EP1738066B1

EP1738066B1 - Kühlkanalabdeckung für einen kolben eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: EP1738066B1
Application number: EP05737984.4A
Authority: EP
Inventors: Rainer Scharp
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: KR101246395B1; CN1977103A; KR20070009683A; BRPI0510067A; EP1738066A1; JP4598059B2; WO2005103473A1; JP2007533904A; BRPI0510067B1; US20070209614A1; DE102004019011A1; US7415959B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit aus einem Kolben für einen Verbrennungsmotor und einer Kühlkanalabdeckung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor im Bereich des Kolbenbodens mit einem radial außen liegenden und zum Kolbenschaft hin offenen Kühlkanal zu versehen. Zur Verbesserung der Kühlwirkung des in den Kühlkanal eingeleiteten Kühlöls wird der Kühlkanal mittels einer Kühlkanalabdeckung verschlossen, in der sich Öffnungen zum Ein- und Ausleiten des Kühlöls befinden. Bekannt ist auch, der Kühlölabdeckung die Form einer zweigeteilten Tellerfeder 30 zu geben, die (siehe hierzu Figur 1) an ihrem äußeren Rand 29 in einer Aussparung 22 in der Stirnseite 23 einer offen auslaufenden Ringwand 24 als äußerem Auflager und an ihrem inneren Rand an einem an der Ringrippe als innerem Auflager 25 angebrachten umlaufenden Absatz 26 unter axialer Vorspannung befestigt ist. Ein solcher Kolben ist unter anderem aus der DE 42 08 037 bekannt. Hierbei ergeben sich im Motorbetrieb wegen des Drucks der Verbrennungsgase auf den Kolben, aber auch wegen der bei den Hin- und Herbewegungen des Kolbens auf die Ringwand 24 einwirkenden Massenkräfte durch den Pfeil 27 angedeutete Relativbewegungen der Ringwand 24 gegenüber dem Kolbengrundkörper 28. Dies bewirkt auch Relativbewegungen der Tellerfeder 30 insbesondere gegenüber der Ringwand 24 im Bereich der Auflagepunkte 31 und 32, was zu einer Schädigung sowohl der Tellerfeder 30 als auch der Aussparung 22 in diesem Bereich führt.
Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten, aus zwei halbkreisförmigen Tellerfederhälften bestehenden Kühlkanalabdeckung besteht darin, dass hiervon sowohl axial als auch radial gerichtete Kräfte auf die Ringwand 24 ausgeübt werden. Diese Kräfte sind an den Stoßenden der Tellerfederhälften maximal, ... (weiter auf Seite 2 der ursprünglich eingereichten Unterlagen) sodass die axialen Kräfte in diesem Bereich zu einer nichtsinusförmigen Verformung der Kolbenringnuten führen, der die darin untergebrachten Kolbenringe nicht folgen können, wodurch insbesondere der Ölverbrauch eines mit dem betreffenden Kolben ausgerüsteten Verbrennungsmotors ansteigt. Die radial gerichteten und an den Stoßenden der Tellerfederhälften maximalen Kräfte führen hier zu einer im Querschnitt ovalen Verformung der Ringwand 24, die die Gefahr von Kolbenfressern mit sich bringt.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, die erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Gelöst wird das Problem mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1: ein Federblech gemäß Stand der Technik zum Verschließen des Kühlkanals eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor im Schnitt,
Fig. 2: ein Federblech gemäß vorliegender Erfindung in Draufsicht,
Fig. 3: das erfindungsgemäße Federblech im Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 und
Fig. 4: das erfindungsgemäße Federblech nach dem Einbau in einen Kolben.

