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Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Zweitaktmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens.
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Aus der
DE 15 02 681 A ist ein Kolben mit einem Kolbenboden und zwei Kolbenbolzenaugen bekannt. Die Kolbenbolzenaugen besitzen jeweils eine Bohrung für den Kolbenbolzen. Zur Herstellung des Kolbens ist ein Gußverfahren vorgesehen. Anschließend wird der Kolben in einem spanenden Verfahren nachbearbeitet. Hierzu wird der Kolben an seiner Innenseite in zwei zueinander beabstandeten Ebenen aufgespannt. Um den Kolben in Richtung seiner Längsmittelachse zu positionieren, ist vorgesehen, daß der Kolben mit einem an der Innenseite des Kolbenbodens angeordneten Druckstück gegen einen an der Außenseite des Kolbenbodens angeordneten Anschlag gedrückt wird. Aufgrund des Anschlags ist eine Bearbeitung des Kolbenbodens in diesem Spannzustand nicht möglich. Für die Bearbeitung des Kolbenbodens muß der Kolben erneut eingespannt werden. Die erneute Einspannung führt dazu, daß sich weitere Toleranzen in der Bearbeitung ergeben, die zu einer schlechteren Maßhaltigkeit des Kolbens führen. Um ein Versagen des Kolbens zu vermeiden, muß dieser stärker ausgelegt werden, da alle Toleranzen berücksichtigt werden müssen. Dies führt zu größeren Wandstärken des Kolbens und einem erhöhten Gewicht. Die Einspannung an der Innenseite des Kolbenhemds kann zu einer Verformung des Kolbens und damit zu einer schlechteren Maßhaltigkeit des bearbeiteten Kolbenhemds führen.
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Die
EP 0 348 684 A1 offenbart ein Verfahren zum Spannen eines Kolbens, bei dem der Kolben am Kolbenboden eingespannt wird.
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Die
DE 195 40 317 A1 offenbart eine Spannvorrichtung zur fliegenden Bearbeitung von Kolben, die den Kolben am Innenumfang senkrecht zur Kolbenlängsachse spannt.
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Die
DE 10 2004 009 023 A1 offenbart eine Spannvorrichtung, die den Kolben an der Innenseite des Kolbenhemds spannt.
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Aus der
US 2 050 828 A geht eine Spannvorrichtung für einen Kolben hervor, bei der der Kolben am Kolbenboden und an der Innenseite des Kolbenhemds gehalten wird.
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Die
US 2 576 741 A zeigt eine Spannvorrichtung für einen Kolben, die sich am Kolbenboden und der Kolbenbolzenbohrung abstützt.
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Die
DD 205 095 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Leichtmetallkolben, bei der der Kolben mit Spannklauen hinter der Nabe der Kolbenbolzenbohrung gegen einen Aufnahmekörper einer Drehspindel gespannt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der mit geringen Toleranzen herstellbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung des Kolbens anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Dadurch, daß der Kolben an den Kolbenbolzenaugen zwei einander gegenüberliegende, ebene Spannflächen besitzt, kann der Kolben auf einem Spannwerkzeug positioniert und von dem Spannwerkzeug gegriffen werden. Das Spannwerkzeug greift die beiden Spannflächen am Kolbenbolzenauge. Dadurch wird das Kolbenhemd in gespanntem Zustand des Kolbens nicht wesentlich verformt, so daß das Kolbenhemd in gespanntem Zustand des Kolbens mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden kann.
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Der Kolben ist insbesondere in einem Druckgußverfahren hergestellt. Um eine Herstellung der Spannflächen in dem Druckgußverfahren zu erlauben, ist vorgesehen, daß die Spannflächen parallel zur Längsachse der Bohrung im Kolbenbolzenauge und zu einer Querebene des Kolbens geneigt verlaufen. Die Spannflächen sind dabei insbesondere um einen Winkel von 1° bis 5° zur Querebene des Kolbens geneigt. Die Querebene enthält die Längsmittelachse des Kolbens und die Längsachse der Bohrung des Kolbenbolzenauges. Die geringe Neigung stellt sicher, daß der Kolben entformt werden kann. Gleichzeitig ist aufgrund der geringen Neigung und der parallelen Ausrichtung zur Längsachse der Bohrung im Kolbenbolzenauge ein sicheres Spannen des Kolbens und eine einfache Ausrichtung des Kolbens zum Spannwerkzeug möglich.
