DE102019219614A1

DE102019219614A1 - Pistons for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102019219614A1
Application number: DE102019219614.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Leitl
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) für eine Brennkraftmaschine, der eine Brennmulde (6) und eine Ringpartie (8) sowie einen zwischen der Brennmulde (6) und der Ringpartie (8) angeordneten Kühlkanal (12) aufweist. Eine vereinfachte und kostengünstige Herstellung sowie eine effektivere Kühlung des Kolbens (1) ergeben sich dadurch, dass im Kühlkanal (12) ein Leitelement (2) angeordnet ist, das mit einem Oberteil (17) und einem Unterteil (18) am Kolben (1) angebracht ist, und das ein Mittelteil (19) aufweist, das sich durch den Kühlkanal (12) hindurcherstreckt, wobei das Oberteil (17) und das Unterteil (18) jeweils zumindest eine Aussparung (24, 26) aufweisen.Die Erfindung betrifft des Weiteren ein solches Leitelement (2).The present invention relates to a piston (1) for an internal combustion engine which has a combustion bowl (6) and a ring belt (8) as well as a cooling channel (12) arranged between the combustion bowl (6) and the ring belt (8). Simplified and inexpensive manufacture and more effective cooling of the piston (1) result from the fact that a guide element (2) is arranged in the cooling channel (12) and is connected to the piston (1) with an upper part (17) and a lower part (18). and which has a central part (19) which extends through the cooling channel (12), the upper part (17) and the lower part (18) each having at least one recess (24, 26). The invention also relates to such a guide element (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, der eine Brennmulde, eine Ringpartie sowie einen zwischen der Brennmulde und der Ringpartie angeordneten Kühlkanal aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Leitelement für einen solchen Kolben.The present invention relates to a piston for an internal combustion engine which has a combustion bowl, a ring belt and a cooling duct arranged between the combustion bowl and the ring belt. The invention also relates to a guide element for such a piston.

Kolben kommen in Brennkraftmaschinen zum Einsatz und sind im Betrieb der Brennkraftmaschine extremen thermochemischen Bedingungen ausgesetzt. Gattungsgemäße Kolben weisen einen Kolbenkopf auf, der stirnseitig eine Brennmulde aufweist. Eine radial außenseitige und umlaufende Ringpartie des Kolbens dient zudem der Aufnahme beispielsweise zumindest eines Abstreifrings und/oder einer Ringdichtung.Pistons are used in internal combustion engines and are exposed to extreme thermochemical conditions when the internal combustion engine is in operation. Generic pistons have a piston head which has a combustion bowl on the front side. A circumferential ring section of the piston on the radially outer side also serves to accommodate, for example, at least one wiper ring and / or an annular seal.

Um den Bedingungen im Betrieb der zugehörigen Brennkraftmaschine zu genügen, ist es neben der Material- und Werkstoffauswahl zum Herstellen des Kolbens bekannt, den Kolben zu kühlen. Zu diesem Zweck ist im Kolben ein Kühlkanal vorgesehen, der sich in Umfangsrichtung zwischen der Brennmulde und der Ringpartie erstreckt. Im Kühlkanal ist ein Kühlmittel, beispielsweise ein Kühlöl, eingebracht, das sich insbesondere durch die im Betrieb der Brennkraftmaschine ergebenden Aufwärtshübe und Abwärtshübe bewegt und somit zu einer Kühlung des Kolbens führt.In order to meet the conditions in the operation of the associated internal combustion engine, it is known, in addition to the selection of materials and materials for producing the piston, to cool the piston. For this purpose, a cooling channel is provided in the piston, which extends in the circumferential direction between the combustion bowl and the ring belt. A coolant, for example a cooling oil, is introduced into the cooling channel, which moves in particular through the upward and downward strokes resulting from the operation of the internal combustion engine and thus leads to cooling of the piston.

Zum Verbessern der Kühlwirkung mit dem Kühlkanal ist es wünschenswert, bei den Bewegungen des Kolbens eine Strömung des Kühlmittels beeinflussen zu können. Zu diesem Zweck ist es bekannt, den Kühlkanal mit einem Querschnitt auszubilden, der nierenförmig ist. Diese auch „Kidney Shape“ genannten Kühlkanäle führen zu einer verbesserten Strömung des Kühlmittels innerhalb des Kühlkanals. Derartige Kühlkanäle sind aber aufgrund der benötigten Herstellungsschritte, insbesondere der Zerspanung, kompliziert und kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil derartiger Kolben ist es, dass die Kühlung überwiegend im Brennmuldenbereich stattfindet und eine Kühlung der Ringpartie vernachlässigt wird.To improve the cooling effect with the cooling channel, it is desirable to be able to influence a flow of the coolant during the movements of the piston. For this purpose it is known to design the cooling channel with a cross section that is kidney-shaped. These cooling channels, also known as “kidney shape”, lead to an improved flow of the coolant within the cooling channel. However, such cooling channels are complicated and costly due to the manufacturing steps required, in particular machining. Another disadvantage of such pistons is that the cooling takes place predominantly in the combustion bowl area and cooling of the ring belt is neglected.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für einen Kolben der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verbesserte Kühlung und/oder kostengünstige und/oder einfache Herstellung auszeichnet.The present invention is therefore concerned with the object of specifying an improved or at least different embodiment for a piston of the type mentioned at the beginning, which is characterized in particular by improved cooling and / or inexpensive and / or simple manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Kühlkanal eines Kolbens ein Leitelement anzuordnen, das im Betrieb des Kolbens, d. h. während der Aufwärtshübe und Abwärtshübe des Kolbens, eine gezielte Strömung eines im Kühlkanal befindlichen Kühlmittels sowie eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zur Folge hat. Somit ist es möglich, den Kühlkanal an sich in einer einfachen Form, insbesondere mit einem vereinfachten Querschnitt, herzustellen und das Leitelement in dem Kühlkanal einzusetzen, sodass die Herstellung des Kolbens vereinfacht und/oder kostengünstig ist. Zudem führt das Leitelement durch die gezielte Lenkung des Kühlmittels zu einer verbesserten Kühlung des Kolbens.The present invention is based on the general idea of arranging a guide element in a cooling channel of a piston which, during operation of the piston, i. H. During the upward and downward strokes of the piston, a targeted flow of a coolant located in the cooling channel and an increase in the flow rate of the coolant result. It is thus possible to produce the cooling duct per se in a simple form, in particular with a simplified cross section, and to use the guide element in the cooling duct, so that the production of the piston is simplified and / or inexpensive. In addition, the guide element leads to improved cooling of the piston through the targeted steering of the coolant.

Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist der Kolben einen Kolbenkopf auf, der an einer in einer Axialrichtung oberen Stirnseite eine Brennmulde aufweist. Die Brennmulde erstreckt sich hierbei axial in den Kolbenkopf hinein. Der Kolben weist ferner, insbesondere am Kolbenkopf, eine radial außenseitige Ringpartie auf. Die Ringpartie weist zumindest eine Ringaufnahme auf. Die jeweilige Ringaufnahme dient insbesondere der Aufnahme eines Abstreifrings oder einer Ringdichtung. In accordance with the concept of the invention, the piston has a piston head which has a combustion bowl on an upper end face in an axial direction. The combustion bowl extends axially into the piston head. The piston also has, in particular on the piston head, a radially outer ring belt. The ring belt has at least one ring seat. The respective ring receptacle serves in particular to receive a wiper ring or a ring seal.

