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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem Kolbenschaft und einem Kolbenkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Kolben.
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Aus der
DE 10 2009 056 922 A1 ist ein Kolben mit einem in einem Kolbenkopf umlaufenden Kühlkanal bekannt, der mittels einer Kühlkanalabdeckung nach unten, das heißt zum Kolbenschaft hin, abgedeckt ist. In eine Zulauföffnung in der Kühlkanalabdeckung ragt ein Zulauftrichter zum Zuführen von Kühlöl in den Kühlkanal. Der Zulauftrichter ist dabei an der Kühlkanalabdeckung befestigt.
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Aus der
DE 10 2011 106 379 A1 ist wiederum ein gattungsgemäßer Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein vorgesehener Kühlkanal eine Zulaufbohrung aufweist, in der ein Zulauftrichter befestigt ist.
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Aus der
DE 10 2016 200 084 A1 ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt mit einem umlaufenden Kühlkanal, wobei ein Ölauffangröhrchen mittels eines EMPT-Verfahrens im oder am Einlass des Kühlkanals montiert ist.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kolben ist, dass der Zulauftrichter entweder an der Kühlkanalabdeckung angeordnet ist und diese in diesem Fall die zusätzlichen Trägheitskräfte des Zulauftrichters mit aufnehmen muss oder dass der Zulauftrichter direkt in oder an der Zulauföffnung am Kolben angeordnet ist, was die Flexibilität hinsichtlich der Anordnung des Zulauftrichters deutlich einschränkt, da in diesem Fall die Zulauföffnung an einer vordefinierten Stelle gebohrt ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine flexiblere Ausbildung und Anordnung eines Zulauftrichters in einem Kühlkanal ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Kolben einer Brennkraftmaschine erstmals einen Zulauftrichter zum Zuführen von Kühlöl in einen Kühlkanal mit einer Haltefahne auszustatten, und den Zulauftrichter über diese Haltefahne stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig direkt am Kolben anzubinden. Der erfindungsgemäße Kolben besitzt dabei einen Kolbenschaft sowie einen Kolbenkopf und einen im Kolbenkopf umlaufenden Kühlkanal. Darüber hinaus besitzt der erfindungsgemäße Kolben eine Nabe zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und zur Verbindung mit einem Pleuel. Über den zuvor erwähnten Zulauftrichter kann Kühlöl in den Kühlkanal zugeführt werden. Durch die erfindungsgemäße Anbindung des Zulauftrichters über dessen Haltefahne am Kolben kann auf eine bislang vorgenommene Anbindung an eine Kühlkanalabdeckung verzichtet werden, was den großen Vorteil aufweist, dass die Kühlkanalabdeckung an sich dünner und weniger stabil ausgebildet werden kann, da diese nicht mehr die massenbedingten Trägheitskräfte des Zulauftrichters aufnehmen muss. Durch die Verwendung dünnerer und damit auch leichterer Kühlkanalabdeckungen, lässt sich die Wirtschaftlichkeit einer mit einem solchen Kolben ausgestatteten der Brennkraftmaschine steigern. Auch ist es mit dem erfindungsgemäßen Zulauftrichter möglich, diesen selbst bei dem Vorhandensein einer Kühlkanalabdeckung nicht mehr in einem Stoßbereich der Kühlkanalabdeckung anordnen zu müssen, sondern im Wesentlichen eine frei wählbare Anordnung wählen zu können. Insgesamt ist es dadurch auch möglich, beispielsweise größere und schwerere Zulauftrichter zu verwenden, insbesondere auch mit einem Standrohr, ohne auf die Kühlkanalabdeckung und die Lage eines Stoßes angewiesen zu sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Zulauftrichter über seine Haltefahne mit dem Kolben verlötet, verschweißt, verschraubt oder verklebt. Besonders ein Verkleben, Verschweißen oder Verlöten ermöglicht eine vollautomatisierte Verbindung, ohne dass hierfür weitere Arbeitsschritte