DE102019216252A1

DE102019216252A1 - Kolben für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102019216252A1
Application number: DE102019216252.5A
Authority: DE
Inventors: Lucas Bartsch; Rainer Scharp
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2021-04-22
Also published as: WO2021078800A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) mit zumindest einer Ringnut (5), in der ein Kolbenring (6) aufgenommen ist, und mit einer von der Ringnut (5) separaten Zusatznut (15). Der Kolben (1) weist ferner ein Bolzenloch (10) auf, das sich radial in einer Bolzenlochrichtung (11) erstreckt. Eine vereinfachte und kostengünstige Herstellung des Kolbens (1) und/oder eine erhöhte Effizienz im Betrieb des Kolbens (1) mit einem verringerten Verschleiß ergeben sich dadurch, dass die Zusatznut (15) bezüglich einer radialen und quer zur Bolzenlochrichtung (11) verlaufenden Richtung (14) unterschiedliche Ausdehnungen aufweist.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kolbens (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, der zumindest eine Ringnut, in der ein Kolbenring aufgenommen ist, und eine Zusatznut aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kolbens.
Kolben kommen in Brennkraftmaschinen zum Einsatz und sind in einem Zylinder der Brennkraftmaschine hubverstellbar angeordnet. Im Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt eine Bewegung des Kolbens entlang der Hubrichtung, um über eine Pleuelstange beispielsweise auf eine Kurbelwelle eine Drehbewegung zu übertragen. Neben den extremen Bedingungen, für welche derartige Kolben ausgelegt sind, ist es wünschenswert, die Lebensdauer des Kolbens zu erhöhen und/oder die Effizienz der Brennkraftmaschine zu steigern. Zu diesem Zweck werden im Stand der Technik verschiedene Maßnahmen vorgesch lagen.
Aus der WO 2011/060131 A1 ist ein Kolben bekannt, der zwei Ringnuten aufweist. Den Ringnuten folgt über einen oberen Bandabschnitt eine Ausnehmung, um den Verbrauch von Schmiermittel zwischen dem Kolben und dem zugehörigen Zylinder sowie den Kraftstoffverbrauch der zugehörigen Brennkraftmaschine zu reduzieren.
Aus der DE 10 2010 008 260 A1 ist ein Kolben bekannt, der eine Ringnut aufweist. Zudem sind im Kolben Gewichtsreduzierungstaschen als Ausnehmungen eingebracht, um das Gewicht des Kolbens zu reduzieren.
Um ein besseres Schmiermittelmanagement zu erzielen, wird in der EP 1 438 493 B1 vorgeschlagen, den Kolben mit einer ringlosen Öldrainagenut zu versehen, welche zu einem Inneren eines Schafts des Kolbens geschlossen und oberhalb einer Bolzenbohrung des Kolbens angeordnet ist.
Im Betrieb des Kolbens kommt es durch die Verbindung mit der Pleuelstange dazu, dass beim Aufwärts- und Abwärtsbewegen des Kolbens bedingt durch die jeweilige Schrägstellung der Pleuelstange entsprechende Außenseiten oder Schaftflächen des Kolbens an die Zylinderwand gedrückt werden. Hierbei wird diejenige Seite des Kolbens, die bei wirkendem Verbrennungsdruck und somit bei der Abwärtsbewegung des Kolbens durch die Schrägstellung des Pleuels an die Zylinderwand gedrückt wird als die Druckseite des Kolbens und die radial abgewandte Seite als Gegendruckseite des Kolbens bezeichnet. Die Schrägstellung führt hierbei zu einem erhöhten Verschleiß und/oder einer reduzierten Effizienz der Brennkraftmaschine. Aus dem Stand der Technik sind hierbei unterschiedliche Offenbarungen bekannt, um die hierdurch gegebenen Nachteile zu reduzieren.
In der DE 3 523 438 A1 wird beispielsweise vorgeschlagen, auf der Druckseite des Kolbens eine Führungsplatte anzuordnen.
Die DE 10 918 328 A1 schlägt vor, den Kolben auf der Druckseite und auf der Gegendruckseite mit unterschiedlichen Reibeigenschaften herzustellen.
