WO2019048190A1 - Kolben - Google Patents

Kolben Download PDF

Info

Publication number
WO2019048190A1
WO2019048190A1 PCT/EP2018/071929 EP2018071929W WO2019048190A1 WO 2019048190 A1 WO2019048190 A1 WO 2019048190A1 EP 2018071929 W EP2018071929 W EP 2018071929W WO 2019048190 A1 WO2019048190 A1 WO 2019048190A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
groove
radius
transition
flank
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/071929
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hannes Rösch
Original Assignee
Mahle International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
Publication of WO2019048190A1 publication Critical patent/WO2019048190A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • 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
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • 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
    • 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
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/22—Rings for preventing wear of grooves or like seatings
    • 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 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • 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 piston for an internal combustion engine with a piston head and a piston skirt according to the preamble of
  • Claim 1 The invention also relates to an internal combustion engine equipped with such a piston.
  • Piston ring is provided.
  • the annular grooves usually have two groove flanks extending in the radial direction of the piston and a groove base aligned parallel to a piston axis.
  • these annular grooves are weak points on the known piston, wherein to increase the strength of existing between the annular grooves ring webs, in particular with respect to a notch effect, in principle, two measures come into question: on the one hand, an axially higher and thus more stable annular web can be formed whereby, however, the height of the piston according to the invention and thus its weight increases or the remaining ring lands must be reduced in height.
  • a second measure comes a larger radius of fill in the transition between the flutes and the groove bottom into consideration, which in turn raises two problems in principle: First, the
  • lateral or axial forces can thereby occur in the region of the radii of curvature which do not cancel each other out and can cause lateral deflection of the cutting tool when the groove is cut.
  • the present invention therefore deals with the problem of providing a piston of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by a reduced notch effect in the region of a ring portion of the piston.
  • the present invention is based on the general idea, in a piston known per se for an internal combustion engine with a piston head and a piston skirt and a circumferential in the region of the piston head ring section, arranged in the region of the ring portion for receiving a piston ring annular groove in the region of at least one transition from one of the groove flanks in a groove bottom in such a way that it merges into the groove flank at a special bending angle, while the transition into the groove base via a preferably kink-free radius, that is, in particular tangential takes place.
  • the piston according to the invention has in the range at least one annular groove two groove flanks and the aforementioned groove base, wherein at least one transition at an angle ⁇ of 35 ° ⁇ ⁇ 50 ° merges into the associated lateral groove flank, while the transition has a radius r 2 and r 2 in this under the radius Groove bottom passes.
  • at least one inventively formed transition between a groove bottom and an associated groove flank in particular load peaks of the notch effect can be significantly reduced, for example, significantly reduce compared to a steady transition in the form of a quarter circle with corner radius n.
  • the radius r 2 is at most 1.6 times a corner radius n between the groove base and the associated groove flank, wherein the corner radius n is equal to the distance a of the midpoint M 2 of the radius r 2 from the associated groove flank.
  • the center Mi of the corner radius n is thus located on a straight line with the center M 2 of the radius r 2 , wherein the line between Mi and M 2 is a parallel to the groove flank.
  • transition with radius r 2 and the ratio of the radius r 2 to Eckradius n can be achieved with uniform smooth transition from the groove bottom to groove flank towards a lower notch effect, resulting in lower groove heights H or at the same groove height H a reduced notch effect of the groove bottom can be realized towards the groove side.
  • at least one transition or both transitions pass under a (bending) angle ⁇ of 42.5 ° ⁇ ⁇ 47.5 ° into the associated groove flank.
  • Such an angular range for the angle ⁇ provides an additional improvement of