an der Haltefahne des Zulauftrichters oder am Kolben vorgenommen werden müssen. Rein theoretisch ist auch ein Verschrauben denkbar, was den großen Vorteil einer Demontagemöglichkeit des Zulauftrichters ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Zulauftrichter über seine Haltefahne an einer Innenseite des Kolbenschafts oder an der Nabe angebunden. Besonders eine Innenseite des Kolbenschafts bietet dabei viel Platz, um die Haltefahne anzubinden. Die Haltefahne besitzt dabei eine komplementär zur Innenwand des Kolbenschafts ausgebildete Form und liegt deshalb vorzugsweise flächig an der Innenwand an. Beispielsweise kann hier auch ein Übergang von der Innenwand zu einer Kastenwand gewählt werden, wobei in diesem Fall die Haltefahne beispielsweise einen Knick aufweisen kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Kühlkanal eine Zulauföffnung auf, durch welche der Zulauftrichter hindurchragt. Dabei ist denkbar, dass eine Kühlkanalabdeckung, beispielsweise ein Kühlkanalblech, vorgesehen ist, die/das eine Zulauföffnung aufweist, durch welche der Zulauftrichter hindurchragt. Auch in diesem Fall kann vorgesehen sein, dass der Zulauftrichter nicht mit der Kühlkanalabdeckung in Kontakt steht. Aufgrund des Umstandes, dass der Zulauftrichter bei dem erfindungsgemäßen Kolben nicht mehr an der Kühlkanalabdeckung befestigt ist, kann die Zulauföffnung unabhängig vom Stoß der üblicherweise aus zwei Teilen gebildeten Kühlkanalabdeckung angeordnet werden, wodurch sich eine deutlich erhöhte Flexibilität ergibt.
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Um ein unerwünschtes bzw. übermäßiges Ablaufen von Öl aus dem Kühlkanal durch einen Ringspalt zwischen dem Rand der Zulauföffnung und dem Zulauftrichter zu verhindern, ist es zweckmäßig, den Spalt durch ein geeignetes Dichtelement ganz oder teilweise zu schließen. Dies kann durch eine passende geometrische Gestaltung des Zulauftrichters, z.B. in Form eines angestauchten, radial nach außen gerichteten Flansches geschehen. Statt einstückig mit dem Zulauftrichter kann das Dichtelement auch als zusätzliches Bauteil, z.B. als eine den Zulauftrichter ringförmig umschließende Gummidichtung ausgeführt sein. Ebenso könnte das Dichtelement durch das Aufbringen einer Dichtmasse gebildet werden, die den Ringspalt verschließt oder zumindest verkleinert.
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Zweckmäßig weist der Zulauftrichter eine Umlenkeinrichtung auf, über welche in den Zulauftrichter eingespritztes Kühlöl in Umfangsrichtung des Kühlkanals umgelenkt und dort verteilt wird. Hierdurch kann eine deutlich verbesserte Kühlwirkung erzielt werden, da ein unerwünschter Rücklauf des in den Kühlkanal über den Zulauftrichter eingespritzten Kühlöls über die Zulauföffnung in den Kühlkanal vorzugsweise vermieden wird, so dass dieses zunächst den Kühlkanal durchläuft, bis es zur Ablauföffnung gelangt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Zulauftrichter als geschlitztes Blechformteil ausgebildet. Dies bietet den besonderen Vorteil, den Zulauftrichter nicht nur kostengünstig, sondern auch vollautomatisiert und damit höchst präzise herstellen zu können. Ein solcher als geschlitztes Blechformteil ausgebildeter Zulauftrichter kann darüber hinaus kostengünstig hergestellt werden und mit einer vergleichsweise geringen Blechdicke, da der Zulauftrichter lediglich eine Zuführung von Kühlöl in den Kühlkanal bewirken muss, wodurch die massenbedingten Trägheitskräfte des Zulauftrichters vergleichsweise klein gehalten werden können. Hierdurch lassen sich auch die zwischen der Haltefahne des Zulauftrichters und dem Kolben erforderlichen Haltekräfte bzw. Verbindungskräfte klein halten.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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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.
