EP3665378A1 - Piston for a reciprocating-piston internal combustion engine, and reciprocating-piston internal combustion engine - Google Patents

Piston for a reciprocating-piston internal combustion engine, and reciprocating-piston internal combustion engine

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Publication number
EP3665378A1
EP3665378A1 EP18745585.2A EP18745585A EP3665378A1 EP 3665378 A1 EP3665378 A1 EP 3665378A1 EP 18745585 A EP18745585 A EP 18745585A EP 3665378 A1 EP3665378 A1 EP 3665378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
stiffening rib
ring carrier
guide surface
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18745585.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Paulo Ivan URZUA TORRES
Martin Bier
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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 Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP3665378A1 publication Critical patent/EP3665378A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/04—Resilient guiding parts, e.g. skirts, particularly for trunk pistons
    • 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 
    • F02F3/02—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion

Definitions

  • Piston for a reciprocating internal combustion engine and reciprocating internal combustion engine
  • the invention relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine and a
  • Reciprocating internal combustion engine with such a piston in particular for use in motor vehicles. It is also explicitly referred to motor vehicles with such reciprocating piston.
  • a piston for an internal combustion engine wherein the piston referred to as an annular ring carrier ring and designated as a shaft
  • the invention has for its object to provide a piston for a reciprocating internal combustion engine and a reciprocating internal combustion engine available, which are thermally functional improved with sufficient rigidity and have a low weight.
  • An inventive piston for a reciprocating internal combustion engine comprises a
  • Ring carrier with an outer piston crown and with an inner piston crown.
  • the outer piston crown is that side which, in the installed state of the piston, faces a combustion chamber and immediately limits it.
  • the inner piston head is the opposite side of the piston head referred to, which is remote from the combustion chamber in the installed state.
  • a piston skirt Starting from the inner piston crown extends in the axial direction of the piston, a piston skirt, which at least one, at least partially having arcuately shaped guide surface.
  • the piston skirt two each having an arc portion - as viewed in the circumferential direction of the piston - extending guide surfaces, for example, on opposite sides of the piston.
  • the at least one guide surface is in the piston according to the invention in the arcuate region with respect to the in the axial direction
  • the piston skirt and the ring carrier are further interconnected by at least one stiffening rib extending transversely across the inner piston crown.
  • the part of the piston skirt with one or more guide surfaces and the ring carrier can be interconnected only indirectly via the stiffening rib in this case.
  • the stiffening rib By means of at least one such stiffening rib can be
  • a partially high stiffness of the piston can be achieved with simultaneously advantageous thermal properties and low component weight. It has been found that the thermal decoupling achieved with the piston according to the invention is so good that the piston warmth play substantially corresponds to the piston installation play, i. that take place in the entire map and temperature range of a reciprocating internal combustion engine only minor relative changes in the clearance between the piston and cylinder wall. This allows the installation play and the resulting
  • tilting of the piston can be reduced to a minimum, which also results in low oil consumption.
  • the above-mentioned gap between the guide surface and the ring carrier is in particular a continuous gap, ie it extends over the entire arcuate guide surface.
  • the guide surface is separated over its entire arcuate extent of the ring carrier through the gap.
  • a corresponding gap is preferably formed between each guide surface and the ring carrier, so that no direct connection in the axial direction between the guide surfaces and the
  • Ringbearer exists.
  • the guide surfaces are then thermally decoupled from the ring carrier at least insofar as a direct heat transfer is prevented. This is particularly advantageous against the background that the guide surfaces by the in the area of
  • Heat ring wear occurring heat carrier which can lead to increased friction between the guide surfaces and the cylinder wall due to the thermal expansion, especially when the heating of the guide surfaces and the cylinder wall takes place at different speeds and / or if the expansion due to different materials and different coefficients of thermal expansion is different degrees , This can lead to piston coverage (i.e., the piston diameter becomes larger than the cylinder diameter) and thereby, in extreme cases, even to a so-called
  • a stiffening rib extending transversely across the inner piston bottom is understood to mean in particular a stiffening rib which extends transversely from an outer point of the piston crown to another outer point of the piston crown. It is preferred if the stiffening rib over a majority of this
  • Extension length across the inner piston head is firmly connected to the inner piston crown.
  • a particularly secure, secant-like connection of the stiffening rib to the piston can be realized and a total stiff overall structure can be created.
  • the stiffening rib extends so far in particular secant above the inner piston crown.
  • the term "secant-like" is intended to express that the stiffening rib is not limited to linear stiffening rib configurations between two outer points of the circumference.Secilateral stiffening ribs in the sense of the invention are also considered stiffening ribs which have an arcuate or otherwise curved course Also, the thickness extending transversely to the direction of extension of the stiffening rib and the height of the stiffening rib (s) may vary, but preferably it is transverse to the
  • Length of the stiffening rib extending piston crown greater than the width and / or extending in the axial direction of the piston height of the stiffening rib. It has been shown that by the combination of the at least one gap between guide surface (s) and ring carrier on the one hand (in particular two gaps between each guide surface and the ring carrier) and the formation of at least one, extending transversely over the inner piston crown stiffening rib on the other (In particular, two stiffening ribs, each one stiffening rib is assigned to a guide surface) a piston according to the invention with low material usage can be constructed as required with high rigidity and yet saving material with low weight. It has been found that the construction according to the invention even makes it possible to produce and use a particularly weight-reduced aluminum piston. It is particularly preferred if the piston according to the invention is manufactured in one piece from aluminum.
  • the at least one stiffening rib extends in a central portion in the axial direction from the inner piston head so far that a piston pin hub is formed in the stiffening rib.
  • the middle section in particular the region within two on oppositely arranged guide surfaces is referred to as the middle section.
  • two or more stiffening ribs in particular two mutually parallel stiffening ribs, extend in the axial direction so far that in this
  • Stiffening ribs itself each have a piston pin hub is formed.
  • piston pin bosses are transmitted, in particular via an inserted piston pin, from the piston to a connecting rod in order to drive a crankshaft in a known manner.
  • a stiffening rib two stiffening ribs or more stiffening ribs a material-saving, but at the same time stiff overall structure can be achieved, by means of which the piston is guided well in the cylinder even at high piston forces, whereby a low-loss power transmission is possible.
  • the piston skirt is in particular on the at least one stiffening rib with the
  • connecting portions which are also connected to the ring carrier.
  • connecting portions which are also connected to the ring carrier.
  • two oppositely disposed guide surfaces are connected to one another via two connecting sections to form a frame-like structure and the connecting sections are each connected at least partially to the inner piston head. This can be the
  • Piston bottom of the ring carrier in addition to a connecting section or two
  • connection can be realized only indirectly via a further element, in particular via a stiffening rib, and / or be realized directly by the connecting portions are at least partially connected directly to the piston crown. In this case, it is preferred if such a connection is limited to areas spaced from the outer circumference of the piston, in particular to central areas around a piston pin hub or two or more piston pin bosses.
  • Connecting portion preferably connected via a smaller area to the inner piston crown as a corresponding stiffening rib.
  • the connecting portion is connected to it only in an inner region of the piston crown, i. in a region spaced from the outer circumference of the piston, in particular in a region located at a recess defined by an annular outer edge within the outer edge of the inner piston crown.
  • the connecting portion extends in particular only over a region surrounding the piston pin hub, for example over a length which is slightly larger than the diameter of the piston pin hub, e.g. a maximum of 1, 1-fold, a maximum of 1, 2-fold or a maximum of 1, 3 times the diameter of the piston pin hub, in particular such that the connecting portion extends over the piston pin hub and projects beyond this on both sides in the same length.
  • the piston pin hub is in particular from a perpendicular to the axial direction
  • the thickening is preferably part of
  • Connecting portion which is connected to the inner piston crown. This results in a surface area on a - viewed in the radial direction - central region of the piston crown limited contact area between the connecting portion and the inner piston crown of the ring carrier, which is thermally advantageous.
  • the connecting sections may in particular be arranged such that a frame-shaped structure consists of two oppositely arranged arcuate
  • the two stiffening ribs are in particular each inside of the
  • An additional weight saving can be achieved in connection with a piston according to the invention when the ring carrier is mounted on the surface facing the piston skirt, i. has in the region of the inner piston crown, a depression or more depressions.
  • a depression may in particular be delimited by an outer edge formed on the outside of the inner piston bottom, preferably by an outer edge which has a constant thickness over the entire circumference of the inner piston bottom.
  • One or more recesses may then extend within the outer edge.
  • the piston head thickness in particular by forming depressions, can be reduced and thus additional weight can be saved.
  • the at least one stiffening rib extends across the recess such that they each have a complete secant-like portion on the inner
  • Piston bottom is connected, i. If the secant-like section extends completely over two points of an outer edge, corresponding recesses result on both sides of the reinforcing rib.
  • two or more stiffening ribs extend transversely through the recess, in particular completely secant-like.
  • the formation of a depression or a plurality of depressions reduces the thickness of the annular carrier extending in the axial direction, which saves material and weight of the piston.
  • the at least one stiffening rib and / or the at least one connecting section is longitudinally (ie in its
  • Extending direction considered partially curved.
  • the longitudinal direction refers to the direction in which the stiffening rib or the connecting section has the greatest extent transversely to the axial direction, in particular the direction of extension of a secant-like section which extends transversely through the diameter of the piston.
  • an omega-shaped and / or curved and preferably curved outward course Connecting portion on an omega-shaped and / or curved and preferably curved outward course.
  • an omega-shaped and / or arcuate, in particular outwardly curved course improved flexural rigidity of the reinforcing rib and the piston can be achieved as a whole, in particular for receiving forces to be transmitted from the piston via a piston pin on a connecting rod.
  • the stiffening rib has a profile such that viewed in the longitudinal direction, the stiffening rib in the region of the piston pin hub merges into a thickening surrounding the piston pin hub on the inside and is arranged at a distance from the connecting portion in an outer region of the inner piston crown.
  • the thickness of the stiffening rib is externally enlarged, i. especially where the
  • Stiffening rib approaches the outer edge of the inner piston crown and / or adjacent to the outer edge of the inner piston crown.
  • each piston pin hub extending in each case also by a stiffening rib corresponding to this piston pin boss. Further preferably form the
  • Piston pin hub one unit i. the piston pin hub extends seamlessly through the connecting portion and the corresponding stiffening rib. Forces, which are transmitted via a piston pin between the piston and a connecting rod, are thus distributed to the connecting portion and the corresponding stiffening rib, each providing a common hollow cylindrical bearing surface for the piston pin.