  • Notch effect that is, an additional reduction of the notch effect, which in turn result in lower notch effects at the same groove height H or thereby a lower groove height H and thus a reduced piston height can be achieved, which is particularly modern
  • the ratio 1, 2 ri ⁇ r 2 ⁇ 1, 6 n applies to the corner radius n and the radius r 2.
  • the above-mentioned equation thus clearly shows that the radius r 2 is limited in terms of size At least 1, 2 times the corner radius n and at most to 1, 6 times the corner radius n.
  • the reduction of the groove height and connected to the reduction of the piston height allows a particularly compact design Internal combustion engine, which is particularly advantageous in modern motor vehicles with a small space available.
  • the radius r 2 is at most 1.6 times a corner radius n between the groove bottom and the associated groove flank, the corner radius n being equal to the distance a of the midpoint M 2 of the radius r 2 from the associated one Groove flank is.
  • the piston is made of a light metal alloy, in particular of a
  • Aluminum alloy or made of a steel alloy. With out of one Steel alloy produced pistons can be robust solutions for
  • aluminum alloy has improved thermal conductivity, which is particularly the cooling of the piston and thus also its
  • a further improvement in the performance of the piston according to the invention can be achieved in that a cooling channel is arranged in the region of the ring section. This can be closed or open
  • Cooling channel be formed and either contain, for example, a sodium-containing potassium cooling medium or cooled by a spray oil cooling.
  • the present invention is further based on the general idea to equip an internal combustion engine with at least one such piston, wherein the internal combustion engine according to the invention allows more compact piston due to the higher sustainable load peaks in the region of the annular grooves and thus a lower overall height of the internal combustion engine itself.
  • FIG. 1 is a sectional view through a possible embodiment of a piston according to the invention
  • Fig. 2 shows a detailed representation of the transitions between a groove base and the groove edges of an annular groove.
  • Ring part 4 has at least one annular groove 5 for receiving a piston ring 6.
  • the annular groove 5 has in a known manner two groove flanks 7 and 7 'and a groove bottom 8, which connects the two groove flanks 7 and 7' with each other.
  • At least one transition 9, 9 'or both transitions 9, 9' pass at an angle ⁇ of 35 ° ⁇ ⁇ 50 ° into the associated one
  • the corner radius n is equal to the distance a of a center M 2 of the radius r 2 from the associated groove flank 7, 7 '.
  • At least one of the two transitions 9, 9 ' is particularly preferred or both go at an angle ⁇ of 42.5 ° ⁇ ⁇ 47.5 ° into the
  • transition 9, 9 ' can in particular a significant reduction of load peaks of the notch effect compared to a steady transition in the form of a quarter circle (radius n) can be achieved, which can achieve a significant increase in the load capacity of the piston 1. If only the same load capacity is desired, a significantly reduced groove height H can be realized with the transitions 9, 9 'designed according to the invention, as a result of which the piston 1 can have a significantly lower height and thus also the internal combustion engine 10.
  • n and the radius r 2 is preferably the ratio 1, 2 n ⁇ r 2 ⁇ 1, 6 n, whereby a ratio can be determined, by means of which particular advantages with respect to the reduction of load peaks and the
  • the piston 1 is made of a light metal alloy, in particular of an aluminum alloy, or of a steel alloy. Especially the use of light metal alloys like
  • an aluminum alloy allows a larger
  • annular groove 5 is preferably arranged adjacent to a firing bar 1 1, wherein of course other annular grooves 5 can be formed like this.
  • a cooling channel 12 can be arranged in the region of the ring section 4, as a result of which the piston 1 can be cooled in an improved manner, and thus has an improved temperature load capability.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) für eine Brennkraftmaschine (10) mit einem Kolbenkopf (2) und einem Kolbenschaft (3), wobei der Kolbenkopf (2) eine umlaufende Ringpartie (4) sowie im Bereich der Ringpartie (4) zumindest eine Ringnut (5) zur Aufnahme eines Kolbenrings (6) aufweist, die zwei Nutflanken (7,7') und einen Nutgrund (8) besitzt und wobei jede Nutflanke (7,7') über einen zugehörigen Übergang (9,9') in die Nutflanke (8) übergeht. Erfindungswesentlich ist dabei; - dass zumindest ein Übergang (9,9') unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige Nutflanke (7,7') übergeht; - dass der zumindest eine Übergang (9,9') einen Radius r2 aufweist und unter diesem Radius r2, insbesondere tangential, in den Nutgrund (8) übergeht.

