DE102012014200A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (10, 110, 210, 310) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf (11, 111, 211, 311) und einem Kolbenschaft (17, 117, 217, 317), wobei der Kolbenkopf (11, 111, 211, 311) einen Kolbenboden (12, 112, 212, 312), eine Verbrennungsmulde (13, 113, 213, 313) sowie eine umlaufende Ringpartie (15, 115, 215, 315) und im Bereich der Ringpartie (15, 115, 215, 315) einen umlaufenden Kühlkanal (16, 116, 216, 316) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Kühlkanal (16, 116, 216, 316) ein zur Verbrennungsmulde (13, 113, 213, 313) benachbarter Hohlraum (28, 128, 228, 328) vorgesehen ist, in dem ein Kühlmittel (29, 129, 229, 329) in Form eines niedrig schmelzenden Metalls oder einer niedrig schmelzenden Metalllegierung aufgenommen ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, wobei der Kolbenkopf einen Kolbenboden, eine Verbrennungsmulde sowie eine umlaufende Ringpartie und im Bereich der Ringpartie einen umlaufenden Kühlkanal aufweist.
  • In modernen Verbrennungsmotoren sind die Kolben im Bereich des Kolbenbodens und der Verbrennungsmulde immer höheren Temperaturbelastungen ausgesetzt. Eine nicht ausreichende Wärmeableitung aus dem Kolbenkopf führt im Motorbetrieb, insbesondere im Bereich des Muldenrandes, zu einer Verzunderung sowie im der Verbrennungsmulde benachbarten Bereich des Kühlkanal zu einer Verkokung bzw. Ölkohlebildung.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Kolben so weiterzuentwickeln, dass im Motorbetrieb eine optimierte Wärmeableitung aus dem Kolbenkopf stattfindet.
  • Die Lösung besteht darin, dass im Kühlkanal ein zur Verbrennungsmulde benachbarter Hohlraum vorgesehen ist, in dem ein Kühlmittel in Form eines niedrig schmelzenden Metalls oder einer niedrig schmelzenden Metalllegierung aufgenommen ist.
  • Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass die im Motorbetrieb im Bereich der Verbrennungsmulde, insbesondere im Bereich des Muldenrandes bzw. der Muldenwand erzeugte Wärme besonders effektiv in den Kolben geleitet wird. Damit wird im Betrieb eine besonders wirksame Kühlung des Kolbenkopfes erzielt, so dass Verzunderung und Ölkohlebildung vermieden werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Niedrig schmelzende Metalle, die zur Verwendung als Kühlmittel geeignet sind, sind insbesondere Natrium oder Kalium. Als niedrig schmelzende Metalllegierungen können insbesondere Galinstan®-Legierungen, niedrig schmelzende Bismut-Legierungen und Natrium-Kalium-Legierungen eingesetzt werden.
  • Als sog. Galinstan®-Legierungen werden Legierungssysteme aus Gallium, Indium und Zinn bezeichnet, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Diese Legierungen bestehen aus 65 Gew.-% bis 95 Gew.-% Gallium, 5 Gew.-% bis 26 Gew.-% Indium und 0 Gew.-% bis 16 Gew.-% Zinn. Bevorzugte Legierungen sind bspw. solche mit 68 Gew.-% bis 69 Gew.-% Gallium, 21 Gew.-% bis 22 Gew.-% Indium und 9,5 Gew.-% bis 10,5 Gew.-% Zinn (Schmp. –19°C), 62 Gew.-% Gallium, 22 Gew.-% Indium und 16 Gew.-% Zinn (Schmp. 10,7°C) sowie 59,6 Gew.-% Gallium, 26 Gew.-% Indium und 14,4 Gew.-% Zinn (ternäres Eutektikum, Schmp. 11°C).
