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Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Die
DE 10 2004 028 459 A1 offenbart einen gebauten Kolben für einen Verbrennungsmotor bestehend aus einem Oberteil mit einem Kolbenboden. Auf einer dem Kolbenboden abgewandten Unterseite des Oberteils ist radial außen eine umlaufende Ausnehmung eingeformt, in die Kühlöl zum Kühlen des Kolbenbolzens einspritzbar ist. Der Kolben umfasst ein Abdeckblech zum Abdecken der Ausnehmung, wobei das Abdeckblech Öffnungen zum Ein- und Ausleiten von Kühlöl aufweist. Der gebaute Kolben weist weiteres Potential auf, seine Kühlung durch Kühlöl zu verbessern.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass dieser eine verbesserte Kühlung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein solcher Kolben für eine Hubkolbenmaschine umfasst einen Oberteil, welcher auf einer Oberseite einen Kolbenboden des Kolbens aufweist, und welcher auf einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite wenigstens einen zumindest bereichsweise umlaufenden Kühlkanal aufweist, in welchen Schmiermittel einspritzbar ist. Der Kühlkanal ist dabei zumindest bereichsweise von einem Abdeckelement abgedeckt, welches zumindest eine Durchtrittsöffnung aufweist, durch welche das Schmiermittel in den Kühlkanal einspritzbar ist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Kolben eine Leiteinrichtung umfasst, mittels welcher durch die Durchtrittsöffnung des Abdeckelements gespritztes Schmiermittel umleitbar ist. Durch diese Umleitung des durch die Durchtrittsöffnung gespritzten Schmiermittels ist das Schmiermittel, welches beispielsweise als Schmieröl vorliegt, definiert in den Kühlkanal hineinleitbar, wobei ein Strahl des Schmiermittels beispielsweise aufgeteilt und zumindest im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung des Kühlkanals umlenkbar ist.
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Der Kühlkanal weist dadurch einen sehr hohen Fanggrad auf, infolge dessen besonders viel Schmiermittel in dem Kühlkanal gehalten wird, was mit einer sehr guten Kühlwirkung durch das Schmiermittel und damit mit einer sehr guten Kühlung des Kolbens einhergeht. Das Schmiermittel kann dabei den Kühlkanal sehr schnell und gleichmäßig durchströmen und somit besonders viel Wärme von dem Kolben, insbesondere von dem Kolbenboden, abführen. Da das Schmiermittel den Kühlkanal durch die Durchtrittsöffnung auch wieder verlassen und in ein entsprechendes Schmiermittelreservoir zurückfließen kann, ist ein Schmiermittelkreislauf geschlossen, in welchem beispielsweise das Schmiermittel durch eine Kühleinrichtung gekühlt wird.
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Aus dem sehr hohen Fanggrad resultiert weiterhin, dass bei gleicher, durch die Durchtrittsöffnung gespritzter Menge an Schmiermittel eine im Vergleich zu herkömmlichen Kolben erhöhte Menge an Schmiermittel im Kühlkanal verbleibt. Damit ist eine besonders gute Kühlung des Kolbens ohne einen Mehraufwand von Schmiermittel erreicht. Außerdem kann nur sehr wenig Schmiermittel aus dem Kühlkanal hinauslaufen, was mit sehr geringen Verlusten einhergeht. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass eine bestimmte Kühlung des Kolbens mit einer im Vergleich zu herkömmlichen Kolben geringeren Menge an Schmiermittel realisiert werden kann, wodurch der Schmiermittelkreislauf optimierbar und dessen Verluste reduzierbar sind.