Description

Kolben
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Kolben ausgestattete Brennkraftmaschine.
Gattungsgemäße Kolben mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft sind hinlänglich bekannt, wobei am Kolbenkopf eine umlaufende Ringpartie sowie im Bereich dieser Ringpartie zumindest eine Ringnut zur Aufnahme eines
Kolbenrings vorgesehen ist. Die Ringnuten besitzen dabei üblicherweise zwei in Radialrichtung des Kolbens verlaufende Nutflanken und einen parallel zu einer Kolbenachse ausgerichteten Nutgrund. Gerade diese Ringnuten stellen jedoch Schwachstellen an den bekannten Kolben dar, wobei zur Erhöhung der Festigkeit der zwischen den Ringnuten vorhandenen Ringstege, insbesondere in Bezug auf eine Kerbwirkung, prinzipiell zwei Maßnahmen in Frage kommen: Zum einen kann ein axial höherer und damit stabilerer Ringsteg ausgebildet werden, wodurch jedoch die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Kolbens und damit sein Gewicht steigt oder die übrigen Ringstege in ihrer Höhe reduziert werden müssen. Als zweite Maßnahme kommt ein größerer Ausrundungsradius im Übergang zwischen den Nutenflanken und dem Nutgrund in Betracht, was jedoch wiederum prinzipiell zwei Probleme aufwirft: Zum einen muss der
Nutgrunddurchmesser am Kolben reduziert werden, damit ein Kolbenring nicht in den Radius am Übergang drückt. Dies bewirkt ein größeres Schadvolumen hinter dem Kolbenring sowie eine gewisse Reduzierung der Ringstegfestigkeit, da der Ringsteg über eine etwas größere radiale Tiefe auskragt. Des Weiteren lässt sich bei axial niedrigen Ringnuten (z.B. 1 ,0 oder 1 ,2 mm Höhe), wie sie z.B. bei PKW- Kolben verwendet werden, kein genügend großer Radius mehr vorsehen, da zur Einhaltung der Bearbeitungsqualität an der Werkzeugschneidfläche zwischen den beiden die Nutradien erzeugenden Radien noch ein gerader Abschnitt am Nutgrund vorgesehen werden muss. Ebenfalls kann die Bearbeitungsqualität beeinträchtigt sein, wenn z.B. an der vom Gasdruck besonders stark belasteten unteren Flanke der obersten Ringnut ein größerer Ausrundungsradius
ausgebildet wird als an der weniger stark belasteten oberen Nutflanke. Bei einer zerspanenden Bearbeitung können dadurch im Bereich der Ausrundungsradien Quer- bzw. Axialkräfte auftreten, die sich gegenseitig nicht aufheben und beim Schneiden der Nut ein seitliches Ausweichen des Schneidwerkzeugs hervorrufen können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine reduzierte Kerbwirkung im Bereich einer Ringpartie des Kolbens auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft sowie einer im Bereich des Kolbenkopfes umlaufenden Ringpartie, eine im Bereich der Ringpartie zur Aufnahme eines Kolbenrings angeordnete Ringnut im Bereich zumindest eines Übergangs von einer der Nutflanken in einen Nutgrund derart auszubilden, dass dieser unter einem speziellen Knickwinkel in die Nutflanke übergeht, während der Übergang in den Nutgrund über einen vorzugsweise knickfreien Radius, das heißt insbesondere tangential, erfolgt. Der erfindungsgemäße Kolben besitzt dabei im Bereich zumindest einer Ringnut zwei Nutflanken sowie den zuvor erwähnten Nutgrund, wobei zumindest ein Übergang unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige seitliche Nutflanke übergeht, während der Übergang einen Radius r2 aufweist und unter diesem Radius r2 in den Nutgrund übergeht. Durch den zumindest einen erfindungsgemäß ausgebildeten Übergang zwischen einem Nutgrund und einer zugehörigen Nutflanke, lassen sich insbesondere Lastspitzen der Kerbwirkung deutlich reduzieren, beispielsweise auch deutlich reduzieren im Vergleich zu einem stetigen Übergang in Form eines Viertel kreises mit Eckradius n.
