DE19940440C2 - Kolben, insbesondere für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ausgehend von einem Kolben, insbesondere einem Kolben für eine Brennkraftmaschine, mit einem kreisförmig geschlossenen Ringträgerbauteil (1) und einem von radial innen an das Ringträgerbauteil (1) angrenzenden und einen Kühlkanal (3) bildenden Bauteil (4), das vor dem Gießen des Kolbens an das Ringträgerbauteil (1) angefügt ist, wird die Aufgabe, die Sicherheit bei der Herstellung des Kolbens zu verbessern, dadurch gelöst, daß das Bauteil (4) über den Umfang eine Öffnung (5) oder mehrere Öffnungen (5) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Ein solcher Kolben ist aus dem amerikanischen Patent US 4,907,545 bekannt. Zur Kühlung der Kolbenoberseite, die dem Verbrennungsort zugewandt ist, kommt ein Kühlkanal zum Einsatz, in den ein Kühlmittel, insbesondere Öl, eingespritzt wird, um die dort entstehende Wärme abzuführen und diesen Kolbenbereich vor Überhitzung zu schützen. Dieser Kühlka­ nal bildet einen geschlossenen Hohlraum, der über kleinste Undichtigkeiten Feuchtigkeit aufnehmen kann.

Hierdurch ist jedoch der Nachteil gegeben, daß während des Gießens sich das in dem Kühl­ kanal befindliche Gas überproportional ausdehnen kann, weshalb nicht mit Sicherheit aus­ geschlossen werden kann, daß es zu einer Zerstörung des Kolbens beim Herstellungsvor­ gang durch eine Explosion kommt. Dies wiederum bedingt, daß der Herstellungsort aufwen­ dig abgeschirmt werden muß, um gerade das Gießereipersonal vor diesen Explosionen zu schützen. Deshalb muß zur Erlangung einer größtmöglichen Arbeitssicherheit beim Gießen der Kühlkanal dicht verschweißt und die Dichtheit der Schweißnähte aufwendig geprüft wer­ den.

Aus der DE 72 12 560 U ist ein Ringträger aus Schwermetall für gekühlte Kolben aus einem Leichtmetall bekannt, bei dem der Ringträger aus einem einstückigen, vorzugsweise gegos­ senen Ring und einem mit der Innenseite oder Unterseite dieses Ringes starr verbundenen ringrohrförmigen Kühlkanal besteht. Der ringrohrförmige Kühlkanal aus Blech weist einen ringsum laufenden Schlitz auf, dessen Ränder mit dem Schwermetallring verschweißt sind, so daß die Innenwand des Kühlkanales teils von dem Schwermetallring und teils von dem Blech gebildet ist. Nach dem Gießen des Kolbens sind an der Unterseite des Ringträgers Öffnungen vorgesehen, die mit Zu- und Ableitungen des Kühlmittels im Kolbenschaft fluch­ ten.

Aus der DE 197 22 053 A1 ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Ringträ­ gerbauteil und einem an das Ringträgerbauteil angrenzenden, einen Kühlkanal bildenden und im wesentlichen torusförmigen Bauteil, das vor dem Gießen des Kolbens an das Ring­ trägerbauteil angefügt ist, bekannt. Dabei ist das den Kühlkanal bildende Bauteil an seiner radial äußeren, dem Ringträgerbauteil zugewandten Seite offen und im Querschnitt be­ trachtet sind zwei in Richtung auf das Ringträgerbauteil erstreckte Schenkel vorhanden, die an dem Ringträgerbauteil vor dem Gießen des Kolbens angefügt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben, insbesondere einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, bereitzustellen, der einerseits den erforderlichen Kühlkanal aufweist und andererseits einfach herzustellen ist, wobei beim Gießvorgang eine potentielle Gefährdung des Gießereipersonals ausgeschlossen sein soll.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Bauteil schon vor dem Gießen des Kolbens über den Umfang eine oder mehrere Öffnungen aufweist. Diese Öffnungen können als Bohrun­ gen, Schlitze oder dergleichen ausgestaltet sein. Hierdurch ist sichergestellt, daß kein ge­ schlossener, von außen unzugänglicher Hohlraum entsteht, welcher durch unkontrollierte Feuchtigkeitsaufnahme eine potentielle Gefahr beim Gießvorgang darstellen würde. Demzu­ folge kann außer der Dichtheitsprüfung auch mindestens eine der beiden Schweißnähte entfallen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die Verbindung der beiden Bauteile auch durch Punktschweißen, Einpressen, Einschrumpfen oder Einclipsen hergestellt werden kann. Die im Kühlkanal vorhandenen Gase oder Feuchtigkeit können ohne Überdruck aus dem Kühlkanal beim Gießen in die Schmelze entweichen. Gleichzeitig wird verhindert, dass die Schmelze in den Kühlkanal eindringen kann.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Öffnungen als Bohrungen in das den Kühlkanal bil­ dende Bauteil eingebracht, wobei die Lage dieser Bohrungen sowohl an dem oberen bezie­ hungsweise unteren Schenkel als auch an der der Kolbenachse zugewandten Seite des Kühlkanals/Bauteils sein kann.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen in den Rand des den Kühlkanal bildenden Bauteils eingestanzt, wobei diese Einstanzungen sowohl an dem obe­ ren als auch an dem unteren Schenkel des Kühlkanal-Bauteiles liegen können.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen als sich zu­ mindest über einen Teilumfang des Bauteiles erstreckende Schlitze in das den Kühlkanal bildende Bauteil eingebracht.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Öffnungen in einem ein­ zigen, sich über den gesamten Umfang des Bauteiles erstreckenden Schlitz zusammenge­ faßt. Dieser Schlitz wird dadurch gebildet, daß das Kühlkanal-Bauteil zweiteilig ausgeführt ist, wodurch eine größere Variabilität der Kühlkanalform erreicht wird.

