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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor (im folgenden einfach als „Kolben“ bezeichnet), gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Technischer Hintergrund
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Ein üblicher Verbrennungsmotor ist derart aufgebaut, dass eine Auf-Ab-Bewegung eines in einem Zylinder aufgenommenen Kolbens über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen wird und sich die Kurbelwelle demzufolge dreht. Außerdem sind im allgemeinen Kolbenhemdabschnitte an einem äußeren Umfangsbereich dieses Kolbens ausgebildet.
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Typischerweise arbeitet der Kolben in einem großen Bereich von Schmierbedingungen, darunter ein Grenzschmierbereich, ein Mischschmierbereich und ein hydrodynamischer Schmierbereich auf der Stribeck-Kurve, abhängig von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors. Aus diesem Grund unterscheiden sich die Schmiersituationen zwischen einer Druckseite und einer Gegendruckseite an dem Kolben, und außerdem ändert sich die jeweilige Schmiersituation abhängig von den Stellen an dem Kolben.
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Diese Unterschiede in der Schmiersituation treten auch in den vorgenannten Kolbenhemdabschnitten auf. Das heißt: wenn der Kolben entlang der Innenfläche des Zylinders gleitet, treten in jedem Kolbenhemdabschnitt mehrere Abschnitte auf, die sich im Flächendruck voneinander unterscheiden. Von diesen mehreren Abschnitten weist ein Abschnitt, in welchem der Oberflächendruck groß ist (ein Abschnitt mit hohem Flächendruck) einen Zustand auf, in welchem der Ölfilm dünn ist, insbesondere wird der Ölfilm dann am dünnsten, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Dementsprechend entsteht das Problem, dass es leicht zu einem Festfressen oder Abrieb kommt.
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Um daher Schmieröl an den Kolbenhemdabschnitten zu halten, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Schmierölsumpf an den Außenumfangsflächen der Kolbenhemdabschnitte durch Musterbildung unter Einsatz eines Laser- oder Zerspanprozesses gebildet wurde. Außerdem wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Außenumfangsfläche der Kolbenhemdabschnitte einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, um die Anti-Kolbenfresserneigung und die Gleitcharakteristik in der Gesamtschmierzone oder der Mischschmierzone zu verbessern, in welcher ein mikroskopischer Festkörperkontakt auftritt (ein Kontakt zwischen den Kolbenhemdabschnitten und der Zylinderinnenfläche).
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Außerdem wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Bemusterung und die Oberflächenbehandlung, die beide oben erwähnt wurden, gleichzeitig an den Außenumfangsflächen der Kolbenhemdabschnitte ausgeführt werden. Als billiges, einfaches und zweckmäßiges Beispiel für dieses Verfahren gibt es eine Musterbildung, die an einen Kunstharzüberzug vorgenommen wird. Außerdem wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Musterbildung, das heißt eine Strukturierung als Musterbildung in der Weise vorgenommen wird, dass beim Gleiten des Kolbens Schmieröl von beiden Endabschnitten (Abschnitten mit niedrigem Flächendruck) der Außenumfangsfläche der Kolbenhemdabschnitte zu einem Mittelbereich dieser Abschnitte (einem Abschnitt mit hohem Flächendruck) geleitet wird (vgl. Patentschriften 1 und 2).
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SCHRIFTEN ZUM STAND DER TECHNIK
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Patentschriften
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Patentschrift 1:
JP 2009 -
30 521 A ; Patentschrift 2: Veröffentlichte japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung
JP 2007 -
509 279 A (entspricht
JP 4 741 501 B2 ) Patentschrift 3:
EP 0 373 516 A1 ; Patentschrift 4:
GB 2 171 776 A ; Patentschrift 5:
JP 2 510 099 Y2 .
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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Die Patentschrift 1 zeigt einen Kolben gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Allerdings der in der Patentschrift 1 beschriebene Kolben nur unzureichend die Funktion des Zurückhaltens von Schmieröl in einem Mittelbereich der Außenumfangsfläche der Kolbenhemdabschnitte. Wenn der Kolben gleitet, besteht also das Risiko, dass der Ölfilm im Mittelbereich der Außenumfangsfläche der Kolbenhemdabschnitte dünn wird und der Reibungswiderstand zwischen den Kolbenhemdabschnitten und der Zylinderinnenfläche derart groß wird, dass der Kraftstoffwirkungsgrad möglicherweise schlechter wird.
