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Die Erfindung betrifft einen Kolben gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Kolben für Brennkraftmaschinen werden über ein Pleuel mit der Kurbelwelle in an sich bekannter Weise verbunden. Zu diesem Zweck weist der Kolben eine Bolzenbohrung auf, in die zur Verbindung von Kolben und Pleuel ein Kolbenbolzen eingesetzt wird. Aufgrund der Kräftebeaufschlagung des Kolbens während seines Betriebes ist es erforderlich, den Kolbenbolzen zu schmieren, um ein Fressen zu verhindern. Um ein Schmiermittel, insbesondere Motoröl, in die fress-gefährdeten Bereiche transportieren zu können, sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden. Einerseits kann beispielsweise Motoröl, welches von der Kurbelwelle aufgrund ihrer Drehbewegung wegspritzt (weggeschleudert wird), genutzt werden, um die fress-gefährdeten Bereiche zu schmieren. Darüber hinaus sind beispielsweise direkte Schmierungen über eine Bohrung in der Pleuellängsachse oder auch eine Schmierbohrung in der Bolzennabe bekannt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß bei einem Kolben, der in seinem Kolbenboden einen Kühlkanal aufweist, das dort zirkulierende Kühlmedium über eine Verbindungsbohrung von dem Kühlkanal in Richtung der Bolzenbohrung gelangen zu lassen. Eine solche Lösung bei dem sogenannten Kühlkanalkolben hat den Vorteil, daß aufgrund der Verbindung zwischen dem Kühlkanal und der Bolzenbohrung das Kühlmedium, was hier auch als Schmiermittel genutzt wird, ganz gezielt in solche Bereiche gelangt, in denen eine Fressgefährdung besteht. Allerdings haben solche Verbindungen den Nachteil, daß sie einerseits schwierig herzustellen sind und andererseits zusätzliche konstruktive Maßnahmen erfordern, da diese Verbindungen zwischen Kühlkanal und Bolzenbohrung zusätzlich zu den Zulauf- und Ablauföffnungen vorhanden sind. Außerdem mündet eine solche Verbindung nur punktuell in den Bereich der Bolzenbohrung, so daß nicht sichergestellt ist, daß alle fress-gefährdeten Bereiche ausreichend mit einem Schmiermittel versehen werden.
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Aus der
DE 196 47 735 C1 ist ein gattungsgemäßer einteiliger Kolben mit einem in einem Kolbenboden angeordneten Kühlkanal bekannt, in dem über zumindest eine Öffnung und zumindest eine weitere Öffnung ein Kühlmedium zirkuliert, wobei die Öffnung eine Ablauföffnung ist und derart in einen Innenbereich des Kolbens übergeht, dass das Kühlmedium beim Austritt aus der Öffnung ausgehend von dieser entlang eines Übergangbereiches unterhalb des Kolbenbodens im Innenbereich in Richtung einer Bolzenbohrung zwangsgeführt ist, wobei dadurch zumindest ein Teil des austretenden Kühlmediums über einen Fangtrichter, der in einem Pleuel, das dem Kolbenbolzen aufnimmt, aufgefangen wird und den Kolbenbolzen in einem Spalt zwischen der Bolzennabe und dem Pleuel trifft.
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Aus der
CH 339 430 A ist ein ölgekühlter Kolben mit einer Pleuelstange für Fahrzeugdieselmotoren mit in einem Kühlraum hin- und her-pendelndem Kühlmittel und eingegossenem Kühlmittelzulauf- bzw. -ablaufrohren oder Zuflusskanälen in Form von Bohrungen in der Pleuelstange bekannt, wobei in dem Kolbenkopf hinter der Ringpartie ein ringförmiger Hohlkörper für das Kühlöl vorgesehen ist, der aus Blech besteht und in den einteiligen Kolbenkörper eingegossen ist. In einem Ausführungsbeispiel weist ein Kolben einen geschlossenen Laufmantel und einen Kolbenbolzenstuhl auf, bei dem auch eine Kühlung durch Pendeln des Öls hinter der Ringpartie vorgesehen ist. Das Kühlöl wird bei einer derartigen Kolbenkonstruktion durch ein Stahlrohr oder über die Pleuelsange dem Kühlraum zugeleitet. Das heiße Kühlöl verlässt durch Rückführlöcher im Inneren über dem Bolzenstuhl die Kühlräume, um über die Pleuelstange zum Kurbelgehäuse zurückgeleitet zu werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Schmierung des Kolbenbolzens zu verbessern, wobei als Schmiermittel ein in dem Kühlkanal zirkulierendes Kühlmedium, insbesondere Motoröl, verwendet werden soll.