Die DE 19 908 670 A1 , die DE 69 601 833 T2 sowie die DE 3 843 866 A1 und DE 10 2016 201 628 A1 schlagen jeweils eine asymmetrische Ausbildung des Kolbens vor.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Offenbarungen zur Reduzierung der mit dem Auftreten der Druckseite und der Gegendruckseite auftretenden Nachteile erfordern einen hohen Herstellungsaufwand, sodass die Kolben insgesamt teuer in der Herstellung sind. Darüber hinaus unterliegen die aus dem Stand der Technik bekannten Kolben einem hohen Verschleiß.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für einen Kolben der vorstehend genannten Art sowie für ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kolbens verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine einfache und kostengünstige Herstellung und/oder eine erhöhte Lebensdauer des Kolbens auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Kolben zusätzlich zu einer oder mehreren Ringnuten zur Aufnahme von Kolbenringen eine in Umfangsrichtung verlaufende ringlose Nut einzubringen, welche bezüglich einer quer zu einem Bolzenloch des Kolbens verlaufenden Richtung unterschiedliche Ausdehnungen aufweist. Mit der zusätzlichen Nut, nachfolgend auch Zusatznut genannt, werden damit die unterschiedlichen Belastungen in der quer zur Bolzenbohrung verlaufenden Richtung, die üblicherweise einer Druckseite und einer Gegendruckseite des Kolbens entsprechen, berücksichtigt. Insbesondere kann somit durch eine entsprechend größere Ausdehnung der Nut die Reibung auf der weniger belasteten Seite reduziert und auf der mehr belasteten Seite durch eine entsprechend geringere Ausdehnung der Nut mehr Material bereitgestellt werden, sodass ein verbesserter Ausgleich und eine erhöhte Lebensdauer des Kolbens resultieren. Zudem führt die größere Ausdehnung der Nut auf der entsprechenden Seite zu einer Reduzierung der Gesamtmasse des Kolbens, sodass der Kolben und die zugehörige Brennkraftmaschine effizienter betrieben werden können. Ferner führt die größere Ausdehnung der Nut auf der entsprechenden Seite zu einer erhöhten Elastizität auf dieser Seite, sodass der Kolben weniger Reibung erzeugt und/oder sich ändernden Bedingungen, insbesondere Temperaturen, besser anpassen kann. Dies führt wiederum zu einer erhöhten Lebensdauer des Kolbens und/oder einer verbesserten Effizienz.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist der Kolben in einer Axialrichtung einen Kolbenboden mit einer äußeren Stirnseite auf, welche eine Brennmulde aufweisen kann. Der Kolben weist ferner zumindest eine radial äußere Ringnut auf, welche sich in einer Umfangsrichtung erstreckt und in der ein Kolbenring aufgenommen ist. Der Kolben weist ferner ein Bolzenloch, auch Bolzenbohrung genannt, auf, das dem Verbinden des Kolbens mit einer Pleuelstange, üblicherweise über einen Bolzen, der im Bolzenloch aufgenommen ist, dient. Das Bolzenloch ist hierbei axial zur Stirnseite beabstandet und erstreckt sich radial in einer Richtung, die nachfolgend auch als Bolzenlochrichtung bezeichnet wird. Der Kolben weist in einer radialen und quer zur Bolzenlochrichtung verlaufenden Richtung eine erste radial äußere Außenseite oder Schaftfläche und eine zweite radial äußere Außenseite auf, die von der ersten Außenseite radial abgewandt ist. Die radiale und quer zur Bolzenlochrichtung verlaufende Richtung wird nachfolgend auch als Druckrichtung bezeichnet. Der Kolben weist ferner die Zusatznut auf, welche von der zumindest einen Ringnut separat und radial außenseitig des Kolbens angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung erstreckt. Erfindungsgemäß weist die Zusatznut hierbei an der ersten Außenseite des Kolbens eine größere Ausdehnung auf, als an der zweiten Außenseite.
Die vorliegenden Richtungsangaben beziehen sich insbesondere auf die Axialrichtung, d.h. insbesondere die Richtung der Kolbenachse. Die jeweilige radiale Richtung verläuft somit vorzugsweise quer zur Axialrichtung. Die Umfangsrichtung verläuft vorteilhaft um die Axialrichtung.
Die Bolzenlochrichtung entspricht der Erstreckung des Bolzenlochs. Insbesondere entspricht die Bolzenlochrichtung der Achse des Bolzenlochs.
