EP2140126A1 - Belastungsoptimierter innenraum eines kolbens - Google Patents

Belastungsoptimierter innenraum eines kolbens

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Publication number
EP2140126A1
EP2140126A1 EP08734736A EP08734736A EP2140126A1 EP 2140126 A1 EP2140126 A1 EP 2140126A1 EP 08734736 A EP08734736 A EP 08734736A EP 08734736 A EP08734736 A EP 08734736A EP 2140126 A1 EP2140126 A1 EP 2140126A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
internal combustion
combustion engine
ribbing
engine according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08734736A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Gniesmer
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.)
KS Kolbenschmidt GmbH
Original Assignee
KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KS Kolbenschmidt GmbH filed Critical KS Kolbenschmidt GmbH
Publication of EP2140126A1 publication Critical patent/EP2140126A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • 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 
    • F02F3/0076—Pistons  the inside of the pistons being provided with ribs or fins
    • 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
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • F02F2003/0061—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping by welding

Definitions

  • the invention relates to a piston of an internal combustion engine having a piston ring comprising a ring field, to which a piston shaft connects, which forms two diametrically opposed supporting shaft wall sections and two staggered pin bosses which together enclose a piston interior.
  • Each pin hub includes a hub bore for receiving a piston pin and is connected via hub supports with a hub base body, which ribs for reinforcement, according to the features of the preamble of claim 1.
  • stiffening ribs Preferably, the stiffening ribs intended to achieve an increased component strength of the piston are designed uniformly dimensioned.
  • the known ribs are spaced in the piston interior to the peripheral surface of the piston shaft and thus arranged rotationally symmetrical to a vertical axis of the piston. It has been shown that such positioned stiffening ribs with an approximately constant wall thickness or thickness for higher loaded piston do not cause sufficient component rigidity.
  • the invention is therefore based on the object to improve the dimensional stability of the piston with targeted inexpensive representable measures. This object is solved by the features of patent claim 1.
  • the piston interior includes, as far as possible, ribs aligned in the direction of the hub bores, which ribs are connected in one piece with the hub base body or the piston crown and which produce a continuous connection between the pin bosses.
  • the an effective stiffening of the piston forming ribs are curved away from a pin axis or designed as a bridge shape.
  • the dimensioning, the height, the rib thickness and the course of the ribbing according to the invention is such that they have a connecting rod release and thus take into account a pivoting range of a connecting rod.
  • the ribs according to the invention which connect the pin bosses, optimize the force introduction or force deflection within the piston from the piston head into the pin bosses.
  • the constructive concept according to the invention is easy to implement and inexpensive to represent and forms by means of a local, relatively small stiffness section between the pin bosses an advantageously load-optimized piston interior, which also leads to improved dimensional stability of the piston.
  • These measures are particularly suitable for a weight optimized designed piston to achieve improved component strength.
  • the service life of the piston can be increased and at the same time the number of damage cases can be reduced.
  • the stiffening measures can be applied both to steel forged or welded pistons and to cast pistons.
  • the trained according to the invention piston is preferably suitable for use in performance-enhanced, mechanically highly loaded internal combustion engines, especially diesel internal combustion engines.
  • a preferred design form according to the invention for a welded cooling channel piston provides for a positional correspondence between the ribs and a wall of the piston head which separates cooling channels and which is supported via a joining web on a joining web of the hub body. This results in an advantageous improved initiation of the force from the piston head starting on the joining webs and the ribs in the pin bosses.
  • the invention also provides that the ribs starting from the apex line, each reinforce or thicken in the direction of the pin boss.
  • Another concept of the invention comprises an approximately oval-shaped zone or recess in the region of the piston crown, wherein, to illustrate this solution, the ribs according to the invention arcuately connect the pin bosses and thus delimit the recess.
  • the course and the height of the ribs takes into account the swivel range of the connecting rod.
  • the invention includes a diverse geometric design of the ribs, which can be selected exclusively under the aspect of optimum strength of the piston inner mold.
  • the ribbing may have differently extending outer contours.
