DE10221209A1 - Ringträger mit Kühlkanal für einen Kolben - Google Patents

Ringträger mit Kühlkanal für einen Kolben

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Abstract

Kolben für eine Brennkraftmaschine, der einen Ringträger (1) mit einer Ringnut (2) aufweist, wobei radial umlaufend hinter dem Ringträger (1) ein von einem Kühlkanalblech (3) gebildeter Kühlkanal (4) vorhanden ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß das Kühlkanalblech (3) an wenigstens einer Stelle, an der eine Bohrung (9) zum Kühlkanal (4) zwecks Speisung mit einem Kühlmedium einbringbar ist, eine Materialverdickung aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, der einen Ringträger mit Kühlkanal gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 aufweist.
  • Kolben für Brennkraftmaschinen, die einen Ringträger mit einer Ringnut aufweisen, wobei radial umlaufend hinter dem Ringträger ein Kühlanal vorhanden ist, sind bekannt. Um den Kühlkanal herzustellen, wird der Ringträger vor dem Eingießen mit einem radial umlaufenden Kühlkanalblech versehen. Dieses Kühlkanalblech wird bei der DE 199 40 440 radial umlaufend mit einer Kante an dem Ringträger verschweißt oder, wie in der DE 100 27 463 gezeigt, mit beiden radial umlaufenden Kanten an dem Ringträger verschweißt. Danach wird der mit dem Kühlkanalblech versehene Ringträger alfiniert und in die Gießform eingesetzt und mit Gießschmelze umgeben. Nach dem Erstarren der Gießschmelze und der Entnahme des Kolbenrohlings aus der Gießform wird vom Innenbereich des Kolbens, wo der Gießkern gesessen hat, zumindest eine Bohrung in Richtung des Kühlkanales eingebracht. Über diese Bohrung oder auch mehrere Bohrungen kann ein Kühlmedium, insbesondere Motoröl, in dem Kühlkanal zirkulieren, um den Bereich des Kolbenbodens, insbesondere hinter der ersten Ringnut, zu kühlen.
  • Beim Anbohren des Kühlkanales ist unbedingt darauf zu achten, daß keine Bohrspäne in den Kühlkanal gelangen. Ebensowenig dürfen Bohrgrate entstehen, da diese sich während des Betriebes des Kolbens in der Brennkraftmaschine lösen könnten und zu Beeinträchtigungen, bis hin zum Ausfall, der Brennkraftmaschine führen können. Gleiches gilt für nach dem Bohren im Kühlkanal vorhandene Bohrspäne, die ebenfalls in den Motoröl-Kreislauf gelangen und dort Schäden verursachen können.
  • Die Problematik der Bildung von Bohrspänen bzw. Bohrgraten ist gerade dann gegeben, wenn das Kühlkanalblech aus einem anderen Material besteht als die das Kühlkanalblech umgebende erstarrte Gießschmelze. So besteht beispielsweise das Kühlkanalblech aus einem umgeformten Stahlblech, während als Gießschmelze ein Leichtmetall wie Aluminium verwendet wird. Zur Vermeidung der geschilderten Problematik könnte daran gedacht werden, die Dicke des Kühlkanalbleches deutlich zu erhöhen, was die Rißanfälligkeit beim Anbohren vermindern würde. Dies führt jedoch zu der nachteiligen Konsequenz, daß bei Erhöhung der Materialstärke die Kühlwirkung deutlich gedrosselt wird und sich das Gewicht des Kolbens erhöht. Aufgrund der Oszillation des Kolbens während seines Betriebes ist jedoch eine Gewichtszunahme äußerst unerwünscht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben mit Ringträger und daran angeordnetem Kühlkanal bereitzustellen, mit dem die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden.
  • Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Kühlkanalblech an wenigstens einer Stelle, an der die Bohrung zum Kühlkanal zwecks Speisung mit einem Kühlmedium einbringbar ist, eine Materialverdickung aufweist. Das heißt, daß das Kühlkanalblech an mindestens einer Stelle, an der sich die Zulauf- bzw. Ablauföffnung für das Kühlmedium befindet, im Querschnitt größer ausgebildet ist als der übrige Querschnitt des Kühlkanalbleches. Dadurch wird beim Anbohren des Kühlkanales aus Richtung des Innenbereiches des Kolbens die Rißanfälligkeit vermindert und somit die Entstehung von Bohrspänen oder Bohrgraten verhindert. Die gegenüber dem übrigen Kühlkanalblech größere Wandstärke der wenigstens einen Stelle vermindert somit nicht nur die Rißanfälligkeit bei Anbringen der Ölzu- und -ablauföffnungen, sondern gewährleistet durch die übrige niedrige Wandstärke einen hohen Wärmeübergang, um den Bereich insbesondere der ersten Ringnut optimal kühlen zu können, sowie niedriges Gewicht.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Materialverdickung radial umlaufend vorhanden. Dies hat den Vorteil, daß der Kühlkanal, ausgehend vom Innenbereich des Kolbens, an einer beliebigen Stelle angebohrt werden kann, da der Bohrer immer auf eine gegenüber dem übrigen Kühlkanalblech dickere Wandstärke im Bereich der Materialverdickung trifft. Damit sind keine bestimmten Positionen zur Anbringung der Bohrlöcher erforderlich.
  • Ein Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im folgenden beschrieben und anhand der Figur erläutert.