Die unterschiedlichen Ausdehnungen der Zusatznut an der ersten Außenseite und an der zweiten Außenseite führen dazu, dass in einem in Druckrichtung verlaufenden Schnitt durch den Bolzen der Querschnitt der Zusatznut an der ersten Außenseite größer ist als an der zweiten Außenseite. Die Zusatznut ist also insofern asymmetrisch geformt. Der Kolben kann dabei im Übrigen symmetrisch ausgebildet sein, vorzugsweise bezogen auf eine durch Kolbenachse und Bolzenlochachse gebildete Ebene. In anderen Ausführungen weist der Kolben abgesehen von der asymmetrischen Zusatznut noch weitere Asymmetrien auf.
Der jeweilige Kolbenring kann als Dichtungsring und/oder als Ölabstreifring ausgebildet sein.
Die Zusatznut dient zweckmäßig nicht der Aufnahme eines Kolbenrings. D. h. insbesondere, dass die Zusatznut frei von einem Kolbenring ist.
Prinzipiell ist es vorstellbar, dass die Zusatznut radial ins Kolbeninnere teilweise offen ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Zusatznut radial nach innen geschlossen. D. h. insbesondere, dass die Zusatznut einen in Umfangsrichtung verlaufenden und geschlossen ausgebildeten Boden aufweist.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die erste Außenseite eine Gegendruckseite und die zweite Außenseite eine Druckseite des Kolbens ist. Die Druckseite des Kolbens ist hierbei diejenige Seite, die bei mit einer zugehörigen Pleuelstange verbundenem Zustand im Betrieb, d. h. beim Aufwärtsbewegen und Abwärtsbewegen, durch die Schrägstellung des Pleuels beim Abwärtsbewegen im Arbeitstakt durch den hohen Druck der heißen Verbrennungsgase an die Zylinderwand der zugehörigen Brennkraftmaschine gedrückt wird. Die Gegendruckseite ist dementsprechend die in Druckrichtung abgewandte Seite des Kolbens. Somit weist die Zusatznut also auf der Gegendruckseite eine größere Ausdehnung auf als auf der Druckseite des Kolbens. Folglich ist auf der Druckseite des Kolbens mehr Material vorhanden, um der erhöhten Belastung für eine längere Zeit standzuhalten und somit die Lebensdauer des Kolbens erhöht. Gleichzeitig wird auf der weniger belasteten Gegendruckseite mehr Material und Masse entfernt, um den Kolben gewichtsreduziert bereitzustellen und effizienter zu betreiben. Darüber hinaus wird auf diese Weise durch die größere Ausdehnung der Zusatznut auf der Gegendruckseite die elastische Verformbarkeit des Kolbens vergrößert, sodass der Kolben wiederum mit reduzierter Reibung und/oder effizienter betrieben werden kann.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Zusatznut an der ersten Außenseite eine größere axiale Höhe aufweist als an der zweiten Außenseite. Somit lassen sich die vorteilhaften Wirkungen der unterschiedlichen Ausdehnungen der Zusatznut an der ersten Außenseite und an der zweiten Außenseite besonders effektiv und einfach umsetzen. Hierbei ist die Höhe der Zusatznut an der ersten Außenseite beispielsweise zumindest 1,5-fach größer als an der zweiten Außenseite.
Alternativ oder zusätzlich kann die größere Ausdehnung der Zusatznut an der ersten Außenseite durch eine größere radiale Tiefe der Zusatznut im Vergleich zur zweiten Außenseite erreicht werden. Ist die Zusatznut gestuft ausgebildet, so gilt dies insbesondere für eine maximale Tiefe der Zusatznut. Vorzugsweise weist die Zusatznut einen durchgehend geschlossenen Boden auf. Es kann aber auch im Bereich der größeren Tiefe auf der ersten Außenseite ein Durchbruch ins Kolbeninnere vorgesehen sein, der einen Ablauf von Öl ermöglicht und auf der Gegendruckseite die Elastizität des Kolbens erhöht.
Die unterschiedlichen Ausdehnungen der Zusatznut an der ersten Außenseite und an der zweiten Außenseite können insbesondere auch dadurch erreicht sein, dass sich die Zusatznut nicht bis zur zweiten Außenseite erstreckt. D. h., dass die Zusatznut sich in Umfangsrichtung in einem Winkelbereich von weniger als 360° erstreckt und z.B. innerhalb der zweiten Außenseite ausläuft oder vollständig außerhalb der zweiten Außenseite liegt. Die Zusatznut hat dann in der zweiten Außenseite bzw. Teilen der zweiten Außenseite eine Ausdehnung bzw. einen Querschnitt von Null. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Umsetzung der vorteilhaften Effekte und ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Kolbens. Die Zusatznut kann also als ein Ringsegment ausgebildet sein, das sich außerhalb der zweiten Außenseite in Umfangsrichtung erstreckt.
