DE102017202463A1 - Piston of an internal combustion engine - Google Patents

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Wolfgang Issler
Ralf Braig
Jürgen Rudi
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Mahle International GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F3/02—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F02F3/027—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion the skirt wall having cavities

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) einer Brennkraftmaschine (3) mit einem Kolbenkopf (6) und einem Kolbenschaft (5), wobei im Bereich des Kolbenkopfes (6) umlaufende Ringnuten (11) für Kolbenringe angeordnet sind.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass ausschließlich auf der Gegendruckseite (GDS) des Kolbens (1) im Bereich einer Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5) eine druckentlastende Tasche (7) vorgesehen ist.
Hierdurch lässt sich eine deutlich verbesserte Krafteinleitung in den Kolben (1) erreichen.

Figure DE102017202463A1_0000
The present invention relates to a piston (1) of an internal combustion engine (3) with a piston head (6) and a piston shaft (5), wherein in the region of the piston head (6) circumferential annular grooves (11) are arranged for piston rings.
Essential to the invention is that only on the counter-pressure side (GDS) of the piston (1) in the region of an outer circumferential surface (13) of the piston skirt (5) a pressure-relieving bag (7) is provided.
As a result, a significantly improved introduction of force into the piston (1) can be achieved.
Figure DE102017202463A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a piston of an internal combustion engine having a piston head and a piston shaft according to the preamble of claim 1.

Gattungsgemäße Kolben sind hinlänglich bekannt und werden bereits seit langem erfolgreich in Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, eingesetzt.Generic pistons are well known and have long been used successfully in internal combustion engines, especially in motor vehicles.

Betrachtet man sich die translatorische Bewegung des Kolbens in einem Zylinder der Brennkraftmaschine über einen Kurbelwinkel von 360° bzw. 720°, so fährt der Kolben bei einer Viertaktbrennkraftmaschine während des Verdichtungstakts nach oben und liegt dabei auf der Gegendruckseite (GDS)am Zylinder an. Bei ca. 340° Kurbelwinkel beginnt die Zündung, gegen welche der Kolben weiter nach oben in Richtung des oberen Totpunkts (OT) anfährt. Nahe bei bzw. am oberen Totpunkt kippt der Kolben und liegt nun auf der Gegendruckseite in Achsrichtung des Kolbens gesehen oben am Zylinder an. Aufgrund der Balligkeit des Kolbens ist die in dieser Stellung am höchsten belastete Stelle unterhalb eines Ölabstreifrings und am Schaftbeginn. Gleichzeitig liegt der Kolben in dieser Stellung am unteren freien Ende des Kolbenschafts auf der Druckseite am Zylinder an. Nach Überschreiten des oberen Totpunkts kippt der Kolben vollständig auf die Druckseite über und beginnt sich danach wieder nach unten zu bewegen (Arbeitstakt). In derselben Weise findet auch ein Anlagewechsel des Kolbens an der Gegendruckseite (GDS) bzw. der Druckseite (DS) des Zylinders im unteren Totpunkt (UT) statt.If one considers the translational movement of the piston in a cylinder of the internal combustion engine over a crank angle of 360 ° or 720 °, then the piston moves up in a four-stroke internal combustion engine during the compression stroke and thereby rests on the counterpressure side (GDS) on the cylinder. At approx. 340 ° crank angle, the ignition starts, against which the piston continues to move upwards in the direction of top dead center (TDC). Close to or at top dead center, the piston tilts and is now on the counter-pressure side in the axial direction of the piston seen at the top of the cylinder. Due to the crowning of the piston, the position most heavily loaded in this position is below an oil scraper ring and at the beginning of the shaft. At the same time the piston is in this position at the lower free end of the piston skirt on the pressure side of the cylinder. After exceeding the upper dead center, the piston tilts completely over to the pressure side and then begins to move downwards again (working cycle). In the same way, a system change of the piston takes place on the counter-pressure side (GDS) or the pressure side (DS) of the cylinder at bottom dead center (UT).

