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Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Kolben für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
EP 0 373 516 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Kolben weist ein Ringfeld auf, welches mehrere, in axialer Richtung des Kolbens aufeinanderfolgende Kolbenringnuten aufweist. Von den Kolbenringnuten ist die in axialer Richtung des Kolbens unterste Kolbenringnut zur Aufnahme eines Ölabstreifrings ausgebildet, mittels welchem Öl von einer auch als Liner bezeichneten Zylinderwand der Hubkolbenmaschine abgestreift werden kann.
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Der Kolben weist außerdem eine Bolzennabe auf, welche eine sich in axialer Richtung des Kolbens nach unten an die unterste Kolbenringnut anschließende Aufnahme aufweist. In der Aufnahme ist ein Kolbenbolzen zumindest teilweise aufnehmbar. Über den Kolbenbolzen kann der Kolben gelenkig mit einem Pleuel der Hubkolbenmaschine verbunden werden, wodurch der Kolben gelenkig mit einer insbesondere als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Hubkolbenmaschine gelenkig gekoppelt werden kann. Die Aufnahme endet dabei in radialer Richtung des Kolbens auf in radialer Richtung des Kolbens an einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens. Eine der Seiten wird üblicherweise als Lüfterseite bezeichnet, wobei die andere Seite üblicherweise als Getriebeseite bezeichnet wird. Des Weiteren offenbart die
DE 195 41 016 A1 eine Ölabstreifeinrichtung für Kolben von Kraft- und Arbeitsmaschinen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine zu schaffen, sodass der Ölverbrauch der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Kolben der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Ölverbrauch der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf der jeweiligen Seite, auf welcher die Aufnahme in radialer Richtung des Kolbens jeweils endet, ein in axialer Richtung des Kolbens nach unten auf die Aufnahme folgendes und die Aufnahme in radialer Richtung des Kolbens nach außen hin überragendes Abstreifsegment angeordnet ist, mittels welchem das Öl von der auch als Liner bezeichneten Zylinderwand abgestreift werden kann.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Üblicherweise vollführt der Kolben während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine eine Abwärtsbewegung, in deren Rahmen sich der Kolben aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt. Bei dieser Abwärtsbewegung hat der Ölabstreifring die Funktion, das auf der auch als Liner, Laufbahn oder Zylinderlaufbahn bezeichneten Zylinderwand befindliche Öl von der Zylinderwand abzustreifen und eine Ölleckage, das heißt einen übermäßigen Ölstrom in Richtung des Ringfelds und insbesondere in Richtung eines Brennraums der beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine zu verhindern. Aufgrund der Ringreibung zur Zylinderlaufbahn und aufgrund von Massenkräften liegt der einfach auch als Ölring bezeichnete Ölabstreifring über einen Weitenbereich der Abwärtsbewegung des Kolbens an einer in axialer Richtung des Kolbens oberen Nutflanke der untersten Kolbenringnut an, wodurch sich zwischen dem Ölabstreifring und einer der oberen Nutflanke gegenüberliegenden und auch als Unterkante oder Nutunterkante bezeichneten unteren Nutflanke der untersten Kolbenringnut ein Spalt bildet. Dieser Spalt ist beispielsweise zumindest annähernd so groß wie ein axiales Ringspiel des Ölabstreifrings, dessen axiales Ringspiel typischerweise zirka 30 bis 50 Mikrometer beträgt. In diesen Spalt wird das abgestreifte Öl hineingefördert, was dazu führt, dass eine große Menge des Öls in die unterste Kolbenringnut und insbesondere in deren Nutgrund gelangen kann, von wo das Öl weiter in Richtung des Ringfelds gelangen kann.
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Bei aktivierten beziehungsweise angeschalteten Ölspritzdüsen muss bei einem herkömmlichen Kolben besonders auf der jeweiligen Seite des Kolbens eine besonders große Menge des Öls mittels des Ölabstreifrings abgestreift werden, da üblicherweise auf der jeweiligen Seite kein Kolbenhemd und auch kein weiteres, zum Abstreifen des Öls von der Zylinderwand vorgesehenes Abstreifsegment in axialer Richtung unterhalb der Aufnahme und insbesondere unterhalb des Ölabstreifrings angeordnet ist. In Umfangsrichtung des Kolbens sind zwischen den Seiten, von denen eine Seite beispielsweise als Lüfterseite und die andere Seite als Getriebeseite bezeichnet wird, eine Druckseite und eine Gegendruckseite angeordnet, welche in radialer Richtung des Kolbens einander gegenüberliegen. Auf der Druck- und Gegendruckseite befindet sich üblicherweise ein Kolbenhemd, welches jeweils in axialer Richtung des Kolbens nach unten hin an die unterste Kolbenringnut anschließt und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens bereits Öl von der Zylinderwand abstreift und dabei bezogen auf die Abwärtsbewegung dem Ölabstreifring vorweggeht. Somit wird beispielsweise der Ölabstreifring auf der Druck- und Gegendruckseite durch das jeweils dort angeordnete Kolbenhemd beim Abstreifen des Öls von der Zylinderwand unterstützt. Diese Unterstützung findet auf der Lüfter- und Getriebeseite nicht statt, da dort das Kolbenhemd nicht angeordnet ist. Üblicherweise muss auf den Seiten dadurch, dass die Seiten frei von dem Kolbenhemd sind, das Öl einzig und allein mittels des Ölabstreifrings von der Zylinderwand abgestreift werden.
