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Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, der aus einem Kolbenoberteil und einem damit verbundenen Kolbenunterteil besteht, wobei das Kolbenoberteil einen Kolbenboden und auf der kolbenbodenabgewandten Unterseite einen nach unten offenen, mittig liegenden Kühlraum aufweist, und das Kolbenunterteil ein Deckenelement aufweist, über das das Kolbenunterteil mit dem Kolbenoberteil verbunden ist, und wobei an der Unterseite des Deckenelements Schaftelemente und Bolzennaben angeformt sind und am Deckenelement zudem eine mittig liegende Abdeckhaube befestigt ist, deren Außendurchmesser zumindest näherungsweise dem Durchmesser des Kühlraums entspricht, und die den Kühlraum nach unten verschließt.
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Ein Kolben der eingangs genannten Art ist aus der Offenlegungsschrift
DE 198 46 152 bekannt, bei dem eine aus einem federnden Blech bestehende Abdeckhaube die untere Begrenzung eines inneren Kühlraumes bildet. Die Abdeckhaube ist hierbei unter Federspannung im Bereich der Nabenabstützung fixiert, wobei die Abdeckhaube über eine Rastverbindung im Kolbeninnenraum befestigt ist. Hierbei weist der Rand der Abdeckhaube lediglich eine im Querschnitt halbrunde Krempe auf, die bei der Befestigung der Abdeckhaube in eine umlaufende Ausnehmung mit ebenfalls halbrundem Querschnitt einrastet. Nachteilig ist hierbei, dass sich die hierdurch ergebende Rastverbindung bereits bei einer geringen, vom im Kühlraum befindlichen Kühlöl auf die Abdeckhaube wirkenden Belastung löst, was im Motorbetrieb zu einer Beschädigung des Motors führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden und eine sichere Verbindung der zum Verschließen des Kühlraumes dienenden Abdeckhaube mit dem Kolbeninnenraum zu gewährleisten.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der mittige Teil des Deckenelementes als ein nach oben gerichtetes Gewölbe ausgebildet ist und zwei einander gegenüberliegende Öffnungen aufweist, zwischen denen eine mittig liegende Ölablaufbohrung angeordnet ist, deren Oberseite als Hals ausgeformt ist, dessen oberer Rand einen nach radial außen gerichteten, umlaufenden Wulst aufweist, wobei die Unterseite des Wulstes radial außen als umlaufender Hinterschnitt ausgebildet ist, und dass die Abdeckhaube gewölbeartig ausgebildet ist und eine zentral liegende Öffnung aufweist, wobei der Innendurchmesser der Öffnung dem Außendurchmesser des Halses entspricht, deren Rand über den Umfang verteilte, radial liegende Schlitze aufweist, wozwischen der Randbereich der Öffnung in Form elastisch nachgiebiger Blechlappen ausgebildet ist, wobei die Abdeckhaube über ihre Öffnung derart auf dem Hals befestigt ist, dass die Blechlappen unterhalb des Hinterschnitts eingeschnappt sind und mit dem Hals eine sichere Schnappverbindung bilden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
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1 einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einer Abdeckhaube gemäß der Erfindung zum Verschließen eines mittig liegenden Kühlraumes,
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2 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches A aus 1,
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3 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches B aus 2,
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4 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches C aus 1,
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5 ein Schnittbild des Kolbens entlang der Linie V-V in 1 mit Blickrichtung auf die Unterseite des Kolbens,
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6 einen Schnitt durch die Abdeckhaube entlang der Linie VI-VI in 7,
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7 eine Draufsicht der Abdeckhaube und
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8 eine perspektivische Darstellung der Abdeckhaube.
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1 zeigt einen Kolben 1 für einen Dieselmotor, der aus einem Kolbenoberteil 2 und einem Kolbenunterteil 3 besteht. Dargestellt ist der Kolben 1 in einem zweiteiligen Schnittbild, wobei die Schnittebene der linken Hälfte des Schnittbildes senkrecht zur Bolzenbohrungsachse 4 liegt, während die Schnittebene der rechten Hälfte des Schnittbildes auf der Bolzenbohrungsachse 4 liegt. In der folgenden Beschreibung des Kolbens 1 bedeutet ”oben” die kolbenbodenzugewandte Seite und ”unten” die kolbenbodenabgewandte Seite des Kolbens 1.
