EP1920152B1 - Zweiteiliger kolben für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Zweiteiliger kolben für einen verbrennungsmotor Download PDF

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EP1920152B1
EP1920152B1 EP06791334.3A EP06791334A EP1920152B1 EP 1920152 B1 EP1920152 B1 EP 1920152B1 EP 06791334 A EP06791334 A EP 06791334A EP 1920152 B1 EP1920152 B1 EP 1920152B1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
head
disposed
facing away
resilient sleeve
Prior art date
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Active
Application number
EP06791334.3A
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English (en)
French (fr)
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EP1920152A1 (de
Inventor
Dieter Messmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Publication date
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Publication of EP1920152A1 publication Critical patent/EP1920152A1/de
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Publication of EP1920152B1 publication Critical patent/EP1920152B1/de
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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 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/0023—Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
    • 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 

Definitions

  • the invention relates to a two-part piston for .einen internal combustion engine according to the preambles of the main claim and the dependent claims 5, 8 and 9.
  • a two-part consisting of an upper part and a lower part piston for an internal combustion engine is known.
  • the upper part forms the piston crown and, on the underside facing away from the piston crown, has a cylindrical bolt with an external thread lying coaxially with the piston axis.
  • the lower part has an upper, thin-walled and elastically yielding base part, at the central region of which a sleeve pointing in the direction of the piston head is formed with such a thin wall that this sleeve has the function of an expansion sleeve.
  • the disadvantage is that the production of the upper bottom part of the lower part with the molded-on expansion sleeve is very complicated. Regardless of whether the lower part is cast or forged, a lengthy machining of the central region of the upper bottom part and in particular of the expansion sleeve using a machining process is required, it being important to ensure that narrow tolerance ranges are met, so that the central Area of the upper bottom part and the expansion sleeve obtained the desired elasticity properties.
  • US 3,465,651 describes a two-part piston whose upper part has, on its underside facing away from the combustion chamber, a central bolt which extends through an opening formed in the lower part.
  • the end portion of the bolt is provided with a thread on which a hex nut is screwed, which is supported under pressure on washers on a shoulder of the base.
  • the thin-walled piston crown of the upper part is bent toward the lower part and brought into contact with bearing surfaces provided for this purpose.
  • a disadvantage proves that the elasticity properties of areas of the cast or forged piston parts are used for the bias between the upper and lower part, in particular, which have relatively large tolerances, would be required to avoid a high processing cost.
  • JP 6065361 U describes a similar two-piece piston.
  • DE 3719469 A1 describes a two-part piston with low compression height, the upper part in the combustion chamber facing away from the bottom has a central threaded bore into which a hexagon screw is screwed. This extends through an opening in the piston lower part and is supported on its head via a plurality of disc springs on a radially inwardly facing projection of a sleeve, which is screwed tightly into the piston lower part.
  • the object of the invention is to simplify and reduce the cost of producing a two-part piston whose upper part and its lower part are connected to one another via an expansion sleeve.
  • This object is achieved by a piston having the features of claim 1 or 5 in two complementary embodiments.
  • claim 1 is directed to an embodiment with a hexagon nut on a piston pin belonging to the threaded bolt
  • claim 5 has a complementary design with a threaded hole in the piston upper part of the object, in which a hexagonal screw is screwed.
  • Fig. 1 is a two-part, cooled piston 1 shown, which consists of an upper part 2 and a lower part 3.
  • the upper part 2 and the lower part 3 may be made of aluminum, steel or cast iron with nodular graphite (GGG cast iron according to DIN 1693).
  • a piston head 4 bounds the axial top side of the upper part 2, the radially inner region of which has a combustion bowl 5.
  • an annular wall 6 is integrally formed, the outer surface piston crown side forms a top land 7, which is followed by a shaft ring side 8 with annular grooves for receiving piston rings, not shown in the figure.
  • pin bosses 9, 9 'each having a pin bore 10, 10' are arranged.
  • the upper part 2 and the lower part 3 of the piston 1 are connected via an inner support 14 and via a concentrically arranged outer support 15 with each other.
  • the upper part 2 and the lower part 3 each have a blind hole 16 and 17, which lie opposite each other with a corresponding position of the upper and lower parts 2, 3.
  • An inserted into the two blind holes 16, 17 fixing pin 11 ensures that the upper part 2 and the lower part 3 always assume the same rotational position to each other.
  • an outer cooling channel 22 is arranged in the piston bottom side edge region of the piston 1 is formed, the radially outer boundary of the annular wall 6, the radially inner boundary part of a arranged on the upper side of the lower part 3 submersible 18th and partly formed by the piston head 4, and the axially lower boundary of the lower part 3 of the piston 1.
  • Via at least one oil feed channel 52 (FIG. Fig. 2 ) Cooling oil is introduced into the cooling channel 22.
  • the piston 1 has a further, coaxially to the piston axis 12 arranged, annular, inner cooling channel 24, which has a smaller radial diameter than the outer cooling channel 22, and which, viewed in the radial direction, is disposed within the outer cooling channel 22.
  • Axially above the inner cooling channel 24 is bounded by the piston head 4, radially outward of the Unterteilfuß 18, axially below by an upper bottom portion 25 of the lower part 3 and radially inwardly by a bolt 31, wherein the bottom part 25 of the lower part 3 has an opening 27 radially inside ,
  • the bolt 31 is cylindrical and coaxial with the piston axis 12 formed on the underside of the piston head 4, wherein the lateral surface of the bolt 31 has a piston bottom facing away end portion with an external thread 32 (FIGS. Fig. 2 ), which corresponds to the internal thread of a hex nut 29, so that the hex nut 29 can be screwed onto the external thread 32.
