DE102006015585A1

DE102006015585A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102006015585A1
Application number: DE102006015585A
Authority: DE
Inventors: Rainer Scharp; Hans-Peter Wieland
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: WO2007115525A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor mit zwei einander gegenüberliegenden Bolzennaben (10, 10') und mit zwei die Bolzennaben (10, 10') miteinander verbindenden Schaftelementen (12, 12'). Zur Vermeidung von temperaturbedingten Kolbenfressern ist das auf der Gegendruckseite (15) des Kolbens (1) angeordnete Schaftelement (12') ohne Schaftanbindung an das Kolbenoberteil (8) ausschließlich mit den Bolzennaben (10, 10') verbunden und damit elastisch nachgiebig ausgebildet. Zur Verringerung des Verschleißes der Kolbenringe und der Ringnuten des Kolbens ist die Steifigkeit der Druckseite des Kolbens (1) dadurch erhöht, dass das Schaftelement auf dieser Seite des Kolbens über eine Schaftanbindung mit dem Kolbenoberteil verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit zwei Bolzennaben und mit zwei die Bolzennaben miteinander verbindenden Schaftelementen.
Aus der Patentschrift EP 1 372 904 B1 ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, der aus einem Kolbenoberteil mit einer auf dessen radialer Außenseite angeordneten Ringpartie und aus einem Kolbenunterteil besteht. Das Kolbenunterteil weist Bolzennaben, die über Nabenanbindungen mit dem Kolbenoberteil verbunden sind, und Schaftelemente auf, die teils mit den Naben und teils über je eine Schaftanbindung mit dem Kolbenoberteil in Verbindung stehen. Hierbei weisen die kolbenbodenseitigen Bereiche der Schaftelemente, an die die Schaftanbindungen angeformt sind, in radialer Richtung betrachtet eine größere Dicke als die übrigen Bereiche der Schaftelemente auf. Die Anbindungen der Schaftelemente an das Kolbenoberteil und die Verdickungen der Schaftelemente verleihen dem Kolben eine große Steifigkeit, die den Sekundärbewegungen des Kolbens, d.h., den Kippbewegungen des Kolbens um die Bolzenachse im Motorbetrieb und einem dadurch verursachten Verschleiß der Kolbenringe, der Ringnuten des Kolbens und der Innenwand der Zylinderbuchse, in der der Kolben geführt ist, entgegenwirkt.
Die Steifigkeit der aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenkonstruktion aber hat den Nachteil, dass bei einer Erhöhung der Temperatur des Kolbenmaterials im Motorbetrieb und bei einer dadurch bewirkten Vergrößerung des Kolbenradius im Bereich der Schaftelemente auch der Anpressdruck der Schaftelemente an die Innenwand der Zylinderbuchse und damit die Gefahr eines Kolbenfressers zunehmen.
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 und damit zu einer Erhöhung des Verschleißes der Ring- und Nutflanken und der Innenwand der Zylinderbuchsen führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, das heißt, der bei erhöhter Kolbentemperatur nicht zu Kolbenfressern neigt, und dessen Sekundärbewegungen verringert sind, sodass auch der Verschleiß der Ringflanken, der Nutflanken und der Innenwand der Zylinderbuchse, in der der Kolben geführt ist, reduziert sind.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass das auf der Druckseite des Kolbens anordnete Schaftelement über eine Schaftanbindung mit dem Kolbenoberteil verbunden ist, und dass das auf der Gegendruckseite des Kolbens angeordnete Schaftelement ohne Schaftanbindung an das Kolbenoberteil ausschließlich mit den Bolzennaben verbunden ist.
Die Schaftanbindung des auf der Druckseite des Kolbens angeordneten Schaftelementes bewirkt eine Versteifung dieser Seite des Kolbens, sodass beim Arbeitstakt des Motors, bei dem die Druckseite des Kolbens auf die Innenwand der Zylinderbuchse gepresst wird, die Sekundärbewegungen des Kolbens und der dadurch verursachte Verschleiß der Ringflanken, der Nutflanken und der Innenwand der Zylinderbuchse verringert werden. Die durch das Fehlen der Schaftanbindung auf der Gegendruckseite des Kolbens bedingte Elastizität des auf dieser Seite angeordneten Schaftelementes hat den Vorteil, dass sich bei einer temperaturbedingten Vergrößerung des Kolbenradius im Bereich der Schaftelemente das auf der Gegendruckseite befindliche Schaftelement elastisch verformt, dass dadurch der Druck, mit dem die Schaftelemente auf die Innenwand der Zylinderbuchsen gepresst werden, verringert wird, und dass damit die Gefahr von Kolbenfresser aufgrund einer Erhöhung der Kolbentemperatur verringert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
1 ein aus zwei Halbschnitten bestehendes Schnittbild des erfindungsgemäßen Kolbens, bei dem der linke Halbschnitt die Druckseite des Kolbens zeigt, und
2 ein aus zwei Halbschnitten bestehendes Schnittbild des Kolbens, bei dem der linke Halbschnitt die Gegendruckseite des Kolbens darstellt.
1 zeigt ein aus 2 Halbschnitten bestehendes Schnittbild eines Kolbens 1, wobei der rechte Halbschnitt einen Schnitt durch den Kolben 1 entlang der Längsachse 2 der Nabenbohrung 3 darstellt, und der linke Halbschnitt senkrecht dazu liegt und die Druckseite 4 des Kolbens 1 zeigt.
2 zeigt ebenfalls ein aus zwei Halbschnitten bestehendes Schnittbild des Kolbens 1, das gegenüber 1 um 180° gedreht ist, sodass der linke Halbschnitt die Gegendruckseite 15 des Kolbens 1 zeigt.
Der in den 1 und 2 dargestellte Kolben 1 kann aus Stahl, aus Aluminium, aus Magnesium oder aus einem anderen Schwermetall oder Leichtmetall hergestellt sein. Er ist einteilig ausgebildet und weist eine in den Kolbenboden 5 eingeformte Brennraummulde 6 auf. Radial außen schließt sich an den Kolbenboden 5 eine Ringpartie 7 an. An das aus Kolbenboden 5 und Ringpartie 7 bestehende Oberteil 8 des Kolbens 1 sind über je eine Nabenabstützung 9, 9' zwei einander gegenüberliegende und auf Abstand zueinander angeordnete Bolzennaben 10, 10' mit je einer Nabenbohrung 3, 3' angeformt. Auf der Druckseite 4 des Kolbens 1 (1) ist an das Oberteil 8 über eine Schaftanbindung 11 ein Schaftelemente 12 angebunden. Das Schaftelemente 12 ist darüber hinaus beidseitig mit je einer Bolzennaben 10, 10' verbunden. Auf der Gegendruckseite 15 des Kolbens 1 (2) ist das dem an das Kolbenoberteil 8 angebundenen Schaftelement 12 gegenüberliegende Schaftelement 12' ausschließlich mit den Bolzennaben 10 und 10' verbunden, ohne dass auf der Ge gegndruckseite eine Schaftanbindung zwischen Schaftelement 12' und Kolbenoberteil 8 vorgesehen ist.
Hierdurch ergeben sich die Vorteile, dass die Schaftanbindung des auf der Druckseite des Kolbens angeordneten Schaftelementes eine Versteifung dieser Seite des Kolbens bewirkt, sodass beim Arbeitstakt des Motors, bei dem die Druckseite des Kolbens auf die Innenwand der Zylinderbuchse gepresst wird, die Sekundärbewegungen des Kolbens, d.h., Kippbewegungen des Kolbens um die Bolzenachse verringert werden. Dadurch werden die Relativbewegungen zwischen den an der Innenwand der Zylinderbuchse geführten Kolbenringen und dem Kolben und damit der dadurch verursachte Verschleiß der Ringflanken und der Nutflanken verringert. Die Verringerung der Sekundärbewegungen des Kolbens führt zudem zu einer Verringerung des Verschleißes der Innenwand der Zylinderbuchsen. Die durch das Fehlen der Schaftanbindung auf der Gegendruckseite des Kolbens bedingte Elastizität des auf dieser Seite angeordneten Schaftelementes hat den Vorteil, dass sich bei einer temperaturbedingten Vergrößerung des Kolbenradius im Bereich der Schaftelemente das auf der Gegendruckseite befindliche Schaftelement elastisch verformt, und dass dadurch der Druck, mit dem die Schaftelemente 12, 12' auf die Innenwand der Zylinderbuchsen gepresst werden, und damit die Gefahr eines Kolbenfressers aufgrund einer Erhöhung der Kolbentemperatur verringert werden.
Radial außen weist das Oberteil 8 des Kolbens 1 einen umlaufenden, ringförmigen Kühlkanal 13 auf, der vom Kolbenboden 5, von der Ringpartie 7 und auf der dem Kolbenboden abgewandten Unterseite von einer ringförmigen Kühlkanalabdeckung 14 mit mindestens einer Ölzulauföffnung und mindestens einer Ölablauföffnung begrenzt wird, wobei die Ölzulauföffnung und die Ölablauföffnung in den Figuren nicht dargestellt sind.
Zwischen der Ringpartie 7 und den Schaftelementen 12, 12' weist der Kolben 1 je eine nach radial innen gerichtete Ausnehmung 16, 16' auf, die beidseitig des Kolbens 1 zwischen den Stirnseiten 17, 17' der Bolzennaben 10, 10' umlaufend angeordnet sind. Die Stirnseiten 17, 17' der Bolzennaben 10, 10' sind gegenüber der Ringpartie 17 in Richtung Kolbenachse 18 zurückgesetzt angeordnet.

