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Die Erfindung betrifft einen Kolben eines Hubkolben-Verbrennungsmotors mit einer funktionsoptimierten Kolbenkühlung.
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Moderne Verbrennungsmotoren von Straßenfahrzeugen werden in Abhängigkeit der Fahrweise des Fahrers mitunter insbesondere thermisch sehr stark belastet. Daher gehören Kühlkanalkolben insbesondere bei Hochleistungsmotoren mittlerweile zum Stand der Technik. Diese besondere Form der Kolben weisen einen Kühlkanal auf, in dem Kühlöl zirkulieren kann, um somit die Temperatur des Kolbens zu senken. Das Kühlöl gelangt über einen Kühlölzulauf in den Kühlkanal und fließt über einen Kühlölablauf wieder aus diesem ab.
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Ein Kolben mit einer derartigen Kolbenkühlung ist in 1 dargestellt. Sie zeigt einen durch die schraffierte Fläche angedeuteten Schnitt durch einen Kolben 10 mit einem Kühlkanal 20, in dem zur Kühlung des Kolbens 10 ein Kühlöl 30 zirkuliert. Der Kühlkanal 20 ist durch einen umlaufenden Ringkanal 22 und Zwischenverbindungen 21 ausgebildet, welche verschiedene Stellen des Ringkanals 22 miteinander fluidisch verbinden.
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Das Kühlöl 30 gelangt über einen Kühlölzulauf 23 (hier nicht dargestellt) in den Kühlkanal 20. Ausgehend vom Ringkanal 22 gelangt das Kühlöl 30 durch entsprechende Verbindungseintritte 21a in die Zwischenverbindungen 21 und fließt dort durch einen Kühlölablauf 24 mit dem Ablaufquerschnitt Aab ab. Im Ringkanal 22 bildet sich ein bestimmtes erstes Kühlölvolumen V1, da die Verbindungseintritte 21a in etwa mittig am Ringkanal 22 angeordnet sind. Auf dem Weg zum Kühlölablauf 24 nimmt das Kühlöl 30 Wärme des Kolbens 10 auf und transportiert diese aus dem temperaturkritischen Bereich des Kolbens 10. Die gezeigte Ausführungsform hat den Nachteil, dass im Bereich der Zwischenverbindungen 21 lediglich eine geringe Menge an Wärmeenergie durch das Kühlöl 30 aufgenommen werden kann, was sich negativ auf die Kühlleistung der Kühlung auswirkt. Außerdem ist durch den direkten Abfluss des Kühlöls lediglich ein geringer Teil der Zwischenverbindungen 21 mit dem Kühlöl 30 belegt, sodass der Wärmeübergang von Kolben 10 auf das Kühlöl 30 vergleichsweise gering ist.
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Ein ähnliches System offenbart das Patentdokument
DE 10 2018 208 898 A1 . Weitere Formen von Kühlsystemen von Kolben für Verbrennungsmotoren unter Einsatz von Kühlöl sind in den Patentdokumenten
DE 34 44 661 A1 ,
DE 40 40 611 A1 und
WO 2013/ 170 593 A1 offenbart. Das Dokument
DD 221 502 A1 betrifft einen mehrteiligen Kolben für Brennkraftmaschinen, welcher in einem Kühlkanal eine Ablaufsperre im Bereich eines zentralen Köhlölablaufs zur Bildung eines Kühlreservoirs aufweist.
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Vor dem Hintergrund des geschilderten Stands der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welcher eine Kühlung mit einer höheren Kühlleistung aufweist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Hauptanspruchs erfüllt. Ein Verbrennungsmotor, der einen erfindungsgemäßen Kolben aufweist, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
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Der erfindungsgemäße Kolben eines Verbrennungsmotors weist einen Kühlkanal auf, welcher im Inneren des Kolbens angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, Kühlöl im Kolben zirkulieren zu lassen. Der Kühlkanal weist dabei wenigstens einen Kühlölzulauf auf, der dazu ausgebildet ist, Kühlöl in den Kühlkanal zu leiten. Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Kühlölablauf im Kühlkanal vorgesehen, welcher dazu ausgebildet Kühlöl aus dem Kühlkanal zu leiten, wobei der Kühlkanal in einem Ablaufbereich um den Kühlölablauf wenigstens eine Ablaufsperre aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein Kühlölvolumen vor der Ablaufsperre aufzustauen.
