EP0838587B1

EP0838587B1 - Leichtbaukolben

Info

Publication number: EP0838587B1
Application number: EP97118337A
Authority: EP
Inventors: Josef Harrer; Dirk Ragus; Stephan Thieme
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2001-04-04
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: DE19643778A1; DE19643778C2; DE59703281D1; EP0838587A1; US6152017A; EP0838587B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Kolben ist in der EP 0 385 390 A1 beschrieben und weist typischerweise Schaftflächen auf, die nicht in allen Bereichen entlang der Höhe des Kolbenschaftes vollkommen zylindrisch und im Querschnitt kreisrund ausgebildet sind. Hierbei ist der Kolbenschaft in einem oberen Bereich weitgehend zylindrisch gestaltet, um den Raum für die in einem Verbrennungsmotor stattfindende Verbrennung abzuschließen. Zur Gewichtsreduzierung des Kolbens sind die Bolzennaben für die Aufnahme des Pleuelbolzens in Richtung des Durchmessers des Kolbenschafts nach innen zurückversetzt. Dadurch werden die Bereiche der Bolzennaben, die für die Aufnahme des Kolbenbolzens unabdingbar sind, von der Schaftfläche, also der äußeren Mantelfläche des Kolbens nach innen, zu der Kolbenachse versetzt. Folglich kann in den äußeren Bereichen Material eingespart werden, und es wird eine Gewichtsreduzierung erreicht.

Ein derartiger Kolben mit nach innen versetzten Bolzennaben muß jedoch auch auf Höhe der Bolzennaben sowie unterhalb der Bolzennaben Schaftwandabschnitte aufweisen, mit denen er nach dem Einbau in den Zylinder eines Verbrennungsmotors an der Zylinderwand anliegt. Diese Schaftwandabschnitte, die auch als tragende Schaftwandabschnitte bezeichnet werden, da sie für die Führung des Kolbens in dem Zylinder sorgen, sind somit in einem unteren Bereich des Kolbenschafts an radial bezüglich der Bolzenachse gegenüberliegenden Seiten, nämlich an der Druckseite einerseits und an der Gegendruckseite andererseits, ausgebildet. An diesen Stellen sorgen diese Schaftwandabschnitte für eine Abstützung des Kolbens bei der Auf- und Abbewegung in dem Zylinder, bei welcher der Kolben um die Kolbenbolzenachse kippen kann. Insbesondere erfolgt bei dieser Kippbewegung im oberen und im unteren Totpunkt ein Wechsel hinsichtlich derjenigen Seite, mit welcher der Kolben an der Zylinderwand anliegt, von der Druck- zur Gegendruckseite oder umgekehrt. Diese Kippbewegung wird durch die tragenden Schaftwandabschnitte soweit wie erforderlich eingeschränkt. Bei den gattungsgemäßen Kolben weist der Kolbenschaft in seinem unteren Bereich Verbindungswände auf, die nach innen zurückgesetzt sind und in denen die Bolzennaben liegen. Diese Verbindungswände reichen bis zum unteren Rand des Kolbenschafts. Somit fehlt am unteren Rand des Kolbens ein umlaufender Ring, der so ausgebildet ist, daß er die beiden gegenüberliegenden Schaftwandabschnitte miteinander verbindet.

Ein derartiger Kolben gewährleistet durch die Materialeinsparung in den Bereichen außerhalb der zurückversetzten Bolzennaben die Möglichkeit, das Gewicht des Kolbens beträchtlich zu reduzieren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem derartigen Kolben das Gewicht weiter zu verringern und gleichzeitig die an den Kolben hinsichtlich der Festigkeit und der Geräuscharmut gestellten Anforderungen zu erfüllen.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Demzufolge sind die beiden Schaftwandabschnitte mit einer Abmessung in Umfangsrichtung, also gewissermaßen einer Breite ausgebildet, die sich in Richtung der Kolbenachse, also über die Höhe des Kolbens, verändert. Ferner sind die

Verbindungswände derart gestaltet, daß sie dem Verlauf der in Richtung der Kolbenachse verlaufenden Ränder der Schaftwandabschnitte folgen. Erfindungsgemäß ist die Breite der beiden Schaftwandabschnitte zum unteren Ende des Kolbenschafts hin größer werdend ausgebildet ist. Die beiden Verbindungswände somit schräg und derart zueinander geneigt ausgebildet, daß ihr Abstand in einem unteren Bereich größer ist als in einem oberen Bereich. Mit anderen Worten verlaufen die Verbindungswände gewissermaßen konisch zueinander. Durch die erfindungsgemäß sich über die Höhe des Kolbens verändernde Breitenabmessung der Schaftwandabschnitte kann erreicht werden, daß insbesondere in denjenigen Zonen, in denen die Schaftwandabschnitte schmäler ausgebildet werden können, weiteres Material eingespart werden kann. Die mögliche Gewichtsreduzierung beträgt für den erfindungsgemäßen Kolben bis zu 15%.

