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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
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An Kolben für Verbrennungsmotoren sind verschiedenste Anforderungen gestellt, und insbesondere im Hinblick auf einen reduzierten Ölverbrauch und eine verringerte Reibleistung werden vermehrt Kolbenringe mit reduzierten Tangentialkräften und geringen radialen Wanddicken eingesetzt.
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Stand der Technik
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Als Vorbenutzungsgegenstände sind insbesondere Kolben bekannt, bei denen die untere, also die vom Kolbenboden entfernt liegende Nutflanke umfangreich zurückgesetzt oder "rückgedreht" ist, um für die Ölabfuhr angemessen viel Volumen zur Verfügung zu stellen. Bei derartigen Gestaltungen ist jedoch festzustellen, dass sich während des Transports oder der Handhabung die bereits an dem Kolben montierten Kolbenringe oder die Federelemente der Ölabstreifringe aus der Nut lösen können, was bei der Montage zu Schwierigkeiten und unter Umständen zum Bruch des Ringes mit der Folge von Beschädigungen im Kurbelgehäuse und/oder an dem Kolben führen kann.
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Die
DE 10 2011 075 673 A1 betrifft einen Kolben, bei dem zwischen einer Ringnut und einer Ölsammelnut eine Rändelung / wellenförmige Ausprägung mit gegenüber dem Kolbenaußendurchmesser zurückspringenden Bereichen ausgebildet ist.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben zu schaffen, der Volumen für die Ölabführung zur Verfügung stellt, bei dem jedoch gleichzeitig der sichere Verbleib des Kolbenrings in der Nut gewährleistet ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den im Patentanspruch 1 beschrieben Kolben.
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Demzufolge weist dieser zumindest eine Nut zur Aufnahme eines Kolbenrings auf, deren vom Kolbenboden entfernt liegende, "untere" Nutflanke zumindest drei radiale Vorsprünge aufweist, die sich maximal bis zur Kolbenmantelfläche, mit anderen Worten bis zur Außenfläche des Kolbenschafts, erstrecken und einen größeren Abstand zueinander aufweisen, als der einzelne Vorsprung breit ist. Unter der "Breite" eines Vorsprungs wird der Abstand (in Umfangsrichtung) von dem Punkt, an dem sich (in Richtung der Kolbenachse betrachtet) der Vorsprung von einem zurückgesetzten Niveau erhebt, bis zu dem Punkt verstanden, an dem der Vorsprung wieder auf das zurückgesetzte Niveau zurückgeführt ist. Die einzelnen Vorsprünge können eine unterschiedliche Breite aufweisen. Bevorzugt gilt die Maßnahme, dass der Abstand zwischen den einzelnen Vorsprüngen größer ist als die Breite des Vorsprungs, für den breitesten Vorsprung. Zwischen derartigen Vorsprüngen, die in Umfangsrichtung eine Breite von einigen Millimetern aufweisen können, können umfangreiche Abschnitte in Radialrichtung zurückgesetzt oder ausgespart werden, was umfangreiches Volumen für die Ölabfuhr und ergänzend gegebenenfalls für einen Druckausgleich zur Verfügung stellt.
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Gleichzeitig kann durch die zumindest drei Vorsprünge ein sicherer Verbleib des Kolbenrings in der Nut gewährleistet werden. In extremen Fällen ist dies im Übrigen auch bei Anwesenheit eines einzigen oder von lediglich zwei Vorsprüngen möglich. Der Kolbenring liegt somit in den zurückgesetzten Bereichen auf einer vergleichsweise (in Radialrichtung) schmalen unteren Nutflanke auf und wird durch die diskreten Vorsprünge daran gehindert, sich aus der Nut herauszubewegen, was zu den beschriebenen Problemen führen kann. Die durch die Vorsprünge gebildete Auflagefläche kann auch als "partiell" bezeichnet werden. Die Vorsprünge können aufgrund ihrer umfangreichen Beabstandung sowohl als diskrete Vorsprünge zu sehen sein, als auch als Teil einer regelmäßigen, in Radialrichtung wellenförmigen Struktur.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Um ein großes Ölabfuhrvolumen zur Verfügung zu stellen, wird bevorzugt, dass der Abstand zwischen den einzelnen Vorsprüngen, also der Abstand zwischen der weitesten Erstreckung in Radialrichtung des einen Vorsprungs zu der radial weitesten Erstreckung des benachbarten Vorsprungs, mehr als zwei- bevorzugt mehr als dreimal so groß ist, wie die Breite des einzelnen Vorsprungs.
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In vorteilhafter Weise kann bei dem erfindungsgemäßen Kolben, da zwischen den Vorsprüngen umfangreiches Ölabfuhrvolumen zur Verfügung gestellt wird, auf eine Öldrainagenut, die durch Bohrungen mit dem Kurbelraum verbunden sein kann, verzichtet werden. Damit wird mit einer vergleichsweise einfachen Struktur ein verbesserter Kolben geschaffen.