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Was den in der Patentschrift 2 beschriebenen Kolben angeht, ist, obschon ein Zentrum der Kolbenhemdabschnitte mit einem Speicherkanal für Schmieröl versehen ist (siehe 3 und 3A in der Schrift), die Menge an gespeichertem Schmieröl unzureichend. Da außerdem dieser Speicherkanal parallel zu den Gleitrichtungen (Aufwärts- und Abwärtsrichtung) des Kolbens vorgesehen ist, ergibt sich ein Problem insofern, als das in dem Speicherkanal befindliche Schmieröl mengenmäßig abnimmt, während der Kolben gleitet. Die Patentschrift 3 zeigt einen Kolben, der für eine ähnliche Problematik ausgestattet ist. Dieser bekannte Kolben besitzt einen Kolbenendabschnitt mit hohem Flächendruck, in welchem eine Horizontalnut ausgestattet ist, welche zusätzlich über Bohrlöcher an den Enden der Horizontalnut in Richtung Kolbeninnenraum ausgestattet ist.
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Die Patentschrift 4 zeigt einen Kolben, dessen Endabschnitte mit nutenförmigen Hohlräumen ausgestattet sind, die horizontal verlaufen.
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Deshalb ist es im Hinblick auf die oben erläuterten Umstände Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kolben anzugeben, der in der Lage ist, den Reibungswiderstand zwischen den Kolbenendabschnitten und der Zylinderinnenfläche zu reduzieren und den Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern.
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Lösung des Problems
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Dank dieser Struktur ist es möglich, zu veranlassen, dass Schmieröl von den Abschnitten mit niedrigem Flächendruck glatt in den Abschnitt mit hohem Flächendruck fließt, wenn der Kolben hochfährt, und einen Teil des Schmieröls in dem Abschnitt mit hohem Flächendruck zu halten, wenn der Kolben niederfährt. Selbst wenn also der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, kann eine gewisse Menge des Schmieröls in dem Abschnitt mit hohem Flächendruck gehalten werden, um den Festkörperkontakt zwischen dem Abschnitt mit hohem Flächendruck und der Zylinderinnenfläche einzuschränken. Im Zusammenhang damit wird es möglich, den Reibungswiderstand zwischen dem Abschnitt mit hohem Flächendruck und der Zylinderinnenfläche zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu steigern.
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Außerdem ist die Horizontalnut mit einem Aufnahmebereich versehen, in welchem sich die Horizontalnut teilweise in mindestens einer von der Aufwärtsrichtung und der Abwärtsrichtung ausweitet.
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Durch diesen Aufbau ist es möglich, den Aufnahmebereich zu veranlassen, eine gewisse Menge des Schmieröls zurückzuhalten, wenn der Kolben hoch- oder niederfährt, so dass die Funktion des Veranlassens des Abschnitts mit hohem Flächendruck, das Schmieröl zu halten, zusätzlich verbessert wird. In Verbindung damit wird es möglich, den Festkörperkontakt zwischen dem Abschnitt hohen Flächendrucks und der Zylinderinnenfläche wirksamer einzuschränken, was wiederum die Möglichkeit bietet, den Reibungswiderstand zwischen dem Abschnitt mit hohem Flächendruck und der Zylinderinnenfläche zusätzlich zu verringern.
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Darüber hinaus kann die Schrägnut mit einem Aufnahmebereich ausgestattet sein, bei welchem sich die Schrägnut teilweise in mindestens einer von der Aufwärts- und Abwärtsrichtung ausdehnt.
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Durch diesen Aufbau kann eine gewisse Menge des Schmieröls in den Abschnitten niedrigen Flächendrucks ebenso wie in dem Abschnitt mit hohem Flächendruck gehalten werden, wenn der Kolben hochfährt oder niederfährt, und die Funktion des Haltens des Schmieröls durch den Kolbenhemdabschnitt wird zusätzlich verbessert.
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Außerdem können die Horizontalnuten ebenso wie die Schrägnuten, die in einem vorbestimmten Intervall beabstandet sind, in mehreren Stufen in Aufwärtsrichtung und Abwärtsrichtung vorgesehen sein, und zwischen den Horizontalnuten und zwischen den Schrägnuten kann unabhängig von den Horizontalnuten und den Schrägnuten eine Ausnehmung vorgesehen sein.