1: Kolben
2: Längsachse der Nabenbohrungen 3, 3'
3, 3': Nabenbohrung
4: Druckseite des Kolbens 1
5: Kolbenboden
6: Brennraummulde
7: Ringpartie
8: Oberteil des Kolbens 1
9, 9': Nabenabstützung
10,10': Bolzennabe
11: Schaftanbindung
12, 12': Schaftelement
13: Kühlkanal
14: Kühlkanalabdeckung
15: Gegendruckseite
16, 16': Ausnehmung
17, 17': Stirnseite der Bolzennabe 10, 10'
18: Kolbenachse

Claims

Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor – mit einem Kolbenboden (5), – mit einer nahe dem Kolbenboden (5)) auf der radialen Außenseite des Kolbens (1) angeordneten Ringpartie (7), – mit zwei auf der dem Kolbenboden abgewandten Seite angeordneten, einander gegenüberliegenden Bolzennaben (10, 10') mit je einer Nabenbohrung (3, 3') und – mit zwei einander gegenüberliegenden, und die Bolzennaben (10, 10') miteinander verbindenden Schaftelementen (12, 12'), wobei ein Schaftelement (12) auf der Druckseite (4) und ein Schaftelement (12') auf der Gegendruckseite (15) des Kolbens (1) angeordnet ist, – wobei das auf der Druckseite (4) des Kolbens (1) angeordnete Schaftelement (12) über eine Schaftanbindung (11) mit dem aus Kolbenboden (1) und Ringpartie (7) gebildeten Kolbenoberteil (8) verbunden ist, und – wobei das auf der Gegendruckseite (15) des Kolbens (1) angeordnete Schaftelement (12') ohne Schaftanbindung an das Kolbenoberteil (8) ausschließlich mit den Bolzennaben (10, 10') verbunden ist.