Um nun die besonders hoch belastete Stelle auf der Gegendruckseite zu stärken, wurde bisher eine Materialaufdickung an einer Innenseite des Kolbenschafts vorgenommen, was jedoch neben einer Gewichtszunahme auch eine Steifigkeitszunahme und eine Kostenzunahme bedeutete.In order to strengthen the particularly heavily loaded point on the counterpressure side, material thickening on an inner side of the piston skirt has hitherto been carried out, which, in addition to an increase in weight, also meant an increase in rigidity and an increase in cost.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine leichtere Bauweise und eine zugleich hohe Belastbarkeit auszeichnet.The present invention therefore deals with the problem of providing a piston of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by a lighter construction and a high load capacity at the same time.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, durch Vorsehen einer druckentlastenden Tasche auf der Gegendruckseite des Kolbens einen direkten Kontakt des Kolbens in diesem Bereich mit einer Zylinderwandung zu vermeiden und dadurch die Krafteinleitung weg von der Mitte in Richtung der Schaftaußenseite hin zu verlagern, in welcher üblicherweise innen die Kastenwände vorgesehen sind, die den Kolbenschaft aussteifen. Durch die ohnehin in diesem Bereich vorgesehenen Kastenwände kann auf eine zusätzliche Materialaufdickung zur Aussteifung verzichtet werden, da die Kastenwände in der Lage sind, die Krafteinleitung problemlos aufzunehmen. Durch die druckentlastende Tasche und zugleich durch den Wegfall der Materialaufdickung an einer Innenseite des Kolbenschafts in diesem Bereich, kann der erfindungsgemäße Kolben deutlich leichter und dennoch belastbarer ausgebildet werden. Der erfindungsgemäße Kolben weist einen Kolbenkopf und einen Kolbenschaft auf, wobei im Bereich des Kolbenkopfs ein Ringsteg mit zumindest zwei umlaufenden Ringnuten für Kolbenringe angeordnet ist. The present invention is based on the general idea of avoiding direct contact of the piston in this area with a cylinder wall by providing a pressure-relieving pocket on the counter-pressure side of the piston and thereby displacing the force introduction away from the center in the direction of the shaft outer side, in which Usually inside the box walls are provided which stiffen the piston skirt. By already provided in this area box walls can be dispensed with an additional material thickening for stiffening, since the box walls are able to easily absorb the introduction of force. Due to the pressure-relieving bag and at the same time by the elimination of material thickening on an inner side of the piston skirt in this area, the piston according to the invention can be made significantly lighter and yet more resilient. The piston according to the invention has a piston head and a piston shaft, wherein in the region of the piston head an annular web is arranged with at least two circumferential annular grooves for piston rings.

Erfindungsgemäß ist nun ausschließlich auf der Gegendruckseite des Kolbens im Bereich einer Außenmantelfläche des Kolbenschaftes die zuvor erwähnte druckentlastende Tasche vorgesehen. Mit dieser druckentlastenden Tasche kann - wie bereits erwähnt - die Krafteinleitung von dieser Stelle weg in Umfangsrichtung nach außen verschoben werden, so dass eine Krafteinleitung in den Kolben näher zu den Kastenwänden erfolgt, an welchen der Kolben ohnehin steifer ausgebildet ist. Die bislang im Bereich des Kolbenschafts innen vorgesehene Materialaufdickung zwischen den Kolbenwänden kann nun komplett entfallen, wobei zusätzlich auch die druckentlastende Tasche eine Gewichtsreduzierung erbringt. Der erfindungsgemäße Kolben erfordert somit weniger Material und ist daher ressourcenschonender und zugleich äußerst belastungsfähig und kostengünstiger.According to the invention, the aforementioned pressure-relieving pocket is now provided exclusively on the counterpressure side of the piston in the region of an outer circumferential surface of the piston skirt. As already mentioned, with this pressure-relieving pocket the introduction of force can be displaced outwardly away from this point in the circumferential direction so that an introduction of force into the piston takes place closer to the box walls, on which the piston is stiffer anyway. The previously provided in the area of the piston skirt material thickening between the piston walls can now be completely eliminated, in addition, also the pressure-relieving bag provides a weight reduction. The piston according to the invention thus requires less material and is therefore resource-saving and at the same time extremely resilient and cost-effective.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung erstreckt sich die Tasche in Umfangsrichtung bis maximal zu einer jeweiligen Kastenwand. Die druckentlastende Tasche, die durch einen einfachen Materialabtrag bzw. ein Weglassen des Materials in diesem Bereich geschaffen wird, verhindert somit einen direkten druckeinleitenden Kontakt zwischen der Zylinderwand und dem Kolben und verlagert somit die Krafteinleitungspunkte in den Randbereich der Tasche, wobei sich die Randbereiche der Tasche vorzugsweise in Umfangsrichtung bis maximal zu der jeweils dort angeordneten Kastenwand erstrecken, so dass der Krafteinleitungspunkt deutlich näher an den steifen Kastenwänden ist als bisher.In an advantageous development of the solution according to the invention, the pocket extends in the circumferential direction to a maximum of a respective box wall. The pressure-relieving bag, which is created by a simple material removal or omission of the material in this area, thus prevents a direct pressure-initiating contact between the cylinder wall and the piston and thus displaces the force introduction points in the edge region of the bag, wherein the edge regions of the bag preferably in the circumferential direction to maximally extend to the respective box wall arranged there, so that the force application point is significantly closer to the rigid box walls than before.