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Als Ablaufbereich wird dabei der Bereich des Kühlkanals verstanden, der sich in unmittelbarer Umgebung des Kühlölablaufs, also direkt an diesen anschließend, befindet. Unter Ablaufsperre ist ein Element zu verstehen, welches das Kühlöl am Ablaufen in den Kühlölablauf behindert bzw. vorzugsweise komplett verhindert, bis sich im Kühlkanal direkt vor der Ablaufsperre ein bestimmtes Volumen des Kühlöls gebildet hat. Es kann dabei als einfaches geometrisches Element ausgestaltet sein, welches allein durch seine geometrische Ausgestaltung ein Ablaufen des Kühlöls behindert. Ebenfalls denkbar ist ein technisches Bauteil, welches entweder ein Ablaufen verhindert bis durch das aufgestaute Kühlölvolumen ein bestimmter Druckaufgebaut ist. Alternativ könnte das technische Bauteil auch steuerbar sein und in einer bestimmten Konfiguration das Ablaufen des Kühlöls behindern/verhindern und damit verlangsamen bzw. unterbinden. Nach der Bildung eines bestimmten Kühlölvolumens direkt vor der Ablaufsperre kann diese dann eine andere Konfiguration annehmen, in der ein größerer Durchsatz an Kühlöl hin zum Kühlölablauf ermöglicht wird. Als technisches Element könnte beispielsweise ein Ventil oder eine Membran oder ähnliches vorgesehen werden.
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Durch die Bildung eines Kühlölvolumens direkt vor der Ablaufsperre, kann sichergestellt werden, dass mehr Kühlölvolumen im Kühlkanal verbleibt. Damit ist eine größere Oberfläche des Kühlkanals mit Kühlöl in Kontakt, wodurch der Wärmeübertrag erhöht werden kann. Weiterhin wird das vor der Ablaufsperre gebildete Kühlölvolumen aufgrund seiner Trägheit bei der Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (UT) nach oben an die Decke des Kühlkanals gedrückt und kann somit Wärme von der Decke des Kühlkanals aufnehmen. Bei der eingangs geschilderten Ausführungsform des Stands der Technik ohne Ablaufsperre kann sich kein Volumen bilden, welches bei der Bewegung vom OT zum UT an die Decke gedrückt wird, somit können die Decken der Zwischenverbindungen nicht wirksam gekühlt werden. Somit wird durch die Ablaufsperre die Kühlleistung deutlich erhöht.
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Erfindungsgemäß setzt sich der Kühlkanal aus einem als umlaufenden Ringkanal ausgebildeten Teil und wenigstens einer Zwischenverbindung, die einen Punkt des Ringkanals mit einem anderen Punkt des Ringkanals fluidisch verbindet, zusammen. Der Begriff Zwischenverbindung bezieht sich dabei auf jede fluidische Verbindung zwischen zwei verschiedenen Punkten des Ringkanals.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Kühlölzulauf im Ringkanal. Hierdurch kann eine einfache geometrische Anordnung des Kühlkanals umgesetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Ablaufsperre in wenigstens einer der Zwischenverbindungen vorgesehen, sodass sich das Kühlölvolumen vor der Ablaufsperre in der entsprechenden Zwischenverbindung bildet, um insbesondere den Bereich des Kolbens um diese Zwischenverbindung zu kühlen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Zwischenverbindungen vorgesehen, welche als mehrere vom Ringkanal ausgehende und auf einen zentralen Punkt zulaufende Speichen ausgeführt sind. Die speichenförmigen Zwischenverbindungen laufen somit in dem zentralen Punkt zusammen und sind dort fluidisch verbunden. Aufgrund der so gewählten Geometrie kann eine gleichmäßige Kühlung des Kolbens über dessen gesamte Oberfläche erfolgen, wobei durch die Position des zentralen Punktes die Kühlleistung in bestimmten Bereichen des Kolbens lokal erhöht werden kann.