Erfindungsgemäß sind die Schaftwandabschnitte derart gestaltet, daß sie insgesamt als tragende Schaftwandabschnitte gestaltet sind, und an den Schaftwänden keine Zonen ausgebildet sind, die zur Abstützung des Kolbens an der Zylinderinnenwand keinen Beitrag leisten. Derartige Bereiche sind folglich für die Festigkeit nicht erforderlich und werden gemäß der Erfindung ausgespart. Hierbei handelt es sich insbesondere um diejenigen Bereiche, die um mehr als 0,2 mm gegenüber der Zylinderwand zurückgesetzt sind. Ebenso kann der Verlauf der Schaftwandabschnitte an die an die Elastizität des Kolbens gestellten Anforderungen angepaßt werden.

Gleichzeitig kann dadurch, daß die tragenden Schaftwandabschnitte soweit erforderlich vorhanden sind, eine gute Laufeigenschaft für den Kolben gewährleistet werden. Insbesondere kann dies beispielsweise ohne eine Verkürzung des Kolbenschaftes erreicht werden, die eine mögliche Maßnahme zur Gewichtserleichterung darstellt, jedoch die Gefahr birgt, daß die Kolbengeräusche durch Kippen im kalten Zustand erheblich zunehmen. Ferner kann durch die erfindungsgemäße bereichsweise Zurücksetzung im Bereich der Schaftwandabschnitte eine Verringerung der Wanddicke oder ein weiteres Zurücksetzen der Bolzennaben vermieden werden, was zwar eine Gewichtseinsparung bewirkt, aber die Festigkeit des Kolbens erheblich verringert. Mit der Erfindung wird folglich der Kolben gemäß der EP 0 385 390 A1 dahingehend verbessert, daß die bei diesem Kolben über die gesamte Höhe mit einer gleichbleibenden Breite ausgebildeten Schaftwandabschnitte bereichsweise derart verschmälert werden, daß eine merkliche Gewichtsreduzierung ohne Einbußen bei der Festigkeit und den Abstützeigenschaften in dem Zylinder erreicht wird. Wie erwähnt, sind die Verbindungswände dem Verlauf der seitlichen Ränder der Schaftwandabschnitte angepaßt ausgebildet.

Wie erwähnt, sind die beiden tragenden Schaftwandabschnitte hinsichtlich ihrer Abmessung in Umfangsrichtung nach oben verjüngend ausgebildet. Dies bedeutet, daß die Schaftwandabschnitte in einer Seitenansicht weitgehend als umgekehrtes T gestaltet sind, und in einem unteren Bereich deutlich breiter ausgeführt sind als in einem oberen Bereich, in dem sie an den in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildeten Bereich des Kolbenschafts angrenzen. Ferner sind bei dieser bevorzugten Ausführungsform die beiden Verbindungswände nach oben zueinander geneigt ausgebildet. Folglich ist der Abstand zwischen den beiden Verbindungswänden in einem unteren Bereich größer als in einem oberen Bereich, und durch die Anpassung der Ausrichtung der beiden Verbindungswände an die seitlichen Ränder der Schaftwandabschnitte wird erreicht, daß die Festigkeit der zum Tragen erforderlichen Schaftwände gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung ist es denkbar, die beiden tragenden Schaftwandabschnitte mit beliebig kurvenförmig ausgebildeten Rändern zu versehen, und für die Verbindungswände eine entsprechend beliebig kurvenförmige Oberfläche vorzusehen. Wie erwähnt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, möglichst viel Material und somit Gewicht einzusparen, so daß es grundsätzlich denkbar ist, bei selbstverständlich weitgehend fließenden Übergängen die tragenden Schaftwandabschnitte in all denjenigen Bereichen auszusparen, die für die Abstützung an der Zylinderinnenwand nicht erforderlich sind. Somit ist es vorteilhaft, gemäß dieser Ausführungsform Schaftwandabschnitte mit beliebig kurvenförmig gekrümmten Rändern auszubilden.