Zweckmäßig erstreckt sich die druckentlastende Tasche in Umfangsrichtung über einen Winkel α < 60°, vorzugsweise von α < 45°, insbesondere sogar über lediglich einen Winkel von α < 30°. Bereits die kleinste Erstreckung der druckentlastenden Tasche in Umfangsrichtung ermöglicht dabei ein Verlagern des bislang mittigen Krafteinleitungspunkts (Quermitte) in Richtung nach außen und damit in Richtung der Schaftwände, so dass bei einer sich in Umfangsrichtung über lediglich einen Winkel von α ≤ 30° erstreckenden, druckentlastenden Tasche der jeweilige Krafteinleitungspunkt ≤15° abweichend von der Quermitte ist. Die Krafteinleitung erfolgt somit deutlich näher an den Kastenwänden und damit in einem deutlich steiferen Bereich des Kolbens.Expediently, the pressure-relieving pocket extends in the circumferential direction over an angle α <60 °, preferably of α <45 °, in particular even over only an angle of α <30 °. Already the smallest extent of the pressure-relieving pocket in the circumferential direction thereby allows a displacement of the previously central force application point (transverse center) in the outward direction and thus in the direction of the shaft walls, so that at a circumferentially over only an angle of α ≤ 30 ° extending, pressure-relieving bag of the respective force application point ≤ 15 ° is different from the transverse center. The force is thus introduced much closer to the box walls and thus in a much stiffer area of the piston.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung nimmt die druckentlastende Tasche hinsichtlich ihrer Tiefe t zum Kolbenkopf hin zu. Zusätzlich oder alternativ kann sich die druckentlastende Tasche zum Kolbenkopf hin auch in Umfangsrichtung aufweiten. Da die Druckentlastung insbesondere im oberen Totpunkt von besonderem Interesse ist, in welchem der Kolben kippt und dabei im Bereich der bislang nicht vorhandenen druckentlastenden Tasche mit der Zylinderwandung auf der Gegendruckseite in Kontakt kommt bietet die druckentlastende Tasche in diesem Bereich besondere Vorteile, da durch diese nunmehr der direkte Kontakt mit der Zylinderwandung vermieden und die Krafteinleitung in Umfangsrichtung versetzt von der Quermitte nach außen in Richtung der Kastenwände verschoben werden kann. Sowohl die sich in Umfangsrichtung zum Kolbenkopf hin aufweitende als auch hinsichtlich ihrer Tiefe zunehmende Tasche begünstigen dabei eine Kontaktvermeidung bei gekipptem Kolben mit der Zylinderwandung.In an advantageous development of the solution according to the invention, the pressure-relieving bag increases in terms of its depth t to the piston head. Additionally or alternatively, the pressure-relieving bag can widen towards the piston head also in the circumferential direction. Since the pressure relief, in particular at top dead center is of particular interest, in which the piston tilts and comes into contact with the cylinder wall on the counter-pressure side in the previously non-existent pressure-relieving bag offers the pressure-relieving bag in this area special advantages, as by now the direct contact with the cylinder wall avoided and the introduction of force in the circumferential direction offset from the transverse center outwards towards the box walls can be moved. Both the widening in the circumferential direction of the piston head towards increasing as well as in terms of their depth pocket thereby favor a contact avoidance in tilted piston with the cylinder wall.

Zweckmäßig geht die druckentlastende Tasche über eine abgerundete Kante in die Außenmantelfläche des Kolbenschafts über. Durch die abgerundete Kante können insbesondere Spannungsspitzen im Bereich einer scharfen Kante vermieden und dadurch die Belastung für den Kolben deutlich günstiger gestaltet werden.Appropriately, the pressure-relieving bag over a rounded edge in the outer circumferential surface of the piston skirt over. The rounded edge in particular voltage peaks in the region of a sharp edge can be avoided and thereby the burden on the piston can be made much cheaper.

