DE19954725A1 - Kolben mit einer Verbindung von einem Kühlkanal zu einer Kolbenbolzenbohrung - Google Patents
Kolben mit einer Verbindung von einem Kühlkanal zu einer KolbenbolzenbohrungInfo
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Abstract
Ausgehend von einem Kolben (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kolbenbolzenbohrung (4) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (5) sowie mit einem innerhalb eines Ringfeldes (2) angeordneten Kühlkanal (6), wird die Aufgabe, eine bessere Ölzufuhr zu der Bolzenbohrung mit dem Ziel besserer Schmierung und Kühlung zu erreichen, dadurch gelöst, daß der Kühlkanal (6) über zumindest eine Verbindung (7) mit der Kolbenbolzenbohrung (4) verbunden ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere einen Kolben für Brennkraftmaschinen,
gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Ein solcher Kolben ist aus dem amerikanischen Patent US 4,907,545 bekannt. Dieser Kol
ben weist eine Kolbenbolzenbohrung auf, die einen Kolbenbolzen aufnimmt, wobei der Kol
ben über den Kolbenbolzen mit einem Pleuel verbunden ist.
Bei hoch belasteten Kolben von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, werden
zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten und zur Erreichung entsprechend guter Verbren
nungen die Verbrennungstemperaturen und Verbrennungsdrücke immer weiter angehoben.
Damit der Kolben diesen Bedingungen standhalten kann, ist es erforderlich, den Kolben auf
der Kolbenoberseite, die dem Verbrennungsort zugewandt ist, zu kühlen. Zu diesem Zweck
weist der Kolben aus dem amerikanischen Patent US 4,907,545 einen innerhalb eines
Ringfeldes des Kolbens angeordneten Kühlkanal auf, wobei in diesen Kühlkanal ein Küh
lungsmedium, insbesondere Motoröl, eingespritzt wird.
Mit Zunahme der Verbrennungstemperaturen und der Verbrennungsdrücke nehmen auch
die Temperaturen und Flächenpressungen im Bereich der Kolbenbolzenbohrung weiter zu
und erreichen ein für die Funktion kritisches Maß. Bei Überschreitung dieser kritischen Bela
stungswerte kommt es zu einem Versagen des Kolbens in dem Bereich der Kolbenbolzen
bohrung, wobei Materialrisse, Materialverschleiß und Materialabtrag sowie Bolzenfresser
und Verkoksung des Schmieröles daraus resultierende Folgeschäden sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Versagen des Kolbens bei Über
schreitung von kritischen Belastungswerten im Bereich der Kolbenbolzenbohrung zu vermei
den, so daß auch Folgeschäden nicht auftreten können.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Kühlkanal über zumindest eine Verbindung mit der Kolbenbolzen
bohrung verbunden. Über diese Verbindung kann das Kühlmedium, das über das Innere des
Kolbens in den Kühlkanal gelangt, auch in die Kolbenbolzenbohrung gelangen, so daß diese
Kolbenbolzenbohrung mit dem darin befindlichen Kolbenbolzen ebenfalls gekühlt und ge
schmiert wird. Durch die Schmierung wird zunächst die Reibung reduziert, im weiteren wird
auch ein Fressen und Verschleißen der Flächenpressungen zwischen Kolbenbolzen und
Kolbenbolzenbohrung vermieden. Wesentliche Vorteile der Erfindung sind also die Vermei
dung von Bolzenfressern oder Bolzenreibern sowie grundsätzlich die Vermeidung von Boh
rungsverschleiß. Darüber hinaus reduziert sich die Reibung, woraus ein geringerer Kraft
stoffverbrauch und eine Geräuschreduzierung resultiert. Insgesamt ergibt sich ein höher
belastbarer Kolben, so daß hinsichtlich der Verbrennungs- und Abgasqualität die Verbren
nungstemperaturen und Verbrennungsdrücke weiter angehoben werden können.
In Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Verbindung nach Herstellung des Kol
bens insbesondere durch Bohren herstellbar. Dies hat den Vorteil, daß schon fertig herge
stellte Kolben oder auch die Werkzeuge für Kolben, insbesondere die Gießformen, unverän
dert bleiben können. Es ist nach Herstellung des Kolbens lediglich erforderlich, die zumin
dest eine Verbindung zwischen dem Kühlkanal und der Kolbenbolzenbohrung einzubringen.