Alternativ kann die Zusatznut aber in der Umfangsrichtung auch mit einem variablem, aber von Null verschiedenem Querschnitt um volle 360° umlaufen.
Ferner ist es möglich, dass die Zusatznut in Umfangsrichtung Unterbrechungen aufweist, insbesondere im Bereich von Bolzenlöchern und von die Bolzenlöcher umgebenden Kastenwänden, die bezogen auf den Zylinderdurchmesser radial nach innen zurückversetzt sind. Die Zusatznut kann z.B. im Bereich der Bolzenlöcher unterbrochen sein und sich auf der zweiten Außenseite mit geringerer Ausdehnung als auf der ersten Außenseite fortsetzen, und damit zwei getrennte Abschnitte aufweisen. Alternativ könnte die Zusatznut auf der zweiten Außenseite aber auch völlig fehlen, also dort eine Ausdehnung von Null aufweisen. Weiterhin ist es möglich, dass sich die Zusatznut auf der zweiten Außenseite fortsetzt, aber dort nicht durchgängig vorhanden ist, sondern von beiden Seiten der zweiten Außenseite zur Mitte hin ausläuft, so dass zusammen mit dem Zusatznutabschnitt auf der ersten Außenseite in dieser Ausführungsform insgesamt drei getrennte Zusatznutabschnitte vorhanden sind.
Die Zusatznut kann prinzipiell axial beliebig am Kolben angeordnet sein.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Zusatznut auf der axial von der Stirnseite abgewandten Seite der zumindest einen Ringnut angeordnet ist. Die Zusatznut folgt also in Axialrichtung der zumindest einen Ringnut. Dies führt dazu, dass die Funktion des in der zumindest einen Ringnut aufgenommenen Kolbenrings durch die Zusatznut nicht oder möglichst geringfügig beeinträchtigt wird. Insbesondere werden somit die mit dem zumindest einen Kolbenring erzielten Dichtwirkungen und/oder Ölabstreifwirkungen durch die Zusatznut nicht oder möglichst gering beeinflusst. Ferner kann der Kolben auf diese Weise in Axialrichtung kompakter ausgebildet werden.
Der Kolben kann prinzipiell eine einzige Ringnut aufweisen.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Kolben zumindest zwei Ringnuten aufweist, welche axial benachbart sind und in denen vorzugsweise jeweils ein Kolbenring aufgenommen ist.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Kolben drei, insbesondere ausschließlich drei, Ringnuten aufweist, sodass die vierte Nut des Kolbens die Zusatznut ist. Dies führt zu einer besonders effektiven Erhöhung der Lebensdauer und/oder einem effizienten Betrieb und/oder Erhöhung der Lebensdauer des Kolbens.
Die Zusatznut kann prinzipiell axial zu der zumindest einen Ringnut einen beliebigen Abstand aufweisen.
Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Zusatznut axial an der nächstbenachbarten Ringnut anschließt. Dies ist insbesondere dadurch erreicht, dass die Zusatznut zumindest an der ersten Außenseite eine gemeinsame und radial abstehende Wandung mit der axial nächstbenachbarten Ringnut aufweist, wobei diese Wandung nachfolgend auch als Zusatznutwandung bezeichnet wird.
Die Zusatznut kann prinzipiell lediglich an der ersten Außenseite und an der zweiten Außenseite unterschiedliche Ausdehnungen und im Übrigen eine konstante oder gleichmäßige Ausdehnung aufweisen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Zusatznut eine Ausdehnung aufweist, welche in Umfangsrichtung ausgehend von der ersten Außenseite in Richtung der zweiten Außenseite abnimmt. Insbesondere kann die Ausdehnung der Zusatznut ausgehend von der ersten Außenseite in Richtung der zweiten Außenseite kontinuierlich abnehmen. Die Zusatznut kann beispielsweise an der ersten Außenseite eine maximale Ausdehnung und an der zweiten Außenseite eine minimale Ausdehnung aufweisen.
Die Zusatznut kann prinzipiell auf eine beliebige Art in den Kolben eingebracht sein.
Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Zusatznut durch ein exzentrisches Drehen in den Kolben eingebracht ist. Somit lässt sich die Zusatznut mit einer in Umfangsrichtung variablen Ausdehnung (Querschnitt) auf einfache, präzise und kostengünstige Weise in den Kolben einbringen. Alternativ ist es vorstellbar, die Zusatznut durch eine ovale Drehbearbeitung in den Kolben einzubringen. Auch dies ermöglicht eine einfache und präzise sowie kostengünstige Herstellung der Zusatznut. Die Zusatznut kann jeweils über den vollen Umfang von 360° geschlossen ausgebildet sein oder zur zweiten Außenseite hin bis auf eine Tiefe von Null auslaufen.
Vorstellbar ist es auch, die Zusatznut in den Kolben zu fräsen. Dies ermöglicht auch andere, durch Drehbearbeitung in der Umfangsrichtung nicht realisierbare Variationen des Nutquerschnitts in Breite und/oder Tiefe.
Es versteht sich hierbei, dass neben dem Kolben auch das Verfahren zum Einbringen der Zusatznut in den Kolben zum Umfang dieser Erfindung gehört.
Dabei kann der Kolben im Übrigen auf bekannte Art hergestellt werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 einen Schnitt durch einen Kolben,
2 eine seitliche, teils geschnittene Ansicht des Kolbens bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
3 eine seitliche, teils geschnittene Ansicht des Kolbens bei einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Ein Kolben 1, wie er beispielsweise in den 1 bis 3 gezeigt ist, weist in einer Axialrichtung 2 außen eine Stirnseite 3 auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist an der Stirnseite 3 des Kolbens 1 eine Brennmulde 4 ausgebildet, welche sich axial in den Kolben 1 hineinerstreckt. Hierbei ist die Brennmulde 4 darstellungsbedingt lediglich in 1 sichtbar. Der Kolben 1 der gezeigten Ausführungsbeispiele weist radial außenseitig zumindest eine Ringnut 5 auf. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind drei solche Ringnuten 5 vorgesehen, welche jeweils radial außenseitig angeordnet sind. Die Ringnuten 5 erstrecken sich jeweils in einer Umfangsrichtung und sind radial nach außen offen. In zumindest einer der Ringnuten 5, vorteilhaft in der jeweiligen Ringnut 5, ist dabei ein Kolbenring 6 aufgenommen, wobei der Kolbenring 6 lediglich in 1 und dort nur symbolisch dargestellt ist. Die Ringnuten 5 sind hierbei in einer Ringpartie 7 des Kolbens angeordnet. Radial zwischen den Ringnuten 5 und der Brennmulde 4 kann, wie insbesondere 1 entnommen werden kann, ein Kühlkanal 8 des Kolbens 1 angeordnet sein, der sich in Umfangsrichtung erstreckt. Der Kühlkanal 8 dient dem Kühlen des Kolbens 1 und kann mit einem entsprechenden Kühlmittel befüllt und/oder im Betrieb versorgt sein.
Auf der axial von der Stirnseite 3 abgewandten Seite der Ringpartie 7 weist der Kolben 1 einen Kolbenschaft 9, auch als Kolbenhemd 9 genannt, auf. Der Kolben 1 weist ferner ein Bolzenloch 10 auf, das axial zur Stirnseite 3 beabstandet ist. Der Kolben 1 ist über das Bolzenloch 10 mit einer zugehörigen, nicht gezeigten Pleuelstange einer zugehörigen, im Übrigen nicht gezeigten Brennkraftmaschine 21, verbunden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Bolzenloch 10 jeweils im Kolbenschaft 9 ausgebildet. Zum Verbinden des Kolbens 1 mit der Pleuelstange nimmt das Bolzenloch 10 einen nicht gezeigten Bolzen auf. Das Bolzenloch 10 erstreckt sich radial und somit quer zur Axialrichtung 2 in einer Richtung 11, welche nachfolgend auch als Bolzenlochrichtung 11 bezeichnet wird. Die Bolzenlochrichtung 11 verläuft parallel zu einer Achse des Bolzenlochs 10, entspricht insbesondere dieser Achse. Der Kolben 1 weist zwei Außenseiten 12, 13 auf, die in einer radialen und quer zur Bolzenlochrichtung 11 verlaufenden Richtung 14, nachfolgend auch Druckrichtung 14 genannt, voneinander abgewandt sind. Mit anderen Worten, der Kolben 1 weist in Druckrichtung 14 eine radial äußere erste Außenseite 12 und eine radial äußere zweite Außenseite 13 auf, welche von der ersten Außenseite 12 radial abgewandt ist.
