WO2009049611A1 - Kolben für einen verbrennungsmotor - Google Patents

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WO2009049611A1
WO2009049611A1 PCT/DE2008/001696 DE2008001696W WO2009049611A1 WO 2009049611 A1 WO2009049611 A1 WO 2009049611A1 DE 2008001696 W DE2008001696 W DE 2008001696W WO 2009049611 A1 WO2009049611 A1 WO 2009049611A1
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piston
cooling
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cooling elements
piston according
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Valery Bauer
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Mahle International Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/0023—Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/003—Multi-part pistons the parts being connected by casting, brazing, welding or clamping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid

Definitions

  • the present invention relates to a multi-part piston for an internal combustion engine, having a piston upper part and a piston lower part, wherein the piston upper part has a piston crown, a peripheral land and a revolving ring part, wherein the piston upper part and the piston lower part are connected to each other by fastening means and form a circumferential cooling channel.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a generic multi-part piston with improved cooling effect of circulating in a cooling channel cooling oil, are reliably connected to each other in the piston upper part and piston lower part.
  • the fastening means connecting the piston upper part and the piston lower part are designed as cooling elements arranged in the cooling channel and made of a heat-conducting material.
  • the piston of the invention is characterized by an improved cooling effect, which has several causes.
  • the cooling elements represent an additional cooling surface in the cooling space, via which the heat transported from the piston crown to the cooling elements is delivered to the cooling oil circulating around the cooling elements.
  • a direct heat flow from the piston head is ensured via the cooling elements to the cooling oil, which in particular reduces the heat load of the piston crown facing the combustion chamber quickly and reliably.
  • a heat dissipation from the cooling element into the piston lower part takes place in the case of pistons whose piston crown is provided with a combustion chamber trough, thus in particular the trough edge is particularly effectively relieved.
  • the fastening means designed as cooling elements are located in a radially outer area of the piston, i. in the immediate vicinity of the ring section, namely in the circumferential cooling channel, evenly distributed, so that a particularly low-tension and reliable connection of piston upper part and piston lower part is achieved.
  • the fastening means designed as cooling elements bring about an improvement in the dimensional stability of the piston according to the invention. Therefore, it is possible to design the piston according to the invention despite the cooling elements provided so that an increase in weight compared to conventional piston is avoided.
  • the embodiment of the invention is suitable for all multi-part piston types and allows a variety of variants in terms of material selection and design.
  • the piston according to the invention may, for example, consist of steel, cast iron, light metal and a combination of these materials, and it may, for example, be designed with or without cooling oil injection. , ,
  • Each cooling element or each fastening element designed as a cooling element is received in two recesses, one of which is provided in the piston upper part and one in the piston lower part.
  • the recesses provided in the piston lower part can, for example, be designed as blind bores or as through bores.
  • the cooling elements can be used in a simple manner, for example, in the piston upper part or the piston lower part, if necessary aligned in a conventional manner by means of a centering ring and the missing piston part are pushed onto the cooling elements, so that they engage in the corresponding holes ,
  • the attachment of the cooling elements is preferably carried out by means of press fit or shrink fit.
  • the recesses provided in this embodiment in the piston upper part cause a further reduction of the material thickness towards the piston crown.
  • the material thickness is reduced towards the bowl edge.
  • the cooling elements ensure sufficient dimensional stability of the piston according to the invention by compensating possible stability losses caused by the recesses. This has the consequence that the diameter of a combustion chamber trough provided in an individual case can still be increased in comparison to the prior art. This in turn once again improves heat dissipation in the direction of the cooling elements and from there to the cooling oil.
  • the number of cooling elements can be made particularly large due to the improved dimensional stability, so that the effective cooling surface is optimized. In addition, it is prevented that the heat absorbed by the piston crown penetrates into the area of the ring part.
  • Another suitable embodiment provides ring-segment-shaped cooling elements, which may optionally be provided with passage openings for the cooling oil in order to optimize the mixing of the cooling oil.
