WO2018197501A1

WO2018197501A1 - Einteiliger, gegossener kolben für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: WO2018197501A1
Application number: PCT/EP2018/060487
Authority: WO
Inventors: Sven Ungermann; Georg HOPP; Rainer Weiss
Original assignee: Federal-Mogul Nürnberg GmbH
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2018-11-01
Also published as: CN110546368A; DE102017207005A1; EP3615784B1; US20220325676A1; EP3615784A1; US20210108592A1

Abstract

Ein einteiliger, gegossener Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor weist einen Kühlkanal (12) und zumindest eine Rippe (18) auf der Kolbeninnenseite gegenüber dem Muldengrund einer Brennraummulde (14) auf.

Description

Einteiliger, gegossener Kolben für einen Verbrennungsmotor

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft einen einteiligen, gegossenen Kolben für einen Verbrennungsmotor.

Eine wesentliche Anforderung an Kolben für

Verbrennungsmotoren besteht darin, sowohl den auftretenden Temperaturen als auch den mechanischen Belastungen Stand zu halten. Dies muss darüber hinaus durch einen Kolben mit möglichst geringem Gewicht erreicht werden.

STAND DER TECHNIK

Aus der DE 101 10 889 Cl geht ein zweiteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor hervor, dessen eines Teil geschmiedet ist, und dessen anderes Teil gegossen sein kann. Ferner ist ein Kühlkanal vorgesehen, und an der Unterseite einer

Brennraummulde, zur Kolbenunterseite hin, ist eine Rippe vorgesehen. Durch den zweiteiligen Aufbau ist dieser Kolben jedoch vergleichsweise schwierig herzustellen. Ferner unterliegt die Gestaltungsfreiheit aufgrund des Schmiedens erheblichen Beschränkungen.

Die DE 10 2013 214 738 AI betrifft einen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gegossenen Kolben mit Rippen an der Kolbenunterseite .

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der gegenüber dem oben genannten Kolben verbessert ist und darüber hinaus den Anforderungen gerecht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den im Patentanspruch 1 beschriebenen Kolben.

Demzufolge ist der erfindungsgemäße Kolben für einen

Verbrennungsmotor einteilig ausgebildet und gegossen. Ferner weist er zumindest einen Kühlkanal und eine Rippe auf, die auf der Kolbeninnenseite, gegenüber, oder anders ausgedrückt, entgegengesetzt zu dem Muldengrund einer Brennraummulde, mit anderen Worten auf der Seite der Kolbenbolzennaben

ausgebildet ist. Unter dem Muldengrund wird in dem

Zusammenhang ein „Boden" mit weitgehend konstanter Dicke verstanden, der die Brennraummulde zur Kolbenunterseite abgrenzt. Zur Ausbildung der zumindest einen Rippe ist der Boden bereichsweise verdickt. Insbesondere lässt sich im Gegensatz zur Offenbarung der oben genannten DE 10 2013 214 738 AI die Verdickung des Bodens in einem Querschnitt

erkennen, während bei dem Kolben gemäß der genannten

Druckschrift der Kolbenboden an seiner Oberseite die darin ausgebildete Brennraummulde, und die Kolbenunterseite die Rippen aufweist, ohne dass diese Konturen in der

erfindungsgemäßen Art und Weise in Beziehung stehen. Im weiteren Gegensatz zu der genannten Druckschrift erstreckt sich der Kühlkanal in Richtung der Kolbenachse im

Wesentlichen über sämtliche Ringnuten und seine Unterkante liegt in Richtung der Kolbenachse zumindest bevorzugt im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie die untere Nutflanke der untersten Ringnut und/oder der tiefste Punkt der

Brennraummulde .

Durch die einteilige Form ist der Kolben effizient

herstellbar, und die Herstellung durch Gießen eröffnet vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten. Insbesondere kann beispielsweise die nachfolgend noch genauer beschriebene Rippe mit einer Form gestaltet werden, die durch Schmieden nicht herstellbar ist oder, beispielsweise aufgrund von hohem Verschleiß im Schmiedegesenk, nicht wirtschaftlich

herstellbar ist.

Die erfindungsgemäße an der Unterseite des Kolbens, also der von der Verbrennung abgewandten Seite des Muldengrundes einer Brennraummulde ausgebildete Rippe verstärkt und versteift zum einen diesen mechanisch höchstbelasteten Bereich und

verbessert dadurch die Festigkeitseigenschaften des Kolbens insgesamt. Darüber hinaus wirkt die zumindest eine Rippe im Hinblick auf die Abführung der entstehenden Wärme in

vorteilhafter Weise dahingehend, dass der wärmeleitende

Querschnitt vergrößert wird, und somit in dem auch thermisch höchstbelasteten Bereich des Kolbens die Temperatur reduziert werden kann. Somit wird der erfindungsgemäße Kolben den

Anforderungen in besonders guter Weise gerecht und ist darüber hinaus effizient herstellbar. Insbesondere kann die Rippe bereits durch das Gießen mittels entsprechender Formen in die endgültige Gestalt gebracht werden, so dass in

vorteilhafter Weise eine Nachbearbeitung unnötig ist. Ferner sei ergänzt, dass der erfindungsgemäße Kolben bevorzugt für einen Dieselmotor eingesetzt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Insbesondere im Hinblick auf die Wärmeabfuhr in Richtung der Kolbenbolzennaben, aber auch im Hinblick auf die mechanische Stabilität bietet es Vorteile, wenn sich zumindest eine Rippe im Wesentlichen in Richtung der Achse der Kolbenbolzennaben erstreckt. Somit kann eine Wärmeabfuhr in Richtung der mit vergleichsweise großen Querschnitten ausgebildeten

Kolbenbolzennaben und damit letzten Endes eine gute

Wärmeabgabe von dem Kolben insgesamt erfolgen.