Der Kolben 1 weist ferner eine radial äußere Zusatznut 15 auf, die somit radial nach außen offen ist. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Zusatznut 15 radial nach innen geschlossen. Dabei weist die Zusatznut 15 an der ersten Außenseite 12 des Kolbens 1 eine größere Ausdehnung auf als an der zweiten Außenseite 13. Mit anderen Worten, in einem Schnitt durch den Kolben 1 in Druckrichtung 14, wie er in 1 gezeigt ist, weist die Zusatznut 15 an der ersten Außenseite 12 einen größeren Querschnitt auf, als an der zweiten Außenseite 13. Hierbei ist in 2 eine Seitenansicht des Kolbens 1 zu sehen, wobei der Kolben 1 im Bereich des Kolbenschafts 9 ebenfalls im Schnitt entlang der Druckrichtung 14 gezeigt ist.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Zusatznut 15 auf der axial von der Stirnseite 3 abgewandten Seite der zumindest einen Ringnut 5 angeordnet. Bei der Zusatznut 15 handelt es sich in den gezeigten Beispielen also um eine vierte Nut 15 des Kolbens 1, die in Umfangsrichtung verläuft und radial nach außen offen ist.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen schließt die Zusatznut 15 an der axial nächstbenachbarten Ringnut 5 unmittelbar an. Insbesondere weisen die Zusatznut 15 und die axial nächstbenachbarte Ringnut 5 zumindest an der ersten Außenseite 12 eine gemeinsame, radial abstehende Wandung 16 auf, die nachfolgend auch als Zusatznutwandung 16 bezeichnet wird.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Zusatznut 15 in Umfangsrichtung zumindest von der ersten Außenseite 12 bis zur zweiten Außenseite 13. Die Zusatznut 15 ist in Umfangsrichtung nicht durchgehend ausgebildet, sondern ist im Bereich der Bolzenlöcher 10 unterbrochen und weist getrennte Abschnitte auf der ersten und zweiten Außenseite 12, 13 auf. Alternativ kann die Zusatznut 15 in Umfangsrichtung aber auch geschlossen ausgebildet sein. Wie 1 entnommen werden kann, ist dabei die größere Ausdehnung der Zusatznut 15 an der ersten Außenseite 12 insbesondere dadurch erreicht, dass die Zusatznut 15 an der ersten Außenseite 12 eine axiale Höhe 17 aufweist, die größer ist als die axiale Höhe 17 der Zusatznut 15 an der zweiten Außenseite 13. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Zusatznut 15 an der ersten Außenseite 12 und an der zweiten Außenseite 13 jeweils im Wesentlichen gleiche, radiale Tiefen 18 auf. Obwohl nicht dargestellt, kann die unterschiedliche Ausdehnung alternativ oder zusätzlich auch durch eine größere Tiefe 18 der Zusatznut 15 an der ersten Außenseite 12 im Vergleich zur zweiten Außenseite 13 realisiert sein.
Im Ausführungsbeispiel der 2 erstreckt sich die Zusatznut 15 in Umfangsrichtung, jedoch nicht bis zur zweiten Außenseite 13. D. h. insbesondere, dass sich die Zusatznut 15 in Umfangsrichtung ringsegmentartig und somit in einem Winkelbereich erstreckt, der außerhalb der zweiten Außenseite 13 liegt. Dementsprechend ist im Ausführungsbeispiel der 2 die Zusatznut 15 auf der zweiten Außenseite 13 gar nicht vorhanden, d.h. sie hat dort eine Ausdehnung von Null. Somit ist die Zusatznut 15 an der ersten Außenseite 12 größer als an der zweiten Außenseite 13 und weist somit eine an der ersten Außenseite 12 eine größere Ausdehnung auf als an der zweiten Außenseite 13.
Das Ausführungsbeispiel der 3 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1, wobei der Kolben 1 im Bereich des Kolbenschafts 9 im Schnitt dargestellt ist. Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 insbesondere durch eine spiegelverkehrte Anordnung der ersten Außenseite 12 und der zweiten Außenseite 13.