  • each piston pin hub - and optionally also on the inside - extends in a further practical embodiment each one in the direction of the piston pin excellent thickening, in particular over the full circumference of the piston pin hub.
  • the thickening preferably extends from one middle portion of the inner piston crown and is more preferably formed in particular a circular arc around the piston pin hub around.
  • a further weight saving can be achieved if the at least one guide surface of the piston according to the invention has at least one recess, which the
  • Guide surface reduced to two or more partial guide surfaces.
  • weight can be saved on each guide surface of a piston if less material is required by the formation of one or more recesses (for example in the form of recesses, cuts, etc.). It has proven to be particularly advantageous, a first
  • Leaders can be safely absorbed, and to provide a second guide surface, which is exposed due to their arrangement in a cylinder under a low load, with one or more recesses in order to further reduce the weight.
  • the one or more recesses should (s) cause so far that the
  • Guide surface are divided into partial guide surfaces, which are smaller in total than an opposite guide surface.
  • the upper part guide surface is preferably larger than the lower part guide surface.
  • the invention also relates to a reciprocating internal combustion engine with a piston as described above.
  • the invention relates to an internal combustion engine with a piston, wherein at least one guide surface has at least one recess, which reduces the guide surface in two partial guide surfaces.
  • the partial guide surfaces are arranged such that they are arranged on the counter-pressure side.
  • the counter-pressure side is referred to as the side of a piston on which the piston during the
  • Cylinder on which the piston with the guide surface during the expansion phase after the bottom dead center, is referred to as the pressure side.
  • On the pressure side usually higher forces between cylinder wall and piston act.
  • FIG. 1 shows a piston according to the invention in a first embodiment in a
  • FIG. 2 shows the piston of FIG. 1 in a side view according to arrow II of FIG. 1,
  • Fig. 3 shows the piston of Fig. 1 and 2 in a longitudinal section along the section line III-III
  • FIG. 4 shows the piston of FIGS. 1 to 3 in a view from below according to arrow IV of FIG. 1,
  • Fig. 5 shows a second embodiment of a piston according to the invention in one
  • FIG. 5 shows the piston from FIG. 5 in a side view analogous to arrow II from FIG. 1, FIG.
  • Fig. 7 shows the piston of Fig. 5 and 6 in a longitudinal section analogous to the section line III-III in
  • Fig. 8 is a reciprocating internal combustion engine having disposed therein
  • piston 10 according to the invention described.
  • the piston 10 shown is in the
  • Embodiment made in one piece from aluminum. But it can alternatively (not shown) also be made in several parts. Regardless of this he may alternatively or in
  • Supplement also be made of other materials, e.g. made of steel materials.
  • the piston 10 comprises a ring carrier 12, which in this embodiment has a total of four depressions in the form of grooves 14 extending over the outer circumference of the ring carrier 12. Three of these grooves 14 - the first (top), the third and the fourth (bottom) - are so-called annular grooves, which serve for the arrangement of piston rings (not shown) and / or other sealing elements (see Fig. 2).
  • the second illustrated groove 14, which has a smaller radial depth than the remaining grooves, is an optional relief groove.
  • the ring carrier 12 has an outer piston head 16, which is directed in the installed state of the piston 10 in a reciprocating internal combustion engine to a combustion chamber and limits this. On the opposite side of the outer piston head 16 an inner piston head 18 is formed, which faces away from the combustion chamber in the installed state of the piston 10 in a reciprocating internal combustion engine.
  • the piston skirt 20 comprises two opposing, each having an arc section in
  • Circumferential direction of the piston 10 considered extending guide surfaces 22.
  • guide surfaces 22 each extend over an arc section of approximately 60 °. As can be clearly seen in FIGS. 2 and 3, the guide surfaces 22 do not touch the inner piston head 18 because the guide surfaces 22 are formed such that a continuous gap 24 is formed between the guide surfaces 22 and the inner piston head 18.
  • the height H s of the gap 24 in the present case is approximately 1-2 mm when viewed in the axial direction A (see FIG. 3).
  • the opposing guide surfaces 22 are connected by two connecting portions 26 which each extend between the guide surfaces 22.
  • Connecting portions 26 each extend between the circumferentially outer ends of the guide surfaces 22.
  • the connecting portions 26 extend substantially parallel to each other and spaced from the center M of the inner piston crown 18.
  • the connecting portions 26 are arcuate and curved outwards.
  • the two guide surfaces 22 and which form between the guide surfaces 22 form
  • connecting portions 26 circular piston pin bosses 28 are formed in cross-section, which serve for introducing a piston pin (not shown). Starting from the connecting portions 26 is on the outside and inside of the connecting portions 26
  • Piston pin bosses 28 an outside thickening 30a and an inside thickening 30b formed.
  • the thickenings 30a, 30b extend from a central one Section of the inner piston crown 18 over the full circumference of the circular piston pin hub 28th
  • the connecting portions 26 are connected to the inner piston crown 18 only in a central region which extends in each case via the piston pin bosses 28 and the thickenings 30a, 30b.
  • two stiffening ribs 32 are formed, which - as can be clearly seen in Fig. 4 - extend transversely across the inner piston crown 18.
  • Stiffening rib 32 approximately the depth T of the recess in the adjacent to an outer edge 36 of the inner piston crown 18 portion so that the stiffening rib 32 on the outside merges into the outer edge 36.
  • the stiffening ribs 32 have an omega-shaped profile in the direction of extent, wherein they are respectively curved outward in a central region.
  • the two stiffening ribs 32 are mirror-symmetrical to one another with respect to a mirror axis extending through the center M.
  • the stiffening ribs 32 In the outer regions, which adjoin the outer edge 36, the stiffening ribs 32 have a greater thickness.
  • the thickness of the stiffening ribs 32 in the embodiment in the outer sections is about 9 mm with a piston diameter between 70 mm and 80 mm.
  • the thickness of the stiffening ribs 32 in the outer regions is between 5 percent and 30 percent of the piston diameter, more preferably between 10 percent and 20 percent.
  • the piston diameter of a piston 10 according to the invention is preferably between 40 mm and 200 mm, more preferably between 60 mm and 150 mm and particularly preferably between 80 mm and 120 mm.
  • the stiffening ribs 32 are formed on the inside of the connecting portions 26 and are oriented substantially parallel to the connecting portions 26. In a middle region, each of the stiffening rib 32 and the inside thickening 30b form one unit, i. they are directly connected to each other, so that inside a
  • continuous piston pin hub 28 is formed with a hollow cylindrical shape.
  • these units each have a thickness D of about 20 percent of the piston diameter.
  • the thickness D is 10 percent to 30 percent of the piston diameter.
  • stiffening ribs 32 are spaced from the outside areas.
  • the stiffening ribs 32 are also spaced from the center M of the inner piston crown 18.
  • the ring carrier 12 has recesses 34 on the surface facing the piston skirt 20.
  • the depressions 34 are formed on the inside of the circular outer edge 36, which extends on the outside over the entire circumference of the piston 12 and has a constant thickness.
  • the recesses 34 are through the stiffening ribs 32 and the
  • connection sections 26 separated from each other. As can be seen in FIG. 4, this results in a total of seven regions with depressions 34, if it is taken into account that the depressions 34, each marked with two connected arrows, also extend over the respective region, which in FIG. 4 extends from the respective outer region of the connecting portion 26 is hidden. Therefore, only one contiguous recess 34 is marked with the connected arrows.
  • Stiffening rib 32 extends on the outside in each case starting from the inside of the outer edge 36 within the recess 34 in the transverse direction and is arc-shaped therebetween such that the piston pin hub 28 is enclosed, so that the
  • Piston pin hub 28 extends through the stiffening rib 32 therethrough.
  • FIGS. 5 to 7 show a second embodiment of a piston 10.
  • the piston 10 according to the second embodiment according to FIGS. 5 to 7 is identical to the piston 10 of the first embodiment according to FIGS. 1 to 4 constructed. In the following, only the differences between the second embodiment and the first embodiment will be discussed.
  • the piston 10 of the second embodiment also has a ring carrier 12 and a piston skirt 20 extending therefrom in the axial direction with two guide surfaces 22 extending over an arc section.
  • One of the guide surfaces 22 is presently divided by a recess 38 into two partial guide surfaces 40, 42, namely an upper part guide surface 40, which is arranged closer to the inner piston head 18, and a lower part guide surface 42, which further from the inner piston bottom 18 is removed.
  • the upper part-guide surface 40 has a greater, extending in the axial direction height than the lower part-guide surface 42. The extending in the axial direction of the height
  • Recess 38 corresponds to approximately the height of the upper part of the guide surface 40 in the embodiment shown.
  • FIG. 8 schematically shows a reciprocating internal combustion engine with a combustion chamber 44 in the form of a cylinder and a piston 10 arranged therein.
  • the piston 10 is connected by means of a connecting rod 46 with a crankshaft 48.
  • the piston 10 according to the second embodiment described above is arranged in the combustion chamber 44 such that the guide surface with the partial guide surfaces 40, 42 is arranged on a counter-pressure side 50, and the continuous guide surface 22 is arranged on a pressure side 52.
  • the pressure side 52 corresponds to that side on which the piston 10 with the continuous guide surface 22 during the expansion phase after passing through the top dead center (TDC) is applied, i. in Fig. 8, the left side when the crankshaft 48 rotates clockwise in the direction of arrow 54.
  • TDC top dead center

Abstract

The invention relates to a piston for a reciprocating-piston internal combustion engine, comprising a ring carrier (12) with an outer piston crown (16) and with an inner piston crown (18), and comprising a piston skirt (20) which extends from the inner piston crown (18) in an axial direction, wherein the piston skirt (20) has at least one at least partially arcuately formed guide surface (22), wherein the at least one guide surface (22) is, in the arcuately formed region, arranged so as to be spaced apart in relation to the ring carrier (12) which is adjacent in an axial direction, such that a gap (24) is formed between ring carrier (12) and guide surface (22), wherein the piston skirt (20) and the ring carrier (12) are connected to one another by means of at least one stiffening rib (32) which extends transversely across the inner piston crown (18).

Description

Beschreibung  description
Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie Hubkolbenbrennkraftmaschine Piston for a reciprocating internal combustion engine and reciprocating internal combustion engine
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie eine The invention relates to a piston for a reciprocating internal combustion engine and a
Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem solchen Kolben, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Es wird insoweit auch explizit auf Kraftfahrzeuge mit solchen Hubkolben verwiesen. Reciprocating internal combustion engine with such a piston, in particular for use in motor vehicles. It is also explicitly referred to motor vehicles with such reciprocating piston.
