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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
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In Verbrennungsmotoren wird die Bewegung der sich auf und ab bewegenden Kolben über Pleuel auf die Kurbelwelle übertragen, um eine Drehbewegung zu erzeugen. Zur Kraftübertragung von dem Kolben auf das Pleuel ist üblicherweise ein Kolbenbolzen vorgesehen, der durch Kolbenbolzennaben in dem Kolben und durch das eine Auge des Pleuels gesteckt ist. Der Kolbenbolzen wird an den Außenseiten durch Sicherungsringe in seiner Axialrichtung gesichert, die in umlaufende Nuten eingesetzt sind.
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STAND DER TECHNIK
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Als Vorbenutzungsgegenstände sind zahlreiche Kolben für Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen in den Kolbenbolzennaben nahe zur Außenseite des Kolbens jeweils umlaufende Nuten ausgebildet sind, die der Aufnahme von jeweils einem Sicherungsring dienen. An einer Stelle kann die Nut zur Außenseite des Kolbens hin geöffnet sein, um ein Ausheben eines eingesetzten Sicherungsringes zu ermöglichen.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im Hinblick auf das Gewicht und/oder die Struktur und/oder die Herstellbarkeit im Guß- und/oder Schmiedeverfahren verbesserten Kolben zu schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den im Patentanspruch 1 beschriebenen Kolben.
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Demzufolge weist dieser zumindest eine Kolbenbolzennabe auf, bei der an einer Kolbenaußenseite mehrere diskrete Vorsprünge zur Sicherung eines Sicherungsringes für den Kolbenbolzen vorgesehen sind. Mit anderen Worten sind anstelle der umlaufenden Nut zumindest zwei Vorsprünge vorgesehen, welche die Funktion der Nut dadurch übernehmen, dass die Nut lediglich im Bereich der Vorsprünge ausgebildet ist, für die sich herausgestellt hat, dass sie zur Sicherung eines Sicherungsringes ausreichend sind. Allgemein ist festzustellen, dass die Anzahl und Länge in Umfangsrichtung der vorhandenen Vorsprünge frei wählbar ist. Es werden jedoch Vorteile erwartet, wenn eine vergleichsweise geringe Anzahl von Vorsprüngen, beispielsweise zwei, eine vergleichsweise große Länge in Umfangsrichtung aufweisen, während drei oder mehr Vorsprünge kürzere Längen aufweisen können, und insbesondere punktförmig sein können. Die Vorsprünge sind bevorzugt gleichmäßig über den Umfang verteilt und können grundsätzlich an jeder beliebigen Winkelposition entlang des Umfangs angeordnet sein. Entscheidend ist lediglich, dass ein Sicherungsring ausreichend gesichert werden kann.
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Zwischen den Vorsprüngen befindet sich üblicherweise eine, in einem Schnitt betrachtet, der die Kolbenbolzenachse enthält, Stufe, an der der Durchmesser der Kolbenbolzennabe erweitert ist. Diese Stufe stellt gewissermaßen die kolbeninnenseitige Nutwange dar. Zur Kolbenaußenseite hin anschließend kann die Kolbenbolzennabe mit einem gleichbleibenden Durchmesser, entsprechend dem Nutgrund der vormaligen Sicherungsnut ausgebildet sein. Die beschriebene Stufe kann sich jedoch zumindest bereichsweise, beispielsweise zwischen einzelnen Vorsprüngen, derart zur Außenseite der Kolbenbolzennabe erstrecken, dass der Sicherungsring hieran lediglich in Achsrichtung des Kolbenbolzens anliegt, jedoch in diesen Bereichen radial nicht gesichert ist. Eine derartige radiale Begrenzung entsprechend dem Nutgrund einer Sicherungsnut, kann jedoch bereichsweise vorgesehen sein. Jedenfalls ergibt sich eine bereichsweise Ausbildung einer Nut zur Aufnahme des Sicherungsrings im Bereich der diskreten Vorsprünge.
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Hierdurch wird der Sicherungsring nur an wenigen, diskreten Punkten gelagert und durch die radial nach innen ausgebildeten Vorsprünge kann von einer Punktklammerung des Sicherungsrings die Rede sein. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise zur Gewichtsoptimierung Material zwischen den Vorsprüngen eingespart. Die Gestaltung und Struktur des Kolbens wird in diesem Bereich beispielsweise dadurch vereinfacht, dass keine Nut zum Ausheben des Sicherungsrings mehr erforderlich ist, da dieser zwischen den Vorsprüngen bereits zum Ausheben zugänglich ist. Schließlich wird eine automatische Montage des Sicherungsrings erleichtert.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei ersten Untersuchungen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, zumindest bereichsweise, und bevorzugt lediglich, in einem oberen Bereich der Kolbenbolzennabe, also zum Kolbenboden hin, eine radiale Begrenzung für einen Sicherungsring vorzusehen.