  • the upper part 2 is screwed to the lower part 3 via an expansion sleeve 26 arranged between the upper end face 23 of the hexagonal nut 29 and the upper bottom part 25 of the lower part 3.
  • the expansion sleeve 26 has for this purpose at its end facing away from the piston head an inwardly directed collar 28 and at its end remote from the piston bottom a radially outwardly disposed, in kolbenêtabgewandte direction radially outwardly conically widening contact surface 19.
  • the fixing pin 11 When screwing together upper part 2 and lower part 3, the fixing pin 11 is first inserted into the blind hole 17 arranged in the upper bottom part 25 of the lower part 3. Anschmanend the upper part 2 and the lower part 3 are aligned coaxially with each other.
  • the piston bottom side edge of the lower part 3 on a support web 46 which has the shape of a radially inward and axially directed in the direction of the piston head 4 stage in section.
  • a cylindrical recess 47 is formed in the inside of the lower end face of the annular wall 6, whose inner shape is complementary to the outer shape of the support web 46.
  • a coaxial alignment of upper part 2 and lower part 3 is thereby achievable, that the support bar 46 is initially inserted at least partially into the recess 47. In this case, it is still necessary to rotate the upper part 2 about the piston axis 12 until the blind hole 16 comes to lie above the fixing pin, after which the support web 46 can be completely inserted into the recess 47 and also the fixing pin 11 into the blind hole 16.
  • the expansion sleeve 26 are pushed through the opening 27 and the hex nut 29 screwed onto the external thread 32 of the bolt 31.
  • the hexagonal nut 29 reach over its upper end face 23 against a piston bottom facing away from the inner surface 20 of the collar 28 and the contact surface 19 of the expansion sleeve 26 to a arranged on the radially inner side of the opening 27, conically downwardly opening surface 21 to the plant.
  • the conicity of the surface 21 is at least approximately equal to the taper of the contact surface 19.
  • the hex nut 29 is screwed with such a torque that due to the pressure of the hex nut 29 on the inner surface 20 of the collar 28 and because of the thereby exerted on the expansion sleeve 26
  • Tensile stress the expansion sleeve 26 undergoes an expansion, which exerts a permanent bias on the screw, whereby this screw is given a great deal of security.
  • the bolt 31 undergoes an expansion and the radially inner part of the piston head 4 a plate spring-like deformation in the direction of pin bosses 9, 9 '.
  • the expansion sleeve 26 is made of a high-grade steel material, which contributes to the safety of the screw connection between upper part 2 and lower part 3 of the piston 1.
  • the contact surface 19 on the piston bottom side facing away from the expansion sleeve 26 may also be spherical or spherical, wherein the hereby in contact surface 21 of the upper bottom part 25 of the piston lower part 3 may have a complementary shape for this purpose ,
  • the collar 28 defines a circular opening 30 whose radial diameter is greater than the radial diameter of the bolt 31, so that between pin 31 and collar 28, an annular gap 33 results.
  • the hexagonal nut 29 has in its upper end face 23 radially arranged grooves 34 and 34 ', which open radially inward into the gap 33.
  • the radial inner diameter of the expansion sleeve 26 is greater than the radial outer diameter of the hex nut 29, so that between hex nut 29 and expansion sleeve 26, a cylindrical and annular cross-section space 35 results, the piston bottom facing away from the end of the piston interior 36, and its piston bottom facing end with the grooves 34, 34 'is in communication.
  • the outer cooling channel 22 is connected to the inner cooling channel 24 via radially arranged overflow channels 37, 37 '.
  • the Fig. 3 shows a plan view, Fig. 4 a sectional view and Fig. 5 a perspective view of the hex nut 29 used in the screwing of the upper part 2 with the lower part 3.
  • Fig. 3 an exemplary arrangement of the grooves 34 to 34 "'shown, with 4 grooves 34 to 34'" with radially extending longitudinal axes 48, 48 ', 48 “and 48"' are evenly distributed over the circumference of the end face 23, so that the longitudinal axis pairs 48th -48 ", 48" -48 ', 48'- 48 "' and 48"'- 48 each enclose an angle of 90 °.
  • Fig..4 shows a section through the hex nut 29 along the line DD in Fig. 3 with a representation of the U-shaped cross section of the grooves on the example of the groove 34 'and with a plan view of the flanks of the grooves 34 "and 34'".
  • FIG Fig. 5 A perspective view of the hex nut 29 is shown in FIG Fig. 5 represented, in particular, the grooves 34, 34 'and 34 "recognize.
  • FIGS. 6 and 7 The embodiment of the present invention according to the FIGS. 6 and 7 is different from the one in the Fig. 1 to 5 shown embodiment of the invention, in particular, characterized in that the upper part 2 'and the lower part 3' of the piston 1 'are connected to each other by means of a hexagon screw 39, wherein between the head 40 of the hex screw 39 and the collar 28' of the expansion sleeve 26 'in the axial direction short, tubular intermediate piece 41 with one or more continuous, radially extending bores 42, 42 'is arranged, via which the oil from the gap 33' between the collar 28 'of the expansion sleeve 26' and the shank of the screw 39 in the intermediate space 35 'between the expansion sleeve 26 'and the screw head 40 can flow. From here, the oil enters the piston interior 36 '.
