DE60029887T2 - Einstückiger Kolben mit unterstützendem Kolbenschaft - Google Patents

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    • F05C2201/0448Steel

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Kolben für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf einen einteiligen Kolben mit einem tragenden Kolbenmantel.
  • Technischer Hintergrund
  • Ein wirkungsvoller, leichtgewichtiger, kompakter Verbrennungsmotor mit gesteigerter Leistung wird von Fachmännern in der Industrie gesucht. Um dies zu erreichen, ist es nötig, die Motorkonstruktion an ihre mechanischen Grenzen zu bringen. Die Steigerung von Verbrennungsdrücken in der Brennkammer fordert höhere Verbrennungstemperaturen, schnellere Kolbengeschwindigkeiten und gesteigerte mechanische Kräfte. Als eine Folge werden der Kolben und die assoziierten Komponenten unter große Spannung gesetzt.
  • Um in zufriedenstellender Weise zu arbeiten und in einer solchen Umgebung zu überleben, ist es nötig, einen Kolben vorzusehen, der verbesserte Kühlungskapazitäten, gesteigerte Festigkeit und kürzere Kompressionshöhe für verringerte Masse und leichtes Gewicht hat. Es ist auch wichtig, dass ein solcher Kolben leicht mit einem hohen Grad an Qualität herzustellen ist.
  • Es ist bekannt, einen Kolben mit einer geschlossenen Kolbenkühlgalerie vorzusehen. Ein Beispiel davon ist im US-Patent 4 581 983 gezeigt, dass auf den 15. April 1986 datiert ist, von Horst Moebus. Die geschlossene Kolbenkühlgalerie von Moebus wird vorgesehen durch Anschweißen eines oberen Teils des Kolbens an einem unteren Teil des Kolbens entlang einer ebenen Oberfläche. In den oberen und unteren Teilen des Kolbens ist jeweils ein Teil der Kühlgalerie angeordnet. Der Kolben hat eine übermäßig große Kompressionshöhe, was ihn schwer und ungeeignet für einen Betrieb mit hoher Drehzahl macht. Dieser Kolben ist auch schwierig herzustellen und hat nicht die Festigkeit, um den gesteigerten Spannungen der höheren Verbren nungsdrücke zu widerstehen. Die geschlossene Kolbenkühlgalerie, wie sie bei Moebus konfiguriert ist, sieht keine ausreichende Höhe vor, um ein adäquates Durchmischen des Kühlströmungsmittels in der geschlossenen Kolbenkühlgalerie vorzusehen. Daher ist der Wirkungsgrad der Kühlung des Kolbens inadäquat.
  • Es ist auch bekannt, einen Kolben mit verringerter Masse durch die Verringerung der Höhe vorzusehen. Ein Beispiel dafür ist gezeigt im US-Patent 4 727 795, datiert auf den 1. März 1988 von Edward J. Murray. Die kurze Kolbenhöhe wird erreicht durch schneiden des Ringbandes mit den Bolzenbohrungen. Dieser Ringbandschnitt ist bei einem Motor mit hoher Kolbengeschwindigkeit inakzeptabel, da eine Leckage und eine Abnutzung in der Region des Ringbandes übermäßig groß wäre. Zusätzlich würde ein solcher Kolben nicht die hohen Kolbengeschwindigkeiten überleben, und zwar wegen der unzureichender Kühlung des oberen Teils des Kolbens. Somit gestattet der Kolbenmantel, wenn er an den Kolbenoberteil geschweißt wird, nicht die Entfernung eines Bolzens in der Bolzenbohrung und macht daher die Montage schwierig und währe keine geeignete Wahl. Zusätzlich verringert das Vorsehen eine Kolbenmantels, der entfernbar an dem Kolben angebracht ist, die Festigkeit und Verringert weiter die Möglichkeit der Anwendung in der vorgeschlagenen Umgebung mit hoher Drehzahl bzw. Geschwindigkeit, hoher Temperatur und hohem Verbrennungsdruck.