Die Figuren 2 und 4 zeigen ein ringförmiges Federblech 1 zum Verschließen des Kühlkanal 20 eines Kolbens 8 für einen Verbrennungsmotor, das aus zwei halbkreisförmigen Federblechhälften 2 und 3 besteht. Jede der beiden Federblechhälften 2, 3 weist eine Anformung 4 und 5 auf, deren Zweck darin besteht, das in den Kolben 8 eingebaute Federblech 1 gegen Verdrehen zu sichern. Zudem ist jede der beiden Federblechhälften 2, 3 mit einer Öffnung 6 und 7 versehen, um Öl in den Kühlkanal ein- bzw. auszuleiten.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Federblech 1 entlang der Linie III-III in Fig. 2. Erkennbar ist die Anformung 4 und die Öffnung 7. Insbesondere wird deutlich, dass das Federblech 1 im entspannten Zustand die Form eines flachen Trichters aufweist.
In Fig. 4 ist das Federblech 1 nach dem Einbau in den Kolben 8 dargestellt. Erkennbar ist, dass das Federblech 1 hierbei eine eben Stellung aufweist, d.h., dass es gegenüber der in Fig. 3 dargestellten trichterförmigen Stellung eine Torsion erfahren hat. Die hierdurch im Federblech 1 erzeugte Torsionsspannung bewirkt, dass dessen radial innerer Randbereich 16 auf der eine 1. Auflage 10 bildenden, kolbenbodenseitigen Oberseite eines radial nach außen gerichteten Vorsprunges 17 des Kolbengrundkörpers 14 und dessen radial äußerer Randbereich 18 auf einer von einer stufenförmigen Ausnehmung 19 der kolbenbodenabgewandten Unterseite 15 der Ringpartie 13 gebildeten 2. Auflage 9 unter Vorspannung aufliegen, und dass das Federblech 1 im Kolben 8 fixiert wird.
Das Federblech 1 weist einen Außenradius 11 (Fig. 2) auf, der so bemessen ist, dass sich zwischen Federblech 1 und Kolben 8 ein Spalt 12 (Fig. 4) bildet. Hierdurch wird erreicht, dass bei Relativbewegungen zwischen dem Kolben 8 und dem Federblech 1 Beschädigungen des Federbleches 1 und des Kolbens 8 im Bereich des Spaltes 12 vermieden werden. Zudem sind die Flächen der Auflagen 9 und 10 so groß, dass sich hier bei Relativbewegungen zwischen Kolben 8 und Federblech 1 ein minimaler Verschleiß ergibt.
Diese Relativbewegungen sind die Folge sowohl des auf den Kolben 8 einwirkenden Verbrennungsdruckes als auch der bei höheren Drehzahlen auf die Ringpartie 13 einwirkenden Massenkräfte, wodurch bewirkt wird, dass sich die Ringpartie 13 relativ zum Kolbengrundkörper 14 bewegt, was zu Relativbewegungen des Federbleches 1 sowohl gegenüber der Ringpartie 13 als auch gegenüber dem Kolbengrundkörper 14 führt.
Bei der Montage werden die beiden Federblechhälften 2 und 3 an die kolbenbodenabgewandte Unterseite 15 der Ringpartie 13 angelegt, auf ihrer radialen Innenseite einer in Richtung des Kolbenbodens 21 wirkenden, axialen Kraft ausgesetzt und dadurch so weit in Torsion versetzt, dass der radial innere Randbereich 16 der Federblechhälften 2, 3 oberhalb der 1. Auflage 10 zu liegen kommt. Danach werden die Federblechhälften 2, 3 mittels einer radial nach innen gerichteten Kraft in ihre in Fig. 4 dargestellte Position geschoben.

Bezugszeichenliste

1: Federblech
2, 3: Federblechhälfte
4, 5: Anformung
6, 7: Öffnung
8: Kolben
9: 2. Auflage
10: 1. Auflage
11: Außenradius
12: Spalt
13: Ringpartie
14: Kolbengrundkörper
15: Unterseite der Ringpartie 13
16: radial innere Randbereich des Federbleches 1
17: Vorsprung
18: radial äußerer Randbereich der Federbleches 1
19: stufenförmige Ausnehmung
20: Kühlkanal
21: Kolbenboden
22: Aussparung
23: Stirnseite der Ringwand 24
24: Ringwand
25: inneres Auflager
26: Absatz
27: Pfeil
28: Kolbengrundkörper
29: äußerer Rand der Tellerfeder 30
30: Tellerfeder
31,32: Auflagepunkt

Claims

Baueinheit aus einem Kolben (8) für einen Verbrennungsmotor mit einem radial außen liegenden und zur vom Kolbenboden (21) des Kolbens (8) abgewandten Unterseite hin offenen Kühlkanal (20) und einer Kühlkanalabdeckung, die Form eines ringförmigen und aus zwei halbkreisförmigen Hälften (2, 3) bestehenden Federbleches (1) aufweist, dessen radial innerer Randbereich (16) auf einer ersten Auflage (10) aufliegt, die von der Oberseite eines radial nach außen gerichteten Vorsprunges (17) des den Kühlkanal (20) radial innen begrenzenden Kolbengrundkörpers (14) gebildet wird, und dessen radial äußerer Randbereich (18) auf einer zweiten Auflage (9) unter Vorspannung aufliegt, die von einer stufenförmigen Ausnehmung (19) der Unterseite (15) der den Kühlkanal (20) radial außen begrenzenden Ringpartie (13) des Kolbens (8) gebildet wird,
- wobei das Federblech (1) im entspannten Zustand die Form eines flachen Trichters aufweist, und

- wobei der Außenradius (11) des Federbleches (1) so bemessen ist, dass sich zwischen der radial äußeren Stirnseite des Federbleches (1) und der radial äußeren Begrenzung der stufenförmigen Ausnehmung (19) ein umlaufender Spalt (12) ergibt,

- wobei die zweite Auflage (9) zumindest näherungsweise um die Dicke des Federbleches (1) näher am Kolbenboden (21) angeordnet ist als die erste Auflage (10), so dass das Federblech (1) nach dem Einbau in den Kolben (8) unter Torsionsspannung stehend eine zumindest näherungsweise ebene Stellung einnimmt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Spalt (12) derart bemessen/ausgebildet ist, dass bei Relativbewegungen zwischen dem Kolben (8) und dem Federblech (1) Beschädigungen des Federbleches (1) und des Kolbens (8) im Bereich des Spaltes (12) vermieden werden.
Kühlkanalabdeckung für einen Kühlkanal (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federblechhälften (2, 3) mindestens eine nach außen radial gerichtete Anformung (4, 5) aufweisen.