  • a convex or concave outer contour of the ribbing is suitable.
  • a rectilinear outer contour can be provided.
  • the outer contour is different from the inner contour of the ribbing, for example due to different radii of curvature or a largely straight or concave outer contour, which is associated with a rounded course of the inner contour.
  • rounded transition zones or rounded transitions are provided according to the invention.
  • the thereby adjusting radii between the outer contour and the inner contour on the one hand and the pin hub on the other hand are the same, designed differently from each other or run in opposite directions.
  • a convex, outwardly rounded contour of the ribbing according to the invention preferably extends between the pin bosses in a radius "R" which corresponds to> 50% of a radius "h” of the piston.
  • the associated inner contour of the ribbing advantageously runs in a radius "r” which corresponds to ⁇ 20% of the piston radius
  • the ribbing is also designed so that a distance dimension "c" between the axis "xx” and the apex line of the inner contour, which is differs from the radius "r”, preferably the dimension "c" exceeds the radius "r".
  • the further design of the ribbing also provides that the radius "R” defining the outer radius differs from the dimension "d” which is established between the axis "x-x” and the apex line of the apex line of the outer contour.
  • the ribbing according to the invention can be arranged so that there is a positional coincidence between the ribbing and a joining web connected by friction welding, via which a piston upper part and a piston lower part or a hub base body are supported.
  • the ribbing at least partially a thickening of the friction welding can be used to an advantageous thickening of Reibschkeeprios.
  • FIG. 1 shows a piston in longitudinal section with a ribbing according to the invention between the pin bosses
  • FIG. 3 shows the piston according to Figures 1 and 2 in a view of the piston head
  • FIG. 4 shows a half-illustrated piston in a view of the piston crown, wherein the ribbing has a convex outer contour
  • FIG. 5 shows a piston view comparable to FIG. 4, in which the ribbing has a rectilinear outer contour.
  • piston 1 is designed as a cooling channel piston, which comprises a piston crown 2 as a piston upper part and a piston skirt 3 as piston lower part, said components are supported via joining shafts 4a, 4b.
  • joining shafts 4a, 4b In order to create a structural unit, at least the joining webs 4a, 4b are friction-welded and thus joined together in a material-locking manner, forming on both sides of the joining webs 4a, 4b welding beads 5a, 5b.
  • the piston head 2 has the front side of a combustion chamber 6 and on the outside a land land 7, which is followed by a ring field 8 for receiving piston rings, not shown.
  • a first radially encircling cooling channel 9 and a central cooling channel 10 are integrated in the piston 1, which are acted upon in the operating state together by a coolant.
  • the immediately following to the ring field 4 piston skirt 3 includes two diametrically opposite shaft wall sections 11 and offset it two pin bosses 12 with integrated hub bores 13.
  • the hub bores 13 are intended to receive a piston pin not shown in Figure 1, with the a connecting rod is articulated on the piston 1.
  • the pin bosses 12 are connected via hub supports 14 directly to a hub body 15, which forms an intermediate plane to the piston head 2.
  • the component strength of the piston 1 improving measure the pin bosses 12 are connected via two arcuate, the hub body 15 associated ribs 17.
  • ribs 17 positioned in the piston interior 16 effect an improved introduction of force from the piston head 2 via the joining webs 4a, 4b, the hub body 15, the ribs 17 and the pin bosses 12 into the piston pin and from there into the connecting rod.
  • this measure improves the component strength of the piston 1, since the ribs 17 produce an effective connection between the pin bosses 12 which has a positive effect on the structural stresses.
  • the rounded course of the ribbing 17 extends from a central apex line 18 starting, arcuate on both sides to the pin bosses 12.
  • FIG. 2 shows the piston 1 according to FIG. 1 in a sectional view rotated by 90 °, in which the two ribs 17 arranged opposite one another are shown.
  • the ribs 17 assigned directly to the hub base body 15 have a flattened, approximately half-round shaped cross-sectional profile, whereby rounded transitions to the hub base body 15 are established.