Zwischen der Brennmulde und der Ringpartie ist der Kühlkanal angeordnet, der in Umfangsrichtung verläuft. Der Kühlkanal ist von einer radial inneren Wand, nachfolgend Innenwand genannt, einer radial äußeren Wand, nachfolgend Außenwand genannt, sowie einer axial oberen Wand, nachfolgend Oberwand genannt, und einer axial unteren Wand, nachfolgend Unterwand genannt, des Kolbens begrenzt. Erfindungsgemäß ist im Kanal ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Leitelement angeordnet. Das Leitelement weist ein axial oberes Oberteil, ein axial unteres Unterteil sowie zwischen dem Oberteil und dem Unterteil ein Mittelteil auf. Das Oberteil und das Unterteil sind jeweils am Kolben angebracht. Hierbei geht das Oberteil über einen Übergangsabschnitt des Leitelements, nachfolgend oberer Übergangsabschnitt genannt, in das Mittelteil über. Zudem geht das Unterteil in einem zugehörigen Übergangsabschnitt, nachfolgend unterer Übergangsabschnitt genannt, in das Mittelteil über. Der obere Übergangsabschnitt und der untere Übergangsabschnitt sind zueinander radial und axial versetzt, wobei sich das Mittelteil vom oberen Abschnitt bis zum unteren Abschnitt erstreckt. Somit verläuft das Mittelteil durch den Kühlkanal hindurch und bezüglich der Axialrichtung zumindest bereichsweise geneigt. Das Leitelement weist zudem im Oberteil zumindest eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Aussparung, nachfolgend obere Aussparung genannt, und im Unterteil zumindest eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Aussparung, nachfolgend untere Aussparung genannt, auf.The cooling channel, which runs in the circumferential direction, is arranged between the combustion trough and the ring belt. The cooling channel is delimited by a radially inner wall, hereinafter called the inner wall, a radially outer wall, hereinafter called the outer wall, and an axially upper wall, hereinafter called the upper wall, and an axially lower wall, hereinafter called the lower wall, of the piston. According to the invention, a guide element extending in the circumferential direction is arranged in the channel. The guide element has an axially upper upper part, an axially lower lower part and a middle part between the upper part and the lower part. The upper part and the lower part are each attached to the piston. Here, the upper part merges into the middle part via a transition section of the guide element, hereinafter referred to as the upper transition section. In addition, the lower part merges into the middle part in an associated transition section, hereinafter referred to as the lower transition section. The upper transition section and the lower transition section are offset radially and axially from one another, the central part extending from the upper section to the lower section. The central part thus runs through the cooling channel and is inclined at least in some areas with respect to the axial direction. The guide element also has in the upper part at least one recess extending in the circumferential direction, hereinafter referred to as the upper recess, and in the lower part at least one recess extending in the circumferential direction, hereinafter referred to as the lower recess.

Mit dem Leitelement, insbesondere mit dem Mittelteil, erfolgt also eine Unterteilung des Kühlkanals in einen radial innerer Kanalabschnitt, nachfolgend auch Innenabschnitt genannt, und einen radial äußeren Kanalabschnitt, nachfolgend auch Außenabschnitt genannt. Der Innenabschnitt und der Außenabschnitt sind dabei axial oben durch die zumindest eine obere Aussparung und axial unten durch die zumindest eine untere Aussparung miteinander fluidisch verbunden.With the guide element, in particular with the central part, the cooling channel is divided into a radially inner channel section, hereinafter also referred to as inner section, and a radially outer channel section, also referred to below as outer section. The inner section and the outer section are fluidically connected to one another axially at the top through the at least one upper recess and axially at the bottom through the at least one lower recess.

Die vorliegenden Richtungsangaben beziehen sich auf die Axialrichtung, wobei die Axialrichtung insbesondere der Hubrichtung des Kolbens in einer zugehörigen Brennkraftmaschine entspricht. Das heißt, dass radial bzw. die Radialrichtung quer zur Axialrichtung verläuft. Das heißt ferner, dass die Umfangsrichtung um die Axialrichtung verläuft. Axial oben bezieht sich ferner auf die Orientierung der Axialrichtung hin zur oberen Stirnseite. Analog hierzu bezieht sich axial unten auf die Orientierung der Axialrichtung weg von der oberen Stirnseite.The directions given here relate to the axial direction, the axial direction corresponding in particular to the stroke direction of the piston in an associated internal combustion engine. This means that radially or the radial direction runs transversely to the axial direction. This also means that the circumferential direction runs around the axial direction. Axial above also relates to the orientation of the axial direction towards the upper end face. Analogously to this, axially below refers to the orientation of the axial direction away from the upper end face.

Das Mittelteil hat zusammen mit der zumindest einen oberen Aussparung und der zumindest einen unteren Aussparung zur Folge, dass bei einem Abwärtshub des Kolbens im Betrieb der zugehörigen Brennkraftmaschine, also die Bewegung des Kolbens axial nach unten, das sich im Kühlkanal befindende Kühlmittel, insbesondere Kühlöl, durch das Mittelteil in einer gezielten Richtung gelenkt und/oder überwiegend in einem der Abschnitte des Kühlkanals, das heißt in Innenabschnitt oder im Außenabschnitt, gehalten wird. Dies führt zu einer gezielten Strömung des Kühlmittels und einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, sodass insgesamt die Kühlung des Kolbens verbessert wird. Beim Wechsel vom Abwärtshub zum Aufwärtshub, also der Bewegung des Kolbens axial nach oben, kann das Kühlmittel durch die zumindest eine obere Aussparung das Leitelement radial durchströmen und in den anderen Abschnitt des Kühlkanals strömen, und beim Aufwärtshub axial nach unten strömen, sodass wiederum eine gezielte Strömung und eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels erreicht sind, die ebenfalls zu einer verbesserten Kühlung des Kolbens beitragen. Beim Abwärtshub kann das Kühlmittel dann durch die zumindest eine untere Aussparung radial durch das Leitelement in den zuerst genannten Abschnitt den Kühlkanals strömen und anschließend, wie vorstehend beschrieben, durch den Abwärtshub mit dem Mittelteil gezielt umgelenkt werden. Somit werden im Betrieb des Kolbens sowohl beim Abwärtshub als auch beim Aufwärtshub eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und eine gezielte Strömung des Kühlmittels erreicht, die insgesamt zu einer verbesserten Kühlung des Kolbens führen.The central part, together with the at least one upper recess and the at least one lower recess, has the effect that during a downward stroke of the piston during operation of the associated internal combustion engine, i.e. the movement of the piston axially downward, the coolant in the cooling duct, in particular cooling oil, is steered by the central part in a specific direction and / or held predominantly in one of the sections of the cooling channel, that is to say in the inner section or in the outer section. This leads to a targeted flow of the coolant and an increase in the flow rate of the coolant, so that overall the cooling of the piston is improved. When changing from the downward stroke to the upward stroke, i.e. the movement of the piston axially upward, the coolant can flow radially through the guide element through the at least one upper recess and flow into the other section of the cooling channel, and on the upward stroke it can flow axially downward, so that again a targeted Flow and an increased flow rate of the coolant are achieved, which also contribute to improved cooling of the piston. During the downward stroke, the coolant can then flow radially through the at least one lower recess through the guide element into the first-mentioned section of the cooling channel and then, as described above, be deflected in a targeted manner by the downward stroke with the central part. Thus, during operation of the piston, both on the downward stroke and on the upward stroke, an increased flow rate and a targeted flow of the coolant are achieved, which overall lead to improved cooling of the piston.

Zweckmäßig ist das Leitelement, insbesondere das Mittelteil, abgesehen von den Aussparungen geschlossen ausgebildet, sodass das Kühlmittel entlang des Leitelements strömt, ohne dieses zu durchströmen.The guide element, in particular the central part, is expediently designed to be closed apart from the recesses, so that the coolant flows along the guide element without flowing through it.

Die Wände des Kühlkanals begrenzen vorzugsweise den Kühlkanal innenseitig. D. h., dass die Wände des Kühlkanals vorteilhaft einen Strömungspfad des Kühlkanals innerhalb des Kühlkanals begrenzen.The walls of the cooling channel preferably delimit the cooling channel on the inside. This means that the walls of the cooling channel advantageously delimit a flow path of the cooling channel within the cooling channel.

Prinzipiell kann das Leitelement sich lediglich in Umfangsrichtung über einen Teilabschnitt des Kühlkanals erstrecken. Bevorzugt ist es, wenn das Leitelement sich im Kühlkanal in Umfangsrichtung geschlossen erstreckt. Auf diese Weise ist eine verbesserte, über die Umfangsrichtung homogene Umlenkung des Kühlmittels mit dem Leitelement möglich, sodass der Kolben entlang des gesamten Kühlkanals verbessert gekühlt wird.In principle, the guide element can only extend in the circumferential direction over a section of the cooling channel. It is preferred if the guide element extends closed in the cooling channel in the circumferential direction. In this way, an improved deflection of the coolant with the guide element, which is homogeneous over the circumferential direction, is possible, so that the piston is cooled in an improved manner along the entire cooling channel.