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Weiterhin vorteilhaft ist die Ausführungsform, wenn der Kühlölablauf in dem zentralen Punkt, an dem sich die Speichen treffen, angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann sich in einer Ausführungsform der Erfindung der zentrale Punkt in der Mitte des Kolbenquerschnitts in Bewegungsrichtung befinden. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige und symmetrische Kühlleistung sichergestellt werden, was insbesondere dann erforderlich ist, wenn die thermische Belastung des Kolbens ebenfalls symmetrisch erfolgt und in der Mitte des Querschnitts maximal ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Ablaufsperre im zentralen Punkt kreisförmig um den Kühlölablauf angeordnet, sodass das Kühlöl von allen Seiten daran gehindert wird in den Kühlölablauf zu gelangen. Bei dieser Ausführungsform sind die auf den zentralen Punkt zulaufenden Zwischenverbindungen weiterhin fluidisch verbunden, sodass das Kühlöl aus einer Zwischenverbindung in eine andere Zwischenverbindung an der Ablaufsperre vorbei strömen kann.
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In einer alternativen Ausführungsform, weist jede der Zwischenverbindungen an ihrem Ende eine Ablaufsperre auf, sodass diese noch in der Zwischenverbindung vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform ist kein fluidischer Austausch der Zwischenverbindungen mehr möglich, da dieser durch die Ablaufsperren unterbunden wird. Wenn das Kühlöl die Ablaufsperre überwindet, strömt es zu einer weit überwiegenden Wahrscheinlichkeit in den Kühlölablauf und eben nicht in eine andere Zwischenverbindung. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Kühlöl nicht länger als vorgesehen im Kühlkanal verbleibt und nach dem Verlassen einer Zwischenverbindung abläuft.
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Vorzugsweise ist die Ablaufsperre als Erhöhung im Boden des Kühlkanals ausgestaltet. Dies stellt eine einfache Form der Ablaufsperre dar. Durch die Erhöhung im Boden wird verhindert, dass das Kühlöl direkt abfließt. Nachdem sich ein bestimmtes Volumen angestaut hat, fließt dann aber das Kühlöl über die Ablaufsperre und gelangt in den Kühlölablauf. Durch die Erhöhung im Boden wird ein bestimmtes Volumen des Kühlöls vor der Ablaufsperre, welches für die Erhöhung der Kühlleistung unabdingbar ist, sichergestellt.
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Vorzugsweise ist eine Höhe der Ablaufsperre, welche als Erhöhung im Boden des Kühlkanals ausgebildet ist, mindestens so hoch wie eine Verbindungseintrittshöhe, welche eine Höhe eines Verbindungseintritts aus dem Ringkanal in die wenigstens eine Zwischenverbindung definiert. Somit kann sichergestellt werden, dass stets ein festgelegtes Volumen ausreichender Größe vor der Ablaufsperre gebildet wird und ein stetiger Durchfluss des Kühlöls durch die Höhe der Ablaufsperre bestimmt wird. Das heißt, dass sobald Kühlöl über die Ablaufsperre in den Kühlölablauf gelangt ein sicherer Nachschub an Kühlöl aus dem Ringkanal sichergestellt ist.