  • Fig. 7 is an enlarged view of the area A from Fig. 6 .
  • Fig. 8 is in partial section and in Fig. 9 is in full section an embodiment of a Kobens 1 "with an expansion sleeve 26" shown, the radially inwardly directed collar 28 and the piston bottom facing away from the end facing away from the piston skirt has a radially outwardly directed collar 44.
  • a radially aligned contact surface 19 ' is arranged on the collar 44.
  • the inner wall of the opening 27 'in the upper bottom part 25' of the piston lower part 3 "formed in a piston bottom facing away from radially inwardly tapered and elastically yielding projection 45 formed on its side facing away from the piston bottom also a radially oriented surface 21 '.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen zweiteiligen Kolben für .einen Verbrennungsmotor nach den Oberbegriffen des Hauptanspruches und der Nebenansprüche 5, 8 und 9.
  • Aus der Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2005 021 427.4 ist ein zweiteiliger, aus einem Oberteil und einem Unterteil bestehender Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt. Das Oberteil bildet den Kolbenboden und weist auf der dem Kolbenboden abgewandten Unterseite einen koaxial zur Kolbenachse liegenden, zylindrischen Bolzen mit einem Außengewinde auf. Das Unterteil weist ein oberes, dünnwandiges und elastisch nachgiebiges Bodenteil auf, an dessen zentralen Bereich eine in Richtung des Kolbenbodens weisende Hülse mit einer derart dünnen Wandung angeformt ist, dass diese Hülse die Funktion einer Dehnhülse hat. In diese Dehnhülse ist eine koaxial zur Kolbenachse liegende Öffnung eingeformt, in die der Bolzen eingeführt wird, sodass das Oberteil mit dem Unterteil mittels einer auf den Bolzen aufgeschraubten Mutter verbunden werden kann, wobei die elastische Nachgiebigkeit des oberen Bodenteils und die Dehnbarkeit der Dehnhülse die Schraubverbindung unter Vorspannung setzt und dieser dadurch eine große Sicherheit verleiht.
  • Nachteilig ist, dass die Herstellung des oberen Bodenteils des Unterteils mit der angeformten Dehnhülse sehr aufwändig ist. Hierbei ist unabhängig davon, ob das Unterteil gegossen oder geschmiedet wird, eine langwierige Bearbeitung des zentralen Bereiches des oberen Bodenteils und insbesondere der Dehnhülse unter Anwendung eines spanabhebenden Bearbeitungsverfahrens erforderlich, wobei darauf zu achten ist, dass enge Toleranzbereiche eingehalten werden, damit der zentrale Bereich des oberen Bodenteils und die Dehnhülse die gewünschten Elastizitätseigenschaften erhalten.
  • US 3465651 beschreibt einen zweiteiligen Kolben, dessen Oberteil an seiner dem Brennraum abgewandten Unterseite einen zentralen Bolzen aufweist, der sich durch eine in dem Unterteil ausgebildete Öffnung hindurch erstreckt. Der Endabschnitt des Bolzens ist mit einem Gewinde versehen, auf das eine Sechskantmutter aufgeschraubt ist, die sich unter Druckbelastung über Unterlegscheiben an einer Schulter des Unterteils abstützt. Durch Festziehen der Schraube wird der dünnwandige Kolbenboden des Oberteils zum Unterteil hin gebogen und an dafür vorgesehenen Auflageflächen mit diesem in Anlage gebracht. Als nachteilig erweist sich wiederum, dass für die Vorspannung zwischen Ober- und Unterteil vor allem die Elastizitätseigenschaften von Bereichen der gegossenen oder geschmiedeten Kolbenteile genutzt werden, die relativ große Toleranzen aufweisen, zu deren Vermeidung ein hoher Bearbeitungsaufwand erforderlich wäre.
  • JP 6065361 U beschreibt einen ähnlichen zweiteiligen Kolben.
  • DE 3719469 A1 beschreibt einen zweiteiligen Kolben mit geringer Kompressionshöhe, dessen Oberteil in der dem Brennraum abgewandten Unterseite eine zentrale Gewindebohrung aufweist, in die eine Sechskantschraube eingeschraubt ist. Diese erstreckt sich durch eine Öffnung in dem Kolbenunterteil hindurch und stützt sich an ihrem Kopf über mehrere Tellerfedern an einem radial nach innen weisenden Vorsprung einer Hülse ab, die in das Kolbenunterteil fest eingeschraubt ist. Nachdem das Ober- und Unterteil des Kolbens durch Anziehen der Schraube in Anlage gebracht und die Tellerfedern komprimiert worden sind, fehlt es ebenfalls an einem Element mit der erwünschten Elastizität zur dauerhaften Sicherung der Vorspannung.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines zweiteiligen Kolbens, dessen Oberteil und dessen Unterteil über eine Dehnhülse miteinander verbunden sind, zu vereinfachen und zu verbilligen. Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 5 in zwei komplementären Ausführungsformen gelöst.
