DE102015006354A1

DE102015006354A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015006354A1
Application number: DE102015006354.5A
Authority: DE
Inventors: Reiner Müller
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2016-11-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf (11) und einem Kolbenschaft (15), mit einer im Kolbenkopf (11) angeordneten, Ringnuten (14a, 14b, 14c) zur Aufnahme von Kolbenringen aufweisenden umlaufenden Ringpartie, wobei im Kolbenkopf (11) im Bereich der Ringnut (14c) zur Aufnahme eines Ölabstreifrings eine Mehrzahl von horizontal zur Kolbenmittelachse (M) angeordneten Bohrungen (25) eingebracht ist, die durch den Nutgrund (21) der Ringnut (14c) treten und in der unteren Nutflanke (23) der Ringnut (14c) jeweils eine Rinne (26) bilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem die untere Nutflanke (23) der Ringnut (14c) bildenden Ringsteg (24) Mulden (27) eingedreht sind, die jeweils eine unrunde Bodenfläche (28) aufweisen und in die die Rinnen (26) münden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft, mit einer im Kolbenkopf angeordneten, Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen aufweisenden umlaufenden Ringpartie, wobei im Kolbenkopf im Bereich der Ringnut zur Aufnahme eines Ölabstreifrings eine Mehrzahl von horizontal zur Kolbenmittelachse angeordneten Bohrungen eingebracht ist, die durch den Nutgrund der Ringnut treten und in der unteren Nutflanke der Ringnut jeweils eine Rinne bilden.
Gattungsgemäße Kolben sind bspw. aus der DE 2005 037 207 A1 bekannt. Die Bohrungen dienen üblicherweise dazu, das im Motorbetrieb in der Ringnut angesammelte Schmieröl aufzunehmen und aus der Ringnut nach außen in Richtung des Motorblocks abzuleiten. Die Ableitung durch den die untere Ringnut bildenden Ringsteg birgt aber aufgrund des geringen Spiels zwischen der Außenfläche des Ringstegs und der Zylinderwand die Gefahr, dass das Schmieröl nicht ausreichend abfließen kann, sondern sich in den Bohrungen staut. Dies hat zur Folge, dass der Ölabstreifring seine Funktion nicht mehr zuverlässig erfüllen kann, was wiederum zu erhöhtem Ölverbrauch und verschlechterten Abgaswerten führt.
Einbringen von vertikalen Drainagebohrungen in die untere Nutflanke der den Ölabstreifring aufnehmenden Ringnut als alternative Lösung des Problems ist sehr aufwändig und nur in einem kleinen Winkelbereich außerhalb der Naben möglich, so dass eine ausreichende Öldrainage nicht gewährleistet ist. Das Zurücknehmen des die untere Nutflanke der Ringnut bildenden Ringstegs würde zwar eine ausreichende Öldrainage bewirken, hat aber zur Folge, dass die Auflagefläche des Ölabstreifrings reduziert wird, so das der korrekte Sitz des Ölabstreifrings in der Ringnut nicht mehr gegeben ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Kolben so weiterzuentwickeln, dass die einwandfreie Funktion des Ölabstreifrings im Motorbetrieb stets gewährleistet ist.
Die Lösung besteht darin, dass in einem die untere Nutflanke der Ringnut bildenden Ringsteg Mulden eingedreht sind, die jeweils eine unrunde Bodenfläche aufweisen und in die die Rinnen münden.
Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass die Mulden im Motorbetrieb eine zusätzlich Ablauföffnung für Schmieröl unterhalb des Ölabstreifrings bilden, die eine zuverlässige Öldrainage aus der Ringnut in Richtung des Motorblocks gewährleisten. Auf diese Weise wird die einwandfreie Funktion des Ölabstreifrings gesichert. Die Auflagefläche des Ölabstreifrings wird nur minimal reduziert, so dass sein korrekter Sitz in der Ringnut stets gegeben ist. Die Ausbildung der Mulden als in den Kolben eingedrehte Strukturen ist einfach und kostengünstig zu realisieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Bodenflächen der Mulden weisen bevorzugt sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung ein gewölbtes Profil auf. Auch die Ausgestaltung eines polygonalen Profils ist geeignet. Für beide Profiltypen sind geeignete Werkzeuge bzw. Werkzeugmaschinen gut bekannt.
Vorzugsweise weisen die Mulden, abhängig vom Kolbentyp und der Kolbengröße, eine Tiefe von 0,3 mm bis 2,0 mm auf, um die Öldrainage weiter zu optimieren.
Zweckmäßigerweise sind, abhängig vom Kolbentyp und der Kolbengröße, 8 bis 16 Bohrungen vorgesehen, die entweder gleichmäßig um den Umfang des Kolbens verteilt oder, zur Verbesserung der Schaftschmierung, ganz oder überwiegend oberhalb der Laufflächen des Kolbens angeordnet sind.
Die Bohrungen sind bevorzugt als Sackbohrungen ausgebildet, da ihre Einbringung in den Kolben technisch besonders einfach zu verwirklichen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens in einer Seitenansicht;
2 eine vergrößerte perspektivische Teildarstellung des Kolbens gemäß 1 mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen Mulde;
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2;
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3.
Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 ist im Ausführungsbeispiel als Kastenkolben ausgebildet. Der Kolben 10 weist einen Kolbenkopf 11 mit einem Kolbenboden 12, einem umlaufenden Feuersteg 13 sowie einer umlaufenden Ringpartie mit Ringnuten 14a, 14b, 14c zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht darstellt) auf.
Der Kolben 10 weist ferner einen Kolbenschaft 15 auf, der in an sich bekannter Weise mit Kolbennaben 16 versehen ist, in welche in an sich bekannter Weise Nabenbohrungen 17 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) eingebracht sind. Die Kolbennaben 16 sind über Laufflächen 18 miteinander verbunden.
Die untere Ringnut 14c dient in an sich bekannter Weise zur Aufnahme eines Ölabstreifrings. Die untere Ringnut 14c weist einen Nutgrund 21, eine obere Ringflanke 22 und eine untere Ringflanke 23 auf, wobei die untere Ringflanke 23 in an sich bekannter Weise von einem unteren Ringsteg 24 gebildet ist.
Im Bereich der unteren Ringnut 14c sind in an sich bekannter Weise eine Mehrzahl von horizontal zur Kolbenmittelachse M angeordneten Bohrungen 25 eingebracht, die als Sackbohrungen ausgebildet sind (vgl. 3 und 4). Die Bohrungen 25 treten durch den Nutgrund 21 der unteren Ringnut 14c. In Folge der Bohrungen 25 sind in der unteren Nutflanke 23 der unteren Ringnut 14c (d. h. in der oberen horizontalen Fläche des unteren Ringstegs 24) Rinnen 26 ausgebildet.
Erfindungsgemäß sind in den unteren Ringsteg 24 Mulden 27 eingedreht, die jeweils eine unrunde Bodenfläche 28 aufweisen und in die die Rinnen 26 münden.
Die Mulden 27 können mittels eines an sich bekannten Unrund-Drehverfahrens oder Polygonal-Drehverfahrens in den Ringsteg 24 eingebracht werden. Dabei führt das Drehwerkzeug eine radial oszillierende Bewegung senkrecht zur Drehachse des Kolbens 10 aus. Bei jeder Umdrehung des Kolbens 10 (bspw. mit 500 Umdrehungen pro Minute) werden die Mulden 27 tiefer in den Ringsteg 24 eingearbeitet, bis ihre endgültige Form erreicht ist.
Die 3 und 4 zeigen, dass im Ausführungsbeispiel die Bodenflächen 28 der Mulden 27 ein sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gewölbtes Profil aufweisen. Es kann bspw. auch ein polygonales Profil hergestellt werden. Für beide Profiltypen sind geeignete Werkzeuge bzw. Werkzeugmaschinen gut bekannt. Bei einer Eintauchtiefe von 0,3 mm können Standard-Serienwerkzeuge verwendet werden. Bei größeren Eintauchtiefen muss in Abhängigkeit von der Länge des Einstichs entweder die Schneidengeometrie oder der Anstellwinkel angepasst werden, da der Freiwinkel an der Schneide immer ausreichend groß sein muss.
Die Mulden 27 weisen, abhängig vom Kolbentyp und der Kolbengröße, eine Tiefe t von 0,3 mm bis 2,0 mm auf, abhängig vom gewünschten Rücklaufvolumen des Schmieröls.
Im Ausführungsbeispiel sind zwölf Bohrungen 25 vorgesehen, die gleichmäßig um den Umfang des Kolbens 10 verteilt sind.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Mulden 27 stellen im Motorbetrieb eine zusätzlich Ablauföffnung für Schmieröl unterhalb des Ölabstreifrings dar, die eine zuverlässige Öldrainage aus der unteren Ringnut 14c in Richtung des Motorblocks gewährleisten. Auf diese Weise wird die einwandfreie Funktion des Ölabstreifrings gesichert. Die Auflagefläche des Ölabstreifrings ist nur minimal reduziert, so dass sein korrekter Sitz in der Ringnut 14c stets gegeben ist. Die Ausbildung der Mulden 27 als in den Ringsteg 24 eingedrehte Strukturen ist einfach und kostengünstig zu realisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2005037207 A1 [0002]

