DE19908670A1

DE19908670A1 - Kolben für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19908670A1
Application number: DE19908670A
Authority: DE
Inventors: Hubert Buehr
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 1999-02-27
Filing date: 1999-02-27
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-02-28
Also published as: ITMI20000358A1; ITMI20000358A0; GB2347194A; FR2790286A1; DE19908670C2; GB0003887D0; IT1316789B1; GB2347194B; FR2790286B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben 1 für Brennkraftmaschinen. Der Kolben 1 weist Schaftteile 4, 4' unterschiedlicher Größe auf. Die Schaftteile sind über Versteifungswände 7, 7', 8, 8' mit der Bolzennabe 5 verbunden. Die Versteifungswände 7, 7', 8, 8' erstrecken sich parallel zueinander und verlaufen senkrecht zur Bolzennabe 9. Die auf der Gegendruckseite angeordneten Versteifungswände 7, 7' sind am inneren Endbereich 10, 10' der Nabenaugen 6, 6' angeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere aus Leichtmetall mit einem Kolbenboden und einer zentral vom Kolbenboden ausgehenden Bolzennabe mit Nabenaugen, deren äußerer Abstand 60 bis 80% des Kolbendurchmessers entspricht und mit je einem auf der Druck- und Gegendruckseite angeordneten Schaftteil, wobei das auf der Druckseite angeordnete Schaftteil zumindest in Umfangsrichtung größer ist als das auf der Gegendruckseite und die Schaftteile über Versteifungswände gegenüber der Bolzennabe abgestützt sind und die Versteifungswände des einen Schaftteiles, relativ zu den Versteifungswänden des gegenüberliegenden Schaftteiles, in Richtung der Bolzennabenachse versetzt angeordnet sind.

Vorrangiges Ziel bei modernen Brennkraftmaschinen ist die Reduzierung von Gewicht an einzelnen Bauteilen, da hierdurch nicht nur der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird, sondern auch das Geräusch- und Schwingungsverhalten günstig beeinflußt werden kann. Der Forderung nach möglichst geringen oszillierenden Massen steht die Haltbarkeit des Kolbens aufgrund der hohen Beanspruchungen entgegen.

Leichtbaukolben als sogenannte Kasten- oder H-Kolben ausgebildet, weisen zwei einzelne Schaftteile auf, die sich nur auf der Druck- und Gegendruckseite erstrecken. Die Bolzennabe ist in Bolzenachsenrichtung kürzer als der Kolbendurchmesser. Aus der EP 0 171 825 A ist ein Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen beschriebener Art bekannt.

Dieser gattungsgemäße Kolben weist unsymmetrische ausgebildete Schaftteile auf. Im Druckbereich sind die Schaftteile in Umfangsrichtung größer ausgebildet als auf der Gegendruckseite. Die Abstützung der einzelnen Schaftteile erfolgt über mit der Bolzennabe verbundene Versteifungswände, wobei die Anschlußstellen zur Bolzennabe am äußeren Endbereich der Nabenaugen vorgesehen ist. Die Versteifungswände auf der Druckseite laufen unter einem Winkel in die Bolzennabe ein. Dies hat zur Folge, daß auf die Nabe sowohl Längs- als auch Querkräfte aufnehmen muß, mit der Folge, daß die Verbindungsstellen der Versteifungswände sowohl zur Bolzennabe als auch zum Schaftteil im Querschnitt relativ dickwandig ausgebildet sein müssen. Durch diese Verstärkung wird das Gewicht des Kolbens auf der Druckseite des Kolbens vergrößert, so daß der Kolben im Motorbetrieb zum Kippen im oberen und unteren Totpunkt neigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolben dahingehend zu verbessern, daß das Gewicht des Kolbens weiter verringert und gleichzeitig eine symmetrische Massenverteilung geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dokumentiert.

Der erfindungsgemäße Kolben ist bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung gebildet und zeichnet sich durch die Reduzierung des Kolbenschaftes auf zwei Schaftteile durch ein günstiges Gewicht aus. Durch die parallele Versetzung der Versteifungswände sind die Anschlüsse zwischen Bolzennabe und Schaftteil auf kürzestem Wege erfolgt. Die rechtwinkelige Anbindung der Versteifungswände ermöglicht kleinste Wanddicken in den Anschlußstellen, da keine Längskräfte in die Nabe übertragen werden. Durch die Variation der Höhe und/oder Breite der Versteifungswände auf der Druck- und Gegenseite ist ein Massenausgleich möglich, so können beispielsweise Kolben mit einem nicht symmetrischen Kolbenboden durch breite und/oder höhere Versteifungswände auf der Druck- oder Gegendruckseite so ausgeglichen werden, daß eine symmetrische Gewichtsverteilung bezüglich der Bolzennabenachse gegeben ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Ansicht eines erfindungsgemäßen Kolben