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Erfindungsgemäß ist nun jedoch auf der jeweiligen Seite das Abstreifsegment vorgesehen, welches dadurch, dass das Abstreifsegment in axialer Richtung des Kolbens nach unten hin auf die Aufnahme und somit auf die unterste Kolbenringnut beziehungsweise den Abstreifring folgt, bei der Abwärtsbewegung dem Ölabstreifring vorweggeht. Somit kann auf der jeweiligen Seite das dort angeordnete Abstreifsegment den Ölabstreifring bei der Abwärtsbewegung beim Abstreifen des Öls von der Zylinderwand unterstützen. Dadurch kann ein übermäßiger Ölstrom in Richtung des Ringsegments und in Richtung des Brennraums auch auf der jeweiligen Seite vermieden werden, wodurch der Ölverbrauch der beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden kann.
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Grundsätzlich ist es denkbar, eine gegenüber 1 oder gegenüber 2 höhere Anzahl an Ölabstreifringen zu verbauten. Dies würde jedoch zu übermäßig hohen Reibverlusten des Ringpakets führen, da der oder die zusätzlichen Ölabstreifringe mit hohen Vorspannkräften eingebaut werden müssten. Diese Probleme und Nachteile können durch die Erfindung vermieden werden.
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Vorzugsweise ist das Abstreifsegment ein Kolbenringsegment unterhalb der untersten Kolbenringnut und unterhalb der Aufnahme auf der jeweiligen Seite und vorzugsweise ohne direkten Kontakt zur Zylinderlaufbahn, sodass es beispielsweise vorgesehen ist, dass das Abstreifsegment in Einbaulage des Kolbens in radialer Richtung des Kolbens nach innen hin von der Zylinderwand beabstandet ist und somit keinen Kontakt zu der Zylinderwand aufweist. Dadurch können übermäßige Reibungsverluste vermieden werden.
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Die auf den Seiten angeordneten Abstreifsegmente können insbesondere dann, wenn eine größere Menge an Öl auf der Zylinderwand ist, zumindest ein Teil des Öls von der Zylinderwand abstreifen, wenn der Kolben seine Abwärtsbewegung vollführt. In der Folge gelangt eine nur geringe Menge des Öls zu dem Ölabstreifring, zu dem Nutgrund und weiter in das Ringfeld. Hierdurch kann der Ölverbrauch der Hubkolbenmaschine im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert werden und/oder der Ölabstreifring kann mit einer nur geringen Ringvorspannung montiert sein, wodurch die Reibleistung der Hubkolbenmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann. Außerdem kann ein besonders emissionsarmer Betrieb der Hubkolbenmaschine realisiert werden, da beispielsweise durch im Brennraum aufgenommenes Öl verursachte Partikel vermieden oder zumindest besonders gering gehalten werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs;
- 2 eine weitere schematische Perspektivansicht des Kolbens; und
- 3 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des in einem Zylinder der Hubkolbenmaschine angeordneten Kolbens.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Kolben für eine vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Hubkolbenmaschine und somit den Kolben 10 umfasst und mittels der Hubkolbenmaschine antreibbar ist. Die Hubkolbenmaschine weist wenigstens einen in 3 teilweise erkennbaren Zylinder 12 auf, in welchem der Kolben 10 translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Der Zylinder 12 ist durch eine auch als Liner, Laufbahn oder Zylinderlaufbahn bezeichnete Zylinderwand 14 begrenzt, welcher beispielsweise durch ein Gehäuseelement 16 der Hubkolbenmaschine gebildet ist. Das Gehäuseelement 16 ist beispielsweise ein Kurbelgehäuse, insbesondere ein Zylinderkurbelgehäuse.