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Vorzugsweise liegen die beiden Spannflächen in gleichem Abstand zu einer Querebene des Kolbens, wobei die Querebene die Längsmittelachse des Kolbens und die Längsachse der Bohrung des Kolbenbolzenauges enthält. Aufgrund der Anordnung der Spannflächen in gleichem Abstand zu der Querebene wird der Kolben symmetrisch zu der Querebene aufgespannt, so daß die Positionierung des Spannwerkzeugs zur Längsmittelachse des Kolbens auf einfache Weise möglich ist. Es ist vorgesehen, daß die auf einer Seite der Querebene angeordnete Spannfläche in Richtung der Längsachse der Bohrung des Kolbenbolzenauges schmaler ist als die auf der gegenüberliegenden Seite der Querebene angeordnete Spannfläche. Durch die unterschiedliche Breite der Spannflächen ist eine Positionierung des Kolbens gegenüber einem Spannwerkzeug auf einfache Weise möglich. Beispielsweise kann ein um 180° um die Längsmittelachse des Kolbens verdrehtes Aufspannen durch mechanische Maßnahmen aufgrund der unterschiedlichen Geometrie der Spannflächen verhindert werden. So kann auf einfache Weise ein lagerichtiges Aufspannen des Kolbens sichergestellt werden.
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Der Kolben ist insbesondere für einen Zweitaktmotor vorgesehen, der mit Spülvorlage arbeitet. Hierzu besitzt der Kolben zweckmäßig mindestens eine zum Kolbenhemd offene Kolbentasche. Die Kolbentasche verbindet einen Luftkanal des Zweitaktmotors mit dem Überströmfenster eines Überströmkanals, so daß in dem Überströmkanal Spülvorlagenluft vorgelagert werden kann. Es ist vorgesehen, daß der Kolben eine Mittelebene besitzt, die die Längsmittelachse des Kolbens enthält und senkrecht zur Längsachse der Bohrung des Kolbenbolzenauges verläuft. Die Kolbentasche und die Innenwand des Kolbens sind im Bereich der Kolbentasche insbesondere unsymmetrisch zu der Mittelebene ausgebildet. Die unsymmetrische Ausbildung der Kolbentasche erlaubt eine Zuführung der Luft zu den Überströmkanälen bei geringem Strömungswiderstand. Bei annähernd gleicher Wanddicke des Kolbens ergibt sich dadurch auch eine unsymmetrische Gestaltung der Innenwand des Kolbens im Bereich der Kolbentasche. Die unsymmetrische Gestaltung der Innenwand des Kolbens ermöglicht die lagerichtige Aufspannung des Kolbens, so daß die Herstellung des Kolbens vereinfacht ist.
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Es ist vorgesehen, daß an der Innenseite des Kolbenbodens eine Anschlagfläche ausgebildet ist, wobei die Anschlagfläche eben ausgebildet und senkrecht zur Längsmittelachse des Kolbens angeordnet ist. Dadurch, daß die Anschlagfläche an der Innenseite des Kolbenbodens ausgebildet ist und der Kolbenboden nicht zur Positionierung gegen einen Anschlag auf der Außenseite des Kolbens gedrückt werden muß, kann sowohl das Kolbenhemd als auch der Kolbenboden in einem Spannzustand bearbeitet werden. Dadurch können das Kolbenhemd und der Kolbenboden mit hoher Genauigkeit zueinander und zu der Anschlagfläche bearbeitet werden. Aufgrund der geringen Toleranzen kann die Dicke von Kolbenhemd und Kolbenboden vergleichsweise gering ausgelegt werden, so daß der Kolben ein geringes Gewicht besitzt. Zweckmäßig besitzt die Anschlagfläche eine Breite von 10% bis 25% des Kolbendurchmessers und eine Länge von 10% bis 25% des Kolbendurchmessers. Die Dicke des Kolbenbodens beträgt vorteilhaft 2,5% bis 7%, insbesondere 5% des Kolbendurchmessers. Die Wandstärke des Kolbenhemds auf der Höhe der Längsachse der Bohrung im Kolbenbolzenauge beträgt vorteilhaft 1% bis 3%, insbesondere 2,5% des Kolbendurchmessers.