Fig. 2 Ansicht von unten auf den Kolben gem. Fig. 1

Fig. 3 Ansicht gemäß Schnittlinie III-III der Fig. 1

Die Fig. 1 zeigt einen im Gießverfahren hergestellten Kolben 1 aus Leichtmetall. Der Kolbenkopf 2 weist Ringnuten 3 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. Der Schaft des Kolbens 1 besteht aus zwei diametral gegenüberliegenden Schaftteilen 4, 4'. In Achsrichtung der Bolzennabe 5, die zwei im Abstand zueinander angeordnete Nabenaugen 6, 6' aufweist (Fig. 2), ist der Kolben 1 offen ausgebildet. Der äußere Abstand der Nabenaugen 6, 6' entspricht etwa 60 bis 80% des Kolbendurchmessers, d. h. der Kolben 1 ist mittels eines kurzen Bolzen (nicht dargestellt) mit einem Pleuel verbunden.

Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht von unten. Die Schaftteile 4, 4' weisen in Umfangsrichtung gesehen, unterschiedliche Größen auf. Die Schaftteile 4, 4' sind über Versteifungswände 7, 7', 8, 8' mit der Bolzennabe verbunden. Die Versteifungswände 7, 7' des Schaftteiles 4' verlaufen senkrecht zur Bolzennabe 9 und sind am inneren Endbereich 10, 10' der Nabenaugen 6, 6' angeschlossen. Die Versteifungswände 8, 8' verlaufen in Richtung der Bolzennabenachse 9 parallel versetzt zu den Versteifungswänden 7, 7'. Durch die senkrechte Anbindung der Versteifungswände 7, 7', 8, 8' treten keine Seitenkräfte auf die Versteifungswände auf, wodurch die Anbindung sowohl gegenüber der Nabenaugen 6, 6' als auch der Schaftteile 4, 4' mit minimalen Radien R, R2 auskommt. Auf diese Weise sind sehr schmale Versteifungswände 7, 7', 8, 8' möglich. Durch Variation der Wandstärken t1, t2, t3, t4 ist es möglich, das Gewicht des unsymmetrischen Kolbens 1 auszubalancieren, so daß bezüglich der Massenverteilung ein symmetrischer Kolben herstellbar ist.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, können die Versteifungswände 7, 7', 8, 8' in der axialen Höhe unterschiedlich ausgebildet sein, um so auch noch Einfluß auf die Massenverteilung zu nehmen.

Durch die besondere Konstruktion der Versteifungswände 7, 7', 8, 8' und deren besondere Anbindung an die Bolzennabe 5 ist ein besonders leichter Kolben 1 geschaffen, der aber gleichzeitig für hohe thermische machanische Beanspruchung ausgelegt ist.

Claims

1. Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere aus Leichtmetall, mit einem Kolbenboden und einer zentral vom Kolbenboden ausgehenden Bolzennabe mit Nabenaugen, deren äußerer Abstand 60 bis 80% des Kolbendurchmessers entspricht und mit je einem auf der Druck- und Gegendruckseite angeordneten Schaftteil, wobei das auf der Druckseite angeordnete Schaftteil zumindest in Umfangsrichtung größer ist als das auf der Gegendruckseite und die Schaftteile über Versteifungswände gegenüber der Bolzennabe abgestützt sind und die Versteifungswände des einen Schaftteiles relativ zu den Versteifungswänden des gegenüberliegenden Schaftteiles in Richtung der Bolzennabenachse versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungswände (7, 7', 8, 8') parallel zueinander und senkrecht zur Bolzennabenachse (9) verlaufen, wobei die Versteifungswände (7, 7') des auf der Gegendruckseite angeordneten Schaftteiles (4') am inneren Endbereich (10, 10') der Nabenaugen (6, 6') angeschlossen sind.

2. Kolben nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe und/oder Breite der Versteifungswände (7, 7', 8, 8') auf der Druck- und Gegendruckseite unterschiedlich ausgebildet ist.

3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (t1) auf der Gegendruckseite angeordneten Schaftteiles (4') kleiner als die Wandstärke (t2) des anderen Schaftteiles (4) ausgebildet ist.