Zwar ist es aus der US 5 076 225 bekannt, bei einem Kolben, der sowohl im oberen Bereich als auch im unteren Bereich in Umfangsrichtung einen kreisrunden Querschnitt aufweist und somit eine erhöhte Stabilität auch in seinem unteren Bereich aufweist, die Schaftwandabschnitte mit einer über die Höhe des Kolbenschafts veränderlichen Breite zu versehen. Ein derartiger Kolben kann jedoch nicht mit dem gattungsgemäßen Kolben verglichen werden, da bei diesem Kolben durch den an seinem unteren Ende ausgebildeten umlaufenden Ring die Stabilität des Kolbens auch in einem unteren Bereich stets gewährleistet ist. Folglich können hierbei die Schaftwandabschnitte ohne weiteres mit einer veränderlichen Breite ausgebildet werde, ohne die Stabilität des Kolbens zu gefährden. Diese Maßnahme ist für den gattungsgemäßen Kolben jedoch hinsichtlich seiner Festigkeit und der Gewährleistung der Abstützung in der Zylinderinnenwand wesentlich bedenklicher und kann erfindungsgemäß lediglich dadurch ausgeglichen werden, daß die Verbindungswände dem Verlauf der in Richtung der Kolbenachse verlaufenden Ränder der Schaftwandabschnitte folgend ausgebildet sind.

Ein ähnlicher Kolben ist aus der DE 41 22 921 A1 bekannt. Hierbei sind die Schaftwandabschnitte weitgehend X-förmig gestaltet, wobei der untere Bereich wiederum durch einen am unteren Rand des Kolbens umlaufend ausgebildeten Ring gebildet wird. Der Schaft wird also stellenweise ausgespart, und die Verbindungswände werden im Bereich der Aussparungen ebenso ausgenommen. Hierdurch wird jedoch die Festigkeit der Schaftwandabschnitte dahingehend beeinträchtigt, daß die Schaftfläche nicht immer vollständig an der Zylinderwand anliegt. Dies wird vielmehr erst durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verbindungswände erreicht, die an keiner Stelle ausgespart sind, sondern für eine Abstützung der tragenden Schaftwandabschnitte dem Verlauf deren seitlicher Ränder folgen.

Ferner ist in der US 4,856,417 ein Kolben beschrieben, durch den ein Kolbenklappern verringert werden soll. Hierbei sind die Schaftwandabschnitte insgesamt nach unten verjüngend ausgebildet, wobei auch aus dieser Druckschrift kein Hinweis dahingehend entnehmbar ist, daß die Schaftwandabschnitte auf die tragenden Schaftwandabschnitte reduziert werden können und somit nach obenhin verjüngend ausgebildet werden können, was gemäß der Erfindung zu erheblichen Gewichtseinsparungen führt.

Ferner beschreibt die US 5,448,942 einen Kolben, dessen tragende Bereiche der Schaftwände die Form eines umgekehrten T aufweisen. Die sonstigen, nicht tragenden Bereiche der Schaftwände sind jedoch ebenfalls an diesem Kolben vorhanden, so daß dieser Kolben hinsichtlich seines Gewichts nachteilig ist. Dies gilt in gleicher Weise für den Kolben gemäß der US 5,058,489, bei dem ebenfalls die Schaftwände durch den eigentlichen Kontaktbereich mit der Zylinderwand und weitere Bereiche gebildet werden, so daß der entstehende Kolben unnötig schwer ist.

Obwohl für den erfindungsgemäßen Kolben grundsätzlich jedes für einen Kolben geeignete Material denkbar ist, wird bevorzugt, den Kolben aus Leichtmetall, beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, auszubilden, um das Gewicht des Kolbens durch diese Wahl des Materials gering zu halten.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Bevorzugt sind die Schaftwandabschnitte demnach derart ausgebildet, daß sie im Bereich ihrer gesamten Außenfläche als tragende Schaftwandabschnitte für die Abstützung des Kolbens an einer Zylinderinnenwand sorgen. Dadurch kann, wie beschrieben, für die Schaftwandabschnitte jeweils für jede Stelle entlang der Höhe des Kolbenschafts diejenige Breitenabmessung gewählt werden, die für die Führung des Kolbens unbedingt erforderlich ist. Auf jegliche andere Bereiche der Schaftwandabschnitte, die derart gestaltet sind, daß sie beim Einbau in einen Zylinder um mehr als 0,2 mm gegenüber der Zylinderwand zurückgesetzt sind, kann verzichtet werden. Beim Einbau in den Zylinder mit dem genannten Abstand zur Zylinderinnenwand leisten diese Zonen der Schaftwandabschnitte nämlich keinen Beitrag zum Tragen und Abstützen des Kolbens an der Zylinderwand.