Zweckmäßig ist die druckentlastende Tasche zu der zum Kolbenschaft nächstgelegenen Ringnut hin offen. Da in diesem Bereich die größte Belastung bei herkömmlichen Kolben erfolgt, bietet diese Ausführungsform die größten Vorteile, da sie genau diesen bislang höchstbelastenden Bereich durch das Vorsehen der druckentlastenden Tasche komplett wegnimmt und dadurch die bislang dort auftretende hohe Belastung nach außen verlagert.Appropriately, the pressure-relieving bag is open to the next to the piston skirt annular groove. Since in this area, the largest load is carried out in conventional pistons, this embodiment offers the greatest advantages, since it takes away exactly this previously highly polluting area by providing the pressure-relieving bag completely, thereby shifting the hitherto occurring there high load to the outside.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die druckentlastende Tasche zumindest bereichsweise als ebener Freischliff ausgebildet oder weist einen gekrümmten Boden auf, dessen Krümmung gleich gerichtet ist wie die Krümmung der Außenmantelfläche des Kolbenschafts. Beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen druckentlastenden Tasche lassen sich vergleichsweise einfach mit spanenden Werkzeugen herstellen, wobei zusätzlich vorgesehen sein kann, dass der Kolben zumindest im Bereich des Kolbenschafts eine die Gleitreibung reduzierende Beschichtung aufweist, so dass im Fall einer nachträglichen spanenden Bearbeitung diese Beschichtung im Bereich der druckentlastenden Tasche zumindest teilweise abgetragen werden. Ferner ist es auch denkbar, beim Auftragen einer die Gleitreibung reduzierenden Beschichtung die Beschichtung im Bereich der druckentlastenden Tasche nicht aufzubringen. Die druckentlastende Tasche entsteht somit erst durch das Nichtbeschichten an dieser Stelle. Rein theoretisch kann die erfindungsgemäße druckentlastende Tasche selbstverständlich auch in einem entsprechenden Guss- oder Schmiedewerkzeug bereits als Negativform vorgesehen werden, so dass ein nachträgliches Einbringen der druckentlastenden Tasche entfallen kann. Hierdurch ließen sich sowohl ein Arbeitsschritt als auch die hieraus resultierenden Kosten einsparen.In an advantageous development of the solution according to the invention, the pressure-relieving bag is at least partially formed as a plane free flute or has a curved bottom whose curvature is the same direction as the curvature of the outer surface of the piston skirt. Both embodiments of the pressure-relieving bag according to the invention can be produced comparatively easily with cutting tools, wherein it can additionally be provided that the piston has a sliding friction-reducing coating at least in the area of the piston shaft, so that in the case of a subsequent machining, this coating in the region of pressure-relieving Bag at least partially removed. Furthermore, it is also conceivable, when applying a coating which reduces the sliding friction, to not apply the coating in the region of the pressure-relieving pocket. The pressure-relieving bag thus arises only by the non-coating at this point. Theoretically, the pressure-relieving bag according to the invention can of course already be provided in a corresponding casting or forging tool as a negative mold, so that a subsequent introduction of the pressure-relieving bag can be omitted. This would save both a step and the resulting costs.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem derartigen Kolben auszustatten, der die zuvor beschriebene druckentlastende Tasche auf der Gegendruckseite aufweist. Dies bietet insbesondere Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und des Gewichts der Brennkraftmaschine, da der erfindungsgemäße Kolben leichter und damit die bewegte Masse geringer ist.The present invention is further based on the general idea of equipping an internal combustion engine with at least one such piston, which has the above-described pressure-relieving pocket on the counterpressure side. This offers particular advantages in terms of fuel consumption and the weight of the internal combustion engine, since the piston according to the invention lighter and thus the moving mass is lower.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,

  • 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Anlagewechsels eines Kolbens auf einer Druckseite und Gegendruckseite in Abhängigkeit eines Kurbelwinkels,
  • 2 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben,
  • 3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene M-M,
  • 4 eine Detaildarstellung aus 2 im Bereich der druckentlastenden Tasche,
  • 5 eine Detaildarstellung aus 3 im Bereich der druckentlastenden Tasche.
Show, in each case schematically,
  • 1 a diagram illustrating a change in the system of a piston on a pressure side and counter-pressure side in dependence on a crank angle,
  • 2 a sectional view through a piston according to the invention,
  • 3 a sectional view along the cutting plane MM,
  • 4 a detailed view 2 in the area of the pressure-relieving bag,
  • 5 a detailed view 3 in the area of the pressure-relieving bag.