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Durch diesen Aufbau wird es möglich, dass die Ausnehmung stets eine gewisse Menge an Schmieröl aufnimmt, wodurch die Funktion des Kolbenhemdabschnitts, das Schmieröl zu halten, weiter verbessert wird.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß den mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung wird es möglich, einen Kolben zu schaffen, der in der Lage ist, den Reibungswiderstand zwischen dem Kolbenhemdabschnitt und der Zylinderinnenfläche zu verringern und die Kraftstoffeffizienz zu steigern.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht, die einen Kolben gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, die zur Veranschaulichung der Erfindung dient, aber nicht von Anspruch 1 abgedeckt ist.
- 2A und 2B zeigen einen Kolbenhemdabschnitt des Kolbens gemäß der ersten Ausführungsform, wobei 2A eine Seitenansicht ist, die Schmieröl-Ströme beim Hochfahren des Kolbens zeigt, und 2B eine Seitenansicht ist, welche Schmierölströme beim Niederfahren des Kolbens zeigt.
- 3 ist eine Seitenansicht, die einen Kolben gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines wichtigen Ausschnitts von dem in 3 gezeigten Teils.
- 5 ist eine Seitenansicht eines Kolbens gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
- 6 ist eine Seitenansicht eines Kolbens gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kolbens 1 anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Erste Ausführungsform (nicht durch die Erfindung abgedeckt)
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Zunächst wird eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand der 1, 2A und 2B erläutert. Zweckmäßiger Weise wird diese Ausführungsform in Verbindung mit einem Fall beschrieben, das eine linke Seite in 1 die Seite der Vorderansicht (Frontseite) des Kolbens 1 ist.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist der Kolben 1 in einem Zylinder 2 eines Verbrennungsmotors aufgenommen, so dass er hoch- und niederfahren kann. Der Kolben 1 ist aus einem Aluminiumlegierungs-Werkstoff oder dergleichen gebildet, so dass er eine zylindrische Form mit einem Deckel aufweist. Der Kolben 1 enthält einen Kolbenboden 3 am oberen Ende des Kolbens, ein Paar aus einem vorderen und einem hinteren Kolbenbolzen-Augenabschnitt 5, die sich sowohl von der Vorder- als auch der Rückseite des Kolbenbodens 3 aus nach unten erstrecken, und ein Paar aus einem linken und einem rechten Kolbenhemdabschnitt 6 (1 zeigt nur den auf der Nahseite befindlichen Kolbenhemdabschnitt 6), die sich ausgehend von einem Außenumfang des Kolbenbodens 3 nach unten erstrecken.
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Oberhalb des Kolbenbodens 3 ist zwischen dem Zylinder 2 und einem Zylinderkopf 7 eine Verbrennungskammer 8 gebildet. Der Außenumfang des Kolbenbodens 3 ist mit einer umlaufenden Ringnut 10 versehen. In der Ringnut 10 sitzt ein (nicht gezeigter) Kolbenring.
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Jeder der Kolbenbolzen-Augenabschnitte 5 ist mit einem Bolzenauge 11 in horizontaler Richtung ausgestattet. Obschon in der Zeichnung nicht dargestellt, ist in den Bolzenaugen 11 ein Kolbenbolzen aufgenommen. Über den Kolbenbolzen ist mit dem Kolben 1 eine Pleuelstange verbunden. Mit der Pleuelstange steht eine Kurbelwelle in Verbindung. Hierdurch wird die Aufwärts-Abwärts-Bewegung des Kolbens 1 über die Pleuelstange in eine Drehung der Kurbelwelle umgesetzt.
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Jeder Kolbenhemdabschnitt 6 krümmt sich in Form eines Bogens entlang einer Zylinderinnenfläche 12. Eine Außenumfangsfläche 13 jedes Kolbenhemdabschnitts 6 ist mit einer Harzbeschichtung versehen. Diese Harzbeschichtung wird beispielsweise dadurch gebildet, dass auf die Außenumfangsfläche 13 jedes Kolbenendabschnitts 6 ein Mittel aufgetragen wird, in welchem ein Feststoffschmiermittel, beispielsweise Molybdändisulfid, Graphit, PTFE und dergleichen, in einen Duroplast, beispielsweise Polyamid-Imid oder dergleichen dispergiert ist, wobei das Auftragen mit Hilfe beispielsweise eines Sprühverfahrens, eines Siebdruckverfahrens, eines Tampondruckverfahrens etc. durchgeführt wird, demzufolge Abschnitte mit einem Auftrag des Mittels erhabene Abschnitte bilden und Abschnitte ohne den Auftrag des Mittels Vertiefungen (Schmierölsümpfe) bilden. In den 1, 2A und 2B sind Abschnitte 5 mit einem Mittelauftrag (Harzbeschichtungsabschnitte S) durch zahlreiche Punkte dargestellt (in den 3 und den daran anschließenden Zeichnungen findet sich eine ähnliche Darstellung).
