EP1678418B1 - Einteiliger kolben f r einen verbrennungsmotor - Google Patents

Einteiliger kolben f r einen verbrennungsmotor Download PDF

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EP1678418B1
EP1678418B1 EP04789925.7A EP04789925A EP1678418B1 EP 1678418 B1 EP1678418 B1 EP 1678418B1 EP 04789925 A EP04789925 A EP 04789925A EP 1678418 B1 EP1678418 B1 EP 1678418B1
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EP
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piston
ring
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internal combustion
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Rainer Scharp
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Mahle GmbH
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Mahle GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F2003/0007—Monolithic pistons; One piece constructions; Casting of pistons

Definitions

  • the invention relates to a one-piece piston for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on the problem to provide an easy to install cooling duct cover for a one-piece piston of an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a one-piece piston 1 for an internal combustion engine in a sectional view, which consists of two halves, of which the left half of a section of the piston 1 along a longitudinal axis 2 of a hub bore 3 and the right half offset by 90 ° thereto longitudinal section of the piston first represents.
  • the piston 1 is made of steel and has a combustion bowl 5 in the region of the piston head 4.
  • an annular circumferential cooling channel 6 is arranged, the radially outer boundary of an integrally formed on the piston head 4 ring wall 7 and its radially inner boundary part of an annular rib 8, partly from a hub support 9, 9 'and partly be formed by a shank connection 10, 10 '.
  • the annular wall 7 serves as a piston ring carrier.
  • a circumferential, nose-shaped projection 17 is mounted, the purpose of which is to serve as an abutment for a substantially cylindrical, one-piece ring 18, of which Cooling channel 6 is closed.
  • the ring 18 may be made of plastic or metal.
  • the annular wall 7 On the piston longitudinal axis 13 facing inner side 28, the annular wall 7 has a circumferential groove 19, in which a likewise circumferential and piston crown side integrally formed on the outside of the ring 18 collar 20 is inserted, whereby the ring 18 on the inside of the annular wall 7 can be fastened.
  • the ring 18 has a gap 22.
  • the assembly of the ring 18 can be done in a simple manner in that it is bent and in the region of the piston 1 between the annular wall 7 and shaft elements 14, 14 'is inserted. Following this, the ring 18 is compressed, so that its radius is reduced, wherein the shank side, lower edge of the ring 18 comes to rest on the projection 17. The fact that the piston bottom side, upper edge of the ring 18 is pressed a little more inward, it is then possible to insert the ring from below into the cooling channel 6 so far until the fixation of the ring 18 whose collar 20 into the groove 19 on the inside 28 of the annular wall 7 engages.
  • an oil feed tube 35 is inserted, which consists of a funnel 21 with a tubular upper part 27, and which spreads the ring 18 during insertion. This is how esp.
  • the FIGS. 4 and 5 show, with certainty ensured that the collar 20 of the ring 18 remains even with faster reciprocating movements of the piston 1 in the groove 19 on the inside of the annular wall 7.
  • the oil supply pipe 35 may be made of plastic or metal.
  • the oil supply pipe 35 becomes, as in Fig. 3 is attached to the piston 1 by a mounted on the upper part 27 nose 23 on the upper edge of a near the shaft 14, 14 'introduced opening 24 comes to rest after the Oil supply pipe 35 is inserted into the opening 24.
  • the upper part 27, like the Fig. 4, 5 and 7 show, on its the piston crown outer side facing a circumferential groove 25, in which when inserting the oil supply pipe 35 in the opening 24 on the inside of the ring 18 at its joints 29 and 30 integrally molded projections 26, 26 ', whereby the oil supply pipe 35 at Ring 18 is attached.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen einteiligen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 40 39 751 A1 ist ein mehrteiliger gekühlter Kolben mit einen im Randbereich des Kolbenbodens angeordneten Kühlkanal bekannt, der mit einem im Wesentlichen tellerfederartig ausgebildeten Blechring abgedeckt ist. Dieser Blechring ist einteilig ausgebildet und kann nur deshalb problemlos an den Kolben montiert werden, weil der Kolben zweiteilig aufgebaut ist. Hierbei ist es erforderlich, erst den Blechring an das Kolbenoberteil zu montieren, bevor dieses mit dem Kolbenunterteil verbunden wird.