Das Leitelement kann prinzipiell auf beliebige Weise hergestellt sein. Vorstellbar ist es insbesondere, dass es sich bei dem Leitelement um ein Blechbauteil handelt. D. h., dass das Leitelement aus einem Blech, insbesondere durch Umformen und Freischneiden, beispielsweise Stanzen, hergestellt sein kann. Ebenso ist es vorstellbar, dass das Leitelement ein Spritzgussbauteil ist, also durch ein Spritzgussverfahren hergestellt ist.The guide element can in principle be produced in any way. It is particularly conceivable that the guide element is a sheet metal component. This means that the guide element can be made from sheet metal, in particular by forming and cutting free, for example punching. It is also conceivable that the guide element is an injection molded component, that is to say is produced by an injection molding process.

Das Leitelement kann prinzipiell aus einem beliebigen Material hergestellt sein. Zu denken ist insbesondere an die Herstellung des Leitelements aus einem Metall, beispielsweise aus Aluminium, oder aus einem Kunststoff. Selbstverständlich kann das Leitelement auch als ein Hybridbauteil hergestellt sein, das mehrere Materialien und/oder Werkstoffe aufweist.The guide element can in principle be made of any material. One should think in particular of producing the guide element from a metal, for example from aluminum, or from a plastic. Of course, the guide element can also be produced as a hybrid component that has several materials and / or materials.

Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Oberteil an der Oberwand angebracht ist. D. h. insbesondere, dass das Oberteil außerhalb der Aussparungen bezüglich der Oberwand fixiert ist. Dies führt dazu, dass das Leitelement insgesamt im Kühlkanal eine vorgegebene Position und/oder Orientierung aufweist, sodass die Strömung des Kühlmittels im Betrieb gezielter gelenkt und beeinflusst werden und die Kühlung des Kolbens somit verbessert werden kann. Als vorteilhaft gilt es hierbei, wenn das Oberteil an der Oberwand anliegt.Embodiments are preferred in which the upper part is attached to the upper wall. I. E. in particular that the upper part is fixed outside the recesses with respect to the upper wall. This leads to the fact that the guide element as a whole has a predetermined position and / or orientation in the cooling channel, so that the flow of the coolant can be directed and influenced in a more targeted manner during operation and the cooling of the piston can thus be improved. It is considered advantageous here if the upper part rests against the upper wall.

Der obere Übergangsabschnitt und der unter Übergangsabschnitt können prinzipiell beliebig im Kühlkanal angeordnet sein, sofern sie zueinander radial und axial versetzt sind.The upper transition section and the lower transition section can in principle be arranged as desired in the cooling channel, provided that they are offset radially and axially with respect to one another.

Bevorzugt ist es, wenn die Innenwand des Kühlkanals den Kühlkanal radial innenseitig und zudem die Brennmulde radial außenseitig begrenzt. Somit wird eine Kühlung der Brennmulde, insbesondere radial außenseitig, verbessert.It is preferred if the inner wall of the cooling channel radially inside and the cooling channel in addition, the combustion trough is limited radially on the outside. Cooling of the combustion trough, in particular radially on the outside, is thus improved.

Vorteilhaft ist es, wenn die Außenwand des Kühlkanals den Kühlkanal radial außenseitig und zudem die Ringpartie radial innenseitig begrenzt. Insbesondere weist die Außenwand zumindest eine der wenigstens einen Ringaufnahmen der Ringpartie auf. Auf diese Weise wird die Kühlung der Ringpartie verbessert.It is advantageous if the outer wall of the cooling duct delimits the cooling duct radially on the outside and also delimits the ring belt radially on the inside. In particular, the outer wall has at least one of the at least one ring receptacles of the ring belt. In this way, the cooling of the ring belt is improved.

Bevorzugt ist es, wenn der obere Übergangsabschnitt radial innenseitig des Oberteils angeordnet ist. Vorteilhaft ist es ferner, wenn der untere Übergangsabschnitt radial außenseitig des Unterteils angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass sich das Mittelteil zwischen der radialen Außenseite an der radialen Innenseite erstreckt. Folglich wird das Kühlmittel durch das Mittelteil beim Abwärtshub radial nach innen gelenkt, sodass es zumindest mehrheitlich nach oben und radial nach innen strömt und insbesondere die Innenwand des Kühlkanals und somit die Brennmulde radial außenseitig kühlt. Beim Aufwärtshub wird das Kühlmittel, zumindest mehrheitlich, radial nach außen gelenkt, sodass es die Außenwand und somit die Ringpartie radial innenseitig kühlt. Auf diese Weise wird also neben der gezielten Strömung auch eine gezielte Kühlung der Brennmulde und der Ringpartie während den entsprechenden Betriebszyklen des Kolbens, d. h. während der aufeinanderfolgenden Abwärts- und Aufwärtshübe erreicht.It is preferred if the upper transition section is arranged radially on the inside of the upper part. It is also advantageous if the lower transition section is arranged radially on the outside of the lower part. This has the consequence that the middle part extends between the radial outer side and the radial inner side. As a result, the coolant is deflected radially inward by the central part on the downward stroke, so that at least the majority of it flows upward and radially inward and, in particular, cools the inner wall of the cooling channel and thus the combustion trough radially on the outside. During the upward stroke, at least the majority of the coolant is directed radially outward so that it cools the outer wall and thus the ring belt radially on the inside. In this way, in addition to the targeted flow, targeted cooling of the combustion bowl and the ring belt during the corresponding operating cycles of the piston, ie. H. achieved during the successive downward and upward strokes.

Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen das Unterteil an der Außenwand und/oder an der Unterwand angebracht ist. Insbesondere ist das Unterteil an einem Übergang zwischen der Unterwand und der Außenwand angebracht. Dies hat zur Folge, dass mit dem Mittelteil eine verbesserte Unterteilung des Kühlkanals in den Innenabschnitt und den Außenabschnitt erfolgt.Embodiments are considered advantageous in which the lower part is attached to the outer wall and / or to the lower wall. In particular, the lower part is attached to a transition between the lower wall and the outer wall. This has the consequence that with the middle part there is an improved subdivision of the cooling channel into the inner section and the outer section.

Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der Kühlkanal im Querschnitt eine viereckige Grundform aufweist, bei der die Wände des Kühlkanals jeweils eine Seite der Grundform bilden. Somit kann der Kühlkanal, insbesondere im Vergleich zu einer nierenförmigen Grundform kostengünstiger und einfacher hergestellt werden.Embodiments are preferred in which the cooling channel has a rectangular basic shape in cross section, in which the walls of the cooling channel each form one side of the basic shape. The cooling channel can thus be produced more cost-effectively and more simply, in particular in comparison to a kidney-shaped basic shape.

Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Seiten des Kühlkanals und somit die Wände des Kühlkanals über abgerundete Ecken ineinander übergehen. Auch somit wird die Herstellung des Kolbens vereinfacht. Zudem wird somit die Strömung des Kühlmittels im Kühlkanal verbessert.It is advantageous here if the sides of the cooling channel and thus the walls of the cooling channel merge into one another via rounded corners. This also simplifies the manufacture of the piston. In addition, the flow of the coolant in the cooling channel is thus improved.

Das Unterteil kann prinzipiell innerhalb des Kühlkanals beliebig am Kolben angebracht sein.In principle, the lower part can be attached anywhere on the piston within the cooling channel.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen das Unterteil an der Ecke zwischen der Unterwand und der Außenwand angebracht ist. Somit wird die Strömung des Kühlmittels entlang der Unterwand vereinfacht, insbesondere eine Strömung des Kühlmittels durch die zumindest eine untere Aussparung vereinfacht. Dies führt insbesondere dazu, dass bei einem Wechsel vom Aufwärtshub in den Abwärtshub des Kolbens das Kühlmittel überwiegend durch die zumindest eine untere Aussparung und somit in den Innenabschnitt des Kühlkanals strömt, sodass die Strömung des Kühlmittels gezielt dahingehend beeinflusst und die Strömungsgeschwindigkeit weiter erhöht wird. Dies führt zu einer verbesserten und gezielteren Kühlung des Kolbens.Embodiments are advantageous in which the lower part is attached to the corner between the lower wall and the outer wall. The flow of the coolant along the lower wall is thus simplified, in particular a flow of the coolant through the at least one lower cutout is simplified. This leads in particular to the fact that when the piston changes from the upstroke to the downward stroke, the coolant predominantly flows through the at least one lower recess and thus into the inner section of the cooling channel, so that the flow of the coolant is specifically influenced and the flow speed is further increased. This leads to an improved and more targeted cooling of the piston.

