Kolben mit einer unterhalb einer Ringnut angeordneten umlaufenden radialen Vertiefung

B E S C H R E I B U N G

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem Kolbenoberteil und einem daran angrenzenden Schaftteil sind grundsätzlich bekannt. Das Kolbenoberteil weist ein Ringfeld auf, das zumindest eine Ringnut, im Regelfall drei Ringnuten, umfasst, wobei in der zumindest einen Ringnut ein ölabstreifring eingesetzt wird, der sich beim Betrieb des Kolbens an der Zylinderinnenwand der Brennkraftmaschine abstützt beziehungsweise an dieser entlanggleitet. Dieser Bereich des Kolbens und auch der ölabstreifring sind während des Betriebes des Kolbens hoch belastet, so dass es bei nicht ausreichender Festigkeit aufgrund fehlerhafter Geometrien dort zu Beschädigungen kommen kann. Gleichzeitig ist es erforderlich und bekannt, unterhalb des ölabstreifringes eine Vertiefung vorzusehen, um das angesammelte öl abführen zu können.

Diese Vertiefung unterliegt jedoch besonderen konstruktiven Anforderungen, da bei fehlerhafter oder falscher Auslegung der Geometrie dieser Vertiefung eine Schwächung im Bereich zwischen der Oberkante des Schaftteiles und der Unterkante des Kolbenoberteiles zur Folge hat. Solche fehlerhafte Auslegungen in Form einer Fase oder eines Rezesses führen zu unzulässig kleinen, d.h. geringen Auflageflächen des ölabstreifringes beziehungsweise zu kürzeren tragenden Schaftlängen, so dass dadurch der Kolben insgesamt geschwächt wird und damit nicht hoch belastbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolben dahingehend zu verbessern, dass die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach wie vor im Bereich zwischen der Oberkante des Schaftteiles und der Ringnut, insbesondere der Unterkante der untersten Ringnut, eine umlaufende radiale Vertiefung angeordnet ist, wobei der obere Durchmesser, also im Bereich der Unterkante der untersten Ringnut, der Vertiefung kleiner ist als der untere Durchmesser, also im Bereich der Oberkante des Schaftteiles, der Vertiefung. Aufgrund dieser Geometrie werden mehrere Vorteile erzielt. Zum Einen kommt es zu einer Verbesserung (Vergrößerung) der Auflagefläche des ölabstreifringes in der unteren Ringnut, wobei andererseits gleichzeitig die tragende Schaftänge erhöht wird und es zu einer Optimierung der Form (Optimierung des Querschnittes) für das abzuführende beziehungsweise aufzunehmende ölvolumen im Bereich der Oberkante des Schaftteiles kommt. Diese geometrische Ausführung der Vertiefung hat weiterhin den Vorteil, dass ölabstreifringe mit geringer radialer Breite verwendet werden können, da bei solchen ölabstreifringen die Ringunterflanke eine optimierte, d.h. ausreichend große Auflagefläche benötigt. Würde bei den bisher bekannten Geometrien (Fase bzw. Rezess) die obere Berandung (also der Durchmesser des 4. Ringsteges) vergrößert werden, würde dies bei konstantem ölvolumen zwangsweise zu einer axial hohen Fase (Rezess) führen. Dies würde Kompromisse bei der Gestaltung des Kolbenschaftprofiles fordern und vor allen Dingen die Belastbarkeit des Kolbens und sein Geräuschverhalten nachteilig beeinflussen, d.h. verschlechtern. Diese Nachteile beseitigt die Erfindung in vorteilhafter Weise, da nunmehr für den ölsabstreifring, insbesondere für einen solchen mit einer geringen radialen Breite, die Ringunterflanke eine optimierte Auflagefläche findet, ohne dass bei gleichzeitig konstantem ölvolumen der Schaftteil des Kolbens geschwächt wird. Dadurch stellen sich ein geringerer ölverbrauch und ein optimiertes Geräuschverhalten während des Betriebes des Kolbens in der Brennkraftmaschine ein. Weiterhin ist von besonderem Vorteil, dass die Erfindung die Verwendung von besonders