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Das Ölabfuhrvolumen kann in vorteilhafter Weise weiter vergrößert werden, wenn zumindest ein Vorsprung in Richtung von dem Kolbenboden weg sich verjüngend, mit anderen Worten konisch ausgebildet ist. Hierdurch wird in einem oberen, also näher zu dem Kolbenboden gelegenen Bereich eine vergleichsweise breite Auflagefläche für den Kolbenring zur Verfügung gestellt, während durch die Verjüngung nach untenhin das Ölabfuhrvolumen vergrößert werden kann.
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Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Maßnahme bei einer, vom Kolbenboden aus gesehen, ersten und/oder dritten Ringnut eingesetzt. Unter einer ersten Nut kann in vorteilhafter Weise eine zweckmäßige Auflagefläche für den Kolbenring zur Verfügung gestellt werden, und die Ölabfuhr verbessert werden. Schließlich kann durch die erfindungsgemäße Maßnahme in vorteilhafter Weise das Volumen zwischen den einzelnen Kolbenringen vergrößert werden, um den Druckausgleich zu erleichtern. Die gleichen Vorteile gelten für den Einsatz der erfindungsgemäßen Maßnahme bei einer dritten Ringnut, also typischerweise einer Ölringnut, wobei hier der Schwerpunkt auf dem vergrößerten Ölabfuhrvolumen liegt.
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Eine effiziente Herstellung der erfindungsgemäßen Vorsprünge kann bereits beim Gießen durch Einsatz geeigneter Pads oder Einsätze sowie beim Bearbeiten der Mantelfläche des Kolbens durch geeignete Formfaktoren oder Formgebungsmaßnahmen erfolgen. Die entsprechenden Herstellungsverfahren sind somit als Gegenstand der vorliegenden Offenbarung anzusehen.
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Wenngleich der erfindungsgemäße Kolben ohne eingebaute Kolbenringe denkbar ist und seine Vorteile entfaltet, sobald die Kolbenringe eingesetzt sind, wird bevorzugt, den erfindungsgemäßen Kolben mit zumindest einem Kolbenring zu kombinieren, der in die erfindungsgemäß ausgestaltete Nut eingesetzt ist, um bereits beim Transport und der Handhabung die genannten Vorteile zu gewährleisten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein beispielhaft in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein Ringfeld eines erfindungsgemäßen Kolbens; und
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2 einen Querschnitt durch einen Kolben mit dem Ringfeld gemäß 1 an der Stelle der erfindungsgemäß ausgestalteten Nut.
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Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Wie in 1 zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kolben 10 von dem Kolbenboden 12 ausgehend eine erste 14, eine zweite 16 und eine dritte Ringnut 18 auf. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist in der dritten Ringnut 18 ausgebildet und besteht darin, dass die untere Nutflanke 20 in radialer Richtung zurückgesetzt ist, was anhand des Rücksprungs 22 zu erkennen ist und Volumen für die Ölabfuhr schafft und das Gewicht reduziert. In 1 ist mit gestrichelten Linien ein Vorsprung 24 angedeutet, der sich in radialer Richtung maximal bis zur Kolbenmantelfläche 26 erstreckt und in Axialrichtung zusätzliche Auflagefläche für den (nicht dargestellten) Kolbenring schafft.
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In der Schnittansicht von 2 sind die Vorsprünge 24 besser zu erkennen. Ergänzend sei erwähnt, dass mit 28 der Nutengrund bezeichnet ist, und die (umlaufende) untere Nutflanke 20 in 2 gut zu erkennen ist. Bei dem gezeigten Beispiel sind sieben Vorsprünge 24 vorhanden, deren Breite B, also der Abstand von dem Punkt, an dem sie sich (in Radialrichtung) von der unteren Nutflanke 20 erheben, zu dem Punkt, an dem der Vorsprung in radialer Richtung auf die untere Nutflanke 20 zurückgeführt ist, deutlich geringer ist als der Abstand zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen. Dieser Abstand wird durch den Abstand zwischen der maximalen Erhebung in Radialrichtung gebildet. In diesem Bereich kann der Vorsprung 24 einen Kreisbogen entsprechend der Kolbenmantelfläche 26 beschreiben, er kann jedoch auch, gewissermaßen in Wellenform ausgebildet, an einem einzigen Punkt an der Kolbenmantelfläche 26 liegen. Im Fall einer Wellen- oder einer ähnlichen Form ergibt sich die in 2 gezeigte schräge Ausbildung zwischen der unteren Nutflanke 20 und der radial weitesten Erstreckung des jeweiligen Vorsprungs gewissermaßen automatisch, einschließlich eines gerundeten Übergangs zwischen der Schräge und der unteren Nutflanke. Wenn der Vorsprung derart ausgestaltet ist, dass er in Umfangsrichtung über eine gewisse Breite einen Kreisbogen entlang der Kolbenmantelfläche beschreibt, werden gerundete Übergänge zu den Schrägen, mit denen der Vorsprung auf die untere Nutflanke zurückgeführt ist, bevorzugt. Die Erstreckung der Vorsprünge in Radialrichtung kann 30% bis 100% der entsprechenden Erstreckung der unteren Nutflanke 20 betragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011075673 A1 [0004]