  • This forms a local stiffening of the piston 1 in a zone between the pin bosses 12. All further details and components of the piston 1 correspond to the piston 1 illustrated in FIG. 1 and explained above.
  • the piston 1 is shown in a view of the piston interior 16. This illustration illustrates the extension of the ribs 17 on the hub body 15 in another view. Thereafter, the ribs 17 on a radially outwardly directed convex curvature. Each rib 17 extends limited from the apex line 18, starting in the direction of the pin bosses 12. Correspondingly, the radii "r, R" for an inner contour 20 and an outer contour 21 of the ribs 17 are assigned to different centers on an axis "yy".
  • the position of the ribs 17 is defined by distance dimensions "c" and "d", which adjust from the axis "xx” to the apex line 18 of the inner contour 20 and the outer contour 21 and which correspond to a partial dimension of the piston radius "s".
  • the radius "r” determining the inner contour (20) of the ribbing (17) corresponds to> 20%
  • the radius "R” determining the outer contour (21) corresponds to ⁇ 50% of the piston radius (s).
  • the design also provides that both the distance dimension "c” from the radius "r” and the distance dimension "d” from the radius "R” is different.
  • the ribbing 17 forms rounded, the course of the curved outer contour 21 oppositely curved transition zones 22, which allow an optimal connection and thus ideal transition of the ribbing 17 to the pin bosses 12.
  • FIGS. 4 and 5 show ribs designed as an alternative to FIG. 3.
  • the ribbing 23 includes a concave outer contour 24 which is associated with an inner contour 20 which is comparable to the other exemplary embodiments.
  • FIG. 5 A further variant designed according to the invention is shown in FIG. 5, according to which the ribbing 25 has a rectilinear outer contour 26 in conjunction with an inner contour 20 according to FIG. 1. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • Piston shaft a Joint b Joint bridge a Weld bead b Weld bead
  • Cooling channel 0 Cooling channel 1 Shaft wall section 2 Pin hub 3 Hub bore 4 Hub support 5 Hub body 6 Piston interior 7 Ribbing 8 Crest line 9 Pin axis 0 Inner contour 1 Outer contour 2 Transition zone 3 Ribbing 4 Outer contour 5 Ribbing 6 Outer contour

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) einer Brennkraftmaschine mit einem ein Ringfeld (8) aufweisenden Kolbenboden (2), an den sich ein einen Kolbeninnenraum (16) umschließender Kolbenschaft (3) mit zwei tragenden Schaftwandabschnitten (11 ) und zwei Bolzennaben (12) anschließt. Jede eine Nabenbohrung (13) einschließende Bolzennabe (12) ist über eine Nabenabstützung (14) mit einem Nabengrundkörper (15) verbunden, der zur Versteifung Verrippungen (17) aufweist, die weitestgehend in Richtung der Nabenbohrungen (13) ausgerichtet, die Bolzennaben (12) durchgängig verbinden. Die gekrümmt oder gewölbt gestalteten Verrippungen (17) berücksichtigen dabei einen Schwenkbereich eines Pleuels.