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Für ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens mit einer ebenen Anschlagfläche an der Innenseite des Kolbenbodens und mindestens zwei einander gegenüberliegenden, an einem Kolbenbolzenauge angeordneten Spannflächen ist vorgesehen, daß ein Spannwerkzeug mit einem Anschlag bis an die Anschlagfläche des Kolbens gefahren und der Kolbenboden von dem Spannwerkzeug gegen einen Gegenhalter gedrückt wird. Anschließend wird der Kolben von dem Spannwerkzeug an den Spannflächen gegriffen und eingespannt. Nach dem Spannen des Kolbens an den Spannflächen wird der Gegenhalter entfernt und der Kolben wird in diesem Spannzustand am Kolbenhemd und am Kolbenboden bearbeitet.
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Das Verfahren zur Herstellung des Kolbens sieht eine Positionierung des Kolbens gegenüber dem Spannwerkzeug ausschließlich an den Spannflächen und der Anschlagfläche am Kolbenboden, also ausschließlich an der Kolbeninnenseite, vor. Der Gegenhalter dient lediglich dazu, sicherzustellen, daß der Anschlag des Spannwerkzeugs an der Anschlagfläche des Kolbens anliegt. Dadurch, daß der Kolben ausschließlich an seiner Innenseite gespannt wird, ist in diesem Spannzustand sowohl eine Bearbeitung des Kolbenhemds als auch eine Bearbeitung des Kolbenbodens möglich. Sowohl die Bearbeitung des Kolbenhemds als auch die Bearbeitung des Kolbenbodens erfolgt demnach mit den gleichen Toleranzen zwischen der Anschlagfläche, den Spannflächen und dem Spannwerkzeug. Dadurch lassen sich Kolbenhemd und Kolbenboden mit geringen Toleranzen zueinander bearbeiten, so daß der Kolben genau gefertigt werden kann und die Wandstärken aufgrund der geringen Toleranzen dünn ausgelegt werden können.
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Es ist vorgesehen, daß nach dem Einspannen des Kolbens die Bohrung im Kolbenbolzenauge gebohrt wird, wobei die Bohrung im Kolbenbolzenauge bei verringerter Spannkraft an den Spannflächen und bei am Kolbenboden angeordnetem Gegenhalter gebohrt wird. Die Bohrung im Kolbenbolzenauge kann bereits vor dem Entfernen des Gegenhalters hergestellt werden. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, zunächst Kolbenhemd und Kolbenboden zu bearbeiten und anschließend den Gegenhalter erneut am Kolbenboden anzuordnen, um das Kolbenbolzenauge zu bohren. Die Verringerung der Spannkraft an den Spannflächen stellt sicher, daß während des Bohrvorgangs im Kolbenbolzenauge nur geringe Spannungen herrschen. Dadurch ist sichergestellt, daß sich beim Lösen des Spannwerkzeugs kein Verzug der Bohrung ergibt. Die Bohrung im Kolbenbolzenauge kann dadurch mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Dadurch, daß die Spannkraft zwar verringert, die Aufspannung des Kolbens jedoch nicht gelöst wird, kann auch die Bohrung im Kolbenbolzenauge mit geringen Toleranzen gegenüber dem Kolbenhemd und dem Kolbenboden hergestellt werden.
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Vorteilhaft wird in dem Spannzustand an der Bohrung im Kolbenbolzenauge eine Ringnut eingestochen und eine Bohrung an der Ringnut gebohrt. Die Ringnut und die Bohrung dienen zur Aufnahme eines Sicherungsrings für den Kolbenbolzen. Zweckmäßig wird in dem Spannzustand mindestens eine Nut für einen Kolbenring eingestochen. Dadurch ist es möglich, die gesamte spanende Bearbeitung des Kolbens in einem einzigen Spannzustand des Kolbens durchzuführen, so daß der Kolben mit geringen Toleranzen hergestellt werden kann. Gleichzeitig führt das nur einmalige Aufspannen des Kolbens zu einer Vereinfachung des Fertigungsprozesses.
