-
Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
-
Bekannt ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine, der aus einem Unterteil und einem Oberteil gebildet ist, einen Kolbenboden und mindestens einen Kühlkanal aufweist, wobei das Unterteil und das Oberteil durch Reibschweißen verbunden sind, wobei mindestens eine innere Reibschweißwulst entsteht.
-
Bisher erfolgte die Bearbeitung der innenliegenden Reibschweißwulst bei reibgeschweißten Kolben mit Innenkühlkanal und Transferbohrungen. Die Bearbeitung der inneren Reibschweißwulst erfordert bisher mindestens einen zusätzlichen Arbeitsschritt.
-
Außerdem hat der nach innen, d. h. in Richtung einer Kolbenhubachse, weisende Reibschweißwulst den Nachteil, dass der Innenbereich, in dem sich dieser Reibschweißwulst befindet, auch als Kühlraum eingesetzt werden kann, wobei das Kühlmedium jedoch bei seiner Bewegung durch den inneren Reibschweißwulst gestört wird.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben mit innenliegender Reibschweißwulst, welche der Bearbeitung nicht zugänglich ist, anzugeben, mit dem die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden.
-
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass benachbart zu der inneren Reibschweißwulst ein Abschirmelement vorgesehen ist. Dieses Abschirmelement befindet sich vorzugsweise in denjenigen Bereichen, in denen das Kühlmedium vorbeiströmt. Das bedeutet, dass das Abschirmelement abschnittsweise in Bereichen benachbart zu der inneren Reibschweißwulst vorhanden sein kann, vorzugsweise aber auch vollständig die innere Reibschweißwulst abdeckt. Das Abschirmelement kann zur Anlage an die innere Reibschweißwulst kommen, aber auch beabstandet zu ihr ausgeführt sein. Durch das Abschirmelement wird in vorteilhafter Weise die Strömung des Kühlmediums nicht gestört. Außerdem ist durch das Abschirmelement der Zugang zu der inneren Reibschweißwulst nicht möglich, sodass dadurch in weiterer vorteilhafter Weise die Entfernung des Reibschweißwulstes nicht erfolgen muss, sodass dadurch ein Arbeitsschritt gespart wird.
-
Das Abschirmelement ist einstückig mit dem Oberteil und/oder Unterteil des Kolbens gebildet. Es kann aber auch ein davon separates hergestelltes und anzubringendes Bauteil sein. Ist es ein separates Bauteil, kann es z. B., als ein Ring mit in etwa rechteckigem Querschnitt ausgeführt sein, wobei der Ring in geeigneter Weise an dem Oberteil und/oder an dem Unterteil angefügt wird.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist das Abschirmelement als ein umlaufender Steg ausgebildet. Das bedeutet, dass dieser umlaufende Steg, beispielsweise ein ringförmiges Element, schon mit Herstellung vorzugsweise des Oberteiles, aber auch alternativ dazu mit Herstellung des Unterteiles oder ergänzend durch Herstellung des Oberteiles und des Unterteiles jeweils mit einem umlaufenden Steg hergestellt werden kann. Dadurch lassen sich mit Herstellung der beiden Teile, z. B. durch Schmieden, Gießen oder dergleichen, das Abschirmelement sehr gut herstellen, insbesondere dann, wenn es als umlaufender Steg ausgebildet ist, der die nach dem Reibschweißprozess entstehende innere Reibschweißwulst abdeckt. Wird das Abschirmelement, insbesondere der vollständig umlaufende Steg, sehr nahe an die entstehende innere Reibschweißwulst herangeführt, wird dadurch die Ausdehnung der inneren Reibschweißwulst begrenzt.