Zum anderen kommt es durch die nun robustere Ausführung des Übergangs von der oberen Nutflanke zum Nutgrund, vor allem im Hinblick auf LSPI-Ereignisse (Low Speed Pre Ignition), seltener bzw. gar nicht mehr zu eventuellen
Nuteinrissen vom oberen Übergang zwischen der dem Kolbenboden
zugewandten Nutflanke und dem Nutgrund und einhergehend damit zu einem Kolbenversagen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung beträgt der Radius r2 maximal das 1 ,6 fache eines Eckradius n zwischen dem Nutgrund und der zugehörigen Nutflanke, wobei der Eckradius n gleich dem Abstand a des Mittelpunktes M2 des Radius r2 von der zugehörigen Nutflanke ist. Der Mittelpunkt Mi des Eckradius n liegt somit auf einer Geraden mit dem Mittelpunkt M2 des Radius r2, wobei die Gerade zwischen Mi und M2 eine Parallele zur Nutflanke darstellt. Durch den
erfindungsgemäß ausgebildeten Übergang mit Radius r2 und dem Verhältnis des Radius r2 zum Eckradius n kann bei gleich bleibend geschmeidigem Übergang vom Nutgrund zur Nutflanke hin eine geringere Kerbwirkung erzielt werden, wodurch sich auch geringere Nuthöhen H oder bei gleicher Nuthöhe H eine verringerte Kerbwirkung vom Nutgrund zur Nutflanke hin realisiert werden können. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung geht zumindest ein Übergang oder es gehen beide Übergänge unter einem (Knick- )Winkel α von 42,5° < α < 47,5° in die zugehörige Nutflanke über. Ein derartiger Winkelbereich für den Winkel α stellt eine zusätzliche Verbesserung der
Kerbwirkung, das heißt eine zusätzliche Reduzierung der Kerbwirkung, dar, wodurch sich wiederum bei gleichbleibender Nuthöhe H geringere Kerbwirkungen ergeben bzw. hierdurch auch eine geringere Nuthöhe H und damit eine reduzierte Kolbenhöhe erzielbar ist, was insbesondere im modernen
Kraftfahrzeugbau von großem Vorteil ist. Eine weitere Reduzierung der
Kerbwirkung und damit eine weitere potentielle Reduzierung der erforderlichen Bauhöhe des Kolbens kann durch einen Winkel α = 45° erreicht werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung gilt für den Eckradius n und den Radius r2 das Verhältnis 1 ,2 ri < r2 < 1 ,6 n. Der vorstehend genannten Gleichung ist somit eindeutig zu entnehmen, dass der Radius r2 größenmäßig beschränkt ist auf mindestens das 1 ,2 fache des Eckradius n und maximal auf das 1 ,6 fache des Eckradius n. Bei der Wahl des Radius r2 in dem zuvor genannten Verhältnis konnte eine besonders große Reduzierung der Kerbwirkung und insbesondere auch der Lastspitzen der Kerbwirkung im
Vergleich zu einem stetigen Übergang erzielt werden, so dass selbst bei einem nicht vollständig ausgerundeten Übergang zwischen Nutflanke und dem eigentlichen Übergang eine erhebliche Steigerung der Belastungsfähigkeit des Kolbens oder bei gleichbleibender gewünschter Belastungsfähigkeit eine deutliche Reduzierung der hierfür erforderlichen Nuthöhe und damit auch eine deutliche Reduzierung der erforderlichen Kolbenhöhe erreicht werden kann. Besonders die Reduzierung der Nuthöhe und verbunden damit die Reduzierung der Kolbenhöhe ermöglicht eine besonders kompakt bauende Brennkraftmaschine, was insbesondere in modernen Kraftfahrzeugen mit geringem Bauraumangebot von großem Vorteil ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung gehen beide Übergänge einer Ringnut unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige Nutflanke über, wobei in diesem Fall dann beide Übergänge unter einem Radius r2 in den Nutgrund übergehen. In diesem Fall wird somit
vorgeschlagen, nicht nur den Übergang zwischen der einem Kolbenboden abgewandten Nutflanke in den zugehörigen Nutgrund erfindungsgemäß auszugestalten, sondern beide Übergänge, wodurch es möglich ist, zum Stechen der Ringnut ein einziges Werkzeug zu verwenden, welches sowohl den oberen als auch den unteren Übergang sticht. Da bislang die Übergänge von
