DE102009056922B4

DE102009056922B4 - Zulauftrichter für den Kühlkanal eines Kolbens

Info

Publication number: DE102009056922B4
Application number: DE102009056922.7A
Authority: DE
Inventors: Rodney Bormann; Rainer Scharp
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: DE102009056922A1

Abstract

Zulauftrichter (1, 38) zum Zuführen von Kühlöl (33) in einen mittels Abdeckbleche (10, 11) verschlossenen Kühlkanal (12) eines Kolbens (13) für einen Verbrennungsmotor mit einer den Kühlkanal (12) nach radial außen begrenzenden Ringwand (28), wobei der Zulauftrichter (1)
- ein oberes, dem Kühlkanal (12) zugewandtes, zylindrisch ausgebildetes Rohrteil (1a),
- ein sich nach unten daran anschließendes, nach unten sich öffnendes Trichterteil (1b), und
- einen auf der Oberseite des Rohrteils (1a) angeordneten Diffusor (17) mit zwei, beidseitig der Längsachse (14) des Zulauftrichters (1) angeordneten und nach radial außen gerichteten Kanälen (18, 20) aufweist, die das durch das Rohrteil (1a) fließende Kühlöl (33) beidseitig der Längsachse (14) nach radial außen ablenken und in den Kühlkanal (12) einleiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (17) zwischen den nach radial außen gerichteten Kanälen (18, 20) einen axial liegenden, mittleren Kanal (19) aufweist, der einen Teil des durch das Rohrteil (1a) fließenden Kühlöls (33) auf eine dem Zulauftrichter (1) gegenüberliegende, obere Begrenzung (24) des Kühlkanal (12) leitet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zulauftrichter zum Zuführen von Kühlöl in einen mittels Abdeckbleche verschlossenen Kühlkanal eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
DE 199 60 913 A1 zeigt einen Kolben eines Verbrennungsmotors mit einem durch ein Abdeckblech verschlossenen Kühlkanal mit einer radial nach außen begrenzenden Ringwand. In einer Öffnung in dem Abdeckblech ist ein Zulauftrichter mit Hilfe von äußeren Rastnasen befestigt, wobei der Zulauftrichter ein oberes, dem Kühlkanal zugewandtes zylindrisches Rohrteil und ein sich nach unten öffnendes Trichterteil aufweist, und einen von unten auftreffenden Ölstrahl bündelt und im Wesentlichen axial in den Kühlkanal einleitet.
EP 1 199 461 A1 zeigt einen ähnlichen Zulauftrichter, der in einem Stoß zwischen den Enden zweier in Umfangsrichtung des Kühlkanals aneinander angrenzender Abdeckbleche befestigt ist.
DE 197 03 001 A1 offenbart einen Kolben, in den ein in Umfangsrichtung verlaufender Kühlkanal sowie ein axial und quer zur Bolzenachse verlaufender Verbindungskanal zwischen zwei diametral gegenüber liegenden Punkten des Kühlkanals eingeformt sind. Am Ölzulauf kommt es durch in den Kolbenwerkstoff eingeformte Rippen zu einer Dreiteilung des auftreffenden Ölstrahls in die angrenzenden Kühlkanalabschnitte hinein, ohne das dafür ein separater Zulauftrichter vorhanden ist.
US 2 991 769 A beschreibt einen Kolben mit einer oberhalb des Pleuels angeordneten Ölspritzdüse mit drei Auslassrohren, die auf die Innenfläche der Ringwand bzw. des Kolbenbodens gerichtet sind. Ein Trichterteil zum Auffangen eines freien Ölstrahls ist nicht vorhanden, da die Düse aus einem Ölkanal im Pleuel gespeist wird.
Ein Zulauftrichter für den Kühlkanal eines Kolbens der eingangs genannten Art ist aus dem japanischen Gebrauchsmuster JP S59-27119 U bekannt. Nachteilig ist hierbei, dass der Diffusor an dem dem Rohrteil des Zulauftrichters gegenüberliegenden Wandbereich des Kühlkanals anliegt und damit einen Großteil dieses Bereiches abdeckt, der somit vom Kühlöl nicht angespritzt und damit auch nicht gekühlt werden kann. Die Folge sind Temperaturprobleme dieses thermisch hochbelasteten Bereiches des Kolbens.
Diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden, das heißt, eine komplette und ausreichende Kühlung des Kolbens zu erreichen, ist Aufgabe der Erfindung.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Diffusor zwischen den nach radial außen gerichteten Kanälen einen axial liegenden, mittleren Kanal aufweist, der einen Teil des durch das Rohrteil fließenden Kühlöls auf eine dem Zulauftrichter gegenüberliegende, obere Begrenzng des Kühlkanals leitet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