Bevorzugt sind die in Richtung der Kolbenachse verlaufenden Ränder der tragenden Schaftwandabschnitte im Verlauf ihrer Verjüngung gemäß den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen geradlinig ausgebildet. Wenn in Versuchen ermittelt werden kann, daß der tragende Bereich der Schaftflächen durch weitgehend gerade Linien begrenzt werden kann, so stellt diese Ausbildung der tragenden Schaftwandabschnitte eine vergleichsweise einfache Gestaltung dar, die zur Einfachheit der verwendeten Gießformen beiträgt.

Es kann jedoch ebenso vorteilhaft sein, die seitlichen Ränder der tragenden Schaftwandabschnitte im Verlauf ihrer Verjüngung gekrümmt auszubilden, so daß die Verbindungswände bezüglich ihres Verlaufs in Richtung der Kolbenachse konkav oder konvex gekrümmt sind. Folglich würden die beiden Verbindungswände dann konvex gekrümmt ausgebildet werden, wenn die seitlichen Ränder der Schaftwandabschnitte in der Seitenansicht nach außen gekrümmt wären. Ebenso hat es sich in besonderen Anwendungsfällen als günstig erwiesen, die seitlichen Ränder der tragenden Schaftwandabschnitte nach innen gekrümmt auszubilden, so daß demzufolge die beiden Verbindungswände nicht nur nach oben oder nach unten hin zueinander geneigt auszubilden sind, sondern auch jeweils konkav gekrümmt.

Für den erfindungsgemäßen Kolben wird ferner bevorzugt, daß der Kolbenschaft in seinem oberen, über die zurückversetzten

Bolzennaben überstehenden Bereich, an seiner Unterseite ausgehöhlt ist. Diese Maßnahme wird dadurch ermöglicht, daß bei dem erfindungsgemäßen Kolben die Bolzennaben soweit wie möglich von den Schaftwänden zurückversetzt sind. Somit entsteht in diesem Bereich ein gewisser Überstand des oberen, zylindrischen Kolbenbereichs. Diese Bereiche in der Zone der Kolbenbolzenachse sind für die Abstützung des Kolbens nicht wesentlich, da der Kolben im wesentlichen nur um die Kolbenbolzenachse kippen kann, so daß durch ein Aushöhlen des Überstandes über die Kolbenbolzenachse weiter Material und Gewicht eingespart werden kann, ohne die Festigkeit und die Abstützung des Kolbens zu gefährden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Bolzennaben für die Verwendung mit einem Stufenpleuel an ihren zueinander gerichteten Seiten gestuft ausgebildet sind. Diese Maßnahme ist für den erfindungsgemäßen Kolben insbesondere dann geeignet, wenn die tragenden Schaftwandabschnitte nach oben hin verjüngt ausgebildet sind. Dadurch sind die beiden Verbindungswände nach oben hin zueinander geneigt, so daß auch diejenigen Zonen, in denen die Bolzennaben auszubilden sind, insbesondere in einem oberen Bereich sehr weit nach innen versetzt sind. Um dennoch die notwendige Stützfläche für den Kolbenbolzen zu gewährleisten, sind bei dieser bevorzugten Ausführungsform die Bolzennaben, wie beschrieben, gestuft ausgebildet, so daß der Abstand zwischen den Bolzennaben in einem oberen Bereich geringer ist als in einem unteren Bereich. Dadurch ist trotz der weitgehenden Versetzung der Bolzennaben nach innen die notwendige Stützfläche für den Kolbenbolzen gewährleistet. Bei Verwendung mit einem Stufenpleuel bzw. einem Trapezpleuel, das folglich in einem oberen Bereich schmäler ausgebildet ist als in einem unteren Bereich seiner Bolzennabe, kann durch den erfindungsgemäßen Kolben in dieser Ausführungsform eine besonders vorteilhafte Gewichtseinsparung bei Gewährleistung der Festigkeit und der Funktion erreicht werden.