Eine besonders einfache Möglichkeit stellt das Bohren dar, wobei dies jedoch nicht die ein
zige Möglichkeit ist, sondern auch weitere denkbar sind.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine Verbindung beim Gießen
des Kolbens mittels Gießformkörper herstellbar. Dazu sind entsprechende Gießformkörper
(zum Beispiel Salzkerne) erforderlich, die nach dem Gießvorgang entfernt (ausgespült) wer
den müssen, so daß die zumindest eine Verbindung zwischen dem Kühlkanal und der Kol
benbolzenbohrung freigegeben wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist in die Kolbenbolzenbohrung eine Bolzenbohrungsbuchse
eingesetzt. Damit funktioniert in vorteilhafter Weise die Erfindung auch bei solchen Kolben,
bei denen der Kolbenbolzen über eine Bolzenbohrungsbuchse in die Kolbenbolzenbohrung
eingesetzt ist. Auch bei dieser Konstruktion ergeben sich die schon erwähnten Vorteile.
In Weiterbildung der Erfindung ist die zumindest eine Verbindung senkrecht oder schräg zu
einer Achse der Kolbenbolzenbohrung ausgerichtet. Damit stehen konstruktiv zwei verschie
dene Ausrichtungen für die zumindest eine Verbindung zur Verfügung, wobei auch eine
Kombination von den beiden genannten Ausrichtungen denkbar ist. Aufgrund dieser Aus
richtung kann die Verbindung den geometrischen Randbedingungen (insbesondere im Hin
blick auf Festigkeitswerte des Kolbens) und sonstigen Erfordernissen angepaßt werden.
Gleiches gilt im übrigen auch für den Durchmesser und die Anzahl der Verbindungen. In
diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die zumindest eine Verbindung oder
mehrere Verbindungen an solchen Stellen in dem Kolben angeordnet werden, durch welche
die Festigkeit des Kolbens nicht beeinträchtigt wird.
Zwei Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, sind im folgen
den beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Kolben mit einer Verbindung zwischen einem Kühlkanal und einer Kolbenbolzenboh
rung,
Fig. 2 einen mit einer Verbindung zwischen einem Kühlkanal und einer Kolbenbolzenbohrung mit
eingesetzter Kolbenbolzenbohrungsbuchse.
Fig. 1 zeigt einen Kolben 1, wie er in Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren in
Fahrzeugen, zum Einsatz kommt. Der Kolben 1 weist in Richtung der Verbrennungsraum
seite ein an sich bekanntes Ringfeld 2 auf. In diesem Bereich ist noch eine Brennraummulde
3 angeordnet, deren geometrische Form hier nur beispielhaft dargestellt ist. Weiterhin weist
der Kolben 1 eine Kolbenbolzenbohrung 4 auf, die senkrecht zur Hauptachse bzw. senkrecht
zu der Kolbenhubbewegungsachse verläuft. Die Kolbenbolzenbohrung 4 nimmt einen Kol
benbolzen 5 auf, wobei der Kolbenbolzen 5 und die Kolbenbolzenbohrung 4 eine form
schlüssige Verbindung bilden. Der Kolbenbolzen 5 überträgt die Kräfte an ein Pleuel, das in
Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist.