  • Während Anspruch 1 auf eine Ausführungsform mit Sechskantmutter auf einem zum Kolbenoberteil gehörenden Gewindebolzen gerichtet ist, hat Anspruch 5 eine komplementäre Ausführung mit einer Gewindebohrung im Kolbenoberteil zum Gegenstand, in die eine Sechskantschraube eingeschraubt ist. Der erfindungsgemäße Vorteil ergibt sich in beiden Fallen aus dem gemeinsamen Merkmal einer separaten Dehnhülse, die durch die auf sie ausgeübte Zugspannung eine Dehnung erfährt, eine dauerhafte Vorspannung auf die Schraubverbindung ausübt und dadurch zu deren Sicherheit beiträgt.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass eine separate Dehnhülse einfacher und preisgünstiger herstellbar ist, als ein zur Dehnhülse umfunktionierter, zentraler Bereich des oberen Bodenteils, und dass der hierzu verwendete Werkstoff hochwertiger als derjenige Werkstoff sein kann, aus dem das obere Bodenteil des Unterteils besteht.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen zweiteiligen Kolben, dessen beide Teile über eine Dehnhülse miteinander verbunden sind,
    Fig. 2
    einen Schnitt durch den Kolben gemäß Fig. 1, der den durchgängigen Kühlölkanal erkennen lässt,
    Fig. 3
    eine Draufsicht der zum Verschrauben der beiden Teile des Kolbens verwendeten Mutter,
    Fig. 4
    einen Schnitt durch die Mutter gemäß Fig. 3,
    Fig. 5
    eine perspektivische Darstellung der Mutter gemäß den Figuren 3 und 4,
    Fig. 6
    eine Ausgestaltung des Kolbens gemäß der Erfindung, wobei zum Verschrauben der beiden Kolbenteile eine Sechskantschraube verwendet wird,
    Fig. 7
    eine vergrößerte Darstellung des Bereiches A aus Fig.6,
    Fig. 8
    eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der Verschraubung der beiden Kolbenteile unter Verwendung einer Dehnhülse und
    Fig. 9
    einen Darstellung entsprechend Fig. 8 mit der Sechskantmutter im Schnitt.
  • In Fig. 1 ist ein zweiteiliger, gekühlter Kolben 1 dargestellt, der aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 besteht. Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 können aus Aluminium, Stahl oder aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG-Gusseisen gemäß DIN 1693) gefertigt sein. Ein Kolbenboden 4 begrenzt die axiale Oberseite des Oberteils 2, dessen radial innerer Bereich eine Verbrennungsmulde 5 aufweist. An den Außenrand des Kolbenbodens 4 ist eine Ringwand 6 angeformt, deren Außenfläche kolbenbodenseitig einen Feuersteg 7 bildet, woran sich schaftseitig eine Ringpartie 8 mit Ringnuten zur Aufnahme von in der Figur nicht dargestellten Kolbenringen anschließt.
  • An der dem Kolbenboden 4 abgewandten Unterseite des Unterteils 3 sind zwei Bolzennaben 9, 9' mit je einer Bolzenbohrung 10, 10' angeordnet. Die Bolzennaben 9, 9' sind über Schaftelemente 13 miteinander verbunden.
  • Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 des Kolbens 1 stehen über eine innere Auflage 14 und über eine konzentrisch dazu angeordnete, äußere Auflage 15 miteinander in Verbindung. Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 weisen je ein Sackloch 16 und 17 auf, die bei entsprechender Position von Ober- und Unterteil 2, 3 einander gegenüberliegen. Ein in die beiden Sacklöcher 16, 17 eingeführter Fixierstift 11 sorgt dafür, dass das Oberteil 2 und das Unterteil 3 immer die gleiche Drehposition zueinander einnehmen.
  • Vom Oberteil 2 und vom Unterteil 3 des Kolbens 1 wird ein im kolbenbodenseitigen Randbereich des Kolbens 1 angeordneter, äußerer Kühlkanal 22 gebildet, dessen radial äußere Begrenzung von der Ringwand 6, dessen radial innere Begrenzung teils von einem an der Oberseite des Unterteils 3 angeordneten Unterteilfuß 18 und teils vom Kolbenboden 4, und dessen axial untere Begrenzung vom Unterteil 3 des Kolbens 1 gebildet werden. Über mindestens einen Ölzuführkanal 52 (Fig. 2) wird Kühlöl in den Kühlkanal 22 eingeleitet.
  • Der Kolben 1 weist einen weiteren, koaxial zur Kolbenachse 12 angeordneten, ringförmigen, inneren Kühlkanal 24 auf, der einen geringeren radialen Durchmesser als der äußere Kühlkanal 22 hat, und der in radialer Richtung gesehen innerhalb des äußeren Kühlkanals 22 angeordnet ist. Axial oben wird der innere Kühlkanals 24 vom Kolbenboden 4, radial außen von dem Unterteilfuß 18, axial unten von einem oberen Bodenteil 25 des Unterteils 3 und radial innen von einem Bolzen 31 begrenzt, wobei das Bodenteil 25 des Unterteils 3 radial innen eine Öffnung 27 aufweist.
  • Der Bolzen 31 ist zylindrisch ausgebildet und koaxial zur Kolbenachse 12 auf der Unterseite des Kolbenbodens 4 angeformt, wobei die Mantelfläche des Bolzens 31 einen kolbenbodenabgewandten Endbereich mit einem Außengewinde 32 (Fig. 2) aufweist, das dem Innengewinde einer Sechskantmutter 29 entspricht, sodass die Sechskantmutter 29 auf das Außengewinde 32 aufschraubbar ist.
