DE102017215834A1

DE102017215834A1 - piston

Info

Publication number: DE102017215834A1
Application number: DE102017215834.4A
Authority: DE
Inventors: Hannes Rösch
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-03-07
Also published as: WO2019048190A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) für eine Brennkraftmaschine (10) mit einem Kolbenkopf (2) und einem Kolbenschaft (3), wobei der Kolbenkopf (2) eine umlaufende Ringpartie (4) sowie im Bereich der Ringpartie (4) zumindest eine Ringnut (5) zur Aufnahme eines Kolbenrings (6) aufweist, die zwei Nutflanken (7,7') und einen Nutgrund (8) besitzt und wobei jede Nutflanke (7,7') über einen zugehörigen Übergang (9,9') in die Nutflanke (8) übergeht.
Erfindungswesentlich ist dabei,
- dass zumindest ein Übergang (9,9') unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige Nutflanke (7,7') übergeht,
- dass der zumindest eine Übergang (9,9') einen Radius r₂ aufweist und unter diesem Radius r₂, insbesondere tangential, in den Nutgrund (8) übergeht.

The present invention relates to a piston (1) for an internal combustion engine (10) with a piston head (2) and a piston shaft (3), wherein the piston head (2) has a circumferential ring section (4) and in the region of the ring section (4) at least one Ring groove (5) for receiving a piston ring (6) which has two groove flanks (7,7 ') and a groove bottom (8) and wherein each groove flank (7,7') via an associated transition (9,9 ') in the groove edge (8) passes.
Essential to the invention is
- That at least one transition (9,9 ') at an angle α of 35 ° <α <50 ° in the associated groove flank (7,7'),
- That the at least one transition (9,9 ') has a radius r ₂ and below this radius r ₂ , in particular tangentially, merges into the groove bottom (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Kolben ausgestattete Brennkraftmaschine.The present invention relates to a piston for an internal combustion engine having a piston head and a piston shaft according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an engine equipped with such a piston.