Aus DE 10 2015 201 633 A1 ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei der Kolben einen als Ringfeld bezeichneten Ringträger und ein als Schaft bezeichnetes From DE 10 2015 201 633 A1 a piston for an internal combustion engine is known, wherein the piston referred to as an annular ring carrier ring and designated as a shaft
Kolbenhemd aufweist. Zur Einsparung von Gewicht weist dieser Kolben zwischen dem Ringfeld und dem Schaft sich von der Kolbenaußenseite zum Kolbeninneren erstreckende Durchbrüche auf. Um trotz der Durchbrüche eine ausreichende Steifigkeit zu erzielen, ist der Schaft mit dem Ringträger zusätzlich über eine zentrale Rippe verbunden, die zwischen den Durchbrüchen angeordnet ist. Has piston skirt. To save weight, this piston between the ring field and the shaft extending from the piston outside to the piston inner openings. In order to achieve sufficient rigidity despite the breakthroughs, the shaft is additionally connected to the ring carrier via a central rib which is arranged between the apertures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie eine Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, welche bei einer ausreichenden Steifigkeit thermisch funktional verbessert sind und ein geringes Gewicht aufweisen. The invention has for its object to provide a piston for a reciprocating internal combustion engine and a reciprocating internal combustion engine available, which are thermally functional improved with sufficient rigidity and have a low weight.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are in
Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Connection with the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßer Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst einen An inventive piston for a reciprocating internal combustion engine comprises a
Ringträger mit einem äußeren Kolbenboden und mit einem inneren Kolbenboden. Als äußerer Kolbenboden wird diejenige Seite bezeichnet, welche im Einbauzustand des Kolbens einem Brennraum zugewandt ist und diesen unmittelbar begrenzt. Als innerer Kolbenboden wird die gegenüberliegende Seite des Kolbenbodens bezeichnet, welche im Einbauzustand dem Brennraum abgewandt ist. Ausgehend von dem inneren Kolbenboden erstreckt sich in axialer Richtung des Kolbens ein Kolbenhemd, welches mindestens eine, zumindest teilweise bogenförmig ausgebildete Führungsfläche aufweist. Insbesondere kann das Kolbenhemd zwei, sich jeweils über einen Bogenabschnitt - in Umfangsrichtung des Kolbens betrachtet - erstreckende Führungsflächen aufweisen, beispielsweise auf sich gegenüberliegenden Seiten des Kolbens. Die mindestens eine Führungsfläche ist bei dem erfindungsgemäßen Kolben in dem bogenförmig ausgebildeten Bereich gegenüber dem sich in axialer Richtung Ring carrier with an outer piston crown and with an inner piston crown. The outer piston crown is that side which, in the installed state of the piston, faces a combustion chamber and immediately limits it. The inner piston head is the opposite side of the piston head referred to, which is remote from the combustion chamber in the installed state. Starting from the inner piston crown extends in the axial direction of the piston, a piston skirt, which at least one, at least partially having arcuately shaped guide surface. In particular, the piston skirt two, each having an arc portion - as viewed in the circumferential direction of the piston - extending guide surfaces, for example, on opposite sides of the piston. The at least one guide surface is in the piston according to the invention in the arcuate region with respect to the in the axial direction
anschließenden Ringträger derart beabstandet angeordnet, dass sich ein Spalt zwischen Ringträger und Führungsfläche ergibt. Dadurch wird eine unmittelbare Wärmeübertragung von dem Ringträger auf die bogenförmigen Bereiche vermieden, was thermisch vorteilhaft ist. Das Kolbenhemd und der Ringträger sind ferner über mindestens eine Versteifungsrippe miteinander verbunden, die sich quer über den inneren Kolbenboden erstreckt. Damit ist insbesondere eine mittelbare Verbindung zwischen einem Kolbenboden des Ringträgers und einem Kolbenhemd derart gemeint, dass sich mindestens eine Versteifungsrippe (insbesondere zwei oder mehr Versteifungsrippen) quer über den Kolbenboden erstreckt und sich von der (jeweiligen) Versteifungsrippe aus ein Element oder mehrere Elemente eines Kolbenhemdes erstrecken, insbesondere (mindestens) eine Kolbenbolzennabe und mindestens eine adjoining ring carrier arranged spaced such that there is a gap between the ring carrier and guide surface. As a result, an immediate heat transfer from the ring carrier is avoided on the arcuate portions, which is thermally advantageous. The piston skirt and the ring carrier are further interconnected by at least one stiffening rib extending transversely across the inner piston crown. This means, in particular, an indirect connection between a piston head of the ring carrier and a piston skirt in such a way that at least one reinforcing rib (in particular two or more reinforcing ribs) extends transversely over the piston head and from the (respective) reinforcing rib one or more elements of a piston skirt extend, in particular (at least) a piston pin hub and at least one
Führungsfläche. Der Teil des Kolbenhemdes mit einer oder mehreren Führungsflächen und der Ringträger können in diesem Fall nur mittelbar über die Versteifungsrippe miteinander verbunden sein. Mittels mindestens einer derartigen Versteifungsrippe kann Guide surface. The part of the piston skirt with one or more guide surfaces and the ring carrier can be interconnected only indirectly via the stiffening rib in this case. By means of at least one such stiffening rib can
materialminimierend eine partiell hohe Steifigkeit des Kolbens bei gleichzeitig vorteilhaften thermischen Eigenschaften und niedrigem Bauteilgewicht erzielt werden. Es hat sich gezeigt, dass die mit dem erfindungsgemäßen Kolben erzielte thermische Entkopplung so gut ist, dass das Kolbenwarmspiel dem Kolbeneinbauspiel im Wesentlichen entspricht, d.h. dass in dem gesamten Kennfeld und Temperaturbereich einer Hubkolbenbrennkraftmaschine nur geringfügige Relativveränderungen hinsichtlich des Spiels zwischen Kolben und Zylinderwand stattfinden. Dadurch können das Einbauspiel und der daraus resultierende minimizing material, a partially high stiffness of the piston can be achieved with simultaneously advantageous thermal properties and low component weight. It has been found that the thermal decoupling achieved with the piston according to the invention is so good that the piston warmth play substantially corresponds to the piston installation play, i. that take place in the entire map and temperature range of a reciprocating internal combustion engine only minor relative changes in the clearance between the piston and cylinder wall. This allows the installation play and the resulting
Kolbenaufschlagimpuls sehr klein gehalten werden. Daraus resultiert unter anderem auch eine akustisch unauffällige Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer nur geringen Kolbenaufschlagimpuls be kept very small. This results among other things, an acoustically inconspicuous reciprocating internal combustion engine with only a small
Geräuschentwicklung. Ferner kann ein Verkippen des Kolbens auf ein Minimum reduziert werden, woraus auch ein geringer Ölverbrauch resultiert. Noise. Furthermore, tilting of the piston can be reduced to a minimum, which also results in low oil consumption.
Der vorstehend erwähnte Spalt zwischen der Führungsfläche und dem Ringträger ist insbesondere ein durchgängiger Spalt, d.h. er erstreckt sich jeweils über die gesamte bogenförmige Führungsfläche. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Führungsfläche über ihre gesamte bogenförmige Erstreckung von dem Ringträger durch den Spalt separiert. Wenn mehrere Führungsflächen vorgesehen sind, ist vorzugsweise zwischen jeder Führungsfläche und dem Ringträger ein entsprechender Spalt ausgebildet, so dass keine unmittelbare Verbindung in axialer Richtung zwischen den Führungsflächen und dem The above-mentioned gap between the guide surface and the ring carrier is in particular a continuous gap, ie it extends over the entire arcuate guide surface. In other words, the guide surface is separated over its entire arcuate extent of the ring carrier through the gap. If a plurality of guide surfaces are provided, a corresponding gap is preferably formed between each guide surface and the ring carrier, so that no direct connection in the axial direction between the guide surfaces and the
Ringträger existiert. Die Führungsflächen sind dann thermisch von dem Ringträger zumindest insoweit entkoppelt, als ein direkter Wärmeübergang verhindert wird. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund von Vorteil, dass sich die Führungsflächen durch die im Bereich des Ringbearer exists. The guide surfaces are then thermally decoupled from the ring carrier at least insofar as a direct heat transfer is prevented. This is particularly advantageous against the background that the guide surfaces by the in the area of
Ringträgers auftretende Wärme aufheizen, was aufgrund der thermischen Ausdehnung zu einer erhöhten Reibung zwischen den Führungsflächen und der Zylinderwand führen kann, insbesondere wenn die Erwärmung der Führungsflächen und der Zylinderwand unterschiedlich schnell erfolgt und/oder wenn die Ausdehnung aufgrund unterschiedlicher Werkstoffe und unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlich stark erfolgt. Dies kann zu einer Kolbenüberdeckung führen (d.h. dazu, dass der Kolbendurchmesser größer wird als der Zylinderdurchmesser) und es dadurch in Extremfällen sogar zu einem sogenannten Heat ring wear occurring heat carrier, which can lead to increased friction between the guide surfaces and the cylinder wall due to the thermal expansion, especially when the heating of the guide surfaces and the cylinder wall takes place at different speeds and / or if the expansion due to different materials and different coefficients of thermal expansion is different degrees , This can lead to piston coverage (i.e., the piston diameter becomes larger than the cylinder diameter) and thereby, in extreme cases, even to a so-called
„Kolbenfresser" oder zu einem Verklemmen des Kolbens in dem Zylinder kommen kann. "Seizure" or can lead to jamming of the piston in the cylinder.
Unter einer sich quer über den inneren Kolbenboden erstreckenden Versteifungsrippe ist vorliegend insbesondere eine Versteifungsrippe gemeint, welche sich quer von einem äußeren Punkt des Kolbenbodens bis zu einem anderen äußeren Punkt des Kolbenbodens erstreckt. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Versteifungsrippe über einen Großteil dieser In the present case, a stiffening rib extending transversely across the inner piston bottom is understood to mean in particular a stiffening rib which extends transversely from an outer point of the piston crown to another outer point of the piston crown. It is preferred if the stiffening rib over a majority of this
Erstreckungslänge quer über den inneren Kolbenboden, vorzugsweise über die gesamte Erstreckungslänge, fest mit dem inneren Kolbenboden verbunden ist. So kann eine besonders sichere, sekantenartige Anbindung der Versteifungsrippe an dem Kolben realisiert und eine insgesamt steife Gesamtstruktur erzeugt werden. Extension length across the inner piston head, preferably over the entire extension length, is firmly connected to the inner piston crown. Thus, a particularly secure, secant-like connection of the stiffening rib to the piston can be realized and a total stiff overall structure can be created.