  • Das US-Patent 578 846, datiert auf den 14. Juli 1998 von Siegfried Mielke, offenbart einen geschmiedeten oder gegossenen Kolbenkopf eines verbundenen (zweiteiligen) Kolbens. Das Ringband des Kolbens ist auf einen oberen Teil des Kolbens geschweißt. Weil dieser Kolben keine geschlossene Kühlgalerie oder ein unterstütztes Ringband hat, wäre er nicht geeignet zur Anwendung in einer Umgebung mit hoher Kolbengeschwindigkeit, hoher Temperatur und hohem Verbrennungsdruck. Die höheren Kräfte, die auf den Kolben aufgebracht werden, würden bewirken, dass sich das nicht unterstützte Ringband verbiegt. Dies würde eine inakzeptable Leckage durch vorbeiblasen zur Folge haben, und ein vorzeitiges Versagen des Kolbens durch Spannungen. Weiterhin währe die Kolbenkühlung nicht adäquat und würde ein mit der Temperatur in Beziehung stehendes strukturelles Versagen des Kolbens zur Folge haben.
  • Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein einteiliger Kolben mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 versehen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine diagrammartige Schnittansicht eines Teils eines Verbrennungsmotors und eines Ausführungsbeispiels eines einteiligen Kolbens der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine diagrammartige vergrößerte Schnittansicht des einteiligen Kolbens der 1;
  • 3 ist eine diagrammartige Schnittansicht, die entlang der Linien 3-3 der 2 aufgenommen wurde; und
  • 4 ist eine diagrammartige Schnittansicht, die entlang der Linien 4-4 der 3 aufgenommen wurde.
  • Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 ist eine Teilansicht eines Verbrennungsmotors 10 gezeigt. Der Motor 10 hat einen Motorblock 12, mindestens einen Zylinder 14 mit einer Zylinderbohrung 16 im Motorblock 12, mindestens einen Zylinderkopf 18, der an dem Motorblock 12 in herkömmlicher Weise befestigt ist, und einen einteiligen Kolben 20, der in der Zylinderbohrung 16 angeordnet ist und hin und her beweglich in der Zylinderbohrung 16 zwischen unteren und oberen Todpunktpositionen beweg bar ist. Der einteilige Kolben 20, der Zylinderkopf 18 und die Zylinderbohrung 16 definieren eine Brennkammer 22 darin. Zumindest ein Einlassventil 24 und ein Auslassventil 26 sind in dem Zylinderkopf 18 angeordnet und sind zwischen offenen und geschlossenen Positionen relativ zu Ventilsitzen 28 bewegbar, die in dem Zylinderkopf 18 angeordnet sind, um Gase zu der Brennkammer 22 hin und weg von dieser in herkömmlicher Weise zu leiten. Eine (nicht gezeigte) Verbindungsstange bzw. Pleuelstange ist schwenkbar mit dem einteiligen Kolben 20 in herkömmlicher Weise verbunden, wie beispielsweise durch einen Kolbenbolzen 30 (24). Ein Brennstoffsystem von irgendeiner geeigneten und herkömmlichen Konstruktion, beispielsweise ein Brennstoffeinspritzsystem mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 32, bringt Brennstoff in die Brennkammer 22.
  • Wie am besten in den 24 zu sehen, ist der einteilige Kolben 20 in einer Weise aufgebaut, um eine gesteigerte Festigkeit, leichtes Gewicht und verbesserte Kühlfähigkeiten gegenüber anderen Kolbenkonstruktionen vorzusehen. Der einteilige Kolben 20 hat einen Kolbenkörper 34 und eine Längsachse 36. Der Kolbenkörper 34 hat einen Kopfteil 38 und eine Oberseite 40. Wie in der Technik bekannt, ist ein einteiliger Kolben anders aufgebaut als ein zusammengesetzter Kolben, der manchmal als zweiteiliger Kolben bezeichnet wird. Ein zusammengesetzter Kolben hat zusätzlich zu anderen Unterschieden einen Kolbenmantel, der schwenkbar an dem Kolbenbolzen angeschlossen ist und frei von einer Verbindung zum Kolbenköper ist. Diese Erfindung ist nicht für Anwendung mit Gelenkkolben bzw. zusammengesetzten Kolben geeignet.
  • Ein Tragteil 42 des einteiligen Kolbens 20 erstreckt sich in einer Richtung längs vom Kopfteil 38. Ein erster Bolzenansatz 44 und ein zweiter Bolzenansatz 45 sind mit dem Tragteil verbunden. Die ersten und zweiten Bolzenansätze 44, 45 sind voneinander beabstandet und haben jeweils eine Bolzenbohrung 46. Die Bolzenbohrungen 44, 45 haben jeweils eine Bolzenborgungsachse 48 und sind axial miteinander ausgerichtet. Die Bolzenboh rungsachsen 48 sind quer zur Längsachse 36 des einteiligen Kolbens 20 orientiert.
