DE102018201881A1

DE102018201881A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens

Info

Publication number: DE102018201881A1
Application number: DE102018201881.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Trost
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-08-08
Also published as: WO2019154908A1

Abstract

Ein Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor weist zumindest eine Kolbenringnut auf, deren Tiefe (T) zur Kolbenachse hin gemessen, über den Umfang variiert, wobei im Bereich dieser Kolbenringnut zumindest ein Durchbruch ausgebildet ist.Bei einem entsprechenden Verfahren wird zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor zumindest eine Kolbenringnut mit einer über den Umfang variierenden Tiefe, zur Kolbenachse hin gemessen, versehen, und im Bereich dieser Kolbenringnut zumindest ein Durchbruch ausgebildet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kolbens.
Kolben von Verbrennungsmotoren sind üblicherweise mit Kolbenringen versehen, wobei ein unterster, das heißt vom Kolbenboden, der den Brennraum begrenzt, am weitesten entfernt liegender Kolbenring üblicherweise als Ölabstreifring gestaltet ist. Somit ist in diesem Bereich eine ausreichende Öldrainage sicherzustellen, was häufig dadurch gewährleistet wird, dass die untere Nutflanke der zugehörigen Kolbenringnut Unterbrechungen aufweist. Dies kann jedoch in nachteiliger Weise die Führung des Kolbenrings verschlechtern. Ferner besteht die Gefahr, dass sich Kolbenringe in den beschriebenen Unterbrechungen verhaken. Alternativ zu der beschriebenen Ausgestaltung vorgesehene Öllöcher in Richtung des Kolbeninnenraums sind insofern nachteilig, als sie einen zusätzlichen Fertigungsschritt erfordern und somit Kosten verursachen.
Stand der Technik
Derartige Öllöcher gehen beispielsweise aus der DE 10 2005 041 002 A1 hervor. Ergänzend betrifft die DE 10 2017 205 152 A1 einen Kolben mit einem Nutboden, der eine variable Tiefe aufweist.
Darstellung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig herstellbaren Kolben zu schaffen, der im Hinblick auf die Öldrainage und/oder die Führung eines Ölabstreifrings verbessert ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den in Patentanspruch 1 beschriebenen Kolben.
Demzufolge weist der erfindungsgemäße Kolben zumindest eine Kolbenringnut auf, deren Tiefe, zur Kolbenachse hin gemessen, über den Umfang variiert. Mit anderen Worten ist der Nutengrund, der herkömmlich weitgehend die Form eines Kreiszylinders aufweist, „unrund“ mit Bergen und Tälern entlang seiner Erstreckung in Umfangsrichtung. Der Übergang zwischen diesen Bergen und Tälern kann dabei in einem stetigen Verlauf ausgebildet werden. Ferner ist zumindest ein Durchbruch zur Öldrainage vorgesehen. Ein derartiger Durchbruch ist vergleichsweise kostengünstig herstellbar und sorgt darüber hinaus für eine gute Öldrainage. Die kostengünstige Herstellbarkeit gilt darüber hinaus für die Kolbenringnut mit einer Tiefe, die über den Umfang variiert. Beispielsweise kann eine derartige Nut durch Oszillation eines Werkzeugs ausgebildet werden, das beim Stechen der Nut verwendet wird. Somit ist kein eigener Arbeitsschritt erforderlich. Ferner kann erfindungsgemäß die Öldrainage verbessert werden, ohne die untere Nutflanke zu verändern oder zu unterbrechen. Diese ist mit anderen Worten bevorzugt als durchgehende Ringfläche mit einem im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser vorgesehen. Es sei ferner erwähnt, dass die Nut mit der variierenden Tiefe bevorzugt die unterste, insbesondere die dritte Kolbenringnut ist.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Besonders gute Eigenschaften werden für den erfindungsgemäßen Kolben erwartet, wenn zumindest ein Bereich mit einer geringen Tiefe über einer Kolbenbolzennabe und/oder einer Schaftwand ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt wird, dass über beiden Kolbenbolzennaben und beiden Schaftwänden Bereiche mit geringerer Tiefe vorgesehen sind, sodass insgesamt vier derartige Bereiche vorhanden sind.
Ein besonders gutes Öldrainageverhalten kann erreicht werden, wenn zumindest ein Durchbruch in zumindest einem Bereich mit vergleichsweise großer Tiefe der Kolbenringnut vorgesehen ist. Durch das in diesem Bereich größere Nutvolumen wird das Öl beim Ansammeln in der Nut in Richtung des Durchbruchs geführt, sodass die Drainage sichergestellt werden kann.
Für zumindest einen Durchbruch wird ferner bevorzugt, dass er zu einem Bereich unterhalb eines Ringfeldes ausgebildet ist. Hier können bei bestimmten Kolben sogenannte Taschen, mit anderen Worten Aushöhlungen unterhalb des Ringfeldes vorgesehen sein, zu denen das Öl abfließen kann. Nachdem hierdurch vermieden wird, einen Öldurchbruch in Richtung der Innenseite des Kolbens auszubilden, kann darüber hinaus vermieden werden, dass von dort Öl, das beispielsweise durch eine Spritzdüse eingespritzt wird, in unerwünschter Weise in die Kolbenringnut zurückfließt.
Wie bereits erwähnt, wird die Nut mit über den Umfang variierender Tiefe bevorzugt durch Oszillation eines zum Stechen der Kolbenringnut verwendeten Werkzeugs ausgebildet. Ferner sei erwähnt, dass sämtliche für den erfindungsgemäßen Kolben bevorzugte Maßnahmen bei dem hierin beschriebenen Verfahren anwendbar sind und umgekehrt.
Figurenliste