In alternativer Ausgestaltung dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Öffnungen als sich zumindest über einen Teilumfang des Bauteiles erstreckende Schlitze durch das Bauteil und das Ringträgerbauteil gebildet sind. Somit kann einfach durch entsprechende geometri­ sche Ausführung des Bauteiles und die anschließende Anfügung des Bauteiles an das Ringträgerbauteil der Kühlkanal und der Schlitz bzw. die Schlitze hergestellt werden. Auf­ grund dieser Ausgestaltung entfällt ein weiterer Bearbeitungsschritt, nämlich das Einbringen eines oder mehrerer Schlitze in das den Kühlkanal bildende Bauteil, denn in einfacher Weise wird der Schlitz bzw. werden die Schlitze durch das den Kühlkanal bildende Bauteil und das Ringträgerbauteil gebildet. Auch hier können wieder über den Umfang des Kolbens be­ trachtet ein sich radial erstreckender oder mehrere sich radial erstreckende Schlitze vorhan­ den sein.

In Weiterbildung der Erfindung sind das den Kühlkanal bildende Bauteil und das Ringträger­ bauteil einstückig ausgebildet. Dadurch werden unter Beibehaltung der schon beschriebe­ nen Vorteile beim Herstellungsvorgang noch Vorteile im Hinblick auf eine kostengünstige Fertigung, insbesondere eine Serienproduktion, erzielt, da das separate Herstellen des den Kühlkanal bildenden Bauteiles und das anschließende Anfügen an das Ringträgerbauteil entfallen können.

Verschiedene Ausgestaltungsformen eines Kolbens gemäß der Erfindung, auf die diese je­ doch nicht beschränkt ist, sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a) bis r) verschiedene Ausgestaltung eines Kolbens mit einem Kühlkanal.

In den verschiedenen Ausführungen, die in Fig. 1 gezeigt sind, ist jeweils ein Schnitt durch einen Kolben, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, im Bereich des Ringfeldes des Kolbens gezeigt.

In Fig. 1a) ist ein Ringträgerbauteil des Kolbens mit der Bezugsziffer 1 versehen. Dieses Ringträgerbauteil 1 weist eine Aufnahmenut oder auch mehrere Aufnahmenuten für Kolben­ ringe auf. Von radial innen grenzt an das Ringträgerbauteil 1 ein Kühlkanal 3 an, der von einem Bauteil 4 gebildet ist, welches zentrisch oder konzentrisch zum Ringträgerbauteil 1 angeordnet ist oder sein kann. Durch das Ringträgerbauteil 1 und das Bauteil 4 wird eine Öffnung 5 gebildet, bei der es sich bei der in Fig. 1a) gezeigten Ausführungsform um einen Schlitz handelt, der sich an der Innenseite des Ringträgerbauteiles 1 durchgehend oder über den Teilumfang erstreckt. Das Bauteil 4 in Fig. 1a) ist in etwa rechtwinklig aus zwei gleich langen (oder auch unterschiedlich langen) Schenkeln gebildet, kann aber auch eine beliebi­ ge andere Form annehmen.

In den Fig. 1b) und c) ist gezeigt, daß das Bauteil 4 unterschiedlich lange Schenkel aufwei­ sen kann, die beliebig geformt sein können.

In den Fig. 1d) bis 1f) ist gezeigt, daß das Ringträgerbauteil 1 mit einem U-förmigen Bauteil 4 versehen ist, wobei das Bauteil 4 gleich lange oder unterschiedlich lange Schenkel aufwei­ sen kann. In diesen Figuren sind auch verschiedene Möglichkeiten gezeigt, das Bauteil 4 an dem Ringträgerbauteil 1 anzufügen.