Nachfolgend wird die Erfindung ausführlich anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Kolbens in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2: eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Kolbens;
Fig. 3: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kolbens in einer zweiten Ausführungsform; und
Fig. 4: eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kolbens in einer dritten bevorzugten Ausführungsform.

Der in Fig. 1 dargestellte Kolben 10 weist einen Kolbenschaft 16 und einen oberen, weitgehend zylindrisch ausgebildeten Bereich 14 auf. In diesem oberen Bereich 14, d.h. dem Ringfeldbereich, kann der Kolben 10 mit einem oder mehreren partiell umlaufend und parallel zum Kolbenboden verlaufenden Schlitzen versehen sein. Unterhalb des zylindrischen Bereichs 14 sind die Bolzennaben 24 ausgebildet, die der Aufnahme des (nicht gezeigten) Kolbenbolzens beim Zusammenbau des Kolbens mit einem (nicht gezeigten) Pleuel dienen.

Wie in Fig. 1 gut zu erkennen ist, sind bei dem gattungsgemäßen Kolben die beiden Bolzennaben 24 jeweils in Richtung des Durchmessers des Kolbenschafts 16 zurückgesetzt, so daß am unteren Ende des oberen Bereichs 14 des Kolbens 10 ein Überhang 26 entsteht. Durch diese Zurücksetzung der

Bolzennaben 24 kann im Bereich unterhalb des Überhangs 26 an dem gattungsgemäßen Kolben Material eingespart werden, so daß auch das Gewicht des Kolbens 10 reduziert werden kann.

In einem unteren Bereich des Kolbens sind ferner zwei einander gegenüberliegende Schaftwandabschnitte 16 ausgebildet, die den Kolbenschaft bilden. In der Zeichnung ist nur der gemäß der gewählten Orientierung des Kolbens 10 vorne befindliche Schaftwandabschnitt 16 zu erkennen. Die beiden Schaftwandabschnitte 16 sind durch zwei Verbindungswände 18 miteinander verbunden, die jeweils zwischen den seitlichen Rändern 20, 22 der Schaftwandabschnitte 16 ausgebildet sind. In der für die Fig. 1 gewählten Darstellung ist von den beiden Verbindungswänden 18 wiederum nur diejenige Verbindungswand 18 zu erkennen, die den gemäß Fig. 1 linken Rand 20 des vorderen Schaftwandabschnitts 16 mit dem entsprechenden Rand 20 des hinteren Schaftwandabschnitts verbindet. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, reichen die beiden Verbindungswände 18 bis zum unteren Rand des Kolbenschafts und sind nach innen zurückversetzt. In den beiden Verbindungswänden 18 liegen ferner die Bolzenenden 24.

Erfindungsgemäß sind die beiden Schaftwandabschnitte 16 mit einer Abmessung in Umfangsrichtung, also gewissermaßen einer Breite ausgebildet, die sich in Richtung der Kolbenachse verändert. Durch diese Maßnahme ist es erfindungsgemäß möglich, in denjenigen Bereichen der Schaftwandabschnitte 16, die für die Abstützung des Kolbens an einer Zylinderinnenwand nicht erforderlich sind, weiteres Material und damit Gewicht einzusparen. Erfindungsgemäß sind die beiden Verbindungswände 18 ferner derart ausgebildet, daß sie dem Verlauf der in Richtung der Kolbenachse verlaufenden Ränder 20, 22 der Schaftwandabschnitte 16 folgen. Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, bei der die beiden Schaftwandabschnitte 16 nach oben hin verjüngend ausgebildet sind, ergibt sich somit eine Anordnung der Verbindungswände 18, bei der diese nach oben hin zueinander geneigt angeordnet sind. Mit anderen Worten befinden sich die Verbindungswände 18 gewissermaßen in einer schrägen Stellung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die seitlichen Ränder 20, 22 der tragenden Schaftwandabschnitte 16 ferner konvex gekrümmt gestaltet. Folglich sind auch die Verbindungswände 18 im Bereich ihrer Oberfläche, also im Verlauf von dem unteren Rand des Kolbens bis unterhalb dem Überhang 26 konvex gekrümmt.