  • Niedrig schmelzende Bismut-Legierungen sind zahlreich bekannt. Dazu gehören bspw. LBE (eutektische Bismut-Blei-Legierung, Schmp. 124°C), Roses Metall (50 Gew.-% Bismut, 28 Gew.-% Blei und 22 Gew.-% Zinn, Schmp. 98°C), Orionmetall (42 Gew.-% Bismut, 42 Gew.-% Blei und 16 Gew.-% Zinn, Schmp. 108°C); Schnelllot (52 Gew.-% Bismut, 32 Gew.-% Blei und 16 Gew.-% Zinn, Schmp. 96°C), d'Arcets-Metall (50 Gew.-% Bismut, 25 Gew.-% Blei und 25 Gew.-% Zinn), Woodsches Metall (50 Gew.-% Bismut, 25 Gew.-% Blei, 12,5 Gew.-% Zinn und 12,5 Gew.-% Cadmium, Schmp. 71°C), Lipowitzmetall (50 Gew.-% Bismut, 27 Gew.-% Blei, 13 Gew.-% Zinn und 10 Gew.-% Cadmium, Schmp. 70°C), Harpers Metall (44 Gew.-% Bismut, 25 Gew.-% Blei, 25 Gew.-% Zinn und 6 Gew.-% Cadmium, Schmp. 75°C), Cerrolow 117 (44,7 Gew.-% Bismut, 22,6 Gew.-% Blei, 19,1 Gew.-% Indium, 8,3 Gew.-% Zinn und 5,3 Gew.-% Cadmium, Schmp. 47°C); Cerrolow 174 (57 Gew.-% Bismut, 26 Gew.-% Indium, 17 Gew.-% Zinn, Schmp. 78,9°C), Fields Metall (32 Gew.-% Bismut, 51 Gew.-% Indium, 17 Gew.-% Zinn, Schmp. 62°C) sowie die Walkerlegierung (45 Gew.-% Bismut, 28 Gew.-% Blei, 22 Gew.-% Zinn und 5 Gew.-% Antimon).
  • Geeignete Natrium-Kalium-Legierungen können 40 Gew.-% bis 90 Gew.-% Kalium enthalten. Besonders geeignet ist die eutektische Legierung NaK mit 78 Gew.-% Kalium und 22 Gew.-Natrium (Schmp. –12,6°C).
  • Das Kühlmittel kann zusätzlich Lithium und/oder Lithiumnitrid enthalten. Falls beim Befüllen Stickstoff als Schutzgas verwendet wird, kann dieses mit dem Lithium zu Lithiumnitrid abreagieren und auf diese Weise aus dem Kühlkanal entfernt werden.
  • Das Kühlmittel kann ferner Natriumoxide und/oder Kaliumoxide enthalten, falls während des Befüllens ggf. vorhandene trockene Luft mit dem Kühlmittel reagiert hat.
  • Zweckmäßigerweise ist der Hohlraum benachbart zum Kolbenboden angeordnet, da dieser Teil des erfindungsgemäßen Kolbens im Motorbetrieb am stärksten thermisch belastet ist.
  • Es besonders vorteilhaft, den Hohlraum im Bereich des Muldenrandes anzuordnen, wo im Motorbetrieb sehr hohe Temperaturen herrschen.
  • Der Hohlraum kann bspw. durch eine im Kühlkanal angeordnete Trennwand begrenzt sein, die vorzugsweise als im Kühlkanal befestigtes, bspw. verschweißtes, Blechbauteil ausgebildet ist. Eine derartige Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen und der erfindungsgemäß vorgesehene Hohlraum kann hinsichtlich seiner Größe, Querschnittsform und Positionierung im Kühlkanal problemlos an die Anforderungen des Einzelfalls angepasst werden.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Trennwand ist vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht im Kühlkanal befestigt, um jedwede Wechselwirkung mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Kühlmittel und der außerhalb des Hohlraums befindlichen Umgebung, insbesondere dem verbleibenden Kühlkanalbereich, zu vermeiden.
  • Zur Optimierung der Wärmeableitung kann die Trennwand in ihrem vom erfindungsgemäß vorgesehenen Hohlraum abgewandten Bereich eine vergrößerte Oberfläche aufweisen, bspw. in Form von Lamellen oder Wellen.
  • Wenn der erfindungsgemäße Kolben einen geschlossenen Kühlkanal aufweist, ist es von besonderem Vorteil, dass zumindest ein Teil der Ringpartie als separates, mit einem Kolbengrundkörper unlösbar verbundenes Bauteil ausgebildet ist. In diesem Fall kann der erfindungsgemäß vorgesehene Hohlraum am Kolbengrundkörper vorgesehen und dieser anschließend mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Teil der Ringpartie unter Ausbildung des Kühlkanals verbunden werden. Ein bis zwei Trennstellen für die Trennwand.