Gattungsgemäße Kolben mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft sind hinlänglich bekannt, wobei am Kolbenkopf eine umlaufende Ringpartie sowie im Bereich dieser Ringpartie zumindest eine Ringnut zur Aufnahme eines Kolbenrings vorgesehen ist. Die Ringnuten besitzen dabei üblicherweise zwei in Radialrichtung des Kolbens verlaufende Nutflanken und einen parallel zu einer Kolbenachse ausgerichteten Nutgrund. Gerade diese Ringnuten stellen jedoch Schwachstellen an den bekannten Kolben dar, wobei zur Erhöhung der Festigkeit der zwischen den Ringnuten vorhandenen Ringstege, insbesondere in Bezug auf eine Kerbwirkung, prinzipiell zwei Maßnahmen in Frage kommen: Zum einen kann ein axial höherer und damit stabilerer Ringsteg ausgebildet werden, wodurch jedoch die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Kolbens und damit sein Gewicht steigt oder die übrigen Ringstege in ihrer Höhe reduziert werden müssen. Als zweite Maßnahme kommt ein größerer Ausrundungsradius im Übergang zwischen den Nutenflanken und dem Nutgrund in Betracht, was jedoch wiederum prinzipiell zwei Probleme aufwirft: Zum einen muss der Nutgrunddurchmesser am Kolben reduziert werden, damit ein Kolbenring nicht in den Radius am Übergang drückt. Dies bewirkt ein größeres Schadvolumen hinter dem Kolbenring sowie eine gewisse Reduzierung der Ringstegfestigkeit, da der Ringsteg über eine etwas größere radiale Tiefe auskragt. Des Weiteren lässt sich bei axial niedrigen Ringnuten (z.B. 1,0 oder 1,2 mm Höhe), wie sie z.B. bei PKW-Kolben verwendet werden, kein genügend großer Radius mehr vorsehen, da zur Einhaltung der Bearbeitungsqualität an der Werkzeugschneidfläche zwischen den beiden die Nutradien erzeugenden Radien noch ein gerader Abschnitt am Nutgrund vorgesehen werden muss. Ebenfalls kann die Bearbeitungsqualität beeinträchtigt sein, wenn z.B. an der vom Gasdruck besonders stark belasteten unteren Flanke der obersten Ringnut ein größerer Ausrundungsradius ausgebildet wird als an der weniger stark belasteten oberen Nutflanke. Bei einer zerspanenden Bearbeitung können dadurch im Bereich der Ausrundungsradien Quer- bzw. Axialkräfte auftreten, die sich gegenseitig nicht aufheben und beim Schneiden der Nut ein seitliches Ausweichen des Schneidwerkzeugs hervorrufen können.Generic pistons with a piston head and a piston skirt are well known, wherein at least one annular groove for receiving a piston ring is provided on the piston head a circumferential ring portion and in the region of this ring portion. The annular grooves usually have two groove flanks extending in the radial direction of the piston and a groove base aligned parallel to a piston axis. However, these annular grooves are weak points on the known piston, wherein to increase the strength of existing between the annular grooves ring webs, in particular with respect to a notch effect, in principle, two measures come into question: on the one hand, an axially higher and thus more stable annular web can be formed whereby, however, the height of the piston according to the invention and thus its weight increases or the remaining ring lands must be reduced in height. As a second measure, a larger fillet radius in the transition between the groove flanks and the groove bottom comes into consideration, which in turn raises two problems in principle: Firstly, the groove base diameter must be reduced on the piston so that a piston ring does not press into the radius at the transition. This causes a larger Schadvolumen behind the piston ring and a certain reduction of the annular web strength, since the annular ridge projects over a slightly larger radial depth. Furthermore, at axially low annular grooves (e.g., 1.0 or 1.2 mm in height), as e.g. are used in car pistons, no longer provide a sufficiently large radius, as to maintain the quality of machining on the tool cutting surface between the two groove radius generating radii still a straight section must be provided on the groove base. Also, the processing quality may be compromised if e.g. on the lower edge of the uppermost annular groove, which is particularly heavily loaded by the gas pressure, a larger radius of curvature is formed than on the less heavily loaded upper groove flank. In the case of cutting machining, lateral or axial forces can thereby occur in the region of the radii of curvature which do not cancel each other out and can cause lateral deflection of the cutting tool when the groove is cut.

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 reduzierte Kerbwirkung im Bereich einer Ringpartie des Kolbens 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 reduced notch effect in the region of a ring portion of the piston.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft sowie einer im Bereich des Kolbenkopfes umlaufenden Ringpartie, eine im Bereich der Ringpartie zur Aufnahme eines Kolbenrings angeordnete Ringnut im Bereich zumindest eines Übergangs von einer der Nutflanken in einen Nutgrund derart auszubilden, dass dieser unter einem speziellen Knickwinkel in die Nutflanke übergeht, während der Übergang in den Nutgrund über einen vorzugsweise knickfreien Radius, das heißt insbesondere tangential, erfolgt. Der erfindungsgemäße Kolben besitzt dabei im Bereich zumindest einer Ringnut zwei Nutflanken sowie den zuvor erwähnten Nutgrund, wobei zumindest ein Übergang unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige seitliche Nutflanke übergeht, während der Übergang einen Radius r₂ aufweist und unter diesem Radius r₂ in den Nutgrund übergeht. Durch den zumindest einen erfindungsgemäß ausgebildeten Übergang zwischen einem Nutgrund und einer zugehörigen Nutflanke, lassen sich insbesondere Lastspitzen der Kerbwirkung deutlich reduzieren, beispielsweise auch deutlich reduzieren im Vergleich zu einem stetigen Übergang in Form eines Viertelkreises mit Eckradius r₁.The present invention is based on the general idea, in a piston known per se for an internal combustion engine with a piston head and a piston skirt and a circumferential in the region of the piston head ring section, arranged in the region of the ring portion for receiving a piston ring annular groove in the region of at least one transition from one of the groove flanks in a groove bottom in such a way that it merges into the groove flank at a special bending angle, while the transition into the groove base via a preferably kink-free radius, that is, in particular tangential takes place. The piston according to the invention has in the region of at least one annular groove two groove flanks and the aforementioned groove base, wherein at least one transition at an angle α of 35 ° <α <50 ° merges into the associated lateral groove flank, while the transition has a radius r ₂ has and under this radius r ₂ goes into the groove bottom. Due to the at least one transition formed according to the invention between a groove bottom and an associated groove flank, in particular load peaks of the notch effect can be significantly reduced, for example significantly reduced compared to a continuous transition in the form of a quadrant with corner radius r ₁ .