  • Aus der Europäischen Patentschrift EP 0 799 373 B1 ist einteiliger Kühlkanalkolben mit einem im Randbereich des Kolbenbodens angeordneten Kühlkanal bekannt, der ebenfalls mit einem tellerfederartig ausgebildeten Abdeckring verschlossen ist. Nachteilig ist hierbei, dass dieser Abdeckring zweiteilig ausgebildet sein muss, um montiert werden zu können. Bei der Montage wird jede der beiden halbkreisförmigen Ringhälften einzeln in vorgespanntem Zustand in entsprechende Auflager am Kolbenkopf eingebracht.
  • Ein ähnlicher Kolben mit einem einteiligen Abdeckring ist aus EP1185775 bekannt.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine einfach zu montierende Kühlkanalabdeckung für einen einteiligen Kolben eines Verbrennungsmotors zu schaffen.
  • Gelöst wird das Problem mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kühlkanal, der gemäß der Erfindung von einem im Wesentlichen zylinderförmigen Ring verschlossen ist, dargestellt in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild, das zwei um 90° versetzte Längsschnitte des Kolbens zeigt,
    Fig. 2
    einen Schnitt des Kolbens entlang der Linie A-A in Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Teilschnitt des Kolbens entlang der Linie C-C in Fig. 2, der ein Ölzuführungsrohr zum Einleiten von Kühlöl in den Kühlkanal zeigt,
    Fig. 4
    einen Teilschnitt des Kolbens entlang der Linie B-B in Fig.2, der das mit dem Ring verrasteten Ölzuführungsrohr zeigt,
    Fig. 5
    eine vergrößerte Darstellung des Bereiches "X" in Fig. 4, der die Rastverbindung zwischen dem Ring und dem Ölzuführungsrohr zeigt,
    Fig. 6
    eine Draufsicht des Ringes mit dem Ölzuführungsrohr und
    Fig. 7
    eine perspektivische Darstellung des Ringes mit dem Ölzuführungsrohr.
  • Figur 1 zeigt einen einteilig ausgebildeten Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor in einem Schnittbild, das aus zwei Hälften besteht, von denen die linke Hälfte einen Schnitt des Kolbens 1 entlang einer Längsachse 2 einer Nabenbohrung 3 und die rechte Hälfte einen um 90° dazu versetzten Längsschnitt des Kolbens 1 darstellt. Der Kolben 1 ist aus Stahl hergestellt und weist im Bereich des Kolbenbodens 4 eine Brennraummulde 5 auf. Im radial außen liegenden Bereich des Kolbenbodens 4 ist ein ringförmig umlaufender Kühlkanal 6 angeordnet, dessen radial äußere Begrenzung von einer an den Kolbenboden 4 angeformten Ringwand 7 und dessen radial innere Begrenzung teils von einer Ringrippe 8, teils von einer Nabenabstützung 9, 9' und teils von einer Schaftanbindung 10, 10' gebildet werden. Die Ringwand 7 dient hierbei als Kolbenringträger.
  • Über die Nabenabstützungen 9, 9' sind an den Kolbenboden 4 je eine Bolzennabe 11, 11' mit jeweils einer Nabenbohrung 3, 3' angeformt. Die Stirnflächen 12 der Bolzennaben 11, 11' sind gegenüber der Ringwand 7 in Richtung der Kolbenlängsachse 13 zurückgesetzt angeordnet. Die Bolzennaben 11, 11' sind über Schaftelemente 14, 14' miteinander verbunden, die über je eine Schaftanbindung 10, 10' an den Kolbenboden 4 angeformt sind. Zwischen den Schaftelementen 14, 14' und dem kolbenbodenseitigen Bereich 15 des Kolbens 1 weist dieser Ausnehmungen 16 auf.
  • An der Bolzennabe 11, 11' bzw. an der Schaftanbindung 10, 10' des Kolbens 1 ist ein umlaufender, nasenförmiger Vorsprung 17 angebracht, dessen Zweck darin besteht, als Anlage für einen im Wesentlichen zylinderförmigen, einteiligen Ring 18 zu dienen, von dem der Kühlkanal 6 verschlossen wird. Der Ring 18 kann aus Kunststoff oder aus Metall bestehen. Auf der der Kolbenlängsachse 13 zugewandten Innenseite 28 weist die Ringwand 7 eine umlaufende Nut 19 auf, in die ein ebenfalls umlaufender und kolbenbodenseitig an die Außenseite des Ringes 18 angeformter Kragen 20 einsetzbar ist, wodurch der Ring 18 an der Innenseite der Ringwand 7 befestigbar ist. Wie insb. die Figuren 6 und 7 zeigen, weist der Ring 18 einen Spalt 22 auf.