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Das Abdeckelement ist vorteilhafter Weise auf einfache Art und Weise durch ein Stanz- und/oder Umformverfahren herstellbar. Somit ist der Aufwand zu Herstellung des Abdeckelements in einem geringen Rahmen zu halten, insbesondere im Vergleich zu angeschweißten Trichtern oder dergleichen, woraus sehr geringe Kosten für das Abdeckelement und damit für den gesamten Kolben resultieren.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Leiteinrichtung des Kolbens an dem Abdeckelement auf einer der Unterseite des Oberteils abgewandten Seite des Abdeckelements angeordnet und bevorzugt einstückig mit dem Abdeckelement ausgebildet, was zu einem sehr niedrigen Fertigungsaufwand, zu einem geringen Montageaufwand und damit zu sehr geringen Kosten für den Kolben führt. Die Anordnung der Leiteinrichtung auf der der Unterseite des Oberteils abgewandten Seite des Abdeckelements birgt den Vorteil, dass dadurch das Schmiermittel besonders gut umleitbar ist, was wiederum zu einer sehr guten Verteilung des Schmiermittels in dem Kühlkanal zur effizienten Kühlung des Kolbens führt.
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Die Leiteinrichtung umfasst beispielsweise zumindest ein Leitelement, welches die Durchtrittsöffnung des Abdeckelements auf einer der Unterseite des Oberteils abgewandten Seite des Abdeckelements zumindest bereichsweise überdeckt, wobei das Leitelement beispielsweise zumindest bereichsweise von der Unterseite des Oberteils in Richtung der Oberseite des Oberteils schräg nach oben hin verläuft. Dadurch ist ein fingerartiges Leitelement dargestellt, welches das Schmiermittel besonders vorteilhaft in den Kühlkanal umlenkt. Diese Umlenkung ist besonders vorteilhaft dargestellt, wenn ein weiteres Leitelement der Leiteinrichtung vorgesehen ist, welches zumindest im Wesentlichen entgegengesetzt zum ersten Leitelement verläuft. Dadurch kann das erste Leitelement das Schmiermittel in eine Richtung in Erstreckungsrichtung des Kühlkanals umlenken, während das zweite Element das Schmiermittel in eine dieser Richtung entgegengesetzte Richtung entlang der Erstreckungsrichtung des Kühlkanals umlenken kann. Somit kann das Schmiermittel den Kühlkanal besonders gut durchströmen, was der effizienten Kühlung des Kolbens zuträglich ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen zur Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnungen zeigen in:
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1 eine schematische und perspektivische Unteransicht eines Kolbens für eine Hubkolbenmaschine;
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2 eine schematische und perspektivische Draufsicht auf ein Abdeckblech für den Kolben gemäß 1 mit einer Durchtrittsöffnung und mit einer Leiteinrichtung, mittels welcher durch die Durchtrittsöffnung des Abdeckelements gespritztes Schmieröl umleitbar ist;
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3 eine schematische Schnittansicht des Abdeckblechs gemäß 2;
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4 eine schematische Seitenansicht des Abdeckbleches gemäß 3; und
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5 eine schematische Draufsicht des Abdeckbleches gemäß den 3 und 4.
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Die 1 zeigt einen Kolben 10 für eine Hubkolbenmaschine, welcher einen Oberteil 12 aufweist. Der Oberteil wiederum weist auf einer in der 1 nicht einzusehenden Oberseite 14 einen Kolbenboden des Kolbens 10 auf. In Kolbenhochrichtung gemäß einem Richtungspfeil 16 schließt sich unterhalb des Kolbenbodens ein Kolbensteg 18 an, welcher drei Ringnuten zur jeweiligen Aufnahme eines Kolbenrings 20, 22 und 24 aufweist.
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Auf einer der Oberseite 14 gegenüberliegenden Unterseite 26 des Oberteils 12 weist der Kolben 10 einen umlaufenden Kühlkanal auf, welcher von einem Abdeckblech 28 bereichsweise über einen Winkelbereich von ca. 180° in Erstreckungsrichtung des Kühlkanals abgedeckt ist. Das bedeutet, dass zur Abdeckung des kompletten, umlaufenden Kühlkanals zwei Abdeckbleche vorgesehen sind, wobei zumindest eines dieser Abdeckbleche gemäß dem Abdeckblech 28 ausgebildet ist.