Zum anderen kommt es durch die nun robustere Ausführung des Übergangs von der oberen Nutflanke zum Nutgrund, vor allem im Hinblick auf LSPI-Ereignisse (Low Speed Pre Ignition), seltener bzw. gar nicht mehr zu eventuellen Nuteinrissen vom oberen Übergang zwischen der dem Kolbenboden zugewandten Nutflanke und dem Nutgrund und einhergehend damit zu einem Kolbenversagen.On the other hand, due to the now more robust design of the transition from the upper groove flank to the groove base, especially with regard to LSPI events (low speed pre-ignition), scarce or no longer any groove tears from the upper transition between the piston crown facing Groove flank and the groove bottom and, consequently, to a piston failure.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung beträgt der Radius r₂ maximal das 1,6 fache eines Eckradius r₁ zwischen dem Nutgrund und der zugehörigen Nutflanke, wobei der Eckradius r₁ gleich dem Abstand a des Mittelpunktes M₂ des Radius r₂ von der zugehörigen Nutflanke ist. Der Mittelpunkt M₁ des Eckradius r₁ liegt somit auf einer Geraden mit dem Mittelpunkt M₂ des Radius r₂ , wobei die Gerade zwischen M₁ und M₂ eine Parallele zur Nutflanke darstellt. Durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Übergang mit Radius r₂ und dem Verhältnis des Radius r₂ zum Eckradius r₁ kann bei gleich bleibend geschmeidigem Übergang vom Nutgrund zur Nutflanke hin eine geringere Kerbwirkung erzielt werden, wodurch sich auch geringere Nuthöhen H oder bei gleicher Nuthöhe H eine verringerte Kerbwirkung vom Nutgrund zur Nutflanke hin realisiert werden können.In an advantageous development, the radius is r ₂ a maximum of 1.6 times a corner radius r ₁ between the groove bottom and the associated groove flank, wherein the corner radius r ₁ equal to the distance a of the center M ₂ of the radius r ₂ from the associated groove flank. The middle-point M ₁ of the corner radius r ₁ is thus on a straight line with the center M ₂ of the radius r ₂ , where the straight line between M ₁ and M ₂ represents a parallel to the groove flank. By inventively formed transition with radius r ₂ and the ratio of the radius r ₂ to the corner radius r ₁ can be achieved with a consistently smooth transition from the bottom of the groove to the groove side towards a lower notch effect, resulting in lower groove heights H or at the same groove height H a reduced notch effect can be realized by the groove bottom to the groove side.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung geht zumindest ein Übergang oder es gehen beide Übergänge unter einem (Knick-)Winkel α von 42,5° < α < 47,5° in die zugehörige Nutflanke über. Ein derartiger Winkelbereich für den Winkel α stellt eine zusätzliche Verbesserung der Kerbwirkung, das heißt eine zusätzliche Reduzierung der Kerbwirkung, dar, wodurch sich wiederum bei gleichbleibender Nuthöhe H geringere Kerbwirkungen ergeben bzw. hierdurch auch eine geringere Nuthöhe H und damit eine reduzierte Kolbenhöhe erzielbar ist, was insbesondere im modernen Kraftfahrzeugbau von großem Vorteil ist. Eine weitere Reduzierung der Kerbwirkung und damit eine weitere potentielle Reduzierung der erforderlichen Bauhöhe des Kolbens kann durch einen Winkel α = 45° erreicht werden.In an advantageous development of the solution according to the invention, at least one transition or both transitions pass under a (bending) angle α of 42.5 ° <α <47.5 ° into the associated groove flank. Such an angular range for the angle α represents an additional improvement of the notch effect, ie an additional reduction of the notch effect, which in turn results in lower notch effects at the same groove height H or a smaller groove height H and thus a reduced piston height can be achieved, which is particularly advantageous in modern motor vehicle construction. A further reduction of the notch effect and thus a further potential reduction of the required height of the piston can be achieved by an angle α = 45 °.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung gilt für den Eckradius r₁ und den Radius r₂ das Verhältnis 1,2 r₁ ≤ r₂ ≤ 1,6 r₁. Der vorstehend genannten Gleichung ist somit eindeutig zu entnehmen, dass der Radius r₂ größenmäßig beschränkt ist auf mindestens das 1,2 fache des Eckradius r₁ und maximal auf das 1,6 fache des Eckradius r₁ . Bei der Wahl des Radius r₂ in dem zuvor genannten Verhältnis konnte eine besonders große Reduzierung der Kerbwirkung und insbesondere auch der Lastspitzen der Kerbwirkung im Vergleich zu einem stetigen Übergang erzielt werden, so dass selbst bei einem nicht vollständig ausgerundeten Übergang zwischen Nutflanke und dem eigentlichen Übergang eine erhebliche Steigerung der Belastungsfähigkeit des Kolbens oder bei gleichbleibender gewünschter Belastungsfähigkeit eine deutliche Reduzierung der hierfür erforderlichen Nuthöhe und damit auch eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Kolbenhöhe erreicht werden kann. Besonders die Reduzierung der Nuthöhe und verbunden damit die Reduzierung der Kolbenhöhe ermöglicht eine besonders kompakt bauende Brennkraftmaschine, was insbesondere in modernen Kraftfahrzeugen mit geringem Bauraumangebot von großem Vorteil ist.In an advantageous embodiment of the solution according to the invention applies to the corner radius r ₁ and the radius r ₂ the ratio 1.2 r ₁ ≤ r ₂ ≤ 1.6 r ₁ . The above equation is thus clear that the radius r ₂ is limited in size to at least 1.2 times the corner radius r ₁ and a maximum of 1.6 times the corner radius r ₁ , When choosing the radius r ₂ in the aforementioned ratio, a particularly large reduction of the notch effect and in particular the load peaks of the notch effect compared to a steady transition could be achieved, so that even with a not completely rounded transition between groove flank and the actual transition a significant increase in the load capacity of the piston or a constant reduction of the required groove height and thus a significant reduction in the required piston height can be achieved while maintaining the same desired load capacity. In particular, the reduction of the groove height and connected to the reduction of the piston height allows a particularly compact internal combustion engine, which is particularly in modern motor vehicles with low installation space of great advantage.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung gehen beide Übergänge einer Ringnut unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige Nutflanke über, wobei in diesem Fall dann beide Übergänge unter einem Radius r₂ in den Nutgrund übergehen. In diesem Fall wird somit vorgeschlagen, nicht nur den Übergang zwischen der einem Kolbenboden abgewandten Nutflanke in den zugehörigen Nutgrund erfindungsgemäß auszugestalten, sondern beide Übergänge, wodurch es möglich ist, zum Stechen der Ringnut ein einziges Werkzeug zu verwenden, welches sowohl den oberen als auch den unteren Übergang sticht. Da bislang die Übergänge von herkömmlichen Nuten unter Umständen mit unterschiedlichen Übergängen bzw. unterschiedlichen Radien in den Übergängen gestochen werden mussten, waren immer zumindest zwei unterschiedliche Werkzeuge erforderlich, was eine vergleichsweise lange Bearbeitungszeit und doppelte Werkzeugkosten zur Folge hatte. Dabei kann auch auf den Nutgrund verzichtet und somit ein durchgängiger Radius gebildet werden, der jeweils über den Winkel α und die Nutflanke angebunden ist, wodurch die Nuthöhe H deutlich geringer gestaltet werden kann, als bei den im Stand der Technik bekannten Nuten.In a further advantageous embodiment of the solution according to the invention both transitions of an annular groove at an angle α of 35 ° <α <50 ° go into the associated groove flank, in which case then both transitions under a radius r ₂ go into the groove bottom. In this case, it is thus proposed not only to design the transition between the groove flank facing away from a piston bottom into the associated groove base according to the invention, but also to use both transitions, whereby it is possible to use a single tool for piercing the annular groove which seals both the upper and the lower bottom transition stings. So far, the transitions of conventional grooves under certain circumstances with different transitions or different radii had to be stung in the transitions, always at least two different tools were required, which had a comparatively long processing time and duplicate tooling costs. In this case, it is also possible to dispense with the groove base and thus to form a continuous radius, which is connected in each case via the angle α and the groove flank, whereby the groove height H can be made considerably smaller than in the case of the grooves known from the prior art.