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Zweckmäßig sind die Spannflächen des Kolbens unsymmetrisch zu einer Mittelebene ausgebildet, wobei die Mittelebene die Längsmittelachse des Kolbens und die Längsachse der Bohrung im Kolbenbolzenauge enthält, wobei das Spannwerkzeug und der Kolben vor dem Spannen des Kolbens an der Unsymmetrie zueinander ausgerichtet werden. Es ist vorgesehen, daß der Kolben vor der spanenden Bearbeitung in einem Druckgußverfahren hergestellt wird, wobei die Anschlagfläche und die Spannflächen in dem Druckgußverfahren hergestellt werden. Die Anschlagfläche und die Spannflächen können mit ausreichend hoher Genauigkeit in einem Druckgußverfahren hergestellt werden. Dadurch ist es möglich, den Kolben in nur einem Spannzustand vollständig spanend zu bearbeiten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Zweitaktmotor,
- 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1,
- 3 eine Seitenansicht des Kolbens aus den 1 und 2,
- 4 einen Längsschnitt durch den Kolben aus 3,
- 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in 4,
- 6 eine schematische Draufsicht auf ein Spannwerkzeug,
- 7 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils VII in 6.
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Der in 1 gezeigte Zweitaktmotor 1 ist als Antriebsmotor für ein handgeführtes Arbeitsgerät, wie beispielsweise eine Motorsäge, einen Trennschleifer, einen Freischneider oder dgl. vorgesehen. Der Zweitaktmotor 1 ist als Einzylindermotor ausgebildet und besitzt einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist von einem Kolben 5 begrenzt, der im Zylinder 2 hin- und hergehend gelagert ist. Der Kolben 5 treibt über ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte Kurbelwelle 7 an. Die Kurbelwelle 7 dient zum Antrieb des Werkzeugs des Arbeitsgeräts. Das Pleuel 6 ist am Kolben 5 über einen Kolbenbolzen 38 befestigt.
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Am Zylinder 2 mündet ein Einlaß 9 für Kraftstoff/Luft-Gemisch. Der Einlaß 9 ist vom Kolben 5 schlitzgesteuert und im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden. Aus dem Brennraum 3 führt ein Auslaß 10 für Abgase. In den Brennraum 3 ragt eine Zündkerze 8. Der Kolben 5 besitzt zwei Kolbenringe 21, die den Brennraum 3 im Betrieb zum Kurbelgehäuse 4 hin abdichten. Am Zylinder 2 mündet außerdem auf jeder Seite des Einlasses 9. ein Luftkanal 15 mit einem Lufteinlaß 16. Das Kurbelgehäuse 4 ist im Bereich des in 1 gezeigten unteren Totpunkts des Kolbens 5 über Überströmkanäle 11 und 13 mit dem Brennraum 3 verbunden. Der auslaßnahe Überströmkanal 11 mündet mit einem Überströmfenster 12 in den Brennraum 3 und der einlaßnahe Überströmkanal 13 mit einem Überströmfenster 14.
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Wie die Schnittdarstellung in 2 zeigt, sind jeweils zwei Überströmkanäle 11 und 13 einander gegenüberliegend am Zylinder 2 angeordnet. Die Überströmkanäle 11 und 13 sind symmetrisch zu einer Mittelebene 32 des Kolbens 5 angeordnet. Die Mittelebene 32 teilt den Einlaß 9 und den Auslaß 10 des Zylinders 2 etwa mittig und enthält eine Zylinderlängsachse 17. In Richtung der Zylinderlängsachse 17 ist der Kolben 5 im Zylinder 2 beweglich gelagert. In der Schnittdarstellung in 2 ist der Kolben 5 im Bereich seines oberen Totpunkts gezeigt. Wie 2 zeigt, mündet auf jeder Seite der Mittelebene 32 ein Luftkanal 15 am Zylinder 2. Der Kolben 5 besitzt zwei Kolbentaschen 23, die symmetrisch zur Mittelebene 32 ausgebildet sind. Die Kolbentaschen 23 erstrecken sich vom Kolbenhemd 20 ins Zylinderinnere. Im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 sind die beiden Luftkanäle 15 über die Kolbentaschen 23 mit den Überströmfenstern 12 und 14 der Überströmkanäle 11 und 13 verbunden, so daß weitgehend kraftstofffreie Verbrennungsluft aus den Luftkanälen 15 in die Überströmkanäle 11 und 13 strömt und Kraftstoff/Luft-Gemisch aus den Überströmkanälen 11 und 13 zum Kurbelgehäuse 4 verdrängt. Wie 2 zeigt, besitzt der Kolben 5 zwei Kolbenbolzenaugen 24. In den Kolbenbolzenaugen 24 ist der Kolbenbolzen 38 gelagert.