In der Seitenansicht von Fig. 2 in einer Richtung senkrecht zu der Kolbenbolzenachse 28 ist der gekrümmte Verlauf der seitlichen Ränder 20, 22 des vorderen Schaftwandabschnitts 16 nochmals gut zu erkennen. Ferner wird aus der Seitenansicht von Fig. 2 deutlich, wie bei dem erfindungsgemäßen Kolben 10 die Bolzennaben 24 gegenüber dem Umfangsrand des oberen Abschnitts 14 zurückversetzt sind, so daß ein Überhang 26 entsteht. Wie erwähnt, bietet diese Zurückversetzung der Bolzennaben 24 die Möglichkeit, an den links und rechts im Bereich der Bolzenachse 28 liegenden Zonen Material einzusparen.

Erfindungsgemäß wird die dadurch erreichte Gewichtsersparnis weiter erhöht, indem die an bezüglich der Bolzenachse 28 radial gegenüberliegenden Seiten ausgebildeten Schaftwandabschnitte 16 nicht über ihre gesamte Höhe eine Breite aufweisen, die der zur Abstützung des Kolbens 10 erforderlichen breitesten Stelle entspricht. Vielmehr ist der Schaftwandabschnitt 16 jeweils entlang seiner Höhe nur so breit ausgebildet, wie es für die Abstützung des Kolbens 10 an einer Zylinderinnenwand erforderlich ist. Beispielsweise kann gemäß der in Fig. 2 dargestellten nach oben sich verjüngenden Gestaltung der tragenden Schaftwandabschnitte 16 eine weitere deutliche Gewichtsreduzierung erreicht werden. Aus der Ansicht von Fig. 2 wird ferner nochmals verdeutlicht, daß an dem erfindungsgemäßen Kolben 10 an dessen unterem Rand kein im Querschnitt kreisrunder Bereich ausgebildet ist, der in seinen Abmessungen dem oberen Bereich 14 entspricht. Ferner sind an dem Kolben 10 entlang seines Umfangs die beiden Verbindungswände 18 zurückversetzt ausgebildet.

In Fig. 3 ist eine vorteilhafte Weiterbildung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kolbens 10 gezeigt. Zum einen ist in der im Bereich der Kolbenachse 30 genommenen Schnittdarstellung von Fig. 3 nochmals der erfindungsgemäße schräge Verlauf der beiden Verbindungswände 18 zu erkennen. Hierbei ist aus dem konvex gekrümmten Verlauf der Verbindungswände 18 zu erkennen, daß der Verlauf der (nicht gezeigten) Ränder 20, 22 der Schaftwandabschnitte 16 in etwa dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verlauf entspricht. Ferner ist in der Schnittdarstellung zu erkennen, daß die beiden Bolzennaben 24 jeweils von dem äußeren Rand des oberen Bereichs 14 zurückversetzt sind, jedoch über ihre gesamte Höhe entlang der Kolbenachse 30 die gleiche Breite aufweisen.

Der in Fig. 3 dargestellte Kolben 10 ist ferner im Bereich des Überhanges 26 des oberen Bereichs 14 über die Bolzennaben 24 mit Aushöhlungen 32 versehen. Diese Aushöhlungen können deshalb ausgebildet werden, weil der obere Bereich 14, wie beschrieben, in diesem Bereich einen Überhang 26 aufweist. Ferner ermöglicht die Schrägstellung der Verbindungswände 18, welche die Breite des Überhangs 26 vergrößert, die Ausbildung der Hohlräume 32. Diese Hohlräume können entweder durch Ausfräsen des gegossenen Kolbens oder durch geeignete Gießkerne bereits beim Gießen ausgebildet werden. Durch diese Maßnahme kann durch die Materialeinsparung im Bereich der Hohlräume 32 für den erfindungsgemäßen Kolben 10 eine weitere Verminderung seines Gewichts erreicht werden.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens 10 dargestellt. In dieser Ausführungsform eignet sich der Kolben 10 für die Verwendung mit einem (nicht gezeigten) Stufenpleuel. Bei einem Stufenpleuel ist die Öse, in welcher der Kolbenbolzen aufgenommen wird, in einem oberen Bereich schmaler ausgebildet als in einem unteren Bereich. Dementsprechend sind die Bolzennaben 24 der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens 10 gestaltet. Dies bedeutet, daß die inneren Ränder 34 der Bolzennaben 24 derart gestaltet sind, daß sie in einem oberen Bereich einen geringeren Abstand aufweisen, als in einem unteren Bereich. Durch diese Maßnahme kann auch für den Fall, daß die Bolzennaben sehr weit zurückgesetzt sind, beispielsweise bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, bis zu den seitlichen Rändern 20, 22 des Schaftwandabschnitts 16, für eine genügend große Lagerfläche für den Kolbenbolzen gesorgt werden. Dies wird durch die Verbreiterung der Bolzennaben 24 in deren oberen Bereichen erreicht. Entsprechendes gilt auch für sogenannte Trapezpleuel.