  • a particularly preferred embodiment of the piston according to the invention is that pin-shaped cooling elements are provided. This embodiment goes with the largest possible increase in Cooling surface accompanied, so that a particularly effective heat dissipation from the cooling elements to the cooling oil.
  • the cooling elements are preferably designed as full metal cooling elements and consist, for example, of copper, aluminum or their alloys.
  • the piston upper part and the lower piston part to support the cooling effect additionally form an inner cooling chamber, which is separated by a peripheral partition from the circulating cooling channel.
  • the upper piston part and the lower piston part can have additional connecting elements in the region of the partition wall, which support the connection of upper piston part and lower piston part. These connecting elements can be designed to further improve the cooling effect as cooling elements.
  • the partition wall can advantageously have at least two overflow openings for cooling oil, which connect the circulating cooling channel and the inner cooling space with each other in order to optimize the mixing of the cooling oil.
  • the materials for the piston upper part and the piston lower part can be chosen arbitrarily and combined with each other.
  • steel materials and light metal materials are suitable.
  • FIG. 1 shows a section through a first embodiment of a piston according to the invention.
  • Figure 2 shows the piston of Figure 1 in a plan view, partially in section.
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of a second embodiment of a piston according to the invention in section; 4 shows an enlarged detail of a piston upper part for a third embodiment of a piston according to the invention in section.
  • Figures 1 and 2 show a first embodiment of a piston 10 according to the invention, wherein the representation of Figure 1 is rotated in the left half of the representation in the right half by 90 °.
  • the piston 10 is composed of a piston upper part 11 and a piston lower part 12.
  • the piston upper part 11 has a piston head 13 with a combustion chamber recess 14 and a side wall with a peripheral top land 15 and a circumferential ring part 16 for receiving piston rings (not shown).
  • the piston lower part 12 has a piston shaft 17, hubs 18 with hub bores 18 a for receiving a piston pin (not shown) and hub supports 19, which are connected to the piston shaft 17.
  • the upper piston part 11 and the lower piston part 12 form a peripheral outer cooling channel 21 and an inner cooling chamber 22, which are separated from each other by a partition 29.
  • overflow channels 27 are provided in the partition wall, which connect the cooling channel 21 and the cooling chamber 22 together.
  • the upper piston part 11 has an outer support surface 23 adjoining the annular part 16 and an annular inner support surface 24 on its underside.
  • the lower piston part 12 also has on its upper side an outer bearing surface 25 and an annular circumferential inner support surface 26.
  • the upper piston part 11 and the lower piston part 12 are aligned with each other so that the two support surfaces 24,26 and the two bearing surfaces 23, 25 lie on each other.
  • the partition wall 29 is formed in the assembled state.
  • the materials of the upper piston part 11 and the lower piston part 12 can be chosen arbitrarily and combined with one another, for example.
  • the piston top 11 may be forged from hot steel and the piston base 12 may be forged from AFP steel;
  • the upper piston part 11 can also be made of AFP steel forged and the piston base 12 may be cast from an aluminum alloy.
  • the upper piston part 11 may also be forged from an aluminum alloy and the lower piston part may be cast from an aluminum alloy.
  • a plurality of pin-shaped fastening elements designed as cooling elements 28 are arranged in the cooling passage 21 of the piston 10.
  • the cooling elements 28 are made of a good heat conductive material, preferably with low density. Suitable are, for example, metallic materials such as aluminum, copper or their alloys.
  • the free ends of the cooling elements 28 are received in recesses 31, 32 designed as bores.
  • the recess 31 formed as a blind bore is arranged in a wall section formed by the piston upper part 11 of the cooling channel 21 and directed towards the piston head 13.
  • the recess 32 formed as a through-hole is arranged in a wall section of the cooling channel 21 formed by the piston lower part 12.
  • the cooling elements 28 are fastened in the embodiment both in the piston upper part 11 and in the lower piston part 12 by means of press fit or shrink fit.