herkömmlichen Nuten unter Umständen mit unterschiedlichen Übergängen bzw. unterschiedlichen Radien in den Übergängen gestochen werden mussten, waren immer zumindest zwei unterschiedliche Werkzeuge erforderlich, was eine vergleichsweise lange Bearbeitungszeit und doppelte Werkzeug kosten zur Folge hatte. Dabei kann auch auf den Nutgrund verzichtet und somit ein durchgängiger Radius gebildet werden, der jeweils über den Winkel α und die Nutflanke angebunden ist, wodurch die Nuthöhe H deutlich geringer gestaltet werden kann, als bei den im Stand der Technik bekannten Nuten.
Vorzugsweise gilt auch bei einer derartigen Ausführungsform, dass der Radius r2 maximal das 1 ,6 fache eines Eckradius n zwischen dem Nutgrund und der zugehörigen Nutflanke beträgt, wobei der Eckradius n gleich dem Abstand a des Mittelpunktes M2 des Radius r2 von der zugehörigen Nutflanke ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Kolben aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer
Aluminiumlegierung, oder aus einer Stahllegierung hergestellt. Mit aus einer Stahllegierung hergestellten Kolben lassen sich robuste Lösungen zur
Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Zünddruckerhöhung und
Emissionsreduzierung erreichen. Aufgrund der hohen Festigkeit von
Stahllegierungen sind zudem kompakte Abmessungen und geringe oszillierende Massen darstellbar. Hierdurch lassen sich insbesondere sogar geringere Massen als bei vergleichbaren Aluminiumkolben erzielen. Ein Kolben aus einer
Aluminiumlegierung weist dagegen eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit auf, was insbesondere die Kühlung des Kolbens und damit auch dessen
Leistungsfähigkeit verbessert.
Eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Kolbens kann dadurch erreicht werden, dass im Bereich der Ringpartie ein Kühlkanal angeordnet ist. Dieser kann als geschlossener oder als offener
Kühlkanal ausgebildet sein und entweder ein beispielsweise Natrium-Kalium haltiges Kühlmedium enthalten oder mittels einer Spritzölkühlung gekühlt werden.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem solchen Kolben auszustatten, wobei die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine aufgrund der höheren ertragbaren Lastspitzen im Bereich der Ringnuten kompakter bauende Kolben ermöglicht und damit auch eine geringere Bauhöhe der Brennkraftmaschine selbst.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens,
Fig. 2 eine Detaildarstellung der Übergänge zwischen einem Nutgrund und den Nutflanken einer Ringnut.
Entsprechend der Fig. 1 , weist ein erfindungsgemäßer Kolben 1 für eine
Brennkraftmaschine 10 einen Kolbenkopf 2 und einen Kolbenschaft 3 auf, wobei der Kolbenkopf 2 eine umlaufende Ringpartie 4 sowie im Bereich dieser
Ringpartie 4 zumindest eine Ringnut 5 zur Aufnahme eines Kolbenringes 6 besitzt. Die Ringnut 5 weist dabei in bekannter Weise zwei Nutflanken 7 und 7' sowie einen Nutgrund 8 auf, der die beiden Nutflanken 7 und 7' miteinander verbindet.
Erfindungsgemäß geht nun zumindest ein Übergang 9, 9' oder es gehen beide Übergänge 9,9' unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige
Nutflanke 7, 7' über, wie dies gemäß der Figur 2 dargestellt ist. Gemäß der Figur 2 ist dabei weiter dargestellt, dass beide Übergänge 9, 9' mit den zuvor und den nachfolgend beschriebenen, erfindungswesentlichen Merkmalen in die zugehörige Nutflanke 7, T übergehen, wobei es selbstverständlich klar ist, dass lediglich einer der Übergänge 9, 9' erfindungsgemäß so ausgebildet sein muss. Der zumindest eine Übergang 9, 9' geht darüber hinaus unter einem Radius r2 in den Nutgrund 8 über, wobei in dem gezeigten Beispiel der Radius r2 maximal das 1 ,6 fache eines Eckradius n zwischen Nutgrund 8 und zugehöriger Nutflanke 7, 7' beträgt. Als Eckradius n wird derjenige Radius bezeichnet, der zwischen dem Nutgrund 8 und der zugehörigen Nutflanke 7, 7' einen Viertelkreis umreißt.