Das Mittelteil kann prinzipiell im Querschnitt zwischen dem oberen Übergangsabschnitt und dem unteren Übergangsabschnitt eben verlaufen. Somit kann das Leitelement einen im Wesentlichen z-förmigen Querschnitt außerhalb der Aussparungen aufweisen.The middle part can in principle run flat in cross section between the upper transition section and the lower transition section. The guide element can thus have an essentially Z-shaped cross section outside the cutouts.

Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Mittelteil im Querschnitt zwischen dem oberen Übergangsabschnitt und dem unteren Übergangsabschnitt eine geschwungene Form aufweist, insbesondere derart, dass das Leitelement einen S-förmigen Querschnitt aufweist. Auf diese Weise wird das Strömen des Kühlmittels entlang des Mittelteils verbessert und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels somit erhöht. Dies führt zu einer verbesserten Kühlung des Kolbens.Embodiments are preferred in which the central part has a curved shape in cross section between the upper transition section and the lower transition section, in particular such that the guide element has an S-shaped cross section. In this way, the flow of the coolant along the central part is improved and the flow rate of the coolant is thus increased. This leads to improved cooling of the piston.

Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Leitelement zumindest zwei obere Aussparungen aufweist, welche in Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind. Zwischen zwei in Umfangsrichtung beabstandeten oberen Aussparungen ist also ein Abschnitt des Oberteils, nachfolgend auch oberer Auflageabschnitt genannt, angeordnet, der diese oberen Aussparungen voneinander trennt. Somit wird eine radiale Durchströmung des Leitelements entsprechend der oberen Aussparungen über einen größeren Bereich in Umfangsrichtung ermöglicht. Zudem kann somit der Oberteil über den jeweiligen oberen Auflageabschnitt am Kolben angebracht sein, insbesondere auf zumindest einer der den Kühlkanal begrenzenden Wände aufliegen.Embodiments are preferred in which the guide element has at least two upper recesses which are spaced from one another in the circumferential direction. Between two upper recesses spaced apart in the circumferential direction, a section of the upper part, hereinafter also referred to as the upper support section, is arranged, which separates these upper recesses from one another. This enables a radial flow through the guide element corresponding to the upper cutouts over a larger area in the circumferential direction. In addition, the upper part can thus be attached to the piston via the respective upper support section, in particular rest on at least one of the walls delimiting the cooling channel.

Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn das Leitelement zumindest zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandete untere Aussparungen aufweist. Auf diese Weise wird die radiale Durchströmung des Leitelements entsprechend der unteren Aussparungen in Umfangsrichtung verteilt erlaubt. Die unteren Aussparungen sind hierbei durch Abschnitte des Unterteils, nachfolgend auch untere Auflageabschnitte genannt, angeordnet, der diese oberen Aussparungen voneinander trennt. Somit wird eine radiale Durchströmung des Leitelements entsprechend der oberen Aussparungen über einen größeren Bereich in Umfangsrichtung ermöglicht. Ferner kann somit das Unterteil über den jeweiligen unteren Auflageabschnitt am Kolben angebracht sein, insbesondere auf zumindest einer der den Kühlkanal begrenzenden Wände aufliegen.Alternatively or additionally, it is preferred if the guide element has at least two lower recesses that are spaced apart from one another in the circumferential direction. In this way, the radial flow through the guide element is allowed to be distributed in the circumferential direction in accordance with the lower cutouts. The lower recesses are here arranged by sections of the lower part, hereinafter also referred to as lower support sections, which separates these upper recesses from one another. This enables a radial flow through the guide element corresponding to the upper cutouts over a larger area in the circumferential direction. Furthermore, the lower part can thus be attached to the piston via the respective lower support section, in particular rest on at least one of the walls delimiting the cooling channel.

Die jeweilige Aussparung kann sich prinzipiell in Umfangsrichtung über einen beliebigen Winkelbereich erstrecken.The respective recess can in principle extend in the circumferential direction over any angular range.

Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen sich die oberen Aussparungen jeweils über den gleichen Winkelbereich erstrecken und in Umfangsrichtung gleichmäßig, insbesondere äquidistant, angeordnet sind. Dies führt zu einer entsprechend homogeneren Durchströmung des Leitelements.Embodiments are preferred in which the upper cutouts each extend over the same angular range and are arranged uniformly, in particular equidistantly, in the circumferential direction. This leads to a correspondingly more homogeneous flow through the guide element.

Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn die unteren Aussparungen sich jeweils über den gleichen Winkelbereich erstrecken und in Umfangsrichtung gleichmäßig, insbesondere äquidistant, angeordnet sind. Somit wird eine homogenere Durchströmung des Leitelements in Umfangsrichtung erlaubt. Alternatively or additionally, it is preferred if the lower cutouts each extend over the same angular range and are arranged uniformly, in particular equidistantly, in the circumferential direction. This allows a more homogeneous flow through the guide element in the circumferential direction.

Vorteilhaft ist es, wenn sich die oberen Aussparungen über einen größeren Winkelbereich erstrecken als die unteren Aussparungen. Insbesondere sind somit die oberen Auflageabschnitte in Umfangsrichtung kleiner als die unteren Auflageabschnitte.It is advantageous if the upper cutouts extend over a larger angular range than the lower cutouts. In particular, the upper support sections are thus smaller in the circumferential direction than the lower support sections.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Leitelement über das Oberteil und das Unterteil im Kühlkanal verspannt. Dies führt insbesondere dazu, dass eine verbesserte Umlenkung des Kühlmittels mit dem Leitelement erfolgt, da das Leitelement mechanisch stabilisiert ist. Zudem führt dies dazu, dass das Leitelement thermische Spannungen verbessert ausgleicht und somit zu einer erhöhten Lebensdauer des Kolbens beiträgt.In preferred embodiments, the guide element is braced in the cooling channel via the upper part and the lower part. This leads in particular to an improved deflection of the coolant with the guide element, since the guide element is mechanically stabilized. In addition, this leads to the fact that the guide element compensates for thermal stresses in an improved manner and thus contributes to an increased service life of the piston.

Das Leitelement kann prinzipiell beliebig innerhalb des Kühlkanals am Kolben angebracht sein.In principle, the guide element can be attached to the piston anywhere within the cooling channel.

Vorstellbar ist es insbesondere, die Auflageabschnitte des Oberteils und/oder des Unterteils im Kühlkanal zu fügen, insbesondere stoffschlüssig zu fügen, beispielsweise zu löten, zu schweißen usw. Hierbei kommen insbesondere Laserpunktschweißverfahren zum Einsatz.In particular, it is conceivable to join the support sections of the upper part and / or the lower part in the cooling duct, in particular to join them in a materially bonded manner, for example to solder, weld, etc. In particular, laser spot welding processes are used here.

Ist der Kühlkanal mit einem Versorgungskanal mit dem Kühlmittel versorgt, ist das Leitelement zweckmäßig derart angeordnet, dass keiner der Auflageabschnitt auf dem Versorgungskanal angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es vorstellbar, das Leitelement im Bereich des Versorgungskanals mit einer zusätzlichen Aussparung zu versehen, die sich insbesondere lokal auch in das Mittelteil hineinerstrecken kann.If the cooling channel is supplied with the coolant via a supply channel, the guide element is expediently arranged in such a way that none of the support sections is arranged on the supply channel. As an alternative or in addition, it is conceivable to provide the guide element in the area of the supply channel with an additional recess, which can also extend locally into the central part.