  • the cooling elements 28 are thus at the same time fastening means, by means of which the upper piston part 11 and the lower piston part 12 are connected to each other substantially stress-free. This is due to the fact that the fastening means in a radially outer region of the piston 10, i. in the immediate vicinity of the ring section 15, namely in the circumferential cooling channel 21, are arranged evenly distributed.
  • the fastening means designed as cooling elements 28 bring about an improvement in the dimensional stability of the piston 10 according to the invention. Therefore, the wall thickness between the combustion chamber recess 14 and the recesses 31 is made particularly small. This is accompanied by a reduction in material and weight. Furthermore, the heat is derived from the combustion chamber trough 14 particularly fast to the cooling elements 28.
  • the surfaces of the numerous cooling elements 28 act as an additional large cooling surface in the cooling channel 21.
  • This cooling surface the heat transported from the piston head 13 to the cooling elements 28 heat is released particularly quickly to the cooling oil, which flows around the cooling elements 28.
  • a direct Heat flow from the piston head 13 to the cooling channel 21 and from there to both the cooling oil and the piston base 12 ensures what particularly reduces the heat load of the piston crown 13 and the trough edge of the combustion bowl 14 particularly effective.
  • pin-shaped connecting elements 30 are further provided in the partition wall 29, which are comparable with the cooling elements formed as a fasteners 28, received in the piston upper part 11 and piston 12 recesses, for example.
  • the connecting elements 30 support the connection between the piston upper part 11 and the piston lower part 12 brought about by the fastening elements designed as cooling elements 28.
  • the connecting elements 30 can likewise be designed as cooling elements in order to support the heat dissipation from the piston head 13 to the piston lower part 12.
  • FIG. 3 shows a detail of another embodiment of a multi-part piston 110, wherein the same reference numerals have been used for the same components.
  • FIG. 3 only a part of the piston upper part 11 and a part of the piston lower part 12 as well as the cooling channel 21 and a cooling element 128 are shown.
  • the piston 110 is constructed in the same way as the piston 10 shown in FIG. 1. The only difference is that the lower free ends of the cooling elements 128 are accommodated in recesses 132 designed as a blind bore and provided in the piston lower part 12.
  • the upper free ends of the cooling elements 128 are, just as in the piston 10, received in formed as blind holes recesses 31 which are provided in the piston upper part 11.
  • the cooling elements 28 can also be fastened in this embodiment, for example by means of press fit or shrink fit.
  • the cooling elements 128 have the same effects and advantages as have been described for the cooling elements 28 according to FIG.
  • FIG. 4 shows a detail of a further exemplary embodiment of a piston upper part 11 of a multi-part piston 210, which equals the piston 10 or 110 shown in FIGS. 1 and 3. It can be seen that 29 connecting elements 30 are arranged in the region of the partition wall. The only difference is that ring-shaped cooling elements 228 are provided instead of pin-shaped cooling elements. The upper free ends of the cooling elements 228 are accommodated in a comparable manner in recesses (not shown) which are arranged in a wall portion of the cooling channel 21 formed by the piston upper part 11. The cooling elements 228 are suitably secured as described above, for example by means of shrink fit or press fit.
  • the lower free ends of the cooling elements 228 are accommodated and secured in recesses provided in the piston lower part in a comparable manner (not shown).
  • the cooling elements 228 have passage openings 239 in order to ensure optimum mixing of the cooling oil accommodated in the cooling channel 11.
  • the cooling elements 228 have the same effects and advantages as have been described for the cooling elements 28 according to FIG.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben (10, 110, 210) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenoberteil (11) und einem Kolbenunterteil (12), wobei das Kolbenoberteil (11) einen Kolbenboden (13), einen umlaufenden Feuersteg (15) sowie eine umlaufende Ringpartie (16) aufweist, wobei das Kolbenoberteil (11) und das Kolbenunterteil (12) durch Befestigungsmittel miteinander verbunden sind und einen umlaufenden Kühlkanal (21) bilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die das Kolbenoberteil (11) und das Kolbenunterteil (12) verbindenden Befestigungsmittel als im Kühlkanal (21) angeordnete Kühlelemente (28, 128, 228) aus einem Wärme leitenden Werkstoff ausgebildet sind.

