DE10227372B4

DE10227372B4 - Kolben mit einer Ausnehmung zur Aufnahme von einem Schmiermittel

Info

Publication number: DE10227372B4
Application number: DE2002127372
Authority: DE
Inventors: Gregor Müller
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: DE10227372A1

Abstract

Kolben (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem ein Ringfeld (3) aufweisenden Kolbenboden (2) sowie mit einer in Kolbennaben (4) angeordneten Bolzenbohrung (5), dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Kolbenbodens (2) ausgehend von einer Unterkante des Ringfeldes (3) in Richtung der Bolzenbohrung (5) eine hohlkörperförmige Ausnehmung (10) mit einem in Richtung des Kolbenbodens (2) gerichteten Scheitelpunkt zur Aufnahme von einem Schmiermittel vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Beim Betrieb von Kolben in Brennkraftmaschinen ist es erforderlich, die Flächen, mit denen ein Kolbenbolzen in einer Bolzenbohrung gelagert ist, zu schmieren, um ein Fressen zu vermeiden. Um eine solche Schmierung der Anlageflächen zwischen Kolbenbolzen und Bolzenbohrung (bzw. den beteiligten Flächen der Kolbennaben), insbesondere im Bolo-Scheitel, wo die höchste Pressung ist, zu ermöglichen, sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden. So gibt es beispielsweise radiale oder spiralförmige Schmierrillen in der Kolbennabe, die das Schmiermittel, insbesondere Motoröl, aufnehmen können. Diese sind aber nur mit einem sehr hohen Aufwand in die Kolbennaben einbringbar.

Aus der DE 199 54 725 A1 ist es bei einem Kühlkanalkolben bekannt, eine Verbindung von dem Kühlkanal im Kolbenboden in Richtung der Bolzenbohrung in den Kolben einzubringen. Über diese Verbindung kann Motoröl, was zwecks Kühlung des Kolbenbodens im Kühlkanal zirkuliert, auch in Richtung der Bolzenbohrung und damit in Richtung des Bolzens gelangen, um die Anlageflächen zwischen Kolbennaben und Bolzen zu schmieren. Hierbei hat sich jedoch herausgestellt, daß aufgrund des Ölflusses in dem Kühlkanal nicht ausreichende Mengen an Schmiermittel durch die Verbindung in Richtung des Bolzens gefangen können, so daß keine ausreichende Schmierung in der Bolzenbohrung gegeben ist und damit nach wie vor die Gefahr des Fressens besteht. Außerdem stellt es einen hohen Aufwand bei der Herstellung des Kolbens dar, die Verbindung zwischen Bolzenbohrung und Kühlkanal einzubringen.

Aus der DE 36 00 749 A1 ist ein Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem ein Ringfeld aufweisenden Kolbenboden sowie mit einer in die Kolbennarben integrierten Bolzenbohrung bekannt, wobei von der Bolzenbohrung ausgehend eine Ausnehmung zur Aufnahme von Schmiermittel vorhanden ist.