  • Mittels der Sechskantmutter 29 wird über eine zwischen der oberen Stirnfläche 23 der Sechskantmutter 29 und dem oberen Bodenteil 25 des Unterteiles 3 angeordneten Dehnhülse 26 das Oberteil 2 mit dem Unterteil 3 verschraubt. Die Dehnhülse 26 weist zu diesem Zweck an ihrem kolbenbodenzugewandten Ende einen nach innen gerichteten Kragen 28 und an ihrem kolbenbodenabgewandten Ende eine radial außen angeordnete, in kolbenbodenabgewandte Richtung sich nach radial außen konisch erweiternde Kontaktfläche 19 auf.
  • Beim Zusammenschrauben von Oberteil 2 und Unterteil 3 wird zunächst der Fixierstift 11 in das im oberen Bodenteil 25 des Unterteiles 3 angeordnete Sackloch 17 eingeführt. Anschießend werden das Oberteil 2 und das Unterteil 3 koaxial zueinander ausgerichtet. Hierzu weist der kolbenbodenseitige Rand des Unterteils 3 einen Tragsteg 46 auf, der im Schnitt die Form einer nach radial innen und axial in Richtung des Kolbenbodens 4 gerichteten Stufe hat. Zudem ist in die Innenseite der unteren Stirnseite der Ringwand 6 eine zylinderförmige Ausnehmung 47 eingeformt, deren Innenform komplementär zur Außenform des Tragsteges 46 ausgebildet ist. Eine koaxiale Ausrichtung von Oberteil 2 und Unterteil 3 ist damit dadurch erreichbar, dass der Tragsteg 46 in die Ausnehmung 47 zunächst zumindest teilweise eingeführt wird. Hierbei ist noch erforderlich, das Oberteil 2 so lange um die Kolbenachse 12 zu drehen, bis das Sackloch 16 über dem Fixierstift zu liegen kommt, wonach der Tragsteg 46 vollständig in die Ausnehmung 47 und zudem der Fixierstift 11 in das Sackloch 16 eingeführt werden können.
  • Anschließend werden die Dehnhülse 26 durch die Öffnung 27 geschoben und die Sechskantmutter 29 auf das Außengewinde 32 des Bolzens 31 geschraubt. Hierbei gelangen die Sechskantmutter 29 über ihre obere Stirnfläche 23 an eine kolbenbodenabgewandte Innenfläche 20 des Kragens 28 und die Kontaktfläche 19 der Dehnhülse 26 an eine auf der radialen Innenseite der Öffnung 27 angeordnete, nach unten konisch sich öffnende Fläche 21 zur Anlage. Hierbei ist die Konizität der Fläche 21 zumindest näherungsweise gleich der Konizität der Kontaktfläche 19. Daraufhin wird die Sechskantmutter 29 mit einem derartigen Drehmoment festgeschraubt, dass wegen des Druckes der Sechskantmutter 29 auf die Innenfläche 20 des Kragens 28 und wegen der hierdurch auf die Dehnhülse 26 ausgeübten Zugspannung die Dehnhülse 26 eine Dehnung erfährt, die eine dauernde Vorspannung auf die Schraubverbindung ausübt, wodurch dieser Schraubverbindung eine große Sicherheit verliehen wird. Darüber hinaus erfährt hierbei der Bolzen 31 eine Dehnung und der radial innere Teil des Kolbenbodens 4 eine tellerfederartige Verformung in Richtung Bolzennaben 9, 9'. Zudem ist die Dehnhülse 26 aus einem hochwertigen Stahlwerkstoff gefertigt, was zur Sicherheit der Schraubverbindung zwischen Oberteil 2 und Unterteil 3 des Kolbens 1 beiträgt.
  • Hierbei kann in einer in den Figuren nicht dargestellten Ausgestaltung der Erfindung die Kontaktfläche 19 auf der kolbenbodenabgewandten Seite der Dehnhülse 26 auch kugelig oder ballig ausgebildet sein, wobei die hiermit in Kontakt stehende Fläche 21 des oberen Bodenteils 25 des Kolbenunterteils 3 eine hierzu komplementäre Form aufweisen kann.
  • Wie in Fig. 2 gut erkennbar ist, begrenzt der Kragen 28 eine kreisrunde Öffnung 30, deren radialer Durchmesser größer ist als der radiale Durchmesser des Bolzens 31, sodass sich zwischen Bolzen 31 und Kragen 28 ein ringförmiger Spalt 33 ergibt. Die Sechskantmutter 29 weist in ihrer oberen Stirnfläche 23 radial angeordnete Nuten 34 und 34' auf, die radial innen in den Spalt 33 münden. Der radiale Innendurchmesser der Dehnhülse 26 ist größer als der radiale Außendurchmesser der Sechskantmutter 29, sodass sich zwischen Sechskantmutter 29 und Dehnhülse 26 ein zylinderförmiger und im Schnitt ringförmiger Zwischenraum 35 ergibt, dessen kolbenbodenabgewandtes Ende in den Kolbeninnenraum 36 mündet, und dessen kolbenbodenzugewandtes Ende mit den Nuten 34, 34' in Verbindung steht. Darüber hinaus ist der äußere Kühlkanal 22 mit dem inneren Kühlkanal 24 über radial angeordnete Überlaufkanäle 37, 37' verbunden.
  • Wie durch die Linie 38 angedeutet ist, ergibt sich hierdurch ein durchgängiger Ölkanal, wobei zunächst über den Ölzuführkanal 52 Kühlöl in den äußeren Kühlkanal 22 eingeleitet wird, das über die Überlaufkanäle 37, 37' in den inneren Kühlkanal 24 fließt und über den Spalt 33, über die Nuten 34, 34' und über den Zwischenraum 35 in den Kolbeninnenraum 36 zurückfließt.
  • Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht, Fig. 4 ein Schnittbild und Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der bei der Verschraubung des Oberteils 2 mit dem Unterteil 3 verwendeten Sechskantmutter 29. In Fig. 3 ist eine beispielhafte Anordnung der Nuten 34 bis 34"' dargestellt, wobei 4 Nuten 34 bis 34'" mit radial liegenden Längsachsen 48, 48', 48" und 48"' gleichmäßig über den Umfang der Stirnfläche 23 verteilt sind, sodass die Längsachsenpaare 48-48", 48"-48', 48'- 48"' und 48"'- 48 je einen Winkel von 90° einschließen.
  • Fig..4 zeigt einen Schnitt durch die Sechskantmutter 29 entlang der Linie DD in Fig. 3 mit einer Darstellung des U-förmigen Querschnitts der Nuten am Beispiel der Nut 34' und mit einer Draufsicht auf die Flanken der Nuten 34" und 34'".
  • Eine perspektivische Darstellung der Sechskantmutter 29 ist in Fig. 5 dargestellt, die insbesondere die Nuten 34, 34' und 34" erkennen lässt.
  • Die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den Figuren 6 und 7 unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung insbesondere dadurch, dass das Oberteil 2' und das Unterteil 3' des Kolbens 1' mittels einer Sechskantschraube 39 miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem Kopf 40 der Sechskantschraube 39 und dem Kragen 28' der Dehnhülse 26' ein in axialer Richtung kurzes, rohrförmiges Zwischenstück 41 mit einer oder mehreren durchgehenden, radial liegenden Bohrungen 42, 42' angeordnet ist, über die das ÖI vom Spalt 33' zwischen dem Kragen 28' der Dehnhülse 26' und dem Schaft der Schraube 39 in den Zwischenraum 35' zwischen der Dehnhülse 26' und dem Schraubenkopf 40 fließen kann. Von hier aus gelangt das ÖI in den Kolbeninnenraum 36'.
  • Fig. 7 ist eine vergrößerte Darstellung des Bereiches A aus Fig. 6.
  • In Fig. 8 ist im Teilschnitt und in Fig. 9 ist im Vollschnitt eine Ausgestaltung eines Kobens 1" mit einer Dehnhülse 26" dargestellt, die am kolbenbodenzugewandten Ende den nach radial innen gerichteten Kragen 28 und am kolbenbodenabgewandten Ende einen nach radial außen gerichteten Kragen 44 aufweist. Kolbenbodenseitig ist auf dem Kragen 44 eine radial ausgerichtete Kontaktfläche 19' angeordnet. Zudem ist an der Innenwand der Öffnung 27' im oberen Bodenteil 25' des Kolbenunterteils 3" eine in kolbenbodenabgewandte Richtung nach radial innen konisch zulaufende und elastisch nachgiebig ausgebildete Auskragung 45 angeformt, die auf ihrer kolbenbodenabgewandten Seite eine ebenfalls radial ausgerichtete Fläche 21' aufweist.
  • Beim Verschrauben des Kolbenoberteiles 2" mit dem Kolbenunterteil 3" gelangt die Kontaktfläche 19' zur Anlage an die Fläche 21', wobei sich nicht nur eine Längendehnung der Dehnhülse 26" und des Bolzens 31 und eine tellerfederartige Verformung des mittleren Bereiches des Kolbenbodens 4' in Richtung Kolbenschaft sondern auch eine tellerfederartige Verformung der Auskragung 45 in Richtung Kolbenboden 4' ergibt. Die Verformungen der letztgenannten Kolbenelemente führen zu einer auf die Schraubverbindung wirkenden Vorspannung, die dieser Verbindung eine große Sicherheit verleiht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1, 1', 1"
    Kolben
    2, 2', 2"
    Oberteil
    3, 3', 3"
    Unterteil
    4, 4', 4"
    Kolbenboden
    5
    Verbrennungsmulde
    6
    Ringwand
    7
    Feuersteg
    8
    Ringpartie
    9, 9', 9", 9"'
    Bolzennabe
    10, 10', 10", 10"
    Bolzenbohrung
    11
    Fixierstift
    12
    Kolbenachse
    13, 13'
    Schaftelement
    14
    innere Auflage
    15
    äußere Auflage
    16, 17
    Sackloch
    18
    Unterteilfuß
    19, 19'
    Kontaktfläche
    20
    Innenfläche des Kragens 28
    21, 21', 21"
    Fläche
    22, 22'
    äußerer Kühlkanal
    23
    obere Stirnfläche der Sechskantmutter 29
    24, 24'
    innerer Kühlkanal
    25, 25', 25"
    oberes Bodenteil des Unterteiles 3
    26, 26', 26"
    Dehnhülse
    27, 27', 27"
    Öffnung
    28, 28'
    Kragen
    29
    Sechskantmutter
    30
    Öffnung des Kragens 28
    31
    Bolzen
    32
    Außengewinde
    33, 33'
    Spalt zwischen dem Kragen 28 und dem Bolzen 31
    34, 34', 34", 34'"
    Nuten der Sechskantmutter 29
    35
    Zwischenraum zwischen der Sechskantmutter 29 und der Dehnhülse 26
    35'
    dritter Zwischenraum zwischen dem Kopf 40 der Sechskantschraube 39 und der Dehnhülse 26'
    36, 36'
    Kolbeninnenraum
    37, 37', 37"
    Überlaufkanal
    38
    Linie
    39
    Sechskantschraube
    40
    Kopf der Sechskantschraube 39