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Im Betrieb des Zweitaktmotors 1 wird im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Einlaß 9 ins Kurbelgehäuse 4 angesaugt. Gleichzeitig strömt weitgehend kraftstofffreie Verbrennungsluft aus den Luftkanälen 15 über die Kolbentaschen 23 in die Überströmkanäle 11 und 13 und füllt diese mit Luft. Beim Abwärtshub des Kolbens 5 zum Kurbelgehäuse 4 wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch im Kurbelgehäuse 4 verdichtet. Sobald die Überströmfenster 12 und 14 zum Brennraum 3 hin öffnen, strömt die vorgelagerte Verbrennungsluft aus den Überströmkanälen 11 und 13 in den Brennraum 3 und spült die noch vorhandenen Abgase aus dem vorangegangenen Verbrennungszyklus durch den Auslaß 10 aus dem Brennraum 3 aus. Anschließend strömt Kraftstoff/Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse 4 über die Überströmkanäle 11 und 13 in den Brennraum 3. Beim Aufwärtshub des Kolbens 5 werden zunächst die Überströmfenster 12 und 14 und dann der Auslaß 10 vom Kolben 5 geschlossen. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch wird im Brennraum 3 verdichtet und im Bereich des oberen Totpunkts des Kolbens 5 von der Zündkerze 8 gezündet. Die Verbrennung des Gemischs beschleunigt den Kolben 5 wieder in Richtung auf das Kurbelgehäuse 4. Sobald der Auslaß 10 öffnet, strömen die Abgase aus dem Brennraum 3 aus. Die restlichen Abgase werden von der aus den Überströmkanälen 11 und 13 einströmenden Verbrennungsluft aus dem Brennraum 3 gespült. Anschließend tritt Kraftstoff/ Luft-Gemisch für den folgenden Verbrennungszyklus aus dem Kurbelgehäuse 4 in den Brennraum 3 über.
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In 2 sind die Überströmkanäle 11 und 13 zur Zylinderaußenseite hin offen gezeigt. Dadurch kann der Zylinder 2 auf einfache Weise in einem Druckgußverfahren hergestellt werden. Die Überströmkanäle 11 und 13 werden von separat hergestellten, in 2 nicht gezeigten, Deckeln verschlossen.
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In 3 ist der Kolben 5 in Seitenansicht gezeigt. Die Längsmittelachse 18 des Kolbens 5 fällt bei Anordnung des Kolbens 5 im Zylinder 2 des Zweitaktmotors 1 mit der Zylinderlängsachse 17 zusammen. Der in 3 gezeigte Kolben 5 besitzt einen Kolbenboden 19, der eben und senkrecht zur Längsmittelachse 18 des Kolbens 5 verläuft. Der Kolbenboden 19 begrenzt den Brennraum 3 des Zweitaktmotors 1. Am Kolbenhemd 20 ist der Kolben 5 im Zylinder 2 geführt. Benachbart zum Kolbenboden 19 besitzt das Kolbenhemd 20 zwei umlaufende Nuten 22 zur Aufnahme der in 1 gezeigten Kolbenringe 21.
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Die Kolbentasche 23 ist benachbart zu einer Bohrung 27 für den Kolbenbolzen 38 und auf der dem Kolbenboden 19 abgewandten Seite der Bohrung 27 angeordnet. Die Bohrung 27 ist im Kolbenbolzenauge 24 angeordnet. Die Längsachse 39 der Bohrung 27 verläuft senkrecht zur Längsmittelachse 18 und senkrecht zu der in 2 gezeigten Mittelebene 32 des Kolbens 5. An der Bohrung 27 besitzt der Kolben 5 eine Ringnut 25 zur Aufnahme eines Sicherungsrings für den Kolbenbolzen 38. Die Ringnut 25 ist in 3 gestrichelt gezeigt. An der Ringnut 25 ist eine Bohrung 26 angeordnet, die im Bereich des Umfangs der Bohrung 27 und parallel zur Bohrung 27 angeordnet ist.