Entsprechend der 1 ist ein typisches Anlagewechselverhalten eines Kolbens 1 an einer Druckseite DS und einer Gegendruckseite GDS eines Zylinders 2 einer Brennkraftmaschine 3 aufgezeichnet. Dargestellt sind dabei ein letzter Teil eines Verdichtungstaktes der Brennkraftmaschine 3 mit Überschreiten eines oberen Totpunkts OT sowie ein Bereich eines nachfolgenden Arbeitstakts. Betrachtet man dabei die 1, so kann man erkennen, dass der Kolben 1 während eines Verdichtungstaktes nach oben fährt und dabei auf der Gegendruckseite GDS am Zylinder 2 bzw. einer Zylinderwandung desselben, anliegt. Ab einem Kurbelwinkel von ca. 340° beginnt die Zündung, gegen welche der Kolben 1 weiter nach oben in Richtung des oberen Totpunkts (mittlere Darstellung) anfährt. Der obere Totpunkt OT ist dabei bei 360° Kurbelwinkel. Nahe am bzw. beim oberen Totpunkt OT kippt der Kolben 1, wie dies in der mittleren Darstellung gezeigt ist, und liegt nun auf der Gegendruckseite GDS in Kolbenachsrichtung umgesehen am Zylinder 2 an. Aufgrund der Balligkeit liegt dabei an höchst belasteter Stelle 4 unterhalb eines untersten Kolbenrings, bspw. eines Ölabstreifrings und im Übergang zwischen einem Kolbenschaft 5 und einem Kolbenkopf 6 (vgl. auch die 2). Gleichzeitig liegt der Kolben 1 in dieser Stellung auf der Druckseite DS im unteren Bereich seines Kolbenschafts 5 am Zylinder 2 an. Nach Überschreiten des oberen Totpunkts OT kippt er vollständig auf die Druckseite DS über und beginnt sich danach im Arbeitstakt wieder nach unten zu bewegen.According to the 1 is a typical system change behavior of a piston 1 on a pressure side DS and a counter-pressure side GDS of a cylinder 2 an internal combustion engine 3 recorded. Shown here are a last part of a compression stroke of the internal combustion engine 3 with a top dead center OT exceeded and an area of a subsequent work cycle. Looking at the 1 , so you can tell that the piston 1 during a compression stroke moves up and while on the counter-pressure side GDS on the cylinder 2 or a cylinder wall of the same, is applied. From a crank angle of about 340 °, the ignition begins, against which the piston 1 continues upward in the direction of top dead center (middle illustration) anfährt. The top dead center OT is at 360 ° crank angle. Close to or at top dead center TDC, the piston tilts 1 , as shown in the middle illustration, and now lies on the counter-pressure side GDS in Kolbenachsrichtung looking at the cylinder 2 at. Due to the crowning lies at the highest loaded point 4 underneath a lowermost piston ring, for example an oil scraper ring and in the transition between a piston skirt 5 and a piston head 6 (See also the 2 ). At the same time the piston is 1 in this position on the pressure side DS in the lower part of its piston shaft 5 on the cylinder 2 at. After exceeding the top dead center OT, it tilts completely over to the pressure side DS and then begins to move downward again in the working cycle.

Um die höchstbelastete Stelle 4 des Kolbens 1 möglichst belastbar auszugestalten, wurden bislang aus dem Stand der Technik bekannte Kolben an dieser Stelle 4 durch bspw. eine Materialaufdickung verstärkt, wobei diese Materialaufdickung jedoch nicht nur einen Materialmehraufwand sondern zugleich auch ein höheres Gewicht und höhere Kosten bedeuteten.To the highest loaded place 4 of the piston 1 To design as strong as possible, were previously known from the prior art pistons at this point 4 reinforced by, for example, a material thickening, but this material thickening meant not only a material overhead but at the same time a higher weight and higher costs.