Aus der DE 43 42 044 A1 wird bei einem Kolben aus Leichtmetall für Verbrennungsmotoren die Kühlung und Schmierung der Kolbenbolzennarben dadurch verbessert, dass im Bereich der Kolbenbolzenarbenbohrung oberhalb derselben auf der Innenseite jeder Kolbenbolzennarbe eine Ausnehmung vorgesehen ist, die in eine entsprechende Vertiefung auf der Innenseite des Kolbenbodens übergeht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Schmierung in der Bolzenbohrung und eine Erhöhung der Fress-Sicherheit bei einem Kolben zu erzielen.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß unterhalb des Kolbenbodens von der Bolzenbohrung ausgehend eine Ausnehmung zur Aufnahme von einem Schmiermittel, insbesondere Motoröl, vorhanden ist. Durch diese Aufnahme, die insbesondere halbkugel- oder halbzylinderförmig ausgestaltet ist, kann sich zunächst bei Bewegung des Kolbens in Richtung seiner Kolbenachse Schmiermittel (Motoröl) sammeln. Durch die bei der Bewegung des Kolbens in Richtung seiner Kolbenachse entstehenden Fliehkräfte und der damit einhergehenden Verformung des Bolzens (Verbiegung) wird, ausgehend von den äußeren Randbereichen der Bolzenbohrung, Schmiermittel in Richtung der Kolbenachse gedrückt, so daß aufgrund der kontinuierlichen Verformung des Bolzens immer ein Teilspalt zwischen dem Bolzen und der Kolbennabe entsteht, über welchen das Schmiermittel vom äußeren Rand bis in Richtung des Kolbeninneren wandern kann. Damit werden die Anlageflächen zwischen dem Bolzen und den Kolbennaben während der Auf- und Abbewegungen des Kolbens geschmiert, wodurch gleichzeitig ein Fressen wirksam verhindert wird. Durch die Ausnehmung steht für diesen Zweck immer ausreichend Schmiermittel zur Verfügung, so daß die Ausnehmung eine Art Schmiermittelvorrat (Speicher) bildet. Diese Ausnehmung kann einfach mit Herstellung des Kolbenrohlings oder nach dem Fertigen des Kolbenrohlings beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung eingebracht werden. Von besonderer Bedeutung sind halbkugel- oder halbzylinderförmige Ausgestaltungen der Ausnehmung, wobei insbesondere bei der halbkugelförmigen Ausgestaltung ein optimaler Schmiermittelfluß vom äußeren Randbereich der Kolbennaben in Richtung des Kolbeninneren gewährleistet ist. Daneben sind aber auch, je nach geometrischer Gestaltung des Kolbens, frei wählbare Formen für die Ausnehmung denkbar. Neben der Verwendung der Ausnehmung als Schmiermittelvorrat hat die Anordnung der Ausnehmung unterhalb des Kolbenbodens noch die Vorteile, daß sie an einer Stelle angeordnet ist, die die Festigkeit des Kolbens nicht beeinträchtigt und darüber hinaus noch eine Gewichtsreduzierung mit sich bringt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Kolbens, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.

Es zeigt

1: Schnitt durch einen Kolben, und

2: Draufsicht auf einen Kolben von unten.

1 zeigt beispielhaft einen Kolben 1, bei dem es sich um einen Kolben für eine Otto- oder Dieselbrennkraftmaschine handeln kann. Während der Kolben 1, der in 1 gezeigt ist, einteilig ausgebildet ist, ist es auch denkbar, einen mehrteiligen Kolben mit der erfindungsgemäßen Ausnehmung zu versehen oder den einteiligen Kolben aus mehreren Teilen zusammenzusetzen.

Der Kolben 1 weist einen Kolbenboden 2 auf, wobei in dem Kolbenboden 2 je nach Ausführungsart des Kolbens 1 auch eine nicht dargestellte Brennraummulde vorhanden sein kann. Weiterhin ist ein Ringfeld 3 vorhanden, an dem sich Kolbennaben 4 anschließen. In diesen Kolbennaben 4 ist eine Bolzenbohrung 5 angeordnet, die der Aufnahme eines Kolbenbolzens 6 dient. Über diesen Kolbenbolzen 6 wird der Kolben 1 mit einem Pleuel 7 verbunden. Eine Bolzenachse ist mit der Bezugsziffer 8 und eine Kolbenachse mit der Bezugsziffer 9 versehen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß unterhalb des Kolbenbodens 2 von der Bolzenbohrung 5 ausgehend eine Ausnehmung 10 zur Aufnahme von einem Schmiermittel vorhanden ist. Diese Ausnehmung 10 erstreckt sich in etwa ausgehend von dem unteren Ende des Ringfeldes 3 bis in Richtung der Bolzenbohrung 5, wobei zumindest ein kleiner Teil der Ausnehmung 10 bis in Richtung des Scheitels der Kolbennabe 4 hineinreicht. Die Höhe der Ausnehmung 10 (also ihre Erstreckung in Richtung der Kolbenachse 9) richtet sich nach der Höhe des Kolbenbodens 2 (und gegebenenfalls nach dem Vorhandensein einer Brennraummulde), wobei die Höhe der Ausnehmung 10 in Richtung der Kolbenachse 9 maximal der Hälfte der Höhe des Kolbenbodens 2 in Richtung der Kolbenachse 9 entspricht.