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Benachbart zur Bohrung 27 besitzt der Kolben 5 eine Aussparung 34 im Kolbenhemd 20, die zur Gewichtersparnis dient. Die Aussparung 34 ist im Bereich der dem Auslaß zugewandten Seite 31 des Kolbens 5 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden, dem Einlaß 9 des Zweitaktmotors 1 zugewandten Seite 30 ist der Kolben 5 zum Kurbelgehäuse 4 hin verlängert. Der kurbelgehäuseseitige Rand 29 des Kolbens 5 verläuft nicht eben, da der kurbelgehäuseseitige Rand 29 auf der dem Einlaß zugewandten Seite 30 des Kolbens 5 den Einlaß 9 steuert. Im Bereich des Lufteinlasses Bohrung 16 muß die Kolbentasche 23 so ausgebildet sein, daß der gesamte Querschnitt des Lufteinlasses 16 in die Kolbentasche 23 mündet. Gleichzeitig muß der Rand 29 so tief angeordnet sein, daß im oberen Totpunkt des Kolbens 5 keine Luft aus dem Lufteinlaß 16 direkt ins Kurbelgehäuse 4 strömen kann. An der dem Auslaß zugewandten Seite 31 des Kolbens 5 stellt der Rand 29 lediglich sicher, daß der Auslaß 10 im oberen Totpunkt des Kolbens 5 nicht mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden ist, so daß hier eine geringere Höhe des Kolbens 5 notwendig ist. Aufgrund der unebenen Ausgestaltung des Rands 29 ist ein Spannen des Kolbens 5 am Rand 29 zur Bearbeitung des Kolbens 5 nicht ohne weiteres möglich.
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Wie die Schnittdarstellungen in den 4 und 5 zeigen, sind zum Spannen des Kolbens 5 Spannflächen 36 und 37 an den beiden Kolbenbolzenaugen 24 vorgesehen. Die Kolbenbolzenaugen 24 besitzen jeweils einen Steg 28, der sich von der Bohrung 27 bis zum Kolbenboden 19 erstreckt. An den Spannflächen 36 und 37 kann der Kolben 5 in Richtung der Pfeile 40 gespannt werden. Beide Kolbenbolzenaugen 24 besitzen an ihrer der Seite 30 des Kolbens zugewandten Seite eine Spannfläche 36 und an der gegenüberliegenden, der Seite 31 des Kolbens 5 zugewandten Seite eine Spannfläche 37. Die Spannflächen 36 und 37 verlaufen parallel zur Längsachse 39 der Bohrung 27 im Kolbenbolzenauge 24. Gegenüber einer Querebene 33 sind die Spannflächen 36 und 37 um einen Winkel α geneigt, der von 1° bis 5° betragen kann. Dabei besitzen einander gegenüberliegende Spannflächen im Bereich des Kolbenbodens 19 einen größeren Abstand zueinander als auf der Höhe der Längsachse 39 der Bohrung 27 im Kolbenbolzenauge 24. Die Querebene 33 verläuft senkrecht zur Mittelebene 32 und enthält die Längsmittelachse 18 des Kolbens und die Längsachse 39 der Bohrung 27 für den Kolbenbolzen 38. Die Spannflächen 36 und 37 besitzen senkrecht zur Querebene auf jeder Höhe des Kolbens 5 den gleichen Abstand zur Querebene 33. Die Spannflächen 36, 37 sind damit zur Querebene 33 abgesehen von ihrer unterschiedlichen Breite c, d (5) symmetrisch angeordnet.
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Auf der Höhe der Längsachse 39 der Bohrung 27 besitzt das Kolbenhemd 20 eine Wandstärke 1, die 1% bis 3%, insbesondere etwa 2,5%, des in 3 gezeigten Durchmessers e des Kolbens 5 beträgt. Der Kolbenboden 19 besitzt eine Dicke k, die 2,5% bis 7%, insbesondere etwa 5%, des Durchmessers e des Kolbens 5 beträgt. An der Innenseite 42 des Kolbenbodens 19 ist eine Anschlagfläche 35 ausgebildet, die eben und senkrecht zur Längsmittelachse 18 des Kolbens 5 verläuft.
