DE102020109811A1

DE102020109811A1 - Kühlkanalkolben mit einem trichterförmigem Zulauf in den Kühlkanal

Info

Publication number: DE102020109811A1
Application number: DE102020109811.1A
Authority: DE
Inventors: Patrick Gerd Schwarz; Tobias Ziegler; Axel Hemsing
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2020-10-15
Also published as: US20220205408A1; WO2020208058A1; EP3953576A1; CN113748263A

Abstract

Kühlkanalkolben (6) mit einem Kühlkanal (9) oder einem Kühlraum im Bereich des Kolbenbodens (10) des Kühlkanalkolbens (6), wobei zumindest eine Öffnung (11 oder 12) von einem Innenbereich (8) des Kühlkanalkolbens (6) zu dem Kühlkanal (9) oder dem Kühlraum mit einem trichterförmigen Zulauf vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein trichterförmiges Rohr (1) nach der Herstellung des Kühlkanalkolbens (6) in die zumindest eine Öffnung (11 und/oder 12) eingesetzt und festgelegt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkanalkolben mit einem Kühlkanal oder einem Kühlraum im Bereich des Kolbenbodens des Kühlkanalkolbens, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kühlkanalkolbens, wobei zumindest eine Öffnung in einem Innenbereich des Kühlkanalkolbens zu dem Kühlkanal oder dem Kühlraum mit einem trichterförmigen Zulauf vorgesehen ist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des jeweiligen unabhängigen Patentanspruches.
Ein solcher Kühlkanalkolben weist in seinem oberen Bereich (Kolbenboden) zumindest einen Kühlkanal (bzw. zumindest einen Kühlraum) auf, in den ein Medium eingefügt ist bzw. eingeführt wird, zirkuliert und wieder abgeführt wird, um diesen oberen Bereich des Kühlkanalkolbens, der dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zugewandt ist, zu kühlen. Bei dem Medium handelt es sich im Regelfall um Öl der Brennkraftmaschine.
Für den Zulauf und/oder den Ablauf des Kühlmediums ist es erforderlich, eine Öffnung von dem Innenbereich des Kolbens in Richtung des Kühlkanals bzw. des Kühlraumes zu schaffen. Hierzu ist es grundsätzlich bekannt, dass ein Kolbengrundkörper, z.B. ein Kolbenrohling, hergestellt wird, der schon den Kühlkanal bzw. den Kühlraum aufweist, wobei dann von dem Innenbereich des Kolbengrundkörpers in Richtung des Kühlkanals bzw. des Kühlraumes zumindest eine Bohrung eingebracht wird. Nach dem Einbringen der zumindest einen Bohrung ist der Kühlkanal bzw. der Kühlraum zugänglich.
Aus der DE 100 15 709 A1 oder der DE 102 34 539 A1 sind Vorrichtungen zur Realisierung eines ringförmigen Kühlkanales bekannt. Bei diesen wird der ringförmige Kühlkanal vor der Herstellung des Kolbenrohlings, der gegossen werden soll, als ein separates Bauteil hergestellt und vor dem Gießen in die Gießform eingesetzt. Dabei hat dieses separate Bauteil eine äußerst komplexe Form, wobei zum Einen die Gefahr besteht, dass bei der Handhabung dieses Bauteiles bei dem Einsetzen in die Gussform dieses beschädigt wird oder zum Anderen sogar vergessen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkanalkolben der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile behoben werden und ein verbesserter Kühlkanalkolben zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein trichterförmiges Rohr nach der Herstellung des Kühlkanalkolbens in die zumindest eine Öffnung eingesetzt und festgelegt wird. Das trichterförmige Rohr wird daher nach der Herstellung des Kolbengrundkörpers in die Öffnung, die von dem Innenbereich des Kolbengrundkörpers in den schon hergestellten ringförmigen Kühlkanal bzw. Kühlraum reicht, eingesetzt.
