ESSER JOHANNES (DE)
DE102011075673A1 | 2012-11-15 | |||
EP2551504A1 | 2013-01-30 | |||
JPH0237249U | 1990-03-12 | |||
JPS5968158U | 1984-05-09 | |||
US20020046593A1 | 2002-04-25 |
Patentansprüche Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einer Nut (14, 16, 18) zur Aufnahme eines Kolbenrings, deren vom Kolbenboden (12) entfernt liegende untere Nutflanke (20) zumindest drei radiale Vorsprünge (24) aufweist, die sich maximal bis zur Kolbenmantelfläche (26) erstrecken und einen größeren Abstand zueinander aufweisen, als der einzelne Vorsprung (24) breit (B) ist. Kolben nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Abstand mehr als zwei-, bevorzugt mehr als dreimal so groß ist wie die Breite (B) des einzelnen Vorsprungs (24) . Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass in einem Bereich unmittelbar unterhalb der mit den Vorsprüngen (24) versehenen Nut (18) keine Öldrainagenut vorgesehen ist. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest ein Vorsprung (24) in Richtung von dem Kolbenboden (12) weg sich verjüngend ausgebildet ist. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass es sich bei der mit den Vorsprüngen versehenen Nut (18) um eine vom Kolbenboden aus gesehen erste (14) und/oder dritte Nut (18) handelt. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest ein Vorsprung (24) beim Gießen des Kolbens (10) ausgebildet ist. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest ein Vorsprung beim Bearbeiten der Mantelfläche (26) des Kolbens (10) ausgebildet ist. Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit zumindest einem Kolbenring. |
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen
Verbrennungsmotor.
An Kolben für Verbrennungsmotoren sind verschiedenste
Anforderungen gestellt, und insbesondere im Hinblick auf einen reduzierten Ölverbrauch und eine verringerte
Reibleistung werden vermehrt Kolbenringe mit reduzierten Tangentialkräften und geringen radialen Wanddicken
eingesetzt.
Stand der Technik
Als Vorbenutzungsgegenstände sind insbesondere Kolben
bekannt, bei denen die untere, also die vom Kolbenboden entfernt liegende Nutflanke umfangreich zurückgesetzt oder "rückgedreht" ist, um für die Ölabfuhr angemessen viel
Volumen zur Verfügung zu stellen. Bei derartigen Gestaltungen ist jedoch festzustellen, dass sich während des Transports oder der Handhabung die bereits an dem Kolben montierten Kolbenringe oder die Federelemente der Ölabstreifringe aus der Nut lösen können, was bei der Montage zu Schwierigkeiten und unter Umständen zum Bruch des Ringes mit der Folge von Beschädigungen im Kurbelgehäuse und/oder an dem Kolben führen kann. Die DE 10 2011 075 673 AI betrifft einen Kolben, bei dem zwischen einer Ringnut und einer Ölsammelnut eine Rändelung / wellenförmige Ausprägung mit gegenüber dem
Kolbenaußendurchmesser zurückspringenden Bereichen
ausgebildet ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben zu schaffen, der Volumen für die Ölabführung zur Verfügung stellt, bei dem jedoch gleichzeitig der sichere Verbleib des Kolbenrings in der Nut gewährleistet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den im
Patentanspruch 1 beschrieben Kolben.
