DE19734654C1 - Kolben für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer zentral vom Kolbenboden ausgehenden Nabe zur Aufnahme eines Bolzens, mit einer Lagerstelle für den Kopf eines Pleuels und je einem auf der Druck- und Gegendruckseite angeordneten Schaftteil, welches über Versteifungsrippen gegenüber der Nabe abgestützt ist.

Bei modernen Brennkraftmaschinen geht die Entwicklung zu immer größeren Literleistungen bei reduziertem Kraftstoffverbrauch. Der Forderung nach möglichst geringen oszillierenden Massen steht die Haltbarkeit des Kolbens aufgrund der hohen Beanspruchung entgegen. Um die Temperatur am Kolbenboden in Grenzen zu halten, ist eine gute Ableitung der Verbrennungswärme über den Kolben erforderlich.

Aus dem Stand der Technik sind Kolben zu entnehmen, die ein geringes Gewicht aufweisen. Die FR 25 34 343 A1 offenbart einen gattungsgemäßen Kolben. Der Kolbenschaft ist lediglich auf der Druck- und Gegendruckseite ausgebildet. Die Bolzennabe ist zentral am Kolbenboden angeordnet und geht massiv in den Kolbenboden über. Um die Biegespannungen im Kolbenbolzen zu minimieren, weist die Bolzennabe Lagerstellen für einen speziell ausgebildeten Pleuelkopf auf. Die auf die Bolzennabe ausgeübten Kräfte werden über zwei, mit dem Kolbenschaft verbundenen Versteifungsrippen aufgefangen.

Bei dieser Konstruktion ist die Ausbildung des Pleuels besonders aufwendig und teuer, darüber hinaus wird die am Kolbenboden auftretende Temperatur über die massive Ausbildung direkt in die Nabe geleitet. Auf diese Weise herrschen in der Bolzennabe hohe Temperaturen, die zu hohen Öltemperaturen und damit zu Schmierungsproblemen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Öltemperaturen im Bereich der Bolzennabe zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Masse der oszillierenden Bauteile und die Biegespannungen im Kolbenbolzen reduziert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptpatentanspruchs gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dokumentiert. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die Bolzennabe nur noch über Rippen mit dem Kolbenboden verbunden, so daß die Wärmeableitung auf die Bolzennabe nicht mehr so groß ist. Die auf den Kolbenboden auftretenden Druckkräfte werden sowohl über den Kolbenbolzen als auch direkt auf den Pleuelkopf übertragen, wodurch die Biegespannungen im Kolbenbolzen reduziert sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ansicht eines erfindungsgemäßen Kolben,

Fig. 2 Ansicht gemäß Schnittlinie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 Ansicht von unten auf den Kolben gemäß Fig. 1,

Fig. 4 Ansicht gemäß Schnittlinie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 Kolben gemäß Fig. 4 mit eingebautem Pleuel,

Fig. 6 alternative Pleuelbefestigung gemäß Fig. 5.

Die Fig. 1 zeigt einen im Gießverfahren hergestellten Kolben 1 aus Leichtmetall. Der Kolben 1 ist einteilig ausgeführt und weist lediglich zwei diametral gegenüberliegende Schaftteile 2, 2' auf in Achsrichtung der Nabe 3 (Fig. 2) ist der Kolben 1 offen ausgebildet.

In der Fig. 2 ist die Anbindung der Nabe 3 mit dem Kolbenboden 4 dargestellt.

Zwei am Außenumfang der Nabe 3 angeordnete Rippen 5, 5' erstrecken sich bis zum Kolbenboden 4. Vom Schaftteil 2, 2' erstrecken sich zwei Versteifungsrippen 6, 6' zum Kolbenboden 4.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, erstrecken sich die Rippen 5, 5' bis zum Kolbenbodenrand 7. Die Nabe 3 weist eine Bohrung 8 zur Aufnahme eines Bolzens 9 auf (Fig. 5). Diese Nabe 3 ist so gestaltet, daß ein konventionelles Pleuel 10, 10' zur Anwendung gelangen kann (Fig. 5 und Fig. 6).

Die Fig. 4 zeigt eine Lagerstelle 11 mit größerem Radius als der Radius der Bohrung 8 der Nabe 3. Die Lagerstelle ist als Teilzylinderfläche ausgebildet. Auf diese Weise werden die vom Kolbenboden 4 über die Rippen 5, 5' und Verteilungsrippen 6, 6' übertragenden Druckkräfte über die gesamte axiale Länge der Nabe 3 in das Pleuel 10 geleitet, ohne das extreme Biegespannungen auf den Bolzen 9 ausgeübt werden. Die Fig. 6 zeigt die alternative Ausgestaltung der Pleuelbefestigung. Der Radius der Lagerstelle 11 entspricht dem Radius der Bohrung 8. Zur Befestigung des Pleuels 10' dienen Passungsbuchsen 12, 12', so daß auch hier die gesamte axiale Länge der Nabe 3 zur Übertragung von Druckkräften genutzt werden kann. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, über die Bohrung 13 im Pleuel 10 und Ölbohrungen 14, in der Nabe 3, Öl in den Raum 15 (Fig. 2) zwischen den Rippen 5, 5' zu fördern, um den Kolbenboden 4 zu kühlen. Aufgrund der Rippenlagerung der Nabe 3 tritt eine verbesserte Kühlwirkung auf, die es ermöglicht, den erfindungsgemäßen Kolben 1 für leistungsstarke Motoren einzusetzen.

Claims (7)

1. Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer zentral vom Kolbenboden ausgehenden Nabe zur Aufnahme eines Bolzens mit einer Lagerstelle für den Kopf eines Pleuels und je einem auf der Druck- und Gegendruckseite angeordneten Schaftteil, welches über Versteifungsrippen gegenüber der Nabe abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (3) durch gegenüberliegende, parallel zur Nabenachse verlaufende am Außenumfang der Nabe (3) angeordnete Rippen (5, 5') mit dem Kolbenboden (4) verbunden ist, wobei die Anbindung auf der Innenseite des Kolbenbodens (4) sich bis zum Kolbenbodenrand (7) erstreckt.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (5, 5') die Versteifungsrippen (6, 6') kreuzen.

3. Kolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstelle (11) für den Kopf des Pleuels (10) als Teilzylinderfläche ausgebildet und mittig in der Nabe (3) angeordnet ist.

4. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Teilzylinderfläche größer als der Radius der Bohrung (8) für den Bolzen (9) ausgebildet ist.

5. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Teilzylinderfläche dem Radius der Bohrung (8) entspricht.

6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuel (10) über den Bolzen (9) und Passungsbuchsen (12, 12') in der Nabe (3) gehalten ist.

7. Kolben nach Anspruch 1 bis 6, durch gekennzeichnet, daß die Nabe (3) in Richtung des Kolbenbodens (4) gerichtete Ölbohrungen (14) aufweist.