    41
    Zwischenstück
    42, 42'
    Bohrung im Zwischenstück 41
    43
    Dehnhülse
    44
    Kragen
    45
    Auskragung
    46
    Tragsteg
    47
    Ausnehmung
    48, 48', 48", 48'"
    Längsachsen der Nuten 34, 34', 34", 34"'
    49
    Sacklochbohrung
    50
    obere Stirnfläche des Zwischenstückes 41
    51
    Auflagefläche des Kopfes 40 der Sechskantschraube 39
    52, 52'
    Ölzuführkanal
    53
    erster Zwischenraum zwischen dem Schaft der Sechskantmutter 29 und dem Zwischenstück 41
    54
    zweiter Zwischenraum zwischen dem Zwischenstück 41 und der Dehnhülse 26'

Claims (9)

  1. Zweiteiliger Kolben (1, 1 ") für einen Verbrennungsmotor
    - mit einem Oberteil (2, 2"), das einen Kolbenboden (4, 4') bildet,
    - wobei auf der dem Kolbenboden (4, 4') abgewandten Unterseite des Oberteils (2, 2") ein koaxial zur Kolbenachse (12) liegender, zylindrischer Bolzen (31) mit einem Außengewinde (32) angeformt ist, und
    - mit einem Unterteil (3, 3"), auf dessen Unterseite Bolzennaben (9, 9') mit Bolzenbohrungen (10, 10') und die Bolzennaben (9, 9') miteinander verbindende Schaftelemente (13) angeordnet sind,
    - wobei das Unterteil (3, 3', 3") ein oberes Bodenteil (25, 25') mit einer koaxial zur Kolbenachse (12) liegenden Öffnung (27, 27') aufweist, in die der Bolzen (31) eingeführt ist, über den das Oberteil (2, 2") mit dem Unterteil (3, 3") mittels einer auf den Bolzen (31) aufgeschraubten Sechskantmutter (29) verschraubt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die radiale Innenseite der Öffnung (27) eine schaftseitig angeordnete, ringförmige Fläche (21) aufweist, die weiter vom Kolbenboden (4) entfernt liegt, als die obere Stirnfläche (23) der Sechskantmutter (29), und
    - dass zwischen der Stirnfläche (23) und der Fläche (21) eine Dehnhülse (26) angeordnet ist, die zum einen auf ihrer kolbenbodenzugewandten Seite einen nach radial innen gerichteten Kragen (28) mit einer auf dessen kolbenbodenabgewandter Seite angeordneten, radial ausgerichteten Innenfläche (20) aufweist, an der die Stirnfläche (23) der Sechskantmutter (29) anliegt, und die zum anderen in ihrem kolbenbodenabgewandten Bereich eine kolbenbodenzugewandte kontaktfläche (19) aufweist, die an der Fläche (21) anliegt.
  2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (19) im kolbenbodenabgewandten Bereich der Dehnhülse (26) und die Fläche (21) auf der radialen Innenseite der Öffnung (27) in kolbenbodenabgewandte Richtung nach radial außen konisch sich erweiternd ausgebildet sind.
  3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (19) im kolbenbodenabgewandten Bereich der Dehnhülse (26) kugelig ausgebildet ist.
  4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (19) im kolbenbodenabgewandten Bereich der Dehnhülse (26) ballig ausgebildet ist.
  5. Kolben mit dem Merkmalen des Oberbegriffen des Anspruches 1,
    - wobei der Kolben (1, 1") in seinem kolbenbodenseitigen Randbereich einen ringförmigen, äußeren Kühlkanal (22) aufweist, der über zumindest einen Ölzuführkanal (52) mit dem Kolbeninnenraum (36) verbunden ist,
    - wobei der Kolben (1, 1") innerhalb des äußeren Kühlkanals (22) einen koaxial zur Kolbenachse (12) angeordneten, ringförmigen, radial innen vom Bolzen (31) begrenzten, inneren Kühlkanal (24) aufweist, der über mindestens einen Überlaufkanal (37, 37') mit dem äußeren Kühlkanal (22) verbunden ist, und
    - wobei sich zwischen dem Kragen (28) der Dehnhülse (26, 26") und dem Bolzen (31) ein ringförmiger Spalt (33) befindet,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Sechskantmutter (29) in ihrer oberen Stirnfläche (23) mindestens eine radial angeordnete Nut (34, 34', 34", 34"') aufweist, die radial innen in den Spalt (33) mündet,
    - dass sich zwischen der Sechskantmutter (29) und der Dehnhülse (26, 26") ein Zwischenraum (35) befindet, dessen kolbenbodenseitiges Ende mit der mindestens einen Nut (34, 34', 34", 34"') in Verbindung steht,
    - dass das kolbenbodenabgewandte Ende des Zwischenraumes (35) in den Kolbeninnenraum (36) mündet, und
    - dass sich ausgehend von dem Ölzuführkanal (52), über den äußeren Kühlkanal (22), über den mindestens einen Überlaufkanal (37, 37'), über den inneren Kühlkanal (24), über den Spalt (33) zwischen dem Kragen (28) und dem Bolzen (31), über die mindestens eine Nut (34, 34', 34", 34'") in der Stirnfläche (23) der Sechskantmutter (29) und über den Zwischenraum (35) zwischen der Sechskantmutter (29) und dem Bolzen (31) ein durchgängige Ölkanal ergibt.