Innerhalb des Ringfeldes 2 und außerhalb der Brennraummulde 3 ist in dem oberen Bereich
des Kolbens 1 ein umlaufender Kühlkanal 6 angeordnet. Dieser Kühlkanal 6 (Hohlraumkühl
kanal) wird zur inneren Kühlung des Kolbens 1 mit einem Kühlmedium, in der Regel Motoröl,
befüllt, welches in das Innere des Kolbens 1 eingespritzt wird. Zur Erzielung der schon er
wähnten Vorteile ist nun erfindungsgemäß zwischen dem Kühlkanal 6 und der Kolbenbol
zenbohrung 4 zumindest eine Verbindung 7 vorhanden. Diese eine Verbindung 7 oder auch
mehrere Verbindungen 7 haben den Zweck, daß das Kühlmedium aus dem Kühlkanal 6 in
bevorzugter Menge in die Kolbenbolzenbohrung 4, also im Betrieb der Brennkraftmaschine
zwischen Kolbenbolzenbohrung 4 und Kolbenbolzen 5, fließt, um zu einer Verbesserung der
Schmierung und Kühlung in diesem Bereich beizutragen. Die Anordnung, die Länge sowie
der Durchmesser der Verbindung 7 ist im Hinblick auf die Lage des Kühlkanals 6 und die
Kolbenbolzenbohrung 4 derart anzupassen, daß insbesondere die Festigkeit des Kolbens 1
erhalten bleibt. Wird durch diese Verbindung 7 bzw. durch mehrere Verbindungen 7 die Fe
stigkeit des Kolbens 1 nicht beeinträchtigt, ist noch ein weiterer Vorteil der erfindungsgemä
ßen Verbindungen 7 darin zu sehen, daß dadurch Gewicht gespart wird.
In Fig. 1 ist gezeigt, daß die eine Verbindung 7 (bei Betrachtung der Fig. 1 die linke Ver
bindung) schräg zur Hauptachse bzw. zur Kolbenhubbewegungsachse von dem Kühlkanal 6
in Richtung der Kolbenbolzenbohrung 4 verläuft, während bei Betrachtung der Fig. 1 die
rechte Verbindung 7 senkrecht zu dieser Kolbenhubbewegungsachse verläuft. Alternativ zu
der in Fig. 1 gezeigten Anordnung der Verbindungen 7 können auch mehrere Verbindun
gen 7 über die Längserstreckung der Kolbenbolzenbohrung 4 derart vorgesehen sein, daß
sich mehrere Verbindungen 7, ausgehend von dem Kühlkanal 6, in Richtung der Kolbenbol
zenbohrung 4 sternförmig erstrecken.
In Fig. 2 ist ein Kolben 1 gezeigt, bei dem zum einen der Kühlkanal 6 sich an einen Ring
träger des Ringfeldes 2 anschließt und andererseits in die Kolbenbolzenbohrung 4 eine Kol
benbolzenbohrungsbuchse 8 eingesetzt ist.
Daraus ergibt sich, daß die Verbindung 7 oder auch mehrere Verbindungen 7 unabhängig
von der Lage und der geometrischen Ausgestaltung des Kühlkanals 6 zum Einsatz kommen
können, um das Kühlmedium aus dem Kühlkanal 6 in Richtung der Kolbenbolzenbohrung 4
zu befördern.
Allgemein kann sich der Kühlkanal 6 in einem Bereich zwischen der Kolbenbolzenbohrung 4
und einer Kolbenbrennraumfläche 9 befinden. Er muß auch nicht rund um die Brennraum
mulde 3 verlaufen, sondern kann auch andere geometrische Formen aufweisen.
Claims (7)
1. Kolben (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kolbenbolzenbohrung (4)
zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (5) sowie mit einem im Bereich zwischen der Kolbenbol
zenbohrung (4) und einer Kolbenbrennraumfläche (9), insbesondere innerhalb eines Ring
feldes (2), angeordneten Kühlkanal (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (6) über
zumindest eine Verbindung (7) mit der Kolbenbolzenbohrung (4) verbunden ist.
2. Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Verbindung
(7) nach Herstellung des Kolbens (1) insbesondere durch Bohren herstellbar ist.
3. Kolben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Verbindung
(7) beim Gießen des Kolbens (1) mittels Gießformkörper herstellbar ist.
4. Kolben (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend
von dem Kühlkanal (6) sich mehrere Verbindungen (7) sternförmig in Richtung der Kolben
bolzenbohrung (4) erstrecken.
5. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die
Kolbenbolzenbohrung (4) eine Bolzenbohrungsbuchse (8) eingesetzt ist.
6. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
zumindest eine Verbindung (7) senkrecht zu einer Achse der Kolbenbolzenbohrung (4), ins
besondere der Kolbenhubbewegungsachse (2) ausgerichtet ist.
7. Kolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
zumindest eine Verbindung (7) schräg zu einer Achse der Kolbenbolzenbohrung (4), insbe
sondere der Kolbenhubbewegungsachse, ausgerichtet ist.
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