Description

B E S C H R E I B U N G
Belastungsoptimierter Innenraum eines Kolbens
Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem ein Ringfeld umfassenden Kolbenboden, an den sich ein Kolbenschaft anschließt, der zwei diametral gegenüberliegende tragende Schaftwandabschnitte und zwei dazu versetzte Bolzennaben bildet, die gemeinsam einen Kolbeninnenraum umschließen. Jede Bolzennabe schließt zur Aufnahme eines Kolbenbolzens eine Nabenbohrung ein und ist über Nabenabstützungen mit einem Nabengrundkörper verbunden, der zur Versteifung Verrippungen umfasst, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Höherbelastete Brennkraftmaschinen mit gesteigerten spezifischen Leistungen und reduziertem Kraftstoffverbrauch verlangen geringe oszillierende Massen und damit gewichtsoptimierte Kolben, ohne Einschränkung der Lebensdauer. Zur Erzielung einer ausreichenden Dauerfestigkeit ist es bekannt, derartige Kolben mit Versteifungsrippen zu versehen. Vorzugsweise sind die zur Erreichung einer gesteigerten Bauteilfestigkeit des Kolbens bestimmten Versteifungsrippen gleichmäßig dimensioniert ausgelegt. Die bekannten Verrippungen sind in dem Kolbeninnenraum beabstandet zu der Umfangsfläche des Kolbenschafts und damit rotationssymmetrisch zu einer Vertikalachse des Kolbens angeordnet. Es hat sich gezeigt, dass derartig positionierte Versteifungsrippen mit einer annähernd gleichbleibenden Wandstärke oder Dicke für höherbelastete Kolben keine ausreichende Bauteilsteifigkeit bewirken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, mit gezielten kostengünstig darstellbaren Maßnahmen die Formsteifigkeit des Kolbens zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kolbeninnenraum weitestgehend in Richtung der Nabenbohrungen ausgerichtete Verrippungen einschließt, die einstückig mit dem Nabengrundkörper bzw. dem Kolbenboden verbunden sind und die eine durchgängige Verbindung zwischen den Bolzennaben herstellen. Die eine wirksame Versteifung des Kolbens bildenden Verrippungen sind von einer Bolzenachse abgewandt gekrümmt bzw. als Brückenform gestaltet. Die Dimensionierung, die Höhe, die Rippenstärke sowie der Verlauf der Verrippungen erfolgt erfindungsgemäß so, dass diese einen Pleuelfreigang aufweisen und damit einen Schwenkbereich eines Pleuelkopfes berücksichtigen.
Die erfindungsgemäßen, die Bolzennaben verbindenden Verrippungen optimieren die Krafteinleitung bzw. Kraftumlenkung innerhalb des Kolbens von dem Kolbenboden in die Bolzennaben. Das konstruktive Konzept gemäß der Erfindung ist einfach umsetzbar und kostengünstig darstellbar und bildet mittels eines lokalen, relativ kleinen Steifigkeitsabschnitts zwischen den Bolzennaben einen vorteilhaft belastungsoptimierten Kolbeninnenraum, der gleichzeitig zu einer verbesserten Formsteifigkeit des Kolbens führt. Diese Maßnahmen eignen sich insbesondere für einen gewichtsoptimiert ausgelegten Kolben, um eine verbesserte Bauteilfestigkeit zu erreichen. Vorteilhaft kann mit der erfindungsgemäßen Verrippung die Lebensdauer des Kolbens gesteigert und gleichzeitig die Anzahl der Schadensfälle verringert werden. Die Versteifungsmaßnahmen sind sowohl auf aus Stahl geschmiedete oder geschweißte Kolben als auch auf Gusskolben übertragbar. Der gemäß der Erfindung ausgebildete Kolben eignet sich bevorzugt zur Anwendung in leistungsgesteigerten, mechanisch hoch belasteten Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 15. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Gestaltungsform für einen geschweißten Kühlkanalkolben sieht eine Lageübereinstimmung zwischen den Verrippungen und einer Kühlkanäle trennenden Wandung des Kolbenbodens vor, die über einen Fügesteg an einem Fügesteg des Nabengrundkörpers abgestützt ist. Damit stellt sich eine vorteilhaft verbesserte Einleitung der Kraft von dem Kolbenboden ausgehend über die Fügestege und den Verrippungen in die Bolzennaben ein.
Weiterhin ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die Verrippungen auf der von dem Kolbenboden abgewandten Seite bogenförmig zu gestalten. Dabei stellt sich von den Bolzennaben beginnend eine Bauhöhe der Verrippungen ein, die zu einer Scheitellinie der Verrippungen kontinuierlich abnimmt. Diese ebenfalls eine Brückenform bildende Kontur kann vorteilhaft an einen Spannungsverlauf angepasst werden, der sich aufgrund der eingeleiteten Kraft in den Kolben einstellt. Ergänzend oder alternativ ist erfindungsgemäß außerdem vorgesehen, dass die Verrippungen von der Scheitellinie ausgehend, sich jeweils in Richtung der Bolzennabe verstärken oder verdicken.