Erfindungsgemäß ist nun deshalb ausschließlich auf der Gegendruckseite GDS des Kolbens 1 im Bereich einer Außenmantelfläche 13 des Kolbenschafts 5 eine druckentlastende Tasche 7 vorgesehen. Diese druckentlastende Tasche 7 bewirkt, dass der Kolben 1 in diesem Bereich keinen direkten Kontakt mehr mit der Zylinderwandung bzw. dem Zylinder 2 hat und dadurch auch keine Kraft an dieser Stelle in den Kolben 1 eingeleitet werden kann. Vielmehr wird eine Krafteinleitung (vgl. 3) nun von der bislang höchstbelasteten Stelle 4 auf der Quermitte 8 in Umfangsrichtung nach außen bis zu einem Rand 9 der druckentlastenden Tasche 7 verlagert, und dabei zugleich von lediglich einer einzigen Druckeinleitungsstelle 4 auf zwei Druckeinleitungsstellen 4' am jeweiligen Außenrand 9 der Tasche 7 verlagert. Die neuen Druckeinleitungsstellen 4' befinden sich dabei deutlich näher im Bereich von Kastenwänden 10, im Bereich derer der Kolben 1 ohnehin steifer ausgebildet ist, so dass die bislang im Bereich der mittigen Druckeinleitungsstelle 4 bzw. höchstbelastenden Stelle 4 an einer Innenseite des Kolbenschaftes 5 vorgesehene Materialaufdickung nunmehr entfallen kann, da die Funktion dieser bislang dort vorzusehenden Materialaufdickung nun von den Kastenwänden 10 übernommen wird. Der erfindungsgemäße Kolben 1 ermöglicht somit sowohl einen Materialabtrag bzw. einen Materialentfall im Bereich der druckentlastenden Tasche 7 als auch auf einer gegenüberliegenden Innenseite des Kolbenschaftes 5, wodurch der erfindungsgemäße Kolben 1 deutlich leichter und damit ein deutlich kraftstoffreduzierter Betrieb der Brennkraftmaschine 3 möglich wird.Therefore, according to the invention, therefore, exclusively on the counter-pressure side GDS of the piston 1 in the area of an outer circumferential surface 13 of the piston shaft 5 a pressure-relieving bag 7 intended. This pressure relieving bag 7 causes the piston 1 in this area no more direct contact with the cylinder wall or the cylinder 2 and therefore no force at this point in the piston 1 can be initiated. Rather, an introduction of force (see. 3 ) now from the most polluted place so far 4 on the crossmember 8th in the circumferential direction outwards to an edge 9 the pressure-relieving bag 7 and at the same time from a single point of pressure 4 on two pressure introduction points 4 ' at the respective outer edge 9 the pocket 7 relocated. The new pressure introduction points 4 ' are much closer in the area of box walls 10 , in the area of which the piston 1 anyway stiffer, so far in the area of the central pressure introduction point 4 or most polluting place 4 on an inside of the piston skirt 5 provided material thickening can now be omitted, since the function of this so far to be provided there Materialaufdickung now from the box walls 10 is taken over. The piston according to the invention 1 thus allows both a material removal or a material loss in the area of the pressure-relieving bag 7 as well as on an opposite inside of the piston shaft 5, whereby the piston according to the invention 1 significantly lighter and thus a significantly fuel-reduced operation of the internal combustion engine 3 becomes possible.

Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass sich die dort entlastende Tasche 7 in Umfangsrichtung nicht bis zu den Kastenwänden 10 erstreckt, wobei jedoch die Kastenwände 10 eine maximal mögliche Erstreckung der druckentlastenden Tasche 7 in Umfangsrichtung begrenzen, um noch eine Druckeinleitung in die Kastenwände 10 ermöglichen zu können. Die druckentlastende Tasche 7 erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung über einen Winkel α von α < 60°, vorzugsweise von α < 45° und insbesondere sogar über lediglich einen Winkel α < 30°, wie dies ungefähr in 3 dargestellt ist. Selbst die Begrenzung des Umfangswinkels α auf maximal 30° ermöglicht ein deutliches nach außen und in Richtung der Kastenwände 10 Verlagern der Druckeinleitungsstellen 4', wodurch eine deutlich verbesserte Kraftaufnahme möglich wird.Looking at the 1 Further, it can be seen that the bag relieving there 7 in the circumferential direction not to the box walls 10 extends, but the box walls 10 a maximum possible extension of the pressure-relieving bag 7 limit in the circumferential direction, to even a pressure introduction into the box walls 10 to be able to. The pressure relieving bag 7 extends in the circumferential direction over an angle α of α <60 °, preferably of α <45 ° and in particular even over only an angle α <30 °, as approximately in 3 is shown. Even the limitation of the circumferential angle α to a maximum of 30 ° allows a clear outward and in the direction of the box walls 10 Relocation of the printing initiation offices 4 ' , whereby a significantly improved power consumption is possible.

Die druckentlastende Tasche 7 kann hinsichtlich ihrer Tiefe t (vgl. insbesondere die 4) zum Kolbenkopf 6 hin zunehmen, wobei sich die druckentlastende Tasche 7 darüber hinaus zum Kolbenkopf 6 hin in Umfangsrichtung aufweiten kann, wie dies im Wesentlichen ebenfalls den 2 und 4 zu entnehmen ist. An ihrer tiefsten Stelle weist dabei die druckentlastende Tasche 7 eine Tiefe t von ca. 10 µm bis 70 µm auf.The pressure relieving bag 7 can in terms of their depth t (see in particular the 4 ) to the piston head 6 increase, with the pressure-relieving bag 7 beyond that to the piston head 6 can expand in the circumferential direction, as this essentially also the 2 and 4 can be seen. At its deepest point is the pressure-relieving bag 7 a depth t of about 10 microns to 70 microns.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung geht die druckentlastende Tasche 7 über eine abgerundete Kante 9 in die Außenmantelfläche 13 des Kolbenschaftes 5 über, wodurch ein weicher und damit auch ein Spannungsspitzen vermeidender Übergang erzielt werden kann. Die druckentlastende Tasche 7 erstreckt sich dabei über zumindest einen Teil der Höhe H des Kolbenschafts 5, wobei sie selbstverständlich auch über die gesamte Höhe H des Kolbenschafts 5 verlaufen kann. Dabei ist es auch möglich, dass die druckentlastende Tasche 7 über die Höhe H entlang einen unterschiedlichen Querschnittsverlauf aufweist.In an advantageous embodiment of the solution according to the invention, the pressure-relieving bag goes 7 over a rounded edge 9 in the outer circumferential surface 13 of the piston skirt 5 over, whereby a soft and thus a surge avoiding transition can be achieved. The pressure relieving bag 7 extends over at least a part of the height H of the piston skirt 5 , Of course, they also over the entire height H of the piston skirt 5 can run. It is also possible that the pressure-relieving bag 7 has a different cross-sectional profile along the height H along.