Zusätzlich ist in dem gezeigten Beispiel der Eckradius n gleich dem Abstand a eines Mittelpunktes M2 des Radius r2 von der zugehörigen Nutflanke 7, 7'.
Besonders bevorzugt geht dabei zumindest einer der beiden Übergänge 9, 9' oder es gehen beide unter einem Winkel α von 42,5° < α < 47,5° in die
zugehörige Nutflanke 7, 7' über, wobei besonders bevorzugt zumindest einer der Übergänge 9, 9' unter einem Winkel α = 45° in die zugehörige Nutflanke 7, 7' übergeht. Mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Übergang 9, 9' kann dabei insbesondere eine erhebliche Reduzierung von Lastspitzen der Kerbwirkung im Vergleich zu einem stetigen Übergang in Form eines Viertel kreises (Radius n) erreicht werden, wodurch sich eine deutliche Steigerung der Belastungsfähigkeit des Kolbens 1 erreichen lassen. Ist lediglich die gleiche Belastungsfähigkeit gewünscht, so kann sich mit den erfindungsgemäß ausgestalteten Übergängen 9, 9' eine deutlich reduzierte Nuthöhe H realisieren lassen, wodurch der Kolben 1 eine deutlich geringere Höhe und damit auch die Brennkraftmaschine 10 eine deutlich geringere Höhe aufweisen können.
Dabei ist selbstverständlich klar, dass der Nutgrund 8, nicht wie in Fig. 2 dargestellt ist, einen ebenen Grund aufweisen muss, sondern dass in einer speziellen Ausführungsform auch gelten kann: H = 2n, so dass in diesem Fall der Nutgrund 8 ausgerundet ist. In diesem Fall wird der Nutgrund 8 somit durch einen Bereich gebildet, in dem die beiden Übergänge 9, 9' ineinander übergehen.
Wie bereits in den vorherigen Absätzen erwähnt, ist zur Erzielung des
gewünschten Vorteils lediglich die Ausbildung eines der beiden Übergänge 9, 9' in der erfindungsgemäßen Weise erforderlich, wobei bei der Ausbildung beider Übergänge 9, 9' in der erfindungsgemäßen Weise sich die Vorteile weiter steigern lassen und darüber hinaus lediglich ein einziges Werkzeug zum Stechen der Ringnut 5 erforderlich ist, wodurch nicht mehr zwei unterschiedliche
Werkzeuge und verbunden damit höhere Werkzeug kosten sowie höhere
Vorhalte- und Wartungskosten erforderlich sind.
Für den Eckradius n und den Radius r2 gilt vorzugsweise das Verhältnis 1 ,2 n < r2 < 1 ,6 n, wodurch ein Verhältnis festgelegt werden kann, mittels welchem besondere Vorteile in Bezug auf die Reduzierung von Lastspitzen und die
Reduzierung der damit verbundenen Kerbwirkungen erreicht werden können.
Von weiterem Vorteil ist, sofern der Kolben 1 aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, oder aus einer Stahllegierung, hergestellt ist. Besonders der Einsatz von Leichtmetalllegierungen wie
beispielsweise einer Aluminiumlegierung ermöglicht einen größeren
Wärmeübertrag, was die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Kolbens 1 steigert. Durch eine Stahllegierung lässt sich eine kompaktere Bauform des erfindungsgemäßen Kolbens 1 erreichen, wodurch dieser unter Umständen sogar ein geringeres Gewicht aufweisen kann, als bei einer Ausbildung aus einer Aluminiumlegierung. Alternativ kann der erfindungsgemäße Kolben 1
selbstverständlich auch aus einem Gusswerkstoff hergestellt sein. Die Ringnut 5 ist dabei bevorzugt benachbart zu einem Feuersteg 1 1 angeordnet, wobei selbstverständlich auch andere Ringnuten 5 dergestalt ausgebildet werden können. Im Bereich der Ringpartie 4 kann darüber hinaus ein Kühlkanal 12 angeordnet sein, wodurch sich der Kolben 1 verbessert kühlen lässt, und dadurch eine verbesserte Temperaturbelastungsfähigkeit aufweist.
Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kolben 1 und dessen erfindungsgemäß über einen Knickwinkel α in die jeweilige Nutflanke 7, 7' übergehenden Übergang 9, lassen sich die Lastspitzen und damit die Kerbwirkungen reduzieren und die Belastungsfähigkeit steigern.