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In 5 ist die Anschlagfläche 35 in Draufsicht gezeigt. Im Ausführungsbeispiel ist die Anschlagfläche 35 rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet. Die Anschlagfläche 35 kann jedoch auch eine andere Form besitzen. In Richtung der Querebene 33, also parallel zur Querebene 33 und senkrecht zur Mittelebene 32, besitzt die Anschlagfläche 35 eine Breite a, die 10% bis 25% des Durchmessers e des Kolbens 5 beträgt. Die senkrecht hierzu in Richtung der Mittelebene 32 gemessene Länge b der Anschlagfläche 35 beträgt ebenfalls etwa 10% bis 25% des Durchmessers e des Kolbens 5. Die Anschlagfläche 35 ist mittig am Kolbenboden 19 im Bereich der Längsmittelachse 18 angeordnet.
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Wie 5 zeigt, besitzen die beiden Anschlagflächen 37, die an der der Seite 31 des Kolbens 5 zugewandten Seite der Kolbenbolzenaugen 24 angeordnet sind, eine parallel zur Querebene 33 und senkrecht zur Mittelebene 32 gemessene Breite c, die vorteilhaft etwa 5% bis 12% des Durchmessers e des Kolbens 5 beträgt. Die an der gegenüberliegenden Seite der Querebene 33 angeordneten Spannflächen 36 besitzen eine in gleicher Richtung gemessene Breite d, die 3% bis 10% des Durchmessers e des Kolbens 5 beträgt. Die Breite d der Spannflächen 36 ist dabei kleiner als die Breite c der Spannflächen 37. Die Spannflächen 36 sind schmaler als die Spannflächen 37 ausgebildet, so daß sich eine Unsymmetrie der Spannflächen 36, 37 zur Querebene 33 ergibt. Im Bereich der Spannflächen 36 sind die Kolbentaschen 23 angeordnet, so daß die Spannflächen 36 nicht breiter ausgebildet werden können. Die unsymmetrische Ausgestaltung des Kolbens 5 erlaubt die Ausrichtung eines Spannwerkzeugs an den unterschiedlich breiten Spannflächen 36, 37, so daß dadurch eine lagerichtige Aufspannung gewährleistet werden kann. Im Bereich der Kolbentaschen 23 verläuft die Innenwand 41 des Kolbens 5 nicht symmetrisch zur Querebene 33.
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Die 6 und 7 zeigen ein Spannwerkzeug 45 zum Aufspannen des Kolbens 5. Das Spannwerkzeug 45 besitzt eine erste Backe 47, die den Kolben an der dem Einlaß zugewandten Seite 30 spannt, sowie eine zweite Backe 48, die den Kolben 5 an der gegenüberliegenden, dem Auslaß zugewandten Seite 31 spannt. Die beiden Backen 47 und 48 sind an einem Sockel 52 beweglich gelagert. Zwischen den beiden Backen 47 und 48 erstreckt sich eine Führung 46, an der ein Anschlag 49 angeordnet ist. Der Anschlag 49 ist geringfügig kleiner als die Anschlagfläche 35 des Kolbens 5 ausgebildet. Wie auch 7 zeigt, verlaufen die einander gegenüberliegenden Greifflächen 50 und 51 der Backen 47 und 48 gegenüber einer Längsachse 54 des Spannwerkzeugs 45, ausgebildet als ein Greifer, um einen Winkel β geneigt. Der Winkel β entspricht dem Neigungswinkel α der Spannflächen 36 und 37 des Kolbens 5. Der Anschlag 49 verläuft senkrecht zur Längsachse 54 und ist eben ausgebildet. Wie 7 zeigt, besitzt die Führung 46 eine Bohrung 53, die bei aufgespanntem Kolben im Bereich der Bohrung 27 in den Kolbenbolzenaugen 24 angeordnet ist. Die Bohrung 53 erlaubt ein Bohren der Bohrung 27 durch beide Kolbenbolzenaugen 24 bei aufgespanntem Kolben 5.
