WO2005103473A1 - Kühlkanalabdeckung für einen kolben eines verbrennungsmotors - Google Patents

Kühlkanalabdeckung für einen kolben eines verbrennungsmotors Download PDF

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    • F02F3/16—Pistons  having cooling means

Definitions

  • the invention relates to a cooling duct cover for a piston of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • cooling channel cover consisting of two semicircular disc spring halves
  • both axially and radially directed forces are exerted on the annular wall 24.
  • These forces are maximum at the butt ends of the disc spring halves, so that the axial forces in this area lead to a non-sinusoidal deformation of the piston ring grooves, which the piston rings housed therein cannot follow, which in particular increases the oil consumption of an internal combustion engine equipped with the piston in question.
  • the radially directed and maximum forces at the abutting ends of the plate spring halves lead here to an oval cross-section deformation of the ring wall 24, which entails the risk of piston seizures.
  • the invention is based on the problem of avoiding the disadvantages of the prior art mentioned.
  • a useful embodiment of the invention is the subject of the dependent claim.
  • FIG. 1 shows a spring plate according to the prior art for closing the cooling channel of a piston for an internal combustion engine in section
  • FIG. 2 shows a spring plate according to the present invention in plan view
  • FIG. 3 shows the spring plate according to the invention in section along the line III-III in FIG 2 and Fig. 4, the spring plate according to the invention after installation in a piston.
  • Figures 2 and 4 show an annular spring plate 1 for closing the cooling channel 20 of a piston 8 for an internal combustion engine, which consists of two semicircular spring plate halves 2 and 3.
  • Each of the two spring plate halves 2, 3 has a molded part 4 and 5, the purpose of which is to secure the spring plate 1 installed in the piston 8 against rotation.
  • each of the two spring plate halves 2, 3 is provided with an opening 6 and 7 in order to introduce or discharge oil into the cooling channel.
  • Fig. 3 shows a section through the spring plate 1 along the line III-IH in Fig. 2. The formation 4 and the opening 7 can be seen.
  • the spring plate 1 has the shape of a flat funnel in the relaxed state.
  • the spring plate 1 is shown after installation in the piston 8. It can be seen that the spring plate 1 has a flat position, i.e. that it has undergone a torsion with respect to the funnel-shaped position shown in FIG. 3.
  • the torsional stress generated in this way in the spring plate 1 has the effect that its radially inner edge region 16 on the top of the piston head side, forming a first support 10, of a radially outward projection 17 of the piston base body 14 and its radially outer edge region 18 on one of a step-shaped recess 19 of the underside 15 of the ring section 13 facing away from the piston crown rests under pre-tension, and that the spring plate 1 is fixed in the piston 8.
  • the spring plate 1 has an outer radius 11 (FIG. 2) which is dimensioned such that a gap 12 (FIG. 4) is formed between the spring plate 1 and the piston 8. This ensures that damage to the spring plate 1 and the piston 8 in the area of the gap 12 is avoided in the case of relative movements between the piston 8 and the spring plate 1. In addition, the areas of the supports 9 and 10 are so large that there is minimal wear here in the case of relative movements between the piston 8 and the spring plate 1.
  • the two spring plate halves 2 and 3 are placed on the underside 15 of the ring section 13 facing away from the piston crown, are exposed on their radial inside to an axial force acting in the direction of the piston crown 21 and thereby set in torsion so far that the radially inner edge region 16 of the spring plate halves 2, 3 comes to lie above the first support 10. Then the spring plate halves 2, 3 are pushed into their position shown in FIG. 4 by means of a radially inward force.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Kühlkanalabdeckung für einen Kolben (8) eines Verbren­nungsmotors in Form eines Federbleches (1), das zur Vermeidung von Verschleiss im Bereich der Auflage (9) so bemessen ist, dass sich zwischen der radial äusseren Stirnseite des Federbleches (1) und der radial äusseren Begrenzung der stufenförmi­gen Ausnehmung (19) ein umlaufender Spalt (12) ergibt.