Description

Kolben für einen Verbrennungsmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil, wobei das Kolbenoberteil einen Kolbenboden, einen umlaufenden Feuersteg sowie eine umlaufende Ringpartie aufweist, wobei das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil durch Befestigungsmittel miteinander verbunden sind und einen umlaufenden Kühlkanal bilden.
Bei derartigen, an sich bekannten mehrteiligen Kühlkanalkolben besteht das Problem, das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil unter Vermeidung von Spannungen zuverlässig miteinander zu verbinden. Außerdem wird eine Optimierung der Kühlwirkung des im Kühlkanal befindlichen Kühlöls angestrebt. Das Kühlöl läuft im Kühlkanal um und wird aufgrund des von der Kolbenbewegung herrührenden Shakereffekts bewegt. In der DE 102 44 512 A1 wird vorgeschlagen, den umlaufenden Kühlkanal mit zum Kolbenboden hin gerichteten Bohrungen zu versehen, um eine bessere Verteilung des Kühlöls zu erreichen. Insbesondere bei hoch belasteten Kolben ist die durch die Bewegung des Kühlöls bewirkte Wärmeabfuhr jedoch nicht ausreichend.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen mehrteiligen Kolben mit verbesserter Kühlwirkung des in einem Kühlkanal umlaufenden Kühlöls zu schaffen, bei dem Kolbenoberteil und Kolbenunterteil zuverlässig miteinander verbunden sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein mehrteiliger Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil verbindenden Befestigungsmittel als im Kühlkanal angeordnete Kühlelemente aus einem Wärme leitenden Werkstoff ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich durch eine verbesserte Kühlwirkung aus, die mehrere Ursachen hat. Die Kühlelemente stellen eine zusätzliche Kühloberfläche im Kühlraum dar, über die die vom Kolbenboden zu den Kühlelementen transportierte Wärme an das die Kühlelemente umspülende Kühlöl abgegeben wird. Ferner wird ein direkter Wärmefluss vom Kolbenboden über die Kühlelemente zum Kühlöl gewährleistet, was insbesondere die Wärmebelastung des dem Brennraum zugewandten Kolbenbodens schnell und zuverlässig vermindert. Zusätzlich findet eine Wärmeabfuhr vom Kühlelement in das Kolbenunterteil statt Bei Kolben, deren Kolbenboden mit einer Brennraummulde versehen ist, wird damit insbesondere der Muldenrand besonders wirksam entlastet.
Die als Kühlelemente ausgebildeten Befestigungsmittel sind in einem radialen Außenbereich des Kolbens, d.h. in unmittelbarer Nähe der Ringpartie, nämlich im umlaufenden Kühlkanal, gleichmäßig verteilt, so dass eine besonders spannungsarme und zuverlässige Verbindung von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil erreicht wird. Darüber hinaus bewirken die als Kühlelemente ausgebildeten Befestigungsmittel eine Verbesserung der Formstabilität des erfindungsgemäßen Kolbens. Daher ist es möglich, den erfindungsgemäßen Kolben trotz der vorgesehenen Kühlelemente so auszugestalten, dass eine Gewichtserhöhung im Vergleich zu herkömmlichen Kolben vermieden wird. Dies kann dadurch bewirkt werden, dass einerseits für die Kühlelemente ein geeigneter Werkstoff mit möglichst geringer Dichte ausgewählt wird und dass andererseits aufgrund der verbesserten Formstabilität die Wanddicken insbesondere zwischen dem umlaufenden Kühlkanal und angrenzenden Strukturelementen des erfindungsgemäßen Kolbens verringert werden können. Bei geeigneter Bauweise ist sogar eine Gewichtsreduktion im Vergleich mit konventionellen Kolben möglich.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist für alle mehrteiligen Kolbentypen geeignet und erlaubt eine Vielzahl von Varianten hinsichtlich Materialauswahl und Konstruktion. Der erfindungsgemäße Kolben kann bspw. aus Stahl, Gusseisen, Leichtmetall sowie einer Kombination dieser Werkstoffe bestehen, und er kann bspw. mit oder ohne Kühlölanspritzung ausgeführt sein. . .
