DE19810883A1

DE19810883A1 - Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19810883A1
Application number: DE1998110883
Authority: DE
Inventors: Gregor Mueller
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-16

Abstract

Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit einem eine Brennraummulde (7) begrenzenden dachförmigen Boden (2), um die Kopflastigkeit des Kolbens zu reduzieren, ist dieser so ausgebildet, daß oberhalb der Bolzennaben (12) ein in Umfangsrichtung der Naben (12) verlaufender bogenförmiger Hohlraum (18) vorgesehen ist, dessen Scheitel (20) in Kolbenlängsrichtung (17) unterhalb einer Firstlinie (6) des dachförmigen Bodens (2) angeordnet ist und der beidseits der Nabenabstützung (14) in den Kolbeninnenraum (24) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere direkt einspritzende Brennkraftmaschinen, mit einem die Brennraummulde begrenzenden dachförmigen Boden.

Die dachförmige Ausbildung des Kolbenbodens ist bei Kolben für Brennkraftmaschinen mit direkter Kraftstoffeinspritzung erforderlich, um eine tiefe Brennraummulde für die Verwirbelung des eingespritzten Kraftstoffs ausbilden zu können. Dies führt zu erheblichen Materialanhäufungen im Bereich des Kolbenbodens, was unerwünscht ist und sich in vielerlei Hinsicht als nachteilig auswirkt.

Hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Leichtmetallkolben der vorstehend beschriebenen Art dem Problem der Kopflastigkeit wirksam zu begegnen.

Diese Aufgabe wird bei einem Leichtmetallkolben der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß oberhalb der Bolzennaben ein in Umfangsrichtung der Naben verlaufender bogenförmiger Hohlraum vorgesehen ist, dessen Scheitel in Kolbenlängsrichtung unterhalb einer Firstlinie des dachförmigen Bodens angeordnet ist und der beidseits der Nabenabstützung, vorzugsweise im Wesentlichen in Kolbenlängsrichtung, in den Kolbeninnenraum unterhalb des Kolbenbodens mündet.

Auf diese Weise wird ein durch Gießen mittels löslicher Kerne herstellbarer Hohlraum gebildet, der zu einer beträchtlichen Gewichtsreduzierung im Bereich des dachförmigen Bodens führt.

Wenn vorstehend von einer Firstlinie die Rede ist, so wird daraufhingewiesen, daß diese nicht notwendigerweise gerade zu verlaufen braucht; es kann sich hierbei auch um eine gekrümmte und verrundet ausgebildete Formgebung im Bereich des oberen Endes der Dachform handeln. Ebenso ist die Formulierung eines in Umfangsrichtung der Naben verlaufenden Hohlraums nicht so zu verstehen, daß der Hohlraum streng konzentrisch zur kreisbogenförmigen Ausbildung der Naben zu verlaufen braucht. Es könnte sich hierbei auch um eine U-förmige oder eine die Form eines flachgedrückten Halbkreises aufweisende Formgebung handeln.

Vorteilhafterweise sind die Nabeninnenflächen trapezförmig ausgebildet oder stufenförmig abgesetzt, um eine Gewichtsreduzierung zu erreichen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die den bogenförmigen Hohlraum begrenzenden Wandinnenflächen dem Verlauf der Kolbenaußenform angepaßt, so daß eine als optimal ermittelte Wanddicke eingehalten werden kann.

Es hat sich desweiteren als vorteilhaft erwiesen, wenn die äußeren Nabenflächen einen Abstand von 60-75% des Kolbendurchmessers aufweisen.

Die Innenflächen der Naben sind bei trapezförmiger Ausbildung unter einem Winkel von vorzugsweise 8-16° zur Kolbenlängsachse geneigt.