Ein weiteres Konzept der Erfindung umfasst eine annähernd oval gestaltete Zone oder Ausnehmung im Bereich des Kolbenbodens, wobei zur Darstellung dieser Lösung die erfindungsgemäßen Verrippungen die Bolzennaben bogenförmig verbinden und damit die Ausnehmung begrenzen. Der Verlauf sowie die Bauhöhe der Verrippungen berücksichtigt den Schwenkbereich des Pleuelkopfes.
Die Erfindung schließt eine vielfältige geometrische Gestaltung der Verrippungen ein, die ausschließlich unter dem Aspekt einer optimalen Festigkeit der Kolbeninnenform ausgewählt werden kann. Dazu bietet sich eine Verrippung mit einem gerundeten, insbesondere halbrundartigen Querschnittsprofil an. Weiterhin kann die Verrippung unterschiedlich verlaufende Außenkonturen aufweisen. Insbesondere eignet sich eine konvex oder konkav verlaufende Außenkontur der Verrippung. Ebenso kann eine geradlinig ausgerichtete Außenkontur vorgesehen werden. Bevorzugt verläuft die Außenkontur abweichend zu der Innenkontur der Verrippung, beispielsweise bedingt durch unterschiedliche Krümmungsradien oder einer weitestgehend geradlinigen oder konkav verlaufenden Außenkontur, die einem gerundeten Verlauf der inneren Kontur zugeordnet ist.
Zur Erzielung annähernd spannungsfreier Übergänge zwischen den Verrippungen und den Bolzennaben bzw. den Nabenabstützungen sind gemäß der Erfindung gerundete Übergangszonen bzw. gerundete Übergänge vorgesehen. Die sich dabei einstellenden Radien zwischen der Außenkontur und der Innenkontur einerseits und der Bolzennabe andererseits sind gleich, voneinander abweichend ausgelegt oder verlaufen entgegengesetzt.
Eine konvex, nach außen gerundet ausgebildete Kontur der Verrippung verläuft erfindungsgemäß zwischen den Bolzennaben bevorzugt in einem Radius „R", der > 50 % eines Radius „h" des Kolbens entspricht. Die zugehörige Innenkontur der Verrippung verläuft vorteilhaft in einem Radius „r", der ≥ 20 % des Kolbenradius entspricht. Die Verrippung ist weiterhin so ausgeführt, dass sich ein Abstandsmaß „c" zwischen der Achse „x-x" und der Scheitellinie der Innenkontur, welches sich von dem Radius „r" unterscheidet, vorzugsweise übertrifft das Maß „c" den Radius „r". Die weitere Auslegung der Verrippung sieht außerdem vor, dass der den Außenradius definierende Radius „R" sich von dem Maß „d" unterscheidet, welches sich zwischen der Achse „x-x" und Scheitellinie der Scheitellinie der Außenkontur einstellt.
Für einen reibgeschweißten Kolben kann die erfindungsgemäße Verrippung so angeordnet werden, dass zumindest bereichsweise eine Lageübereinstimmung zwischen der Verrippung und einem mittels einer Reibschweißung verbundenen Fügestege besteht, über den ein Kolbenoberteil und ein Kolbenuntereil bzw. ein Nabengrundkörper abgestützt sind. Damit kann die Verrippung zumindest bereichsweise eine Verdickung der Reibschweißung zu einer vorteilhaften Verdickung des Reibschweißbereichs genutzt werden kann.
Zur Verdeutlichung der Erfindung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig.1 : einen Kolben im Längsschnitt mit einer erfindungsgemäßen Verrippung zwischen den Bolzennaben,
Fig.2: einen gegenüber der Figur 1 um 90° gedrehten Kolben im Längsschnitt,
Fig.3: den Kolben gemäß den Figuren 1 und 2 in einer Ansicht auf den Kolbenboden,
Fig. 4: einen hälftig abgebildeten Kolben in einer Ansicht auf den Kolbenboden, wobei die Verrippung eine konvex verlaufende Außenkontur aufweist, und
Fig. 5: eine der Figur 4 vergleichbare Kolbenansicht, bei der die Verrippung eine geradlinig verlaufende Außenkontur aufweist.