Claims

Ansprüche
1 . Kolben (1 ) für eine Brenn kraftmasch ine (10) mit einem Kolben kopf (2) und einem Kolbenschaft (3), wobei der Kolbenkopf (2) eine umlaufende Ringpartie (4) sowie im Bereich der Ringpartie (4) zumindest eine Ringnut (5) zur Aufnahme eines Kolbenrings (6) aufweist, die zwei Nutflanken (7,7') und einen Nutgrund (8) besitzt, und wobei jede Nutflanke (7,7') über einen zugehörigen Übergang (9,9') in den Nutgrund (8) übergeht, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest ein Übergang (9,9') unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige Nutflanke (7,7') übergeht,
- dass der zumindest eine Übergang (9,9') einen Radius r2 aufweist und unter diesem Radius r2, insbesondere tangential, in den Nutgrund (8) übergeht.
2. Kolben nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest ein Übergang (9,9') unter einem Winkel α von 42,5° < α < 47,5° in die zugehörige Nutflanke (7,7') übergeht, oder
- dass zumindest ein Übergang (9,9') unter einem Winkel α von α = 45° in die zugehörige Nutflanke (7,7') übergeht.
3. Kolben nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass beide Übergänge (9,9') unter einem Winkel α von 35° < α < 50° in die zugehörige Nutflanke (7,7') übergehen,
- dass beide Übergänge (9,9') einen Radius r2 aufweisen und unter diesem Radius r2, insbesondere tangential, in den Nutgrund (8) übergehen.
4. Kolben nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
- dass beide Übergänge (9,9') unter einem Winkel α von 42,5° < α <
47,5° in die zugehörige Nutflanke (7,7') übergehen, oder
- dass beide Übergänge (9,9') unter einem Winkel α von α = 45° in die zugehörige Nutflanke (7,7') übergehen.
5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Radius r2 maximal das 1 ,6 fache eines Eckradius n zwischen Nutgrund (8) und zugehöriger Nutflanke (7,7') beträgt, wobei der Eckradius Π gleich dem Abstand a eines Mittelpunktes M2 des Radius r2 von der zugehörigen Nutflanke (7,7') ist.
6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Kolben (1 ) aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere aus eine Aluminiumlegierung, oder aus einer Stahllegierung hergestellt ist, oder
- dass der Kolben (1 ) aus einem Gusswerkstoff hergestellt ist.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ringnut (5) benachbart zu einem Feuersteg (1 1 ) des Kolbens (1 ) angeordnet ist.
8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich der Ringpartie (4) ein Kühlkanal (12) angeordnet ist.
9. Brenn kraftmasch ine mit zumindest einem Kolben (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2018/071929 2017-09-07 2018-08-13 Kolben WO2019048190A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017215834.4A DE102017215834A1 (de) 2017-09-07 2017-09-07 Kolben
DE102017215834.4 2017-09-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019048190A1 true WO2019048190A1 (de) 2019-03-14