  • Anstelle der Ringpartie oder zusätzlich zur Ringpartie kann zumindest ein Teil einer Muldenwand der Verbrennungsmulde als separates, mit einem Kolbengrundkörper unlösbar verbundenes Bauteil ausgebildet sein, um das Einbringen des erfindungsgemäß vorgesehenen Hohlraums in den Kühlkanal zu vereinfachen. In diesem Fall wird der Hohlraum zweckmäßigerweise am separaten Bauteil vorgesehen und dieses anschließend mit dem Kolbengrundkörper verbunden.
  • Wenn der erfindungsgemäße Kolben einen in Richtung des Kolbenschafts offenen, mit einem Verschlusselement verschlossenen Kühlkanal aufweist, ist es vorteilhaft, zumindest ein Teil der Ringpartie als separates, mit einem Kolbengrundkörper unlösbar verbundenes Bauteil ausgebildet ist, um das Einbringen des erfindungsgemäß vorgesehenen Hohlraums in den Kolbengrundkörper zu vereinfachen.
  • Vorzugsweise bildet die Ringpartie gemeinsam mit zumindest einem Teil einer Muldenwand der Verbrennungsmulde das separate, mit dem Kolbengrundkörper unlösbar verbundene Bauteil, um das Einbringen des erfindungsgemäß vorgesehenen Hohlraums in den Kühlkanal zu vereinfachen.
  • Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass das Kühlmittel bei Raumtemperatur als plastisch verformbarer Feststoff vorliegt. Diese Maßnahme ermöglicht es insbesondere dann, wenn entweder die Ringpartie oder die Muldenwand als separates Bauteil ausgebildet sind, das Kühlmittel vor der Verschweißung in eine gewünschte Form zu bringen und an einem den späteren Kühlkanal bildenden Bauteil zu fixieren. Dies stellt ein besonders einfaches Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen Kolben dar.
  • Der erfindungsgemäße Kolben besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus einem eisenbasierten Werkstoff, bspw. einem Werkstoff aus der Gruppe umfassend ausscheidungshärtende Stähle, Vergütungsstähle, hochfestes Gusseisen und Gusseisen mit Lamellengraphit. Der erfindungsgemäße Kolben kann aber selbstverständlich auch aus einer Leichtmetalllegierung bestehen.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Schnitt;
  • 1a eine Draufsicht auf eine Trennwand für einen Kolben gemäß 1;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Schnitt;
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Schnitt;
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Schnitt;
  • 5a ein erstes Ausführungsbeispiel einer Trennwand für einen Kolben gemäß den 1 bis 4;
  • 5b ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Trennwand für einen Kolben gemäß den 1 bis 4.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der Kolben 10 kann aus einem eisenbasierten Werkstoff und/oder einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt sein.