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Besonders gut in Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass der Kolben 10 einen Kolbenboden 18 mit einer auch als Verbrennungsmulde bezeichneten Kolbenmulde 20 und ein Ringfeld 22 aufweist, welches mehrere und vorliegend genau drei in axialer Richtung des Kolbens 10 aufeinanderfolgende, auch als Nuten oder Ringnuten bezeichnete Kolbenringnuten 24, 26 und 28 umfasst. Die jeweilige Ringnut läuft in Umfangsrichtung des Kolbens 10 vollständig umlaufend und somit unterbrechungsfrei um. Die in axialer Richtung des Kolbens 10 unterste Kolbenringnut 28 wird auch als Abstreifnut bezeichnet, da in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine in der untersten Kolbenringnut 28 ein als Ölabstreifring 30 ausgebildeter beziehungsweise fungierender Kolbenring aufgenommen ist.
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Während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine vollführt der Kolben 10 eine Abwärtsbewegung, in deren Rahmen der Kolben 10 sich in axialer Richtung des Kolbens 10 und des Zylinders 12 nach unten bewegt. Darunter ist zu verstehen, dass sich der Kolben 10 aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt. Dem Ölabstreifring 30 kommt die Aufgabe beziehungsweise Funktion zu, bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 10 in 3 besonders schematisch gezeigtes Öl 32, welches sich an der Zylinderwand 14 befindet, abzustreifen. Dabei ist aus 3 erkennbar, dass die Zylinderwand 14 beziehungsweise die Zylinder 12 und der Kolben 10 einen Brennraum 34 der Hubkolbenmaschine begrenzen.
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Der Kolben 10 weist auch eine Bolzennabe 36 auf, welche eine auch als Bohrung oder Bolzenbohrung bezeichnete Aufnahme 38 aufweist beziehungsweise begrenzt. Aus 2 ist erkennbar, dass die Bolzennabe 36 zwei in radialer Richtung des Kolbens 10 voneinander beabstandete Nabenteile 40 und 42 aufweist, welche jeweilige Teile 44 und 46 der Aufnahme 38 begrenzen. Der jeweilige Teil 44 beziehungsweise 46 sind als Durchgangsöffnungen ausgebildet, welche in radialer Richtung des Kolbens 10 den jeweiligen Nabenteil 40 beziehungsweise 42 vollständig durchdringt. Dabei sind die Teile 44 und 46 wie auch die Nabenteile 40 und 42 in radialer Richtung des Kolbens 10 voneinander beabstandet.
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Die Aufnahme 38 endet in radialer Richtung des Kolbens 10 nach außen hin auf jeweiligen, in radialer Richtung des Kolbens 10 einander gegenüberliegenden Seiten S1 und S2 des Kolbens 10. Eine der Seiten S1 und S2 wird auch als Lüfterseite bezeichnet, wobei die jeweils andere Seite S2 beziehungsweise S1 auch als Getriebeseite bezeichnet wird. In Umfangsrichtung des Kolbens 10 sind zwischen den Seiten S1 und S2 jeweilige weitere Seiten S3 und S4 des Kolbens 10 angeordnet, wobei eine der Seiten S3 und S4 als Druckseite und die jeweils andere Seite S3 beziehungsweise S4 als Gegendruckseite des Kolbens 10 bezeichnet wird. Auf den Seiten S3 und S4 ist ein Kolbenhemd 48 des Kolbens 10 angeordnet, wobei das Kolbenhemd 48 in axialer Richtung des Kolbens 10 nach unten auf das Ringfeld 22 folgt. Die radiale Richtung des Kolbens 10 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 50 veranschaulicht, während in 1 die axiale Richtung des Kolbens 10 durch einen Doppelpfeil 52 veranschaulicht ist.
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Wie außerdem aus 1 und 2 erkennbar ist, sind die Seiten S1 und S2 frei von dem Kolbenhemd 48, sodass das Kolbenhemd 48 nicht auf den Seiten S1 und S2 angeordnet ist. Während somit das Kolbenhemd 48 auf den Seiten S3 und S4 den Ölabstreifring 30 beim während der Abwärtsbewegung des Kolbens 10 stattfindenden Abstreifen des Öls 32 von der Zylinderwand 14 unterstützen kann, kann eine solche Unterstützung des Ölabstreifrings 30 durch das Kolbenhemd 48 auf den Seiten S1 und S2 nicht erfolgen. Insbesondere ist aus 1 und 2 erkennbar, dass die Aufnahme 38 auf der jeweiligen Seite S1 beziehungsweise S2 in radialer Richtung des Kolbens nach außen hin in einer jeweiligen, gedachten Ebene E endet, welche beispielsweise senkrecht zur radialen Richtung des Kolbens 10 verläuft.