  • Ein Flanschteil 50 ist mit dem Kopfteil 38 des Kolbenkörpers 34 an einer vorgewählten Stelle zwischen der Oberseite 40 und der Bolzenbohrung 46 verbunden und erstreckt sich in einer Richtung radial von dem Kolbenkörper 43 und um diesem herum.
  • Ein Kolbenringgürtelteil 52 ist um den Körper 34 herum angeordnet. Der Kolbenringgürtelteil 52 ist mit dem Kopfteil 38 und mit dem Flanschteil 50 des Kolbenkörpers 34 durch schweißen verbunden, beispielsweise durch einen Laserschweißprozess, einen Elektronenstrahlschweißprozess oder durch irgendeinen anderen geeigneten Schweißprozess. Insbesondere hat der Kolbenringgürtelteil 52 erste und zweite voneinander beabstandete Enden 54, 56 und eine Innenseitenfläche 58. Die Innenseitenfläche 58 ist an dem Kopfteil 38 des Kolbenkörpers 34 angeschweißt, und das zweite Ende 56 ist an dem Flanschteil 50 des Kolbenkörpers 34 angeschweißt. Die Festigkeit des einteiligen Kolbens 20 wird gesteigert durch Unterstützung des Kolbenringgürtelteils 52 mit dem Flanschteil 50.
  • Der Flanschteil 50 hat einen Ringendteil 60. Der Ringendteil 60 definiert eine erste Seite 62 einer ersten Kolbenringnute 64 einer Vielzahl von Kolbenringnuten 66. Der Kolbenringgürtelteil 52 definiert eine zweite Seite 68 der ersten Kolbenringnut 64. Die ersten und zweiten Seiten 62, 68 sind um eine vorgewählte Distanz voneinander beabstandet. Die Schweißnaht, die den Flanschteil 50 mit dem zweiten Ende des Kolbenringgürtelteils 52 verbindet, ist vorzugsweise an einer Stelle zwischen den ersten und zweiten Seiten 62, 68 der ersten Kolbenringnut 64.
  • Eine Kolbenkühlgalerie 70 ist ringförmig in dem Kopfteil 38 des Kolbenkörpers 34 angeordnet. Die Kolbenkühlgalerie 70 wird durch den Flanschteil 50 und den Kolbenringgürtelteil 52 geschlossen, um eine geschlossene Kolbenkühlgalerie 72 mit dem Kolbenkörper 34 des einteiligen Kolbens 20 zu defi nieren. Die geschlossene Kolbenkühlgalerie 72 hat erste und zweite voneinander beabstandete äußere Endflächenstellen 74, 76, die eine vorgewählte Längsgalerielänge "L" definieren. Die Länge "L" ist dabei von ausreichender Größe, um eine wesentliche und adäquate Raumgröße zur Durchmischung eines Kühlströmungsmittels zu ermöglichen, welches in der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 enthalten ist, und dadurch eine Kühlung des Kolbenringgürteilteils 52 und des Kolbenköpers 34 zu erleichtern. Die Länge "L" der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 ist eine Funktion eines Durchmessers "D" des Kolbens und innerhalb eines Bereiches zwischen 20 und 30 Prozent der Größe des Durchmessers "D".
  • Die geschlossene Kühlgalerie 72 hat ein Paar von ersten beabstandeten Seitenflächenstellen 78, die eine erste vorgewählte Galeriebreite "W1" definieren. Die Breite "W1" der geschlossene Kolbenkühlgaleriebreite hat eine kleinere Größe als die Länge "L" der geschlossene Kolbenkühlgalerielänge. Die geschlossene Kolbenkühlgalerie 72 hat auch ein Paar von zweiten voneinander beabstandeten Seitenflächenstellen 80, die von dem Paar von ersten beabstandeten Seitenflächenstellen 72 beabstandet sind, und die eine zweite vorgewählte Breite "W2" der Kolbenkühlgalerie definieren. Die zweite Breite "W2" der geschlossenen Kolbenkühlgalerie hat eine kleinere Größe als die erste Breite "W1" der Kolbenkühlgalerie. Das vorbestimmte Verhältnis zwischen "W1", "W2" und "L" basiert auf der Strömungsmitteldynamik. Es sei bemerkt, dass die Oberseite 40 und das erste Ende 54 näher an dem Paar von zweiten voneinander beabstandeten Seitenflächenstellen 80 gelegen ist, als das erste Paar von beabstandeten Seitenflächenstellen 78. Diese vorbestimmte Proportion und Beziehung sieht eine adäquate Mischung des Strömungsmittels innerhalb der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 vor und optimiert die Kühlung des einteiligen Kolbens 20.