-
In Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der umlaufende Steg ausgehend von dem Oberteil in Richtung der Kolbenhubachse nach unten in Richtung des Unterteiles. Durch diese Ausgestaltung wird nicht nur die innere Reibschweißwulst abgedeckt, um die Strömung des Kühlmediums zu verbessern, sondern es wird auch die Festigkeit des Oberteiles im Bereich des Kolbenbodens verbessert. Insbesondere bewirkt ein solcher umlaufender Steg eine Versteifung einer Brennraummulde oder allgemein des Kolbenoberteiles. Die axiale Höhe des umlaufenden Steges in Bezug auf die Kolbenhubachse ist dabei so gewählt, dass sich die Höhe zumindest bis in einen Teilbereich des entstehenden inneren Reibschweißwulstes erstreckt. Von besonderem Vorteil ist es, wenn der umlaufende Steg die entstehende innere Reibschweißwulst vollständig abdeckt.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist eine umlaufende freie Kante des umlaufenden Steges unter Ausbildung eines Spaltes beabstandet zu dem angrenzenden Bereich des Unterteiles. Durch diese Ausgestaltung wird nicht wiederum nur die Strömung des Kühlmediums verbessert, sondern auch ein weiterer Raum gebildet. Dieser ist durch den Spalt mit Kühlmedium befüllbar, sodass dadurch zwei Vorteile erzielt werden, nämlich zum Einen, dass der umlaufende Steg die Strömung des Kühlmediums in einem zentralen Innenbereich des Kolbens nicht behindert, gleichzeitig aber ein weiterer Kühlraum ausgebildet wird, der mit dem Kühlmedium zwecks Wärmeabfuhr beaufschlagbar ist. Ergänzend oder alternativ dazu ist zu dem von dem umlaufenden Steg gebildeten Raum noch ein weiterer, konzentrisch beabstandeter äußerer umlaufender Kühlkanal vorhanden.
-
In einer alterniativen Ausgestaltung kommt eine umlaufende freie Kante des umlaufenden Steges zur Anlage an den angrenzenden Bereich des Unterteiles. In diesem Fall wird kein Spalt ausgebildet, sodass zwar ein Raum entsteht, der jedoch nicht ohne Weiteres mit Kühlmedium befüllbar ist. Soll bei dieser Ausgestaltung der Raum mit Kühlmedium befüllt werden können, wären entsprechende Transferöffnungen hin zu einem äußeren umlaufenden Kühlkanal und/oder hin zu einem zentralen Innenbereich des Kolbens erforderlich.
-
Die Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben und anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert.
-
In der 1 ist ein Kolben 1 dargestellt, der aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3 gebildet ist.
-
Ohne dass es eines nähren Hinweises bedarf, umfasst der Kolben 1 selbstverständlich bekannte Elemente, wie ein Ringfeld, Kolbenschäfte, Bolzenbohrungen, Bolzennaben und dergleichen. Eine Brennraummulde und/oder ein äußerer umlaufender Kühlkanal können, müssen aber nicht, vorhanden sein.
-
Wenn beim dem Ausführungsbeispiel in 1 das Unterteil 2 mit dem Oberteil 3 gefügt wird, entsteht zumindest eine innere Reibschweißwulst 4 sowie eine äußere Reibschweißwulst 5. Die innere Reibschweißwulst 4 entsteht, wenn ein umlaufender Steg 6 des Oberteiles 3 mit einem umlaufenden Steg 7 des Unterteiles 2 durch Reibschweißen zusammengebracht und unlösbar gefügt werden. Dadurch entsteht die gezeigte innere Reibschweißwulst 4, beabstandet dazu im Bereich der Stege 6/7 auch eine äußere Reibschweißwulst, die nicht näher bezeichnet ist.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine umlaufende Oberkante des Unterteiles 2 und eine umlaufende Unterkante des Oberteiles 3 im Bereich des Ringfeldes ebenfalls durch eine Reibschweißung miteinander verbunden. Dabei entsteht die äußere Reibschweißwulst 5 und eine nach außen weisende, aber nicht näher bezeichnete weitere Reibschweißwulst. Diese Reibschweißverbindung im Bereich des Ringfeldes kann, muss aber nicht, vorhanden sein. Es ist denkbar, dass in diesem Bereich des Ringfeldes eine stoffschlüssige Verbindung erfolgt durch ein anderes Verfahren als das Reibschweißen oder dass dort die umlaufenden Kanten nur zur Anlage kommen oder sogar ein Spalt verbleibt.