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Für die Anordnung der diskreten Vorsprünge wird derzeit ferner bevorzugt, diese, in Achsrichtung des Kolbenbolzens betrachtet und mit dem Kolbenboden an der Oberseite, an einer 12-, 2-, 6- und/oder 10-Uhr-Position vorzusehen.
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Ferner wird für einen Vorsprung an der 12- und/oder 6-Uhr-Position derzeit bevorzugt, dass er als in Umfangsrichtung längster Vorsprung ausgebildet ist. Hierdurch können die in diesen Richtungen besonders hohen Beschleunigungskräfte besonders gut aufgenommen werden.
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Da durch die erfindungsgemäßen Vorsprünge insbesondere der Festigkeitsvorteil von Stahl (gegenüber Aluminium) genutzt werden kann, wird derzeit für das Material des Kolbens bevorzugt, dass dieser aus Stahl ist, wenngleich die Erfindung auch auf Aluminiumkolben anwendbar ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Nachfolgend wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
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Die Figur zeigt die Außenseite einer Kolbenbolzennabe in einer perspektivischen Ansicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN
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AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Wie anhand der Figur zu erkennen ist, ist eine Nut 12 an der Kolbenbolzennabe 10 lediglich im Bereich von disktreten Vorsprüngen 14 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform befinden sich diese in etwa an der 12-, 2-, 6- und 10-Uhr-Position. Ferner ist eine radiale Begrenzung 16 für den (nicht dargestellten) Sicherungsring bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich im oberen Bereich, das heißt zwischen der 10- und 2-Uhr-Position vorgesehen. Im Gegensatz dazu erstreckt sich die in einem Schnitt, der die Kolbenbolzenachse enthält, zu erkennende Stufe 18 zur axialen Begrenzung des Sicherungsringes im unteren Bereich, das heißt von der 2- zu der 10-Uhr-Position vollständig zur Außenseite der Kolbenbolzennabe. Schließlich reflektiert die Figur diejenige bevorzugte Ausführungsform, bei der der Vorsprung an der 6-Uhr-Position der in Umfangsrichtung längste aller Vorsprünge ist.
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Wie in der Figur ferner zu erkennen ist, ist zwischen den Vorsprüngen an der 2- und der 10-Uhr-Position jegliches Material entfernt, was gemäß dem Stand der Technik auch dort eine radiale Begrenzung im Sinne eines Nutgrundes und eine axiale Begrenzung zur Außenseite, also eine äußere Nutflanke definieren würde. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Entfernung dieses Materials derart ausgeführt, dass an der 6-Uhr-Position in Axialrichtung des Kolbenbolzens betrachtet, eine Art Sehne verbleibt. Demgegenüber sind die anderen Vorsprünge deutlich kürzer und insbesondere die beiden „seitlichen” Vorsprünge an der 2- und der 10-Uhr-Position hakenartig ausgebildet. Zwischen diesen beiden Vorsprüngen im oberen Bereich ist, verglichen mit der bislang üblichen Gestaltung, das heißt mit einer vollständigen Sicherungsnut, lediglich das Material entfernt, das die äußere Nutwange definiert, sowie ggf. ein Teil des Materials am Nutengrund. Schließlich sei erwähnt, dass der „obere” Vorsprung an der 12-Uhr-Position sich in Umfangsrichtung etwas weiter erstreckt als die vergleichsweise kurzen, seitlichen Vorsprünge. Insbesondere ist hier ein „sanfter” abfallender Übergang zu der zurückgesetzten Bolzennabe vorgesehen. Wie in der Figur ferner zu erkennen ist, kann ein Sicherungsring mühelos, und ohne dass hierfür eine spezielle Struktur erforderlich ist, zwischen dem Vorsprung an der 2- bzw. 10-Uhr-Position und demjenigen an der 6-Uhr-Position ausgehoben und entfernt werden. Sämtliche Konturen der dargestellten Kolbenbolzennabe 10, einschließlich der Vorsprünge 16 können beim Gießen und/oder Schmieden des Kolbenrohlings bereits ausgebildet werden, und eine beispielsweise spanende Bearbeitung kann nur in denjenigen Bereichen vorgesehen werden, die der Aufnahme eines Sicherungsringes dienen. Dies betrifft beispielsweise die vergleichsweise kurzen Nuten im Bereich der Vorsprünge 14, die radiale Begrenzung 16 und/oder die Stufe 18.