Family

ID=63207757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/071929 WO2019048190A1 (de) 2017-09-07 2018-08-13 Kolben

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017215834A1 (de)
WO (1) WO2019048190A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021207405A1 (de) 2021-07-13 2023-01-19 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Stahlkolben für einen Verbrennungsmotor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020200153A1 (de) * 2020-01-08 2021-07-08 Mahle International Gmbh Verfahren zur Bearbeitung einer Ringnut

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3928491A1 (de) * 1989-08-29 1991-03-07 Mahle Gmbh Oelringnut eines tauchkolbens fuer verbrennungsmotoren
JP2009228685A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Teikoku Piston Ring Co Ltd 板バネ付きピストンリング及びピストンとピストンリングの組合せ
DE102012204770A1 (de) * 2012-03-26 2013-09-26 Mahle International Gmbh Kolben

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007297975A (ja) * 2006-04-28 2007-11-15 Toyota Motor Corp 内燃機関のピストンユニット及びピストンのリング溝構造
US9334830B2 (en) * 2014-06-06 2016-05-10 General Electric Company Piston assembly for a reciprocating engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3928491A1 (de) * 1989-08-29 1991-03-07 Mahle Gmbh Oelringnut eines tauchkolbens fuer verbrennungsmotoren
JP2009228685A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Teikoku Piston Ring Co Ltd 板バネ付きピストンリング及びピストンとピストンリングの組合せ
DE102012204770A1 (de) * 2012-03-26 2013-09-26 Mahle International Gmbh Kolben

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021207405A1 (de) 2021-07-13 2023-01-19 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Stahlkolben für einen Verbrennungsmotor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017215834A1 (de) 2019-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3604661C2 (de)
DE102010018339A1 (de) Feinbearbeitungswerkzeug
WO2019048190A1 (de) Kolben
EP3334918A1 (de) Kolben für eine brennkraftmaschine
DE102016111271A1 (de) Reibschweissen
WO2013144067A1 (de) Kolben
WO2004051118A1 (de) Kolben für einen verbrennungsmotor
DE102009016718A1 (de) Rotor mit einer Überlastsicherung für eine Drehmomentbegrenzung
EP3452711A1 (de) Kolben
DE102020200153A1 (de) Verfahren zur Bearbeitung einer Ringnut
EP3303808B1 (de) Kolben für einen verbrennungsmotor
DE10230745B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit kurzer Kompressionshöhe
DE3143306C2 (de) Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Kolbenring- und Zylinderlaufflächenanordnung
EP1190810B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens
DE10118910B4 (de) Kolbenringanordnung
DE1198613B (de) Pleuelstange fuer Kolbenmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, und Verfahren zu deren Herstellung
DE2233407A1 (de) Fraeswerkzeug od. dgl
DE102018207874B4 (de) Verfahren zum multidirektionalen Schmieden eines Kolbens
EP2002104B1 (de) Oberteil eines gebauten kolbens
DE3714400A1 (de) Kolben fuer brennkraftmaschinen
WO2019238528A1 (de) Gegossener kolben für einen verbrennungsmotor, aus einem material auf eisenbasis
DE102019216252A1 (de) Kolben für eine Brennkraftmaschine
DE102021101663A1 (de) Antriebselement
AT227482B (de) Gebelpleuestange mit einem Innenpleuel
WO2019007897A1 (de) VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES KOLBENS FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR, KOLBEN FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR, KOLBENROHLING ZUR HERSTELLUNG DES KOLBENS SOWIE GIEßFORM ODER SCHMIEDEGESENK ZUR HERSTELLUNG EINES KOLBENROHLINGS

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18755189

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18755189

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1