formelastischen ölabstreifringen, insbesondere in dreiteiligen Ausführungen, auch in geometrisch grenzwertig ausgelegten Kurbeltrieben mit kurzen Kolben (d.h. kleine Kompressionshöhe) ermöglicht. Ebenso wird der bekannte Nachteil beseitigt, dass es zu Schwierigkeiten bei der Montage des ölabstreifringes bei radial schmalen Stahlbandringen kommen kann. Denn bei den bisherigen Geometrien der Vertiefung kann es aufgrund des geringen Durchmessers des vierten Ringsteges passieren, dass der Stahlbandring die Ringnut axial verlässt, d.h. abspringt und somit zu Schäden an der Brennkraftmaschine kommen kann.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Vertiefung einen etwa V-förmigen Querschnitt auf. Dadurch wird für das anzusammelnde beziehungsweise abzuführende Volumen für das Motoröl ein ausreichend großer Raum geschaffen, wobei die axiale Höhe der Vertiefung minimiert wird und die obere Berandung den größtmöglichen Durchmesser erhält, so dass eine ausreichend große Auflagefläche für den ölabstreifring zur Verfügung steht, ohne dass die tragende Schaftlänge reduziert wird, die zu einer Schwächung des Kolbens führen würde.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Verlauf der Vertiefung von der Unterkante der Ringnut bis etwa in die Mitte der Vertiefung flacher als der Verlauf der Vertiefung von der Mitte bis in Richtung der Oberkante des Schaftteiles. Dadurch wird der Bereich zwischen der Unterkante der Ringnut und der Oberkante der Vertiefung so ausgebildet, dass einerseits die notwendige Auflagefläche für den ölabstreifring in der unteren Ringnut zur Verfügung steht und andererseits bei ausreichendem ölvolumen die erforderliche Festigkeit (Tragkraft für den ölabstreifring) realisiert ist. Demgegenüber ist der Verlauf der Vertiefung von deren Mitte bis in Richtung der Oberkante des Schaftteiles steiler, so dass dadurch das abgestreifte öl besser gesammelt und abgeführt werden kann.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind in den Figuren gezeigt.

Es zeigen:

Figur 1 : Schnitt durch einen dreidimensional dargestellten Kolben,

Figur 2: Schnittdarstellung eines Kolbens gemäß Figur 1 ,

Figuren 3 bis 10: Detailansichten von verschiedenen Ausführungsformen der Vertiefung im übergangsbereich vom Kolbenoberteil zum Kolbenunterteil.

In Figur 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen teilweise dargestellten Kolben im Schnitt, der als fertiger einteiliger Kolben ausgebildet ist, wobei die Erfindung auch bei mehrteiligen Kolben, insbesondere Pendelschaftkolben, anwendbar ist.

Der Kolben 1 weist ein Kolbenoberteil 2 und ein daran angrenzendes Schaftteil 3 auf, wobei im Bereich des Schaftteiles 3 in an sich bekannter Weise eine Bolzenbohrung 4 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Kolbenbolzens vorhanden ist. Sonstige Konstruktionsmerkmale des Kolbens 1 sind zwar in üblicher Weise vorhanden, auf diese wird aber nicht weiter eingegangen, um die Darstellung der Erfindung zu vereinfachen.

Das Kolbenoberteil 2 weist in ebenso bekannter Weise ein Ringfeld 5 auf, wobei hier drei Ringnuten vorhanden sind, von denen die unterste Ringnut mit der Bezugsziffer 6 versehen ist. Unterhalb der untersten Ringnut 6, d.h. im Bereich des überganges von dem Kolbenoberteil 2 in das Schaftteil 3, ist eine umlaufende radiale Vertiefung 7 angeordnet, die die erfindungsgemäße Besonderheit aufweist, dass der obere Durchmesser, d.h. die obere Kante der Vertiefung 7, kleiner ist als der untere Durchmesser, d.h. im Bereich des Schaftteiles 3, der Vertiefung ist. In der Vertiefung 7 kann also nicht nur das von dem ölabstreifring in der Ringnut 6 angesammelte öl aufgenommen werden, sondern die axiale Höhe der Vertiefung 7 ist minimiert und der obere Rand der Vertiefung 7 bietet den größtmöglichen Durchmesser für die notwendige Auflagefläche des in der Ringnut 6 angeordneten, aber nicht dargestellten ölabstreifringes, ohne die tragende Schaftlänge zu reduzieren.

Figur 2 zeigt zur Verdeutlichung noch eine Schnittdarstellung eines Kolbens gemäß Figur 1.

Die Figuren 3 bis 10 zeigen Detailansichten von verschiedenen Ausführungsformen der Vertiefung 7 im übergangsbereich vom Kolbenoberteil 2 zum Kolbenun- terteil 3. Dabei ist erkennbar, dass verschiedene geometrische Formen zur Anwendung kommen können, um die Auflagefläche des ölabstreifringes insgesamt zu vergrössern, ohne die Festigkeit und die Belastbarkeit des Kolbens zu beeinträchtigen. In Figur 3 ist, stellvertretend für die anderen Figuren, noch gezeigt, dass der Durchmesser im Bereich des Kolbenunterteiles 3, genauer im Bereich einer Schaftand 8, größer ist als der Durchmesser im Bereich des Ringfeldes 5, genauer der Ringwände 9. Bei den nach unten gerichteten Vertiefungen 7, wie sie in den Figuren 9 und 10 dargestellt sind, kann sich öl ansammeln, dass zur Schmierung beiträgt. Ein ähnlicher oder sogar nahezu gleicher Effekt stellt sich aber auch bei den Vertiefungen 7, wie sie in den übrigen Figuren gezeigt sind, aufgrund der Auf- und Abbewegung des Kolbens im Betrieb ein.

Bezugszeichenliste:

1. Kolben

2. Kolbenoberteil

3. Schaftteil

4. Bolzenbohrung

5. Ringfeld

6. Ringnut

7. Vertiefung

8. Schaftwand

9. Ringwand