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Vorzugsweise ist die Höhe der Ablaufsperre jedoch auf eine Höhe begrenzt, bei der sich ein Volumen von Kühlöl im Kühlkanal bildet, welches 70%, besonders bevorzugt 60% des Gesamtvolumens des Kühlkanals ausmacht. Der Kühlkanal darf also zu nicht mehr als 70%, besonders bevorzugt 60% mit Kühlöl gefüllt sein. Dies gilt auch für die einzelnen Bestandteile des Kühlkanals, nämlich den Ringkanal und die Zwischenverbindungen, welche ebenfalls jeweils zu nicht mehr als 70% besonders bevorzugt 60% mit Kühlöl gefüllt sein dürfen. Bei einer Füllung des Kühlkanals bzw. des Ringkanals oder der Zwischenverbindungen von über 60% verschlechtert sich die Kühlwirkung des Kühlöls.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Ablaufquerschnitt des Kühlölablaufs kleiner als die Summe der Strömungsquerschnitte zwischen der Kühlkanaldecke und der Ablaufsperre einer jeden Zwischenverbindung. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Menge an maximalabfließendem Kühlöl durch den Ablaufquerschnitt des Kühlölablaufs definiert wird und die wenigstens eine Ablaufsperre nicht maßgebend hinsichtlich des gesamten Kühlölabflusses aus den Zwischenverbindungen ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Ablaufsperre runde Übergänge zum Kühlkanal und/oder zum Kühlölablauf auf. Als runde Übergänge sind Übergänge ohne Knicke, Sicken oder Kanten zu verstehen, in denen sich Ablagerungen bilden könnten. Diese befördern zudem eine stärker laminar ausgeprägte Strömung des Kühlöls im Kühlkanal, da Knicke oder Kanten eher zu Verwirbelungen in der Strömung führen können und damit die Vorhersagbarkeit des Kühlölflusses sinkt. Nichtsdestotrotz sind ebenfalls Ausführungen der Erfindung mit nichtrunden Übergängen ohne weiteres denkbar.
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Vorzugsweise weist die Ablaufsperre eine Abschrägung auf. Die Abschrägung ist dabei derart ausgestaltet, dass das Kühlöl bei der Bewegung des Kolbens in Richtung OT gegen die Abschrägung gedrückt wird und dadurch von dem Kühlölablauf weggedrückt wird. Somit kann erreicht werden, dass Kühlöl während dieser Bewegung nicht abläuft und kontrolliert im Kühlkanal gehalten wird.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Ausführungsform, in denen der Strömungsquerschnitt zwischen einer Ablaufsperre und der Decke in einer Zwischenverbindung unterschiedlich groß ist zum Strömungsquerschnitt zwischen einer Ablaufsperre und der Decke in einer anderen Zwischenverbindung. Somit kann das Volumen des Kühlöls hinter jeder Ablaufsperre individuell je nach Anforderungen an die Kühlung des Kolbens vorgesehen sein. Bei einer Ausführungsform mit lediglich einer um den Ablauf angeordneten Ablaufsperre kann diese in der Höhe entlang des Umfangs variieren, sodass in unterschiedlichen Bereichen der Ablaufsperre ein unterschiedlicher Strömungsquerschnitt zwischen Ablaufsperre und Kühlkanaldecke erzielt wird. Es sind ebenfalls Ausführungsformen denkbar, in denen das Kühlöl aus einzelnen Zwischenverbindungen ungehindert, also ohne Ablaufsperre in den Kühlölablauf gelangt. Durch die Ausgestaltungen unterschiedlicher Strömungsquerschnitte kann die Volumenbildung des Kühlöls und damit die Kühlleistung gesteuert werden und an die Anforderungen an die Kühlung des Kolbens angepasst werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Kühlkanaldecke im Ablaufbereich des Kühlölablaufs eine Abschrägung auf. Die Abschrägung ist dabei derart ausgeführt, dass Kühlöl, wenn es aufgrund der Trägheit bei der Bewegung des Kolbens in Richtung UT gegen die Kühlkanaldecke gedrückt wird, je nach Abschrägung in die entsprechende Zwischenverbindung bewegt wird und das Fließverhalten des Öls somit kontrolliert wird. Ebenso denkbar ist eine Ausführungsform der Abschrägung, welche den Abfluss des Kühlöls beeinflusst und somit kontrolliert.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Geometrie der Kühlkanaldecke dazu eingerichtet ist, das Kühlölvolumen im Kühlkanal bei der Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt in Richtung des unteren Totpunkts in Richtung des Kühlölablaufs zu bewegen. Als Bewegung des Kühlölvolumens wird verstanden, wenn sich dessen Schwerpunkt verschiebt. Auf diese Weise kann Einfluss darauf genommen werden, wieviel Kühlöl aus der Zwischenverbindung bei jedem Durchlauf durch den unteren Totpunkt durch den Kühlölablauf abgeführt wird.