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Jedes Kühlelement bzw. jedes als Kühlelement ausgebildete Befestigungsmittel ist in zwei Ausnehmungen aufgenommen, von denen eine im Kolbenoberteil und eine im Kolbenunterteil vorgesehen ist. Die im Kolbenunterteil vorgesehenen Ausnehmungen können bspw. als Sackbohrungen oder als Durchgangsbohrungen ausgebildet sein. Damit können die Kühlelemente auf einfache Weise bspw. in das Kolbenoberteil oder das Kolbenunterteil eingesetzt, ggf. in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Zent- rierrings ausgerichtet werden und das fehlende Kolbenteil auf die Kühlelemente aufgeschoben werden, so dass diese in die korrespondierenden Bohrungen eingreifen. Die Befestigung der Kühlelemente erfolgt bevorzugt mittels Presssitz oder Schrumpfsitz.
Die bei dieser Ausgestaltung im Kolbenoberteil vorgesehenen Ausnehmungen bewirken eine weitere Verringerung der Materialdicke hin zum Kolbenboden. In besonders vorteilhafter wird dann, wenn der Kolbenboden mit einer Brennraummulde versehen ist, die Materialdicke hin zum Muldenrand reduziert. Dies bewirkt einen weiter verbesserten und beschleunigten Wärmetransport zu den Kühlelementen. Die Kühlelemente sorgen zugleich für eine ausreichende Formstabilität des erfindungsgemäßen Kolbens, indem es mögliche, durch die Ausnehmungen bewirkte Stabilitätsverluste ausgleicht. Dies hat zur Folge, dass der Durchmesser einer im Einzelfall vorgesehenen Brennraummulde gegenüber dem Stand der Technik noch vergrößert werden kann. Dies wiederum verbessert ein weiteres Mal die Wärmeableitung in Richtung der Kühlelemente und von dort zum Kühlöl. Die Anzahl der Kühlelemente kann aufgrund der verbesserten Formstabilität besonders groß gewählt werden, so dass die wirksame Kühloberfläche optimiert wird. Zusätzlich wird verhindert, dass die vom Kolbenboden aufgenommene Wärme in den Bereich der Ringpartie durchdringt.
Eine weitere geeignete Ausgestaltung sieht ringsegmentförmige Kühlelemente vor, die gegebenenfalls mit Durchtrittsöffnungen für das Kühlöl versehen sein können, um die Durchmischung des Kühlöls zu optimieren. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolbens besteht darin, dass stiftförmige Kühlelemente vorgesehen sind. Diese Ausgestaltung geht mit der größtmöglichen Erhöhung der Kühloberfläche einher, so dass eine besonders wirkungsvolle Wärmeabfuhr von den Kühlelementen zum Kühlöl erfolgt.
Die Kühlelemente sind vorzugsweise als Vollmetall-Kühlelemente ausgebildet und bestehen bspw. aus Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform bilden das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil zur Unterstützung der Kühlwirkung zusätzlich einen inneren Kühlraum, der durch eine umlaufende Trennwand vom umlaufenden Kühlkanal getrennt ist. Das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil können im Bereich der Trennwand zusätzliche Verbindungselemente aufweisen, die die Verbindung von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil unterstützen. Auch diese Verbindungselemente können zur weiteren Verbesserung der Kühlwirkung als Kühlelemente ausgebildet sein.
Die Trennwand kann in vorteilhafter Weise mindestens zwei Überlauföffnungen für Kühlöl aufweisen, die den umlaufenden Kühlkanal und den inneren Kühlraum miteinander verbinden, um die Durchmischung des Kühlöls zu optimieren.