Der Kolben kann prinzipiell ein beliebiger Art Kolben sein, insbesondere auf beliebige Art hergestellt sein.In principle, the piston can be any type of piston, in particular it can be manufactured in any desired manner.

Bei dem Kolben kann es sich insbesondere um einen zweiteiligen Kolben mit einem Oberteil und einem Unterteil, auch Topweld-Kolben oder Monolite-Kolben genannt, handeln. Bei derartigen Kolben wird der Kühlkanal vom Oberteil und vom Unterteil des Kolbens gebildet. Dabei wird das Leitelement beim Herstellen des Kolbens in dem Kolbenunterteil einzusetzen und anschließend das Kolbenoberteil anzubringen und mit dem Kolbenunterteil zu verbinden. Hierbei kann das Leitelement am Kolbenunterteil zuvor fixiert, beispielsweise verschweißt, insbesondere laserpunktgeschweißt, sein. Alternativ ist es vorstellbar, das Leitelement im Kolbenoberteil einzusetzen, das Kolbenunterteil am Kolbenoberteil anzubringen und das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil miteinander zu verbinden. Auch hier ist es vorstellbar, das Leitelement vor dem Anbringen des Kolbenunterteils am Kolbenoberteil zu fixieren, insbesondere zu verschweißen, beispielsweise laserpunktschweißen.The piston can in particular be a two-part piston with an upper part and a lower part, also called Topweld piston or Monolite piston. In such pistons, the cooling channel is formed by the upper part and the lower part of the piston. The guide element is used in the manufacture of the piston in the lower piston part and then the upper piston part is attached and connected to the lower piston part. In this case, the guide element can be fixed beforehand on the lower piston part, for example welded, in particular laser spot welded. Alternatively, it is conceivable to use the guide element in the upper piston part, to attach the lower piston part to the upper piston part and to connect the lower piston part and the upper piston part to one another. Here, too, it is conceivable to fix the guide element on the upper piston part before attaching the lower piston part, in particular to weld it, for example laser spot welding.

Ebenso kann es sich bei dem Kolben um einen Monotherm-Kolben handeln. In diesem Fall ist der Kühlkanal durch zumindest eine Öffnung offen, wobei die Öffnung durch zumindest ein Verschlusselement verschlossen ist. Hierbei ist es bevorzugt, wenn das Leitelement mit dem Unterteil zwischen einer axialen Unterseite der Ringpartie und dem zumindest einen Verschlusselement angeordnet, insbesondere verklemmt, ist.The flask can also be a monothermal flask. In this case, the cooling channel is open through at least one opening, the opening being closed by at least one closure element. It is preferred here if the guide element with the lower part is arranged, in particular clamped, between an axial underside of the ring belt and the at least one closure element.

Es versteht sich, dass neben dem Kolben auch ein solches Leitelement als solches zum Umfang dieser Erfindung gehört.It goes without saying that, in addition to the piston, such a guide element as such also belongs to the scope of this invention.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures on the basis of the drawings.

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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

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.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine geschnittene, isometrische Ansicht eines Kolbens mit einem Leitelement,
2 eine isometrische Ansicht des Leitelements,
3 einen ersten Schnitt durch den Kolben im Bereich des Leitelements,
4 einen zweiten Schnitt durch den Kolben im Bereich des Leitelements,
5 einen Schnitt durch den Kolben bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
6 einen Schnitt durch den Kolben bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
7 einen Schnitt durch den Kolben bei einem anderen Ausführungsbeispiel.

It show, each schematically

1 a sectioned, isometric view of a piston with a guide element,
2 an isometric view of the guide element,
3 a first section through the piston in the area of the guide element,
4th a second section through the piston in the area of the guide element,
5 a section through the piston in another embodiment,
6th a section through the piston in a further embodiment,
7th a section through the piston in another embodiment.

Ein Kolben 1, wie er in den 1 sowie 3 bis 7 gezeigt ist, weist ein Leitelement 2 auf, wie es beispielsweise in den 1 bis 7 gezeigt ist. Bei dem jeweiligen Kolben 1 handelt es sich dabei um einen Hubkolben. Der Kolben 1 weist einen Kolbenkopf 3 auf, der an einer in einer Axialrichtung 4 oberen Stirnseite 5 eine Brennmulde 6 aufweist, welche sich axial in den Kolbenkopf 3 hineinerstreckt. Der Kolben 1 weist ferner am Kolbenkopf 3 eine in einer quer zur Axialrichtung 4 verlaufenden Radialrichtung außenseitige, nachfolgend auch kurz radial außenseitige, sich in einer Umfangsrichtung 7 erstreckende Ringpartie 8 auf, die in Umfangsrichtung 7 geschlossen verläuft. Die Ringpartie 8 dient der Aufnahme zumindest eines nicht gezeigten Ringes und weist zu diesem Zweck wenigstens eine radial nach außen offene Ringaufnahme 9 auf, wobei die Ringpartie 8 in den gezeigten Ausführungsbeispielen beispielhaft drei solche Ringaufnahmen 9 aufweist. Auf der axial von der Stirnseite 5 abgewandten Seite der Ringpartie 8 weist der Kolben 1 einen Kolbenschaft 10, auch Kolbenhemd 10 genannt, auf, in der eine Bolzennabe 11 zum Durchführen eines nicht gezeigten Bolzens einer nicht gezeigten Pleuelstange ausgebildet ist. Der Kolben 1 weist ferner zwischen der Brennmulde 6 und der Ringpartie 8 einen Kühlkanal 12 auf, der sich in Umfangsrichtung 7, in den gezeigten Ausführungsbeispielen geschlossen, erstreckt. Der Kühlkanal 12 der gezeigten Ausführungsbeispiele ist radial zwischen der Brennmulde 6 und der Ringpartie 8 angeordnet. Der Kühlkanal 12 weist in den gezeigten Ausführungsbeispielen im Querschnitt, d. h. in einer durch die Axialrichtung 4 und Radialrichtung aufgespannten Schnittebene, eine viereckige Grundform auf. Dabei wird der Kühlkanal 12 durch eine axial obere Wand 13, nachfolgend auch Oberwand 13 genannt, eine axial untere Wand 14, nachfolgend auch Unterwand 14 genannt, eine radial äußere Wand 15, nachfolgend auch Außenwand 15 genannt, und eine radial innere Wand 16, nachfolgend auch Innenwand 16 genannt, des Kolbens 1 begrenzt. Die Innenwand 16 begrenzt somit den Kühlkanal 12 radial innenseitig und die Brennmulde 6 radial außenseitig. Die Außenwand 15 begrenzt den Kühlkanal 12 radial außenseitig und die Ringpartie 8 radial innenseitig. Insbesondere sind die Ringaufnahmen 9 der Ringpartie 8 in der Außenwand 15 angeordnet, insbesondere ausgebildet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen gehen die Wände 13, 14, 15, 16 im Bereich Kühlkanals 12 über gekrümmte Ecken 28 ineinander über.A piston 1 like him in the 1 as shown in FIGS. 3 to 7, has a guide element 2 on, for example in the 1 to 7th is shown. With the respective piston 1 it is a reciprocating piston. The piston 1 has a piston head 3 on, which is on one in an axial direction 4th upper face 5 a burning pan 6th which extends axially into the piston head 3 extends into it. The piston 1 also has on the piston head 3 one in a transverse to the axial direction 4th extending radial direction outside, hereinafter also briefly radially outside, in a circumferential direction 7th extending ring belt 8th on that in the circumferential direction 7th runs closed. The ring game 8th serves to accommodate at least one ring, not shown, and for this purpose has at least one ring seat that is open radially outward 9 on, being the ring belt 8th in the exemplary embodiments shown, three such ring receptacles are exemplary 9 having. On the axially from the end face 5 remote side of the ring belt 8th points the piston 1 a piston skirt 10 , also piston skirt 10 called, on, in which a pin hub 11 is designed to pass through a bolt, not shown, of a connecting rod, not shown. The piston 1 also has between the combustion trough 6th and the ring game 8th a cooling channel 12th on, which extends in the circumferential direction 7th , closed in the illustrated embodiments, extends. The cooling duct 12th of the embodiments shown is radially between the combustion trough 6th and the ring game 8th arranged. The cooling duct 12th has in the illustrated embodiments in cross section, ie in one through the axial direction 4th and the radial direction spanned cutting plane, a square basic shape. Thereby the cooling duct 12th through an axially upper wall 13th , hereinafter also the upper wall 13th called an axially lower wall 14th , hereinafter also under wall 14th called a radially outer wall 15th , hereinafter also the outer wall 15th called, and a radially inner wall 16 , hereinafter also the inner wall 16 called, the piston 1 limited. The inner wall 16 thus limits the cooling channel 12th radially on the inside and the combustion trough 6th radially outside. The outside wall 15th limits the cooling channel 12th radially outside and the ring belt 8th radially inside. In particular, the ring mounts 9 the ring game 8th in the outer wall 15th arranged, in particular formed. In the embodiments shown, the walls go 13th , 14th , 15th , 16 in the area of the cooling duct 12th over curved corners 28 into each other.