Vorzugsweise gilt auch bei einer derartigen Ausführungsform, dass der Radius r₂ maximal das 1,6 fache eines Eckradius r₁ zwischen dem Nutgrund und der zugehörigen Nutflanke beträgt, wobei der Eckradius r₁ gleich dem Abstand a des Mittelpunktes M₂ des Radius r₂ von der zugehörigen Nutflanke ist.Preferably, also in such an embodiment that the radius r ₂ a maximum of 1.6 times a corner radius r ₁ between the groove bottom and the associated groove flank, wherein the corner radius r ₁ equal to the distance a of the center M ₂ of the radius r ₂ from the associated groove flank.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Kolben aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, oder aus einer Stahllegierung hergestellt. Mit aus einer Stahllegierung hergestellten Kolben lassen sich robuste Lösungen zur Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Zünddruckerhöhung und Emissionsreduzierung erreichen. Aufgrund der hohen Festigkeit von Stahllegierungen sind zudem kompakte Abmessungen und geringe oszillierende Massen darstellbar. Hierdurch lassen sich insbesondere sogar geringere Massen als bei vergleichbaren Aluminiumkolben erzielen. Ein Kolben aus einer Aluminiumlegierung weist dagegen eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit auf, was insbesondere die Kühlung des Kolbens und damit auch dessen Leistungsfähigkeit verbessert.In an advantageous development of the solution according to the invention, the piston is made of a light metal alloy, in particular of an aluminum alloy, or of a steel alloy. With pistons made of a steel alloy, robust solutions can be achieved to increase performance while increasing ignition pressure and reducing emissions. Due to the high strength of steel alloys also compact dimensions and low oscillating masses can be displayed. As a result, it is possible in particular to achieve even lower masses than comparable aluminum pistons. On the other hand, an aluminum alloy piston has improved thermal conductivity, which in particular improves the cooling of the piston and thus also its performance.

Eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Kolbens kann dadurch erreicht werden, dass im Bereich der Ringpartie ein Kühlkanal angeordnet ist. Dieser kann als geschlossener oder als offener Kühlkanal ausgebildet sein und entweder ein beispielsweise Natrium-Kalium haltiges Kühlmedium enthalten oder mittels einer Spritzölkühlung gekühlt werden.A further improvement in the performance of the piston according to the invention can be achieved in that a cooling channel is arranged in the region of the ring section. This can be designed as a closed or as an open cooling channel and either contain, for example, a sodium-containing potassium cooling medium or cooled by a spray oil cooling.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Kolben auszustatten, wobei die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine aufgrund der höheren ertragbaren Lastspitzen im Bereich der Ringnuten kompakter bauende Kolben ermöglicht und damit auch eine geringere Bauhöhe der Brennkraftmaschine selbst.The present invention is further based on the general idea to equip an internal combustion engine with at least one such piston, wherein the internal combustion engine according to the invention allows more compact piston due to the higher sustainable load peaks in the region of the annular grooves and thus a lower overall height of the internal combustion engine itself.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures 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.

Dabei zeigen, jeweils schematisch,

1 eine Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens,
2 eine Detaildarstellung der Übergänge zwischen einem Nutgrund und den Nutflanken einer Ringnut.

Show, in each case schematically,

1 a sectional view through a possible embodiment of a piston according to the invention,
2 a detailed representation of the transitions between a groove base and the groove edges of an annular groove.

Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßer Kolben 1 für eine Brennkraftmaschine 10 einen Kolbenkopf 2 und einen Kolbenschaft 3 auf, wobei der Kolbenkopf 2 eine umlaufende Ringpartie 4 sowie im Bereich dieser Ringpartie 4 zumindest eine Ringnut 5 zur Aufnahme eines Kolbenringes 6 besitzt. Die Ringnut 5 weist dabei in bekannter Weise zwei Nutflanken 7 und 7' sowie einen Nutgrund 8 auf, der die beiden Nutflanken 7 und 7' miteinander verbindet.According to the 1 , Has a piston according to the invention 1 for an internal combustion engine 10 a piston head 2 and a piston stem 3 on, with the piston head 2 a circumferential ring section 4 as well as in the area of this ring section 4 at least one annular groove 5 for receiving a piston ring 6 has. The ring groove 5 has in a known manner two groove edges 7 and 7 ' as well as a groove bottom 8th on, the two flanks 7 and 7 ' connects with each other.

Erfindungsgemäß geht nun zumindest ein Übergang 9, 9' oder es gehen beide Übergänge 9,9' unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige Nutflanke 7, 7' über, wie dies gemäß der 2 dargestellt ist. Gemäß der 2 ist dabei weiter dargestellt, dass beide Übergänge 9, 9' mit den zuvor und den nachfolgend beschriebenen, erfindungswesentlichen Merkmalen in die zugehörige Nutflanke 7, 7' übergehen, wobei es selbstverständlich klar ist, dass lediglich einer der Übergänge 9, 9' erfindungsgemäß so ausgebildet sein muss. Der zumindest eine Übergang 9, 9' geht darüber hinaus unter einem Radius r₂ in den Nutgrund 8 über, wobei in dem gezeigten Beispiel der Radius r₂ maximal das 1,6 fache eines Eckradius r₁ zwischen Nutgrund 8 und zugehöriger Nutflanke 7, 7' beträgt. Als Eckradius r₁ wird derjenige Radius bezeichnet, der zwischen dem Nutgrund 8 und der zugehörigen Nutflanke 7, 7' einen Viertelkreis umreißt. Zusätzlich ist in dem gezeigten Beispiel der Eckradius r₁ gleich dem Abstand a eines Mittelpunktes M₂ des Radius r₂ von der zugehörigen Nutflanke 7, 7'.According to the invention now at least one transition 9 . 9 ' or go both transitions 9,9 'at an angle α of 35 ° <α <50 ° in the associated groove flank 7 . 7 ' over, as according to the 2 is shown. According to the 2 is further illustrated that both transitions 9 . 9 ' with the features previously described and essential to the invention in the associated groove flank 7 . 7 ' Of course, it is clear that only one of the transitions 9 . 9 ' has to be designed according to the invention. The at least one transition 9 . 9 ' goes beyond a radius r ₂ in the groove bottom 8th over, where in the example shown the radius r ₂ a maximum of 1.6 times a corner radius r ₁ between groove bottom 8th and associated groove flank 7 . 7 ' is. As corner radius r ₁ the radius is called that between the groove bottom 8th and the associated groove flank 7 . 7 ' outlining a quarter circle. In addition, in the example shown, the corner radius r ₁ equal to the distance a of a midpoint M ₂ of the radius r ₂ from the associated groove flank 7 . 7 ' ,

