Kolbens

Die Erfindung betrifft Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden, mit einer auf der radialen Außenseite des Kolbens in Kolbenbodennähe angeordneten Ringpartie, mit zwei sich in kolbenbodenabgewandte Richtung an die Ringpartie anschließenden und einander gegenüberliegenden Bolzennaben, die über Schaftelemente miteinander verbunden sind, und mit jeweils einer in den Bolzennaben eingebrachten Bolzenbohrung, wobei in den Nadir- und den Äquatorbereich der Bolzenbohrungen jeweils mindestens eine Schmierrille eingeformt ist.

Ein Kolben der eingangs genannten Art ist aus der Offenlegungsschrift DE 102 55 731 A1 bekannt. Nachteilig ist hierbei, dass die Schmierrillen im mittleren Bereich der Bolzenbohrungen angeordnet sind, sodass sie im Motorbetrieb nur langsam mit Schmieröl gefüllt werden. Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Schmierrillen besteht darin, dass zu deren Herstellung ein irr ^; Drehung versetzter Drehmeißel verwendet wird, der bei jeder einzelnen Drehung im Bereich der Schmierrille so weit ausgelenkt werden muss, bis hierdurch die geforderte Tiefe der Schmierrille erreicht wird.

Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, und zum einen Kolben mit Schmierrillen auszustatten, die leicht mit Schmiermittel füllbar sind. Zum anderen ist es Aufgabe der Erfindung, die Herstellung der Schmierrillen zu vereinfachen.

Gelöst wird diese Aufgabe zum einen dadurch, dass die mindestens eine Schmierrille im radial inneren und/oder im radial äußeren Randbereich der jeweiligen Bolzenbohrung angeordnet ist, und dass die Schmierrillenebene schräg zur Kolbenachse liegt, sodass die mindestens eine Schmierrille in die radiale Innenseite und/oder in die radiale Außenseite der jeweiligen Bolzennabe mündet. Befindet sich ein Bolzen in der Bolzenbohrung, ergeben sich damit Öffnungen auf der Innenseite und/oder auf

BESTÄTIGUNGSKOPIE der Außenseite der Bolzennaben, durch die Schmieröl in die Bolzenbohrungen eindringen kann und damit die Schmierung des Bolzens verbessert.

Zum anderen wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Herstellung der Schmierrillen lediglich ein herkömmlicher, drehbar gelagerter Drehmeißel in die Bolzenbohrung eingeführt werden muss, wonach der Drehmeißel an der Stelle der Bolzenbohrung positioniert wird, in die eine Schmierrille eingebracht werden soll. Anschließend ist lediglich erforderlich, den sich drehenden Drehmeißels in eine vom Kolbenboden wegweisende Richtung oder den Kolben gegenüber dem Drehmeißel zu verschieben, bis die Schmierrille die gewünschte Tiefe hat. Gegebenenfalls hat hierbei die Drehachse des Drehmeißels gegenüber der Bolzenbohrungsachse oder der Kolben gegenüber der Drehachse des Drehmeißels um einen kleinen Winkel gekippt zu werden, um Schmierrillen zu erzeugen, die in die radiale Innenseite oder in die radiale Außenseite der Bolzennaben münden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das Schnittbild eines Kolbens mit Bolzenbohrungen, die jeweils eine

Schmierrille aufweisen,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Bolzenbohrung gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Kolben im Schnitt, dessen Bolzenbohrungen je eine Schmierrille mit je einer innen liegenden Öffnung aufweisen,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Bolzenbohrung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen Kolben im Schnitt mit Bolzenbohrungen, die jeweils mehrere parallel angeordnete und zur Kolbenachse schräg liegende Schmierrillen aufweisen, und

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer Bolzenbohrung gemäß Fig. 5.

Die Figuren 1 , 3 und 5 zeigen je einen Kolben 1 , 1', 1" im Schnitt mit einem Kolbenboden 2, in den eine Verbrennungsmulde 3 eingeformt ist. Der Kolben 1 , 1', 1" weist radial außen in Kolbenbodennähe eine Ringpartie 4 mit drei Ringnuten 5, 6, 7 auf, von denen die dem Kolbenboden nächstliegende Ringnut 5 für einen Kompressionsring vorgesehen und mit einem Ringträger 8 versehen ist, an den radial innen ein umlaufender Kühlkanal 9 angeformt ist.