  • Die Montage des Ringes 18 kann auf einfache Weise dadurch geschehen, dass er aufgebogen und in den Bereich des Kolbens 1 zwischen Ringwand 7 und Schaftelemente 14, 14' eingelegt wird. Im Anschluss daran wird der Ring 18 zusammengedrück, sodass sich sein Radius verkleinert, wobei der schaftseitige, untere Rand des Ringes 18 auf dem Vorsprung 17 zur Anlage gelangt. Dadurch dass der kolbenbodenseitige, obere Rand des Ringes 18 noch ein wenig mehr nach innen gedrückt wird, ist es im Anschluss daran möglich, den Ring von unten in den Kühlkanal 6 so weit einzuschieben, bis zur Fixierung des Ringes 18 dessen Kragen 20 in die Nut 19 auf der Innenseite 28 der Ringwand 7 einrastet.
  • In den Spalt 22 ist ein Ölzuführungsrohr 35 einführbar, das aus einem Trichter 21 mit einem rohrförmigen Oberteil 27 besteht, und das beim Einführen den Ring 18 spreizt. Damit ist, wie insb. die Figuren 4 und 5 zeigen, mit Sicherheit dafür gesorgt, dass der Kragen 20 des Ringes 18 auch bei schnelleren Hin- und Herbewegungen des Kolbens 1 in der Nut 19 auf der Innenseite der Ringwand 7 verbleibt. Das Ölzuführungsrohr 35 kann aus Kunststoff oder aus Metall bestehen.
  • Das Ölzuführungsrohr 35 wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, am Kolben 1 befestigt, indem eine am Oberteil 27 angebrachten Nase 23 auf dem oberen Rand einer nahe dem Schaft 14, 14' eingebrachten Öffnung 24 zur Auflage gelangt, nachdem das Ölzuführungsrohr 35 in die Öffnung 24 eingeführt ist. Zudem weist das Oberteil 27, wie die Fig. 4, 5 und 7 zeigen, auf seiner dem Kolbenboden zugewandten Außenseite eine umlaufende Nut 25 auf, in die beim Einführen des Ölzuführungsrohres 35 in die Öffnung 24 auf der Innenseite des Ringes 18 an seinen Stoßstellen 29 und 30 angeformte Vorsprünge 26, 26' einklipsen, wodurch das Ölzuführungsrohr 35 am Ring 18 befestigt wird.
  • Hierbei weist die Nut 25 einen bestimmten Abstand von der kolbenbodenseitigen Stirnfläche 33 des Oberteiles 27 auf, der ausreicht, dass sich, wie in den Figuren 5 und 7 dargestellt ist, ein Überstand 34 des Oberteiles 27 ergibt, damit das in den Kühlkanal 6 eingeleitete Öl nicht sofort wieder durch das Oberteil 27 aus dem Kühlkanal 6 abfließt und stattdessen um den Überstand 34 herum in den tiefer gelegenen Bereich des Kühlkanals 6 geleitet wird. Über eine seitlich im Ring 18 angebrachte Öffnung 36 (Fig. 7) kann das Kühlöl dann abfließen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kolben
    2
    Längsachse
    3, 3'
    Nabenbohrung
    4
    Kolbenboden
    5
    Brennraummulde
    6
    Kühlkanal
    7
    Ringwand
    8
    Ringrippe
    9, 9'
    Nabenabstützung
    10, 10'
    Schaftanbindung
    11, 11'
    Bolzennabe
    12
    Stirnfläche der Bolzennabe 11, 11'
    13
    Kolbenlängsachse
    14, 14'
    Schaftelement
    15
    kolbenbodenseitiger Bereich des Kolbens 1
    16
    Ausnehmung
    17
    Vorsprung
    18
    Ring
    19
    Nut
    20
    Kragen
    21
    Trichter
    22
    Spalt
    23
    Nase
    24
    Öffnung
    25
    Nut
    26, 26'
    Vorsprung
    27
    Oberteil des Ölzuführungsrohres 35
    28
    Innenseite der Ringwand 7
    29, 30
    Stoßstellen des Ringes 18
    33
    Stirnfläche des Oberteiles 27
    34
    Überstand des Oberteiles 27
    35
    Ölzuführungsrohr
    36
    Öffnung der Ringes 18

Claims (8)

  1. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor,
    - mit einem Kolbenboden (4),