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Weiterhin in Kolbenhochrichtung gemäß dem Richtungspfeil 16 unterhalb des Kolbenstegs 18 schließt sich ein Kolbenhemd 32 sowie eine Nabe 34 an, in welcher ein Kolbenbolzen 36 aufgenommen ist. Zur axialen Sicherung des Kolbenbolzens 36 umfasst der Kolben 10 einen Sicherungsring 38.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, weist das den Kühlkanal bereichsweise abdeckende Abdeckblech 28 eine Durchtrittsöffnung 30 auf, durch welche Schmieröl gemäß einem Richtungspfeil 50 in den Kühlkanal einspritzbar ist. Dies dient dazu, den Kolben 10 und insbesondere den einem Brennraum der Hubkolbenmaschine zugewandten Kolbenboden zu kühlen.
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Zur besseren Verteilung des Schmieröls in dem Kühlkanal und zur Erhöhung des Fanggrads des Abdeckbleches 28 umfasst der Kolben 10 eine Leiteinrichtung 40, die einstückig mit dem Abdeckblech 28 ausgebildet und auf einer der Unterseite 26 des Oberteils 12 abgewandten Seite 42 des Abdeckbleches 28 angeordnet ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Leiteinrichtung 40 zu der Oberseite 14 des Kolbens 10 hingewandt ist.
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Die Leiteinrichtung 40 umfasst dabei zwei fingerartige Leitelemente 44 und 46, welche jeweils von der Seite 42 des Abdeckbleches 28 und damit von der Unterseite 26 des Oberteils 12 in Richtung der Oberseite 14 des Oberteils 12 und damit in Richtung des Brennraums in Kolbenhochrichtung gemäß dem Richtungspfeil 16 schräg nach oben hin und damit von einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine weg verlaufen. Wie insbesondere den 2 und 3 zu entnehmen ist, verlaufen die Leitelemente 44 und 46 der Leiteinrichtung 40 dabei entgegengesetzt zueinander, sind in radialer Richtung des Kolbens 10 und damit des Abdeckbleches 28 gemäß einem Richtungspfeil 48 nebeneinander angeordnet und verlaufen somit über Kreuz. Wird nun das Schmieröl durch die Durchgangsöffnung 30 hindurch gespritzt, so wird die Menge des Schmieröls durch die Leitelemente 44 und 46 aufgeteilt und eine Teilmenge durch das Leitelement 44 gemäß der Bildebenen der 2 und 3 nach rechts in den Kühlkanal umgeleitet, während eine Teilmenge des Schmiermittels durch das Leitelement 46 gemäß den Bildebenen der 2 und 3 nach links umgeleitet wird. Dadurch kann besonders viel Schmieröl in den Kühlkanal gelangen und wird durch das Abdecken des Kühlkanals durch das Abdeckblech 28 gegen ein Austreten aus dem Kühlkanal nach unten zur Kurbelwelle hin in dem Kühlkanal gehalten. Dies führt zu einer sehr effizienten Kühlung des Kolbens 10 durch diese große Menge an Schmieröl. Anschließend kann das Schmieröl wieder durch die Durchtrittsöffnung 30 zurück in ein Schmierölreservoir beispielsweise in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine fließen, wodurch der Schmierölkreislauf geschlossen ist.
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Aus den 2 bis 5 wird deutlich, dass durch die Leiteinrichtung 40 sowohl besonders viel Schmieröl besonders vorteilhaft in den Kühlkanal hineinleitbar ist, als auch ein Abfließen von einer unerwünscht großen Menge an Schmieröl verhindert ist. Dies geht einher mit einer sehr effizienten und effektiven Kühlung des Kolbens 10 und insbesondere des temperaturbelasteten Kolbenbodens, und das mit einer relativ geringen Menge an Schmiermittel, was eine Optimierung und effiziente Gestaltung des Schmierölkreislaufs zulässt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kolben
- 12
- Oberteil
- 14
- Oberseite
- 16
- Richtungspfeil
- 18
- Kolbensteg
- 20
- Kolbenring
- 22
- Kolbenring
- 24
- Kolbenring
- 26
- Unterseite
- 28
- Abdeckblech
- 30
- Durchtrittsöffnung
- 32
- Kolbenhemd
- 34
- Nabe
- 36
- Kolbenbolzen
- 38
- Sicherungsring
- 40
- Leiteinrichtung
- 42
- Seite
- 44
- Leitelement
- 46
- Leitelement
- 48
- Richtungspfeil
- 50
- Richtungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004028459 A1 [0002]
