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Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, der einen
Ringträger mit Kühlkanal gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1
aufweist.
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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.
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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.
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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.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben mit Ringträger und
daran angeordnetem Kühlkanal bereitzustellen, mit dem die eingangs geschilderten
Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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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.
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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.
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Ein Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im
folgenden beschrieben und anhand der Figur erläutert.
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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.
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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.
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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