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eine Öffnung, über welche ein Kühlmedium aus dem Kühlkanal gelangen kann, derart in einen Innenbereich des Kolbens übergeht, daß das Kühlmedium beim Austritt aus der Öffnung entlang eines Übergangsbereiches zwangsgeführt ist. Durch diesen Übergangsbereich kann die Öffnung, die in an sich bekannter Weise schon vorhanden ist und für den Austritt des Kühlmediums aus dem Kühlkanal zwecks Zirkulation auch erforderlich ist, genutzt werden, um einen Teilstrom des Kühlmediums zu Schmierzwecken in Richtung des Kolbenbolzens zu führen. Dabei ist vorgesehen, daß der Übergangsbereich so gestaltet ist, daß das austretende Kühlmedium entlang des Übergangsbereiches in Richtung der fress-gefährdeten Bereiche des Kolbenbolzens zwangsgeführt wird. Das heißt, daß das als Schmiermittel dienende Kühlmedium genau an die Stellen, gegebenenfalls großflächig, verteilt wird, in denen eine Fressgefährdung besteht. Dabei ist der Übergangsbereich in besonders vorteilhafter Weise derart gestaltet, daß das Kühlmedium, ausgehend von der Öffnung, breit gefächert in Richtung des Kolbenbolzens transportiert wird. Dabei ist die Austrittsöffnung des Kühlkanales derart gestaltet, daß zumindest ein Teil des austretenden Kühlmediums entlang des Übergangsbereiches zwangsgeführt den Kolbenbolzen in einem Spalt zwischen der Bolzennabe und dem Pleuel trifft und dort die Schmierung des Kolbenbolzens in der Bolzennabe und im Pleuelauge übernimmt beziehungsweise eine dort schon vorhandene Schmierung verstärkt. Dadurch wird eine wesentlich verbesserte Schmierwirkung in den beiden Lagern des Kolbenbolzens, im Pleuel und in der Nabe des Kolbens erzielt. Dadurch lassen sich Reibung und Verschleiß wirksam reduzieren, so daß die Haltbarkeit des Kolbens und seiner beiteiligten Bauelemente wie Pleuel im Betrieb erhöht wird. Außerdem lassen sich die auf den Kolben wirkenden mechanischen Belastungen aufgrund der reduzierten Reibung deutlich erhöhen.
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Außerdem entfallen weitere Herstellungsschritte oder Bearbeitungen, um bei Kühlkanalkolben zusätzliche Verbindungen zwischen dem Kühlkanal und dem Kolbenbolzen einzubringen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, ist im folgenden beschrieben und anhand der Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
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1: einen Kolben im Querschnitt und
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2: Draufsicht auf einen Kolben von unten.
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1 zeigt einen Kolben 1, der auch als Kühlkanalkolben bezeichnet wird. Dieser Kolben 1 weist einen Kolbenboden 2 auf, an dem (bei Betrachtung der 1) nach unten gerichtet ein Kolbenschaft 3 angeordnet ist. Der Kolbenschaft 3 (ein- oder mehrteilig) dient als Lauffläche für den Kolben 1 im Zylinder der Brennkraftmaschine. Weiterhin ist im unteren Teil des Kolbens 1 im Bereich des Kolbenschaftes 3 in an sich bekannter Weise die Kolbennabe 4 mit ihrer Bolzenbohrung 5 vorhanden, wobei die Bolzenbohrung 5 einen Kolbenbolzen aufnimmt, um eine Verbindung zwischen dem Kolben 1 und einem nicht dargestellten Pleuel zu schaffen. Im Regelfall sind hier noch Bolzenlager beziehungsweise Pleuellager vorhanden, die jedoch nicht dargestellt sind. Auch bei diesen Lagern handelt es sich um fress-gefährdete Teile, die mit einem Schmiermittel versehen werden müssen.
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Weiterhin weist der Kolben 1 noch ein Ringfeld 6 auf, welches radial umlaufend im Regelfall mehrere Ringnuten aufweist. Eine Ringnut kann beispielsweise durch einen in den Kolben 1 einzugießenden Ringträger 7 gebildet werden. Zwecks Kühlung des Kolbenbodens 2 ist radial umlaufend etwas versetzt hinter dem Ringfeld 6 ein Kühlkanal 8 vorhanden, durch welchen ein Kühlmedium, insbesondere Motoröl, zirkuliert. Dieses Kühlmedium führt die beim Betrieb des Kolbens 1 entstehende Wärmemenge im Kolbenboden 2 ab. Damit wird der Bereich des Ringfeldes 6 und auch der Bereich um eine Brennraummulde 9 herum gekühlt. Gegebenenfalls können Bauteile, die den Kühlkanal 8 bilden, auch mit dem Ringträger 7 verbunden sein oder mit diesem eine Baueinheit bilden.
