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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine, umfassend einen Kolbeninnenraum, in dem ein Kolbenbolzen zur Verbindung des Kolbens mit einem in einem Pleuelkopf einer Pleuelstange angebrachten Lagermittel angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Kolben-Pleuelstangen-Anordnung einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine, umfassend einen Kolben, eine Pleuelstange mit einem Pleuelkopf, der ein Lagermittel umfasst, sowie einen Kolbenbolzen, der an dem Kolben angebracht ist und mit dem Lagermittel verbunden ist.
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Hubkolbenverbrennungskraftmaschinen weisen einen Kurbeltrieb auf, der eine Kurbelwelle und eine Anzahl von Kolben und Pleuelstangen, die jeweils einem der Kolben zugeordnet sind, umfasst. Jeder Kolben ist in einem Zylinder axial bewegbar und mit einer diesem zugeordneten Pleuelstange mechanisch verbunden. Die Kolben können einen bei der Kraftstoffverbrennung entstehenden Gasdruck aufnehmen und über die Pleuelstangen als Drehkraft auf die Kurbelwelle übertragen. Jede Pleuelstange weist an einem ersten, dem Kolben zugewandten oberen Ende einen Pleuelstangenkopf – häufig auch als Pleuelstangenauge bezeichnet – mit einer Aufnahmeöffnung auf, in der ein Lagermittel untergebracht ist, welches einen am Kolben angebrachten Kolbenbolzen für die mechanische Verbindung des Kolbens mit der Pleuelstange aufnimmt. Entsprechend weist das zweite (untere) Ende der Pleuelstange ebenfalls ein Lagermittel auf, um die Pleuelstange an der Kurbelwelle zu lagern. Somit kann während des Betriebs der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine die Kolbenkraft auf die Kurbelwelle zur Erzeugung eines Drehmoments übertragen werden.
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Die beiden Lagermittel der Pleuelstange müssen stets ausreichend geschmiert werden, damit sie nicht beschädigt werden. Die Schmierung des Lagermittels des Pleuelstangenkopfs erfolgt mit Hilfe von Schmieröl, das in einen Kolbeninnenraum eingespritzt wird und von dort – zum Beispiel über mindestens eine Ölbohrung im Pleuelstangenkopf – in den Pleuelstangenkopf eingebracht wird, um das dort angeordnete Lagermittel sowie den von diesem Lagermittel aufgenommenen Kolbenbolzen zu schmieren. Bei Hubkolbenverbrennungskraftmaschinen mit hoher Leistung muss insbesondere das Lagermittel im Pleuelstangenkopf (Pleuelstangenauge) auf Grund der hohen mechanischen Belastungen besonders stark und effizient geschmiert werden, um Beschädigungen auf Grund unzulänglicher Schmierung wirksam zu vermeiden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolben eines Hubkolbenverbrennungsmotors so weiterzubilden, dass er eine effiziente Schmierung des Lagermittels im Pleuelstangenkopf wirksam unterstützen kann. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Pleuelstangen-Anordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der eine effiziente Schmierung des Lagermittels im Pleuelstangenkopf erreicht werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Kolben der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Kolben-Pleuelstangen-Anordnung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch eine Kolben-Pleuelstangen-Anordnung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Kolbeninnenraum zumindest ein Ölleitmittel ausgebildet ist, das so ausgeführt ist, dass es während des Betriebs der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine in den Kolbeninnenraum eingespritztes Schmieröl zumindest teilweise in Richtung des Pleuelkopfs der Pleuelstange und in das Lagermittel des Pleuelkopfs lenken kann. Der erfindungsgemäße Kolben ermöglicht eine verbesserte Schmierung des von dem Pleuelkopf der Pleuelstange aufgenommenen Lagermittels, so dass auch hohen Belastungen dieses Lagermittels in Hubkolbenverbrennungskraftmaschinen mit besonders hoher Leistung Rechnung getragen werden kann. Der hier vorgestellte Kolben mit dem zumindest einen Ölleitmittel verhindert, dass das in den Kolbeninnenraum eingespritzte Schmieröl ungehindert an dem Pleuelkopf vorbeiströmt und dabei das von dem Pleuelkopf aufgenommene Lagermittel nicht erreicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Ölleitmittel so ausgebildet ist, dass es eine Tropfbarriere für das in den Kolbeninnenraum eingespritzte Schmieröl bildet. Diese Ausführungsform ermöglicht ein gezieltes Abtropfen des in den Kolbeninnenraum eingespritzten Schmieröls in das Lagermittel des Pleuelkopfs.