Besonders bevorzugt geht dabei zumindest einer der beiden Übergänge 9, 9' oder es gehen beide unter einem Winkel α von 42,5° < α < 47,5° in die zugehörige Nutflanke 7, 7' über, wobei besonders bevorzugt zumindest einer der Übergänge 9, 9' unter einem Winkel α = 45° in die zugehörige Nutflanke 7, 7' übergeht. Mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Übergang 9, 9' kann dabei insbesondere eine erhebliche Reduzierung von Lastspitzen der Kerbwirkung im Vergleich zu einem stetigen Übergang in Form eines Viertelkreises (Radius r₁ ) erreicht werden, wodurch sich eine deutliche Steigerung der Belastungsfähigkeit des Kolbens 1 erreichen lassen. Ist lediglich die gleiche Belastungsfähigkeit gewünscht, so kann sich mit den erfindungsgemäß ausgestalteten Übergängen 9, 9' eine deutlich reduzierte Nuthöhe H realisieren lassen, wodurch der Kolben 1 eine deutlich geringere Höhe und damit auch die Brennkraftmaschine 10 eine deutlich geringere Höhe aufweisen können.At least one of the two transitions is particularly preferred 9 . 9 ' or both go at an angle α of 42.5 ° <α <47.5 ° in the associated groove flank 7 . 7 ' over, with more preferably at least one of the transitions 9 . 9 ' at an angle α = 45 ° in the associated groove flank 7 . 7 ' passes. With the inventively designed transition 9 . 9 ' In this case, in particular a considerable reduction of load peaks of the notch effect in comparison to a steady transition in the form of a quarter circle (radius r ₁ ), resulting in a significant increase in the load capacity of the piston 1 achieve. If only the same load capacity is desired, then it is possible with the inventively designed transitions 9 . 9 ' a significantly reduced groove height H can be realized, whereby the piston 1 a much lower height and thus the internal combustion engine 10 may have a significantly lower height.

Dabei ist selbstverständlich klar, dass der Nutgrund 8, nicht wie in 2 dargestellt ist, einen ebenen Grund aufweisen muss, sondern dass in einer speziellen Ausführungsform auch gelten kann: H = 2r₁, so dass in diesem Fall der Nutgrund 8 ausgerundet ist. In diesem Fall wird der Nutgrund 8 somit durch einen Bereich gebildet, in dem die beiden Übergänge 9, 9' ineinander übergehen.It is clear, of course, that the groove bottom 8th not like in 2 is shown, must have a level reason, but that in a specific embodiment may also apply: H = 2r ₁ , so that in this case the groove bottom 8th is rounded. In this case, the groove bottom 8th thus formed by an area in which the two transitions 9 . 9 ' merge.

Wie bereits in den vorherigen Absätzen erwähnt, ist zur Erzielung des gewünschten Vorteils lediglich die Ausbildung eines der beiden Übergänge 9, 9' in der erfindungsgemäßen Weise erforderlich, wobei bei der Ausbildung beider Übergänge 9, 9' in der erfindungsgemäßen Weise sich die Vorteile weiter steigern lassen und darüber hinaus lediglich ein einziges Werkzeug zum Stechen der Ringnut 5 erforderlich ist, wodurch nicht mehr zwei unterschiedliche Werkzeuge und verbunden damit höhere Werkzeugkosten sowie höhere Vorhalte- und Wartungskosten erforderlich sind.As mentioned in the previous paragraphs, to achieve the desired benefit, it is merely the formation of one of the two transitions 9 . 9 ' required in the manner according to the invention, wherein in the formation of both transitions 9 . 9 ' in the manner according to the invention, the advantages can be further increased and, moreover, only a single tool for piercing the annular groove 5 is required, which no longer requires two different tools and thus associated higher tooling costs and higher Vorhalte- and maintenance costs.

Für den Eckradius r₁ und den Radius r₂ gilt vorzugsweise das Verhältnis 1,2 r₁ ≤ r₂ ≤ 1,6 r₁ , wodurch ein Verhältnis festgelegt werden kann, mittels welchem besondere Vorteile in Bezug auf die Reduzierung von Lastspitzen und die Reduzierung der damit verbundenen Kerbwirkungen erreicht werden können.For the corner radius r ₁ and the radius r ₂ the ratio 1.2 r ₁ ≦ r ₂ ≦ 1.6 preferably applies r ₁ whereby a ratio can be established by means of which special advantages can be achieved with regard to the reduction of load peaks and the reduction of the notch effects associated therewith.

