DE19908670C2 - Kolben für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kolben für BrennkraftmaschinenInfo
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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 A1 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 Bolzenabe 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.
Die DE 198 32 091 A1 offenbart einen Kolben dessen Kolbenschaft über die axiale Höhe
unterschiedliche Materialstärken aufweist. Diese Maßnahme zielen darauf ab, den Kolben
während des Betriebes in die Lage zu versetzen, eine Schubkraft zu verteilen, einen
Flächendruck zu verringern und die Erzeugung eines Geräusches während des
Motorbetriebes zu verhindern. Maßnahmen an den Versteifungswänden sind nicht
vorgesehen.
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 im Unteranspruch 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 mechanische Beanspruchung
ausgelegt ist.
Claims (2)
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 und daß die axiale Höhe und/oder
Breite der Versteifungswände (7, 7', 8, 8') auf der Druck- und Gegendruckseite
unterschiedlich ausgebildet ist, so daß das Gewicht des Kolbens (1) im Hinblick auf
die Massenverteilung ausbalanciert ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (t1) des auf
der Gegendruckseite angeordneten Schaftteiles (4') kleiner als die Wandstärke (t2)
des anderen Schaftteiles (4) ausgebildet ist.
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