DE10040486C2 - Stahlkolben - Google Patents

Description

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

Aus der EP 0 804 680 B1 ist ein Kolben für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Ringabschnitt oder ein unterer Teil des Ringabschnittes über ein Schweiß- oder Lötverfahren mit dem Kolbenboden bzw. einem oberen Teil des Ringabschnittes verbunden ist. Durch den Ringabschnitt und den Kolbenboden (Basisteil) entsteht ein umlaufender, nach unten freier Raum, der durch ein Bauteil verschlossen wird, so daß ein Kühlkanal entsteht.

Aus der DE 36 43 039 A1 oder der DE 198 46 152 A1 ist ebenfalls ein Kolben bekannt, bei dem ein Ringabschnitt an ein Basisteil des Kolbens angeschweißt wird. Eine umlaufende Wand des Basisteils und das mit dem Basisteil verschweißte Bauteil bilden gemeinsam eine radial-äußere und axial-untere Begrenzungswand eines Kühlkanals. Dieser Kolben weist mehrere in den Kühlkanal gerichtete Bohrungen auf, über welche der Kühlkanal mit einem Kühlmedium, insbesondere Motoröl, versorgt wird. Dieses Kühlmedium wird mit entspre­ chenden Mitteln in den Kolbeninnenbereich gespritzt und über die Bohrungen dem Kühlkanal zugeführt. Der Abfluß erfolgt ebenfalls über diese Bohrungen.

Der Kühlkanal hat den Zweck, daß durch das den Kühlkanal durchströmende Kühlmedium, insbesondere Motoröl, der Kolbenbodenbereich gekühlt wird, um ihn vor Beschädigungen infolge hoher Brennraumtemparaturen zu schützen. Bei den bekannten Bauarten der Kolben ist es erforderlich, den Kühlkanal mit einer Öffnung zu versehen, durch welche das Kühlme­ dium in den Kühlkanal strömen kann. So stellen die bei der DE 36 43 039 A1 oder der DE 198 46 152 A1 zwischen dem Kühlkanal und dem Innenbereich des Kolbens vorhandenen Bohrungen einen zusätzlichen Herstellungsschritt dar. Gleichzeitig befinden sich diese Boh­ rungen an einer Stelle im Kolben, die die Festigkeit des Kolbens schwächt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für eine Brennkraftmaschine hinsichtlich seiner Herstellung zu vereinfachen, ohne daß die Stabilität verringert wird.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Es ist vorgesehen, daß nach der Endbearbeitung des Kolbens zwischen dem Basisteil und dem Ringabschnitt zumindest eine weitere Öffnung, insbesondere ein umlaufender Spalt, vorhanden ist. Durch diese Öffnung (diesen Spalt) kann das Kühlmedium aus dem Kühlka­ nal abgeführt werden, so daß außer der Öffnung für die Zufuhr des Kühlmediums auf zu­ sätzliche Bohrungen im Kolben verzichtet werden kann. Die Zufuhr des Kühlmediums erfolgt in vorteilhafter über zumindest eine Öffnung, die ebenfalls in dem Ringabschnitt vorgesehen ist. Dadurch sind sämtliche Öffnungen, gleich welcher geometrischer Form, in einem Bereich des Kolbens angeordnet, durch den die Festigkeit des Kolbens nicht beeinträchtigt ist. Die Anordnung einer Öffnung im Basisteil kann damit vermieden werden.