Die Werkstoffe für das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil können beliebig gewählt und miteinander kombiniert werden. Geeignet sind bspw. Stahlwerkstoffe und Leichtmetallwerkstoffe.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens;
Fig. 2 den Kolben gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht, teilweise im Schnitt;
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kolbens im Schnitt; Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt eines Kolbenoberteils für ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens im Schnitt.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10, wobei die Darstellung gemäß Figur 1 in der linken Hälfte gegenüber der Darstellung in der rechten Hälfte um 90° gedreht ist.
Der erfindungsgemäße Kolben 10 setzt sich zusammen aus einem Kolbenoberteil 11 und einem Kolbenunterteil 12. Das Kolbenoberteil 11 weist einen Kolbenboden 13 mit einer Brennraummulde 14 sowie eine Seitenwand mit einem umlaufenden Feuersteg 15 und einer umlaufenden Ringpartie 16 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. Das Kolbenunterteil 12 weist einen Kolbenschaft 17, Naben 18 mit Nabenbohrungen 18a zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) und Nabenabstützungen 19 auf, die mit dem Kolbenschaft 17 verbunden sind. Das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 bilden einen umlaufenden äußeren Kühlkanal 21 und einen inneren Kühlraum 22, die durch eine Trennwand 29 voneinander getrennt sind. Im Ausführungsbeispiel sind in der Trennwand 29 Überlaufkanäle 27 vorgesehen, die den Kühlkanal 21 und den Kühlraum 22 miteinander verbinden.
Das Kolbenoberteil 11 weist eine sich an die Ringpartie 16 anschließende äußere Auflagefläche 23 und an seiner Unterseite eine ringförmig umlaufende innere Stützfläche 24 auf. Das Kolbenunterteil 12 weist an seiner Oberseite ebenfalls eine äußere Auflagefläche 25 sowie eine ringförmig umlaufende innere Stützfläche 26 auf. Im zusammengebauten Zustand sind das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 so zueinander ausgerichtet, dass die beiden Stützflächen 24,26 sowie die beiden Auflageflächen 23, 25 aufeinander liegen. Im Bereich der Stützflächen 24, 26 wird im zusammengebauten Zustand die Trennwand 29 gebildet.
Die Materialien des Kolbenoberteils 11 und des Kolbenunterteils 12 können beliebig gewählt und miteinander kombiniert werden, bspw. Warmstahl, AFP-Stahl oder Leichtmetalllegierungen, insbesondere Aluminiumlegierungen. Beispielsweise kann das Kolbenoberteil 11 aus Warmstahl geschmiedet und das Kolbenunterteil 12 aus AFP-Stahl geschmiedet sein; das Kolbenoberteil 11 kann aber auch aus AFP-Stahl geschmiedet und das Kolbenunterteil 12 aus einer Aluminiumlegierung gegossen sein. Das Kolbenoberteil 11 kann aber auch aus einer Aluminiumlegierung geschmiedet und das Kolbenunterteil aus einer Aluminiumlegierung gegossen sein.
Im Ausführungsbeispiel sind im Kühlkanal 21 des Kolbens 10 eine Vielzahl stiftförmi- ge, als Kühlelemente 28 ausgebildete Befestigungsmittel angeordnet. Die Kühlelemente 28 bestehen aus einem gut Wärme leitenden Werkstoff, vorzugsweise mit geringer Dichte. Geeignet sind bspw. metallische Werkstoffe wie Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen. Die freien Enden der Kühlelemente 28 sind in als Bohrungen ausgebildete Ausnehmungen 31 , 32 aufgenommen. Die als Sackbohrung ausgebildete Ausnehmung 31 ist in einem vom Kolbenoberteil 11 gebildeten Wandabschnitt des Kühlkanals 21 angeordnet und zum Kolbenboden 13 hin gerichtet. Die als Durchgangsbohrung ausgebildete Ausnehmung 32 ist in einem vom Kolbenunterteil 12 gebildeten Wandabschnitt des Kühlkanals 21 angeordnet. Die Kühlelemente 28 sind im Ausführungsbeispiel sowohl im Kolbenoberteil 11 als auch im Kolbenunterteil 12 mittels Presssitz oder Schrumpfsitz befestigt.