Der in Figur 1 abgebildete Kolben 1 ist als ein Kühlkanalkolben gestaltet, der als Kolbenoberteil einen Kolbenboden 2 und als Kolbenunterteil einen Kolbenschaft 3 umfasst, wobei diese Bauteile über Fügestege 4a, 4b abgestützt sind. Zur Schaffung einer Baueinheit sind zumindest die Fügestege 4a, 4b reibgeschweißt und damit stoffschlüssig zusammengefügt, wobei sich beidseitig der Fügestege 4a,4b Schweißwülste 5a, 5b bilden. Der Kolbenboden 2 weist stirnseitig eine Brennraumulde 6 auf sowie außenseitig einen Feuersteg 7, an dem sich zur Aufnahme von nicht dargestellten Kolbenringen ein Ringfeld 8 anschließt. Beabstandet zu dem Ringfeld 8 sind in dem Kolben 1 ein erster radial umlaufender Kühlkanal 9 sowie ein zentraler Kühlkanal 10 integriert, die im Betriebszustand gemeinsam von einem Kühlmittel beaufschlagt werden. Der sich unmittelbar an das Ringfeld 4 anschließende Kolbenschaft 3 schließt zwei diametral sich gegenüberliegende Schaftwandabschnitte 11 ein sowie versetzt dazu zwei Bolzennaben 12 mit integrierten Nabenbohrungen 13. Die Nabenbohrungen 13 sind zur Aufnahme eines in Figur 1 nicht abgebildeten Kolbenbolzens bestimmt, mit dem ein Pleuel an dem Kolben 1 angelenkt ist. Übereinstimmend sind die Bolzennaben 12 über Nabenabstützungen 14 unmittelbar mit einem Nabengrundkörper 15 verbunden, der eine Zwischenebene zu dem Kolbenboden 2 bildet. Als zusätzliche, die Bauteilfestigkeit des Kolbens 1 verbessernde Maßnahme sind die Bolzennaben 12 über zwei bogenförmig verlaufende, dem Nabengrundkörper 15 zugeordnete Verrippungen 17 verbunden. Diese in dem Kolbeninnenraum 16 positionierte Verrippungen 17 bewirken eine verbesserte Krafteinleitung ausgehend dem Kolbenboden 2 über die Fügestege 4a, 4b, den Nabengrundkörper 15, den Verrippungen 17 und die Bolzennaben 12 in den Kolbenbolzen und von dort in das Pleuel. Gleichzeitig verbessert diese Maßnahme die Bauteilfestigkeit des Kolbens 1 , da die Verrippungen 17 eine wirksame, sich positiv auf die Gefügespannungen auswirkende Verbindung zwischen den Bolzennaben 12 herstellt. Der gerundete Verlauf der Verrippung 17 erstreckt sich von einer mittigen Scheitellinie 18 ausgehend, beidseitig bogenförmig zu den Bolzennaben 12. Dabei stellt sich ein Abstandsmaß „a" zwischen einer Bolzenachse 19 der Nabenbohrung 13 und der Verrippung 17 im Bereich der Scheitellinie 18 ein, das ein Maß „b" zwischen der Bolzenachse 19 und den Übergängen der Verrippung 17 in die Bolzennaben 12 übertrifft.
