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Die Erfindung betrifft einen Kolben, der zwei gegenüberliegende Bolzenbohrungen aufweist, in die ein Bolzen einsetzbar ist, der mittels Sicherungsringen in Sicherungsnuten der Bolzenbohrungen axial festlegbar ist, um den Kolben in an sich bekannter Weise mit einem Pleuel zu verbinden, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Ein derartiger Kolben ist in der
DE 101 45 589 A1 beschrieben. Um die Schmierung des Bolzens in den beiden Bolzenbohrungen zu gewährleisten, sind schon einfache oder doppelte Formbohrungen, die die Bolzenbohrung realisieren, bekannt geworden.
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Außerdem sind Öltaschen, umlaufende Nuten beziehungsweise Rillen bekannt, die Öl aus dem Innenbereich des Kolbens aufnehmen und somit die Schmierung des Bolzens in den Bolzenbohrungen bewirken. Gleiches gilt für Ovalitäten in der Formbohrung, zum Beispiel horizontal, vertikal, doppelt und/oder dreifach oder dergleichen. In allen Fällen wird ein Freiraum zwischen der Oberfläche des Bolzens und der korrespondierenden Oberfläche der Bolzenbohrung geschaffen, in dem sich Öl zwecks Schmierung sammeln kann.
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Alternativ dazu ist es auch bekannt, die Oberfläche der Bolzenbohrung und/oder die Oberfläche des Bolzens zu beschichten (zum Beispiel mittels einer DLC-Beschichtung) sowie Buchsen in die Bolzenbohrung einzusetzen, um das Gleitverhalten des Kurbeltriebes zu verbessern.
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Die Versorgung der Gleitpaarung Bolzen - Bolzenbohrung mit Öl zwecks Schmierung ist nicht nur während des gesamten Betriebes des Kolbens in der Brennkraftmaschine in allen Betriebszuständen erforderlich, sondern besonders wichtig für den Motorbetrieb „Downspeeding“. „Downspeeding“ bedeutet das Fahren bei ganz niedrigen Drehzahlen, um Kraftstoff zu sparen. Fahren zum Beispiel im Stadtverkehr mit 50 km/h im fünften Gang ist bei „Downspeeding“-PKWs die Regel. Früher führte die hohe Gangstufe stets zum Abwürgen beziehungsweise starken Stottern des Motors. Bei modernen Brennkraftmaschinen ist in diesem Betriebspunkt das Verhältnis der Drehzahl zu dem Lade-/Betriebsdruck so ungünstig, dass eine Entlastung des Kurbeltriebes nicht stattfindet. Ohne eine solche Entlastung des Kurbeltriebes ist jedoch eine Ölversorgung nicht mehr gewährleistet. In diesem Motorbetriebspunkt kommt es zu einem Mangel der Schmierung der Gleitpaarung von Kolben und Kolbenbohrung, so dass die Schmierung nicht mehr ausreichend funktioniert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für eine Brennkraftmaschine dahingehend zu verbessern, dass er auch im Motorbetriebspunkt „Downspeeding“ zuverlässig arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass im Bereich der Oberfläche zumindest einer Bolzenbohrung, vorzugsweise beider Bolzenbohrungen, eine Nut zur Schmierung der Gleitpaarung, bestehend aus Bolzenbohrung und Bolzen, eingebracht ist. Die Nut kann Öl aufnehmen beziehungsweise ihr wird gezielt Öl hinzu geführt, so dass eine bessere Ölversorgung der Kolben-Kolbenbolzen-Paarung in dem Motorbetriebspunkt „Downspeeding“ gewährleistet ist.
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Die Lage der Nut kann an beliebiger Stelle über die 360° des Umfangs der Bolzenbohrung eingearbeitet sein. Vorzugsweise ist eine Platzierung der Nut im oberen, dem Kolbenkopf zugewandten Scheitel der Bolzenbohrung vorgesehen.