In Weiterbildung der Erfindung entsteht der Spalt durch die Anbringung und die Form des Ringabschnittes in Bezug auf das Basisteil. Das bedeutet, daß der Ringabschnitt und der korrespondierende Bereich des Basisteils derart aufeinander abgestimmt sind, daß nach Anbringung des Ringabschnittes der Spalt von alleine entsteht. Arbeitsschritte zur Einbrin­ gung des Spaltes entfallen damit gänzlich.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die weitere Öffnung, insbesondere der Spalt, nach der Anbringung des Ringabschnittes an dem Basisteil eingebracht. Das bedeu­ tet, daß die Form des Ringabschnittes und die korrespondierende Form des Basisteils so aufeinander abgestimmt sind, daß nach Anbringung des Ringabschnittes der Kühlkanal weitestgehend oder vollständig geschlossen ist. Anschließend erfolgt die Einbringung der zumindest einen weiteren Öffnung (des Spaltes), wobei es sich auch anstelle eines umlau­ fenden Spaltes um mehrere Bohrungen oder teilumfängliche Spalten handeln kann. Hier­ durch wird zwar ein weiterer Arbeitsschritt erforderlich, der jedoch deshalb in Kauf genom­ men werden kann, weil die Öffnung zwecks Zuführung des Kühlmediums in einem Bereich des Kolbens angeordnet ist, durch welchen der Kolbenbodenbereich nicht geschwächt wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Ringabschnitt mittels eines Schweißverfahrens an dem Basisteil anbringbar. Damit kann auf einfache und an sich bekannte Art und Weise der Ringabschnitt nach seiner Herstellung an dem Basisteil angebracht werden. Basisteil und Ringabschnitt können beispielsweise beide im Gießverfahren hergestellt werden. Der Kolben besteht vorzugsweise aus Stahl.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Schweißfuge in einer Flucht mit dem Spalt angeord­ net. Dies hat den Vorteil, daß der Fugen- und der Spaltbereich des Basisteiles vor Anbrin­ gung des Ringabschnittes mit dem gleichen Maß bearbeitet werden kann.

Zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, auf die diese jedoch nicht be­ schränkt ist, sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: einen Kolben, bei dem ein Ringabschnitt einen Steg aufweist und

Fig. 2: einen Kolben, bei dem sowohl der Ringabschnitt als auch das Basisteil einen Vorsprung aufweisen.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise den Bodenbereich eines Kolbens für eine Brennkraftmaschi­ ne. Es handelt sich hierbei um einen Pendelschaftkolben. Auf die übrige Bauart des Kolbens kommt es nicht an, wobei der Vollständigkeit halber auf den Aufbau eines Kolbens auf die Fig. 1 nebst zugehöriger Beschreibung der EP 0 804 680 B1 bzw. die Fig. 1 nebst zuge­ höriger Beschreibung der DE 198 46 152 A1 verwiesen wird.

Der in Fig. 1 gezeigte Kolben weist ein Basisteil 1 auf, wobei im Bodenbereich eine Brenn­ raummulde 2 vorhanden ist. Ein vorgefertigter Ringabschnitt 3, der später die Kolbenringe trägt, wird mittels eines Schweißverfahrens im Bereich einer Schweißfuge 4 an dem Basisteil angebracht. Der Ringabschnitt 3 weist einen Steg 5 auf, der in Richtung des Basisteiles 1 gerichtet ist, aber an diesem nicht zur Anlage kommt, so daß der Steg 5 und der korrespon­ dierende Bereich des Basisteiles 1 einen Spalt 6 bilden. Über diesen Spalt 6 kann einem Kühlkanal 7, der ebenfalls durch die Form des Basisteiles 1 und des Ringabschnittes 3 ge­ bildet ist, Kühlmedium, wie Motoröl, zugeführt werden. Der Spalt 6 ist in den Figuren zwecks Verdeutlichung der geometrischen Ausgestaltung größer dargestellt als in der Realität. Der Spalt 6, das heißt das Spaltmaß, oder aber auch die Größe der einen Öffnung oder mehre­ rer Öffnungen, ist dabei so zu wählen, daß ein optimaler Volumenfluß in den Kühlknanal 7 hinein und insbesondere über den Spalt 6 heraus gegeben ist. Denn es ist anzustreben, daß das Kühlmedium ausreichend lange Zeit im Kühlkanal 7 verbleibt, um die Wärme aufzuneh­ men, und rechtzeitig wieder abgeführt wird.