Description

Kühlkanalabdeckung für einen Kolben eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft eine Kühlkanalabdeckung für einen Kolben eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Patentschrift DE 42 08 037 ist es bekannt, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor im Bereich des Kolbenbodens mit einem radial außen liegenden und zum Kolbenschaft hin offenen Kühlkanal zu versehen. Zur Verbesserung der Kühlwirkung des in den Kühlkanal eingeleiteten Kühlöles wird der Kühlkanal mittels einer Kühlkanalabdeckung verschlossen, in der sich Öffnungen zum Ein- und Ausleiten des Kühlöls befinden. Bekannt ist auch, der Kühlkanalabdeckung die Form einer zweigeteilten Tellerfeder zu geben, die (siehe hierzu Fig. 1 ) an ihrem äußeren Rand 29 in einer Aussparung 22 in der Stirnseite 23 einer offen auslaufenden Ringwand 24 als äußerem Auflager und an ihrem inneren Rand an einem an der Ringrippe als innerem Auflager 25 angebrachten umlaufenden Absatz 26 unter axialer Vorspannung befestigt ist.
Hierbei ergeben sich im Motorbetrieb wegen des Druckes der Verbrennungsgase auf den Kolben aber auch wegen der bei den Hin- und Herbewegungen des Kolbens auf die Ringwand 24 einwirkenden Massenkräfte durch den Pfeil 27 angedeutete Relativbewegungen der Ringwand 24 gegenüber dem Kolbengrundkörper 28. Dies bewirkt auch Relativbewegungen der Tellerfeder 30 insbesondere gegenüber der Ringwand 24 im Breich der Auflagepunkte 31 und 32, was zu einer Schädigung sowohl der Tellerfeder 30 als auch der Aussparung 22 in diesem Bereich führt.
Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten, aus zwei halbkreisförmigen Tellerfederhälften bestehenden Kühlkanalabdeckung besteht darin, dass hiervon sowohl axial als auch radial gerichtete Kräfte auf die Ringwand 24 ausgeübt werden. Diese Kräfte sind an den Stoßenden der Tellerfederhälften maximal, sodass die axialen Kräfte in diesem Bereich zu einer nichtsinusförmigen Verformung der Kolbenringnuten führen, der die darin untergebrachten Kolbenringe nicht folgen können, wodurch insbesondere der Ölverbrauch eines mit dem betreffenden Kolben ausgerüsteten Verbrennungsmotors ansteigt. Die radial gerichteten und an den Stoßenden der Tellerfederhälften maximalen Kräfte führen hier zu einer im Querschnitt ovalen Verformung der Ringwand 24, die die Gefahr von Kolbenfressern mit sich bringt.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, die erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Gelöst wird das Problem mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Federblech gemäß Stand der Technik zum Verschließen des Kühlkanals eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor im Schnitt, Fig. 2 ein Federblech gemäß vorliegender Erfindung in Draufsicht, Fig. 3 das erfindungsgemäße Federblech im Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 und Fig. 4 das erfindungsgemäße Federblech nach dem Einbau in einen Kolben.
Die Figuren 2 und 4 zeigen ein ringförmiges Federblech 1 zum Verschließen des Kühlkanal 20 eines Kolbens 8 für einen Verbrennungsmotor, das aus zwei halbkreisförmigen Federblechhälften 2 und 3 besteht. Jede der beiden Federblechhälften 2, 3 weist eine Anformung 4 und 5 auf, deren Zweck darin besteht, das in den Kolben 8 eingebaute Federblech 1 gegen Verdrehen zu sichern. Zudem ist jede der beiden Federblechhälften 2, 3 mit einer Öffnung 6 und 7 versehen, um Öl in den Kühlkanal ein- bzw. auszuleiten. Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Federblech 1 entlang der Linie III-IH in Fig. 2. Erkennbar ist die Anformung 4 und die Öffnung 7. Insbesondere wird deutlich, dass das Federblech 1 im entspannten Zustand die Form eines flachen Trichters aufweist.
In Fig. 4 ist das Federblech 1 nach dem Einbau in den Kolben 8 dargestellt. Erkennbar ist, dass das Federblech 1 hierbei eine eben Stellung aufweist, d.h., dass es gegenüber der in Fig. 3 dargestellten trichterförmigen Stellung eine Torsion erfahren hat. Die hierdurch im Federblech 1 erzeugte Torsionsspannung bewirkt, dass dessen radial innerer Randbereich 16 auf der eine 1. Auflage 10 bildenden, kolbenbodensei- tigen Oberseite eines radial nach außen gerichteten Vorsprunges 17 des Kolbengrundkörpers 14 und dessen radial äußerer Randbereich 18 auf einer von einer stufenförmigen Ausnehmung 19 der kolbenbodenabgewandten Unterseite 15 der Ringpartie 13 gebildeten 2. Auflage 9 unter Vorspannung aufliegen, und dass das Federblech 1 im Kolben 8 fixiert wird.
Das Federblech 1 weist einen Außenradius 11 (Fig. 2) auf, der so bemessen ist, dass sich zwischen Federblech 1 und Kolben 8 ein Spalt 12 (Fig. 4) bildet. Hierdurch wird erreicht, dass bei Relativbewegungen zwischen dem Kolben 8 und dem Federblech 1 Beschädigungen des Federbleches 1 und des Kolbens 8 im Bereich des Spaltes 12 vermieden werden. Zudem sind die Flächen der Auflagen 9 und 10 so groß, dass sich hier bei Relativbewegungen zwischen Kolben 8 und Federblech 1 ein minimaler Verschleiß ergibt.
Diese Relativbewegungen sind die Folge sowohl des auf den Kolben 8 einwirkenden Verbrennungsdruckes als auch der bei höheren Drehzahlen auf die Ringpartie 13 einwirkenden Massenkräfte, wodurch bewirkt wird, dass sich die Ringpartie 13 relativ zum Kolbengrundkörper 14 bewegt, was zu Relativbewegungen des Federbleches 1 sowohl gegenüber der Ringpartie 13 als auch gegenüber dem Kolbengrundkörper 14 führt.
Bei der Montage werden die beiden Federblechhälften 2 und 3 an die kolbenboden- abgewandte Unterseite 15 der Ringpartie 13 angelegt, auf ihrer radialen Innenseite einer in Richtung des Kolbenbodens 21 wirkenden, axialen Kraft ausgesetzt und dadurch so weit in Torsion versetzt, dass der radial innere Randbereich 16 der Federblechhälften 2, 3 oberhalb der 1. Auflage 10 zu liegen kommt. Danach werden die Federblechhälften 2, 3 mittels einer radial nach innen gerichteten Kraft in ihre in Fig. 4 dargestellte Position geschoben.
Bezugszeichenliste
1 Federblech
2, 3 Federblechhälfte
4, 5 Anformung
6, 7 Öffnung
8 Kolben
9 2. Auflage
10 1. Auflage
11 Außenradius
12 Spalt
13 Ringpartie
14 Kolbengrundkörper
15 Unterseite der Ringpartie 13
16 radial innere Randbereich des Federbleches 1
17 Vorsprung
18 radial äußerer Randbereich der Federbleches 1 9 stufenförmige Ausnehmung 0 Kühlkanal 1 Kolbenboden 2 Aussparung 3 Stirnseite der Ringwand 24 4 Ringwand 5 inneres Auflager 6 Absatz 7 Pfeil 8 Kolbengrundkörper 9 äußerer Rand der Tellerfeder 30 0 Tellerfeder 1 ,32 Auflagepunkt