Demzufolge weist dieser zumindest eine Nut zur Aufnahme eines Kolbenrings auf, deren vom Kolbenboden entfernt liegende, "untere" Nutflanke zumindest drei radiale Vorsprünge
aufweist, die sich maximal bis zur Kolbenmantelfläche, mit anderen Worten bis zur Außenfläche des Kolbenschafts, erstrecken und einen größeren Abstand zueinander aufweisen, als der einzelne Vorsprung breit ist. Unter der "Breite" eines Vorsprungs wird der Abstand (in Umfangsrichtung) von dem Punkt, an dem sich (in Richtung der Kolbenachse
betrachtet) der Vorsprung von einem zurückgesetzten Niveau erhebt, bis zu dem Punkt verstanden, an dem der Vorsprung wieder auf das zurückgesetzte Niveau zurückgeführt ist. Die einzelnen Vorsprünge kÖnnen eine unterschiedliche Breite aufweisen. Bevorzugt gilt die Maßnahme, dass der Abstand zwischen den einzelnen Vorsprüngen größer ist als die Breite des Vorsprungs, für den breitesten Vorsprung. Zwischen derartigen Vorsprüngen, die in Umfangsrichtung eine Breite von einigen Millimetern aufweisen können, können umfangreiche Abschnitte in Radialrichtung zurückgesetzt oder ausgespart werden, was umfangreiches Volumen für die Ölabfuhr und ergänzend gegebenenfalls für einen Druckausgleich zur
Verfügung stellt.
Gleichzeitig kann durch die zumindest drei Vorsprünge ein sicherer Verbleib des Kolbenrings in der Nut gewährleistet werden. In extremen Fällen ist dies im Übrigen auch bei
Anwesenheit eines einzigen oder von lediglich zwei
Vorsprüngen möglich. Der Kolbenring liegt somit in den zurückgesetzten Bereichen auf einer vergleichsweise (in
Radialrichtung) schmalen unteren Nutflanke auf und wird durch die diskreten Vorsprünge daran gehindert, sich aus der Nut herauszubewegen, was zu den beschriebenen Problemen führen kann. Die durch die Vorsprünge gebildete Auflagefläche kann auch als "partiell" bezeichnet werden. Die Vorsprünge können aufgrund ihrer umfangreichen Beabstandung sowohl als diskrete Vorsprünge zu sehen sein, als auch als Teil einer
regelmäßigen, in Radialrichtung wellenförmigen Struktur.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Um ein großes Ölabfuhrvolumen zur Verfügung zu stellen, wird bevorzugt, dass der Abstand zwischen den einzelnen
Vorsprüngen, also der Abstand zwischen der weitesten
Erstreckung in Radialrichtung des einen Vorsprungs zu der radial weitesten Erstreckung des benachbarten Vorsprungs, mehr als zwei- bevorzugt mehr als dreimal so groß ist, wie die Breite des einzelnen Vorsprungs.
In vorteilhafter Weise kann bei dem erfindungsgemäßen Kolben, da zwischen den Vorsprüngen umfangreiches Ölabfuhrvolumen zur Verfügung gestellt wird, auf eine Öldrainagenut, die durch Bohrungen mit dem Kurbelraum verbunden sein kann, verzichtet werden. Damit wird mit einer vergleichsweise einfachen
Struktur ein verbesserter Kolben geschaffen. Das Ölabfuhrvolumen kann in vorteilhafter Weise weiter vergrößert werden, wenn zumindest ein Vorsprung in Richtung von dem Kolbenboden weg sich verjüngend, mit anderen Worten konisch ausgebildet ist. Hierdurch wird in einem oberen, also näher zu dem Kolbenboden gelegenen Bereich eine
vergleichsweise breite Auflagefläche für den Kolbenring zur Verfügung gestellt, während durch die Verjüngung nach
untenhin das Ölabfuhrvolumen vergrößert werden kann.
Besonders bevorzugt wird die erfindungsgemäße Maßnahme bei einer, vom Kolbenboden aus gesehen, ersten und/oder dritten Ringnut eingesetzt. Unter einer ersten Nut kann in
vorteilhafter Weise eine zweckmäßige Auflagefläche für den Kolbenring zur Verfügung gestellt werden, und die Ölabfuhr verbessert werden. Schließlich kann durch die
erfindungsgemäße Maßnahme in vorteilhafter Weise das Volumen zwischen den einzelnen Kolbenringen vergrößert werden, um den Druckausgleich zu erleichtern. Die gleichen Vorteile gelten für den Einsatz der erfindungsgemäßen Maßnahme bei einer dritten Ringnut, also typischerweise einer Ölringnut, wobei hier der Schwerpunkt auf dem vergrößerten Ölabfuhrvolumen liegt.