Die Versteifungsrippe erstreckt sich insoweit insbesondere sekantenartig über den inneren Kolbenboden. Mit dem Begriff„sekantenartig" soll dabei zum Ausdruck gebracht werden, dass die Versteifungsrippe nicht auf lineare Versteifungsrippengestaltungen zwischen zwei äußeren Punkten des Umfangs beschränkt ist. Als sekantenartige Versteifungsrippen im Sinne der Erfindung werden auch solche Versteifungsrippen angesehen, die einen bogenförmigen oder anders gekrümmten Verlauf aufweisen, beispielsweise einen zickzackartigen Verlauf. Auch die sich quer zur Erstreckungsrichtung der Versteifungsrippe erstreckende Dicke und die Höhe der Versteifungsrippe(n) kann variieren. Vorzugsweise ist aber die sich quer durch den The stiffening rib extends so far in particular secant above the inner piston crown. The term "secant-like" is intended to express that the stiffening rib is not limited to linear stiffening rib configurations between two outer points of the circumference.Secilateral stiffening ribs in the sense of the invention are also considered stiffening ribs which have an arcuate or otherwise curved course Also, the thickness extending transversely to the direction of extension of the stiffening rib and the height of the stiffening rib (s) may vary, but preferably it is transverse to the
Kolbenboden erstreckende Länge der Versteifungsrippe größer als die Breite und/oder die sich in Axialrichtung des Kolbens erstreckende Höhe der Versteifungsrippe. Es hat sich gezeigt, dass durch die Kombination aus dem mindestens einen Spalt zwischen Führungsfläche(n) und Ringträger einerseits (insbesondere zwei Spalte zwischen jeweils einer Führungsfläche und dem Ringträger) und die Ausbildung der mindestens einen, sich quer über den inneren Kolbenboden erstreckenden Versteifungsrippe andererseits (insbesondere zwei Versteifungsrippen, wobei jeweils eine Versteifungsrippe einer Führungsfläche zugeordnet ist) ein erfindungsgemäßer Kolben mit geringem Materialeinsatz bedarfsweise mit hoher Steifigkeit und dennoch materialsparend mit geringem Gewicht konstruiert werden kann. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Konstruktion sogar die Herstellung und Verwendung eines besonders gewichtsreduzierten Kolbens aus Aluminium ermöglicht. Besonders bevorzugt ist es, wenn der erfindungsgemäße Kolben einstückig aus Aluminium hergestellt ist. Length of the stiffening rib extending piston crown greater than the width and / or extending in the axial direction of the piston height of the stiffening rib. It has been shown that by the combination of the at least one gap between guide surface (s) and ring carrier on the one hand (in particular two gaps between each guide surface and the ring carrier) and the formation of at least one, extending transversely over the inner piston crown stiffening rib on the other (In particular, two stiffening ribs, each one stiffening rib is assigned to a guide surface) a piston according to the invention with low material usage can be constructed as required with high rigidity and yet saving material with low weight. It has been found that the construction according to the invention even makes it possible to produce and use a particularly weight-reduced aluminum piston. It is particularly preferred if the piston according to the invention is manufactured in one piece from aluminum.
In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens erstreckt sich die mindestens eine Versteifungsrippe in einem mittleren Abschnitt in axialer Richtung von dem inneren Kolbenboden aus so weit, dass eine Kolbenbolzennabe in der Versteifungsrippe ausgebildet ist. Als mittlerer Abschnitt wird dabei insbesondere der Bereich innerhalb von zwei auf gegenüberliegend angeordneten Führungsflächen bezeichnet. In a practical embodiment of a piston according to the invention, the at least one stiffening rib extends in a central portion in the axial direction from the inner piston head so far that a piston pin hub is formed in the stiffening rib. In this case, in particular the region within two on oppositely arranged guide surfaces is referred to as the middle section.
Vorzugsweise erstrecken sich zwei oder mehr Versteifungsrippen, insbesondere zwei parallel zueinander ausgebildete Versteifungsrippen, in axialer Richtung so weit, dass in diesen Preferably, two or more stiffening ribs, in particular two mutually parallel stiffening ribs, extend in the axial direction so far that in this
Versteifungsrippen selbst jeweils eine Kolbenbolzennabe ausgebildet ist. Über die Stiffening ribs itself each have a piston pin hub is formed. About the
Kolbenbolzennabe werden bei Einsatz des Kolbens in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine insbesondere über einen eingesetzten Kolbenbolzen Kräfte von dem Kolben auf ein Pleuel übertragen, um in bekannter Weise eine Kurbelwelle anzutreiben. Mit einer Versteifungsrippe, zwei Versteifungsrippen oder mehr Versteifungsrippen kann eine materialsparende, aber zugleich steife Gesamtstruktur erzielt werden, mittels welcher der Kolben auch bei hohen Kolbenkräften gut im Zylinder geführt ist, wodurch eine verlustarme Kraftübertragung ermöglicht wird. When the piston is used in a reciprocating internal combustion engine, piston pin bosses are transmitted, in particular via an inserted piston pin, from the piston to a connecting rod in order to drive a crankshaft in a known manner. With a stiffening rib, two stiffening ribs or more stiffening ribs a material-saving, but at the same time stiff overall structure can be achieved, by means of which the piston is guided well in the cylinder even at high piston forces, whereby a low-loss power transmission is possible.
Das Kolbenhemd ist insbesondere über die mindestens eine Versteifungsrippe mit dem The piston skirt is in particular on the at least one stiffening rib with the
Ringträger verbunden. Darüber hinaus können ein Verbindungsabschnitt oder mehrere Ring carrier connected. In addition, one connection section or more
Verbindungsabschnitte vorgesehen sein, die ebenfalls mit dem Ringträger verbunden sind. Diesbezüglich wird insbesondere auf eine Gestaltung verwiesen, bei welcher zwei gegenüber angeordnete Führungsflächen über zwei Verbindungsabschnitte miteinander zu einer rahmenartigen Struktur verbunden sind und die Verbindungsabschnitte jeweils zumindest teilweise mit dem inneren Kolbenboden verbunden sind. Dabei können sich die Be provided connecting portions, which are also connected to the ring carrier. In this regard, reference is made in particular to a design in which two oppositely disposed guide surfaces are connected to one another via two connecting sections to form a frame-like structure and the connecting sections are each connected at least partially to the inner piston head. This can be the
Verbindungsabschnitte insbesondere über eine Kolbenbolzennabe hinweg quer über den Durchmesser eines Kolbens erstrecken. Wenn der Ringträger, insbesondere der innere Connecting portions across a particular piston piston hub across the Extend diameter of a piston. When the ring bearer, especially the inner
Kolbenboden des Ringträgers, zusätzlich mit einem Verbindungsabschnitt oder zwei Piston bottom of the ring carrier, in addition to a connecting section or two
Verbindungsabschnitten verbunden ist, insbesondere im Bereich von Kolbenbolzennaben, wird die Gesamtsteifigkeit des Kolbens weiter erhöht bzw. die Belastung der Versteifungsrippen kann reduziert werden, so dass durch entsprechende Auslegung der Versteifungsrippen eine weitere Gewichtsoptimierung erfolgen kann. Dabei kann die Verbindung ausschließlich mittelbar über ein weiteres Element realisiert sein, insbesondere über eine Versteifungsrippe, und/oder unmittelbar realisiert sein, indem die Verbindungsabschnitte zumindest teilweise direkt an dem Kolbenboden angebunden sind. Dabei ist es bevorzugt, wenn eine solche Anbindung sich auf vom Außenumfang des Kolbens beabstandete Bereiche beschränkt, insbesondere auf mittlere Bereiche um eine Kolbenbolzennabe herum bzw. zwei oder mehr Kolbenbolzennaben herum. Connected connecting portions, in particular in the area of piston pin bosses, the overall stiffness of the piston is further increased or the load of the stiffening ribs can be reduced, so that by appropriate design of the stiffening ribs can be carried out further weight optimization. In this case, the connection can be realized only indirectly via a further element, in particular via a stiffening rib, and / or be realized directly by the connecting portions are at least partially connected directly to the piston crown. In this case, it is preferred if such a connection is limited to areas spaced from the outer circumference of the piston, in particular to central areas around a piston pin hub or two or more piston pin bosses.
Um die Wärmeübertragung zwischen dem Ringträger und den Führungsflächen gering zu halten und dennoch eine gute Festigkeit zu erzielen, ist der mindestens eine In order to keep the heat transfer between the ring carrier and the guide surfaces low and still achieve good strength, which is at least one
Verbindungsabschnitt vorzugsweise über eine kleinere Fläche an den inneren Kolbenboden angebunden als eine korrespondierende Versteifungsrippe. Connecting portion preferably connected via a smaller area to the inner piston crown as a corresponding stiffening rib.
Alternativ oder in Ergänzung ist der Verbindungsabschnitt nur in einem inneren Bereich des Kolbenbodens mit diesem verbunden, d.h. in einem von dem Außenumfang des Kolbens beabstandeten Bereich, insbesondere in einem Bereich, der sich bei einem mit einer durch einen ringförmigen Außenrand begrenzten Vertiefung innerhalb des Außenrandes des inneren Kolbenbodens befindet. Alternatively or in addition, the connecting portion is connected to it only in an inner region of the piston crown, i. in a region spaced from the outer circumference of the piston, in particular in a region located at a recess defined by an annular outer edge within the outer edge of the inner piston crown.
Wiederum alternativ oder in Ergänzung erstreckt sich der Verbindungsabschnitt insbesondere nur über einen die Kolbenbolzennabe umgebenden Bereich, beispielsweise über eine Länge, die etwas größer ist als der Durchmesser der Kolbenbolzennabe, z.B. maximal das 1 , 1-fache, maximal das 1 ,2-fache oder maximal das 1 ,3-fache des Durchmessers der Kolbenbolzennabe, insbesondere derart, dass sich der Verbindungsabschnitt über die Kolbenbolzennabe erstreckt und diese beidseitig in gleicher Länge überragt. Again alternatively or in addition, the connecting portion extends in particular only over a region surrounding the piston pin hub, for example over a length which is slightly larger than the diameter of the piston pin hub, e.g. a maximum of 1, 1-fold, a maximum of 1, 2-fold or a maximum of 1, 3 times the diameter of the piston pin hub, in particular such that the connecting portion extends over the piston pin hub and projects beyond this on both sides in the same length.