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Wie 6 zeigt, besitzt die Anschlagfläche 49 eine Breite h und eine Länge i. Die Breite h ist etwas kleiner als die Breite a der Anschlagfläche 35 des Kolbens 5 und die Länge i etwas kleiner als die Länge b der Anschlagfläche 35. Die Breite f der Greiffläche 51 ist geringfügig kleiner als die Breite c der Spannfläche 37 und die Breite g der Greiffläche 50 geringfügig kleiner als die Breite d der Spannfläche 36. So ist sichergestellt, daß die Greifflächen 50 und 51 an den Spannflächen 36 und 37 eben anliegen. Gleichzeitig ist eine größtmögliche Anlagefläche sichergestellt, so daß die Spannkräfte gut in die Kolbenbolzenaugen 24 eingeleitet werden können.
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Zur Herstellung des Kolbens 5 wird der Kolben 5 zunächst in einem Druckgußverfahren hergestellt. Dabei werden die Anschlagfläche 35 und die Spannflächen 36 und 37 mit ausreichend hoher Genauigkeit hergestellt. Zur spanenden Bearbeitung wird der Kolben 5 am Spannwerkzeug 45 aufgespannt. Hierzu fährt das Spannwerkzeug 45, das als Greifer ausgebildet ist, in den Kolben 5 ein. Aufgrund der unsymmetrischen Ausbildung des Kolbens 5 und des Spannwerkzeugs 45 ist nur ein lagerichtiges Einfahren in den Kolben 5 möglich. Die zweite Backe 48 des Spannwerkzeugs 45 ist zu breit, um im Bereich der Spannflächen 36 in den Kolben 5 einzufahren. Das Spannwerkzeug 45 fährt in Richtung seiner Längsachse 54 in den Kolben 5 ein, bis der Anschlag 49 an der Anschlagfläche 35 anliegt. Um sicherzustellen, daß der Anschlag 49 fest an der Anschlagfläche 35 anliegt, drückt das Spannwerkzeug 45 den Kolbenboden 19 des in 7 gestrichelt gezeigten Kolbens 5 gegen einen Gegenhalter 44. Anschließend fahren die Backen 47 und 48 zusammen und spannen den Kolben 5 an den Spannflächen 36 und 37.
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Es ist vorgesehen, daß die Backen 47 und 48 den Kolben 5 zunächst mit verringerter Spannkraft spannen und die Bohrung 27 in die Kolbenbolzenaugen 24 gebohrt wird, während der Gegenhalter 44 noch am Kolbenboden 19 anliegt. Anschließend wird die Spannkraft erhöht, so daß der Kolben 5 fest an dem Spannwerkzeug 45 gehalten ist, und der Gegenhalter 44 wird entfernt. Dadurch, daß das Spannwerkzeug 45 lediglich an den Kolbenbolzenaugen 24 angreift, ergeben sich am Kolbenhemd 20 nur minimale Verformungen. Anschließend wird der Kolben 5 am Kolbenhemd 20 und am Kolbenboden 19 spanend bearbeitet, bis die gewünschte Rauhigkeit der Oberflächen erreicht ist. Im gleichen Spannzustand wird mindestens eine Nut für einen Kolbenring eingestochen. Es kann auch vorteilhaft sein, die Nut 22 für den Kolbenring 21 vor der Bearbeitung des Kolbenhemds 20 herzustellen. Im Kolbenbolzenauge 24 wird eine Ringnut 25 eingestochen und eine Bohrung 26 gebohrt. Auch diese Bearbeitung kann bei verringerter Spannkraft an den Kolbenbolzenaugen 24 erfolgen. Da für die Ringnut 25 keine hohe Genauigkeit in radialer Richtung zur Längsachse 39 des Kolbenbolzens 38 gefordert ist, kann die Ringnut 25 jedoch auch bei erhöhter Spannkraft an dem Spannwerkzeug 45 eingebracht werden. An der Ringnut 25 wird außerdem eine Bohrung 26 für die Augen am Sicherungsring gebohrt. Dadurch können alle spanenden Bearbeitungen des Kolbens 5 in einem Spannzustand erfolgen.
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Der Kolben 5 kann mit einer hohen Genauigkeit gefertigt werden, so daß sich geringe Wandstärken am Kolbenhemd 20 und am Kolbenboden 19 realisieren lassen. Aufgrund der Unsymmetrie des Kolbens 5 zur Mittelebene 32 lassen sich das Spannwerkzeug 45 und der Kolben 5 vor dem Spannen des Kolbens 5 zueinander ausrichten, so daß eine lagerichtige Einspannung des Kolbens 5 sichergestellt ist.