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Um nun den Ölverbrauch der Hubkolbenmaschine besonders gering halten zu können, ist auf der jeweiligen Seite S1 beziehungsweise S2 ein in axialer Richtung des Kolbens 10 nach unten auf die Aufnahme 38 folgendes und die Aufnahme 38 beziehungsweise die jeweilige Ebene E in radialer Richtung des Kolbens 10 nach außen hin überragendes Abstreifsegment 54 angeordnet, mittels welchem bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 10 zumindest ein Teil des sich an der Zylinderwand 14 befindenden Öls 32 von der Zylinderwand 14 abstreifbar ist beziehungsweise abgestreift wird, insbesondere bevor der Ölabstreifring 30 das Öl 32 abstreift. Der zuvor genannte Teil des Öls, der bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 10 mittels des jeweiligen Abstreifsegments 54 von der Zylinderwand 14 abgestreift wird, ist in 3 erkennbar und dort mit 56 bezeichnet. Das Abstreifsegment 54 ist dabei ein kontaktloses Abstreifsegment, da es in in 3 gezeigter Einbaulage des Kolbens 10 in radialer Richtung des Kolbens 10 nach innen hin von der Zylinderwand 14 beabstandet ist und somit die Zylinderwand 14 nicht berührt.
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Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass das jeweilige Abstreifsegment 54 als ein Ringsegment ausgebildet ist. Die Abstreifsegmente 54 können separat voneinander oder einstückig miteinander ausgebildet sein. Der Kolbenboden 18, das Ringfeld 22 und die Bolzennabe 36 sind durch einen einstückigen Grundkörper 58 des Kolbens 10 gebildet und somit einstückig miteinander ausgebildet. Dabei kann das jeweilige Abstreifsegment 54 separat von dem Grundkörper 58 ausgebildet und an dem Grundkörper 58 gehalten sein. Beispielsweise ist das jeweilige, insbesondere als Ringsegment ausgebildete Abstreifsegment 54 an dem Grundkörper 58, insbesondere an dem Kolbenhemd 48, eingespannt, wobei auch das Kolbenhemd 48 durch den Grundkörper 58 gebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das jeweilige Abstreifsegment 54 einstückig mit dem Grundkörper 58 ausgebildet ist. Eine Vorspannung des jeweiligen Abstreifsegments 54 zu der Zylinderwand 14 unterbleibt. Das jeweilige Abstreifsegment 54 erstreckt sich beispielsweise in Umfangsrichtung des Kolbens 10 um 90 Grad bis 150 Grad, insbesondere je nach Form des Kolbens 10. Ein in radialer Richtung des Kolbens 10 verlaufender Abstand zwischen dem jeweiligen Abstreifsegment 54 und der Zylinderwand 14 beträgt beispielsweise mindestens, höchstens oder genau 50 Mikrometer. Während somit auf der Druck- und Gegendruckseite das Kolbenhemd 48 als Ölabstreifer unterhalb des Ölabstreifrings 30 fungiert, kann diese Funktion auf der Lüfter- und Getriebeseite von dem jeweiligen Abstreifsegment 54 übernommen werden. Dadurch kann ein übermäßiger Ölstrom zu dem Ringfeld 22 und weiter in den Brennraum 34 vermieden werden, sodass der Ölverbrauch der Hubkolbenmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
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Eine in radialer Richtung und dabei zwischen den Seiten S1 und S2 erfolgende Sekundärbewegung des Kolbens 10 ist vernachlässigbar, sodass die Abstreifsegmente 54 besonders vorteilhaft auf den Seiten S1 und S2 angeordnet sein können. Des Weiteren ist es bei dem Kolben 10 vorgesehen, dass in radialer Richtung des Kolbens 10 zwischen der untersten Kolbenringnut 28 und dem jeweiligen Abstreifsegment 54 keine weitere Ringnut zur Aufnahme eines Kolbenrings und kein weiterer Kolbenring angeordnet sind, sodass der Kolben 10 in seiner axialen Richtung zwischen der untersten Kolbenringnut 28 und dem jeweiligen Abstreifsegment 54 frei von einer Ringnut zum Aufnehmen eines Kolbenrings ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kolben
- 12
- Zylinder
- 14
- Zylinderwand
- 16
- Gehäuseelement
- 18
- Kolbenboden
- 20
- Kolbenmulde
- 22
- Ringfeld
- 24
- Kolbenringnut
- 26
- Kolbenringnut
- 28
- Kolbenringnut
- 30
- Ölabstreifring
- 32
- Öl
- 34
- Brennraum
- 36
- Bolzennabe
- 38
- Aufnahme
- 40
- Nabenteil
- 42
- Nabenteil
- 44
- Teil
- 46
- Teil
- 48
- Kolbenhemd
- 50
- Doppelpfeil
- 52
- Doppelpfeil
- 54
- Abstreifsegment
- 56
- Teil
- 58
- Grundkörper
- E
- Ebene
- S1
- Seite
- S2
- Seite
- S3
- Seite
- S4
- Seite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0373516 A1 [0002]
- DE 19541016 A1 [0003]