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Der Kolben 1 weist eine in den Kolbenboden 5 eingeformte Brennraummulde 6 auf. Radial außen schließt sich an den Kolbenboden 5 ein Feuersteg 7 und eine Ringwand 8 mit einer Ringpartie 9 an. Ringwand 8 und Kolbenboden 5 sind Teile des Kolbenoberteils 2, das radial innen zwischen Ringwand 8 und Kolbenachse 10 eine an die Unterseite des Kolbenbodens 5 angeformte, umlaufende Ringrippe 11 aufweist.
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Von der Ringwand 8, vom Kolbenbodens 5 und von der Ringrippe 11 wird der obere Bereich 12' eines radial außen umlaufenden Kühlkanals 12 begrenzt. Außerdem begrenzen der Kolbenboden 5 und die Ringrippe 11 den oberen Bereich 13' eines mittig angeordneten Kühlraumes 13. In der Ringrippe 11 sind zwischen Kühlraum 13 und Kühlkanal 12 über den Umfang verteilte Überlaufkanäle 14 eingearbeitet.
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Das Kolbenunterteil 3 weist ein oberes Deckenelement 15 auf, in dessen Oberseite radial außen eine umlaufende Ausnehmung eingeformt ist, die den unteren Bereich 12'' des Kühlkanals 12 bildet. Radial außen wird der Bereich 12'' von einer nach oben gerichteten, umlaufenden Anformung 16 und radial innen von einer nach oben gerichteten, umlaufenden Auflage 17 begrenzt, wobei die Auflage 17 die radial äußere Begrenzung des in die Oberseite des Deckenelements 15 eingeformten, unteren Bereiches 13'' des mittig liegenden Kühlraumes 13 bildet. Sind das Kolbenoberteil 2 und das Kolbenunterteil 3 miteinander verbunden, bilden die Bereiche 12' und 12'' den Kühlkanal 12 und die Bereiche 13' und 13'' den Kühlraum 13.
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An die Unterseite des Deckenelements 15 sind zwei einander gegenüberliegende Bolzennaben 18, 18' mit je einer Bolzenbohrung 22, 22' angeformt, die über zwei einander gegenüberliegende und ebenfalls an die Unterseite des Deckenelementes 15 angeformte Schaftelemente 19, 19' miteinander verbunden sind. Die radial äußeren Stirnseiten 39 der Bolzennaben 18 sind gegenüber der radialen Außenseite der Ringwand 8 in Richtung Kolbenachse 10 zurückgesetzt.
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Der Kolben 1 besteht aus Stahl und wird bevorzugt für Dieselmotore von Nutzkraftfahrzeugen verwendet. Der Kolben 1 gemäß der Erfindung kann aber auch in Dieselmotoren von Personenkraftwagen verwendet werden. Im Rahmen der Herstellung des Kolbens 1 werden zunächst im Schmiede- oder im Gießverfahren Rohlinge des Kolbenoberteils 2 und des Kolbenunterteils 3 hergestellt, wonach die beiden Teile 2 und 3 auf einer Drehbank fertig gedreht werden. Anschließend werden die beiden Teile 2 und 3 mittels des Reibschweißverfahrens miteinander verbunden, wobei das Kolbenoberteil 2 und das Kolbenunterteil 3 in einer geeigneten Haltvorrichtung in relative Drehbewegung zueinander versetzt werden und gleichzeitig über die einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Ringwand 8 und die Anformung 16 und über die einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Ringrippe 11 und der Auflage 17 mit großer Kraft aufeinander gepresst werden Hierdurch wird das Kolbenmaterial im Bereich der Stirnseiten der Ringwand 8, der Anformung 16, der Ringrippe 11 und der Auflage 17 miteinander verschweißt.