Betrachtet man die 2 und 4 weiter, so kann man erkennen, dass die druckentlastende Tasche 7 der zum Kolbenschaft 5 nächstgelegenen Ringnut hin offen ist, wobei in dieser Ringnut 11 üblicherweise ein Ölabstreifring angeordnet ist.Looking at the 2 and 4 Further, it can be seen that the pressure-relieving bag 7 the to the piston shaft 5 nearest annular groove is open, in this annular groove 11 Usually a Ölabstreifring is arranged.

Die druckentlastende Tasche 7 kann bspw. als ebener Freischliff und damit nachträglich hergestellt werden, wobei alternativ auch denkbar ist, dass die druckentlastende Tasche 7 zumindest bereichsweise einen gekrümmten Boden 12 aufweist, dessen Krümmung gleichgerichtet ist, wie die Krümmung der Außenmantelfläche 13 des Kolbenschafts 5. In diesem Fall weist der Boden 12 eine konvexe Krümmung auf. Des Weiteren ist auch eine dritte Variante denkbar, bei der die druckentlastende Tasche 7 zumindest bereichsweise einen gekrümmten Boden 12 aufweist, dessen Krümmung der Krümmung der Außenmantelfläche 13 des Kolbenschaftes 5 entgegengerichtet ist. Dies wäre somit eine Tasche 7 mit einem konkaven Boden 12.The pressure relieving bag 7 For example, can be produced as a flat freischliff and thus subsequently, which is alternatively also conceivable that the pressure-relieving bag 7 at least partially has a curved bottom 12 whose curvature is rectified, as the curvature of the outer surface 13 of the piston shaft 5 , In this case, the ground points 12 a convex curvature. Furthermore, a third variant is conceivable in which the pressure-relieving bag 7 at least partially a curved bottom 12 whose curvature is the curvature of the outer circumferential surface 13 of the piston skirt 5 is opposite. This would be a bag 7 with a concave bottom 12 ,

Alternativ zu der nachträglichen Herstellung der druckentlastenden Tasche 7 ist es selbstverständlich auch denkbar, diese bereits beim Herstellungsprozess des Kolbens 1 vorzusehen, bspw. in einem entsprechenden Guss- oder Schmiedewerkzeug.Alternatively to the subsequent production of the pressure-relieving bag 7 Of course, it is also conceivable that these already in the manufacturing process of the piston 1 to be provided, for example, in a corresponding casting or forging tool.

Mit der erfindungsgemäßen druckentlastenden Tasche 7 auf der Gegendruckseite GDS lässt sich eine deutlich verbesserte Krafteinleitung in den Kolben 1 erreichen, da einerseits der bislang erreichte Quermitte 8 gelegene zentrale Krafteinleitungspunkt 4 bzw. die höchstbelastete Stelle nunmehr auf zwei in Umfangsrichtung verschobene Krafteinleitungspunkte 4' verschoben und dadurch auch geteilt werden kann. Da diese neuen Krafteinleitungspunkte 4' zudem näher an den Kastenwänden 10 des erfindungsgemäßen Kolbens 1 liegen, können diese zur Aufnahme der Krafteinleitung herangezogen werden, wodurch im Umkehrschluss auf die bislang an einer Innenfläche des Kolbenschaftes 5 vorgesehene Materialaufdickung im Bereich der Quermitte 8 verzichtet werden kann. Hierdurch lassen sich nicht nur Gewichtseinsparungen sondern auch Kostenvorteile erzielen.With the pressure-relieving bag according to the invention 7 on the counter-pressure side GDS can be a significantly improved force into the piston 1 achieve, on the one hand, the previously achieved transverse center 8th located central force application point 4 or the highest loaded point now on two shifted in the circumferential direction of force application points 4 ' can be moved and thus shared. Because these new force introduction points 4 ' also closer to the box walls 10 of the piston according to the invention 1 These can be used to absorb the introduction of force, which in turn on the previously on an inner surface of the piston skirt 5 intended material thickening in the region of the transverse center 8th can be waived. As a result, not only weight savings but also cost advantages can be achieved.