Das Leitelement 2 ist im Kühlkanal 12 angeordnet und erstreckt sich in Umfangsrichtung 7, in den gezeigten Beispielen geschlossen, und somit entlang des gesamten Kühlkanals 12.The guiding element 2 is in the cooling duct 12th arranged and extends in the circumferential direction 7th , closed in the examples shown, and thus along the entire cooling channel 12th .

Das Leitelement 2 weist ein axial oberes Teil 17, nachfolgend auch Oberteil 17 genannt, ein axial unteres Teil 18, nachfolgend auch Unterteil 18 genannt, sowie ein Teil 19 zwischen dem Oberteil 17 und dem Unterteil 18 auf, das nachfolgend auch als Mittelteil 19 bezeichnet wird, auf. Das Oberteil 7 geht in einem oberen Übergangsabschnitt 20 in das Mittelteil 19 über. Das Unterteil 18 geht über einen unteren Übergangsabschnitt 21 in das Mittelteil über. Der obere Übergangsabschnitt 20 und der untere Übergangsabschnitt 21 des Leitelements 2 sind hierbei axial und radial zueinander versetzt angeordnet. Das Mittelteil 19 erstreckt sich vom oberen Übergangsabschnitt 20 bis zum unteren Übergangsabschnitt 21 und verläuft somit durch den Kühlkanal 12 hindurch zur Axialrichtung 4 zumindest bereichsweise geneigt. Somit unterteilt das Leitelement 2 den Kühlkanal 12 in einen radial inneren Kanalabschnitt 22, nachfolgend auch Innenabschnitt 22 genannt, und einen radial äußeren Kanalabschnitt 23, nachfolgend auch Außenabschnitt 23 genannt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen verläuft das Mittelteil 19 des Leitelements 2 im Querschnitt gekrüm mt.The guiding element 2 has an axially upper part 17th , hereinafter also the upper part 17th called an axially lower part 18th , hereinafter also the lower part 18th called, as well as a part 19th between the top 17th and the lower part 18th on, which is also referred to below as the middle section 19th is referred to. The top 7th goes in an upper transition section 20th in the middle part 19th above. The lower part 18th goes over a lower transition section 21 into the middle part. The upper transition section 20th and the lower transition section 21 of the guide element 2 are arranged axially and radially offset from one another. The middle part 19th extends from the upper transition section 20th to the lower transition section 21 and thus runs through the cooling channel 12th through to the axial direction 4th inclined at least in some areas. The guide element thus divides 2 the cooling duct 12th into a radially inner channel section 22nd , hereinafter also inner section 22nd called, and a radially outer channel section 23 , hereinafter also outer section 23 called. In the exemplary embodiments shown, the middle part runs 19th of the guide element 2 curved in cross-section.

Das Oberteil 17 des Leitelements 2 weist ferner zumindest eine Aussparung 24 auf, die nachfolgend auch als obere Aussparung 24 bezeichnet wird und sich in Umfangsrichtung 7 erstreckt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die jeweilige obere Aussparung 24 axial nach oben offen und erstreckt sich bis zum oberen Übergangsabschnitt 20. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist das Leitelement 2 mehrere solche obere Aussparungen 24 auf, welche in Umfangsrichtung 7 zueinander beabstandet und voneinander getrennt sind. Die oberen Aussparungen 24 sind somit von Abschnitten 25 des Oberteils 17 in Umfangsrichtung 7 voneinander getrennt, wobei diese Abschnitte 25 nachfolgend auch als obere Auflageabschnitte 25 bezeichnet werden. Die oberen Aussparungen 24 der gezeigten Ausführungsbeispiele erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung 7 über den gleichen Winkelbereich. Die oberen Aussparungen 24 verbinden jeweils den Innenabschnitt 22 des Kühlkanals 12 mit dem Außenabschnitt 23 des Kühlkanals 12 fluidisch. Das heißt, dass ein nicht gezeigtes, sich im Kühlkanal 12 befindendes Kühlmittel durch die oberen Aussparungen 24 zwischen dem Innenabschnitt 22 und dem Außenabschnitt 23 des Kühlkanals 12 strömen kann.The top 17th of the guide element 2 furthermore has at least one recess 24 on, which is also referred to below as the upper recess 24 is referred to and extends in the circumferential direction 7th extends. In the exemplary embodiments shown, the respective upper recess is 24 axially open at the top and extends to the upper transition section 20th . In the exemplary embodiments shown, the guide element 2 several such upper recesses 24 on which in the circumferential direction 7th are spaced from each other and separated from each other. The upper recesses 24 are thus of sections 25th of the top 17th in the circumferential direction 7th separated from each other, these sections 25th hereinafter also as upper support sections 25th are designated. The upper recesses 24 of the exemplary embodiments shown each extend in the circumferential direction 7th over the same angular range. The upper recesses 24 each connect the inner section 22nd of the cooling duct 12th with the outer section 23 of the cooling duct 12th fluidic. This means, that one, not shown, is in the cooling duct 12th coolant through the upper recesses 24 between the inner section 22nd and the outer section 23 of the cooling duct 12th can flow.

Das Unterteil 18 des Leitelements 2 weist zumindest eine sich in Umfangsrichtung 7 erstreckende Aussparung 26 auf, die nachfolgend auch als untere Aussparung 26 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die jeweilige untere Aussparung 26 axial nach unten offen und erstreckt sich bis zum unteren Übergangsabschnitt 21. In den gezeigten Beispielen weist das Unterteil 18 mehrere untere Aussparungen 26 auf, welche sich jeweils in Umfangsrichtung 7 erstrecken und in Umfangsrichtung 7 durch Abschnitte 27 des Unterteils 18 voneinander getrennt sind, wobei diese Abschnitte 27 nachfolgend auch als untere Auflageabschnitte 27 bezeichnet werden. Die unteren Aussparungen 26 verbinden jeweils den Innenabschnitt 22 und den Außenabschnitt 23 des Kühlkanals 12 fluidisch miteinander.The lower part 18th of the guide element 2 has at least one in the circumferential direction 7th extending recess 26th on, which is also referred to below as the lower recess 26th referred to as. In the exemplary embodiments shown, the respective lower recess is 26th axially downwardly open and extends to the lower transition section 21 . In the examples shown, the lower part 18th several lower recesses 26th on, which are each in the circumferential direction 7th extend and in the circumferential direction 7th through sections 27 of the lower part 18th are separated from each other, these sections 27 hereinafter also as lower support sections 27 are designated. The lower recesses 26th each connect the inner section 22nd and the outer section 23 of the cooling duct 12th fluidically with each other.

Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, können sich die jeweiligen oberen Aussparungen 24 über einen gleichen Winkelbereich in Umfangsrichtung 7 erstrecken. Somit weisen die oberen Auflageabschnitte 25 jeweils eine gleiche Erstreckung in Umfangsrichtung 7 auf. Ebenso können sich die unteren Aussparungen 26 in Umfangsrichtung 7 über den gleichen Winkelbereich erstrecken. Somit erstrecken sich auch die unteren Auflageabschnitte 27 in Umfangsrichtung 7 über den gleichen Winkelbereich. Wie 2 ferner entnommen werden kann, können sich die oberen Aussparungen 24 und die unteren Aussparungen 26 über einen verschiedenen Winkelbereich erstrecken. Bei dem gezeigten Beispiel erstrecken sich die oberen Aussparungen 24 jeweils über einen größeren Winkelbereich als die unteren Aussparungen 26. Somit sind die oberen Auflageflächen 25 in Umfangsrichtung 7 kleiner als die unteren Auflagenabschnitte 27. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der obere Übergangsabschnitt 20 im Vergleich zum unteren Übergangsabschnitt 21 radial nach innen versetzt, d. h. hin zur Brennmulde 6 versetzt angeordnet. Im Betrieb des Kolbens 1, bei dem der Kolben 1 entlang der Axialrichtung 4 in Auf- und Abwärtshüben bewegt wird, wird somit bei einem Abwärtshub das sich im Kühlkanal 12 befindende Kühlmittel im Innenabschnitt 22 des Kühlkanals 12 nach oben gedrückt und durch das Leitelement 2, insbesondere durch das Mittelteil 19, radial in Richtung der Innenwand 16 und somit der Brennmulde 6 gelenkt. Somit erfolgt bei den Abwärtshüben des Kolbens 1 eine gezielte Kühlung der Brennmulde 6. Beim Wechseln vom Abwärtshub zum Aufwärtshub kann das Kühlmittel über die oberen Aussparungen 24 in den Außenabschnitt 23 des Kühlkanals 12 strömen und wird bei dem anschließenden Aufwärtshub durch das Leitelement 2, insbesondere durch das Mittelteil 19, axial nach unten und radial nach außen und somit in Richtung der Außenwand 5 und somit der Ringpartie 8 gelenkt, sodass die Ringpartie 8 bei den Aufwärtshüben des Kolbens 1 gezielt gekühlt wird. Beim Wechsel zwischen dem Aufwärtshub und dem Abwärtshub kann das Kühlmittel über die unteren Aussparungen 26 vom Außenabschnitt 23 in den Innenabschnitt 22 des Kanals 12 strömen, um bei dem anschließenden Abwärtshub, wie vorstehend beschrieben, umgelenkt zu werden und zu strömen. Mit dem Umlenken des Kühlmittels mithilfe des Leitelements 2 erfolgt neben der gezielten Kühlung der Brennmulde 6 und der Ringpartie 8 auch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, welche zu einer effizienteren Kühlung des Kolbens 1 führt.How in particular 2 can be removed, the respective upper recesses can be seen 24 over an equal angular range in the circumferential direction 7th extend. Thus, the upper support sections 25th each have the same extension in the circumferential direction 7th on. The lower recesses can also be 26th in the circumferential direction 7th extend over the same angular range. The lower support sections thus also extend 27 in the circumferential direction 7th over the same angular range. How 2 can also be seen, the upper recesses 24 and the lower recesses 26th extend over a different angular range. In the example shown, the upper recesses extend 24 each over a larger angular range than the lower recesses 26th . Thus the upper bearing surfaces are 25th in the circumferential direction 7th smaller than the lower edition sections 27 . In the exemplary embodiments shown, the upper transition section is 20th compared to the lower transition section 21 offset radially inwards, ie towards the combustion trough 6th staggered. In operation of the piston 1 where the piston 1 along the axial direction 4th is moved in upward and downward strokes, is thus in the cooling duct during a downward stroke 12th coolant located in the inner section 22nd of the cooling duct 12th pushed up and through the guide element 2 , especially through the middle part 19th , radially towards the inner wall 16 and thus the firebox 6th steered. Thus occurs on the downward strokes of the piston 1 targeted cooling of the firebox 6th . When changing from the downstroke to the upstroke, the coolant can pass through the upper recesses 24 in the outer section 23 of the cooling duct 12th flow and is in the subsequent upstroke through the guide element 2 , especially through the middle part 19th , axially downwards and radially outwards and thus in the direction of the outer wall 5 and thus the ring game 8th steered so that the ring belt 8th on the upstrokes of the piston 1 is specifically cooled. When changing between the upstroke and the downstroke, the coolant can pass through the lower recesses 26th from the outer section 23 in the inner section 22nd of the canal 12th flow to be deflected and flow on the subsequent downstroke, as described above. With the deflection of the coolant with the help of the guide element 2 takes place in addition to the targeted cooling of the combustion trough 6th and the ring game 8th also an increase in the flow rate of the coolant, which leads to more efficient cooling of the piston 1 leads.

In den Ausführungsbeispielen der 1 sowie 3 bis 5 verlaufen die Wände 13, 14, 15, 16 auf ihrer dem Kühlkanal 12 zugewandten Seite jeweils im Querschnitt flach. Beim Ausführungsbeispiel der 6 verlaufen die Oberwand 13, die Unterwand 14 sowie die Außenwand 15 auf ihren dem Kühlkanal 12 zugewandten Seite im Querschnitt jeweils eben. Demgegenüber verläuft die Innenwand 16 auf ihrer dem Kühlkanal 12 zugewandten Seite im Querschnitt gekrümmt. Beim Ausführungsbeispiel der 7 verläuft die Unterwand 14 auf ihrer dem Kühlkanal 12 zugewandten Seite im Querschnitt flach, wohingegen die Oberwand 13, die Innenwand 16 sowie die Außenwand 15 jeweils auf ihren dem Kühlkanal 12 zugewandten Seite gekrümmt verlaufen.In the embodiments of 1 as well as 3 to 5 run the walls 13th , 14th , 15th , 16 on her the cooling duct 12th facing side each flat in cross section. In the embodiment of 6th run the upper wall 13th who have favourited Unterwand 14th as well as the outer wall 15th on their the cooling duct 12th facing side in cross section in each case flat. In contrast, the inner wall runs 16 on her the cooling duct 12th facing side curved in cross section. In the embodiment of 7th runs the lower wall 14th on her the cooling duct 12th facing side flat in cross section, whereas the top wall 13th , the inner wall 16 as well as the outer wall 15th each on their the cooling channel 12th facing side are curved.

Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Kolbens 1, wobei 1 eine isometrische Ansicht des Kolbens im Schnitt, 2 eine isometrische Ansicht des Leitelements 2, 3 einen Schnitt durch den Kolben 1 im Bereich des Kühlkanals 12 und einer oberen Aussparung 24 sowie einer unteren Aussparung 26 und 4 einen Schnitt durch den Kolben 1 im Bereich des Kühlkanals 12 und im Bereich eines oberen Auflageabschnitts 25 und eines unteren Auflageabschnitts 27 zeigt. Bei dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen liegt das Oberteil 17 mit den oberen Auflageflächen 25 flächig an der Oberwand 13 an. Das Unterteil 18 liegt mit den unteren Auflageflächen 27 in der Ecke 28 zwischen der Außenwand 15 und der Unterwand 14 an. Hierbei ist das Leitelement 2 über die oberen Auflageabschnitte 25 und die unteren Auflageabschnitte 27 im Kühlkanal 2 verspannt. Die oberen Auflageabschnitte 25 sind radial nach außen gerichtet, erstrecken sich also radial nach außen, sodass sie radial nach außen enden. Demgegenüber erstrecken sich die unteren Auflageabschnitte 27 radial nach innen, enden also radial innenseitig. Somit ergibt sich eine, wie insbesondere den 1 sowie 3 und 4 entnommen werden kann, S-Form des Leitelements 2 im Querschnitt.The 1 to 4th show a first embodiment of the piston 1 , in which 1 an isometric view of the piston in section, 2 an isometric view of the vane 2 , 3 a section through the piston 1 in the area of the cooling duct 12th and an upper recess 24 as well as a lower recess 26th and 4th a section through the piston 1 in the area of the cooling duct 12th and in the area of an upper support section 25th and a lower support section 27 shows. The one in the 1 to 4th Embodiments shown is the upper part 17th with the upper support surfaces 25th flat on the upper wall 13th at. The lower part 18th lies with the lower support surfaces 27 in the corner 28 between the outer wall 15th and the lower wall 14th at. Here is the guiding element 2 over the upper support sections 25th and the lower support sections 27 in the cooling duct 2 tense. The upper support sections 25th are directed radially outwards, i.e. they extend radially outwards so that they end radially outwards. In contrast, the lower support sections extend 27 radially inwards, i.e. end radially on the inside. This results in one such as, in particular, the 1 as well as 3 and 4 can be seen, S-shape of the guide element 2 in cross section.