In den Fig. 1g) bis 1i) ist ein Ringträgerbauteil 1 mit zwei Nuten 2 gezeigt, wobei wieder ver­ schiedene Möglichkeiten zu sehen sind, wie das Bauteil 4 an das Ringträgerbauteil 1 ange­ fügt werden kann.

In den Fig. 1j) bis 1l) sind wiederum U-förmige Bauteile 4 gezeigt, die unterschiedlich lange Schenkel aufweisen. Die Öffnung des jeweiligen U-förmigen Bauteiles 4 ist in Richtung der Innenseite des Ringträgerbauteiles 1 ausgerichtet, so daß sich auch durch diese Anbringung des Bauteiles 4 an dem Ringträgerbauteil 1 in Umfangsrichtung ein Schlitz (Öffnung 5) bil­ det. Dabei ist erkennbar, daß die Öffnung 5 bei Betrachtung des Schnittes des Kolbens nach oben oder nach unten ausgerichtet sein kann oder aber auch zur Seite, wie dies in Fig. 1l) erkennbar ist. Die jeweilige Ausgestaltung und Anordnung des Bauteiles 4 ist abhängig von der Konstruktion der Brennkraftmaschine, dem Zufluß für das Kühlmittel und ebenso abhän­ gig von der Geometrie des Kolbens selber.

In Fig. 1m) ist gezeigt, daß das Ringträgerbauteil 1 und das Bauteil 4 zu einem einzigen Teil zusammengefaßt werden kann, so daß die Kombination der beiden Bauteile 1 und 4 die zumindest eine Öffnung 5 und somit den Kühlkanal 3 bilden.

In Fig. 1n) ist gezeigt, daß das Bauteil 4 auch mehrteilig ausgeführt sein kann, sofern die Platzverhältnisse im Kolben dies erfordern.

In den Fig. 1o) und p) ist gezeigt, daß die Öffnungen 5 auch als Bohrungen ausgeführt sein können, wobei die Fig. 1p) die Draufsicht der Ringträger-Kühlkanal-Kombination bezie­ hungsweise die Ansicht von unten darstellt.

In den Fig. 1q) und r) werden weitere Möglichkeiten gezeigt, die Öffnungen 5 zu gestalten. Hierbei handelt es sich in Fig. 1q) um Teilöffnungen, die durch das Ringträgerbauteil 1 be­ grenzt werden. In Fig. 1r) sind die Öffnungen 5 als längliche, dem Durchmesser des Bautei­ les 4 angepaßte (oder von diesem abweichende) Schlitze ausgestaltet.

Claims (10)

1. Kolben, insbesondere Kolben für eine Brennkraftmaschine, mit einem kreisförmig geschlos­ senen Ringträgerbauteil (1) und einem von radial innen an das Ringträgerbauteil (1) angren­ zenden und einen Kühlkanal (3) bildenden Bauteil (4), das vor dem Gießen des Kolbens an das Ringträgerbauteil (1) angefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (4) schon vor dem Gießen des Kolbens über den Umfang eine Öffnung (5) oder mehrere Öffnungen (5) aufweist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) als Bohrungen mit einem Durchmesser von vorzugsweise 0,5 bis 10 Millimetern in das den Kühlkanal (3) bil­ dende Bauteil (4) eingebracht sind.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) in den Rand des den Kühlkanal (3) bildenden Bauteiles (4) eingestanzt sind.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) als sich zumin­ dest über einen Teilumfang des den Kühlkanal (3) bildenden Bauteils (4) erstreckende Schlitze mit einer Breite von vorzugsweise 0,1 bis 15 Millimetern in das Bauteil (4) einge­ bracht sind.

5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5) als sich zumin­ dest über einen Teilumfang des den Kühlkanal (3) bildenden Bauteiles (4) erstreckende Schlitze mit einer Breite von vorzugsweise 0,1 bis 15 Millimetern durch das Bauteil (4) und das Ringträgerbauteil (1) gebildet sind.

6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kühlkanal (3) bildende Bauteil (4) und das Ringträgerbauteil (1) einen einzigen umlaufenden Schlitz mit einer Breite von vorzugsweise 0,1 bis 15 Millimetern bilden.

7. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kühlkanal (3) bildende Bauteil (4) und das Ringträgerbauteil (1) einstückig ausgebildet sind.

8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kühlkanal (3) bildende Bauteil (4) mehrteilig ausgeführt ist.

9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kühlkanal (3) bildende Bauteil (4) exzentrisch zu dem Ringträgerbauteil (1) angeordnet ist, wodurch sich ein in Umfangsrichtung nicht konstanter Querschnitt des Kühlkanales (3) er­ gibt.

10. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Begrenzung des Kühlkanales (3) in Umfangsrichtung nicht auf konstanter Höhe verläuft, wodurch sich in Umfangsrichtung ein nicht konstanter Querschnitt des Kühlkanales (3) er­ gibt.