Von weiterem Vorteil ist, sofern der Kolben 1 aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, oder aus einer Stahllegierung, hergestellt ist. Besonders der Einsatz von Leichtmetalllegierungen wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung ermöglicht einen größeren Wärmeübertrag, was die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Kolbens 1 steigert. Durch eine Stahllegierung lässt sich eine kompaktere Bauform des erfindungsgemäßen Kolbens 1 erreichen, wodurch dieser unter Umständen sogar ein geringeres Gewicht aufweisen kann, als bei einer Ausbildung aus einer Aluminiumlegierung. Alternativ kann der erfindungsgemäße Kolben 1 selbstverständlich auch aus einem Gusswerkstoff hergestellt sein.Another advantage is provided the piston 1 is made of a light metal alloy, in particular of an aluminum alloy, or of a steel alloy. In particular, the use of light metal alloys such as an aluminum alloy allows greater heat transfer, which improves the performance of the piston according to the invention 1 increases. By a steel alloy can be a more compact design of the piston according to the invention 1 reach, whereby this may even have a lower weight than in an aluminum alloy training. Alternatively, the piston according to the invention 1 of course also be made of a cast material.

Die Ringnut 5 ist dabei bevorzugt benachbart zu einem Feuersteg 11 angeordnet, wobei selbstverständlich auch andere Ringnuten 5 dergestalt ausgebildet werden können. Im Bereich der Ringpartie 4 kann darüber hinaus ein Kühlkanal 12 angeordnet sein, wodurch sich der Kolben 1 verbessert kühlen lässt, und dadurch eine verbesserte Temperaturbelastungsfähigkeit aufweist.The ring groove 5 is preferably adjacent to a loft 11 arranged, of course, other annular grooves 5 can be formed. In the area of the ring section 4 In addition, a cooling channel 12 be arranged, causing the piston 1 improves cooling, and thereby has an improved temperature load capacity.

Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kolben 1 und dessen erfindungsgemäß über einen Knickwinkel α in die jeweilige Nutflanke 7, 7' übergehenden Übergang 9, lassen sich die Lastspitzen und damit die Kerbwirkungen reduzieren und die Belastungsfähigkeit steigern.With the inventively designed piston 1 and its according to the invention via a bending angle α in the respective groove flank 7 . 7 ' passing transition 9 , the load peaks and thus the notch effects can be reduced and the load capacity increased.

Claims

Piston (1) for an internal combustion engine (10) with a piston head (2) and a piston shaft (3), wherein the piston head (2) has a circumferential ring section (4) and at least one annular groove (5) in the region of the ring section (4) Receiving a piston ring (6) having two groove flanks (7,7 ') and a groove bottom (8), and wherein each groove flank (7,7') via an associated transition (9,9 ') in the groove bottom (8 ), characterized in that - at least one transition (9, 9 ') merges at an angle α of 35 ° <α <50 ° into the associated groove flank (7, 7'), - that the at least one transition (9, 9 ') has a radius r ₂ and below this radius r ₂ , in particular tangentially, merges into the groove base (8).

Piston after Claim 1 , characterized in that - at least one transition (9, 9 ') merges into the associated groove flank (7, 7') at an angle α of 42.5 ° <α <47.5 °, or - that at least one transition ( 9.9 ') at an angle α of α = 45 ° in the associated groove flank (7,7') passes.

Piston after Claim 1 , characterized in that - both transitions (9, 9 ') transition at an angle α of 35 ° <α <50 ° into the associated groove flank (7, 7'), - that both transitions (9, 9 ') have a radius r include ₂ and pass under this radius r _2, in particular tangentially, in the groove base (8).

Piston after Claim 3 , characterized in that - both transitions (9, 9 ') transition into the associated groove flank (7, 7') at an angle α of 42.5 ° <α <47.5 °, or - that both transitions (9, 9 ') at an angle α of α = 45 ° in the associated groove flank (7,7') go over.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the radius r _{2 is} at most 1.6 times a corner radius r ₁ between groove base (8) and associated groove flank (7,7 '), wherein the corner radius r ₁ equal to the distance a a center M _{2 of} the radius r ₂ of the associated groove flank (7,7 ').

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that - the piston (1) is made of a light metal alloy, in particular of an aluminum alloy, or of a steel alloy, or - that the piston (1) is made of a cast material.

Piston after one of Claims 1 to 5 , characterized in that the annular groove (5) is arranged adjacent to a top land (11) of the piston (1).

Piston after one of Claims 1 to 6 , characterized in that in the region of the ring part (4), a cooling channel (12) is arranged.

Internal combustion engine with at least one piston (1) according to one of the preceding claims.