  • Der Kolben 10 weist einen Kolbenkopf 11 mit einem eine Verbrennungsmulde 13 aufweisenden Kolbenboden 12, einem umlaufenden Feuersteg 14 und einer Ringpartie 15 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 15 ist ein umlaufender geschlossener Kühlkanal 16 vorgesehen. Der Kolben 10 weist ferner einen Kolbenschaft 17 mit Kolbennaben 18 und Nabenbohrungen 19 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Kolbennaben 18 sind über Nabenanbindungen 21 mit der Unterseite 11a des Kolbenkopfes 11 verbunden. Die Kolbennaben 18 sind über Laufflächen 22 miteinander verbunden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens 10 gemäß 1 sind ein Teil der Ringpartie 15, der Feuersteg 14 und ein Teil des Kolbenbodens 12 als separates Bauteil 23 ausgebildet. Das Bauteil 23 ist unlösbar, bspw. mittels Laserschweißen, mit einem Kolbengrundkörper 24 verbunden, der die verbleibenden Strukturen des erfindungsgemäßen Kolbens 10 umfasst. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind eine Schweißnaht 25 im Kolbenboden 12 sowie eine Schweißnaht 26 im Bereich der untersten Ringnut vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß ist im Kühlkanal 16 eine aus einem Blechbauteil bestehende Trennwand 27 gemäß 1a angeordnet, die einen zum Kolbenboden 12 und zur Muldenwand 13a, insbesondere zum Muldenrand 13b, benachbarten Hohlraum 28 begrenzt. Der verbleibende Bereich des Kühlkanals 16 ist mit 16a bezeichnet. Die Trennwand 27 ist im Ausführungsbeispiel zweiteilig in Form zweier Halbschalen 27a, 27b ausgebildet. Die beiden Halbschalen 27a, 27b weisen einander zugewandte Stirnflächen 32a, 32b auf. Bei der Montage werden die beiden Halbschalen 27a, 27b um den Kolbengrundkörper 24 im Bereich der Muldenwand 13a gelegt und ihre benachbarten Stirnflächen 32a, 32b miteinander verbunden, bspw. mittels eines Schweißverfahrens. Die Trennwand 27 kann auch als einstückiges elastisches Bauteil ausgebildet sein, das lediglich eine Trennfuge aufweist (nicht dargestellt). Ein derartiges Bauteil kann zur Montage gespreizt, um den Kolbengrundkörper 24 im Bereich der Muldenwand 13a gelegt und im Bereich der Trennfuge bspw. verschweißt werden.
  • Die Trennwand 27 ist im Ausführungsbeispiel mittels eines Schweißverfahrens umlaufend am Kolbengrundkörper 24 gas- und flüssigkeitsdicht befestigt. Im Hohlraum 28 ist erfindungsgemäß ein Kühlmittel 29 aus einem niedrig schmelzenden Metall oder einer niedrig schmelzenden Metalllegierung, im Ausführungsbeispiel Natrium, aufgenommen. Die Verwendung eines bei Raumtemperatur noch festen, insbesondere knetbaren Metalls bzw. einer bei Raumtemperatur noch festen Metalllegierung ist bevorzugt, da ein derartiges Kühlmittel 29 besonders einfach in eine gewünschte Form geknetet und am Kolbengrundkörper 24 fixiert werden kann, bevor die Trennwand 27 am Kolbengrundkörper 24 befestigt und anschließend das Bauteil 23 mit dem Kolbengrundkörper 24 verbunden wird.
  • Im Bereich der Nabenanbindungen 21 sind im Ausführungsbeispiel mindestens eine Öleinlassöffnung 33 und mindestens eine Ölauslassöffnung 34 vorgesehen, um den verbleibenden Bereich 16a des Kühlkanals 16 mit Kühlöl zu versorgen.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 110. Der Kolben 110 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der Kolben 110 kann aus einem eisenbasierten Werkstoff und/oder einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt sein.
  • Der Kolben 110 weist einen Kolbenkopf 111 mit einem eine Verbrennungsmulde 113 aufweisenden Kolbenboden 112, einem umlaufenden Feuersteg 114 und einer Ringpartie 115 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 115 ist ein umlaufender geschlossener Kühlkanal 116 vorgesehen. Der Kolben 110 weist ferner einen Kolbenschaft 117 mit Kolbennaben 118 und Nabenbohrungen 119 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Kolbennaben 118 sind über Nabenanbindungen 121 mit der Unterseite 111a des Kolbenkopfes 111 verbunden. Die Kolbennaben 118 sind über Laufflächen 122 miteinander verbunden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens 110 gemäß 2 sind ein Teil des Kolbenbodens 112 sowie die Muldenwand 113a und der Muldenrand 113b der Verbrennungsmulde 113 als separates Bauteil 123 ausgebildet. Das Bauteil 123 ist unlösbar, bspw. mittels Laserschweißen, mit einem Kolbengrundkörper 124 verbunden, der die verbleibenden Strukturen des erfindungsgemäßen Kolbens 110 umfasst. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind eine Schweißnaht 125 im Kolbenboden 112 sowie eine Schweißnaht 126 im unteren Bereich der Muldenwand 113a vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß ist im Kühlkanal 116 eine aus einem Blechbauteil bestehende Trennwand 127 angeordnet, die einen zum Kolbenboden 112 und zur Muldenwand 113a, insbesondere zum Muldenrand 113b, benachbarten Hohlraum 128 begrenzt. Der verbleibende Bereich des Kühlkanals 116 ist mit 116a bezeichnet. Die Trennwand 127 ist im Ausführungsbeispiel mittels Laserschweißen am Bauteil 123 befestigt. Im Hohlraum 128 ist erfindungsgemäß ein Kühlmittel 129 aus einem niedrig schmelzenden Metall oder einer niedrig schmelzenden Metalllegierung, im Ausführungsbeispiel Natrium, aufgenommen. Die Verwendung eines bei Raumtemperatur noch festen Metalls bzw. einer bei Raumtemperatur noch festen Metalllegierung ist bevorzugt, da ein derartiges Kühlmittel 129 besonders einfach am Bauteil 123 fixiert werden kann, bevor die Trennwand 127 am Bauteil 123 befestigt und anschließend das Bauteil 123 mit dem Kolbengrundkörper 124 verbunden wird.