Der Ringabschnitt 3 kann von unten, also über den Kolbenschaft, in seine Endposition ge­ schoben werden, da der Innendurchmesser des Ringabschnittes 3 im Bereich des Steges 5 es nicht gestattet, den Ringabschnitt 3 über den Bodenbereich zu schieben. Dies ist bei Pendelschaftkolben möglich, da der Durchmesser im Bereich des Kolbenschaftes kleiner ist als der Innendurchmesser im Bereich des Steges 5.

Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau eines Kolbens wie in Fig. 1, jedoch mit dem Unter­ schied, daß sowohl das Basisteil 1 als auch der Ringabschnitt 3 jeweils einander zuge­ wandte Vorsprünge 8 und 9 aufweisen, die den Spalt 6 bilden. Die Vorsprünge 8 und 9 kön­ nen gleich oder unterschiedlich lang sein. In bevorzugter Ausgestaltung liegen die Schweißfuge 4 und der Spalt 6 in einer Flucht, so daß dadurch die Bearbeitung der beteilig­ ten Bauteile vereinfacht wird.

Ein in Fig. 2 gezeigter Aufbau ist realisierbar sowohl bei Pendelschaft- als auch bei Mono­ blockkolben, da der Innendurchmesser im Bereich des Vorsprunges 9 (nach der Endmonta­ ges des Ringabschnittes 3 auf dem Basisteil 1) auf jeden Fall gleich oder größer ist als der Durchmesser des Bodenbereiches ohne den Ringabschnitt 3. Bei Betrachtung der Fig. 2 bedeutet dies, daß, wenn eine senkrechte Linie durch die Schweißfuge 4 gezogen wird, die Stirnseite des Vorsprunges 8 maximal von rechts und die Stirnseite des Vorsprunges 9 ma­ ximal von links, unter Bildung des Spaltes 6, an die senkrechte Linie heranreicht. Dies ent­ spricht insbesondere den geometrischen Verhältnissen bei Monoblockkolben, da bei dieser Bauart der Ringabschnitt 3 nur, bei Betrachtung der Fig. 2, von oben über den Kolbenbo­ denbereich aufgeschoben werden kann, wobei die Stirnseite des Vorsprunges 9 nicht nach rechts die senkrechte Linie überschreiten darf. Hingegen kann die Stirnseite des Vorsprun­ ges 9 sowohl bei Pendelschaftkolben als auch bei Monoblockkolben die senkrechte Linie nach links überschreiten.

In den Figuren ist nicht gezeigt, daß der Ringabschnitt eine zumindest Öffnung aufweist, über die das Kühlmedium mittels geeigneter Mittel in der Brennkraftmaschine in den Kühlka­ nal eingespritzt wird. Diese Öffnung und die Mittel sind aber auf jeden Fall vorhanden.

Claims (7)

1. Kolben für eine Brennkraftmaschine, wobei der Kolben zumindest aus einem Basisteil (1) und einem daran angebrachten Ringabschnitt (3) besteht und das Basisteil (1) mit dem Ringabschnitt (3) einen Kühlkanal (7) bildet, wobei dem Kühlkanal (7) über eine Öffnung ein Kühlmedium zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Endbearbeitung des Kolbens zwischen dem Basisteil (1) und dem Ringabschnitt (3) zumindest eine weitere Öff­ nung, insbesondere ein umlaufender Spalt (6), vorhanden ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (6) durch die Anbringung und die Form des Ringabschnittes (3) in Bezug auf das Basisteil (1) entsteht.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Öffnung, insbesondere der Spalt (6), nach der Anbringung des Ringabschnittes (3) an dem Basisteil (1) eingebracht wird.

4. Kolben nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (3) mittels eines Schweißverfahrens an dem Bauteil (1) anbringbar ist.

5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweißfuge (4) in einer Flucht mit dem Spalt (6) angeordnet ist.

6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest an dem Ringabschnitt (3) ein in Richtung des Basisteiles (1) ausgerichteter Vorsprung (5) angeordnet ist, der zusammen mit der Wandung des Basisteiles (1) die weitere Öffnung, insbesondere den Spalt (6), bildet.

7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (1) einen den Spalt (6) zusammen mit dem Vorsprung (5) bildenden Vorsprung (8) aufweist.