1 einen Zulauftrichter für den Kühlkanal eines Kolbens in Draufsicht,
2 eine erste Seitenansicht des Zulauftrichters,
3 eine zweite Seitenansicht des Zulauftrichters,
4 eine Unteransicht des Zulauftrichters,
5 einen Schnitt durch einen Kolben mit einem Zulauftrichter,
6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs VI in 5,
7 einen Schnitt durch den Zulauftrichter entlang der Linie VII-VII in 3,
8 einen Schnitt durch den Zulauftrichter entlang der Linie VIII-VIII in 6 und 7,
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zulauftrichters im Schnitt und
10 einen Schnitt durch den Zulauftrichter gemäß 9 entlang der Linie X-X in 9.

Ein in 1 in Draufsicht und in 2 in Seitenansicht dargestellter und aus Kunststoff bestehender Zulauftrichter 1 für einen Kühlkanal 12 eines Kolbens 13 für einen Verbrennungsmotor (5) weist ein oberes, dem Kühlkanal 12 zugewandtes, zylindrisch ausgebildetes Rohrteil 1a und ein auf der Unterseite an das Rohrteil 1a sich anschließendes und sich nach unten öffnendes Trichterteil 1b auf. Das Rohrteil 1a hat hierbei, wie sich aus den 5 und 6 ergibt, die Funktion, dafür zu sorgen, dass Kühlöl 33, nachdem es in den Kühlkanal 12 eingeleitet wurde, nicht sofort wieder über den Zulauftrichter 1 aus dem Kühlkanal 12 ausläuft, wenn es bei den Hin- und Herbewegungen des Kolbens 13 im Motorbetrieb an die Wand des Kühlkanals 12 geschleudert wird, um den Kolben 13 zu kühlen.
Am Übergang zwischen dem Rohrteil 1a und dem Trichterteil 1b sind an der Außenseite des Zulauftrichters 1 auf einander gegenüberliegenden Seiten jeweils 2 Haltearme 2 bis 5 angebracht, die, wie 1 zeigt, flächig ausgebildet sind, wobei sich in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 14 des Zulauftrichters betrachtet die oberen Haltearme 2 und 4 ausgehend vom Rohrteil 1a nach radial außen verjüngen, während die unteren Haltearme 3 und 5 im Bereich des Trichterteils 1b eine größere Breite aufweisen als die oberen Haltearme 2 und 4 und nach radial außen eine konstante Breite haben. Die maximalen radialen Abmessungen aller Haltearme 2 bis 5 sind identisch.
In der Seitenansicht gemäß 2 betrachtet, weisen die Haltearme 2 bis 5 radial außen Einführschrägen 6 bis 9 auf, die jeweils auf den einander gegenüberliegenden Flächen der Haltearme 2 und 3 beziehungsweise 4 und 5 angeordnet sind, und die, wie 7 zeigt, dazu dienen, das Einführen von zwei halbkreisförmigen Abdeckblechen 10 und 11 des Kühlkanals 12 des Kolbens 13 (siehe 5) in den Spalt zwischen den Haltearmen 2 und 3 beziehungsweise in den Spalt zwischen den Haltearmen 4 und 5 (siehe 7) zu erleichtern. Über die Haltearme 2 bis 5 und die Abdeckbleche 10 und 11 ist der Zulauftrichter 1 im Kolben 13 befestigt.
Wie insbesondere in 7 gut erkennbar dargestellt ist, weisen die unteren Haltearme 3 und 5 eine geringere Dicke auf als die oberen Haltearme 2 und 4, wobei diese Dicke derart bemessen ist, dass die unteren Haltearme 3 und 5 beim Einführen der Abdeckbleche 10 und 11 elastisch nach unten nachgeben, da die Abdeckbleche 10 und 11 dicker als die axiale Breite der Spalten zwischen den Haltearmen 2 und 3 beziehungsweise 4 und 5 sind.