  • Analog zur Darstellung gemäß 1 sind im Bereich der Nabenanbindungen 121 im Ausführungsbeispiel mindestens eine Öleinlassöffnung und mindestens eine Ölauslassöffnung vorgesehen, um den verbleibenden Bereich 116a des Kühlkanals 116 mit Kühlöl zu versorgen.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 210. Der Kolben 210 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der Kolben 210 kann aus einem eisenbasierten Werkstoff und/oder einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt sein.
  • Der Kolben 210 weist einen Kolbenkopf 211 mit einem eine Verbrennungsmulde 213 aufweisenden Kolbenboden 212, einem umlaufenden Feuersteg 214 und einer Ringpartie 215 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 215 ist ein umlaufender geschlossener Kühlkanal 216 vorgesehen. Der Kolben 210 weist ferner einen Kolbenschaft 217 mit Kolbennaben 218 und Nabenbohrungen 219 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Kolbennaben 218 sind über Nabenanbindungen 221 mit der Unterseite 211a des Kolbenkopfes 211 verbunden. Die Kolbennaben 218 sind über Laufflächen 222 miteinander verbunden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens 210 gemäß 3 sind ein Teil des Kolbenbodens 212 sowie die Muldenwand 213a und der Muldenrand 213b der Verbrennungsmulde 213 als separates Bauteil 223 ausgebildet. Das Bauteil 223 ist unlösbar, bspw. mittels Laserschweißen, mit einem Kolbengrundkörper 224 verbunden, der die verbleibenden Strukturen des erfindungsgemäßen Kolbens 210 umfasst. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind eine Schweißnaht 225 im Kolbenboden 212 sowie eine Schweißnaht 226 im unteren Bereich der Muldenwand 213a vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß ist im Kühlkanal 216 eine aus einem Blechbauteil bestehende Trennwand 227 angeordnet, die einen zum Kolbenboden 212 und zur Muldenwand 213a, insbesondere zum Muldenrand 213b, benachbarten Hohlraum 228 begrenzt. Die Trennwand 227 ist im Ausführungsbeispiel über die Schweißnähte 225, 226 am Kolben 210 befestigt. Im Hohlraum 228 ist erfindungsgemäß ein Kühlmittel 229 aus einem niedrig schmelzenden Metall oder einer niedrig schmelzenden Metalllegierung, im Ausführungsbeispiel Natrium, aufgenommen. Die Verwendung eines bei Raumtemperatur noch festen Metalls bzw. einer bei Raumtemperatur noch festen Metalllegierung ist bevorzugt, da ein derartiges Kühlmittel 229 besonders einfach am Bauteil 223 fixiert werden kann, bevor die Trennwand 227 und das Bauteil 223 am Kolbengrundkörper 224 fixiert und gemeinsam mit dem Kolbengrundkörper 224 verbunden werden.
  • Analog zur Darstellung gemäß 1 sind im Bereich der Nabenanbindungen 221 im Ausführungsbeispiel mindestens eine Öleinlassöffnung und mindestens eine Ölauslassöffnung vorgesehen, um den verbleibenden Bereich 216a des Kühlkanals 216 mit Kühlöl zu versorgen.