-
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Abschirmelement als umlaufender Steg 8 ausgebildet, der sich ausgehend von einem Bereich etwa unterhalb einer Brennraummulde in Richtung der Kolbenhubachse nach unten in Richtung des Unterteiles 2 erstreckt. Somit kann dieser umlaufende Steg 8 oder ein Steg, der nur abschnittsweise vorhanden ist, mit Herstellung des Oberteiles 3 hergestellt werden, sodass der Steg 8 und das Oberteil 3 einstückig ausgebildet sind. Es ist alternativ aber auch denkbar, dass dieser umlaufende Steg 8 als ein separates Bauteil, z. B. ein Ring mit eckigem Querschnitt, hergestellt und an die Unterseite im Innenbereich des Oberteiles 3 angefügt wird. Ebenso ist es denkbar, dieses separate Bauteil zwischen das Unterteil 2 und das Oberteil 3 einzusetzen und es durch den Reibschweißvorgang festzusetzen.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel in 1 weist der Kolben 1 einen äußeren umlaufenden Kühlkanal 9 auf, der koaxial hinter dem Ringfeld angeordnet ist.
-
Durch den umlaufenden Steg 8 wird ein Raum 10 gebildet, durch welchen verhindert wird, dass in einem Innenraum 11 im Bereich des Oberteiles 3 strömendes Kühlmedium durch den inneren Reibschweißwulst 4 behindert wird. Der Innenraum 11 wird in an sich bekannter Weise über einen Innenbereich 12 des Kolbens mit dem Kühlmedium beaufschlagt, beispielsweise befindet sich unterhalb des Kolbens 1 zumindest eine Einspritzdüse, aus der das Kühlmedium (insbesondere Motoröl) in den Innenbereich 12 eingespritzt wird und von dort den Innenraum 11 erreichen kann. Wenn auch der Raum 10 und/oder äußere Kühlkanal 9 von dem Kühlmedium beaufschlagt werden sollen, sind entsprechende Verbindungsöffnungen (sogenannte Transferbohrungen) zwischen den genannten Räumen 9, 10, 11 erforderlich.
-
Mit 13 ist der Vollständigkeit halber eine Kolbenhubachse bezeichnet.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die umlaufende Kannte des umlaufenden Steges 8 beabstandet zu dem angrenzenden Bereich des Unterteiles 2 ausgebildet. Dadurch wird ein Spalt 14 gebildet, der je nach Größe die Zufuhr und/oder Abfuhr von Kühlmedium ermöglicht oder behindert. In der 1 ist dieser Spalt 14 beispielhaft mit einem Abstand von 1,8 mm ausgebildet, wobei dieses Maß lediglich beispielhaft ist und geringfügig oder sogar auch deutlich nach oben oder unten abweichen kann. Auch die radiale Erstreckung des Raumes 10 (d. h. die Breite des Querschnittes des Raumes 10, wie er in der 1 dargestellt ist) kann variieren. Der umlaufende Steg 8 kann auch näher in Richtung des inneren Reibschweißwulstes 4 oder in einem größeren Abstand dazu ausgebildet sein. Außerdem ist erkennbar, dass die umlaufende untere Kante des Steges 8 dem inneren Reibschweißwulst 4 teilweise abdeckt, wobei je nach Geometrie des Unterteiles 2 die umlaufende untere freie Kante des Steges 8 auch n Richtung der Kolbenhubachse 13 bei Betrachtung der 1 weiter nach unten ausgerichtet sein kann, um die innere Reibschweißwulst 13 vollständig oder sogar darüber hinaus abzudecken.
-
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Kolbens 1, bei dem die gleichen Elemente vorhanden sind, wie sie in 1 gezeigt und zuvor schon beschrieben worden sind. Die Geometrie des Kolbens 1 der 2 soll eine andere Ausgestaltung, d. h. Variation, insbesondere des Abschirmelementes (Steg 8) und der sich dadurch ergebenden Räume (insbesondere 10 und 11) verdeutlichen. Außerdem weist der Kolben 1 insgesamt eine gegenüber dem Kolben 1 der 1 verringerte Kolbenhöhe auf. Außerdem ist erkennbar, dass der umlaufende Steg 8 näher an den inneren Reibschweißwulst 4 herangeführt ist und diesen vollständig überdeckt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kolben
- 2
- Unterteil
- 3
- Oberteil
- 4
- Innere Reibschweißwulst
- 5
- äußere Reibschweißwulst
- 6
- umlaufender Steg
- 7
- umlaufender Steg
- 8
- umlaufender Steg
- 9
- äußerer Kühlkanal
- 10
- Raum
- 11
- Innenraum
- 12
- Innenbereich
- 13
- Kolbenhubachse
- 14
- Spalt