  • In der Figur ist ein Ringträger 1 gezeigt, der eine Ringnut 2 zur Aufnahme eines Ölabstreifringes aufnimmt. Radial umlaufend hinter dem Ringträger 1 ist ein Kühlkanalblech 3 vorhanden, wodurch direkt hinter dem Ringträger 1 ein radial umlaufender Kühlkanal 4 gebildet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird nach dem Anbringen des Kühlkanalbleches 3 an dem Ringträger 1, beispielsweise durch einen Schweißvorgang, dieses Bauteil alfiniert, d. h. mit einer Aluminiumschicht überzogen, und lagegenau in eine Gießform eingesetzt. Nach dem Füllen der Gießform mit flüssiger Gießschmelze, beispielsweise einem Leichtmetall wie Aluminium, erhält der Ringträger 1 mit seinem Kühlkanalblech 3 nach dem Erstarren der Gießschmelze seine endgültige Lage, wobei durch die Alfinierung dieses Bauteiles eine zuverlässige Verbindung mit der erstarrten Gießschmelze gewährleistet ist. Dabei muß darauf geachtet werden, daß die Verbindung zwischen dem alfinierten Bauteil und der erstarrten Gießschmelze nicht unterbrochen wird. Dies könnte in nachteiliger Weise dann der Fall sein, wenn beim Anbohren des relativ dünnen Kühlkanalbleches 3 dieses lokal beim Auftreffen des Bohrers angehoben wird. Um dem vorzubeugen, schlägt die Erfindung vor, daß im Bereich der Auftreffstelle des Bohrers eine Materialverdickung im Kühlkanalblech 3 vorhanden ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel, das in der Figur gezeigt ist, besteht das Kühlkanalblech 3 aus einer oberen Schale 5 und einer unteren Schale 6 und ist somit zweiteilig (oder gegebenenfalls mehrteilig) ausgeführt mit einer waagerecht verlaufenden Teilung. Die beiden Schalen 5 und 6 sind einerseits mittels einer Schweißverbindung 7 an dem Ringträger 1 angeordnet und andererseits gemeinsam über eine Schweißverbindung 8 miteinander verbunden. Beide Schweißverbindungen 7 und 8 verlaufen ebenfalls radial umlaufend. Zur Erzielung wenigstens einer Stelle mit einer Materialverdickung ist vorgesehen, daß eine Schale (Schale 6) zumindest stellenweise dicker ist als die andere Schale (Schale 5). Zur Vereinfachung der Herstellung der beiden Schalen 5 und 6 können beide aus unterschiedlich dickem Flachmaterial geformt werden, wobei beispielsweise die Wandstärke der Schale 5 um die Hälfte kleiner ist als die Wandstärke der Schale 6. Nach der Herstellung der beiden Schalen 5 und 6 werden diese wie beschrieben mittels der Schweißverbindungen 7 und 8 an dem Ringträger 1 angeordnet, wobei anschließend dieses einstückige Bauteil mit einer Alfinschicht überzogen und in die Gießform eingesetzt wird. Nach dem Erstarren der Gießschmelze und der Entnahme des Kolbenrohlings aus der Gießform erfolgt eine Endbearbeitung des Kolbenrohlings, die unter anderem die Einbringung einer Bohrung 9 in Richtung des Kühlkanales 4 umfaßt. Dabei ist zu erwähnen, daß die Materialverdickung immer an der Stelle oder in einem solchen Bereich vorhanden ist, an dem der Bohrer auf das Kühlkanalblech 3 trifft. Bei Betrachtung der Figur erfolgt ein Anbohren von unten in Richtung des Kühlkanales 4, so daß bei diesem Ausführungsbeispiel auch die untere Schale 6 dicker ist als das übrige Kühlkanalblech 3. Die partielle Materialverdickung führt dazu, daß ein Lösen des angebohrten Bereiches von der umgebenden Gießschmelze verhindert wird und somit die Alfinbindung zwischen dem Kühlkanalblech und der Gießschmelze (Aluminiummatrix) nicht beschädigt wird. Da der übrige Bereich des Kühlkanalbleches 3, insbesondere der Bereich der oberen Schale 5, dünner ist, wird gleichzeitig Gewicht tingespart und der Wärmeübergang optimiert, so daß das in dem Kühlkanal 4 zirkulierende Kühlmedium insbesondere den Bereich des Ringträgers 1 optimal kühlen kann.
  • Bei einer mehr als zweiteiligen Ausführung des Kühlkanalbleches 3 kann auch daran gedacht werden, daß die obere Schale 5 durchgehend die gleiche Wandstärke aufweist, während die untere Schale 6 Abschnitte mit einer dünnen und stellenweise Abschnitte mit einer dickeren Wandstärke aufweist, wobei eine solche Schale aus mehreren zu verbindenden, insbesondere zu verschweißenden, Einzelteilen besteht. Bezugszeichenliste 1 Ringträger
    2 Ringnut
    3 Kühlkanalblech
    4 Kühlkanal
    5 obere Schale
    6 untere Schale
    7 Schweißverbindung
    8 Schweißverbindung
    9 Bohrung

Claims (3)

1. Kolben für eine Brennkraftmaschine, der einen Ringträger (1) mit einer Ringnut (2) aufweist, wobei radial umlaufend hinter dem Ringträger (1) ein von einem Kühlkanalblech (3) gebildeter Kühlkanal (4) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlkanalblech (3) an wenigstens einer Stelle, an der eine Bohrung (9) zum Kühlkanal (4) zwecks Speisung mit einem Kühlmedium einbringbar ist, eine Materialverdickung aufweist.
2. Kolben nach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialverdickung radial umlaufend vorhanden ist.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlkanalblech (3) aus einer oberen Schale (5) und einer unteren Schale (6) besteht, wobei eine Schale (6) zumindest stellenweise dicker ist als die andere Schale (5).
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