  • 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 310. Der Kolben 310 kann ein einteiliger oder mehrteiliger Kolben sein. Der Kolben 310 kann aus einem eisenbasierten Werkstoff und/oder einem Leichtmetallwerkstoff hergestellt sein.
  • Der Kolben 310 weist einen Kolbenkopf 311 mit einem eine Verbrennungsmulde 313 aufweisenden Kolbenboden 312, einem umlaufenden Feuersteg 314 und einer Ringpartie 315 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. In Höhe der Ringpartie 315 ist ein umlaufender, offener Kühlkanal 316 vorgesehen, der in an sich bekannter Weise mit einem Verschlusselement 331 verschlossen ist. Der Kolben 10 weist ferner einen thermisch entkoppelten Kolbenschaft 317 mit Kolbennaben 318 und Nabenbohrungen 319 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Kolbennaben 318 sind über Nabenanbindungen 321 mit der Unterseite 311a des Kolbenkopfes 311 verbunden. Die Kolbennaben 318 sind über Laufflächen 322 miteinander verbunden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens 310 gemäß 4 sind die Ringpartie 315, der Feuersteg 14, der Kolbenboden 312 und die Muldenwand 313a der Verbrennungsmulde als separates Bauteil 323 ausgebildet. Das Bauteil 323 ist unlösbar, bspw. mittels Laserschweißen, mit einem Kolbengrundkörper 324 verbunden, der die verbleibenden Strukturen des erfindungsgemäßen Kolbens 310 umfasst. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist eine Schweißnaht 325 im unteren Bereich der Muldenwand 313a vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß ist im Kühlkanal 316 eine aus einem Blechbauteil bestehende Trennwand 327 angeordnet, die einen zum Kolbenboden 312 und zur Muldenwand 313a, insbesondere zum Muldenrand 313b, benachbarten Hohlraum 328 begrenzt. Die Trennwand 327 ist im Ausführungsbeispiel mittels Laserschweißen am Bauteil 323 befestigt. Im Hohlraum 328 ist erfindungsgemäß ein Kühlmittel 329 aus einem niedrig schmelzenden Metall oder einer niedrig schmelzenden Metalllegierung, im Ausführungsbeispiel Natrium, aufgenommen. Die Verwendung eines bei Raumtemperatur noch festen Metalls bzw. einer bei Raumtemperatur noch festen Metalllegierung ist bevorzugt, da ein derartiges Kühlmittel 329 besonders einfach am Bauteil 323 fixiert werden kann, bevor die Trennwand 327 am Bauteil 323 befestigt und anschließend das Bauteil 323 mit dem Kolbengrundkörper 324 verbunden wird.
  • Analog zur Darstellung gemäß 1 sind im Bereich der Nabenanbindungen 321 im Ausführungsbeispiel mindestens eine Öleinlassöffnung und mindestens eine Ölauslassöffnung vorgesehen, um den verbleibenden Bereich 316a des Kühlkanals 316 mit Kühlöl zu versorgen.
  • Die 5a und 5b zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäß vorgesehenen Trennwand 427, 527. Die Trennwand 427 gemäß 5a zeichnet sich dadurch aus, dass sie in einem Bereich, der nach der Montage dem verbleibenden Bereich 16a, 116a, 216a, 316a des Kühlkanals 16, 116, 216, 316 zugewandt ist, eine vergrößerte Oberfläche in Form von Lamellen 427a aufweist. Die Trennwand 527 gemäß 5b weist in einem Bereich, der nach der Montage dem verbleibenden Bereich 16a, 116a, 216a, 316a des Kühlkanals 16, 116, 216, 316 zugewandt ist, eine vergrößerte Oberfläche in Form von Wellen 527a auf.