Es sei noch angemerkt, daß die Verbindungswände 18 nicht unbedingt derart gerade zwischen den zu verbindenden Schaftwandabschnitten 16 ausgebildet sein müssen, daß in den Seiten- und Querschnittsansichten der Fig. 2 bis 5 ausschließlich deren Umrisse erkennbar sind. Vielmehr können die Verbindungswände 18 im Bereich der Bolzennaben 24 nach außen ballig ausgebildet sein, so daß in einer Unteransicht ein nach außen gekrümmter "Grundriß" der Verbindungswände 18 erkennbar wäre. Erfindungswesentlich ist jedoch, daß die Verbindungswände 18 hinsichtlich ihres in den Seiten- und Schnittansichten zu erkennenden Umrisses der über die Höhe des Kolbens 10 sich verändernden Breite der Schaftwandabschnitte 16 folgen. Hierdurch kann trotz der Aussparung der Schaftwandabschnitte 18 in den für die Abstützung nicht erforderlichen Zonen eine hinreichende Festigkeit des erfindungsgemäßen Kolbens 10 gewährleistet werden.

Claims

Kolben (10), insbesondere aus Leichtmetall, mit:

einem Kolbenschaft (16),

einem oberen, im wesentlichen zylindrischen Bereich (14),

Bolzennaben (24), die in Richtung der Bolzenachse (28) zu der Kolbenachse (30) zurückgesetzt sind,

zwei dadurch in einem unteren Bereich des im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Bereichs (14) an radial bezüglich der Bolzenachse (28) gegenüberliegenden Seiten ausgebildeten Schaftwandabschnitten (16), und

zwei die Schaftwandabschnitte (16) verbindenden Verbindungswänden (18), die zurückgesetzt sind, in denen die Bolzennaben (24) liegen, und die bis zum unteren Rand des Kolbenschafts reichen,

dadurch gekennzeichnet, daß

die beiden Schaftwandabschnitte (16) als tragende Schaftwandabschnitte ausgebildet sind, und daß diejenigen Bereiche, die zur Abstützung des Kolbens (10) an der Zylinderinnenwand keinen Beitrag leisten, ausgespart sind,

die beiden Schaftwandabschnitte (16) seitliche Ränder (20, 22) aufweisen, die beliebig kurvenförmig ausgebildet sind, wobei die beiden Schaftwandabschnitte in weitgehend übereinstimmender Weise hinsichtlich ihrer Abmessung in Umfangsrichtung nach oben verjüngend ausgebildet sind, und

die Verbindungswände (18) dem dadurch bestimmten Verlauf der in Richtung der Kolbenachse (30) verlaufenden Ränder (20, 22) der Schaftwandabschnitte (16) derart folgen, daß sie nach oben zueinander geneigt sind.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaftwandabschnitte (16) derart ausgebildet sind, daß sie im Bereich ihrer gesamten Außenfläche als tragende Schaftwandabschnitte (16) für die Abstützung des Kolbens (10) an der Zylinderwand sorgen.
Kolben nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Ränder (20, 22) der tragenden Schaftwandabschnitte (16) im Verlauf der Verjüngung weitgehend geradlinig ausgebildet sind.
Kolben nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Ränder (20, 22) der tragenden Schaftwandabschnitte (16) im Verlauf der Verjüngung gekrümmt ausgebildet sind, und daß die Verbindungswände (18) bezüglich ihres Verlaufs in Richtung der Kolbenachse (30) konkav oder konvex gekrümmt ausgebildet sind.
Kolben nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) in dem oberen, über die zurückversetzten Bolzennaben (24) überstehenden Bereich (26) an seiner Unterseite (32) ausgehöhlt ist.
Kolben nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzennaben (24) für die Verwendung mit einem Stufenpleuel bzw. Trapezpleuel an ihren zueinander gerichteten Seiten (34) derart ausgebildet sind, daß der Abstand zwischen den Bolzennaben (24) in einem oberen Bereich geringer ist als in einem unteren Bereich.