Die Kühlelemente 28 sind somit zugleich Befestigungsmittel, mittels derer das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 im Wesentlichen spannungsfrei miteinander verbunden sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Befestigungsmittel in einem radialen Außenbereich des Kolbens 10, d.h. in unmittelbarer Nähe der Ringpartie 15, nämlich im umlaufenden Kühlkanal 21 , gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Darüber hinaus bewirken die als Kühlelemente 28 ausgebildeten Befestigungsmittel eine Verbesserung der Formstabilität des erfindungsgemäßen Kolbens 10. Daher ist die Wanddicke zwischen der Brennraummulde 14 und den Ausnehmungen 31 besonders gering ausgebildet. Damit geht eine Material- und Gewichtsreduktion einher. Ferner wird die Wärme vom der Brennraummulde 14 besonders schnell zu den Kühlelementen 28 abgeleitet.
Die Oberflächen der zahlreichen Kühlelemente 28 wirken als zusätzliche große Kühloberfläche im Kühlkanal 21. Über diese Kühloberfläche wird die vom Kolbenboden 13 zu den Kühlelementen 28 transportierte Wärme besonders schnell an das Kühlöl abgegeben, welches die Kühlelemente 28 umspült. Ferner wird ein direkter Wärmefluss vom Kolbenboden 13 zum Kühlkanal 21 und von dort sowohl zum Kühlöl als auch zum Kolbenunterteil 12 gewährleistet, was insbesondere die Wärmebelastung des Kolbenbodens 13 und des Muldenrands der Brennraummulde 14 besonders wirksam reduziert.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ferner in der Trennwand 29 stiftförmige Verbindungselemente 30 vorgesehen, die, vergleichbar mit den als Kühlelementen 28 ausgebildeten Befestigungsmitteln, in im Kolbenoberteil 11 bzw. Kolbenunterteil 12 vorgesehene Ausnehmungen aufgenommen sind, bspw. mittels Presssitz oder Schrumpfsitz. Die Verbindungselemente 30 unterstützen die von den als Kühlelementen 28 ausgebildeten Befestigungsmitteln herbeigeführte Verbindung zwischen dem Kolbenoberteil 11 und dem Kolbenunterteil 12. Die Verbindungselemente 30 können ebenfalls als Kühlelemente ausgebildet sein, um die Wärmeabfuhr vom Kolbenboden 13 zum Kolbenunterteil 12 zu unterstützen.
Figur 3 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mehrteiligen Kolbens 110, wobei für gleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet wurden. In Figur 3 sind lediglich ein Teil des Kolbenoberteils 11 und ein Teil des Kolbenunterteils 12 sowie der Kühlkanal 21 und ein Kühlelement 128 dargestellt. Der Kolben 110 ist genauso aufgebaut wie der in Figur 1 dargestellte Kolben 10. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die unteren freien Enden der Kühlelemente 128 in als Sackbohrung ausgebildeten, im Kolbenunterteil 12 vorgesehenen Ausnehmungen 132 aufgenommen sind. Die oberen freien Enden der Kühlelemente 128 sind, genauso wie im Kolben 10, in als Sackbohrungen ausgebildeten Ausnehmungen 31 aufgenommen, die im Kolbenoberteil 11 vorgesehen sind. Die Kühlelemente 28 können auch bei diesem Ausführungsbeispiel bspw. mittels Presssitz oder Schrumpfsitz befestigt sein. Die Kühlelemente 128 weisen die gleichen Wirkungen und Vorzüge auf, wie sie für die Kühlelemente 28 gemäß Figur 1 beschrieben worden sind.