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Vorzugsweise kann der Kolbeninnenraum eine Kolbenunterseite umfassen, an der das Ölleitmittel ausgebildet ist. Wenn das Schmieröl gezielt auf die – insbesondere nach innen gewölbt ausgebildete – Kolbenunterseite gespritzt wird, kann mit Hilfe des an dieser Kolbenunterseite ausgebildeten Ölleitmittels ein gezielter Öleintrag in das Lagermittel gewährleistet werden. Wenn die Kolbenunterseite nach innen gewölbt ausgebildet ist, kann in dieser Ausführungsform wirksam verhindert werden, dass das für die Schmierung des Lagermittels des Pleuelkopfs vorgesehene Schmieröl an der Kolbenunterseite entlangfließt, ohne dabei in das Lagermittel zu gelangen.
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Für einen effizienten Öleintrag in das Lagermittel des Pleuelkopfs hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass sich das Ölleitmittel zumindest abschnittsweise in Richtung des Pleuelkopfs der Pleuelstange erstreckt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Ölleitmittel in einem mittleren Bereich der Kolbenunterseite ausgebildet ist. Dort ist der Abstand zwischen der Kolbenunterseite und dem Pleuelkopf am geringsten, so dass durch das Vorsehen des Ölleitmittels in diesem Bereich der Öleintrag in das Lagermittel weiter verbessert werden kann. Insbesondere kann das Ölleitmittel spiegelsymmetrisch zu einer Längsachse des Kolbens ausgebildet sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Ölleitmittel rippenartig geformt ist. Das Ölleitmittel kann insbesondere als rippenartiger Vorsprung ausgebildet sein. Ein derartiger rippenartiger Vorsprung eignet sich auf Grund seiner Außengeometrie, die vorzugsweise zumindest teilweise abgerundet sein kann, in besonders vorteilhafter Weise als Tropfbarriere, die ein gezieltes Abtropfen des in den Kolbeninnenraum eingespritzten Öls in das Lagermittel des Pleuelkopfs ermöglicht. Vorzugsweise kann das Ölleitmittel als Materialverdickung der Kolbenunterseite ausgebildet sein.
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Vorzugsweise kann der Kolbeninnenraum zwei Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme des Kolbenbolzens aufweisen, die sich parallel zueinander erstrecken und zwischen denen das Ölleitmittel ausgebildet ist. Das Ölleitmittel kann insbesondere an denjenigen Randabschnitten, die jeweils einer der Aufnahmeöffnungen zugewandt sind, zumindest abschnittweise angeschrägt ausgebildet sein.
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Eine erfindungsgemäße Kolben-Pleuelstangen-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist. Dadurch wird eine Kolben-Pleuelstangen-Anordnung zur Verfügung gestellt, bei der durch die besondere Ausgestaltung des Kolbens der Öleintrag in das Lagermittel des Pleuelkopfs und damit die Schmierung des Lagermittels sowie des von diesem aufgenommenen Kolbenbolzens erheblich verbessert werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
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1 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Kolben-Pleuelstangen-Anordnung einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einem Kolben, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt ist,
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2 eine isometrische Darstellung des Kolbens der Kolben-Pleuelstangen-Anordnung gemäß 1.
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Die Kolben-Pleuelstangen-Anordnung 100, wie sie in 1 gezeugt ist, ist Teil eines Kurbeltriebs der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine und umfasst einen Kolben 1 und eine diesem zugeordnete Pleuelstange 2. Der Kolben 1 ist in einem Zylinder 8 der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine axial bewegbar und mit der Pleuelstange 2 mechanisch verbunden. Der Kolben 1 ist dazu in der Lage, einen bei der Kraftstoffverbrennung entstehenden Gasdruck aufzunehmen und über die mechanisch mit ihm verbundene Pleuelstange 2 als Drehkraft auf eine hier nicht explizit dargestellte Kurbelwelle des Kurbeltriebs zu übertragen.