Claims (10)

Kolben (1) einer Brennkraftmaschine (3) mit einem Kolbenkopf (6) und einem Kolbenschaft (5), wobei im Bereich des Kolbenkopfes (6) umlaufende Ringnuten (11) für Kolbenringe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich auf der Gegendruckseite (GDS) des Kolbens (1) im Bereich einer Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5) eine druckentlastende Tasche (7) vorgesehen ist.Piston (1) of an internal combustion engine (3) with a piston head (6) and a piston shaft (5), wherein in the region of the piston head (6) circumferential annular grooves (11) are arranged for piston rings, characterized in that exclusively on the counter-pressure side (GDS ) of the piston (1) in the region of an outer circumferential surface (13) of the piston skirt (5) a pressure-relieving pocket (7) is provided. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tasche (7) in Umfangsrichtung bis maximal zu einer jeweiligen Kastenwand (10) erstreckt.Piston after Claim 1 , characterized in that the pocket (7) extends in the circumferential direction to a maximum of a respective box wall (10). Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tasche (7) in Umfangsrichtung über einen Winkel (α) von α < 60°, vorzugsweise von α < 45°, insbesondere sogar über lediglich einen Winkel (α) von α < 30° erstreckt.Piston after Claim 1 or 2 , characterized in that the pocket (7) extends in the circumferential direction over an angle (α) of α <60 °, preferably of α <45 °, in particular even over only an angle (α) of α <30 °. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, - dass die druckentlastende Tasche (7) hinsichtlich ihrer Tiefe t zum Kolbenkopf (6) hin zunimmt, und/oder - dass sich die druckentlastende Tasche (7) zum Kolbenkopf hin in Umfangsrichtung aufweitet.Piston after one of Claims 1 to 3 , characterized in that - the pressure-relieving bag (7) increases with respect to its depth t to the piston head (6), and / or - that the pressure-relieving bag (7) expands towards the piston head in the circumferential direction. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die druckentlastende Tasche (7) an ihrer tiefsten Stelle eine Tiefe t von 10 µm < t < 70 µm aufweist.Piston after one of Claims 1 to 4 , characterized in that the pressure-relieving bag (7) at its lowest point has a depth t of 10 microns <t <70 microns. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die druckentlastende Tasche (7) über eine abgerundete Kante (9) in die Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5) übergeht.Piston after one of Claims 1 to 5 , characterized in that the pressure-relieving bag (7) via a rounded edge (9) in the outer circumferential surface (13) of the piston skirt (5) passes. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die druckentlastende Tasche (7) über zumindest einen Teil der Höhe H, vorzugsweise über die gesamte Höhe H, des Kolbenschaftes (5), erstreckt.Piston after one of Claims 1 to 6 , characterized in that the pressure-relieving pocket (7) extends over at least part of the height H, preferably over the entire height H, of the piston skirt (5). Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, - dass die druckentlastende Tasche (7) zumindest bereichsweise als Freischliff mit ebenem Boden (12) ausgebildet ist, oder - dass die druckentlastende Tasche (7) zumindest bereichsweise einen gekrümmten Boden (12) aufweist, dessen Krümmung gleichgerichtet ist wie die Krümmung der Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5), oder - dass die druckentlastende Tasche (7) zumindest bereichsweise einen gekrümmten Boden (12) aufweist, dessen Krümmung der Krümmung der Außenmantelfläche (13) des Kolbenschaftes (5) entgegengerichtet ist.Piston after one of Claims 1 to 7 , characterized in that - the pressure-relieving bag (7) is at least partially designed as a free flute with a flat bottom (12), or - that the pressure-relieving bag (7) at least partially has a curved bottom (12) whose curvature is rectified as the Curvature of the outer lateral surface (13) of the piston skirt (5), or - that the pressure-relieving bag (7) at least partially has a curved bottom (12) whose curvature of the curvature of the outer lateral surface (13) of the piston shaft (5) is directed opposite. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die druckentlastende Tasche (7) zu der zum Kolbenschaft (5) nächst gelegenen Ringnut (11) hin offen ist.Piston after one of Claims 1 to 8th , characterized in that the pressure-relieving bag (7) to the piston shaft (5) nearest annular groove (11) is open. Brennkraftmaschine (3) mit zumindest einem Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Internal combustion engine (3) with at least one piston (1) according to one of Claims 1 to 9 ,
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