Wie den 1 bis 3 entnommen werden kann, kann sich die Zusatznut 15, zumindest an der ersten Außenseite 12 axial derart erstrecken, dass die Zusatznut 15 keinen axialen Abstand zum Bolzenloch 10 aufweist.
Bevorzugt entspricht hierbei die erste Außenseite 12 des Kolbens 1 einer Gegendruckseite 19 und die zweite Außenseite 13 einer Druckseite 20 des Kolbens 1. Die Druckseite 20 ist insbesondere diejenige Seite, die im Betrieb, insbesondere im Arbeitstakt bei wirkendem Verbrennungsdruck, durch die Schrägstellung der Pleuelstange an eine nicht gezeigte Zylinderwand der Brennkraftmaschine 21 gedrückt wird.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen kann sich die Ausdehnung der Zusatznut 15 ausgehend von der ersten Außenseite 12 in Umfangsrichtung in Richtung der zweiten Außenseite 13 verkleinern. Insbesondere kann die Ausdehnung in Umfangsrichtung ausgehend von der ersten Außenseite 12 in Richtung der zweiten Außenseite 13 kontinuierlich abnehmen.
Die Zusatznut 15 kann beispielsweise durch exzentrisches Drehen und/oder ovales Drehen in den Kolben 1 eingebracht sein. Vorstellbar ist es auch, die Zusatznut durch Fräsen in den Kolben 1 einzubringen.
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

WO 2011/060131 A1 [0003]
DE 102010008260 A1 [0004]
EP 1438493 B1 [0005]
DE 3523438 A1 [0007]
DE 10918328 A1 [0008]
DE 19908670 A1 [0009]
DE 69601833 T2 [0009]
DE 3843866 A1 [0009]
DE 102016201628 A1 [0009]

Claims

Kolben (1) für eine Brennkraftmaschine (21), - mit einer in einer Axialrichtung (2) äußeren Stirnseite (3), - mit zumindest einer radial äußeren Ringnut (5), die sich in einer Umfangsrichtung erstreckt und in der ein Kolbenring (6) aufgenommen ist, - mit einem Bolzenloch (10) zum Verbinden des Kolbens (1) mit einer Pleuelstange, das axial zur Stirnseite (3) beabstandet ist, - wobei sich das Bolzenloch (10) radial in einer Bolzenlochrichtung (11) erstreckt, - mit einer von der zumindest einen Ringnut (5) separaten und radial äußeren Zusatznut (15), die sich in Umfangsrichtung erstreckt, - wobei der Kolben (1) in einer radialen und quer zur Bolzenlochrichtung (11) verlaufenden Druckrichtung (14) eine erste radial äußere Außenseite (12) und eine zweite radial äußere Außenseite (13) aufweist, die von der ersten Außenseite (12) radial abgewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) an der ersten Außenseite (12) eine größere Ausdehnung aufweist als an der zweiten Außenseite (13).
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Außenseite (12) eine Gegendruckseite (19) und die zweite Außenseite (13) eine Druckseite (20) des Kolbens (1) ist.
Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) an der ersten Außenseite (12) eine größere axiale Höhe (17) aufweist als an der zweiten Außenseite (13).
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) an der ersten Außenseite (12) eine größere radiale Tiefe (18) aufweist als an der zweiten Außenseite (13).
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) in Umfangsrichtung um 360° umläuft.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) sich in Umfangsrichtung in einem Winkelbereich kleiner als 360° erstreckt.
Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) sich in Umfangsrichtung in einem Winkelbereich erstreckt, der außerhalb der zweiten Außenseite (13) liegt.
Kolben nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) in Umfangsrichtung mindestens eine Unterbrechung aufweist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) auf der axial von der Stirnseite (3) abgewandten Seite der zumindest einen Ringnut (5) angeordnet ist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatznut (15) zumindest an der ersten Außenseite (12) eine gemeinsame und radial abstehende Zusatznutwandung (16) mit der axial nächstbenachbarten Ringnut (5) aufweist.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) zumindest zwei Ringnuten (5), bevorzugt drei Ringnuten (5) aufweist, die axial benachbart sind.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Zusatznut (15) in Umfangsrichtung ausgehend von der ersten Außenseite (12) in Richtung der zweiten Außenseite (13) abnimmt.
Verfahren zum Herstellen eines Kolbens (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Zusatznut (15) durch exzentrische Drehbearbeitung und/oder durch ovale Drehbearbeitung in den Kolben (1) eingebracht wird.