Kolben für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 44 46 726 A1 ist ein Kolben bekannt, dessen Schaftelemente ausschließlich an den Bolzennaben befestigt sind und keine Anbindung an das Kolbenoberteil aufweisen. Zudem weisen die Schaftelemente eine konstante Dicke auf. Aus diesen Gründen sind die Schaftelemente derart elastisch nachgiebig ausgebildet, dass sie sich bei einer Erhöhung der Temperatur des Kolbenmaterials und bei einer damit einhergehenden Vergrößerung des Kolbenradius im Bereich der Schaftelemente elastisch an die Innenwand der Zylinderbuchse anpassen, wodurch die Gefahr eines Kolbenfressers bei einer Erhöhung der Kolbentemperatur verringert wird. Nachteilig ist hierbei aber, dass die Elastizität der Schaftelemente zu einer Vergrößerung der Sekundärbewegungen des Kolbens, d.h., der Kippbewegungen des Kolbens um die Bolzenachse und damit zu einer Erhöhung des Verschleißes der Ring- und Nutflanken und zu einer Beschädigung der Zylinderbuchse führt.

Diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird die Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruches stehenden Merkmalen. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches.

Hierbei dämpft die kolbenbodenseitige Verdickung der Schaftelemente die Sekundärbewegungen des Kolbens insoweit, dass ein damit einhergehender Verschleiß der Ring- und Nutflanken des Kolbens verringert und eine durch diese Sekundärbewegungen bedingte Beschädigung der Zylinderbuchse weitgehend vermieden wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein aus zwei Halbschnitten bestehendes Schnittbild eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, wobei der linke Halbschnitt senkrecht auf der Bolzenachse steht, und der rechte Halbschnitt auf der Bolzenachse liegt, und

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben entlang der Linie l-l in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen in einem Schnittbild dargestellten Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor, das aus zwei Halbschnitten besteht, wobei der linke Halbschnitt senkrecht auf der Bolzenachse 2 steht, und der rechte Halbschnitt in Richtung der Bolzenachse 2 liegt.

Der Kolben 1 besteht aus einem Oberteil 3 mit einem Kolbenboden 4, in den eine Verbrennungsmulde 5 eingeformt ist. Der kolbenbodennahe Bereich der radialen Außenseite des Oberteils 3 weist eine Ringpartie 6 auf. Nahe dem Kolbenboden 4 und radial außen ist im Oberteil 3 ein ringförmiger Kühlkanal 7 angeordnet, der auf der dem Kolbenboden abgewandten Unterseite von einem ringförmigen Blechelement 8 verschlossen ist, das eine öffnung 9 zum Einleiten von Kühlöl und eine weitere öffnung 10 zum Ausleiten von Kühlöl (siehe Fig. 2) aufweist.

Der Kolben 1 besteht weiterhin aus einem Unterteil 11 , das Bolzennaben 13 mit je einer Bolzenbohrung 14 aufweist. Ausschließlich mit den Bolzennaben 13 sind zwei einander gegenüberliegende Schaftelemente 15 verbunden. über Nabenanbindun- gen 12 sind die Bolzennaben 13 des Unterteils 11 mit dem Oberteil 3 des Kolbens 1 verbunden. Die radial äußeren Stirnseiten 18 der Bolzennaben 13 sind gegenüber der Ringpartie 6 in Richtung der Kolbenachse 16 zurückgesetzt. Zwischen den Schaftelementen 15 und der Ringpartie 6 befindet sich jeweils eine Ausnehmung 17, die so weit in Richtung Kolbenachse 16 reicht, dass hierdurch eine direkte Anbindung der Schaftelemente 15 an das Oberteil 3 des Kolbens 1 unterbunden wird. Die kolbenbodenseitigen Endbereiche der Schaftelemente 15 weisen jeweils eine über die gesamte radiale Innenfläche des jeweiligen Schaftelementes 15 umlaufende Verdickung 19 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Verdickung 19 in

radialer Richtung betrachtet eine konstante Breite auf. Hergestellt werden kann der Kolben aus einem schmiedbaren Stahl aber auch aus einem Leichtmetall, wie beispielsweise aus einer Aluminium-Legierung oder aus einer Magnesium-Legierung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Kolben 1 entlang der Linie l-l in Fig. 1. Erkennbar sind neben den öffnungen 9 und 10 zum Zuführen und Abführen von Kühlöl die Bolzennaben 13, 13' mit den Bolzenbohrungen 14, 14' und die davon gehaltenen und im Schnitt dargestellten Schaftelemente 15, 15'. In Draufsicht sind die Blechelemente 8, 8', von denen der Kühlkanal abgedeckt wird, und die radial innen angeordnete Verdickung 19, 19' der Schaftelemente 15, 15' zu erkennen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel in radialer Richtung betrachtet eine konstante Breite aufweist.