Figur 4 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kolbenoberteils 11 eines mehrteiligen Kolbens 210, der den in den Figuren 1 und 3 gezeigten Kolben 10 bzw. 110 gleicht. Es ist zu erkennen, dass im Bereich der Trennwand 29 Verbindungselemente 30 angeordnet sind. Der einzige Unterschied besteht darin, dass statt stiftförmiger Kühlelemente ringsegmentförmig ausgebildete Kühlelemente 228 vorgesehen sind. Die oberen freien Enden der Kühlelemente 228 sind in vergleichbarer Weise in Ausnehmungen (nicht dargestellt) aufgenommen, die in einem vom Kolbenoberteil 11 gebildeten Wandabschnitt des Kühlkanals 21 angeordnet sind. Die Kühlelemente 228 sind wie oben beschrieben in geeigneter Weise befestigt, bspw. mittels Schrumpfsitz oder Presssitz. In zusammengebautem Zustand sind in vergleichbarer Weise die unteren freien Enden der Kühlelemente 228 in im Kolbenunterteil vorgesehenen Ausnehmungen aufgenommen und befestigt (nicht dargestellt). Die Kühlelemente 228 weisen Durchtrittsöffnungen 239 auf, um eine optimale Durchmischung des im Kühlkanal 11 aufgenommenen Kühlöls zu gewährleisten. Die Kühlelemente 228 weisen die gleichen Wirkungen und Vorzüge auf, wie sie für die Kühlelemente 28 gemäß Figur 1 beschrieben worden sind.

Claims

Patentansprüche
1. Mehrteiliger Kolben (10, 110, 210) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenoberteil (11) und einem Kolbenunterteil (12), wobei das Kolbenoberteil (11 ) einen Kolbenboden (13), einen umlaufenden Feuersteg (15) sowie eine umlaufende Ringpartie (16) aufweist, wobei das Kolbenoberteil (11 ) und das Kolbenunterteil (12) durch Befestigungsmittel miteinander verbunden sind und einen umlaufenden Kühlkanal (21 ) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die das Kolbenoberteil (11) und das Kolbenunterteil (12) verbindenden Befestigungsmittel als im Kühlkanal (21) angeordnete Kühlelemente (28, 128, 228) aus einem Wärme leitenden Werkstoff ausgebildet sind.
2. Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kühlelement (28, 128, 228) in einer im Kolbenoberteil (11 ) vorgesehenen Ausnehmung (31 ) und in einer im Kolbenunterteil (12) vorgesehenen Ausnehmung (32, 132) aufgenommen ist.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kolbenunterteil vorgesehenen Ausnehmungen (32, 132) als Durchgangsbohrungen oder Sackbohrungen ausgebildet sind.
4. Kolben nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (28, 128, 228) mittels Presssitz oder Schrumpfsitz in den Ausnehmungen (31 , 32, 132) aufgenommen sind.
5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (228) ringsegmentförmig ausgebildet sind.
6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ringsegmentförmig ausgebildeten Kühlelemente (228) Durchtrittsöffnungen (239) für Kühlöl aufweisen.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (28, 128) stiftförmig ausgebildet sind.
8. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (28, 128, 228) als Vollmetall-Kühlelemente aus Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen ausgebildet sind.
9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenoberteil (11) und das Kolbenunterteil (12) einen inneren Kühlraum (22) bilden, der durch eine umlaufende Trennwand (29) vom umlaufenden Kühlkanal (21 ) getrennt ist.
10. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenoberteil (11) und das Kolbenunterteil (12) im Bereich der Trennwand (29) Verbindungselemente (30) aufweisen, die das Kolbenoberteil (11) und das Kolbenunterteil (12) miteinander verbinden.
11. Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (30) als Kühlelemente ausgebildet sind.
12. Kolben nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (30) mindestens zwei Überlaufkanäle (27) für Kühlöl aufweist, die den umlaufenden Kühlkanal (21) und den inneren Kühlraum (22) miteinander verbinden.
13. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenoberteil (11) und/oder das Kolbenunterteil (12) aus einem Stahlwerkstoff oder einem Leichtmetallwerkstoff besteht.
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