Ein erfindungsgemäßer Kolben wird vorzugsweise aus einer Leichtmetallegierung vergossen, bestehend aus 11-13,5 Masse-% Silizium, 0,8-1,5 Masse-% Kupfer, 0,8-1,3 Masse-% Magnesium, 0,7-1,2 Masse-% Nickel, weniger als 0,4 Masse-% Mangan und weniger als 0,7 Masse-% Eisen und weiteren verunreinigungsbedingten Zusätzen.

Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, den Kolben aus einer Legierung bestehend aus 11-13,5 Masse-% Silizium, 3,3-4,0 Masse-% Kupfer, 0,8-1,1 Masse-% Magnesium, 1,8-2,5 Masse-% Nickel, weniger als 0,5 Masse-% Mangan, weniger als 0,7 Masse-% Eisen und weiteren verunreinigungsbedingten Zusätzen herzustellen. Es wird das Kokillengießverfahren bevorzugt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Kolbens. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben im Längsschnitt in der die Kolbenlängsachse und Kolbenbolzenachse einschließenden Ebene;

Fig. 2 einen Längsschnitt senkrecht zur Schnittebene nach Fig. 1, gesehen in Richtung der Pfeile II-II in Fig. 1.

Der in den Fig. 1 und 2 im Schnitt dargestellte Leichtmetallkolben umfaßt einen dachförmig ausgebildeten Kolbenboden 2 mit einer im wesentlichen parallel und oberhalb zur angedeuteten Kolbenbolzenachse 4 verlaufenden Firstlinie 6 und mit einer Brennraummulde 7. Der Kolbenboden 2 geht radial außen in das Ringfeld 8 des Kolbenmantels 10 über.

Der einteilige Kolben umfaßt ferner Kolbenbolzennaben 12 die über den Bereich der Nabenabstützungen 14 in den Kolbenboden 2 übergehen. Die Nabeninnenflächen 16 sind abschnittsweise trapezförmig ausgebildet und in diesem Bereich 15° zur Kolbenbolzenlängsachse 4 geneigt.

Oberhalb der Kolbenbolzennaben 12 ist beidseitig ein im wesentlichen in Umfangsrichtung der Kolbenbolzennaben 12 verlaufender bogenförmiger Hohlraum 18 vorgesehen, dessen Scheitel 20 in Kolbenlängsrichtung unterhalb der Firstlinie 6 des Kolbenbodens 2 angeordnet ist. Der bogenförmige Hohlraum mündet beidseits der Kolbenbolzennaben 12 bzw. der Nabenabstützungen 14 mit Öffnungen 22 in den Kolbeninnenraum 24. Hierdurch wird eine beträchtliche Gewichtsreduzierung im Bereich des Kolbenbodens 2 erreicht. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Verlauf der den bogenförmigen Hohlraum 18 begrenzenden Wandinnenflächen 26 dem Verlauf der Kolbenbodenaußenform angepaßt, um eine den Konstruktionserfordernissen hinreichende Wanddicke zwischen Hohlraum 18 und Kolbenbodenaußenflächen sicherzustellen.

Claims

1. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen mit einem eine Brennraummulde (7) begrenzenden dachförmigen Boden (2), dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Bolzennaben (12) ein in Umfangsrichtung der Naben (12) verlaufender bogenförmiger Hohlraum (18) vorgesehen ist, dessen Scheitel (20) in Kolbenlängsrichtung (17) unterhalb einer Firstlinie (6) des dachförmigen Bodens (2) angeordnet ist und der beidseits der Nabenabstützung (14) in den Kolbeninnenraum (24) mündet.

2. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabeninnenflächen (16) trapezförmig oder stufenförmig abgesetzt ausgebildet sind.

3. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabeninnenflächen (16) unter einem Winkel von 8-16° zur Kolbenlängsachse geneigt sind.

4. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Nabenflächen einen Abstand von 60-75% des Kolbendurchmessers aufweisen.

5. Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den bogenförmigen Hohlraum (18) begrenzenden Wandinnenflächen (26) dem Verlauf der Kolbenaußenform angepaßt sind.