Dieser Effekt kann verstärkt werden, indem, wie bevorzugt, sich zumindest eine Rippe in Richtung eines im Wesentlichen maximal von der Kolbenachse entfernten Bereichs einer

Kolbenbolzennabe erstreckt. Mit anderen Worten, wenn der Kolben in Richtung der Kolbenbolzenachse betrachtet wird, und sich der Kolbenboden mit Brennraummulde oben befindet, erstreckt sich zumindest eine Rippe zu einem linken oder rechten Bereich der Kolbenbolzennabe, bevorzugt zwei Rippen in Richtung der beiden genannten Bereiche.

Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Kolben aus einem

Eisenwerkstoff, Stahl oder Gusseisen gefertigt. Diese

Werkstoffe bieten aufgrund vergleichsweiser hoher Festigkeit die Möglichkeit, besonders dünne Wandstärken zu realisieren, und damit in vorteilhafter Weise Gewicht einzusparen. Die solchen Werkstoffen innewohnende, verglichen mit anderen Werkstoffen geringere Wärmeleitfähigkeit wird erfindungsgemäß durch den oben beschriebenen Wärmeableitungseffekt der zumindest einen Rippe kompensiert.

Wenngleich der erfindungsgemäße Kolben m bekannter Weise einen oder mehrere Kühlmittelzu- und -ablaufe aufweisen kann ist es durch die erzielte Wärmeableitung möglich, auf einen laufenden Austausch von Kühlmittel in dem Kühlkanal zu verzichten. Mit anderen Worten können Kühlmittelzu- und -ablaufe vermieden werden, ebenso wie Maßnahmen zur Befüllung des Kühlkanals, wie zum Beispiel Kühlmitteldüsen. Somit kann der Kühlkanal bei dem erfindungsgemäßen Kolben geschlossen und mit Kühlmittel befüllt sein, und aufgrund de Wärmeableitungseffekts der zumindest einen Rippe kann eine ausreichend niedrige Temperatur dennoch gewährleistet werden

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Schnitt des erfindungsgemäßen Kolbens senkrecht zur Kolbenbolzenachse. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Wie in der Figur zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kolben 10 in seinem oberen Bereich, in Kolbenachsrichtung in etwa auf dem gleichen Niveau, an der Außenseite ein Ringfeld 12, radial innerhalb einen bevorzugt geschlossenen Kühlkanal 14 und im zentralen Bereich eine Brennraummulde 14 auf.

Entgegengesetzt zu dem Muldengrund, bei dem gezeigten

Beispiel in einem Schnitt senkrecht zur Kolbenbolzenachse in etwa an dem jeweils tiefsten Punkt einer ω-förmigen

Brennraummulde ist eine Verdickung oder Rippe 18 an

derjenigen Seite des Muldengrundes ausgebildet, die von dem Brennraum abgewandt, mit anderen Worten der Kolbenbolzennabe 16 zugewandt ist. Bei dem gezeigten Beispiel sind im

Wesentlichen symmetrisch zwei Rippen ausgebildet, die sich im Wesentlichen parallel zur Kolbenbolzenachse, also senkrecht zur Zeichenebene, zu den seitlichen Bereichen der

Kolbenbolzennabe 16 erstrecken. Wie in der Figur zu erkennen ist, sind die Rippen 18 jeweils an ihrer Oberseite, die bei der gezeigten Ausrichtung die Unterseite ist, gerundet ausgeführt. Dies gilt gleichermaßen zu den benachbarten Bereichen der Kolbenunterseite hin, so dass sich die

jeweilige Rippe 18 im Wesentlichen von außen nach innen betrachtet, als Abfolge einer Konkaven, einer Konvexen und einer konkaven Krümmung darstellt, die bei dem gezeigten Beispiel in die konkave Krümmung der Unterseite der

Brennraummulde 14 übergeht. Es sei erwähnt, dass die

beschriebene Form der Rippe 18 in vorteilhafter Weise beim Gießen des Kolbens ausgebildet werden kann, so dass keine Nachbearbeitung erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche

1. Einteiliger, gegossener Kolben (10) für einen

Verbrennungsmotor, mit einem Kühlkanal (12) und

zumindest einer Rippe (18) auf der Kolbeninnenseite gegenüber dem Muldengrund einer Brennraummulde (14) .

2. Einteiliger, gegossener Kolben (10) für einen

Verbrennungsmotor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich zumindest eine Rippe (18) im Wesentlichen in

Richtung der Achse der Kolbenbolzennaben (16) erstreckt.

3. Einteiliger, gegossener Kolben (10) für einen

Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich zumindest eine Rippe (18) in Richtung eines im Wesentlichen maximal von der Kolbenachse entfernt liegenden Bereichs einer Kolbenbolzennabe (16)

erstreckt .

4. Einteiliger, gegossener Kolben (10) für einen

Verbrennungsmotor nach einem der vorangehenden

Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

dieser aus einem Eisenwerkstoff ausgeführt ist.

5. Einteiliger, gegossener Kolben (10) für einen

Verbrennungsmotor nach einem der vorangehenden

Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich der Kühlkanal (12) in Kolbenachsrichtung im

Wesentlichen über den gesamten Bereich von

Kolbenringnuten erstreckt.

6. Einteiliger, gegossener Kolben (10) für einen

Verbrennungsmotor nach einem der vorangehenden

Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich eine untere Begrenzung des Kühlkanals (12) in Kolbenachsrichtung im Wesentlichen auf demselben Niveau wie eine untere Nutflanke einer untersten Kolbenringnut und/oder ein tiefster Punkt der Brennraummulde (14) befindet .