Zur Erläuterung der Wirkung der kolbenbodenseitigen Verdickungen 19, 19' der Schaftelemente 15, 15' ist in Fig. 1 ein Teil einer Zylinderbuchse 20 eingezeichnet. Im Motorbetrieb führt der Kolben 1 nicht nur Hin- und Herbewegungen in Richtung des Pfeils 21 sondern zudem Sekundärbewegungen, d.h., Kippbewegungen in Richtung des Pfeils 22 um die Bolzenachse 2 aus. Wie in Fig. 1 vergrößert dargestellt ist, ist der radiale Durchmesser des Kolbens 1 im Bereich der Schaftelemente 15 um 100 μm bis 400 μm größer als der radiale Durchmesser des Kolbens 1 in dem Bereich 27 der Ringpartie 6, wo die Ringpartie 6 den größten radialen Durchmesser hat. Bei Sekundärbewegungen 22 des Kolbens 1 schlagen zunächst die kolbenbodenseitigen Bereiche der Schaftelemente 15 auf die Innenwand 24 der Zylinderbuchse 20. Die Verdickung 19 verstärkt hierbei den kolbenbodenseitigen Bereich der Schaftelemente 15 derart, dass dadurch die Kippbewegungen 22 des Kolbens 1 gedämpft werden, sodass das Oberteil 3 des Kolbens 1 weniger heftig an die Innenwand 24 der Buchse 20 anschlägt, als das bei unverstärkten und deshalb elastisch nachgiebigen Schaftelementen der Fall ist.

Dies hat die Vorteile, dass hierdurch die von den Sekundärbewegungen 22 verursachten Kolbengeräusche reduziert werden. Da der in der Nut 25 angeordnete, in Fig. 1 nicht dargestellte Verdichtungsring an der Innenwand 24 der Zylinderbuchse 20 anliegt, ergeben sich bei Kippbewegungen 22 des Kolbens 1 Relativbewegungen zwischen den Flanken der Nut 25 und den Flanken des Verdichtungsringes, die

Beschädigungen sowohl der Nutflanken als auch der Ringflanken verursachen können. Dadurch, dass die Verdickungen 19 des oberen Bereiches der Schaftelemente 15 die Kippbewegungen 22 des Kolbens 1 dämpft, wird die Gefahr der hierdurch bewirkten Beschädigung der Nutflanken und Ringflanken verringert.

Darüber hinaus verursacht ein zu heftiges Anschlagen des Kolbenoberteils 3 an die Innenwand 24 der Zylinderbuchse 20 Vibrationen der Zylinderbuchse 20, die in dem die Außenwand 26 der Zylinderbuchse 20 kühlenden Wasser starke Druckschwankungen verursachen. Dadurch können sich in dem Kühlwasser Kavitationsblasen bilden, die zu Kavitationsschäden an der Außenwand 26 der Zylinderbuchse 20 führen können. Durch eine Dämpfung der Kippbewegungen 22 mittels der kolbenbo- denseitigen Verdickung 19, 19' der Schaftelemente 15, 15' wird die Gefahr der Kavitation des die Zylinderbuchse 20 umgebenden Kühlwasser und dadurch die Gefahr der Beschädigung der Außenwand 26 der Zylinderlaufbuchse 20 verringert.

Bezugszeichenliste

1 Kolben

2 Bolzenachse

3 Oberteil des Kolbens 1

4 Kolbenboden

5 Verbrennungsmulde

6 Ringpartie

7 Kühlkanal

8, 8' Blechelement

9, 10 öffnung

11 Unterteil des Kolbens 1

12 Nabenanbindung

13, 13' Bolzennaben

14, 14' Bolzenbohrung

15, 15' Schaftelement

16 Kolbenachse

17 Ausnehmung

18 Stirnseite der Bolzennabe 13 19, 19' Verdickung

20 Zylinderbuchse

21 Pfeil

22 Pfeil, Kippbewegung, Sekundärbewegung des Kolbens 1

24 Innenwand der Zylinderbuchse 20

25 Nut

26 Außenwand der Zylinderbuchse 20

27 Bereich der Ringpartie 6