In kolbenbodenabgewandte Richtung schließen sich an die Ringpartie 4 zwei Bolzennaben 10, 10', 10", 1 1 , 1 1 *. 1 1" mit je einer Bolzenbohrung 12, 12", 12", 13, 13', 13" an, wobei die beiden Bolzenbohrungen 12, 12', 12" und 13, 13', 13" koaxial angeordnet sind. Radial außen werden die Bolzennaben 10, 10', 10", 1 1 , 1 1 ', 1 1 " von umlaufenden Schaftelementen 14 verbunden, von denen in den Figuren 1 , 3 und 5 wegen der Lage des Schnittes nur die Innenflächen eines der Schaftelemente 14 sichtbar ist.

In der Mitte der Innenflächen der Bolzenbohrungen 12, 13 gemäß Fig. 1 ist je eine Schmierrille 15, 16 eingeformt, die über den Nadir und den Äquator der jeweiligen Bolzenbohrung 12, 13 verlaufen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel überdecken die Schmierrillen 15, 16 jeweils einen Winkelbereich von ca. 270°. Der Winkelbereich kann zwischen 180° und 360° liegen. Die Tiefe der Schmierrillen 15, 16 beträgt zwischen 1 μηι und 500 [im. Die Schmierrillen 15, 16 sind in einer parallel zur Kolbenachse 17 und senkrecht zur Bolzenbohrungsachse 18 (Fig. 2) liegenden Ebene angeordnet.

Zur Herstellung der Schmierrillen 15, 16 wird eine herkömmliche Drehmaschine mit einem drehbar gelagerten Drehmeißel verwendet, dessen für die vorliegende Aufgabe geeignete Schneidefläche radial außen angeordnet ist.

Zur weiteren Erläuterung der Herstellung der Schmierrillen 15, 16 wird auf Fig. 2 verwiesen. Zur Herstellung einer Schmierrille 16, wie sie bspw. in Fig. 2 dargestellt ist, wird zunächst der Drehmeißel so in der Bolzenbohrung 13 angeordnet, dass dessen Drehachse auf der Bolzenbohrungsachse 18 liegt. Der Drehmeißel wird in Drehung versetzt, wobei die radiale Abmessung des Drehmeißels derart ist, dass dabei kein Kontakt zur Innenwand der Bolzenbohrung 13 stattfinden. Anschließend wird die Drehachse des Drehmeißels in die Richtung verschoben, in der die Schmierrille 16 vorgesehen ist. Diese Richtung kann parallel zur Kolbenachse 17 liegen und vom Kolbenboden 2 wegweisen, wenn die Schmierrille den Nadirbereich und den Äquatorbereich der Bolzenbohrung 13 überdecken soll.

Diese Richtung kann aber auch schräg zur Kolbenachse 17 liegen, wobei es vorteilhaft ist, wenn diese Richtung der Pleuelachse dann entspricht, wenn sich der Pleuel in der Position befindet, in der im Motorbetrieb das Zünddruckmaximum des Arbeitstaktes auf den Kolben 1 und damit auf den Pleuel wirkt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass derjenige Zenitbereich der Bolzenbohrung 13 nicht mit einer Schmierrille 16 versehen ist und damit eine maximale Auflagefläche hat, der beim Arbeitstakt der maximale Druckbelastung ausgesetzt ist, sodass in diesem Bereich der Verschleiß der Bolzenbohrung 13 und des sich darin befindlichen Bolzens minimiert wird.

Wenn nach Ende des Drehprozesses die Schmierrille 16 fertig ausgebildet ist, liegt die Drehachse 19 des Drehmeißels beispielsweise auf einer Position, wie sie in Fig. 2 eingezeichnet ist. Hierbei hat der Abstand "X" zwischen der Bolzenbohrungsachse 18 und der Drehachse 19 des Drehmeißels eine Größe, die zwischen der Hälfte der Tiefe und der gesamten Tiefe der Schmierrille 16 liegt.