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Die Tiefe der Nut ist abhängig von den Einsatzbedingungen des Kolbens. Die Tiefe der Nut beträgt 0,01 mm bis 1 mm, vorzugsweise jedoch zwischen 0,05 mm und 0,5 mm. Abhängig von der gewählten Tiefe ist auch die Breite der Nut zu wählen, die in Abhängigkeit der Tiefe variieren kann. „mm“ bedeutet Millimeter.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Querschnitt der Nut dem Segment eines Kreises und der Bolzenbohrung entspricht, wobei der Radius des Kreises erheblich kleiner als der Radius der Bolzenbohrung ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird darauf hingewiesen, dass die Ausrichtung der Nut parallel zu der Achse der Bolzenbohrung gewählt, insbesondere im oberen Scheitelpunkt der Bolzenbohrung (in Richtung zum Brennraum gesehen) angeordnet ist. Alternativ dazu kann die Ausrichtung der Nut aber auch unter einem Winkel in Bezug auf die Achse der Bolzenbohrung ausgeführt sein.
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Die Ausprägung, dass heisst die Position, die Länge und/oder die Breite der Nut kann abhängig von den Einsatzbedingungen des Kolbens im Brennraum der Brennkraftmaschine variieren. Vorzugsweise erstreckt sich die Länge der Nut über die gesamte Auflagefläche des Bolzens in der Bolzenbohrung, wobei sie auch die Sicherungsnut für den Sicherungsring des Bolzens einschließen kann. Davon abweichend kann die Nut auch voll gekammert sein (dass heisst ohne Öffnungszugang aus beiden Endbereichen der Bolzenbohrung) oder jeweils zu einer Seite (inneres Ende, äußeres Ende der Bolzenbohrung) geöffnet ausgeführt sein.
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Um die gewünschte Ölversorgung der Nut zu gewährleisten, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Nut mit einer oder mehreren Verbindungsöffnungen, insbesondere Bohrungen, versehen ist. Die Verbindungsöffnungen können mit einem Kühlkanal des Kolbens und/oder mit dem Innenbereich des Kolbens in Verbindung stehen. Das bedeutet, dass das in dem Kühlkanal sich befindende Öl und/oder das in dem Innenbereich des Kolbens vorhandene Öl genutzt wird, um es zur Nut zu führen.
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Mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen wird die vorzugsweise schmale im Umfang der Bolzenbohrung angeordnete Nut mit Öl versorgt. Die Ölversorgung kann durch die zumindest eine Verbindungsöffnung weiter gesteigert werden, so dass für den Motorbetrieb „Downspeeding“ eine ausreichende Ölversorgung ermöglicht wird. Durch die bessere, dass heißt gesteigerte Ölversorgung kann die Kolben-Kolbenbolzen-Paarung mit höheren Flächenpressungen betrieben werden, ohne dass zum Beispiel der Einsatz eines kostenintensiven Bolzen, der mittels DLC beschichtet ist, erforderlich ist.
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Die Nut in der Oberfläche der Bolzenbohrung kann mit einem spanabhebenden (zum Beispiel Drehen, Fräsen, Stoßen, Räumen oder dergleichen) und/oder einem elektrochemischen Prozess (zum Beispiel ECM) in die Oberfläche der Bolzenbohrung eingebracht werden.
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Die erfindungsgemäße Nut kommt für Kolben, insbesondere für Stahlkolben oder Kolben bestehend aus einem Leichtbauwerkstoff (zum Beispiel einer Aluminiumlegierung) zur Anwendung.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich selbstverständlich auch mit einem Gesamtsystem (Gesamtanordnung) für den Einsatz in einer Brennkraftmaschine, wobei das Gesamtsystem aus einem Kolben und einem Bolzen (Kolbenbolzen) bestehet, wobei der Kolben zwei gegenüberliegende Bolzenbohrungen aufweist, in die der Bolzen zur Verbindung des Kolbens mit einem Pleuel einsetzbar ist, wobei der Bolzen mittels Sicherungsringen in Sicherungsnuten der Bolzenbohrungen axial festlegbar ist, um den Kolben in an sich bekannter Weise mit dem Pleuel zu verbinden, wobei in die Oberfläche zumindest einer Bolzenbohrung, vorzugsweise beider Bolzenbohrungen, eine Nut zur Schmierung der Gleitpaarung, bestehend aus Bolzenbohrung(en) und Bolzen eingebracht ist
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt.