Die Figur 2 zeigt den Kolben 1 gemäß Figur 1 in einer um 90° verdrehten Schnittansicht, in der die zwei gegenüberliegend versetzt zueinander angeordneten Verrippungen 17 dargestellt sind. Die unmittelbar dem Nabengrundkörper 15 zugeordneten Verrippungen 17 weisen ein abgeflachtes, annähernd halbrundartig gestaltetes Querschnittsprofil auf, wobei sich gerundete Übergänge zu dem Nabengrundkörper 15 einstellen. Dabei besteht eine weitestgehende Lageübereinstimmung zwischen den Verrippungen 17 und den durch kreisringförmig gestaltete Wandungen des Kolbenbodens 2 und des Nabengrundkörpers 15 gebildeten Fügestegen 4a,4b. Dadurch bildet sich eine lokale Versteifung des Kolbens 1 in einer Zone zwischen den Bolzennaben 12. Alle weiteren Einzelheiten und Bauteile des Kolbens 1 entsprechen dem in Figur 1 dargestellten und zuvor erläuterten Kolben 1. In Figur 3 ist der Kolben 1 in einer Ansicht auf den Kolbeninnenraum 16 abgebildet. Diese Darstellung verdeutlicht die Erstreckung der Verrippungen 17 an dem Nabengrundkörper 15 in einer anderen Ansicht. Danach weisen die Verrippungen 17 eine radial nach außen gerichtete konvexe Wölbung auf. Jede Verrippung 17 weitet sich begrenzt von der Scheitellinie 18 ausgehend, in Richtung der Bolzennaben 12 aus. Entsprechend sind die Radien „r, R" für eine Innenkontur 20 und eine Außenkontur 21 der Verrippungen 17 unterschiedlichen Mittelpunkten auf einer Achse „y-y" zugeordnet. Die Lage der Verrippungen 17 wird durch Abstandsmaße „c" und „d" definiert, die sich von der Achse „x-x" zu der Scheitellinie 18 der Innenkontur 20 bzw. der Außenkontur 21 einstellen und die einem Teilmaß von dem Kolbenradius „s" entsprechen. Der die Innenkontur (20) der Verrippung (17) bestimmende Radius „r" entspricht > 20 % und der die Außenkontur (21) bestimmende Radius „R" entspricht ≥ 50 % von dem Kolbenradius (s). Die Auslegung sieht außerdem vor, dass sich sowohl das Abstandsmaß „c" von dem Radius „r" als auch das Abstandsmaß „d" von dem Radius „R" unterscheidet. Weiterhin bildet die Verrippung 17 gerundete, dem Verlauf der gewölbten Außenkontur 21 entgegengerichtet gekrümmte Übergangszonen 22, die eine optimale Anbindung und folglich idealen Übergang der Verrippung 17 an die Bolzennaben 12 ermöglichen.
Die Figuren 4 und 5 zeigen alternativ zu Figur 3 gestaltete Verrippungen. Gemäß Figur 4 schließt die Verrippung 23 eine konkav verlaufende Außenkontur 24 ein, der eine den weiteren Ausführungsbeispielen vergleichbar verlaufende Innenkontur 20 zugeordnet ist. Dadurch stellt sich eine stärkere Einschnürung der Verrippung im Bereich der Scheitellinie 18 ein. Eine weitere erfindungsgemäß ausgebildete Variante zeigt die Figur 5, nach der die Verrippung 25 eine geradlinig verlaufende Außenkontur 26 aufweist in Verbindung mit einer Innenkontur 20 gemäß Figur 1. Bezugszeichenliste
Kolben
Kolbenboden
Kolbenschaft a Fügesteg b Fügesteg a Schweißwulst b Schweißwulst
Brennraummulde
Feuersteg
Ringfeld
Kühlkanal 0 Kühikanal 1 Schaftwandabschnitt 2 Bolzennabe 3 Nabenbohrung 4 Nabenabstützung 5 Nabengrundkörper 6 Kolbeninnenraum 7 Verrippung 8 Scheitellinie 9 Bolzenachse 0 Innenkontur 1 Außenkontur 2 Übergangszone 3 Verrippung 4 Außenkontur 5 Verrippung 6 Außenkontur
Abstandsmaß zwischen der Bolzenachse (19) und der Scheitellinie (18) der Verrippung (17), gemäß Figur 1 ; b Abstandsmaß zwischen der Bolzenachse (19) und der Anbindung
Verrippung (17) an der Bolzennabe (12), gemäß Figur 1 ; c Abstandsmaß zwischen der Achse „x-x" und der Scheitellinie (18) der
Innenkontur (20) der Verrippung (17), gemäß Figur 3; d Abstandsmaß zwischen der Achse „x-x" und der Scheitellinie (18) der
Außenkontur (21) der Verrippung (17), gemäß Figur 3; r Radius der Innenkontur (20) der Verrippung (17), gemäß Figur 3;
R Radius der Außenkontur (21 ) der Verrippung (17), gemäß Figur 3;
S Radius des Kolbens (1), gemäß Figur 3

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1.
