° und 35°, einschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erweiterung (5) durch Gießen, Schleifen und/oder Drehen gebildet ist und eine Länge (L) zwischen 1% und 50%, insbesondere zwischen 5% und 20%, des Kolbennenndurchmessers aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absatzfläche (6) plan, konkav oder konvex, insbesondere kreisförmig, rund oder bogenförmig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (5) eine Tiefe (T) aufweist, die ausgehend von der Innenfläche (3) zwischen 0,01% und 5%, insbesondere zwischen 0,05% und 2%, des Kolbennenndurchmessers beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Erweiterung (5) und einer Kolbenlauffläche (8) ein Spalt (S) vorgesehen ist, der zwischen 0,02% und 6%, insbesondere zwischen 0,1% und 2,2%, des Kolbennenndurchmessers beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubkolben (1) zwischen dem ersten Kolbenring (9) und seiner Deckfläche (12) eine rotationssymmetrische Verjüngung aufweist, wobei die Verjüngung zwischen 0,1% und 1,0%, insbesondere zwischen 0,05% und 0,3%, des Kolbennenndurchmessers beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolbenring (9) oder seine Kolbenringnut (9') im unteren Todpunkt des Hubkolbens (1) einen Abstand (A) zur Erweiterung (5) oder der Absatzfläche (6) zwischen 0,01% und 6%, insbesondere zwischen 0,05% und 4%, des Kolbennenndurchmessers aufweist, wobei der Abstand A in Richtung der Zylindermittelachse (7) abgetragen wird.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kühlmittelkanal (13) innerhalb eines Kurbelwellengehäuses (18) und/oder der Laufbuchse (2) im Bereich der Erweiterung (5) oder auf Höhe der Erweiterung (5) vorgesehen ist, wobei der Abstand K zwischen Kühlmittelkanal (13) und Zylinderkopffläche (4) kleiner als die Länge L der Erweiterung (5) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (3) der Erweiterung (5), die Absatzfläche (6) und/oder die Verjüngung des Hubkolbens (1) gehärtet, beschichtet und/oder geschliffen ist.