Die oberen Haltearme 2 und 4, die zudem radial innen im Bereich des Überganges zum Zulauftrichter 1 jeweils eine stufenförmige Verdickung 15 und 16 (siehe 2 und 7) aufweisen, bleiben somit beim Einführen der Abdeckbleche 10 und 11 in die Spalten zwischen den Haltearmen 2 und 3 beziehungsweise 4 und 5 unnachgiebig und starr. Wie 7 zeigt, dienen hierbei die Verdickungen 15 und 16 jeweils als Anschlag für die Abdeckbleche 10 und 11.
Auf seiner Oberseite weist der Zulauftrichter 1 einen Diffusor 17 auf, der in 1 in Draufsicht, in den 2, 3, 5 und 6 in Seitenansicht und in 7 im Schnitt dargestellt ist. Dieser Diffusor 17 teilt, wie insbesondere in 7 gut dargestellt ist, die obere Öffnung des Rohrteils 1a des Zulauftrichters 1 in drei Kanäle 18 bis 20 auf. Die seitlichen Kanäle 18 und 20 dienen hierbei dazu, einen Teil des in Richtung des Pfeiles 21 von unten in den Zulauftrichter 1 eingeleiteten Kühlöls 33 beidseitig der Längsachse 14 des Zulauftrichters 1 nach radial außen abzulenken, wie von den Pfeilen 22 und 23 dargestellt. Hierdurch wird bewirkt, dass der Öldurchsatz durch den Kühlkanal 12 des Kolbens 13 vergrößert und damit die Kühlwirkung des Kühlöls 33 auf den Kolben 13 verbessert werden.
Der Rest des Kühlöls 33 fließt durch den axial liegenden, mittleren Kanal 19 des Diffusors 17, und wird hierdurch direkt auf die dem Zulauftrichter 1 gegenüberliegende, obere Begrenzung 24 des Kühlkanals 12 (siehe 5) gespritzt. Dies bewirkt eine gute Kühlung des Kolbens 13 auch im Bereich der oberen Begrenzung 24 des Kühlkanals 12.
Damit der Diffusor auch im Motorbetrieb sicher seine Funktion erfüllt und das Kühlöl 33 teils in Richtung des Kühlkanals 12 und teils auf den Bereich 24 des Kühlkanals 12 leitet, weist der Zulauftrichter 1 eine Verdrehsicherung auf, die aus zwei noppenförmigen Anformungen 25 und 26 (siehe 1, 2, 3 und 8) besteht, die im Übergangsbereich zwischen dem Rohrteil 1a und dem Trichterteil 1b des Zulauftrichters 1, radial außen zwischen den Haltearmen 2 und 4 beziehungsweise 3 und 5 angeordnet sind. Die Sicherung gegen Verdrehen des Zulauftrichters 1 wird dadurch erreicht, dass bei dessen Montage die Anformungen 25 und 26 an die Innenfläche 27 der Ringwand 28 des Kolbens 13 in Anlage gebracht werden, wie es in den 5, 6 und 8 dargestellt ist und dass, wie es in 8 dargestellt ist, die radiale Innenkante 32 des Verbindungsstegs 31 zwischen den Haltearmen 3 und 5 in Anlage an die Auflage 35 für die Abdeckbleche 11 und 11 gelangt.
3 zeigt eine Seitenansicht des Zulauftrichters 1 in Richtung des Pfeiles 43 in 2.
In 4, einer Unteransicht des Zulauftrichters 1, sind die abgerundeten, radialen Außenkanten 29 und 30 der unteren Haltearme 3 und 5 erkennbar. Wie insbesondere der in 8 dargestellte Schnitt durch den Zulauftrichter 1 im Bereich der unteren Haltearmen 3 und 5 entlang der Linie VIII-VIII in 6 und 7 zeigt, weisen die unteren Haltearme 3 und 5 einen Verbindungssteg 31 auf, dessen radiale Innenkante 32 kreisbogenförmig ausgebildet ist, sodass nach der Montage des Zulauftrichters 1 die unteren Haltearmen 3 und 5 über ihren Verbindungssteg 31 an der radialen Außenfläche des Kolbens 13 anliegen. 4 zeigt zudem eine Unteransicht des Diffusors 17.