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Wenn der Kolben 1 gleitet, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, weist die Außenumfangsfläche 13 jedes Kolbenhemdabschnitts 6 keine gleichförmige Spannungsverteilung auf, sondern es kommt zu mehreren Abschnitten unterschiedlichen Flächendrucks. Im Fall des Kolbenhemdabschnitts 6 dieser Ausführungsform beispielsweise gibt es einen Abschnitt mit höherem Flächendruck (im folgenden als „Abschnitt mit hohem Flächendruck 14“ bezeichnet) der mehreren Abschnitte, und zwar in der Mitte jedes Kolbenhemdabschnitts 6 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, außerdem entstehen Abschnitte mit niedrigem Flächendruck (im folgenden als „Abschnitt mit niedrigem Flächendruck 15“ bezeichnet) der mehreren Abschnitte sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite des Abschnitts mit hohem Flächendruck, 14. Übrigens kennzeichnen Doppelpunkt-Strich-Linien X, X in den 1, 2A und 2B Grenzen zwischen dem Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck und Abschnitten 15 mit niedrigem Flächendruck (3 und die daran anschließenden Zeichnungen verwenden ähnliche Darstellungen).
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Der Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck jedes Kolbenhemdabschnitts 6 ist mit Horizontalnuten 16 in horizontaler Richtung (Vorwärts-Rückwärts-Richtungen bei dieser Ausführungsform) ausgestattet. Die Horizontalnuten 16 verlaufen im wesentlichen parallel zu der Ringnut 10 des Kolbenbodens 3. Die Horizontalnuten 16 werden gebildet durch Bemusterung, das heißt Strukturierung des oben erwähnten Harzüberzugs. Das heißt, die Bereiche ohne aufgebrachte Harzbeschichtung (Abschnitte ohne aufgebrachtes Mittel) sind die Horizontalnuten 16. Diese sind in mehreren Stufen in Aufwärts- und Abwärtsrichtung vorgesehen und in vorbestimmten Intervallen voneinander beabstandet.
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Die Abschnitte mit niedrigem Flächendruck, 15, jedes Kolbenhemdabschnitts 6 sind mit geneigten Nuten (Schrägnuten) 17 ausgestattet, die nach unten in Richtung des Abschnitts mit hohem Flächendruck, 14, geneigt sind. Der Neigungswinkel der Schrägnuten 17 bezüglich der Horizontalen beträgt 5 Grad bis 60 Grad, und vorzugsweise 10 Grad bis 30 Grad. Die Schrägnuten 17 sind ähnlich wie die vorerwähnten Horizontalnuten 16 durch Strukturierung der Harzbeschichtung ausgebildet. Das heißt: die nicht mit der Harzbeschichtung versehenen Bereiche (Abschnitte ohne aufgebrachtes Mittel) sind die Schrägnuten 17. Die Schrägnuten 17 sind in mehreren Stufen in Aufwärts- und Abwärtsrichtung vorgesehen, und sie sind in vorbestimmten Intervallen beabstandet. Die zu dem Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck hin gelegenen Endbereiche der Schrägnuten 17 sind mit den beiden Endbereichen der Horizontalnuten 16 verbunden.