  • Der einteilige Kolben hat eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Kühlströmungsmitteldurchlasswegen 82, die radial in dem Kopfteil 38 des Kolbenkörpers 34 angeordnet sind. Die Kühlströmungsmitteldurchlasswege 82 öffnen sich in die Kolbenkühlgalerie 70 und in eine Ausnehmung 84, die mittig in dem Kopfteil 38 des Kolbenkörpers 34 gelegen ist. Die Kühlströmungsmitteldurchlasswege 82 sorgen für die Durchleitung des Kühlströmungsmittels zwischen der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 und der Ausnehmung 84. Die Kühlströmungsmitteldurchlasswege 82 sind vorzugsweise radial nach innen in den Kolbenkörper 34 (maschinell) eingearbeitet, bevor der Kolbenringgürtelteil 52 an den Kolbenkörper 34 geschweißt wird.
  • Die Vielzahl von beabstandeten Kolbenringnuten 66 ist in dem Kolbenringgürtelteil angeordnet. Die Kolbenringnuten 66 sind radial von der Längsachse 36 beabstandet und sind axial relativ zur Längsachse 36 zwischen den ersten und zweiten äußeren Endflächenstellen 74, 76 der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 beabstandet. Es sei bemerkt, dass die Größe, die Proportionen und die Lage der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72, wie hier zuvor beschrieben, verbesserte effektive Kolbenkühlfähigkeiten vorsehen, was einen Betrieb bei Anwendungen mit höheren Drücken, Temperaturen und höherer Kolbengeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 10 gestattet.
  • Ein Kolbenmantel 86 hat erste und zweite Mantelteile 88, 90. Der erste Mantelteil 88 ist von dem zweiten Mantelteil 90 beabstandet und gegenüberliegend dazu. Die ersten und zweiten Mantelteile 88, 90 sind jeweils mit dem Flanschteil 50 und dem Tragteil 42 verbunden. Der Kolbenmantel 86 erstreckt sich vom Flanschteil im Wesentlichen in einer axialen Richtung relativ zur Längsachse 36 zu einer Stelle nach der Kolbenbohrungsachse 48. Der Kolbenmantel 86, der mit dem Flanschteil verbunden ist, sieht eine Unterstützung für den Flanschteil vor und bietet einer Verbiegung davon Widerstand.
  • Die ersten und zweiten Mantelteile 88, 90 haben jeweils erste und zweite voneinander beabstandete Endteile 92, 94. Jeder der ersten und zweiten Mantelteile 88, 90 erstreckt sich zwischen den ersten und zweiten Stiftansätzen 44, 45 und ist am ersten Endteil 92 mit dem ersten Bolzenansatz 44 und am zweiten Endteil 94 mit dem zweiten Bolzenansatz 45 verbunden. Der Kolbenmantel 86 ist dabei mit dem Kolbenringgürtelteil 52 verbunden und sorgt, wie beschrieben, für zusätzliche Steifigkeit und verringert das Potenzial einer nicht wünschenswerten Verbiegung des Kolbenmantels 86 und des Kolbenringgürtelteils 52.
  • Die ersten und zweiten Mantelteile 88, 90 haben jeweils eine Außenfläche 96, die durch einen Radius "R" definiert wird, der um die Längsachse 36 erzeugt wird. Die gekrümmte Form sorgt für eine zusätzliche Festigkeit des Kolbenmantel 86 und entspricht auch dem, dass ein Spiel zwischen dem Kolbenmantel 86 und der Zylinderbohrung 16 vorgesehen wird.