Claims

Patentansprüche
1. Kühlkanalabdeckung für einen im Bereich des Bodens (21) eines Kolbens (8) eines Verbrennungsmotors radial außen liegenden und zur kolbenbodenabge- wandten Unterseite hin offenen Kühlkanal (20), wobei die Kühlkanalabdeckung die Form eines ringförmigen und aus zwei halbkreisförmigen Hälften (2, 3) bestehenden Federbleches (1) aufweist, dessen radial innerer Randbereich (16) auf einer 1. Auflage (10) aufliegt, die von der Oberseite eines radial nach außen gerichteten Vorsprunges (17) des den Kühlkanal (20) radial innen begrenzenden Kolbengrundkörpers (14) gebildet wird, und dessen radial äußerer Randbereich (18) auf einer 2. Auflage (9) unter Vorspannung aufliegt, die von einer stufenförmigen Ausnehmung (19) der Unterseite (15) der den Kühlkanal (20) radial außen begrenzenden Ringpartie (13) des Kolbens (8) gebildetet wird , dadurch gekennzeichnet, - dass der Außenradius (11) des Federbleches (1) so bemessen ist, dass sich zwischen der radial äußeren Stirnseite des Federbleches (1 ) und der radial äußeren Begrenzung der stufenförmigen Ausnehmung (19) ein umlaufender Spalt (12) ergibt, und - dass die 2. Auflage (9) zumindest näherungsweise um die Dicke des Federbleches (1) näher am Kolbenboden (21) angeordnet ist als die 1. Auflage (10), sodass nach dem Einbau in den Kolben (8) das Federbech (1) eine zumindest näherungsweise ebene Stellung einnimmt.
2. Kühlkanalabdeckung für einen Kühlkanal (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federblechhälften (2, 3) mindestens eine nach radial außen gerichtete Anformung (4, 5) aufweisen.
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