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Insbesondere vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Kühlkanaldecke derartig ausgeführt ist, dass sich bei der Bewegung des Kolbens vom OT in Richtung des UT eine maximale Füllhöhe des Kühlölvolumens in mindestens einer Zwischenverbindung an der Kühlkanaldecke auf Höhe der Ablaufsperre einstellt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei einem Wechsel der Bewegung wieder in Richtung des OT ein bestimmter Teil des Kühlölvolumens in der Zwischenverbindung in den Kühlölablauf abläuft und die Ablaufsperre diese beiden Teile voneinander trennt. Durch die Auslegung der Deckengeometrie des Kühlkanals und der damit verbundenen Position der maximalen Füllhöhe bei der Bewegung des Kolbens vom OT in Richtung UT kann somit beeinflusst werden, wie groß der Anteil des Kühlöls ist, welcher bei der Umkehr der Bewegung des Kolbens (also Durchschreiten des UT) in den Kühlölablauf gerät.
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Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor weist einen erfindungsgemäßen Kolben auf.
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Im Folgenden werden anhand der beigefügten Figuren vorteilhafte Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 zeigt einen Kolben 10 mit einer Kolbenkühlung in einer Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik in einer Schnittansicht.
- 2 zeigt einen Kolben 10 mit einem beispielhaften Layout einer Kolbenkühlung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht
- 3 zeigt die in 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung in einer Detailansicht, wobei sich der Kolben in einer Bewegung vom UT in den OT befindet
- 4 zeigt die in 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung in einer Detailansicht, wobei sich der Kolben in einer Bewegung vom OT in den UT befindet
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Die 1 wurde bereits eingangs zur Schilderung des Stands der Technik näher beschrieben, weshalb auf eine genaue Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird.
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2 zeigt einen Kolben 10 mit einem beispielhaften Layout einer Kolbenkühlung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Der Kolben 10 weist einen Kühlkanal 20 auf, welcher aus einem umlaufenden Ringkanal 22 und mehreren Zwischenverbindungen 21 besteht, welche verschiedene Punkte auf dem Ringkanal 22 miteinander verbinden. Die Zwischenverbindungen 21 sind als Speichen ausgeführt, welche auf einen gemeinsamen zentralen Punkt zulaufen und dort fluidisch verbunden sind.
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Die Speichen sind jeweils mit dem Ringkanal 22 über Verbindungseintritte 21 a fluidisch verbunden, sodass das im Kühlkanal 20 strömende Kühlöl 30 jede Stelle des Kühlkanals 20 erreichen kann. Im Ringkanal 22 ist ein Kühlölzulauf 23 vorgesehen, welcher Kühlöl 30 in den Ringkanal 22 befördert. Im zentralen Punkt in der Mitte des Kolbens 10, dort wo sich die Speichen 21 treffen und fluidisch miteinander verbunden sind, ist der Kühlölablauf 24 angeordnet, über den das Kühlöl 30 wieder aus dem Kühlkanal 20 austreten kann.
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Ein derartiges Layout des Kühlsystems stellt eine gleichmäßige Kühlung des Kolbens 10 sicher. Eine Detailbetrachtung des Kühlölzulaufs 23 wird anhand 3 und 4 vorgenommen.