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Damit das Kühlmedium in dem Kühlkanal 8 zirkulieren kann, ist zumindest eine Öffnung 10 vorhanden, die bei der in 1 gezeigten Bauform des Kolbens 1 die Ablauföffnung ist. Diese Öffnung 10 geht dabei derart in einen Innenbereich 11 des Kolbens 1 über, daß das in dem Kühlkanal 8 zirkulierende Kühlmedium beim Austritt aus der Öffnung 10 entlang eines Übergangsbereiches 12 in Richtung des Innenbereiches 11 zwangsgeführt ist. Das heißt, daß zumindest ein Teilstrom des Kühlmediums, der durch die Pfeile in der 1 angedeutet ist, entlang des Übergangsbereiches 12 wandgeführt den Kolbenbolzen im Spalt zwischen der Kolbennabe 4 und dem nicht dargestellten Pleuel trifft und dort und von dort aus die Schmierung des Kolbenbolzens in der Kolbennabe und im nicht dargestellten Pleuelauge verstärkt.
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Weitere Ausgestaltungen des Kühlkanalkolbens sind in 2 dargestellt, die eine Draufsicht auf den Kolben 1 von unten zeigt. Hierbei ist dargestellt, daß die Öffnung 10 oval (alternativ rund oder andere beliebige Formen) ausgestaltet ist, wobei der Übergangsbereich 12 in Richtung der Kolbenbewegungsachse oval oder als abgerundetes Rechteck beziehungsweise Quadrat ausgestaltet ist. Alternativ kann auch der Übergangsbereich 12 rundlich oder in sonstiger beliebiger Form ausgestaltet sein. Dabei sollte der Übergangsbereich 12 in Richtung der Kolbenbewegungsachse derart gestaltet sein, daß der aus der Öffnung 10 austretende Strom des Kühlmediums sich auf den Innenbereich 11 zwischen den beiden Kolbennaben 4 erstreckt. Es könnte auch daran gedacht werden, den Übergangsbereich 12 so zu gestalten, daß jeweils ein Teilstrom in Richtung einer Kolbennabe 4 geleitet wird, um hier das Schmiermittel in den Spalt zwischen dem Kolbenbolzen und der Kolbennabe 4 einerseits und dem Kolbenbolzen und dem Pleuelauge andererseits zu lenken. Damit ist gewährleistet, daß das Schmiermittel an denjenigen Stellen zum Einsatz kommt, die fress-gefährdet sind beziehungsweise von denen aus das Schmiermittel in Bereiche gelangen kann, die fress-gefährdet sind.
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In 2 ist der Vollständigkeit halber noch dargestellt, daß neben der Öffnung 10, die als Ablauföffnung für das Kühlmedium dient, eine weitere Öffnung 13 vorhanden ist, die als Zulauföffnung für das Kühlmedium dient, das heißt, daß beispielsweise das Kühlmedium in diese Öffnung 13 eingespritzt wird, durch den Kühlkanal 8 in Richtung der Öffnung 10 zirkuliert und dort austritt. Selbstverständlich sind auch Ausgestaltungen denkbar, wo nur eine einzige Öffnung als Zu- und Ablauf dient, und auch Ausgestaltungen, bei denen mehr als eine Zulauf- und/oder mehr als eine Ablauföffnung vorhanden ist.
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Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß der Übergangsbereich 12 zu einer senkrecht zu einer Bolzenachse 14 vorhandenen Kolbenlängsachse 15 geneigt angeordnet ist. Diese Neigung, die insbesondere bei Betrachtung der 1 erkennbar ist, hängt ab von der Ausgestaltung der Öffnung 10 und des Innenbereiches 11 und beträgt vorzugsweise etwa 20 bis 60°. Dadurch ist gewährleistet, daß das aus der Öffnung 10 austretende Kühlmedium zumindest in einem Teilstrom über den Übergangsbereich 12 in etwa parallel zu der Kolbenlängsachse 15 in Richtung der Bolzenachse 14 geführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kolben
- 2
- Kolbenboden
- 3
- Kolbenschaft
- 4
- Kolbennabe
- 5
- Bolzenbohrung
- 6
- Ringfeld
- 7
- Ringträger
- 8
- Kühlkanal
- 9
- Brennraummulde
- 10
- Öffnung
- 11
- Innenbereich
- 12
- Übergangsbereich
- 13
- Öffnung
- 14
- Bolzenachse
- 15
- Kolbenlängsachse