Die Kolbenbolzennabe ist insbesondere von einer sich senkrecht zur Axialrichtung The piston pin hub is in particular from a perpendicular to the axial direction
erstreckenden Verdickung umgeben. Die Verdickung ist vorzugsweise Teil des surrounded by extending thickening. The thickening is preferably part of
Verbindungsabschnitts, welcher an dem inneren Kolbenboden angebunden ist. Damit ergibt sich ein flächenmäßig auf einen - in radialer Richtung betrachtet - mittleren Bereich des Kolbenbodens begrenzter Kontaktbereich zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem inneren Kolbenboden des Ringträgers, was thermisch vorteilhaft ist. Wie schon erwähnt, können die Verbindungsabschnitte insbesondere derart angeordnet sein, dass eine rahmenförmige Struktur aus zwei gegenüber angeordneten bogenförmigen Connecting portion which is connected to the inner piston crown. This results in a surface area on a - viewed in the radial direction - central region of the piston crown limited contact area between the connecting portion and the inner piston crown of the ring carrier, which is thermally advantageous. As already mentioned, the connecting sections may in particular be arranged such that a frame-shaped structure consists of two oppositely arranged arcuate
Führungsflächen und zwei gegenüberliegend angeordneten Verbindungsabschnitten gebildet ist. Die zwei Versteifungsrippen sind dabei insbesondere jeweils innenseitig der Guide surfaces and two oppositely disposed connecting portions is formed. The two stiffening ribs are in particular each inside of the
Verbindungsabschnitte ausgebildet. Berechnungen haben ergeben, dass in diesem Fall eine besonders hohe Steifigkeit des Kolbens bei guten thermischen Eigenschaften erzielt wird. Denn es werden dabei insbesondere die auf die Verbindungsabschnitte wirkenden Kräfte mit Hilfe der sich innenseitig erstreckenden Versteifungsrippen verringert. Ein derartiger Kolben kann besonders vorteilhaft einstückig aus Aluminium hergestellt werden. Formed connecting portions. Calculations have shown that in this case a particularly high stiffness of the piston is achieved with good thermal properties. For in particular the forces acting on the connecting sections are reduced by means of the stiffening ribs extending on the inside. Such a piston can be made particularly advantageous in one piece of aluminum.
Eine zusätzliche Gewichtsersparnis kann in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Kolben erzielt werden, wenn der Ringträger auf der zum Kolbenhemd gerichteten Fläche, d.h. im Bereich des inneren Kolbenbodens, eine Vertiefung oder mehrere Vertiefungen aufweist. Eine solche Vertiefung kann insbesondere durch einen außenseitig des inneren Kolbenbodens ausgebildeten Außenrand begrenzt sein, vorzugsweise durch einen Außenrand, der über den gesamten Umfang des inneren Kolbenbodens eine gleichbleibende Dicke aufweist. Eine oder mehrere Vertiefungen können sich dann innerhalb des Außenrandes erstrecken. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann bei einem erfindungsgemäßen Kolben die Kolbenbodendicke, insbesondere durch Ausbildung von Vertiefungen, verringert und somit zusätzliches Gewicht eingespart werden. An additional weight saving can be achieved in connection with a piston according to the invention when the ring carrier is mounted on the surface facing the piston skirt, i. has in the region of the inner piston crown, a depression or more depressions. Such a depression may in particular be delimited by an outer edge formed on the outside of the inner piston bottom, preferably by an outer edge which has a constant thickness over the entire circumference of the inner piston bottom. One or more recesses may then extend within the outer edge. In other words, in a piston according to the invention, the piston head thickness, in particular by forming depressions, can be reduced and thus additional weight can be saved.
Wenn sich die mindestens eine Versteifungsrippe derart quer durch die Vertiefung erstreckt, dass sie jeweils über einen vollständigen sekantenartigen Abschnitt an dem inneren When the at least one stiffening rib extends across the recess such that they each have a complete secant-like portion on the inner
Kolbenboden angebunden ist, d.h. sich der sekantenartig ausgebildete Abschnitt vollständig über zwei Punkte eines Außenrandes erstreckt, ergeben sich dementsprechend Vertiefungen beidseitig der Versteifungsrippe. Piston bottom is connected, i. If the secant-like section extends completely over two points of an outer edge, corresponding recesses result on both sides of the reinforcing rib.
Vorzugsweise erstrecken sich zwei oder mehr Versteifungsrippen quer durch die Vertiefung, insbesondere vollständig sekantenartig. Preferably, two or more stiffening ribs extend transversely through the recess, in particular completely secant-like.
Durch die Ausbildung von einer Vertiefung oder mehreren Vertiefungen ist die sich in axialer Richtung erstreckende Dicke des Ringträgers reduziert, wodurch Material und Gewicht des Kolbens eingespart werden. In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist die mindestens eine Versteifungsrippe und/oder der mindestens eine Verbindungsabschnitt in Längsrichtung (d.h. in seiner The formation of a depression or a plurality of depressions reduces the thickness of the annular carrier extending in the axial direction, which saves material and weight of the piston. In a further practical embodiment, the at least one stiffening rib and / or the at least one connecting section is longitudinally (ie in its
Erstreckungsrichtung) betrachtet zum Teil gekrümmt ausgebildet. Als Längsrichtung wird die Richtung bezeichnet, in der die Versteifungsrippe bzw. der Verbindungsabschnitt quer zur Axialrichtung die größte Erstreckung aufweisen, insbesondere die Erstreckungsrichtung eines sekantenartigen Abschnitts, welcher sich quer durch den Durchmesser des Kolbens erstreckt. Extending direction) considered partially curved. The longitudinal direction refers to the direction in which the stiffening rib or the connecting section has the greatest extent transversely to the axial direction, in particular the direction of extension of a secant-like section which extends transversely through the diameter of the piston.
Insbesondere weisen die Versteifungsrippe und/oder der mindestens eine In particular, the stiffening rib and / or the at least one
Verbindungsabschnitt einen omegaförmigen und/oder bogenförmigen und vorzugsweise nach außen gekrümmten Verlauf auf. Durch einen omegaförmigen und/oder bogenförmigen, insbesondere nach außen gekrümmten Verlauf kann eine verbesserte Biegesteifigkeit der Versteifungsrippe und des Kolbens als Ganzes erzielt werden, insbesondere zur Aufnahme von Kräften, die von dem Kolben über einen Kolbenbolzen auf ein Pleuel übertragen werden sollen. Connecting portion on an omega-shaped and / or curved and preferably curved outward course. By an omega-shaped and / or arcuate, in particular outwardly curved course improved flexural rigidity of the reinforcing rib and the piston can be achieved as a whole, in particular for receiving forces to be transmitted from the piston via a piston pin on a connecting rod.
Vorzugsweise weist die Versteifungsrippe einen Verlauf derart auf, dass die Versteifungsrippe in Längsrichtung betrachtet im Bereich der Kolbenbolzennabe in eine die Kolbenbolzennabe innenseitig umgebende Verdickung übergeht und in einem äußeren Bereich des inneren Kolbenbodens von dem Verbindungsabschnitt beabstandet angeordnet ist. Bevorzugt ist die Dicke der Versteifungsrippe außenseitig vergrößert, d.h. insbesondere dort, wo die Preferably, the stiffening rib has a profile such that viewed in the longitudinal direction, the stiffening rib in the region of the piston pin hub merges into a thickening surrounding the piston pin hub on the inside and is arranged at a distance from the connecting portion in an outer region of the inner piston crown. Preferably, the thickness of the stiffening rib is externally enlarged, i. especially where the
Versteifungsrippe sich dem Außenrand des inneren Kolbenbodens annähert und/oder an den Außenrand des inneren Kolbenbodens angrenzt. Stiffening rib approaches the outer edge of the inner piston crown and / or adjacent to the outer edge of the inner piston crown.
Vorzugsweise sind an einem erfindungsgemäßen Kolben zwei Kolbenbolzennaben vorgesehen, wobei jede Kolbenbolzennabe sich jeweils auch durch eine mit dieser Kolbenbolzennabe korrespondierende Versteifungsrippe erstreckt. Weiter vorzugsweise bilden der Preferably, two piston pin bosses are provided on a piston according to the invention, each piston pin hub extending in each case also by a stiffening rib corresponding to this piston pin boss. Further preferably form the
Verbindungsabschnitt und eine korrespondierende Versteifungsrippe im Bereich der Connecting portion and a corresponding reinforcing rib in the area of
Kolbenbolzennabe eine Einheit, d.h. die Kolbenbolzennabe erstreckt sich übergangslos durch den Verbindungsabschnitt und die korrespondierende Versteifungsrippe. Kräfte, die über einen Kolbenbolzen zwischen Kolben und einem Pleuel übertragen werden, verteilen sich damit auf den Verbindungsabschnitt und die korrespondierende Versteifungsrippe, die jeweils eine gemeinsame hohlzylindrische Lagerfläche für den Kolbenbolzen bereitstellen. Piston pin hub one unit, i. the piston pin hub extends seamlessly through the connecting portion and the corresponding stiffening rib. Forces, which are transmitted via a piston pin between the piston and a connecting rod, are thus distributed to the connecting portion and the corresponding stiffening rib, each providing a common hollow cylindrical bearing surface for the piston pin.
Außenseitig einer Kolbenbolzennabe bzw. jeder Kolbenbolzennabe - und optional auch innenseitig - erstreckt sich in einer weiteren praktischen Ausführungsform jeweils eine in Durchführrichtung des Kolbenbolzens hervorragende Verdickung, insbesondere über den vollen Umfang der Kolbenbolzennabe. Die Verdickung erstreckt sich vorzugsweise von einem mittleren Abschnitt des inneren Kolbenboden aus und ist weiter bevorzugt insbesondere kreisbogenförmig um die Kolbenbolzennabe herum ausgebildet. Mit einer solchen Verdickung kann zum einen eine zusätzliche Versteifung des Bereiches der Kolbenbolzennabe erfolgen und zum anderen mittlere Anbindungsbereiche von Verbindungsabschnitten vergrößert werden. On the outside of a piston pin hub or each piston pin hub - and optionally also on the inside - extends in a further practical embodiment each one in the direction of the piston pin excellent thickening, in particular over the full circumference of the piston pin hub. The thickening preferably extends from one middle portion of the inner piston crown and is more preferably formed in particular a circular arc around the piston pin hub around. With such a thickening, on the one hand, additional reinforcement of the area of the piston pin hub can take place and, on the other hand, medium connection areas of connecting sections can be increased.