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Der mittige Teil des Deckenelementes 15, der die untere Begrenzung des mittig liegenden Kühlraumes 13 bildet, weist zwei einander gegenüberliegende Öffnungen 20, 21 auf, wie insbesondere 5, ein Schnittbild des Kolbens 1 entlang der Linie V-V in 1 mit einer Unteransicht des Deckenelementes 15, zeigt. 5 zeigt zudem eine Unteransicht der Zenite 23, 23' der jeweiligen Bolzenbohrung 22, 22'. Durch die Öffnungen 20 und 21 im Deckelement 15 bildet sich zwischen den Zeniten 23, 23' der Bolzenbohrungen 22, 22' ein Steg 24, der eine zentral liegende Ölablauföffnung 25 aufweist. (Siehe hierzu auf die 1 und 4.) Der Zweck dieser Stegkonstruktion 24 besteht darin, das Gewicht des Kolbens 1 zu verringern.
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Um den mittig liegenden Kühlraum 13 zu verschließen, ist die Oberseite der Ölablauföffnung 25 als Hals 26 ausgebildet, wie insbesondere in den 2 (einer vergrößerten Darstellung des Bereiches A aus 1), 3 (einer vergrößerten Darstellung des Bereiches B aus 2) und 4 (einer vergrößerten Darstellung des Bereiches C aus 1) gut erkennbar ist. Der obere Rand des Halses 26 weist einen nach radial außen gerichteten, umlaufenden Wulst 27 auf, wobei die Unterseite des Wulstes 27 radial außen als umlaufender Hinterschnitt 28 ausgebildet ist, wie 3, eine vergrößerte Darstellung des Bereichs B in 2, deutlich zeigt. Dieser Hinterschnitt 28 dient dazu, eine gewölbeartig geformte Abdeckhaube 29, wie sie gut in den 6 bis 8 dargestellt ist, über eine Schnappverbindung zu fixieren.
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Diese Abdeckhaube 29 dient, wie insbesondere 1 zeigt, dazu, den mittig liegenden Kühlraum 13 nach unten zu verschließen, um die Kühlwirkung des im Kühlraum 13 befindlichen Kühlöls während des Motorbetriebes zu verbessern, wobei das Öl zwischen Abdeckhaube 29 und Kolbenboden 5 hin- und her geschleudert wird und dadurch dem Kolbenboden 5 insbesondere im Bereich der Brennraummulde 6 Wärme entzieht. (Shakereffekt)
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Wie die 6 bis 8 zeigen, weist die Abdeckhaube 29 eine zentral liegende Öffnung 30 auf, wobei sowohl der radial äußere Rand 31 der Abdeckhaube 29 der als auch der Rand 32 der Öffnung 30 über den Umfang verteile, radial liegende Schlitze 33, 33' aufweist, deren Länge näherungsweise einem Fünftel des Abstandes zwischen dem radial äußeren Rand 31 der Abdeckhaube 29 und dem Rand 32 der mittigen Öffnung 30 entspricht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in die Ränder 31 und 32 jeweils sechs Schlitze 33, 33' eingebracht. Möglich ist auch, mehr oder weniger als sechs Schlitze 33, 33' in die Ränder 31, 32 einzuformen. In jedem Fall muss aber darauf geachtet werden, dass in radialer Richtung betrachtet nicht zwei Schlitze 33, 33' hintereinander angeordnet sind, d. h., dass in radialer Richtung betrachtet die Schlitze 33 und 33' versetzt zueinander angeordnet sind. Wären die Schlitze in radialer Richtung betrachtet hintereinander angeordnet, würden dazwischen Bereiche mit reduziertem Material geschaffen, wodurch in diesen Bereichen die Federkraft der Abdeckhaube 29 reduziert würde, was die Festigkeit des Sitzes der Abdeckhaube 29 verringern würde.