In 5 ist der Kolben 13 für einen Verbrennungsmotor im Schnitt dargestellt, der einen ringförmigen und von Abdeckblechen 10 verschlossenen Kühlkanal 12 aufweist. Über den mit den Abdeckblechen 10 verbundenen Zulauftrichter 1 wird das Kühlöl 33 in den Kühlkanal 12 eingeleitet und dabei teils auf die obere Begrenzung 24 des Kühlkanals 12 geleitet und teils, wie in 7 dargestellt, seitlich in den Kühlkanal 12 abgelenkt. Über mindestens eine in der Figur nicht dargestellte Ablauföffnung wird das Kühlöl wieder aus dem Kühlkanal 12 ausgeleitet.
Die 6 und 7 zeigen den Zulauftrichter 1 im Schnitt, wobei die Schnittebene von 6 wie auch die von 5 auf der Kolbenachse 34 liegen, während die Schnittebene gemäß 7 senkrecht dazu liegt. Insbesondere in 7 sind der Diffusor 17 und die Haltearme 2 bis 5 gut erkennbar dargestellt.
Um den Zulauftrichter 1 an den Abdeckblechen 10 und 11 und damit im Kolben 13 befestigen zu können, weisen die Abdeckbleche 10 und 11 an einem Ende halbkreisförmige Ausnehmungen auf, deren Radius so bemessen ist, dass die Ausnehmungen den Zulauftrichter 1 umfassen, wobei aber die Endbereiche der Abdeckbleche außerhalb der Ausnehmungen aufeinanderstoßen und den Kühlkanal abdichten. Hierbei wird zunächst eines der beiden halbkreisförmigen Abdeckbleche 10, 11 so in den Kolben 13 eingelegt, dass der radial innere Rand des Blechs auf der Auflage 35 (5 und 6) und der radial äußere Rand des Blechs in einer stufenförmigen, umlaufenden Ausnehmung 36 in der kolbenbodenabgewandten Stirnseite 37 der Ringwand 28 (5) zu liegen kommen. Anschließend wird der Zulauftrichter 1 über seine Haltearme 4, 5 im Bereich der Ausnehmung auf das Ende eines Abdeckblechs gesteckt, bis die Kante des Blechs an der Verdickung 16 zwischen den Haltearmen 4, 5 zur Anlage gelangt. Letztlich wird das zweite Blech so am Kolben 13 montiert, dass dessen innerer Rand auf der Auflage 35, dessen äußerer Rand in der Ausnehmung 36 und dessen Ende über die Ausnehmung im Spalt zwischen Haltearmen 2 und 3 zu liegen kommen.
In den 9 und 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zulauftrichters 38 dargestellt, der sich von dem in den 1 bis 8 gezeigten Zulauftrichter 1 dadurch unterscheidet, dass er statt der Haltearme 2 bis 4 auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der Außenfläche des Rohrteiles 1a, die mit den Abdeckblechen 10 und 11 in Berührung kommen, Rastnasen 39 und 40 aufweist, die eine sich nach oben verjüngende Form haben und auf der Unterseite eine ebene Anschlagfläche 41 aufweisen. In einem der Dicke der Abdeckbleche 10, 11 entsprechenden Abstand von der Anschlagfläche 41 ist auf der Außenseite des Zulauftrichters 38 ein umlaufender Abstützung 42 angeformt.
Diese weitere Ausgestaltung des Zulauftrichters 38 hat den Vorteil, dass sie sehr einfach montierbar ist, indem sie unten in eine Öffnung eingedrückt wird, wobei sich der aus elastischem Kunststoff bestehende Zulauftrichter 38 nach innen verformt, wenn sich die Rastnasen 39, 40 in der Öffnung befinden, und dann elastisch nach außen schnappt, um mit den Abdeckblechen 10, 11 eine Schnappverbindung zu ergeben, wenn die Abdeckbleche 10, 11 in Anlage an die Abstützung 42 gelangen.
Bezugszeichenliste