Eine weitere Gewichtsersparnis kann erzielt werden, wenn die mindestens eine Führungsfläche des erfindungsgemäßen Kolbens mindestens eine Ausnehmung aufweist, welche die A further weight saving can be achieved if the at least one guide surface of the piston according to the invention has at least one recess, which the
Führungsfläche auf zwei oder mehr Teil-Führungsflächen reduziert. Grundsätzlich kann an jeder Führungsfläche eines Kolbens Gewicht eingespart werden, wenn durch die Ausbildung von einer oder mehreren Ausnehmungen (z.B. in Form von Vertiefungen, Einschnitten etc.) weniger Material erforderlich ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich aber erwiesen, eine erste Guide surface reduced to two or more partial guide surfaces. In principle, weight can be saved on each guide surface of a piston if less material is required by the formation of one or more recesses (for example in the form of recesses, cuts, etc.). It has proven to be particularly advantageous, a first
Führungsfläche ohne Ausnehmung(en) so groß auszubilden, dass die auftretenden Guide surface without recess (s) form so large that the occurring
Führungskräfte sicher aufgenommen werden können, und eine zweite Führungsfläche, die aufgrund ihrer Anordnung in einem Zylinder einer geringen Belastung ausgesetzt ist, mit einer oder mehreren Ausnehmungen zu versehen, um das Gewicht weiter zu reduzieren. Die eine Ausnehmung oder mehrere Ausnehmungen soll(en) insoweit bewirken, dass die Leaders can be safely absorbed, and to provide a second guide surface, which is exposed due to their arrangement in a cylinder under a low load, with one or more recesses in order to further reduce the weight. The one or more recesses should (s) cause so far that the
Führungsfläche in Teil-Führungsflächen aufgeteilt werden, die in Summe kleiner sind als eine gegenüberliegende Führungsfläche. Guide surface are divided into partial guide surfaces, which are smaller in total than an opposite guide surface.
Insbesondere wird auf die Möglichkeit der Verkleinerung einer Führungsfläche durch In particular, it is possible to reduce the size of a guide surface
Ausbildung von zwei Teil-Führungsflächen verwiesen, indem eine obere, näher am inneren Kolbenboden angeordnete erste Teil-Führungsfläche und eine untere, weiter vom inneren Kolbenboden entfernte Teil-Führungsfläche ausgebildet wird. Die Ausbildung derartiger Teil- Führungsflächen ist insbesondere auf der sogenannten Gegendruckseite einer Forming two part-guide surfaces referenced by an upper, closer to the inner piston bottom arranged first part-guide surface and a lower, further from the inner piston bottom remote part-guide surface is formed. The formation of such partial guide surfaces is in particular on the so-called counter-pressure side of a
Hubkolbenbrennkraftmaschine möglich, die im eingebauten Zustand des Kolbens einer geringeren Belastung ausgesetzt ist. Dabei ist die obere Teil-Führungsfläche vorzugsweise größer als die untere Teil-Führungsfläche. Reciprocating internal combustion engine possible, which is exposed in the installed state of the piston of a lower load. In this case, the upper part guide surface is preferably larger than the lower part guide surface.
Die Erfindung betrifft auch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem wie vorstehend beschriebenen Kolben. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Kolben, wobei mindestens eine Führungsfläche mindestens eine Ausnehmung aufweist, welche die Führungsfläche in zwei Teil-Führungsflächen reduziert. Die Teil-Führungsflächen sind dabei derart angeordnet, dass sie auf der Gegendruckseite angeordnet sind. Die Gegendruckseite wird dabei als die Seite eines Kolbens bezeichnet, an welcher der Kolben während der The invention also relates to a reciprocating internal combustion engine with a piston as described above. In particular, the invention relates to an internal combustion engine with a piston, wherein at least one guide surface has at least one recess, which reduces the guide surface in two partial guide surfaces. The partial guide surfaces are arranged such that they are arranged on the counter-pressure side. The counter-pressure side is referred to as the side of a piston on which the piston during the
Expansionsphase nach Durchlaufen des oberen Totpunkts nicht anliegt. Die Seite des Expansion phase after passing through top dead center is not present. The side of the
Zylinders, an welcher der Kolben mit der Führungsfläche während der Expansionsphase nach dem unteren Totpunkt anliegt, wird als Druckseite bezeichnet. Auf der Druckseite wirken üblicherweise höhere Kräfte zwischen Zylinderwand und Kolben. Cylinder, on which the piston with the guide surface during the expansion phase after the bottom dead center, is referred to as the pressure side. On the pressure side usually higher forces between cylinder wall and piston act.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Further practical embodiments of the invention are described below in conjunction with the drawings. Show it:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben in einer ersten Ausführungsform in einer 1 shows a piston according to the invention in a first embodiment in a
perspektivischen Ansicht,  perspective view,
Fig. 2 den Kolben aus Fig. 1 in einer Seitenansicht gemäß Pfeil II aus Fig. 1 , 2 shows the piston of FIG. 1 in a side view according to arrow II of FIG. 1,
Fig. 3 den Kolben aus Fig. 1 und 2 in einem Längsschnitt gemäß der Schnittlinie III-III aus Fig. 3 shows the piston of Fig. 1 and 2 in a longitudinal section along the section line III-III
Fig. 1 ,  Fig. 1,
Fig. 4 den Kolben aus Fig. 1 bis 3 in einer Ansicht von unten gemäß Pfeil IV aus Fig. 1 , 4 shows the piston of FIGS. 1 to 3 in a view from below according to arrow IV of FIG. 1,
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens in einer Fig. 5 shows a second embodiment of a piston according to the invention in one
perspektivischen Ansicht von schräg unten,  perspective view from diagonally below,
Fig. 6 den Kolben aus Fig. 5 in einer Seitenansicht analog zu Pfeil II aus Fig. 1 , 5 shows the piston from FIG. 5 in a side view analogous to arrow II from FIG. 1, FIG.
Fig. 7 den Kolben aus Fig. 5 und 6 in einem Längsschnitt analog zur Schnittlinie III-III in Fig. 7 shows the piston of Fig. 5 and 6 in a longitudinal section analogous to the section line III-III in
Fig. 1 , und  Fig. 1, and
Fig. 8 eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem darin angeordneten Fig. 8 is a reciprocating internal combustion engine having disposed therein
erfindungsgemäßen Kolben in einer schematischen Darstellung.  piston according to the invention in a schematic representation.
In Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 wird zunächst eine erste Ausführungsform eines In conjunction with FIGS. 1 to 4, a first embodiment of a first
erfindungsgemäßen Kolbens 10 beschrieben. Der gezeigte Kolben 10 ist in dem piston 10 according to the invention described. The piston 10 shown is in the
Ausführungsbeispiel einstückig aus Aluminium hergestellt. Er kann aber alternativ (nicht dargestellt) auch mehrteilig gefertigt sein. Unabhängig davon kann er alternativ oder in Embodiment made in one piece from aluminum. But it can alternatively (not shown) also be made in several parts. Regardless of this he may alternatively or in
Ergänzung auch aus anderen Werkstoffen hergestellt sein, z.B. aus Stahlwerkstoffen. Supplement also be made of other materials, e.g. made of steel materials.
Der Kolben 10 umfasst einen Ringträger 12, welcher in dieser Ausführungsform insgesamt vier sich über den Außenumfang des Ringträgers 12 erstreckende Vertiefungen in Form von Nuten 14 aufweist. Drei dieser Nuten 14 - die erste (oberste), die dritte und die vierte (unterste) - sind sogenannte Ringnuten, die zur Anordnung von Kolbenringen (nicht dargestellt) und/oder sonstiger Dichtelemente dienen (vgl. Fig. 2). Die zweite dargestellte Nut 14, welche eine geringere radiale Tiefe aufweist als die übrigen Nuten, ist eine optionale Entlastungsnut. Der Ringträger 12 weist einen äußeren Kolbenboden 16 auf, welcher im Einbauzustand des Kolbens 10 in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zu einem Brennraum gerichtet ist und diesen begrenzt. Auf der dem äußeren Kolbenboden 16 gegenüberliegenden Seite ist ein innerer Kolbenboden 18 ausgebildet, welcher im Einbauzustand des Kolbens 10 in einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dem Brennraum abgewandt ist. The piston 10 comprises a ring carrier 12, which in this embodiment has a total of four depressions in the form of grooves 14 extending over the outer circumference of the ring carrier 12. Three of these grooves 14 - the first (top), the third and the fourth (bottom) - are so-called annular grooves, which serve for the arrangement of piston rings (not shown) and / or other sealing elements (see Fig. 2). The second illustrated groove 14, which has a smaller radial depth than the remaining grooves, is an optional relief groove. The ring carrier 12 has an outer piston head 16, which is directed in the installed state of the piston 10 in a reciprocating internal combustion engine to a combustion chamber and limits this. On the opposite side of the outer piston head 16 an inner piston head 18 is formed, which faces away from the combustion chamber in the installed state of the piston 10 in a reciprocating internal combustion engine.
Wie in den Fig. 1 bis 3 gut zu erkennen ist, erstreckt sich ausgehend von dem inneren As can be clearly seen in FIGS. 1 to 3, extending from the inner
Kolbenboden 18 in axialer Richtung des Kolbens 10 ein Kolbenhemd 20. Das Kolbenhemd 20 umfasst zwei einander gegenüberliegende, sich jeweils über einen Bogenabschnitt in Piston bottom 18 in the axial direction of the piston 10, a piston skirt 20. The piston skirt 20 comprises two opposing, each having an arc section in
Umfangsrichtung des Kolbens 10 betrachtet erstreckende Führungsflächen 22. Die Circumferential direction of the piston 10 considered extending guide surfaces 22. Die
Führungsflächen 22 erstrecken sich vorliegend jeweils über einen Bogenabschnitt von etwa 60°. Wie in den Fig. 2 und 3 gut zu erkennen ist, berühren die Führungsflächen 22 den inneren Kolbenboden 18 nicht, weil die Führungsflächen 22 so ausgebildet sind, dass sich zwischen den Führungsflächen 22 und dem inneren Kolbenboden 18 ein durchgängiger Spalt 24 ausgebildet ist. Die Höhe Hs des Spaltes 24 beträgt vorliegend in axialer Richtung A betrachtet etwa 1-2 mm (vgl. Fig. 3). In the present case, guide surfaces 22 each extend over an arc section of approximately 60 °. As can be clearly seen in FIGS. 2 and 3, the guide surfaces 22 do not touch the inner piston head 18 because the guide surfaces 22 are formed such that a continuous gap 24 is formed between the guide surfaces 22 and the inner piston head 18. The height H s of the gap 24 in the present case is approximately 1-2 mm when viewed in the axial direction A (see FIG. 3).