  • Der Kopfteil 38, der Tragteil 42 und der Flanschteil 50 des Kolbenkörpers 34 und der Kolbenmantel 86 werden aus einem Stück aus irgendeinem geeigneten Stahlmaterial geschmiedet, welches dem hohen Verbrennungsdruck, der hohen Kolbengeschwindigkeit, den hohen Temperaturen und der gesteigerten mechanischen Festigkeit widerstehen kann. Ein Verfahren zur Herstellung des einteiligen Kolbens 20 weist den Schritt auf, einen einheitlichen einteiligen Kolbenkörper 34 zu schmieden. Im gegenwärtigen Schritt werden der Kopfteil 38, der Flanschteil 50 und der Tragteil 42 geschmiedet, um einen einteiligen Kolbenkörper 34 vorzusehen. Die Kühlgalerie 70 wird ringförmig um den Kopfteil 38 des Kolbenkörpers 34 durch einen Schmiedevorgang, durch eine (maschinelle) Bearbeitung oder durch irgendeinen anderen geeigneten Herstellungsprozess vorgesehen. Der Kolbenringgürtelteil 52 wird um den Kolbenkörper 34 herum positioniert und wird mit dem Kolbenkörper 34 durch Schweißen verbunden, um die Kolbenkühlgalerie 70 abzuschließen und die geschlossene Kolbenkühlgalerie 72 zu formen.
  • Vor dem Anschweißen des Kolbenringgürtelteils 52 an dem Kolbenkörper 34 wird die Vielzahl von beabstandeten Kühlströmungsmitteldurchlasswegen 82 radial innerhalb in dem Kolbenkörper 34 von einer äußeren Stelle und in einer Richtung zur Längsachse 36 bearbeitet.
  • Vorzugsweise wird die Innenfläche 58 des Kolbenringgürtelteils 52 an dem Kolbenkörper 34 angeschweißt, und das zweite Ende 56 des Kolbenringgür telteils 52 wird an dem Flanschteil 50 angeschweißt. Die Vielzahl von axial beabstandeten Kolbenringnuten 66 wird in dem Kolbenringgürtelteil 52 folgend auf das Anschweißen des Kolbenringgürtelteils 52 an dem Kolbenkörper 34 eingearbeitet. Der Kolbenmantel 86 wird vorzugsweise zur gleichen Zeit geformt, wie der Kolbenkörper 34 geschmiedet wird.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen wird der einteilige Kolben 20 der vorliegenden Erfindung durch das oben dargelegte Verfahren hergestellt, um einen leichtgewichtigen hochfesten gekühlten Kolben vorzusehen, der zur Anwendung in einer Umgebung mit hohem Verbrennungsdruck, mit hoher Kolbengeschwindigkeit, mit hoher Temperatur und hoher mechanischer Spannung geeignet ist. Der einteilige Kolben 20, so wie er aufgebaut ist, ermöglicht, dass die Verbrennungsdrücke in der Brennkammer gesteigert werden und unterstützt daher eine Maximierung der Leistungsausgabe des Verbrennungsmotors für eine gegebene Motorgröße.
  • Der Betrieb des einteiligen Kolbens 20 in dem Verbrennungsmotor 10 ist am besten in 1 zu sehen. Wenn die Einlass- und Auslassventil 24, 26 geschlossen sind, bewirkt eine Verbrennung einer Luft/Brennstoff-Mischung in der Brennkammer 22 durch eine Selbstzündung, durch eine Funkenzündung oder durch eine Kombination davon, dass die Gase sich ausdehnen und eine Bewegung des einteiligen Kolbens nach unten weg vom Zylinderkopf 18 in der Zylinderbohrung 16 erzwingen. Diese lineare Bewegung wird durch die Verbindungsstange bzw. Pleuelstange und die Kurbelwelle in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt, deren Ausgang verwendet wird, um mechanische Energie zu liefern, um beispielsweise eine stationäre Maschine, einen Elektrogenerator, eine mobile Maschine und ein Schiff anzutreiben. Die Einlass- und Auslassventile 24, 26 werden zu geeigneten Zeitpunkten während eines Motorzyklus geöffnet und geschlossen, um Einlassluft und Abgase relativ zur Brennkammer 22 durchzulassen. Ein solcher Betrieb ist dem Fachmann wohl bekannt und wird nicht genauer besprochen.