Dies hängt davon ab, inwieweit die Distanz zwischen der Schneidefläche des Drehmeißels und der Drehachse 19 des Drehmeißels beim Verschieben der Drehachse des Drehmeißels vergrößert wird, wobei der Grad der Vergrößerung dieser Distanz zum einen ausschlaggebend dafür ist, über welchen Winkelbereich der Bolzenbohrungsinnenfläche sich die Schmierrille 16 erstreckt. Zum anderen bestimmt die Vergrößerung der Distanz die Tiefe der Schmierrille 16.

Entspricht beispielsweise die Vergrößerung der Distanz zwischen der Schneidefläche des Drehmeißels und der Drehachse 19 des Drehmeißels genau dem Abstand "X" zwischen der Bolzenbohrungsachse 18 und der Drehachse 19 des Drehmeißels, erstreckt sich die Schmierrille 16 über einen Winkelbereich von 360° und beträgt die Tiefe der Schmierrille 16 im Nadirbereich zweimal dem Abstand "X". Wird die Distanz zwischen der Schneidefläche des Drehmeißels und der Drehachse

19 des Drehmeißels konstant gehalten, erstreckt sich die Schmierrille 16 über einen Nadir- und Äquatorbereich von 180°, und entspricht die Tiefe der Schmierrille im Nadirbereich genau dem Abstand "X" zwischen der Bolzenbohrungsachse 18 und der Drehachse 19 des Drehmeißels. In der Praxis sind hierbei einfache Versuche erforderlich, um den Drehmeißel den vorliegenden Erfordernissen gemäß einzustel- len und den gewünschten Winkelbereich zu erhalten, über den sich die Schmierrille 15, 16 erstreckt.

Hierbei ist es auch möglich, anstelle des Drehmeißels den Kolben 1 zu verschieben, um die Schneidefläche des Drehmeißels in Kontakt zu der Innenfläche der Bolzenbohrung zu bringen und dazu zu veranlassen, eine Schmierrille in die Innenfläche der Bolzenbohrung einzuformen. Hierbei wird der Kolben 1 in eine solche Richtung verschoben, dass sich der Abstand zwischen der Drehachse 19 und dem Kolbenboden 2 vergrößert wird.

In den Figuren 3 und 4 sind auf den radialen Innenseiten der Bolzenbohrungen 12' und 13' angeordnete Schmierrillen 20 und 21 dargestellt, die in zwei Ebenen angeordnet sind, die schräg zur Kolbenachse 17 liegen, wobei die beiden Ebenen in kolbenbodenabgewandte Richtung aufeinander zu laufen, sodass die Schmierrillen

20 und 21 in der Nähe des Nadirs der Bolzenbohrungen 12' und 13' in die radialen Innenseiten der Bolzennaben 10' und 11' münden. Wenn sich ein Bolzen in den Bolzenbohrungen 12' und 13' befindet, ergeben sich in den Endbereichen 22 und 23 der Schmierrillen 20 und 21 somit Öffnungen, durch die auf Grund des Kapillareffektes und der Bewegungen des Bolzens in der Bolzenbohrung Öl in die Schmierrillen 20 und 21 eindringt und damit die Schmierung des Bolzens in den Bolzenbohrungen 12' und 13' verbessert.

Zur Herstellung der Schmierrillen 20 und 21 sei auf Fig. 4 verwiesen. Bei der Herstellung beispielsweise der Schmierrille 21 wird der Drehmeißel in die Bolzenbohrung 13' eingeführt und die Drehachse 19' des Drehmeißels um einen Winkel α gekippt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel 5° beträgt. Dieser Winkel α kann zwischen 5° und 30° betragen. Anschließend wird der Drehmeißel in Drehung versetzt und, wie bereit oben im Hinblick auf die Herstellung der Schmierrillen 15 und 16 beschrieben, in Richtung der Kolbenachse 17 oder schräg dazu versetzt.