Kolben einer Brennkraftmaschine mit einem ein Ringfeld (8) aufweisenden Kolbenboden (2), an den sich ein einen Kolbeninnenraum (16) umschließender Kolbenschaft (3) mit zwei tragenden Schaftwandabschnitten (11) und zwei Bolzennaben (12) anschließt, wobei jede Bolzennabe (12) eine Nabenbohrung (13) umfasst und über eine Nabenabstützung (14) mit einem Nabengrundkörper (15) verbunden ist, der zur Versteifung zumindest eine Verrippung (17, 23, 25) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabengrundkörper (15) weitestgehend in Richtung der Nabenbohrungen (13) ausgerichtete, die Bolzennaben (12) durchgängig verbindende Verrippungen (17, 23, 25) aufweist, die von einer Bolzenachse (19) abgewandt gekrümmt oder gewölbt gestaltet sind und dabei einen Schwenkbereich eines Pleuelkopfes berücksichtigend verlaufen.
2.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Verrippung (17, 23, 25) übereinstimmt mit Fügestegen (4a, 4b), über die eine kreisringförmig verlaufende Wandung des Kolbenbodens (2) an dem Nabengrundkörper (15) abgestützt ist.
3.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippung (17, 23, 25) von einer Bolzenachse (19) ausgehend, einen bogenförmig nach außen gerichteten Verlauf aufweist.
4.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippungen (17, 23, 25) von einer Scheitellinie (18) ausgehend sich jeweils in Richtung der Bolzennabe (12) verstärken oder aufweiten.
5.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippungen (17, 23, 25) zwischen den Bolzennaben (12) eine annähernd oval gestaltete Ausnehmung oder Zone für das Pleuelauge an dem Nabengrundkörper (15) begrenzen.
6.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur (21 , 24) der Verrippung (17, 23) konvex oder konkav verläuft.
7.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkonturen (26) der beabstandet angeordneten Verrippungen (25) gerade ausgerichtet sind und annähernd parallel zueinander verlaufen.
8.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippe (17) ein weitestgehend halbrundes Querschnittsprofil aufweist.
9.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (21) der Verrippung (17) unter Bildung von gerundeten
Übergangszonen (22) in die Nabenabstützung (14) oder die Bolzennaben (12) übergehen.
10.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur (20) der Verrippung (17, 23, 25) gerundet in die Bolzennabe (12) oder die Nabenabstützung (14) übergeht.
11.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenkontur (20) der Verrippung (17) in einem Radius „r" von > 20 % eines Kolbenradius (s) und eine Außenkontur (21) der Verrippung (17) in einem Radius „R" von > 50 % des Kolbenradius (s) verläuft.
12.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Innenkontur (20) von einem Abstandsmaß „c" zwischen einer Achse „x-x" und einer Scheitellinie (18) der Innenkontur (20) bestimmt ist, das den Radius „r" übertrifft.
13.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Außenkontur (21) von einem Abstandsmaß „d" zwischen einer Achse „x-x" und einer Scheitellinie (18) der Außenkontur (21) bestimmt ist, wobei der Radius „R" das Maß „d" übertrifft.
14.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise eine Lageübereinstimmung zwischen der Verrippung (17, 23, 25) und den Fügestegen (4a, 4b) besteht, die mittels einer Reibschweißung verbunden sind.
15.
Kolben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vemppung (17, 23, 25) zumindest bereichsweise zu einer Verdickung der Reibschweißung führt.
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