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Wenn bei dem oben beschriebenen Aufbau der Kolben 1 den oberen Totpunkt erreicht, wird ein Ölfilm an der Außenumfangsfläche 13 des Kolbenhemdabschnitts 6 am dünnsten, und damit entsteht wahrscheinlich ein mikroskopischer Feststoffkontakt zwischen dem Abschnitt mit hohem Flächendruck, 14, und der Zylinderinnenfläche 12, wodurch es leicht zu einem Pressen und zu Abrieb sowie erhöhtem Reibungswiderstand kommt. Bei dieser Ausführungsform jedoch werden diese Probleme auf folgende Weise vermieden:
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Erstens: wenn der Kolben 1 hochfährt, strömt Schmieröl aus den Schrägnuten 17 in die Horizontalnuten 16, wie in 2A gezeigt ist, so dass das Schmieröl von den Abschnitten niedrigen Flächendrucks, 15, zu dem Abschnitt mit hohem Flächendruck, 14, geliefert wird. Dabei strömt das Schmieröl glatt entlang den Schrägnuten 17 in die Horizontalnuten 16, da die Schrägnuten 17 nach unten in Richtung des Abschnitts 14 mit hohem Flächendruck geneigt sind. In Verbindung damit konzentriert sich das Schmieröl auf den Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck, wo der Ölfilm dünn wird und der Schmierzustand rauh ist, so dass die Verdünnung des Ölfilms auf den Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck eingeschränkt werden kann.
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Wenn weiterhin der Kolben 1 niederfährt, fließt ein Teil des Schmieröls aus den beiden Endbereichen der Horizontalnuten 16 in die Schrägnuten 17, die das durch schräge Pfeile in 2B dargestellt ist. Andererseits wird ein weiterer Teil des Schmieröls innerhalb des Abschnitts mit hohem Flächendruck, 14, gehalten, bedingt durch die Horizontalnuten 16, anstatt in die Schrägnuten 17 zu laufen, wie dies durch aufwärts gerichtete Pfeile in der vergrößerten Teilansicht in 2B dargestellt ist.
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Damit ist bei dieser Ausführungsform die Außenumfangsfläche 13 jedes Kolbenhemdabschnitts 6 in zwei Zonen unterteilt, abhängig von der Differenz der Oberflächendrücke, die in Erscheinung treten, wenn der Kolben 1 gleitet, wobei der Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck und die Abschnitte 15 mit niedrigem Flächendruck mit Nuten 16 bzw. 17 unterschiedlicher Muster versehen sind. Damit kann das Schmieröl glatt von den Abschnitten 15 mit niedrigem Flächendruck in den Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck strömen, wenn der Kolben 1 hochfährt, wobei ein Teil des Schmieröls in dem Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck gehalten wird, wenn der Kolben 1 niederfährt. Hierdurch ist es möglich, den Ölfilm an dem Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck dicker zu machen als im Stand der Technik, demzufolge eine gewisse Menge des Schmieröls in dem Abschnitt 14 hohen Flächendrucks auch dann gehalten werden kann, wenn der Kolben 1 den oberen Totpunkt erreicht. Im Zusammenhang damit lässt sich der Feststoffkontakt zwischen dem Abschnitt 14 hohen Flächendrucks und der Zylinderinnenfläche 12 einschränken, und es ist eine Verringerung des Reibungswiderstands zwischen dem Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck und der Zylinderinnenfläche 12 möglich. Deshalb wird die Gleiteigenschaft ebenso verbessert wie die Kraftstoffeffizienz.
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Da außerdem bei dieser Ausführungsform die Horizontalnuten 16 und die Schrägnuten 17 durch eine Strukturierung oder Bemusterung des Harzüberzugs an der Außenumfangsfläche 13 jedes Kolbenhemdabschnitts 6 ausgebildet sind, ist es möglich, die Horizontalnuten 16 und die Schrägnuten 17 billig und mit einem einfachen Verfahren auszubilden. Da ferner die Harzbeschichtung die Schmierfunktion der Kolbenhemdabschnitte 6 verbessert und die Horizontalnuten 16 und die Schrägnuten 17 die Schmieröl-Rückhaltefunktion steigern, ist es möglich, den Reibungswiderstand zwischen dem Abschnitt 14 hohen Flächendrucks und der Zylinderinnenfläche 12 zu reduzieren, was eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz gestattet.
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Obschon bei dieser Ausführungsform die Horizontalnuten 16 und die Schrägnuten 17 durch Bemusterung der Harzbeschichtungen gebildet werden, kann die Bemusterung (Strukturierung) stattdessen auch direkt an der Außenumfangsfläche 13 jedes Kolbenhemdabschnitts 6 durch einen Laserprozess oder durch mechanische Bearbeitung (Zerspanung) im Rahmen weiterer Ausführungsformen erfolgen.