Hierbei kann anstelle des Drehmeißels auch der Kolben um den Winkel α gekippt werden. Um anschließend eine Schmierrille 15,16 in die Innenfläche der Bolzenbohrung zu drehen, kann nun entweder der Kolben oder der Drehmeißel verschoben werden, bis die Schneidefläche des Drehmeißels in Kontakt zu der Innenfläche der Bolzenbohrung kommt, und eine Schmierrille 15, 16 in die Bolzenbohrung eingedreht werden kann.

In den Figuren 5 und 6 weisen die Bolzenbohrungen 12" und 13" gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel je vier Schmierrillen 24 bis 31 auf.

Der Vorteil hiervon besteht darin, dass sich durch eine Vergrößerung der Anzahl von Schmierrillen auch die Schmiermittelaufnahme-Kapazität der Bolzenbohrungen 12" und 13" vergrößert, und damit die Schmierung des Kolbenbolzens verbessert wird. Zudem sammelt sich in den mittleren Schmierrillen 25, 26, 29, 30 Öl an, das auch bei Stillstand des Motors in den Schmierrillen 25, 26, 29, 30 verbleibt, und das somit die Kaltstartbedingungen des Motors verbessert.

Die Herstellung erfolgt, wie bei den Schmierrillen 15, 16, 20, 21 erläutert, mit dem Unterschied, dass der Drehmeißel pro Bolzenbohrung 12", 13" mehrfach angesetzt werden muss und jede einzelne Schmierrille 24 bis 31 wie oben beschrieben in die Bolzenbohrungen 12", 13" einformt.

Eine andere Möglichkeit, mehrere nebeneinander liegende Schmierrillen 24 bis 31 in die Bolzenbohrungen 12", 13" einzudrehen, besteht darin, zunächst den Drehmeißel vor der Bolzenbohrung 12", 13" insoweit zu positionieren, dass die Drehachse des Drehmeißels koaxial zur Bolzenbohrungsachse 18 liegt, und dann die Drehachse des Drehmeißels gegenüber dem Kolben oder den Kolben gegenüber dem Drehmeißel zu verschieben, bis sich ein ausreichender Abstand zwischen der Bolzenbohrungsachse und der Drehachse des Drehmeißels ergeben hat, um anschließend den sich drehenden Drehmeißel in Richtung seiner Drehachse durch die Bolzenbohrung zu führen.

Hierbei muss der Abstand zwischen der Schneidefläche des Drehmeißels und der Drehachse des Drehmeißels so gewählt werden, dass die Schneidefläche des Drehmeißels ausschließlich mit dem Nadir und dem Äquator der Bolzenbohrung in Kontakt kommt, und es werden mehrere nebeneinander und auf der kolbenbodenab- gewandten Seite der Bolzenbohrung liegende Schmierrillen in die Innenfläche der Bolzenbohrung eingeformt. Die Anzahl der hierdurch erzeugten Schmierrillen ist hierbei abhängig von der Drehgeschwindigkeit und der Vorschubgeschwindigkeit des Drehmeißels, wobei diese Geschwindigkeiten entsprechend der gewünschten Anzahl der Schmierrillen eingestellt werden müssen.

Hierbei können in den Bolzenbohrungen auch Lagerbuchsen eingepresst sein, sodass die Schmierrillen in die Innenflächen der Lagerbuchsen eingeformt werden. Die Bohrungen der Lagerbüchsen entsprechen dann, was die Anordnung und die Herstellung der Schmierrillen betrifft, den Bolzenbohrungen.

Bezugszeichenliste

X Abstand zwischen der Bolzenbohrungsachse 18 und der Drehachse 19 des Drehmeißels

1, 1', 1" Kolben

2 Kolbenboden

3 Verbrennungsmulde

4 Ringpartie

5, 6, 7 Ringnut

8 Ringträger

9 Kühlkanal

10, 10', 10", 11 , 11', 11" Bolzennabe

12, 12', 12", 13, 13', 13" Bolzenbohrung

14 Schaftelement

15, 16 Schmierrille

17 Kolbenachse

18 Bolzenbohrungsachse

19, 19' Drehachse des Drehmeißels

20, 21 Schmierrille

22, 23 Endbereich der Schmierrille 20, 21

24 bis 31 Schmierrille