  • Die geschlossene Kolbenkühlgalerie 72 nimmt geleitetes Kühlströmungsmittel von innerhalb des (nicht gezeigten) Motorsumpfes auf. Das Kühlströmungsmittel in der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 wird durch die Dynamik der Bewegung des einteiligen Kolbens 20 durchgeschüttelt. Dieses Durchschütteln bzw. Vermischen, welches durch die Form und Proportionen der geschlossenen Kolbenkühlgalerie verbessert wird, bewirkt, dass das Strömungsmittel in der geschlossenen Kolbenkühlgalerie durchgeschüttelt wird und die Innenfläche 73 der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 berührt und Wärme an der Oberfläche 72 abführt. Die Lage der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 relativ zur Kolbenoberseite 40 und dem Kolbenringgürtelteil 52 maximiert die Wärmeübertragung von diesen kritischen Stellen und ermöglicht, dass der einteilige Kolben 20 zufriedenstellend bei den erforderlichen höheren Betriebstemperaturen arbeitet. Die Kühlströmungsmitteldurchlasswege 82 gestatten, dass Kühlströmungsmittel aus der geschlossenen Kolbenkühlgalerie 72 austritt und durch Ersatzkühlströmungsmittel aufgefüllt wird, welches in die geschlossene Kolbenkühlgalerie 72 an einer anderen Stelle eintritt. Dies erleichtert weiter die Wärmeübertragung und verbessert die Kolbenlebensdauer.
  • Die Festigkeit des einteiligen Kolbens 20 wird verbessert durch die Unterstützung, die für den Kolbenringgürtelteil 52 durch den Flanschteil 50 vorsehen wird. Der Flanschteil 50, der wie oben beschrieben mit dem Kolbenringgürtelteil 52 verbunden ist, unterstützt das zweite Ende 56 des Kolbenringgürtelteils 52 und reduziert das Potential einer Auslenkung des Kolbenringgürtelteils 52 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 10. Als eine Folge wird den hohen Kräften, die auf dem Kolbenringgürtelteil 52 im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wirken, Widerstand geboten, und mit der Spannung in Beziehung stehende vorzeitige Versagensfälle werden verhindert.
  • Die Festigkeit des einteiligen Kolbens 20 wird auch durch den Kolbenmantel 86 verbessert. Der Kolbenmantel 86 ist geschlossen, außer einen Spalt zwischen dem Kolbenkörper 34 und dem Mantel 86, und ist, wie oben bespro chen, mit dem Flanschteil 50 und dem Tragteil 42 verbunden. Dies steigert weiter die Steifigkeit des Kolbenmantels 86, des Flanschteils 50 und des Kolbenringgürtelteils 52. Als eine Folge wird den Kräften, die sich während des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 zeigen, Widerstand geboten, und eine Verbiegung, eine Rissbildung usw. des Kolbenmantels 86, des Flanschteils 50 und des Kolbenringgürtelteils 52 werden verhindert.
  • Der Kolbenkörper 34, der als eine einheitliche Struktur geschmiedet wird, und der Kolbenringgürtelteil 52 der an dem Kolbenkörper 34 angeschweißt wird, um den einteiligen Kolben 20 zu vollenden, haben einen robusten einteiligen Kolben 20 zur Folge, der den Kräften Widerstand bieten kann, die während den Verbrennungszyklen des Verbrennungsmotors 10 aufgebracht werden.
  • Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims (4)

  1. Einteiliger Kolben (20), der Folgendes aufweist: einen Kolbenkörper (34) mit einer Oberseite (40) und einer Längsachse (36); einen Tragteil (42), der sich in einer Richtung längs von dem Kolbenkörper (34) erstreckt; einen ersten Bolzenansatz (44) und einen zweiten Bolzenansatz (45), die mit dem Tragteil (42) verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Bolzenansätze (44, 45) voneinander beabstandet sind und jeweils eine Bolzenbohrung (46) haben, wobei jede der Bolzenbohrungen (46) eine Bohrungsachse (48) hat und axial miteinander ausgerichtet ist, wobei die Bohrungsachsen (48) quer zur Lenksachse (36) orientiert sind; einen Flanschteil 50, der mit dem Kolbenkörper (34) an einer vorgewählten Stelle zwischen der Oberseite (40) und der Bolzenbohrung (46) verbunden ist, wobei der Flanschteil (50) sich radial vom Kolbenkörper (34) erstreckt. Ein Kolbenmantel (86) mit ersten und zweiten Mantelteilen (88, 90) wobei die ersten und zweiten Mantelteile (88, 90) jeweils mit dem Flanschteil (50) und dem Tragteil (42) verbunden sind, wobei der Kolbenmantel (86) den Flanschteil (50) an dem Tragteil (42) trägt, wobei der erste Mantelteil (88) von dem zweiten Mantelteil (90) beabstandet und gegenüberliegend dazu ist, wobei die ersten und zweiten Mantelteile (88, 90) sich von dem Flanschteil (50) im wesentlichen in axialer Richtung relativ zur Längsachse (36) zu einer Stelle nach der Bolzenbohrung (46) erstrecken, wobei die ersten und zweiten Mantelteile (88, 90) jeweils erste und zweite voneinander beabstandete Endteile (92, 94) haben, wobei die ersten und zweiten Mantelteile (88, 90) sich jeweils zwischen den ersten und zweiten Bolzenansätzen (44, 45) erstrecken und jeweils an dem ersten Endteil (92) mit dem ersten Bolzenansatz (44) und an dem zweiten Endteil (94) mit dem zweiten Bol zenansatz (45) verbunden sind, wobei der Bolzenkörper (34), der Tragteil (42), der Flanschteil (50) und der Kolbenmantel (86) zu einem Stück aus einem Stahl-Material geschmiedet sind, einen Kolbenringgürtelteil (52), der um den Kolbenkörper (34) herum angeordnet ist, wobei der Ringgürtelteil (52) mit dem Kolbenkörper (34) und mit dem Flanschteil (50) durch Schweißen verbunden ist, wobei der Kolbenringgürtelteil (52) erste und zweite Enden (54, 56) und eine Innenfläche (58) hat, wobei die Innenfläche (58) an dem Kolbenkörper (34) angeschweißt ist, und wobei das zweite Ende (56) eine flache Schweißoberfläche aufweist, die an dem Flanschteil (50) an der flachen Schweißoberfläche angeschweißt wird, und eine Kolbenkühlgalerie (70), die ringförmig in dem Kolbenkörper (34) angeordnet ist, wobei die Kolbenkühlgalerie (70) durch die Flansch- und Ringgürtelteile (50, 52) geschlossen wird, um eine geschlossene Kolbenkühlgalerie (72) darin zu definieren, wobei der Flanschteil (50) einen Ringendteil (60) hat, wobei der Ringendteil (60) eine erste Seite (62) einer ersten Kolbenringnut (64) der Vielzahl von Kolbenringnuten (66) aufweist, und wobei der Kolbenringgürtelteil (52) eine zweite Seite (68) der ersten Kolbenringnut (64) definiert, wobei die ersten und zweiten Seiten (62, 68) um eine vorgewählte Distanz voneinander beabstandet sind, wobei eine Schweißnaht den Flanschteil (50) mit dem Kolbenringgürtelteil (52) an einer Stelle zwischen den ersten und zweiten Seiten (62, 68) der ersten Kolbenringnut (64) verbindet.
  2. Einteiliger Kolben (20) nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Mantelteile (88, 90) jeweils eine Außenfläche haben, die durch einen Radius "R" definiert wird, der um die Längsachse (36) herum erzeugt wird.
  3. Einteiliger Kolben (20) nach Anspruch 1, wobei die geschlossene Kolbenkühlgalerie (72) erste und zweite voneinander beabstandete äußere Endstellen (74, 76) besitzt, die eine vorgewählte Längsgalerielänge "L" definieren, wobei die Länge "L" von ausreichender Größe ist, um eine wesentliche Durchmischung eines Kühlströmungsmittels zu ermöglichen, welches in der geschlossenen Kolbenkühlgalerie (72) enthalten ist, und eine Kühlung des Kolbenringgürtelteils (52).
  4. Einteiliger Kolben (20) nach Anspruch 1, wobei der Kolbenringgürtelteil (52) eine Vielzahl von beabstandeten Kolbenringnuten (66) hat, die darin angeordnet sind, wobei die Kolbennuten (66) axial relativ zur Längsachse (36) zwischen den ersten und zweiten äußeren Endstellen (74, 76) der geschlossenen Kolbenkühlgalerie (72) beabstandet ist.
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