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Wenngleich bei dieser Ausführungsform die Horizontalnuten 16 und die Schrägnuten 17, die in bestimmten Intervallen beabstandet sind, in mehreren Stufen in Auf- und Abwärtsrichtung angeordnet sind, können bei anderen Ausführungsformen die Horizontalnut 16 und die Schrägnut 17 in einer einzelnen Stufe vorhanden sein.
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Zweite Ausführungsform
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Als nächstes wird anhand der 3 und 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert. Ausgestaltungen von Bereichen außer dem Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck jedes Kolbenhemdabschnitts 6 sind im wesentlichen die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so dass deren Beschreibung entfällt.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist jede Horizontalnut 16 des Abschnitts 14 hohen Flächendrucks mit mehreren oberseitigen Aufnahmebereichen 20a ausgestattet, wo sich jede Horizontalnut 16 teilweise nach oben aufweitet, ferner mit mehreren unterseitigen Aufnahmebereichen 20b, wo sich jede Horizontalnut 16 teilweise nach unten ausbreitet. Die Aufnahmebereiche 20a, 20b sind durch Strukturierung der Harzüberzüge ausgebildet. Das heißt, die nicht mit dem Harzüberzug ausgestatteten Bereichen (die Abschnitte ohne aufgebrachtes Mittel) sind die Aufnahmebereiche 20a, 20b.
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Wie am besten in 4 gezeigt ist, besitzt jeder der Aufnahmebereiche 20a, 20b eine halbkreisförmige Gestalt, wobei die oberseitigen Aufnahmebereiche 20a und die unterseitigen Aufnahmebereiche 20b an einander entsprechenden Stellen vorhanden sind. Diese Konfiguration und Anordnung der Aufnahmebereiche 20a, 20b lässt sich in einfacher Weise realisieren, indem man ein lineares Muster der Horizontalnuten 16 mit einem perfekt-kreisförmigen Muster kombiniert.
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Die Aufnahmebereiche 20a, 20b an einer der Horizontalnuten 16 und die Aufnahmebereiche 20a, 20b an einer weiteren Horizontalnut 16 unmittelbar oberhalb oder unterhalb der einen Horizontalnut 16 unterscheiden sich in der Lage bezüglich der Richtung nach vorn und der Richtung nach hinten. Das heißt, die Lagen der Aufnahmebereiche 20a, 20b der Horizontalnuten 16, die einander in Aufwärts- und Abwärtsrichtung benachbart sind, überlappen einander nicht.
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Bei dem oben erläuterten Aufbau sind die Aufnahmebereiche 20a, 20b weniger Einflüssen ausgesetzt, die mit dem Gleiten des Kolbens 1 einhergehen, und das Schmieröl wird in den oberseitigen Aufnahmebereichen 20a gehalten, wenn der Kolben 1 niederfährt, während das Schmieröl in den unterseitigen Aufnahmebereichen 20b gehalten wird, wenn der Kolben 1 hochfährt. Damit wird es möglich, das Schmieröl an einem Ausfließen aus den Horizontalnuten 16 in die Schrägnuten 17 zu hindern, so dass dann, wenn der Kolben 1 hochfährt oder niederfährt, eine gewisse Menge Schmieröl in dem Abschnitt 14 hohen Flächendrucks gehalten werden kann, demzufolge der Festkörperkontakt zwischen dem Abschnitt 14 hohen Flächendrucks und der Zylinderinnenfläche 12 wirksamer eingeschränkt werden kann. Dadurch wird es möglich, den Reibungswiderstand zwischen dem Abschnitt 14 hohen Flächendrucks und der Zylinderinnenfläche 12 weiter zu reduzieren.
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Obschon bei dieser Ausführungsform die Aufnahmebereiche 20a, 20b halbkreisförmig sind, können sie auch eine andere Form als eine Halbkreisform haben, beispielsweise können sie bei anderen Ausführungsformen rechteckig oder viereckig gestaltet sein. Obschon die Ausführungsform in Verbindung mit dem Fall beschrieben wurde, dass jede Horizontalnut 16 mit sowohl oberseitigen Aufnahmebereichen 20a als auch unterseitigen Aufnahmebereichen 20b versehen sind, kann jede Horizontalnut 16 auch mit entweder nur den oberseitigen Aufnahmebereichen 20a oder nur den unterseitigen Aufnahmebereichen 20b in weiteren Ausführungsformen ausgestattet sein. Um aber in zuverlässiger Weise zu erreichen, dass der Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck eine gewisse Menge Schmieröl während der Abwärtsphase des Kolbens 1 zurückhält, während das Schmieröl wahrscheinlich aus dem Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck in die Abschnitte 15 mit niedrigem Flächendruck strömt, ist es bevorzugt, wenn mindestens oberseitige Aufnahmebereiche 20a ausgebildet sind.