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Diese Schlitze 33, 33' grenzen über den Umfang der Ränder 31 und 32 verteilte Blechlappen 34 und 35 ab, wobei die Blechlappen 34, 35 wegen der Schlitze 33, 33' elastisch nachgiebig sind. Dies erlaubt eine einfache und schnelle Montage der Abdeckhauben 29, die, nachdem das Kolbenoberteil 2 und das Kolbenunterteil 3 fertig gedreht sind, aber bevor diese Teile 2 und 3 miteinander verschweißt werden, mit ihrer zentral liegenden Öffnung 30 über den Hals 26 der Ölablauföffnung 25 geschoben wird, wobei die Blechlappen 35 der Öffnung 30 elastisch nachgeben, wenn sie über den Wulst 27 des Halses 26 geschoben werden, um dann, wenn sie weit genug nach unten geschoben wurden, in den Hinterschnitt 28 des Wulstes 27 einschnappen, wodurch die Abdeckhaube 29 auf dem Deckenelement 15 fixiert wird und auch bei schnelleren Hin- und Herbewegungen des Kolbens 1 im Motorbetrieb unlösbar befestigt bleibt.
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Hierbei wird der äußere Rand 31 der Abdeckhaube 29, wie die 2 und 4 deutlich zeigen, in den unteren, radial äußeren Bereich 36 des Kühlraums 13 gedrückt, wobei die radial außen liegenden Blechlappen 34 elastisch nachgeben und für einen sicheren Halt der Abdeckhaube 29 sorgen. Wenn hierbei der Rand 31 der Abdeckhaube 29 unter der unteren, inneren Schweißwulst 38 im Bereich der Auflage 17 zu liegen kommt, sodass der Rand 31 hierdurch in Anlage an die Schweißwulst 38 gelangt, ergibt sich dadurch eine weitere Verbesserung der Sicherheit des Haltes der Abdeckhaube 29. (Siehe hierzu 2)
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Dadurch, dass die Abdeckhaube 29 im montierten Zustand zudem auf einer ringförmigen, im Schnitt stufenförmigen, von der Wulst 27 des Halses 26 beabstandeten Anformung 37 im radial äußeren Bereich des Halses 26 aufliegt, wird in der Abdeckhaube 29 eine Vorspannung erzeugt, die zur Festigkeit der Montage der Abdeckhaube 29 beiträgt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Abdeckhaube 29 bestehen darin, dass sie einfach und schnell montierbar ist, was die Herstellungskosten des Kolbens verringert, obwohl sie dennoch insbesondere im Motorbetrieb mit seinen schnellen Hin- und Herbewegungen des Kolbens 1 sicher fixiert ist. Zudem ist der Hals 26 der Ölablauföffnung 25 mit dem Wulst 27 und dem Hinterschnitt 28 rotationssymmetrisch aufgebaut, sodass er auf einer Drehmaschine einfach und schnell herstellbar ist, was zu einer weiteren Senkung der Herstellungskosten des Kolbens beiträgt.
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Bezugszeichenliste
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- A, B, C
- Bereich
- 1
- Kolben
- 2
- Kolbenoberteil
- 3
- Kolbenunterteil
- 4
- Bolzenbohrungsachse
- 5
- Kolbenboden
- 6
- Brennraummulde
- 7
- Feuersteg
- 8
- Ringwand
- 9
- Ringpartie
- 10
- Kolbenachse
- 11
- Ringrippe
- 12, 12', 12''
- Kühlkanal
- 13, 13', 13''
- Kühlraum
- 14
- Überlaufkanal
- 15
- Deckenelement des Kolbenunterteils 3
- 16
- Anformung
- 17
- Auflage
- 18, 18'
- Bolzennabe
- 19, 19'
- Schaftelement
- 20, 21
- Öffnung des Deckenelements 15
- 22, 22'
- Bolzenbohrung
- 23, 23'
- Zenit der Bolzenbohrung 22
- 24
- Steg
- 25
- Ölablauföffnung
- 26
- Hals
- 27
- Wulst
- 28
- Hinterschnitt
- 29
- Abdeckhaube
- 30
- Öffnung
- 31
- äußerer Rand(bereich) der Abdeckhaube 29
- 32
- Rand(bereich) der Öffnung 30
- 33, 33'
- Schlitze in den Rändern 31 und 32
- 34, 35
- Blechlappen
- 36
- Bereich des Kühlraums 13
- 37
- Anformung
- 38
- Schweißwulst im Bereich der Auflage 17
- 39
- Stirnseite der Bolzennaben 18
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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