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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 Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäß über seine Haltefahne angeordneten Zulauftrichter,
- 2 eine Darstellung analog zu 1, jedoch aus einer anderen Perspektive,
- 3 eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Kolben gemäß der 1, wiederum aus einer anderen Perspektive,
- 4 eine Darstellung von unten mit Blick auf den Zulauftrichter des erfindungsgemäßen Kolbens,
- 5 eine Schnittdarstellung durch einen Zulauftrichter, eine Kühlkanalabdeckung und ein den dazwischen liegenden Ringspalt schließendes Dichtelement.
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Entsprechend den 1 bis 4, weist ein erfindungsgemäßer Kolben 1 einer im Übrigen nicht gezeichneten Brennkraftmaschine 2 einen Kolbenkopf 3 sowie einen Kolbenschaft 4 auf. Der Kolbenkopf 3 besitzt in bekannter Weise eine einem Brennraum zugewandte Mulde 5 sowie eine umlaufende Ringpartie 6 mit entsprechenden Nuten, in welchen nicht gezeigte Kolbenringe aufgenommen sind. Ebenfalls besitzt der erfindungsgemäße Kolben 1 einen im Kolbenkopf 3 umlaufenden Kühlkanal 7 sowie eine Nabe 8 zur Aufnahme eines nicht gezeigten Kolbenbolzens, über welchen der Kolben 1 mit einem ebenfalls nicht gezeigten Pleuel der Brennkraftmaschine 2 verbunden wird. Des Weiteren vorgesehen ist ein Zulauftrichter 9 zum Zuführen von Kühlöl in den Kühlkanal 7. Erfindungsgemäß besitzt nun dieser Zulauftrichter 9 eine Haltefahne 10, die insbesondere einstückig mit dem Zulauftrichter 9 ausgebildet ist, und über die er stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig am Kolben 1 angebunden ist.
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Die Haltefahne 10 weist dabei vorzugsweise eine komplementär zu dem Bereich des Kolbens 1 ausgebildete Form auf, an welchem die Haltefahne 10 bei montiertem Zulauftrichter 9 anliegt, so dass eine flächige Anlage des Zulauftrichters 9 über seine Haltefahne 10 am Kolben 1 ermöglicht wird. Eine Verbindung der Haltefahne 10 mit dem Kolben 1 kann beispielsweise über ein Verkleben, ein Verschweißen, ein Verlöten oder ein Verschrauben bzw. Vernieten erfolgen.
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Betrachtet man die Haltefahne 10 näher, so kann man erkennen, dass diese eine L-förmige Gestalt aufweist, wobei sich ein unterer L-Schenkel in Umfangsrichtung des Kolbens 1 erstreckt, während sich der vertikale L-Schenkel nahezu parallel zur Kolbenachse erstreckt. Hierdurch kann eine besonders steife und gute Anbindung des Zulauftrichters 9 an den Kolben 1 erreicht werden.
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Betrachtet man die 1 bis 4, so kann man erkennen, dass der Zulauftrichter 9 über seine Haltefahne 10 an einer Innenseite 11 des Kolbenschafts 4 angebunden ist. Alternativ ist selbstverständlich auch vorstellbar, dass die Haltefahne 10 mit der Nabe 8, oder einer nicht gezeigten Kastenwand verbunden ist, wobei in letzterem Fall der Kolben 1 als Kastenkolben ausgebildet ist.
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Im vorliegenden Fall ist der Kühlkanal 7 in allen gezeigten Ausführungsformen als offenen Kühlkanal ausgebildet und besitzt eine Zulauföffnung 12, durch welche der Zulauftrichter 9 hindurchragt. Verschlossen ist der Kühlkanal 7 in Richtung des Kolbenschafts 4 mittels einer Kühlkanalabdeckung 13, in der die Zulauföffnung 12 angeordnet ist. Der Zulauftrichter 9 steht dabei vorzugsweise nicht mit einem Rand der Zulauföffnung 12 in Kontakt, sondern tritt berührungsfrei durch die Zulauföffnung 12 in den Kühlkanal 7 hindurch.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Zulauftrichter 9 eine Umlenkeinrichtung 16 auf, über welche in den Zulauftrichter 9 eingespritztes Kühlöl in Umfangsrichtung des Kühlkanals 7 umgelenkt und dadurch gleichmäßig in diesem verteilt werden kann, wodurch eine gleichmäßige und effiziente Kühlung des Kolbens 1 erreicht werden kann. Zudem kann der Zulauftrichter 9 als geschlitztes Blechformteil ausgebildet sein, wodurch sich dieser nicht nur kostengünstig, sondern auch vollautomatisiert und damit in hoher Qualität herstellen lässt. Die geschlitzte Ausführungsform ist dabei an dem Schlitz 14 des Zulauftrichters 9 zu erkennen.