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Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht auf die Unterseite eines Kolbens mit eingearbeiteten Nuten,
- 2: einen Teilschnitt durch eine Bolzenbohrung mit Nut und Verbindungsöffnung,
- 3: einen Teilschnitt durch ein Kolbenoberteil mit Teilschnitt durch die Bolzenbohrung,
- 4: einen Blick in eine Bolzenbohrung mit einer eingearbeiteten Nut,
- 5: eine Ansicht wie 4 mit modifizierter Nut,
- 6 und 7: Ansichten entsprechend den 4 und 5 mit weiter modifizierten Nuten,
- 8: eine perspektivische Ansicht auf die Unterseite eines Kolbens mit Bolzenbohrung und eingearbeiteten Nuten, ähnlich 1,
- 9: einen Teilschnitt durch eine Bolzenbohrung, ähnlich 2,
- 10: einen Schnitt durch ein Kolbenoberteil mit Teilschnitt durch die Bolzenbohrung, ähnlich 3,
- 11: eine skizzierte Ansicht einer Bolzenbohrung mit Segment-Querschnitt der Nut und
- 12: eine perspektivische Ansicht eines Kolbenunterteils mit skizzierter Ansicht ähnlich 11.
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In den 1 bis 12 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit der Bezugsziffer 1 ein Kolben bezeichnet, der zwei gegenüberliegende Bolzenbohrungen 2 und 3 aufweist, in die ein nicht dargestellter Bolzen eingesetzt (eingefügt) werden kann. In den Bolzenbohrungen 2 und 3 sind Sicherungsnuten 4 eingearbeitet, in die nicht dargestellte Sicherungsringe eingesetzt werden können. In die Wände der Bolzenbohrungen 2 und 3 sind Nuten 5 und 6 eingearbeitet, die gemäß 1 beidseitig gekammert ausgeführt sind. „Gekammert“ bedeutet, dass die Nuten 5 und 6 im Bereich der Bolzenbohrungen 2 und 3 beginnen und enden. Die Nuten 5 und 6 können aber auch in den Bolzenbohrungen 2 oder 3 einseitig gekammert und auf der anderen Seite durchgehend ausgeführt sein, wie dies in den 4 und 5 dargestellt ist. Die Nuten 5 oder 6 können bis zum Sicherungsring 4 reichen oder über diesen hinausgehend in die Bolzenbohrung 2 oder 3 eingearbeitet sein, siehe 6 und 7.
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Wie den 1 bis 5, 7, 9 und 10 zu entnehmen ist, schließen sich am Grund der Nuten 5 oder 6 Verbindungsöffnungen 8 an, die mit ölführenden Räumen 9 oder 10 verbunden sind.
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Die Pfeile in den 9 und 10 weisen darauf hin, dass die Verbindungsöffnungen 8 entlang des Grundes der Nuten 5 und 6 an unterschiedlichen Stellen angeordnet sein können, um einen optimalen Ölzufluss sicherzustellen.
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Die Darstellungen gemäß den 11 und 12 zeigen zum Einen eine Bolzenbohrung 2 oder 3, in der je eine Nut eingearbeitet ist, die im Querschnitt gesehen segmentartig ausgeführt ist, wobei das Segment durch Kreise 7 und die Bolzenbohrungen 2 und 3 gebildet ist, wobei die Kreise 7 kleiner als die Bolzenbohrungen 2, 3 sind. Pfeile in 12 weisen darauf hin, dass die Nuten 5 oder 6 an beliebigen Umfangsstellen der Bolzenbohrungen 2 oder 3 eingearbeitet sein können.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegenden Erfindung somit ein Gesamtsystem (Anordnung), bestehend aus einem Kolben 1, aufweisend zwei gegenüberliegende Bolzenbohrungen 2, 3, in die ein Bolzen zur Verbindung des Kolbens 1 mit einem Pleuel einsetzbar ist, wobei der Bolzen mittels Sicherungsringen in Sicherungsnuten 4 der Bolzenbohrungen 2 und 3 axial festlegbar ist, um den Kolben 1 in an sich bekannter Weise mit einem Pleuel zu verbinden, wobei in die Oberfläche zumindest einer Bolzenbohrung 2 oder 3, vorzugsweise beider Bolzenbohrungen 2 und 3 eine Nut 5, 6 zur Schmierung der Gleitpaarung, bestehend aus Bolzenbohrungen 2, 3 und Bolzen eingebracht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kolben
- 2, 3
- Bolzenbohrungen
- 4
- Sicherungsnut
- 5, 6
- Nuten
- 7
- Kreis
- 8
- Verbindungsöffnung
- 9, 10
- ölführende Räume
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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