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3 zeigt die in 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittansicht, wobei sich der Kolben 10 in einer Bewegung vom UT in den OT befindet. Für eine detailliertere Ansicht der Merkmale ist in der Schnittansicht lediglich eine Seite des Kolbens 10 dargestellt. Um den ganzen Kolben abzubilden, müsste die dargestellte Seite spiegelverkehrt rechts an 3 angefügt werden.
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In der Schnittansicht dargestellt ist der Kühlkanal 20, bestehend aus einem Ringkanal 22 und einer Zwischenverbindung 21 in Form einer Speiche. Das Kühlöl 30 kann vom Ringkanal 22, über den Verbindungseintritt 21 a in die Zwischenverbindung 21 gelangen. Der Verbindungseintritt 21a weist gegenüber dem Boden des Ringkanals 22 eine Verbindungseintrittshöhe h auf, wodurch sich das Kühlöl 30, bevor es in die Zwischenverbindung 21 ablaufen kann, im Ringkanal 22 staut und somit ein erstes Kühlölvolumen V1 entsteht. Die Zwischenverbindung 21 ist ausgehend von dem Verbindungseintritt 21a in Richtung des Kühlölablaufs 24 abschüssig ausgestaltet, sodass eintretendes Öl in Richtung Kühlölablauf 24 fließt. In der Zwischenverbindung 21 ist kurz vor dem Kühlölablauf 24 eine Ablaufsperre 25 vorgesehen, welche als Erhöhung aus dem Boden der Zwischenverbindung 21 und damit des Kühlkanals 20 herausragt und die Höhe a aufweist. Durch die Ablaufsperre 25 in Verbindung mit der abschüssigen Geometrie der Zwischenverbindung 21 wird das Kühlöl 30 zurückgestaut, wodurch sich ein zweites Kühlölvolumen V2 bildet.
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Durch die Verbindungseintrittshöhe h auf der einen und die Höhe a der Ablaufsperre 25 auf der anderen Seite, kann sichergestellt werden, dass bei einem konstanten Kühlölzulaufvolumen stets die beiden Kühlölvolumen V1 und V2 im Ringkanal 22 bzw. der Zwischenverbindung 21 vorgesehen sind. Erst wenn ein bestimmtes zweites Kühlölvolumen V2 erreicht wird, kann das Kühlöl 30 die Ablaufsperre passieren und fließt in den Kühlölablauf 24 ab. Durch die beiden Kühlölvolumen V1 und V2 kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt ein ausreichend großer Teil der Oberfläche des Kühlkanals 20 mit Kühlöl 30 in Kontakt ist und gleichzeitig eine ausreichende Wärmemenge vom Kühlöl 30 aufgenommen werden kann, sodass eine ausreichende Kühlleistung sichergestellt ist.
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Die Höhe a der Ablaufsperre 25 sollte in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mindestens der Verbindungseintrittshöhe h entsprechen oder größer als diese sein. Dadurch wird das zweite Kühlölvolumen V2 möglichst groß. Bei der Auslegung der Höhe a der Ablaufsperre 25 und der Verbindungseintrittshöhe h ist darauf zu achten, dass der Ringkanal 22 und die Zwischenverbindungen 21 des Kühlkanals 20 maximal zu 70% mit Kühlöl gefüllt sind. Vorteilhaft ist eine maximale Füllung von 60%. Durch einen zu großen Anteil an Kühlöl 30 im Kühlkanal 20 wird die Kühlleistung wieder gesenkt, daher muss auf diesen Sachverhalt bei der Auslegung Ablaufsperre 25 besonders geachtet werden.
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In der gezeigten Ausführungsform ist der Kühlkanal 20 als Kanal mit rundem Querschnitt ausgeführt. Es ist selbstverständlich denkbar auch andere Querschnittsformen, wie beispielsweise mehreckige, insbesondere rechteckige, Formen einzusetzen. Ebenso können unsymmetrische Querschnittsformen eingesetzt werden.