Claims (17)

  1. Kolben (10, 110, 210, 310) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf (11, 111, 211, 311) und einem Kolbenschaft (17, 117, 217, 317), wobei der Kolbenkopf (11, 111, 211, 311) einen Kolbenboden (12, 112, 212, 312), eine Verbrennungsmulde (13, 113, 213, 313) sowie eine umlaufende Ringpartie (15, 115, 215, 315) und im Bereich der Ringpartie (15, 115, 215, 315) einen umlaufenden Kühlkanal (16, 116, 216, 316) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlkanal (16, 116, 216, 316) ein zur Verbrennungsmulde (13, 113, 213, 313) benachbarter Hohlraum (28, 128, 228, 328) vorgesehen ist, in dem ein Kühlmittel (29, 129, 229, 329) in Form eines niedrig schmelzenden Metalls oder einer niedrig schmelzenden Metalllegierung aufgenommen ist.
  2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als niedrig schmelzendes Metall Natrium oder Kalium enthalten ist.
  3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrig schmelzende Metalllegierung aus der Gruppe umfassend Galinstan®-Legierungen, niedrig schmelzende Bismut-Legierungen und Natrium-Kalium-Legierungen ausgewählt ist.
  4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (29, 129, 229, 329) Lithium und/oder Lithiumnitrid enthält.
  5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (29, 129, 229, 329) Natriumoxide und/oder Kaliumoxide enthält.
  6. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (28, 128, 228, 328) benachbart zum Kolbenboden (12, 112, 212, 312) angeordnet ist.
  7. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (28, 128, 228, 328) im Bereich des Muldenrandes (13b, 113b, 213b, 313b) der Verbrennungsmulde (13, 113, 213, 313) angeordnet ist.
  8. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (28, 128, 228, 328) durch eine im Kühlkanal (16, 116, 216, 316) angeordnete Trennwand (27, 127, 227, 327, 427, 527) begrenzt ist.
  9. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (27, 127, 227, 327, 427, 527) gasdicht und flüssigkeitsdicht mit dem Kolben (10, 110, 210, 310) verbunden ist
  10. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (427, 527) in ihrem vom Hohlraum (28, 128 228, 328) abgewandten Bereich eine vergrößerte Oberfläche aufweist.
  11. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (27, 127, 227, 327) als im Kühlkanal (16, 116, 216, 316) befestigtes Blechbauteil ausgebildet ist.
  12. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (10) einen geschlossenen Kühlkanal (11) mit einer Öleinlassöffnung und Ölauslassöffnung (33, 34) aufweist und dass zumindest ein Teil der Ringpartie (15) als separates, mit einem Kolbengrundkörper (24) unlösbar verbundenes Bauteil (23) ausgebildet ist.
  13. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil einer Muldenwand (113a, 213a, 313a) der Verbrennungsmulde (113, 213, 313) als separates, mit einem Kolbengrundkörper (124, 224, 324) unlösbar verbundenes Bauteil (123, 223, 323) ausgebildet ist.
  14. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (310) einen in Richtung des Kolbenschafts (317) offenen, mit einem Verschlusselement (331) verschlossenen Kühlkanal (316) aufweist und dass zumindest ein Teil der Ringpartie (315) als separates, mit einem Kolbengrundkörper (324) unlösbar verbundenes Bauteil (323) ausgebildet ist.
  15. Kolben nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringpartie (315) gemeinsam mit zumindest einem Teil einer Muldenwand (313a) der Verbrennungsmulde (313) das separate, mit dem Kolbengrundkörper (324) unlösbar verbundene Bauteil (323) bildet.
  16. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (29, 129, 229, 329) bei Raumtemperatur als plastisch verformbarer Feststoff vorliegt.
