DE102006027354A1

DE102006027354A1 - Mehrteiliger gekühlter Kolben für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102006027354A1
Application number: DE102006027354A
Authority: DE
Inventors: Rainer Scharp
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-20
Also published as: JP2009540201A; KR20090018628A; CN101466937B; EP2027381A2; DE502007004798D1; EP2027381B1; WO2007143969A3; US8201537B2; CN101466937A; US20110155080A1; WO2007143969A2

Abstract

Vorgeschlagen wird ein mehrteiliger, gekühlter Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor, der aus einem Kolbenoberteil (2) und aus einem Kolbenunterteil (6) besteht. Das Kolbenoberteil (2) bildet mit dem Kolbenunterteil (6) einen inneren ringförmigen Kühlkanal (11), der von einem oberen Bereich (31) des Kolbenunterteils (6) abgedeckt wird. Dieser Bereich (31) ist derart dünnwandig ausgebildet, dass er tellerfederartig verformbar ist. Eine einfache und schnelle Montage des Kolbenoberteils (2) auf das Kolbenunterteil (6) und eine feste und sichere Schraubverbindung zwischen den beiden Kolbenteilen ergeben sich dadurch, dass das Kolbenoberteil (2) auf seiner Unterseite mit einer mittig und koaxial zur Kolbenachse (25) angeordneten Sacklochbohrung (26) mit Innengewinde (28) versehen ist und dass der obere Bereich (31) des Kolbenunterteils (6) einen mittig und koaxial zur Kolbenachse (25) angeordneten und nach oben gerichteten Gewindebolzen (29) mit Außengewinde (30) aufweist, wobei das Innengewinde (28) auf das Außengewinde (30) passt, sodass das Kolbenoberteil (2) mit dem Kolbenunterteil (6) über die Sacklochbohrung (26) und den Gewindebolzen verschraubbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Aus der Offenlegungsschrift DE 102 57 022 A1 ist ein mehrteiliger gekühlter Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, der aus einem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil besteht. Auf der Unterseite des Kolbenoberteils ist ein Gewindebolzen angeordnet, und in den oberen Bereich des Kolbenunterteils ist eine Gewindebohrung eingebracht, sodass die beiden Kolbenteile über den Gewindebolzen und die Gewindebohrung miteinander verschraubbar sind. Der obere Bereich des Kolbenunterteils ist hierbei derart dünnwandig ausgebildet, dass er sich beim Zusammenschrauben von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil tellerfederartig verformt, sodass auf den Gewindebolzen und die Gewindebohrung eine Vorspannung ausgeübt wird, die die hierdurch gebildete Schraubverbindung festigt und sichert. Nachteilig ist hierbei, dass bei der Verformung des oberen Bereiches des Kolbenunterteils nahe der Gewindebohrung spannungsbedingte Risse auftreten können, die die Schraubverbindung lösen und zu einer Beschädigung des Kolbens und damit des Motors, in den der Kolben eingebaut ist, führen können.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, den erwähnten Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden. Gelöst wird die Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruches stehenden Merkmalen.
Dadurch, dass an den dünnwandigen und tellerfederartig verformbaren Bereich des Kolbenunterteils ein Gewindebolzen angeformt ist, werden bei der Montage des Kolbens und bei der damit einhergehenden Verformung dieses Bereiches in Richtung Kolbenboden die dabei entstehenden Zugumfangsspannungen verringert, wodurch spannungsbedingte Risse in diesem Bereich weitgehend vermieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Sie zeigt ein aus zwei Hälften bestehendes Schnittbild des erfindungsgemäßen Kolbens, wobei die linke Hälfte einen Halbschnitt des Kolbens in Richtung des Kolbenbolzens und die rechte Hälfte einen Halbschnitt des Kolbens in Druck-Gegendruck-Richtung darstellen.
In der Figur ist ein mehrteiliger gekühlter Kolben 1 dargestellt, der aus einem Kolbenoberteil 2 mit einer Verbrennungsmulde 3 und mit einer Ringwand 4 mit Ringpartie 5 und aus einem Kolbenunterteil 6 besteht, das einen kastenförmigen Kolbenschaft 7 und zwei damit verbundene Bolzennaben 8 mit je einer Bolzenbohrung 9 zur Aufnahme eines in der Figur nicht dargestellten Kolbenbolzens aufweist. Das Kolbenoberteil 2 und das Kolbenunterteil 6 begrenzen einen äußeren ringförmigen Kühlkanal 10 und einen konzentrisch dazu angeordneten, inneren Kühlkanal 11, wobei der äußere Kühlkanal 10 mindestens eine Zuflussöffnung 12 zum Einleiten von Kühlöl aufweist und über mindestens einen Überlaufkanal 13 mit dem inneren Kühlkanal 11 verbunden ist. Der Überlaufkanal 13 kann als Bohrung ausgebildet sein. Der innere Kühlkanal 11 weist mindestens eine Ablaufbohrung 14 auf, über die das Kühlöl aus dem inneren Kühlkanal 11 austreten kann. Hergestellt werden können das Kolbenoberteil 2 und das Kolbenunterteil 6 aus Stahl.
Das Kolbenoberteil 2 lagert zum einen über eine auf dessen Unterseite angeordnete, ringförmige Auflagefläche 15 auf einer oberen Auflagefläche 16 einer ringförmigen Tragrippe 17 des Kolbenunterteils 6 und zum anderen über eine sich auf der Unterseite der Ringwand 4 befindliche Querschnittsfläche 18 auf einer oberen Querschnittsfläche 19 eines ringförmigen Tragsteges 20 des Kolbenunterteiles 6. Hierbei bilden die Auflageflächen 15 und 16 eine innere, ebene und horizontal angeordnete, beziehungsweise dach- oder tellerförmig ausgebildete Auflage 21 und die Querschnittsflächen 18 und 19 eine zur inneren Auflage 21 koaxial angeordnete und horizontal liegende, beziehungsweise ebenfalls dach- oder tellerförmig ausgebildete, äußere Auflage 22.
Der Tragsteg 20 ist im Schnitt betrachtet als eine nach radial innen und aufwärts gerichtete Stufe ausgebildet, sodass das Kolbenoberteil 2 über eine in die Innenseite des unteren Endes der Ringwand 4 eingebrachte und komplementär zum Tragsteg 20 geformte Ausnehmung 23 gegenüber dem Kolbenunterteil 6 zentriert werden kann, indem die Ausnehmung 23 der Ringwand 4 des Kolbenoberteils 2 auf den Tragsteg 20 des Kolbenunterteils 6 geschoben wird. Hierbei ist es erforderlich, dass der Innendurchmesser der Ausnehmung 23 um ein bestimmtes Toleranzmaß größer ist als der Außendurchmesser der zylinderförmigen Stirnseite 24 des Tragsteges 20, damit eine problemlose Montage des Kolbenoberteils 2 auf das Kolbenunterteil 6 gewährleistet ist.
Die Unterseite des Kolbenoberteils 2 weist eine mittig und koaxial zur Kolbenachse 25 angeordnete Sacklochbohrung 26 mit Innengewinde 28 auf. Der Bereich 31 zwischen der ringförmigen Tragrippe 17 des Kolbenunterteils 6, der gemeinsam mit dem Kolbenoberteil 2 den inneren Kühlkanal 11 begrenzt, ist relativ dünnwandig ausgebildet und ist in seiner Mitte mit einem koaxial zur Kolbenachse 25 angeordneten und nach oben gerichteten Gewindebolzen 29 versehen, dessen oberes Ende 27 ein Außengewinde 30 aufweist, das in das Innengewinde 28 der Sacklochbohrung 26 passt.
Bei der Montage des Kolbens 1 wird das Kolbenoberteil 2 über die Ausnehmung 23 und den Tragsteg 20 gegenüber dem Kolbenunterteil 6 zentriert und dann um die Kolbenachse 25 gedreht, wobei die Sacklochbohrung 26 auf den Gewindebolzen 29 aufgeschraubt wird. Hierbei bewirkt die Elastizität des relativ dünnwandigen Bereiches 31, dass dieser sich beim Zusammenschrauben von Kolbenober- und -unterteil wie eine Tellerfeder verformt, d.h., dass sich das innere, mit dem Gewindebolzen 29 versehene Zentrum des Bereiches 31 in Richtung Kolbenoberteil 2 aufwölbt. Zusätzlich führt die bei der Montage auf den gewindelosen Schaft 32 des Gewindebolzens 29 ausgeübte Zugspannung zu einer elastischen Verlängerung des Schaftes 29. Diese Verformungen sowohl des Bereiches 31 als auch des Schaftes 32 des Gewindebolzen 29 üben auf die Schraubverbindung (28, 30) eine Vorspannung aus, die insbesondere im Motorbetrieb eine feste Schraubverbindung zwischen dem Kolbenoberteil 2 und dem Kolbenunterteil 6 gewährleistet.