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Die Pleuelstange 2 weist an einem oberen, dem Kolben 1 zugewandten Ende einen (häufig auch als Pleuelstangenauge bezeichneten) Pleuelstangenkopf 20 mit einer Aufnahmeöffnung auf, in der ein Lagermittel 5 untergebracht ist, welches einen Kolbenbolzen 6 für die mechanische Verbindung des Kolbens 1 mit der Pleuelstange 2 aufnimmt. Entsprechend weist das zweite (untere), hier nicht explizit gezeigte Ende der Pleuelstange 2 ebenfalls ein Lagermittel auf, um die Pleuelstange 2 an der Kurbelwelle zu lagern. Somit kann während des Betriebs der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine die Kolbenkraft auf die Kurbelwelle zur Erzeugung eines Drehmoments übertragen werden.
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Um das Lagermittel 5 mit Schmieröl versorgen zu können, ist (mindestens) eine Ölspritzdüse 7 vorgesehen, die an ein Ölreservoir angeschlossen ist und so ausgebildet ist, dass sie während des Betriebs das Schmieröl in einen Kolbeninnenraum 10 einspritzen kann. Die Richtung der Öleinspritzung ist in 1 durch entsprechende Pfeile symbolisiert. Der Kolbeninnenraum 10 wird durch eine Kolbenunterseite 11 nach oben begrenzt, die vorliegend nach innen gewölbt ausgebildet ist. Um zu verhindern, dass das Schmieröl ungehindert an der nach innen gewölbten Kolbenunterseite 11 vorbeiströmt, ohne dass es in das Lagermittel 5 des Pleuelkopfs 20 eingetragen wird, ist im Kolbeninnenraum 10 ein Ölleitmittel 4 ausgebildet, das so ausgeführt ist, dass das von der Ölspritzdüse 7 in den Kolbeninnenraum 10 in Richtung der Kolbenunterseite 11 eingespritzte Schmieröl zumindest teilweise in Richtung des Pleuelkopfs 20 der Pleuelstange 2 und in das Lagermittel 5 gelenkt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass das Schmieröl nicht ungehindert an der nach innen gewölbten Kolbenunterseite 11 vorbeiströmt, sondern in Richtung des Pleuelkopfs 20 gelenkt wird, um das von dem Pleuelkopf 20 aufgenommene Lagermittel 5 sowie den Kolbenbolzen 6, der seinerseits von dem Lagermittel 5 aufgenommen ist, wirksam und effizient zu schmieren.
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Das Ölleitmittel 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel rippenartig geformt und bildet auf diese Weise eine Tropfbarriere für das in den Kolbeninnenraum 10 eingespritzte Schmieröl, die das Schmieröl zum Abtropfen in das Lagermittel 5 des Pleuelkopfs 20 zwingt. Vorzugsweise ist das rippenartig geformte Ölleitmittel 4 an der Kolbenunterseite 11 (insbesondere in einem mittleren Bereich der Kolbenunterseite 11) ausgebildet und erstreckt sich zumindest abschnittsweise in Richtung des Pleuelkopfs 20 der Pleuelstange 2. Insbesondere kann das Ölleitmittel 4 als Materialverdickung der Kolbenunterseite 11 ausgebildet sein.
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Unter Bezugnahme auf 2 sind dort noch einmal Einzelheiten des Kolbens 1 mit dem an der Kolbenunterseite 11 ausgebildeten Ölleitmittel 4 gezeigt. Es wird deutlich, dass das Ölleitmittel 4 im mittleren Bereich der Kolbenunterseite 11 vorgesehen ist und dort als lokale, rippenartige Materialverdickung ausgebildet ist. Der Kolben 1 weist im Kolbeninnenraum 10 zwei Aufnahmeöffnungen 12, 13 auf, die sich parallel zueinander erstrecken und in die der Kolbenbolzen 6 aufgenommen werden kann. Zwischen diesen beiden Aufnahmeöffnungen 12, 13 erstreckt sich das rippenartig geformte Ölleitmittel 4. Das Ölleitmittel 4 ist an denjenigen Randabschnitten 40, 41, die jeweils einer der Aufnahmeöffnungen 12, 13 zugewandt sind, angeschrägt ausgebildet.