Die sich gegenüberliegenden Führungsflächen 22 sind durch zwei Verbindungsabschnitte 26 verbunden, welche sich jeweils zwischen den Führungsflächen 22 erstrecken. Die The opposing guide surfaces 22 are connected by two connecting portions 26 which each extend between the guide surfaces 22. The
Verbindungsabschnitte 26 erstrecken sich dabei jeweils zwischen den in Umfangsrichtung betrachtet äußeren Enden der Führungsflächen 22. Die Verbindungsabschnitte 26 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander und beabstandet zum Mittelpunkt M des inneren Kolbenbodens 18. Wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist, sind die Verbindungsabschnitte 26 bogenförmig ausgebildet und nach außen gekrümmt. Wie ferner in Fig. 4 gut zu erkennen ist, bilden die zwei Führungsflächen 22 und die sich zwischen den Führungsflächen 22 Connecting portions 26 each extend between the circumferentially outer ends of the guide surfaces 22. The connecting portions 26 extend substantially parallel to each other and spaced from the center M of the inner piston crown 18. As can be clearly seen in Fig. 4, the connecting portions 26 are arcuate and curved outwards. As can also be clearly seen in FIG. 4, the two guide surfaces 22 and which form between the guide surfaces 22 form
erstreckenden Verbindungsabschnitte 26 eine rahmenförmige Struktur. extending connecting portions 26 a frame-shaped structure.
In den Verbindungsabschnitten 26 sind im Querschnitt kreisförmige Kolbenbolzennaben 28 ausgebildet, welche zum Einführen eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) dienen. Ausgehend von den Verbindungsabschnitten 26 ist jeweils außenseitig und innenseitig der In the connecting portions 26 circular piston pin bosses 28 are formed in cross-section, which serve for introducing a piston pin (not shown). Starting from the connecting portions 26 is on the outside and inside of the
Kolbenbolzennaben 28 eine außenseitige Verdickung 30a und eine innenseitige Verdickung 30b ausgebildet. Die Verdickungen 30a, 30b erstrecken sich ausgehend von einem mittleren Abschnitt des inneren Kolbenbodens 18 über den vollen Umfang der kreisförmigen Kolbenbolzennabe 28. Piston pin bosses 28 an outside thickening 30a and an inside thickening 30b formed. The thickenings 30a, 30b extend from a central one Section of the inner piston crown 18 over the full circumference of the circular piston pin hub 28th
Die Verbindungsabschnitte 26 sind an dem inneren Kolbenboden 18 nur in einem mittleren Bereich angebunden, der sich jeweils über die Kolbenbolzennaben 28 und die Verdickungen 30a, 30b erstreckt. The connecting portions 26 are connected to the inner piston crown 18 only in a central region which extends in each case via the piston pin bosses 28 and the thickenings 30a, 30b.
An dem Kolben 10 sind auch zwei Versteifungsrippen 32 ausgebildet, welche sich - wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist - quer über den inneren Kolbenboden 18 erstrecken. In der On the piston 10, two stiffening ribs 32 are formed, which - as can be clearly seen in Fig. 4 - extend transversely across the inner piston crown 18. In the
Schnittdarstellung in Fig. 3 ist eine solche Versteifungsrippe 32 gut zu erkennen. Dabei ist auch gut erkennbar, dass die Versteifungsrippe 32 über ihre gesamte Erstreckung in ihrer Sectional view in Fig. 3, such a stiffening rib 32 is easy to see. It is also clearly visible that the stiffening rib 32 over its entire extent in her
Längsrichtung mit dem inneren Kolbenboden 18 verbunden ist. In dem gezeigten Longitudinal direction is connected to the inner piston head 18. In the shown
Ausführungsbeispiel entspricht die sich in axialer Richtung A erstreckende Höhe der Embodiment corresponds to the extending in the axial direction A height of
Versteifungsrippe 32 ungefähr der Tiefe T der Vertiefung in dem an einen Außenrand 36 des inneren Kolbenbodens 18 angrenzenden Abschnitt, so dass die Versteifungsrippe 32 außenseitig in den Außenrand 36 übergeht. Stiffening rib 32 approximately the depth T of the recess in the adjacent to an outer edge 36 of the inner piston crown 18 portion so that the stiffening rib 32 on the outside merges into the outer edge 36.
Wie Fig. 4 zu erkennen ist, weisen die Versteifungsrippen 32 einen omegaförmigen Verlauf in Erstreckungsrichtung auf, wobei sie in einem mittleren Bereich jeweils nach außen gekrümmt sind. Die beiden Versteifungsrippen 32 sind spiegelsymmetrisch zueinander bezüglich einer durch dem Mittelpunkt M verlaufenden Spiegelachse ausgebildet. In den äußeren Bereichen, welche an den Außenrand 36 angrenzen, weisen die Versteifungsrippen 32 eine größere Dicke auf. Die Dicke der Versteifungsrippen 32 beträgt in dem Ausführungsbeispiel in den äußeren Abschnitten ca. 9 mm bei einem Kolbendurchmesser zwischen 70 mm und 80 mm. Bevorzugt liegt die Dicke der Versteifungsrippen 32 in den äußeren Bereichen zwischen 5 Prozent und 30 Prozent des Kolbendurchmessers, besonders bevorzugt zwischen 10 Prozent und 20 Prozent. As can be seen in FIG. 4, the stiffening ribs 32 have an omega-shaped profile in the direction of extent, wherein they are respectively curved outward in a central region. The two stiffening ribs 32 are mirror-symmetrical to one another with respect to a mirror axis extending through the center M. In the outer regions, which adjoin the outer edge 36, the stiffening ribs 32 have a greater thickness. The thickness of the stiffening ribs 32 in the embodiment in the outer sections is about 9 mm with a piston diameter between 70 mm and 80 mm. Preferably, the thickness of the stiffening ribs 32 in the outer regions is between 5 percent and 30 percent of the piston diameter, more preferably between 10 percent and 20 percent.
Der Kolbendurchmesser eines erfindungsgemäßen Kolbens 10 liegt vorzugsweise zwischen 40 mm und 200 mm, weiter bevorzugt zwischen 60 mm und 150 mm und besonders bevorzugt zwischen 80 mm und 120 mm. The piston diameter of a piston 10 according to the invention is preferably between 40 mm and 200 mm, more preferably between 60 mm and 150 mm and particularly preferably between 80 mm and 120 mm.
Die Versteifungsrippen 32 sind innenseitig der Verbindungsabschnitte 26 ausgebildet und sind im Wesentlichen parallel zu den Verbindungsabschnitten 26 orientiert. In einem mittleren Bereich bilden jeweils die Versteifungsrippe 32 und die innenseitige Verdickung 30b eine Einheit, d.h. sie sind unmittelbar miteinander verbunden, so dass innenseitig eine The stiffening ribs 32 are formed on the inside of the connecting portions 26 and are oriented substantially parallel to the connecting portions 26. In a middle region, each of the stiffening rib 32 and the inside thickening 30b form one unit, i. they are directly connected to each other, so that inside a
durchgehende Kolbenbolzennabe 28 mit einer hohlzylindrischen Form ausgebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform weisen diese Einheiten jeweils eine Dicke D von ca. 20 Prozent des Kolbendurchmessers auf. Bevorzugt liegt die Dicke D bei 10 Prozent bis 30 Prozent des Kolbendurchmessers. continuous piston pin hub 28 is formed with a hollow cylindrical shape. In the shown embodiment, these units each have a thickness D of about 20 percent of the piston diameter. Preferably, the thickness D is 10 percent to 30 percent of the piston diameter.
In den außenseitigen Bereichen sind die Versteifungsrippen 32 beabstandet zu den In the outside areas, the stiffening ribs 32 are spaced from the
Verbindungsabschnitten 26 ausgebildet. Auch die Versteifungsrippen 32 sind vom Mittelpunkt M des inneren Kolbenbodens 18 beabstandet. Connecting portions 26 formed. The stiffening ribs 32 are also spaced from the center M of the inner piston crown 18.
Der Ringträger 12 weist auf der zum Kolbenhemd 20 gerichteten Fläche Vertiefungen 34 auf. Die Vertiefungen 34 sind innenseitig des kreisförmigen Außenrandes 36 ausgebildet, welcher sich außenseitig über den gesamten Umfang des Kolbens 12 erstreckt und eine konstante Dicke aufweist. Die Vertiefungen 34 sind durch die Versteifungsrippen 32 und die The ring carrier 12 has recesses 34 on the surface facing the piston skirt 20. The depressions 34 are formed on the inside of the circular outer edge 36, which extends on the outside over the entire circumference of the piston 12 and has a constant thickness. The recesses 34 are through the stiffening ribs 32 and the
Verbindungsabschnitte 26 voneinander separiert. Wie in Fig. 4 erkennbar ist, ergeben sich dadurch insgesamt sieben Bereiche mit Vertiefungen 34, wenn berücksichtigt wird, dass die jeweils mit zwei zusammenhängenden Pfeilen gekennzeichneten Vertiefungen 34 sich auch über den jeweiligen Bereich erstrecken, welcher in Fig. 4 von dem jeweils äußeren Bereich des Verbindungsabschnitts 26 verdeckt ist. Mit den zusammenhängenden Pfeilen ist daher jeweils nur eine zusammenhängende Vertiefung 34 gekennzeichnet. Connection sections 26 separated from each other. As can be seen in FIG. 4, this results in a total of seven regions with depressions 34, if it is taken into account that the depressions 34, each marked with two connected arrows, also extend over the respective region, which in FIG. 4 extends from the respective outer region of the connecting portion 26 is hidden. Therefore, only one contiguous recess 34 is marked with the connected arrows.
Die Form und Geometrie der Versteifungsrippen 32 in einer Ansicht senkrecht auf die The shape and geometry of the stiffening ribs 32 in a view perpendicular to the
Erstreckungsrichtung der Versteifungsrippen 32 ist in Fig. 3 gut erkennbar. Die Extension direction of the stiffening ribs 32 is clearly visible in FIG. The
Versteifungsrippe 32 erstreckt sich außenseitig jeweils ausgehend von der Innenseite des Außenrandes 36 innerhalb der Vertiefung 34 in Querrichtung und ist dazwischen bogenförmig derart ausgebildet, dass die Kolbenbolzennabe 28 umschlossen ist, so dass sich die Stiffening rib 32 extends on the outside in each case starting from the inside of the outer edge 36 within the recess 34 in the transverse direction and is arc-shaped therebetween such that the piston pin hub 28 is enclosed, so that the
Kolbenbolzennabe 28 auch durch die Versteifungsrippe 32 hindurch erstreckt. Piston pin hub 28 extends through the stiffening rib 32 therethrough.