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Betrachtet man die 1 bis 3 weiter, so kann man erkennen, dass der dort gezeigte Zulauftrichter 9 beispielsweise über zwei Schweißpunkte 15 mit der Innenseite 11 des Kolbenschafts 4 verbunden ist. Alternativ können die gezeigten Kreise selbstverständlich auch Lötpunkte 15' oder Klebepunkte 15" darstellen. Selbstverständlich ist auch eine vollflächige Verlötung bzw. Verklebung der Haltefahne 10 des Zulauftrichters 9 an der Innenseite 11 des Kolbenschafts 4 denkbar. Um eine möglichst stabile Verbindung zwischen der Haltefahne 10 und dem Kolben 1 zu ermöglichen, weist die Haltefahne 10 eine zu dem Bereich des Kolbens 1 komplementäre Form auf, an welchem sie später angebunden wird. Gemäß der 4 weist die Haltefahne 10 beispielsweise eine entsprechend der Innenseite 11 des Kolbenschafts 4 gekrümmte Form auf.
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Rein theoretisch muss der Zulauftrichter 9 auch gar keine eigentliche Trichterform aufweisen, sondern kann auch als Leitblech ausgebildet sein, so dass er keine konische Form besitzen muss, sondern auch als einfaches, schräg stehendes oder gebogenes Rohr bzw. Blech ausgebildet sein kann. Über die erfindungsgemäße Haltefahne 10 ist auch die Anbindung solcher geometrischer Formen vergleichsweise einfach möglich. Durch den erfindungsgemäßen Kolben 1 ist es zudem möglich, auch größere und schwerere Zulauftrichter 9 vorzusehen, da diese nicht mehr wie bislang an der Kühlkanalabdeckung 13 angebunden sind, diese noch nicht einmal mehr berühren, so dass diese dünner und damit leichter ausgebildet werden kann, da sie keine Massenträgheitskräfte des Zulauftrichters 9 mehr aufnehmen muss.
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Betrachtet man die 5, so kann man dort ein Dichtelement 17 erkennen, mittels welchem ein unkontrolliertes Ablaufen von Öl aus dem Kühlkanal 7 über einen zwischen dem Rand der Zulauföffnung 12 und dem Zulauftrichter 9 vorhandenen (Ring-)spalt 18 verhindert werden kann. Das Dichtelement 17 kann den Spalt 18 ganz oder teilweise verschließen. Dies kann durch eine passende geometrische Gestaltung des Zulauftrichters 9, z.B. in Form eines angestauchten, radial nach außen gerichteten Flansches, also einem einstückig mit dem Zulauftrichter 9 ausgebildeten Dichtelement 13 geschehen. Stattdessen kann das Dichtelement 13 auch als zusätzliches Bauteil, z.B. als eine den Zulauftrichter 9 ringförmig umschließende Gummidichtung 19 ausgeführt sein. Ebenso könnte das Dichtelement 13 durch das Aufbringen einer Dichtmasse 20 gebildet werden, die den Ringspalt 18 verschließt oder zumindest verkleinert.
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Generell ist es mit dem erfindungsgemäßen Kolben 1 und dem erfindungsgemäßen Zulauftrichter 9 auch möglich, diesen unabhängig von beispielsweise einem Stoß zweier die Kühlkanalabdeckung 13 bildender Kühlkanalabdeckungsbleche anzubringen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009056922 A1 [0002]
- DE 102011106379 A1 [0003]
- DE 102016200084 A1 [0004]