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In 3 ist der Kolben 10 während einer Bewegung vom UT in den OT dargestellt. Dadurch wird das Kühlöl 30 auf den Boden des Kühlkanals 20 gepresst und kann dort Wärme aufnehmen. 4 zeigt die in 2 und 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung in einer Detailansicht, wobei sich der Kolben 10 in einer Bewegung vom OT in den UT befindet. Die Merkmale der 4 entsprechen den Merkmalen der 3, weswegen insbesondere auf die durch die im Vergleich zu 3 unterschiedliche Bewegungsrichtung des Kolbens 10 unterschiedliche Position des Kühlöls 30 eingegangen wird.
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Bei der Bewegung des Kolbens vom UT in Richtung OT wird kurz vor dem OT die Bewegung des Kolbens 10 stark verlangsamt, bis sie sich im OT umdreht. Durch das Verlangsamen der Bewegung wird das Kühlöl 30 im Kühlkanal 20 aufgrund seiner Trägheit bereits vor dem Durchschreiten des OT in Richtung einer Kühlkanaldecke 26 gepresst. Durch die Bewegung des Kolbens 10 nach Durchschreiten des OT in Richtung des UT wird das Kühlöl 30 aufgrund seiner Trägheit weiter an die Kühlkanaldecke 26 gepresst. Somit verschiebt sich kurz vor dem Durchschreiten des OT sowohl das erste Kühlölvolumen V1 im Ringkanal 22 an die Decke des Ringkanals 22 als auch analog das zweite Kühlölvolumen V2 in der Zwischenverbindung 21 an die Decke der Zwischenverbindung 21. Dort nimmt es Wärme der Kolbenwand auf, wodurch diese gekühlt wird. Erst durch die Bildung eines zweiten Kühlölvolumens V2 ist es möglich, dass das Kühlöl 30 in der Bewegung vom OT in Richtung des UT an die Kühlkanaldecke 26 in ausreichender Menge gedrückt wird, um die Kühlkanaldecke 26 wirksam zu kühlen. Kurz vor dem Durchschreiten des UT verlangsamt sich die Bewegung des Kolbens wieder, wodurch das zweite Kühlölvolumen V2 von der Kühlkanaldecke 26 aufgrund seiner Trägheit wieder auf den Boden des Kühlkanals 20 gelangt und dort während der Bewegung vom UT in Richtung OT bis kurz vor dem OT verbleibt.
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Durch die Geometrie der Kühlkanaldecke 26 in der Zwischenverbindung 21 wird das zweite Kühlölvolumen V2 in Richtung des Kühlölablaufs 24 bewegt. Dabei stellt sich in der gezeigten Ausführungsform eine maximale Füllhöhe d des zweiten Kühlölvolumens V2 an der Kühlkanaldecke 26 auf Höhe der Ablaufsperre 25 ein. Ändert sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 10 nun wieder in Richtung OT, d.h. wird der UT durchschritten, fließt ein Teil des zweiten Kühlölvolumens V2 durch den Kühlölablauf 24 ab und ein anderer Teil fließt zurück auf den Boden der Zwischenverbindung 21. Die beiden Teile werden dabei durch die Ablaufsperre 25 getrennt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei einem Wechsel der Bewegung wieder in Richtung des OT ein bestimmter Teil des zweiten Kühlölvolumens V2 in den Kühlölablauf abläuft. Somit kann durch die Geometrie der Kühlkanaldecke im Bereich des Kühlölablaufs 24 in Verbindung mit der Positionierung und Geometrie der Ablaufsperre 25 bestimmt werden, wie groß der Teil des zweiten Kühlölvolumens V2 ist, der bei jedem Durchlauf durch den UT in den Kühlölablauf 24 abgeführt wird.
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Weiterhin ist ein Ablaufquerschnitt Aab des Kühlölablaufs 24 kleiner als die Summe der Strömungsquerschnitte AL zwischen der Kühlkanaldecke 26 und der Ablaufsperre 25 aus jeder Zwischenverbindung 21. Somit kann sichergestellt werden, dass die Strömungsquerschnitte AL nicht die Menge des gesamten abfließenden Kühlöls 30 limitieren.