1: Zulauftrichter
1a: Rohrteil des Zulauftrichters 1
1b: Trichterteil des Zulauftrichters 1
2, 3, 4, 5: Haltearm
6, 7, 8, 9: Einführschräge
10, 11: Abdeckblech
12: Kühlkanal
13: Kolben
14: Längsachse des Zulauftrichters 1
15, 16: Verdickung
17: Diffusor
18, 19, 20: Kanal des Zulauftrichters 1
21, 22, 23: Pfeil
24: obere Begrenzung des Kühlkanals 12
25, 26: Anformung
27: Innenfläche der Ringwand 28
28: Ringwand
29, 30: Außenkante der Haltearme 3 und 5
31: Verbindungssteg zwischen den Haltearmen 3 und 5
32: radiale Innenkante des Verbindungsstegs
33: Kühlöl
34: Kolbenachse
35: Auflage für die Abdeckbleche 10 und 11
36: Stufenförmige Ausnehmung in der Stirnseite 37 der Ringwand 28
37: Stirnseite der Ringwand 28
38: weiteres Ausführungsbeispiel des Zulauftrichters
39, 40: Rastnase
41: Anschlagfläche
42: Abstützung
43: Pfeil

Claims

Zulauftrichter (1, 38) zum Zuführen von Kühlöl (33) in einen mittels Abdeckbleche (10, 11) verschlossenen Kühlkanal (12) eines Kolbens (13) für einen Verbrennungsmotor mit einer den Kühlkanal (12) nach radial außen begrenzenden Ringwand (28), wobei der Zulauftrichter (1) - ein oberes, dem Kühlkanal (12) zugewandtes, zylindrisch ausgebildetes Rohrteil (1a), - ein sich nach unten daran anschließendes, nach unten sich öffnendes Trichterteil (1b), und - einen auf der Oberseite des Rohrteils (1a) angeordneten Diffusor (17) mit zwei, beidseitig der Längsachse (14) des Zulauftrichters (1) angeordneten und nach radial außen gerichteten Kanälen (18, 20) aufweist, die das durch das Rohrteil (1a) fließende Kühlöl (33) beidseitig der Längsachse (14) nach radial außen ablenken und in den Kühlkanal (12) einleiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (17) zwischen den nach radial außen gerichteten Kanälen (18, 20) einen axial liegenden, mittleren Kanal (19) aufweist, der einen Teil des durch das Rohrteil (1a) fließenden Kühlöls (33) auf eine dem Zulauftrichter (1) gegenüberliegende, obere Begrenzung (24) des Kühlkanal (12) leitet.
Zulauftrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus Kunststoff besteht.
Zulauftrichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er mittels vier Haltearme (2, 3, 4, 5), die auf der radialen Außenseite des Zulauftrichters (1) angeordnet sind und nach radial außen weisen, an den Abdeckblechen (10, 11) befestigbar ist, wobei jeweils zwei Haltearme (2, 3 und 4, 5) in axialer Richtung gesehen nebeneinander liegen und einen radial liegenden Spalt miteinander bilden, in den jeweils ein Abdeckblech (10, 11) einführbar ist.
Zulauftrichter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander liegenden Haltearme (2, 3, 4, 5) zwei einander gegenüberliegende Innenflächen aufweisen, die nach radial außen und in entgegengesetzte axiale Richtungen weisende Einführschrägen (6, 7, 8, 9) aufweisen.
Zulauftrichter (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Haltearm (2, 3, 4, 5) radial innen im Bereich des Übergangs zum Zulauftrichter (1) eine stufenförmig Verdickung (15, 16) aufweist.
Zulauftrichter (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch zwei, auf der radialen Außenseite des Zulauftrichters (1) angeordnete und in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den paarweise angeordneten Haltearmen (2, 3, 4, 5) und nebeneinander liegende, noppenförmige Anformungen (25, 26), die nach den Montage des Zulauftrichters (1) im Kolben (13) an der Innenfläche (27) der Ringwand (28) des Kolbens (13) zu liegen kommen.
Zulauftrichter (38) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus elastisch nachgiebigem Kunststoff besteht, dass auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Außenfläche des Zulauftrichters (38), die mit zumindest einem Abdeckblech (10, 11) in Berührung kommen, Rastnasen (39, 40) und in einem der Dicke der Abdeckbleche entsprechenden Abstand von den Rastnasen (39, 40) eine umlaufende Abstützung (42) angeordnet sind, sodass der Zulauftrichter (38) mit zumindest einem Abdeckblech (10, 11) eine Rastverbindung eingehen kann.