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Dritte Ausführungsform
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Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung anhand der 5 erläutert. Ausgestaltungen von Bereichen außer den Abschnitten 15 mit niedrigem Flächendruck jedes Kolbenhemdabschnitts 16 sind im wesentlichen die gleichen wie bei der zweiten Ausführungsform, so dass deren Beschreibung entfällt.
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Bei der zweiten Ausführungsform sind die Horizontalnuten 16 des Abschnitts 14 mit hohem Flächendruck ausschließlich mit den oberseitigen Aufnahmebereichen 20a und den unterseitigen Aufnahmebereichen 20b ausgestattet. Bei dieser Ausführungsform hingegen sind die Schrägnuten 17 der Abschnitte 15 mit niedrigem Flächendruck ebenso wie die Horizontalnuten 16 des Abschnitts 14 mit hohem Flächendruck mit oberseitigen Aufnahmebereichen 21a und unterseitigen Aufnahmebereichen 21b ausgestattet, an denen sich die Nuten teilweise ausdehnen.
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Die Aufnahmebereiche oder Rückhaltebereiche 21a, 21b, die in den Schrägnuten 17 vorhanden sind, sind durch Strukturierung der Harzbeschichtungen ausgebildet. Das heißt, die nicht mit einer Harzbeschichtung versehenen Bereiche (die Abschnitte ohne aufgebrachtes Mittel) sind die Schrägnuten 17.
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Die Aufnahmebereiche 21a, 21b haben halbkreisförmige Gestalt, wobei die oberseitigen Aufnahmebereiche 21a und die unterseitigen Aufnahmebereiche 21b an einander entsprechenden Stellen vorhanden sind. Die Ausgestaltung und Anordnung der Aufnahmebereiche 21a, 21b lässt sich in einfacher Weise realisieren durch Kombinieren eines linearen Musters der Schrägnuten 17 mit einem perfekt kreisförmigen Muster.
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Die Aufnahmebereiche 21a, 21b, die in einer der Schrägnuten 17 ausgebildet sind, und die Aufnahmebereiche 21a, 21b, die in einer anderen, der einen Schrägnut 17 unmittelbar benachbarten Schrägnut 17 ausgebildet sind, unterscheiden sich in ihrer Lage bezüglich der Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen. Das heißt, die Stellen der Aufnahmebereiche 21a, 21b der Schrägnuten 17, die einander in Aufwärts- und Abwärtsrichtung benachbart sind, überlappen einander nicht.
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Durch Ausbilden der oberseitigen Aufnahmebereiche 21a und der unterseitigen Aufnahmebereiche 21b nicht nur in den Horizontalnuten 16 des Abschnitts 14 mit hohem Flächendruck, sondern auch in den Schrägnuten 17 der Abschnitte 15 mit niedrigem Flächendruck, kann eine gewisse Menge Schmieröl nicht nur in den Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck gehalten werden, sondern auch in den Abschnitten 15 mit niedrigem Flächendruck, wenn der Kolben 1 hochfährt und niederfährt. Deshalb wird hierdurch die Funktion des Zurückhaltens des Schmieröls an den Kolbenhemdabschnitten 6 zusätzlich verbessert.
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Im übrigen können die in den Flächen 17 vorhandenen Aufnahmebereiche 21a, 21b ähnlich wie die Aufnahmebereiche 20a, 20b in den Horizontalnuten 16 auch eine andere als eine Halbkreisform aufweisen, sie können auch eine dreieckige oder viereckige Form besitzen. Obschon die Ausführungsform in Verbindung mit dem Fall erläutert wurde, dass jede Schrägnut 17 mit sowohl oberseitigen Aufnahmebereichen 21a als auch unterseitigen Aufnahmebereichen 21b ausgestattet ist, kann jede Schrägnut 17 auch mit nur entweder oberseitigen Aufnahmebereichen 21a oder nur unterseitigen Aufnahmebereichen 21b in weiteren Ausführungsformen ausgestattet sein.