Nachfolgend wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Unteransicht eines im Bereich der untersten Kolbenringnut geschnittenen Kolbens.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Wie in der Figur zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kolben 10 zwei Schaftwandabschnitte 12 und 14, sowie zwei Kolbenbolzennaben 16 auf, in deren Bereich die Tiefe T einer Kolbenringnut geringer ist, als zwischen diesen Bereichen. Die größere Tiefe kann hierbei bis zu doppelt so groß sein wie die geringere Tiefe, und typischerweise beträgt der Unterschied mehr als 2 mm oder sogar mehr als 4 mm. Die Kolbenachse befindet sich etwa im Mittelpunkt des gezeigten Kolbens und erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene. Dementsprechend wird die Tiefe T „zur Kolbenachse hin gemessen“, wie in der Figur ergänzend erkennbar ist.
Wie in der Figur ferner zu erkennen ist, sind die Übergänge zwischen Bereichen geringer und Bereichen großer Tiefen insoweit harmonisch, als sich die Tiefe allmählich und fortlaufend ändert, sodass sich in dem gezeigten Fall vier Wellen-„Berge“ mit dazwischenliegenden Wellen-„Tälern“ ergeben. Die Krümmung des Nutengrundes, wie in der Ansicht der Figur erkennbar, kann hierbei zwischen den konvex gekrümmten Wellenbergen zu einer konkaven Krümmung im Bereich der Wellentäler wechseln. Im Bereich der „Wellentäler“ kann der Nutengrund jedoch auch in Richtung der Kolbenachse betrachtet und wie in der Figur erkennbar, gerade verlaufen oder eine konvexe Krümmung, jedoch geringer als diejenige im Bereich der Wellenberge, aufweisen. In jedem Fall unterscheidet sich der Nutengrund bei dem erfindungsgemäßen Kolben von dem herkömmlichen, zylindrischen Nutengrund dadurch, dass sich der Radius des „Zylinders“ verändert. Mit 18 sind Taschen unterhalb des Ringfeldes angedeutet, zu denen Öl durch nicht erkennbare Durchbrüche, die bevorzugt in den Bereichen größerer Tiefe vorhanden sind, geleitet werden kann. Als weitere Besonderheit ist in der Figur zu erkennen, dass sich die Breite der Schaftwandabschnitte 12 und 14 in Umfangsrichtung unterscheidet, sodass die an die schmälere Schaftwand 14 angrenzenden Verbindungswände 20 einen kleineren Winkel zu der Kolbenbolzenachse (in der Figur von oben nach unten verlaufend) aufweisen, als die anderen beiden Verbindungswände 22, die an die breitere Schaftwand 12 angrenzen. Es sei erwähnt, dass der gezeigte Kolben als „Elastoval“-Kolben bekannt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005041002 A1 [0003]
DE 102017205152 A1 [0003]

Claims

Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einer Kolbenringnut, deren Tiefe (T), zur Kolbenachse hin gemessen, über den Umfang variiert, wobei im Bereich dieser Kolbenringnut zumindest ein Durchbruch ausgebildet ist.
Kolben nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich geringerer Tiefe (T) über einer Kolbenbolzennabe (16) und/oder einer Schaftwand (12, 14) ausgebildet ist.
Kolben nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass vier Bereiche geringerer Tiefe (T) vorgesehen sind.
Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Durchbruch in zumindest einem Bereich mit größerer Tiefe (T) ausgebildet ist.
Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Durchbruch zu einem Bereich unterhalb eines Ringfeldes ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, bei dem zumindest eine Kolbenringnut mit einer über den Umfang variierenden Tiefe, zur Kolbenachse hin gemessen, versehen wird, und im Bereich dieser Kolbenringnut zumindest ein Durchbruch ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die variierende Tiefe durch Oszillation eines zum Stechen der Kolbenringnut verwendeten Werkzeugs ausgebildet wird.