    - mit zwei am Kolbenboden (4) angeformten Nabenabstützungen (9, 9') für je eine Bolzennabe (11, 11'), wobei die Nabenabstützungen (9, 9') und die Stirnflächen (12) der Bolzennaben (11, 11') gegenüber dem radial äußeren Rand des Kolbenbodens (4) in Richtung Kolbenlängsachse (13) zurückgesetzt angeordnet sind,
    - mit zwei die Bolzennaben (11, 11') verbindenden Schaftelementen (14, 14'), die über je eine Schaftanbindung (10, 10') mit dem Kolbenboden (4) verbunden sind, wobei in die Schaftanbindungen (10, 10') zwischen den Schaftelementen (14, 14') und dem Kolbenboden (4) Ausnehmungen (16) eingeformt sind,
    - mit einem im Randbereich des Kolbenbodens (4) angeordneten, ringförmigen Kühlkanal (6), dessen radial äußere Begrenzung von einer am Kolbenboden (4) angeformten Ringwand (7) und dessen radial innere Begrenzung teils von den Nabenabstützungen (9, 9') und teils von den Schaftanbindungen (10, 10') gebildet werden, und
    - mit einem umlaufenden und teils an die Nabenabstützungen (9, 9') und teils an die Schaftanbindungen (10, 10') angeformten, im Querschnitt nasenförmigen Vorsprung (17),
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Kühlkanal (6) von einem im Wesentlichen zylinderförmigen, einteilig ausgebildeten Ring (18) mit einem axial ausgerichteten, durchgehenden Spalt (22) und mit einem auf seiner Außenseite angeordneten, umlaufenden Kragen (20) verschlossen ist, der mit einer in die Innenseite (28) der Ringwand (7) eingeformten, umlaufenden Nut (19) eine Rastverbindung bildet, wobei der Ring (18) an dem Vorsprung (17) zur Anlage gelangt,
    - wobei eine axial ausgerichtete Bohrung (24) in einer der Schaftanbindungen (10, 10') eingebracht ist, wobei in die Bohrung (24) ein Ölzuführungsrohr (35) einführbar ist, das mit seinem Oberteil (27) im Bereich des Ringes (18) im Kühlkanal (6) mündet, wobei der Ring (18) mit seinen Stoßenden (29, 30) am Oberteil (27) des Ölzuführungsrohres (35) zur Anlage gelangt.
  2. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (27) nahe seiner kolbenbodenseitigen Stirnfläche (33) auf seiner Außenseite eine umlaufende Nut (25) aufweist, mit der nach dem Einführen des Ölzuführungsrohres (35) in die Bohrung (24) an den Stoßstellen (29, 30) des Ringes (18) angebrachte Vorsprünge (26, 26') Rastverbindungen bilden.
  3. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (25) in einem Abstand von der Stirnseite (33) des Oberteiles (27) angeordnet ist, sodass sich ein Überstand (34) des Oberteiles (27) über den Ring (18) ergibt.
  4. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (27) im mittleren Bereich seiner Außenseite eine Nase (23) aufweist, die nach dem Einführen des Ölzuführungsrohres (35) in die Bohrung (24) auf dem oberen Rand der Bohrung (24) aufliegt.
  5. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölzuführungsrohr (35) aus Metall besteht.
  6. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölzuführungsrohr (35) aus einem warmfesten Kunststoff besteht.
  7. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (18) aus Metall besteht.
  8. Einteiliger Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (18) aus einem warmfesten Kunststoff besteht.
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DE10346819A DE10346819A1 (de) 2003-10-06 2003-10-06 Einteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor
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KR (1) KR101205647B1 (de)
CN (1) CN100591909C (de)
BR (1) BRPI0415301A (de)
DE (1) DE10346819A1 (de)
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