  6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sechskantmutter (29) in ihrer oberen Stirnfläche (23) 4 gleichmäßig über den Umfang verteilte, radial angeordnete Nuten (34, 34', 34", 34"') aufweist
  7. Kolben nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass am kolbenbodenabgewandten Ende der Dehnhülse (26") ein nach radial außen gerichteten Kragen (44) angeordnet ist, der kolbenbodenseitig eine radial ausgerichtete Kontaktfläche (19') aufweist, und dass an der Innenwand der Öffnung (27') eine in kolbenbodenabgewandte Richtung nach radial innen konisch zulaufende und elastisch nachgiebige Auskragung (45) angeformt ist, die auf ihrer kolbenbodenabgewandten Seite eine radial ausgerichtete Fläche (21') aufweist, an der die Kontaktfläche (19') anliegt.
  8. Zweiteiliger Kolben (1') für einen Verbrennungsmotor
    - mit einem Oberteil (2'), das einen Kolbenboden (4") bildet,
    - wobei auf der dem Kolbenboden (4") abgewandten Unterseite des Oberteils (2') eine koaxial zur Kolbenachse (12) liegende Sacklochbohrung (49) mit Innengewinde angeordnet ist, und
    - mit einem Unterteil (3'), auf dessen Unterseite Bolzennaben (9", 9'") mit Bolzenbohrungen (10", 10"') und die Bolzennaben (9",9"') miteinander verbindende Schaftelemente (13') angeordnet sind,
    - wobei das Unterteil (3') ein oberes Bodenteil (25") mit einer koaxial zur Kolbenachse (12) liegenden Öffnung (27") aufweist, über die das Oberteil (2') mit dem Unterteil (3') mittels einer in die Sacklochbohrung (49) eingeschraubten Sechskantschraube (39) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die radiale Innenseite der Öffnung (27") eine schaftseitig angeordnete, ringförmige Fläche (21") aufweist,
    - dass der Kopf (40) der Sechskantschraube (39) radial außen eine kolbenbodenseitige Auflagefläche (51) aufweist,
    - dass auf der Auflagefläche (51) ein rohrförmiges Zwischenstück (41) mit einer oberen Stirnfläche (50) angeordnet ist, wobei die Stirnfläche (50) dem Kolbenboden (4") näher liegt als die Fläche (21 "), und
    - dass zwischen der Stirnfläche (50) des Zwischenstücks (41) und der Fläche (21") eine Dehnhülse (26') angeordnet sind, die zum einen auf ihrer kolbenbodenzugewandten Seite einen nach radial innen gerichteten Kragen (28') mit einer auf dessen kolbenbodenabgewandter Seite angeordneten, radial ausgerichteten Innenfläche (20) aufweist, die auf der Stirnfläche (50) aufliegt, und die zum anderen in ihrem kolbenbodenabgewandten Bereich eine kolbenbodenzugewandte Kontaktfläche (19) aufweist, die an der Fläche (21") anliegt.
  9. Kolben mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 8,
    - wobei der Kolben (1') in seinem kolbenbodenseitigen Randbereich einen ringförmigen, äußeren Kühlkanal (22') aufweist, der über zumindest einen Ölzuführkanal (52') mit dem Kolbeninnenraum (36') verbunden ist,
    - wobei der Kolben (1') innerhalb des äußeren Kühlkanals (22') einen koaxial zur Kolbenachse (12) angeordneten, ringförmigen, radial innen vom der Sechskantschraube (39) begrenzten, inneren Kühlkanal (24') aufweist, der über mindestens einen Überlaufkanal (37") mit dem äußeren Kühlkanal (22') verbunden ist, und
    - wobei sich zwischen dem Kragen (28') der Dehnhülse (26') und dem Schaft der Sechskantschraube (39) ein ringförmiger Spalt (33') befindet,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zwischen dem Kopf (40) der Sechskantschraube (39) und dem Kragen (28') ein rohrförmiges Zwischenstück (41) angeordnet ist,
    - wobei der radialer Innendurchmesser des Zwischenstückes (41) größer als der radiale Außendurchmesser des Schaftes der Sechskantschraube (39) ist, sodass sich dazwischen ein erster Zwischenraum (53) ergibt,
    - wobei der radiale Außendurchmesser des Zwischenstückes (41) kleiner als der radiale Innendurchmesser der Dehnhülse (26') ist, sodass sich dazwischen ein zweiter Zwischenraum (54) ergibt, und
    - wobei das Zwischenstück (41) zumindest eine durchgehende, radial liegende Bohrung (42, 42') als Verbindung zwischen dem ersten Zwischenraum (53) und dem zweiten Zwischenraum (54) aufweist,
    - dass der radiale Durchmesser des Kopfes (40) der Sechskantschraube (39) kleiner ist als der radiale Innendurchmesser der Dehnhülse (26'), sodass sich ein dritter Zwischenraum (35') zwischen dem Kopf (40) und der Dehnhülse (26') ergibt, und
    - dass sich ein durchgängiger Ölkanal ausgehend vom Ölzuführkanal (52'), über den äußeren Kühlkanal (22'), über den mindestens einen Überlaufkanal (37"), über den inneren Kühlkanal (24'), über den Spalt (33'), über den ersten Zwischenraum (53), über die mindestens eine Bohrung (42, 42') im Zwischenstück (41), über den zweiten Zwischenraum (54) und über den dritten Zwischenraum (35') ergibt.
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