Eine effiziente Herstellung der erfindungsgemäßen Vorsprünge kann bereits beim Gießen durch Einsatz geeigneter Pads oder Einsätze sowie beim Bearbeiten der Mantelfläche des Kolbens durch geeignete Formfaktoren oder Formgebungsmaßnahmen erfolgen. Die entsprechenden Herstellungsverfahren sind somit als Gegenstand der vorliegenden Offenbarung anzusehen.
Wenngleich der erfindungsgemäße Kolben ohne eingebaute
Kolbenringe denkbar ist und seine Vorteile entfaltet, sobald die Kolbenringe eingesetzt sind, wird bevorzugt, den
erfindungsgemäßen Kolben mit zumindest einem Kolbenring zu kombinieren, der in die erfindungsgemäß ausgestaltete Nut eingesetzt ist, um bereits beim Transport und der Handhabung die genannten Vorteile zu gewährleisten. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein beispielhaft in den Zeichnungen
dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ringfeld
erfindungsgemäßen Kolbens; und
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Kolben mit dem
Ringfeld gemäß Fig. 1 an der Stelle der
erfindungsgemäß ausgestalteten Nut.
Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispie1s
Wie in Fig. l zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kolben 10 von dem Kolbenboden 12 ausgehend eine erste 14, eine zweite 16 und eine dritte Ringnut 18 auf. Die
erfindungsgemäße Maßnahme ist in der dritten Ringnut 18 ausgebildet und besteht darin, dass die untere Nutflanke 20 in radialer Richtung zurückgesetzt ist, was anhand des
Rücksprungs 22 zu erkennen ist und Volumen für die Ölabfuhr schafft und das Gewicht reduziert. In Fig. 1 ist mit
gestrichelten Linien ein Vorsprung 24 angedeutet, der sich in radialer Richtung maximal bis zur Kolbenmantelfläche 26 erstreckt und in Axialrichtung zusätzliche Auflagefläche für den (nicht dargestellten) Kolbenring schafft.
In der Schnittansicht von Fig. 2 sind die Vorsprünge 24 besser zu erkennen. Ergänzend sei erwähnt, dass mit 28 der Nutengrund bezeichnet ist, und die (umlaufende) untere
Nutflanke 20 in Fig. 2 gut zu erkennen ist. Bei dem gezeigten Beispiel sind sieben Vorsprünge 24 vorhanden, deren Breite B, also der Abstand von dem Punkt, an dem sie sich (in
Radialrichtung) von der unteren Nutflanke 20 erheben, zu dem Punkt, an dem der Vorsprung in radialer Richtung auf die untere Nutflanke 20 zurückgeführt ist, deutlich geringer ist als der Abstand zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen.
Dieser Abstand wird durch den Abstand zwischen der maximalen Erhebung in Radialrichtung gebildet. In diesem Bereich kann der Vorsprung 24 einen Kreisbogen entsprechend der
Kolbenmantelfläche 26 beschreiben, er kann jedoch auch, gewissermaßen in Wellenform ausgebildet, an einem einzigen Punkt an der Kolbenmantelfläche 26 liegen. Im Fall einer Wellen- oder einer ähnlichen Form ergibt sich die in Fig. 2 gezeigte schräge Ausbildung zwischen der unteren Nutflanke 20 und der radial weitesten Erstreckung des jeweiligen
Vorsprungs gewissermaßen automatisch, einschließlich eines gerundeten Übergangs zwischen der Schräge und der unteren Nutflanke. Wenn der Vorsprung derart ausgestaltet ist, dass er in ümfangsrichtung über eine gewisse Breite einen
Kreisbogen entlang der Kolbenmantelfläche beschreibt, werden gerundete Übergänge zu den Schrägen, mit denen der Vorsprung auf die untere Nutflanke zurückgeführt ist, bevorzugt. Die Erstreckung der Vorsprünge in Radialrichtung kann 30% bis 100% der entsprechenden Erstreckung der unteren Nutflanke 20 betragen.