Durch die Bewegung des Kolbens 1 in Richtung seiner Kolbenachse 9 (Auf- und Abbewegung) wird durch die entsprechenden Fliehkräfte in der Ausnehmung 10 ein Schmiermittel (Motoröl) angesammelt. Gleichzeitig kommt es durch die Auf- und Abbewegung des Kolbens 1 zu einem Durchbiegen des Kolbenbolzens 6, so daß die Anlageflächen 11, über die der Kolbenbolzen 6 an den Kolbennaben 4 anliegt, zur Abhebung und damit zu einem keilförmigen Spalt, der vom Kolbenäußeren in Richtung des Kolbeninneren und umgekehrt wandert. Ein solcher Spalt und das damit verbundene und wandernde Schmiermittel ist in 1 auf der linken Seite grau schraffiert dargestellt und mit der Bezugsziffer 12 versehen. Eine Bewegungsrichtung 13, des Schmiermittels von einer Zylinderwand 14 aus in Richtung der Kolbenachse 9 und entlang des oberen Scheitels des Kolbenbolzens 6, ist ebenfalls durch Pfeile dargestellt. Durch die Ausnehmung 10, in der sich das Schmiermittel sammelt, und die auf den Kolben 1 wirkenden Kräfte wird es also möglich, daß das Schmiermittel von den äußeren Enden des Kolbenbolzens 6 über die Anlageflächen 11 in Richtung des Kolbeninneren wandert. Dadurch werden die Anlageflächen 11 und auch gegebenenfalls ein Lager 15 (Pleuellager) geschmiert. Weiterhin ist noch gezeigt, daß zwischen einer Ringnut, vorzugsweise der dritten Ringnut, des Ringfeldes 3 und der Ausnehmung 10 eine für das Schmiermittel durchlässige Verbindung 16 vorhanden ist. Über diese Verbindung 16 kann das unterhalb des Ölabstreifrings sich sammelnde Schmiermittel in die Ausnehmung 10 zwecks Schmierung gelangen. Diese Verbindung 16 kann beispielsweise vom Kolbenäußeren durch Bohren oder aber auch beim Einbringen (beispielsweise durch Fräsen) der Ausnehmung 10 in die Unterseite des Kolbenbodens 2 hergestellt werden.

2 zeigt eine Draufsicht auf den Kolben 1 von unten, wobei zusätzlich noch dargestellt ist, daß der Kolben 1 in einer Brennkraftmaschine innerhalb der Zylinderwand 14 gelagert ist. Mit der Bezugsziffer 13 ist wieder die Bewegungsrichtung des Schmiermittels gezeigt, wobei erkennbar ist, daß sich das an der Zylinderwand 14 sammelnde Schmiermittel über die Verbindung 16 auch in der Ausnehmung 10 sammelt und von dort längs der Bolzenachse 8 über die Anlageflächen 11 in Richtung des Kolbeninneren (Kolbenmitte) bewegt (wandert).

1: Kolben
2: Kolbenboden
3: Ringfeld
4: Kolbennaben
5: Bolzenbohrung
6: Kolbenbolzen
7: Pleuel
8: Bolzenachse
9: Kolbenachse
10: Ausnehmung
11: Anlagefläche
12: Schmiermittel
13: Bewegungsrichtung
14: Zylinderwand
15: Lager
16: Verbindung

Claims

Kolben (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem ein Ringfeld (3) aufweisenden Kolbenboden (2) sowie mit einer in Kolbennaben (4) angeordneten Bolzenbohrung (5), dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Kolbenbodens (2) ausgehend von einer Unterkante des Ringfeldes (3) in Richtung der Bolzenbohrung (5) eine hohlkörperförmige Ausnehmung (10) mit einem in Richtung des Kolbenbodens (2) gerichteten Scheitelpunkt zur Aufnahme von einem Schmiermittel vorhanden ist.
Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) in etwa halbkugelförmig ausgestaltet ist.
Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) in etwa halbzylinderförmig ausgestaltet ist.
Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Ringnut des Ringfeldes (3) und der Ausnehmung (10) zumindest eine für das Schmiermittel durchlässige Verbindung (16) vorhanden ist.