1: Kolben
2: Kolbenoberteil
3: Verbrennungsmulde
4: Ringwand
5: Ringpartie
6: Kolbenunterteil
7: Kolbenschaft
8: Bolzennabe
9: Bolzenbohrung
10: äußerer Kühlkanal
11: innerer Kühlkanal
12: Zuflussöffnung
13: Überlaufkanal, Bohrung
14: Ablaufbohrung
15: Auflagefläche des Kolbenoberteils 2
16: Auflagefläche des Kolbenunterteils 6
17: Tragrippe
18: Querschnittsfläche des Kolbenoberteils 2
19: Querschnittsfläche des Kolbenunterteils 6
20: Tragsteg
21: innere Auflage
22: äußere Auflage
23: Ausnehmung der Ringwand 4
24: Stirnseite des Tragsteges 20
25: Kolbenachse
26: Sacklochbohrung
27: Ende des Gewindebolzens 29
28: Innengewinde der Sacklochbohrung 26
29: Gewindebolzen
30: Außengewinde des Gewindebolzens 29
31: Bereich zwischen der Tragrippe 17
32: Schaft des Gewindebolzens 29

Claims

Mehrteiliger, gekühlter Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor bestehend aus einem Kolbenoberteil (2), das eine Ringwand (4) mit Ringpartie (5) aufweist, und aus einem Kolbenunterteil (6), das einen kastenförmigen Kolbenschaft (7) mit zwei Bolzennaben (8) aufweist, wobei das Kolbenunterteil (6) mit dem Kolbenoberteil (2) einen äußeren, ringförmigen (10) und zudem einen konzentrisch dazu angeordneten, inneren ringförmigen Kühlkanal (11) bildet, und wobei der innere Kühlkanal (11) von einem oberen Bereich (31) des Kolbenunterteils (6) abgedeckt wird, der derart dünnwandig ausgebildet ist, dass er tellerfederartig verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Unterseite des Kolbenoberteils (2) eine mittig und koaxial zur Kolbenachse (25) angeordnete Sacklochbohrung (26) mit Innengewinde (28) eingebracht ist, und dass der obere Bereich (31) des Kolbenunterteils (6) einen mittig und koaxial zur Kolbenachse (25) angeordneten und nach oben gerichteten Gewindebolzen (29) mit Außengewinde (30) aufweist, wobei das Innengewinde (28) auf das Außengewinde (30) passt, sodass das Kolbenoberteil (2) über die Sacklochbohrung (26) und über den Gewindebolzen (29) mit dem Kolbenunterteil (6) verschraubbar ist.