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Vierte Ausführungsform
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Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung anhand der 6 erläutert. Ausgestaltungen von anderen Abschnitten als dem Abschnitt 14 mit hohem Flächendruck und dem Abschnitt 15 mit niedrigem Flächendruck jedes Kolbenhemdabschnitts 6 sind im wesentlichen die gleichen wie bei der dritten Ausführungsform, und ihre Beschreibung entfällt.
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Bei der vierten Ausführungsform sind zusätzlich zu der obigen Ausgestaltung der dritten Ausführungsform zahlreiche Ausnehmungen 22 unabhängig von den Horizontalnuten 16 und den Schrägnuten 17 an der Außenumfangsfläche 13 jedes Kolbenhemdabschnitts 6 vorgesehen. Die Ausnehmungen 22 sind durch Bemusterung (Strukturierung) der Harzbeschichtungen ausgebildet. Das heißt, die nicht mit einer Harzbeschichtung versehenen Abschnitte (die Abschnitte ohne aufgebrachtes Mittel) sind die Ausnehmungen 22. Die Ausnehmungen 22 haben perfekte Kreisform. In anderen Worten: die Ausnehmungen 22 sind durch ein pefektes kreisförmiges Muster gebildet. Bei dieser Ausführungsform liegen die Ausnehmungen 22 zwischen den Horizontalnuten 16 in zwei Stufen in Aufwärts- und Abwärtsrichtung, wobei jede Stufe mehrere Ausnehmungen 22 aufweist. Die Ausnehmungen 22 befinden sich ferner zwischen den Schrägnuten 17 in einer einzelnen Stufe, wobei die einzelne Stufe mehrere Ausnehmungen 22 besitzt. Oberhalb der Horizontalnut 16 und der Schrägnuten 17 sind in der obersten Stufe der Ausnehmung 22 letztere in drei Stufen in Aufwärts- und Abwärtsrichtung angeordnet, wobei jede Stufe mehrere Ausnehmungen 22 besitzt.
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Die Lage jeder Ausnehmung 22 ist in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung verschieden von der Lage der Aufnahmebereiche 20a, 20b, 21a, 21b oder der Ausnehmungen 22 unmittelbar oberhalb oder unterhalb der betreffenden Ausnehmung 22. Das heißt: die Ausnehmung 22, die in Aufwärts- und Abwärtsrichtung einander benachbart sind, oder eine Ausnehmung 22 und die Aufnahmebereiche 20a, 20b, 21a, 21b, die einander in Aufwärts- und Abwärtsrichtung benachbart sind, befinden sich an Stellen, die einander nicht überlappen.
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Aufgrund der Kombination der Horizontalnuten 16, der Schrägnuten 17, der Aufnahmebereiche 20a, 20b und der Aufnahmebereiche 21a, 21b mit zahlreichen Ausnehmungen 22 in der oben ausgeführten Weise ist es möglich, stets eine gewisse Menge Schmieröl auch in den Ausnehmungen 22 zu halten, so dass die Funktion des Zurückhaltens des Schmieröls in den Kolbenhemdabschnitten 6 zusätzlich verbessert und der Reibungswiderstand zusätzlich reduziert werden kann.
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Obschon bei dieser Ausführungsform die Ausnehmungen 22 perfekt kreisförmig ausgestaltet sind, können die Ausnehmungen 22 auch eine andere als eine perfekte Kreisform aufweisen, so zum Beispiel können bei anderen Ausführungsformen die Ausnehmungen die Form einer Ellipse, eines Polygons, darunter ein Dreieck, ein Viereck etc. aufweisen.
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Der erfindungsgemäße Kolben 1 kann bei Verbrennungsmotoren sämtlicher Verwendungsarten eingesetzt werden, so zum Beispiel bei Motoren für Kraftfahrzeuge, Motorräder, Schneemobile oder ATVs (All Terrain Vehicles), Außenbordmotoren etc.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kolben für Verbrennungsmotor
- 6
- Kolbenhemdabschnitt
- 12
- Zylinderinnenfläche
- 13
- Außenumfangsfläche
- 14
- Abschnitt mit hohem Flächendruck
- 15
- Abschnitt mit niedrigem Flächendruck
- 16
- Horizontalnut
- 17
- Schrägnut
- 20a, 20b
- Aufnahmebereich
- 21a, 21b
- Aufnahmebereich
- 22
- Ausnehmung
