DE102006015583A1

DE102006015583A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102006015583A1
Application number: DE200610015583
Authority: DE
Inventors: Rainer Scharp
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-10-18
Also published as: WO2007115526A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor, bestehend aus einem Oberteil 3 und aus einem Unterteil 11. Das Unterteil 11 weist zwei Bolzennaben 13, die über je eine Nabenanbindung 12 mit dem Oberteil 3 des Kolbens 1 verbunden sind, und zwei einander gegenüberliegende Schaftelemente 15 auf, die ausschließlich mit den Bolzennaben 13 verbunden sind. Zur Reduzierung der Kolbengeräusche, zur Vermeidung der Beschädigung der Flanken des Verdichtungsringes und der Nut 25, in der der Verbindungsring angeordnet ist, und zur Vermeidung von Kavitationsschäden an der Außenwand 26 der Zylinderbuchse 20 weisen die kolbenbodenseitigen Endbereiche der Schaftelemente 15 radial innen jeweils eine über die Innenfläche der Schaftelemente umlaufende Verdickung 19 auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Offenlegungsschrift DE 44 46 726 A1 ist ein Kolben bekannt, dessen Schaftelemente ausschließlich an den Bolzennaben befestigt sind und keine Anbindung an das Kolbenoberteil aufweisen. Zudem weisen die Schaftelemente eine konstante Dicke auf. Aus diesen Gründen sind die Schaftelemente derart elastisch nachgiebig ausgebildet, dass sie sich bei einer Erhöhung der Temperatur des Kolbenmaterials und bei einer damit einhergehenden Vergrößerung des Kolbenradius im Bereich der Schaftelemente elastisch an die Innenwand der Zylinderbuchse anpassen, wodurch die Gefahr eines Kolbenfressers bei einer Erhöhung der Kolbentemperatur verringert wird. Nachteilig ist hierbei aber, dass die Elastizität der Schaftelemente zu einer Vergrößerung der Sekundärbewegungen des Kolbens, d.h., der Kippbewegungen des Kolbens um die Bolzenachse und damit zu einer Erhöhung des Verschleißes der Ring- und Nutflanken und zu einer Beschädigung der Zylinderbuchse führt.
Diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird die Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruches stehenden Merkmalen. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches.
Hierbei dämpft die kolbenbodenseitige Verdickung der Schaftelemente die Sekundärbewegungen des Kolbens insoweit, dass ein damit einhergehender Verschleiß der Ring- und Nutflanken des Kolbens verringert und eine durch diese Sekundärbewegungen bedingte Beschädigung der Zylinderbuchse weitgehend vermieden wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
1 ein aus zwei Halbschnitten bestehendes Schnittbild eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, wobei der linke Halbschnitt senkrecht auf der Bolzenachse steht, und der rechte Halbschnitt auf der Bolzenachse liegt, und
2 einen Schnitt durch den Kolben entlang der Linie I-I in 1.
1 zeigt einen in einem Schnittbild dargestellten Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor, das aus zwei Halbschnitten besteht, wobei der linke Halbschnitt senkrecht auf der Bolzenachse 2 steht, und der rechte Halbschnitt in Richtung der Bolzenachse 2 liegt.
Der Kolben 1 besteht aus einem Oberteil 3 mit einem Kolbenboden 4, in den eine Verbrennungsmulde 5 eingeformt ist. Der kolbenbodennahe Bereich der radialen Außenseite des Oberteils 3 weist eine Ringpartie 6 auf. Nahe dem Kolbenboden 4 und radial außen ist im Oberteil 3 ein ringförmiger Kühlkanal 7 angeordnet, der auf der dem Kolbenboden abgewandten Unterseite von einem ringförmigen Blechelement 8 verschlossen ist, das eine Öffnung 9 zum Einleiten von Kühlöl und eine weitere Öffnung 10 zum Ausleiten von Kühlöl (siehe 2) aufweist.
Der Kolben 1 besteht weiterhin aus einem Unterteil 11, das Bolzennaben 13 mit je einer Bolzenbohrung 14 aufweist. Ausschließlich mit den Bolzennaben 13 sind zwei einander gegenüberliegende Schaftelemente 15 verbunden. Über Nabenanbindungen 12 sind die Bolzennaben 13 des Unterteils 11 mit dem Oberteil 3 des Kolbens 1 verbunden. Die radial äußeren Stirnseiten 18 der Bolzennaben 13 sind gegenüber der Ringpartie 6 in Richtung der Kolbenachse 16 zurückgesetzt. Zwischen den Schaftelementen 15 und der Ringpartie 6 befindet sich jeweils eine Ausnehmung 17, die so weit in Richtung Kolbenachse 16 reicht, dass hierdurch eine direkte Anbindung der Schaftelemente 15 an das Oberteil 3 des Kolbens 1 unterbunden wird. Die kolbenbodenseitigen Endbereiche der Schaftelemente 15 weisen jeweils eine über die gesamte radiale Innenfläche des jeweiligen Schaftelementes 15 umlaufende Verdickung 19 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Verdickung 19 in radialer Richtung betrachtet eine konstante Breite auf. Hergestellt werden kann der Kolben aus einem schmiedbaren Stahl aber auch aus einem Leichtmetall, wie beispielsweise aus einer Aluminium-Legierung oder aus einer Magnesium-Legierung.
2 zeigt einen Schnitt durch den Kolben 1 entlang der Linie I-I in 1. Erkennbar sind neben den Öffnungen 9 und 10 zum Zuführen und Abführen von Kühlöl die Bolzennaben 13, 13' mit den Bolzenbohrungen 14, 14' und die davon gehaltenen und im Schnitt dargestellten Schaftelemente 15, 15'. In Draufsicht sind die Blechelemente 8, 8', von denen der Kühlkanal abgedeckt wird, und die radial innen angeordnete Verdickung 19, 19' der Schaftelemente 15, 15' zu erkennen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel in radialer Richtung betrachtet eine konstante Breite aufweist.
Zur Erläuterung der Wirkung der kolbenbodenseitigen Verdickungen 19, 19' der Schaftelemente 15, 15' ist in 1 ein Teil einer Zylinderbuchse 20 eingezeichnet. Im Motorbetrieb führt der Kolben 1 nicht nur Hin- und Herbewegungen in Richtung des Pfeils 21 sondern zudem Sekundärbewegungen, d.h., Kippbewegungen in Richtung des Pfeils 22 um die Bolzenachse 2 aus. Wie in 1 vergrößert dargestellt ist, ist der radiale Durchmesser des Kolbens 1 im Bereich der Schaftelemente 15 um 100 μm bis 400 μm größer als der radiale Durchmesser des Kolbens 1 in dem Bereich 27 der Ringpartie 6, wo die Ringpartie 6 den größten radialen Durchmesser hat. Bei Sekundärbewegungen 22 des Kolbens 1 schlagen zunächst die kolbenbodenseitigen Bereiche der Schaftelemente 15 auf die Innenwand 24 der Zylinderbuchse 20. Die Verdickung 19 verstärkt hierbei den kolbenbodenseitigen Bereich der Schaftelemente 15 derart, dass dadurch die Kippbewegungen 22 des Kolbens 1 gedämpft werden, sodass das Oberteil 3 des Kolbens 1 weniger heftig an die Innenwand 24 der Buchse 20 anschlägt, als das bei unverstärkten und deshalb elastisch nachgiebigen Schaftelementen der Fall ist.
Dies hat die Vorteile, dass hierdurch die von den Sekundärbewegungen 22 verursachten Kolbengeräusche reduziert werden. Da der in der Nut 25 angeordnete, in 1 nicht dargestellte Verdichtungsring an der Innenwand 24 der Zylinderbuchse 20 anliegt, ergeben sich bei Kippbewegungen 22 des Kolbens 1 Relativbewegungen zwischen den Flanken der Nut 25 und den Flanken des Verdichtungsringes, die Beschädigungen sowohl der Nutflanken als auch der Ringflanken verursachen können. Dadurch, dass die Verdickungen 19 des oberen Bereiches der Schaftelemente 15 die Kippbewegungen 22 des Kolbens 1 dämpft, wird die Gefahr der hierdurch bewirkten Beschädigung der Nutflanken und Ringflanken verringert.
Darüber hinaus verursacht ein zu heftiges Anschlagen des Kolbenoberteils 3 an die Innenwand 24 der Zylinderbuchse 20 Vibrationen der Zylinderbuchse 20, die in dem die Außenwand 26 der Zylinderbuchse 20 kühlenden Wasser starke Druckschwankungen verursachen. Dadurch können sich in dem Kühlwasser Kavitationsblasen bilden, die zu Kavitationsschäden an der Außenwand 26 der Zylinderbuchse 20 führen können. Durch eine Dämpfung der Kippbewegungen 22 mittels der kolbenbodenseitigen Verdickung 19, 19' der Schaftelemente 15, 15' wird die Gefahr der Kavitation des die Zylinderbuchse 20 umgebenden Kühlwasser und dadurch die Gefahr der Beschädigung der Außenwand 26 der Zylinderlaufbuchse 20 verringert.