Dabei kann das trichterförmige Rohr in die Öffnung eingepresst werden. Es kann aber auch mittels einer Rastverbindung in der Öffnung festgelegt werden. Es ist weiterhin möglich, das trichterförmige Rohr durch eine Fügeverbindung, z.B. durch einen Schweißvorgang in der Öffnung zu befestigen.
Die zumindest eine Öffnung, in die das trichterförmige Rohr eingesetzt werden soll, kann schon mit der Herstellung des Kolbenrohlings oder auch nach seiner Herstellung eingebracht werden. Diese Öffnung kann z.B. durch Gießen und anschließendes Ausspülen, genauso gut aber auch durch eine spanabhebende Herstellung, wie z.B. Bohren, Fräsen oder dergleichen oder durch andere geeignete Verfahren von dem Innenbereich des Kolbenrohlings in Richtung des Kühlkanals bzw. des Kühlraumes eingebracht werden. Die geometrische Form dieser Öffnung ist z.B. zylinderförmig. Sie kann aber auch andere geometrische Formen, wie z.B. eine Konusform aufweisen, wobei sich der Durchmesser des Konus beginnend im Innenbereich des Kolbenrohlings in Richtung des Eintretens der Öffnung in den Kühlkanal bzw. den Kühlraum verkleinert.
In diese vorbereitete Öffnung des Kolbenrohlings wird das separat dazu hergestellte und vorbereitete trichterförmige Rohr eingesetzt. Zum einen ist es denkbar, dass dieses Rohr durch eine Presspassung in der Öffnung festgelegt wird. Es ist aber auch denkbar, das Rohr zusätzlich oder alternativ zu der Presspassung durch ein Fügeverfahren, wie z.B. einen Schweißvorgang, in der Öffnung festzulegen. Außerdem kann es ebenfalls zusätzlich oder alternativ zu den beiden vorstehend genannten Methoden durch einen Formschluss, wie z.B. eine Rastverbindung in der Öffnung festgelegt werden. Bei der axialen Erstreckung des trichterförmigen Rohres gibt es mehrere Varianten. Entweder entspricht die Länge des Rohres der Länge der Öffnung in dem Kolben, so dass das jeweilige Ende des Rohres mit dem Innenbereich des Kolbenrohlings bzw. dem Eintritt der Öffnung in den Kühlkanal bzw. den Kühlraum abschließt. Alternativ dazu ist es denk-bar, dass das Rohr ein Stück weit in den Kühlkanal bzw. den Kühlraum hineinragt und/oder über die Oberfläche des Innenbereiches des Kolbenrohlings hinaussteht. Ragt das Rohr ein Stück weit in den Kühlkanal hinein, wird in vorteilhafter Weise um den Eintrittsbereich der Öffnung in den Kühlkanal bzw. den Kühlraum ein Damm gebildet, der bewirkt, dass zumindest bei Stillstand des fertig bearbeiteten und einsatzbereiten Kolbens in dem Zylinderraum der Brennkraftmaschine sich Kühlmedium, z.B. Öl, auf dem Boden des Kühlkanals bzw. des Kühlraumes sammelt. Dieser Effekt trägt auch bei der oszillierenden Bewegung des einsatzbereiten Kühlkanales in der Brennkraftmaschine zu einer Verbesserung der Kühlwirkung des in dem Kühlkanal zirkulierenden Kühlmediums bei.
Die Trichterform des Rohres, dessen Durchmesser im Innenbereich des Kühlkanalkolbens größer ist als im Austrittsbereich, der in den Kühlkanal bzw. Kühlraum weist, hat den Vorteil, dass ein freier Strahl des Kühlmediums, insbesondere des Kühlöls, der in Richtung der Unterseite des Innenbereiches des Kühlkanalkolbens bei seinem Betrieb in der Brennkraftmaschine von einer Spritzdüse abgegeben wird, im Idealfall während der gesamten Auf- und Abwärtsbewegung des Kühlkanalkolbens, jedoch in einem weiten Bereich dieser Bewegung, über das trichterförmige Rohr in den Kühlkanal bzw. den Kühlraum eingeleitet wird. Außerdem lassen sich Bauteiltoleranzen und Toleranzen bei der Montage, der die Kühlung des Kühlkanales beteiligten Elemente, z.B. die Anordnung der Einspritzdüse, Ausrichtung des Kühlkanalkolbens in den Zylindern der Brennkraftmaschine usw., ausgleichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen verein-facht dargestellt. Es zeigen:

1 bis 6: verschiedenartige Ansichten und Schnitte eines trichterförmigen Rohres und
7 bis 10: verschiedene Ansichten und Schnitte eines Kühlkanalkolbens mit eingesetzten Rohren.

In den 1 bis 6 ist das separat von dem Kolbengrundkörper, insbesondere dem Kolbenrohling, hergestellte trichterförmige Rohr mit 1 bezeichnet und in mehreren Ansichten und in zwei Schnitten dargestellt. Das trichterförmige Rohr 1 wird beispielsweise aus einem geeigneten Blechmaterial durch einen Rollvorgang hergestellt. Die mit 2 und 3 bezeichneten Stoßkanten können dabei überlappend oder auf Stoß angeordnet werden. In beiden Fällen kann entweder ein Fügevorgang zur Verbindung der beiden Stoßkanten 2 und 3 unterbleiben oder punktweise, abschnittsweise oder über die gesamte Länge erfolgen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 6 überlappen sich die Stoßkanten 2 und 3, wobei ein Fügevorgang zur Verbindung der beiden Stoßkanten 2 und 3 unterblieben ist. Etwa auf der Mitte der Längserstreckung des trichterförmigen Rohres 1 sind zwei abstehende Rastnasen 4 und 5 vorgesehen. Die beiden Rastnasen 4 und 5 liegen bei diesem Ausführungsbeispiel diametral gegenüber. Es können natürlich auch mehr als zwei Rastnasen oder dergleichen über den Umfang des trichterförmigen Rohres 1 und/oder seiner Axialerstreckung vorgesehen werden. In der Öffnung des Kühlkanalkolbens können den Rastnasen 4 und 5 zugeordnete Ausnehmungen, die vorzugsweise ringförmig ausgeführt sind, vorgesehen werden. Mittels dieser Rastmittel, insbesondere Rastnasen 4, 5 oder dergleichen, wird das trichterförmige Rohr 1 in die zylinderförmige oder andersförmige, z.B. konusförmige Öffnung in den Kolbenrohling eingesetzt und dort befestigt. Das trichterförmige Rohr 1 kann auch durch einen Fügevorgang, z.B. einen punktförmigen oder umlaufenden Schweißvorgang, durch einen Klebevorgang oder dergleichen festgelegt werden. Die Rastmittel, insbesondere die Rastnasen 4 und 5 bewirken außerdem, dass das trichterförmige Rohr 1 in der Öffnung in dem Kolbenrohling so festgelegt ist, dass sich das trichterförmige Rohr 1 nicht mehr aus der Öffnung in den Innenbereich des Kühlkanalkolbens hinein bewegen kann.
Der in den 7 bis 10 dargestellte Kühlkanalkolben ist mit 6 be-zeichnet. Der Kühlkanalkolben 6 weist Bolzenbohrungen 7 auf, über die er, nicht dargestellt, mit einem Pleuel der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Die Bolzenbohrungen 7 sind in der Wand des Innenbereichs 8 des Kühlkanalkolbens 6 angeordnet. An den Innenbereich 8 schließt sich ein Kühlkanal 9 an, der bis zum Kolbenboden 10 reicht. Zwischen dem Kühlkanal 9 und dem Innenbereich 8 des Kühlkanalkolbens 6 sind zwei Öffnungen 11,12 vorgesehen, in denen trichterförmige Rohre 1 eingesetzt sind, die gemäß den zuvor bereits beschriebenen Maßnahmen in den Öffnungen festgelegt sind.
In den 8 und 10 sind die Rohre zylindrisch dargestellt. Es handelt sich tatsächlich aber um trichterförmige Rohre oder entsprechende Abwandlungen, die auch eine Konus- oder Kegelstumpfform aufweisen können.
Bezugszeichenliste

1: trichterförmiges Rohr
2,3: Stoßkanten
4,5: Rastnasen
6: Kühlkanalkolben
7: Bolzenbohrung
8: Innenbereich
9: Kühlkanal
10: Kolbenboden
11, 12: Öffnungen

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

DE 10015709 A1 [0004]
DE 10234539 A1 [0004]

Claims

Kühlkanalkolben (6) mit einem Kühlkanal (9) oder einem Kühlraum im Bereich des Kolbenbodens (10) des Kühlkanalkolbens (6), wobei zumindest eine Öffnung (11 oder 12) von einem Innenbereich (8) des Kühlkanalkolbens (6) zu dem Kühlkanal (9) oder dem Kühlraum mit einem trichterförmigen Zulauf vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein trichterförmiges Rohr (1) nach der Herstellung des Kühlkanalkolbens (6) in die zumindest eine Öffnung (11 und/oder 12) eingesetzt und festgelegt ist.
Kühlkanalkolben (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das trichterförmige Rohr (1) in die Öffnung (11 und/oder 12) eingepresst ist.
Kühlkanalkolben (6) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das trichterförmige Rohr (1) mittels einer Rastverbindung in der Öffnung (11 und/oder 12) festgelegt ist.
Kühlkanalkolben (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das trichterförmige Rohr (1) durch eine Fügeverbindung, insbesondere durch einen Schweißvorgang, in der Öffnung (11 und/oder 12) befestigt ist.
Kühlkanalkolben (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das trichterförmige Rohr (1) über den Eintrittsbereich der Öffnung (11 und/oder 12) in den Kühlkanal (9) hineinragt.
Verfahren zur Herstellung eines trichterförmigen Rohres (1) zur Verwendung in einem Kühlkanalkolben (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das trichterförmige Rohr (1) aus einem geeigneten, zugeschnittenen oder gestanzten Blechmaterial durch einen Rollvorgang hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßkanten (2 und 3) des trichterförmigen Rohres (1) nach dem Rollvorgang durch einen Fügevorgang punktweise oder abschnittsweise oder über ihre gesamte Länge aneinander befestigt werden.
Kühlkanalkolben (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßkanten (2, 3) des trichterförmigen Rohres (1) nach dem Rollvorgang überlappend angeordnet sind.
Kühlkanalkolben (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand des trichterförmigen Rohres (1) Rastnasen (4, 5) angeformt sind.