Die 5 und 6 zeigen jeweils ein anderen Ausführungsbeispiel des Kolbens 1. Diese Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Form des Leitelements 2. Während die unteren Auflageabschnitte 27 des Leitelements 2 im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 in der Ecke 28 zwischen der Unterwand 12 und der Außenwand 15 im Kanal 12 anliegen, liegen die unteren Auflageabschnitte 27 des Leitelements 2 im Ausführungsbeispiel der 5 und im Ausführungsbeispiel der 6 an der Unterwand 14 an.The 5 and 6th each show a different embodiment of the piston 1 . These embodiments differ from that in FIGS 1 to 4th embodiment shown by the shape of the guide element 2 . While the lower support sections 27 of the guide element 2 in the embodiment of 1 to 4th in the corner 28 between the lower wall 12th and the outer wall 15th in the canal 12th the lower support sections lie 27 of the guide element 2 in the embodiment of 5 and in the exemplary embodiment of 6th on the lower wall 14th at.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kolbens 1 ist in 7 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispielen insbesondere durch das Leitelement 2. Das Leitelement 2 des Ausführungsbeispiels der 7 unterscheidet sich von den Leitelementen 2 der Ausführungsbeispiele der 1 bis 6 insbesondere dadurch, dass die unteren Auflageabschnitte 27 ebenfalls radial nach außen orientiert sind, d. h. radial nach außen enden. Somit weist das Leitelement 2 des Ausführungsbeispiels der 7 keinen Querschnitt mit S-Form, sondern einen im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt auf.Another embodiment of the piston 1 is in 7th shown. This embodiment differs from those in FIGS 1 to 6th Embodiments shown in particular by the guide element 2 . The guiding element 2 of the embodiment of 7th differs from the guiding elements 2 of the embodiments of 1 to 6th in particular in that the lower support sections 27 are also oriented radially outwards, ie end radially outwards. Thus, the guide element 2 of the embodiment of 7th does not have an S-shaped cross-section, but an essentially C-shaped cross-section.

Die Kolben 1 der Ausführungsbeispiele 1 bis 6 können solche sein, bei denen die Kühlkanäle 12 durch einen zweiteiligen Aufbau des Kolbens 1 hergestellt sind, das heißt, wenn diese zwei Teile aneinander befestigt, insbesondere miteinander verschweißt, sind. Insbesondere kann es sich bei diesen Kolben um sogenannte Topweld-Kolben 29 oder Monolite-Kolben 30 handeln. Dabei kann das jeweilige Leitelement 2 in einen der den Kühlkanal 2 bildenden Teile eingesetzt und darin, beispielsweise durch Laserpunktschweißen, fixiert und anschließend das andere Teil angebracht werden, um den Kühlkanal 12 auszubilden und das Leitelement 2 im Kühlkanal 12 zu verspannen.The pistons 1 of the exemplary embodiments 1 to 6th can be those where the cooling channels 12th due to a two-part construction of the piston 1 are made, that is, when these two parts are attached to one another, in particular welded to one another. In particular, these pistons can be so-called Topweld pistons 29 or monolite flasks 30th act. The respective guide element can 2 into one of the cooling ducts 2 Forming parts used and fixed therein, for example by laser spot welding, and then the other part attached to the cooling channel 12th train and the guide element 2 in the cooling duct 12th to brace.

Beim Ausführungsbeispiel der 7 ist der Kolben 1 im Bereich des Kühlkanals 12 radial nach unten offen und wird mit zumindest einem Verschlusselement 31 verschlossen, das im gezeigten Beispiel die Unterwand 14 bildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind dabei rein beispielhaft zwei solche Verschlusselemente 31 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel der 7 handelt es sich bei dem Kolben 1 insbesondere um einen sogenannten Monotherm-Kolben 32. Das jeweilige Verschlusselement 31 verläuft vorteilhaft entlang des gesamten Kühlkanals 12 in Umfangsrichtung 7. Das Leitelement 2 kann im Kolbenkopf 3 angeordnet und fixiert werden, bevor das jeweilige Verschlusselement 31 am Kolbenkopf 3, beispielsweise durch Schweißen, fixiert wird. Alternativ ist es vorstellbar, das Leitelement 2 gemeinsam mit den Verschlusselementen 31 am Kolbenkopf 3 anzubringen. Wie 7 entnommen werden kann, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der jeweilige untere Auflageabschnitt 27 axial zwischen einem der Verschlusselemente 31 und dem Kolbenkopf 3, insbesondere zwischen dem Verschlusselement 31 und der Außenwand 15, angeordnet und eingeklemmt.In the embodiment of 7th is the piston 1 in the area of the cooling duct 12th Open radially downwards and is provided with at least one closure element 31 closed, the lower wall in the example shown 14th forms. In this exemplary embodiment, there are two such closure elements, purely by way of example 31 intended. In the embodiment of 7th is the piston 1 especially a so-called monothermal flask 32 . The respective closure element 31 runs advantageously along the entire cooling channel 12th in the circumferential direction 7th . The guiding element 2 can in the piston head 3 be arranged and fixed before the respective closure element 31 on the piston head 3 , for example by welding, is fixed. Alternatively, it is conceivable that the guide element 2 together with the locking elements 31 on the piston head 3 to attach. How 7th can be removed, is the respective lower support section in this embodiment 27 axially between one of the closure elements 31 and the piston head 3 , in particular between the closure element 31 and the outer wall 15th , arranged and clamped.

Claims

Piston (1) for an internal combustion engine, - with a piston head (3) which has a combustion bowl (6) on an end face (5) that is upper in an axial direction (4) and which extends axially into the piston head (3), - with a radially outer ring belt (8) which extends in a circumferential direction (7) and has at least one ring receptacle (9), - with one between the combustion trough (6) and the ring belt (8) and extending in the circumferential direction (7) Cooling channel (12) which is delimited by a radially inner inner wall (16), a radially outer outer wall (17), an axially upper upper wall (13) and an axially lower lower wall (14), characterized in that - in the cooling channel (12 ) a guide element (2) extending in the circumferential direction (7) is arranged, which has an axially upper upper part (17), an axially lower lower part (18) and a central part (19), - that the upper part (17) and the lower part (18) are attached to the piston (1) in the cooling channel (12), - that the O upper part (17) merges into the middle part (19) in an upper transition section (20) and the lower part (18) merges into the middle part (19) in a lower transition section (21), - that the upper transition section (20) and the lower transition section (21) are offset from one another radially and axially, so that the central part (19) extends from the upper transition section (20) to the lower transition section (21) through the cooling channel (12), - that the upper part (17) extends at least one has upper recess (24) extending in the circumferential direction (7), - that the lower part (18) has at least one lower recess (26) extending in the circumferential direction (7).

Piston after Claim 1 , characterized in that the upper part (17) is attached to the upper wall (13), in particular rests against the upper wall (13).

Piston after Claim 1 or 2 , characterized in that the upper transition section (20) is arranged radially on the inside of the upper part (17).

Piston after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the lower Transition section (21) is arranged radially on the outside of the lower part (18).

Piston after one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the cooling channel (12) has a rectangular basic shape in cross section, the walls (13, 14, 15, 16) each forming one side of the basic shape and merging into one another via curved corners (28).

Piston after one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the central part (19) has a curved shape in cross section.

Piston after one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the guide element (2) has at least two upper recesses (24) spaced from one another in the circumferential direction (7).

Piston after one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the guide element (2) has at least two lower recesses (26) spaced from one another in the circumferential direction (7).

Piston after one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the inner wall (16) delimits the cooling channel (12) radially on the inside and the combustion trough (6) radially on the outside.

Piston after one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the outer wall (15) delimits the cooling channel (12) radially on the outside and the ring belt (8) radially on the inside.

Piston after one of the Claims 1 to 10 , characterized in that the guide element (2) is braced in the cooling channel (12) via the upper part (17) and the lower part (18).

Piston after one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the guide element (2) is joined in the cooling channel (12).

Guide element (2) for a cooling channel (12) of a piston (1) according to one of the Claims 1 to 12th .