  17. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Ringpartie (15, 15, 215, 315) hin angeordnete Bereich (16a, 116a, 216a, 316a) des Kühlkanals (16, 116, 216, 316) zumindest teilweise mit Kühlöl gefüllt ist.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016123600A1 (en) * 2015-01-30 2016-08-04 Federal-Mogul Corporation Piston with cooling gallery cooling insert and method of construction thereof
DE102015005218A1 (de) * 2015-04-23 2016-10-27 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE102015005217A1 (de) 2015-04-23 2016-10-27 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor
WO2017095976A1 (en) 2015-12-03 2017-06-08 Federal-Mogul Corporation Piston with sealed cooling gallery containing a thermally conductive composition
CN107454924A (zh) * 2015-01-30 2017-12-08 费德罗-莫格尔有限责任公司 带有冷却通道冷却插入件的活塞及其构建方法
WO2020123094A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 Caterpillar Inc. Method for remanufacturing a used piston and piston
DE102019000747A1 (de) 2019-02-01 2020-08-06 Daimler Ag Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1930302A1 (de) * 1969-06-14 1970-12-17 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren und Einrichtung zum Kuehlen eines Brennkraftmaschinenkolbens
DE2424882A1 (de) * 1974-05-22 1975-12-04 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Kolben fuer hubkolben-brennkraftmaschinen
DE3032671A1 (de) * 1980-08-29 1982-03-18 Alcan Aluminiumwerk Nürnberg GmbH, 6000 Frankfurt Kolben fuer brennkraftmaschinen
EP0035290B1 (de) * 1980-03-05 1984-01-04 KOLBENSCHMIDT Aktiengesellschaft Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen
JPH0560013A (ja) * 1991-08-26 1993-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高出力デイーゼルエンジンのピストン
DE19846152A1 (de) * 1998-10-07 2000-04-13 Mahle Gmbh Kolben mit Kolbengrundkörper aus geschmiedetem Stahl und einem Kühlkanal
US20050087153A1 (en) * 2003-10-24 2005-04-28 Moon Kil M. Piston for an internal combustion engine
EP1536125A1 (de) * 2003-11-28 2005-06-01 KS Kolbenschmidt GmbH Kolben mit einem Abdeckelement für einen Kühlkanal
DE102007044106A1 (de) * 2007-09-15 2009-03-19 Mahle International Gmbh Zweiteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1930302A1 (de) * 1969-06-14 1970-12-17 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren und Einrichtung zum Kuehlen eines Brennkraftmaschinenkolbens
DE2424882A1 (de) * 1974-05-22 1975-12-04 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Kolben fuer hubkolben-brennkraftmaschinen
EP0035290B1 (de) * 1980-03-05 1984-01-04 KOLBENSCHMIDT Aktiengesellschaft Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen
DE3032671A1 (de) * 1980-08-29 1982-03-18 Alcan Aluminiumwerk Nürnberg GmbH, 6000 Frankfurt Kolben fuer brennkraftmaschinen
JPH0560013A (ja) * 1991-08-26 1993-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高出力デイーゼルエンジンのピストン
DE19846152A1 (de) * 1998-10-07 2000-04-13 Mahle Gmbh Kolben mit Kolbengrundkörper aus geschmiedetem Stahl und einem Kühlkanal
US20050087153A1 (en) * 2003-10-24 2005-04-28 Moon Kil M. Piston for an internal combustion engine
EP1536125A1 (de) * 2003-11-28 2005-06-01 KS Kolbenschmidt GmbH Kolben mit einem Abdeckelement für einen Kühlkanal
DE102007044106A1 (de) * 2007-09-15 2009-03-19 Mahle International Gmbh Zweiteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016123600A1 (en) * 2015-01-30 2016-08-04 Federal-Mogul Corporation Piston with cooling gallery cooling insert and method of construction thereof
CN107454924A (zh) * 2015-01-30 2017-12-08 费德罗-莫格尔有限责任公司 带有冷却通道冷却插入件的活塞及其构建方法
US10240556B2 (en) 2015-01-30 2019-03-26 Tenneco Inc. Piston with cooling gallery cooling insert and method of construction thereof
CN107454924B (zh) * 2015-01-30 2020-03-20 天纳克公司 带有冷却通道冷却插入件的活塞及其构建方法
DE102015005218A1 (de) * 2015-04-23 2016-10-27 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE102015005217A1 (de) 2015-04-23 2016-10-27 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor
WO2017095976A1 (en) 2015-12-03 2017-06-08 Federal-Mogul Corporation Piston with sealed cooling gallery containing a thermally conductive composition
US11022065B2 (en) 2015-12-03 2021-06-01 Tenneco Inc. Piston with sealed cooling gallery containing a thermally conductive composition
WO2020123094A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 Caterpillar Inc. Method for remanufacturing a used piston and piston
US10926362B2 (en) 2018-12-13 2021-02-23 Caterpillar Inc. Remanufactured engine piston and method
DE102019000747A1 (de) 2019-02-01 2020-08-06 Daimler Ag Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine

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