1: Kolben
2: Bolzenachse
3: Oberteil des Kolbens 1
4: Kolbenboden
5: Verbrennungsmulde
6: Ringpartie
7: Kühlkanal
8, 8': Blechelement
9, 10: Öffnung
11: Unterteil des Kolbens 1
12: Nabenanbindung
13, 13': Bolzennaben
14, 14': Bolzenbohrung
15, 15': Schaftelement
16: Kolbenachse
17: Ausnehmung
18: Stirnseite der Bolzennabe 13
19, 19': Verdickung
20: Zylinderbuchse
21: Pfeil
22: Pfeil, Kippbewegung, Sekundärbewegung des Kolbens 1
24: Innenwand der Zylinderbuchse 20
25: Nut
26: Außenwand der Zylinderbuchse 20
27: Bereich der Ringpartie 6

Claims

Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor, bestehend aus einem – Oberteil (3) – mit einem Kolbenboden (4) und – mit einer Ringpartie (6) im kolbenbodennahen Bereich der radialen Außenseite des Oberteils (3), und bestehend weiterhin aus einem – Unterteil (11) – mit zwei Bolzennaben (13, 13'), die jeweils eine Bolzenbohrung (14, 14') aufweisen, und die über je eine Nabenanbindung (12) mit dem Oberteil (3) des Kolbens (1) verbunden sind, und – mit zwei einander gegenüberliegenden Schaftelementen (15, 15'), die ausschließlich mit den Bolzennaben (13, 13') verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die kolbenbodenseitigen Endbereiche der Schaftelemente (15, 15') jeweils eine über die radiale Innenfläche des jeweiligen Schaftelementes (15, 15') umlaufende Verdickung (19, 19') aufweisen.
Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (19, 19') in radialer Richtung betrachtet eine konstante Breite aufweist.