Claims

Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenkopf (11) und einem Kolbenschaft (15), mit einer im Kolbenkopf (11) angeordneten, Ringnuten (14a, 14b, 14c) zur Aufnahme von Kolbenringen aufweisenden umlaufenden Ringpartie, wobei im Kolbenkopf (11) im Bereich der Ringnut (14c) zur Aufnahme eines Ölabstreifrings eine Mehrzahl von horizontal zur Kolbenmittelachse (M) angeordneten Bohrungen (25) eingebracht ist, die durch den Nutgrund (21) der Ringnut (14c) treten und in der unteren Nutflanke (23) der Ringnut (14c) jeweils eine Rinne (26) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem die untere Nutflanke (23) der Ringnut (14c) bildenden Ringsteg (24) Mulden (27) eingedreht sind, die jeweils eine unrunde Bodenfläche (28) aufweisen und in die die Rinnen (26) münden.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenflächen (28) der Mulden (27) sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung ein gewölbtes Profil aufweisen.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenflächen (28) der Mulden (27) ein polygonales Profil aufweisen.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mulden (27) eine Tiefe (t) von 0,3 mm bis 2,0 mm aufweisen.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 8 bis 16 Bohrungen (25) vorgesehen sind.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (25) gleichmäßig um den Umfang des Kolbens (10) verteilt angeordnet sind.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (25) ganz oder überwiegend oberhalb der Laufflächen (18) des Kolbens (10) angeordnet sind.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (25) als Sackbohrungen ausgebildet sind.