In den Fig. 5 bis 7 ist eine zweite Ausführungsform eines Kolbens 10 dargestellt. Zur FIGS. 5 to 7 show a second embodiment of a piston 10. to
Beschreibung der zweiten Ausführungsform werden für identische oder zumindest Description of the second embodiment will be given for identical or at least
funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet, wie zur Beschreibung der ersten Ausführungsform. Soweit nicht anders beschrieben oder gezeigt, ist der Kolben 10 gemäß der zweiten Ausführungsform gemäß den Fig. 5 bis 7 identisch wie der Kolben 10 der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4 aufgebaut. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zwischen der zweiten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform eingegangen. Auch der Kolben 10 der zweiten Ausführungsform weist einen Ringträger 12 und ein sich davon in axialer Richtung erstreckendes Kolbenhemd 20 mit zwei sich über einen Bogenabschnitt erstreckenden Führungsflächen 22 auf. Eine der Führungsflächen 22 ist vorliegend durch eine Ausnehmung 38 in zwei Teil-Führungsflächen 40, 42 geteilt, nämlich eine obere Teil- Führungsfläche 40, welche näher am inneren Kolbenboden 18 angeordnet ist, und eine untere Teil-Führungsfläche 42, welche weiter vom inneren Kolbenboden 18 entfernt ist. Dabei weist die obere Teil-Führungsfläche 40 eine größere, sich in axialer Richtung erstreckende Höhe auf als die untere Teil-Führungsfläche 42. Die sich in axialer Richtung erstreckende Höhe der functionally identical elements the same reference numerals used as for the description of the first embodiment. Unless otherwise described or shown, the piston 10 according to the second embodiment according to FIGS. 5 to 7 is identical to the piston 10 of the first embodiment according to FIGS. 1 to 4 constructed. In the following, only the differences between the second embodiment and the first embodiment will be discussed. The piston 10 of the second embodiment also has a ring carrier 12 and a piston skirt 20 extending therefrom in the axial direction with two guide surfaces 22 extending over an arc section. One of the guide surfaces 22 is presently divided by a recess 38 into two partial guide surfaces 40, 42, namely an upper part guide surface 40, which is arranged closer to the inner piston head 18, and a lower part guide surface 42, which further from the inner piston bottom 18 is removed. In this case, the upper part-guide surface 40 has a greater, extending in the axial direction height than the lower part-guide surface 42. The extending in the axial direction of the height
Ausnehmung 38 entspricht dabei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in etwa der Höhe der oberen Teil-Führungsfläche 40. Recess 38 corresponds to approximately the height of the upper part of the guide surface 40 in the embodiment shown.
In Fig. 8 ist schematisch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Brennraum 44 in Form eines Zylinders und einem darin angeordneten Kolben 10 dargestellt. Der Kolben 10 ist mittels eines Pleuels 46 mit einer Kurbelwelle 48 verbundenen. Der Kolben 10 gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform wird derart in dem Brennraum 44 angeordnet, dass die Führungsfläche mit den Teil-Führungsflächen 40, 42 auf einer Gegendruckseite 50 angeordnet ist, und die durchgängige Führungsfläche 22 auf einer Druckseite 52 angeordnet ist. Die Druckseite 52 entspricht dabei derjenigen Seite, an welcher der Kolben 10 mit der durchgängigen Führungsfläche 22 während der Expansionsphase nach Durchlaufen des oberen Totpunkts (OT) anliegt, d.h. in Fig. 8 die linke Seite, wenn sich die Kurbelwelle 48 im Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 54 dreht. FIG. 8 schematically shows a reciprocating internal combustion engine with a combustion chamber 44 in the form of a cylinder and a piston 10 arranged therein. The piston 10 is connected by means of a connecting rod 46 with a crankshaft 48. The piston 10 according to the second embodiment described above is arranged in the combustion chamber 44 such that the guide surface with the partial guide surfaces 40, 42 is arranged on a counter-pressure side 50, and the continuous guide surface 22 is arranged on a pressure side 52. The pressure side 52 corresponds to that side on which the piston 10 with the continuous guide surface 22 during the expansion phase after passing through the top dead center (TDC) is applied, i. in Fig. 8, the left side when the crankshaft 48 rotates clockwise in the direction of arrow 54.
Die in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden. The features of the invention disclosed in the drawings as well as in the claims may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments. The invention may be varied within the scope of the claims and in consideration of the knowledge of the person skilled in the art.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Kolben piston
Ringträger  Ringbearer
Nut (Vertiefung)  Groove (recess)
äußerer Kolbenboden  outer piston bottom
innerer Kolbenboden  inner piston bottom
Kolbenhemd  skirt
Führungsfläche  guide surface
Spalt  gap
Verbindungsabschnitt  connecting portion
Kolbenbolzennabe piston pin
a außenseitige Verdickunga outside thickening
b innenseitige Verdickung b inside thickening
Versteifungsrippe  stiffening rib
Vertiefung  deepening
Außenrand  outer edge
Ausnehmung  recess
obere Teil-Führungsfläche  upper part guide surface
untere Teil-Führungsfläche  lower part guide surface
Brennraum  combustion chamber
Pleuel  pleuel
Kurbelwelle  crankshaft
Gegendruckseite  Thrust side
Druckseite  pressure side
Pfeil (Drehrichtung)  Arrow (direction of rotation)

Claims

Patentansprüche claims
1. Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine umfassend einen Ringträger (12) mit einem äußeren Kolbenboden (16) und mit einem inneren Kolbenboden (18), und ein sich von dem inneren Kolbenboden (18) in axialer Richtung erstreckendes Kolbenhemd (20), wobei das Kolbenhemd (20) mindestens eine zumindest teilweise bogenförmig ausgebildete Führungsfläche (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsfläche (22) in dem bogenförmig ausgebildeten Bereich gegenüber dem sich in axialer Richtung anschließenden Ringträger (12) derart beabstandet angeordnet ist, dass sich ein Spalt (24) zwischen Ringträger (12) und Führungsfläche (22) ergibt, wobei das Kolbenhemd (20) und der Ringträger (12) über mindestens eine Versteifungsrippe (32) miteinander verbunden sind, die sich quer über den inneren Kolbenboden (18) erstreckt. A piston for a reciprocating internal combustion engine comprising a ring carrier (12) with an outer piston head (16) and an inner piston head (18), and extending from the inner piston head (18) in the axial direction piston skirt (20), wherein the piston skirt (20) at least one at least partially arcuate guide surface (22), characterized in that the at least one guide surface (22) in the arcuate region opposite to the adjoining in the axial direction ring carrier (12) is arranged spaced apart such that a Gap (24) between ring carrier (12) and guide surface (22) results, wherein the piston skirt (20) and the ring carrier (12) via at least one stiffening rib (32) are interconnected, which extends across the inner piston head (18) ,
2. Kolben nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die 2. Piston according to the preceding claim, characterized in that the
mindestens eine Versteifungsrippe (32) in einem mittleren Abschnitt in axialer Richtung von dem inneren Kolbenboden (18) aus so weit erstreckt, dass eine Kolbenbolzennabe (28) in der Versteifungsrippe (32) ausgebildet ist.  at least one stiffening rib (32) extends in a central portion in the axial direction from the inner piston head (18) so far that a piston pin hub (28) in the stiffening rib (32) is formed.
3. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringträger (12) über die mindestens eine Versteifungsrippe (32) und über einen oder mehrere Verbindungsabschnitte (26) zwischen zwei Führungsflächen (22) mit dem Ringträger (12) verbunden ist. 3. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the ring carrier (12) via the at least one stiffening rib (32) and one or more connecting portions (26) between two guide surfaces (22) with the ring carrier (12) is connected.
4. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine rahmenförmige Struktur aus zwei bogenförmigen Führungsflächen (22) und zwei sich zwischen den Führungsflächen (22) erstreckenden Verbindungsabschnitten (26) gebildet ist und zwei Versteifungsrippen (32) jeweils innenseitig der Verbindungsabschnitte (26) ausgebildet sind. 4. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that a frame-shaped structure of two arcuate guide surfaces (22) and two between the guide surfaces (22) extending connecting portions (26) is formed and two stiffening ribs (32) respectively inside the connecting portions ( 26) are formed.
5. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringträger (12) auf der zum Kolbenhemd (20) gerichteten Fläche eine Vertiefung (34) aufweist und sich die mindestens eine Versteifungsrippe (32) derart quer durch die Vertiefung (34) erstreckt, dass sie jeweils außenseitig an einer Innenfläche der Vertiefung (34) angebunden ist. 5. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the ring carrier (12) on the piston skirt (20) facing surface has a recess (34) and the at least one stiffening rib (32) in such a way across the recess (34) extends, that it is in each case externally connected to an inner surface of the recess (34).
6. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 6. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the
mindestens eine Versteifungsrippe (32) und/oder der mindestens eine  at least one stiffening rib (32) and / or the at least one
Verbindungsabschnitt (26) in Längsrichtung betrachtet zum Teil gekrümmt ausgebildet ist.  Connecting portion (26) viewed in the longitudinal direction is formed partially curved.
7. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kolbenbolzennaben (28) vorgesehen sind und sich jede Kolbenbolzennabe (28) auch durch eine mit dieser Kolbenbolzennabe korrespondierende Versteifungsrippe (32) erstreckt. 7. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that two piston pin bosses (28) are provided and each piston pin hub (28) also extends through a corresponding with this piston pin stiffening rib (32).
8. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 8. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that
außenseitig einer Kolbenbolzennabe (28) eine sich in Durchführrichtung eines  on the outside of a piston pin hub (28) in the direction of a
Kolbenbolzens erstreckende Verdickung (30a, 30b) ausgebildet ist, die sich über den vollen Umfang der Kolbenbolzennabe (28) erstreckt.  Piston extending thickening (30a, 30b) is formed, which extends over the full circumference of the piston pin hub (28).
9. Kolben nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 9. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the
mindestens eine Führungsfläche (22) mindestens eine Ausnehmung (38) aufweist, welche die Führungsfläche (22) auf zwei oder mehr Teil-Führungsflächen (40, 42) reduziert.  at least one guide surface (22) has at least one recess (38) which reduces the guide surface (22) to two or more partial guide surfaces (40, 42).
10. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kolben (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. 10. reciprocating internal combustion engine with a piston (10) according to one of claims 1 to 9.
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