DE102005060611A1

DE102005060611A1 - Mehrteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102005060611A1
Application number: DE200510060611
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Ißler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2005-12-17
Filing date: 2005-12-17
Publication date: 2007-06-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben (10, 110, 210, 310, 410) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenoberteil (11, 211, 311, 411) und einem Kolbenunterteil (12, 212, 312, 412), wobei das Kolbenoberteil (11, 211, 311, 411) und das Kolbenunterteil (12, 212, 312, 412) jeweils ein inneres (21, 221, 321, 421; 28, 228, 328, 428) und ein äußeres Stützelement (22, 222, 223, 224; 29, 229, 329, 429) aufweisen, wobei Kolbenoberteil (11, 211, 311, 411) und Kolbenunterteil (12, 212, 312, 412) durch Befestigungsmittel (37, 137, 237, 337, 437) miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Befestigungsmittel (37, 137, 237, 337, 437) das innere Stützelement (21, 221, 321, 421) des Kolbenoberteils (11, 211, 311, 411) und das innere Stützelement (28, 228, 328, 428) des Kolbenunterteils (12, 212, 312, 412) miteinander verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil, wobei das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil jeweils ein inneres und ein äußeres Stützelement aufweisen, wobei Kolbenoberteil und Kolbenunterteil durch Befestigungsmittel miteinander verbunden sind.
Mehrteilige Kolben haben den großen Vorteil, dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil aus verschiedenen Materialien bestehen können. Das Kolbenoberteil ist in der Regel aus einem besonders verschleißfesten, insbesondere wärmebeständigen Material hergestellt, während das Kolbenunterteil in der Regel aus einem weniger verschleißfesten Metallwerkstoff hergestellt sein kann.

Hierbei bereitet die Verbindung von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil Probleme, wie es in der EP 1 483 493 B1 ausführlich erläutert ist. Das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil können bspw. miteinander verschweißt oder miteinander verschraubt sein, wobei jede dieser Verbindungstechniken spezifische Vor- und Nachteile aufweist.

Die JP 57-41382 A schlägt vor, das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil durch Bolzen miteinander zu verbinden. Hierfür weist das Kolbenunterteil an seinem oberen Ende eine umlaufende Aussparung auf, in welche die Ringwand des Kolbenoberteils eingesteckt wird. Die Ringwand des Kolbenaberteils ist mittels Bolzen am oberen Ende des Kolbenunterteils befestigt. Problematisch ist hierbei, dass die Ringwand des Kolbenoberteils im Betrieb sehr großen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist. Dadurch wird die Passgenauigkeit zwischen der Aussparung im Kolbenunterteil und der Ringwand des Kolbenoberteils negativ beeinflusst. Außerdem unterliegen auch die Bolzen selbst diesen erhöhten mechanischen und thermischen Belastungen. Insgesamt wird somit die Stabilität der Bolzenverbindung beeinträchtigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kolben bereitzustellen, der eine stabile Verbindung zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil aufweist, die insbesondere möglichst geringen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt ist.

Die Lösung besteht in einem Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Befestigungsmittel das innere Stützelement des Kolbenoberteils und das innere Stützelement des Kolbenunterteils miteinander verbinden.

Das erfindungsgemäße Prinzip besteht somit darin, dass die Befestigungsmittel im Inneren des Kolbens liegen. Dadurch unterliegen sie den mechanischen und thermischen Belastungen, denen die Ringwand des Kolbenoberteils ausgesetzt ist, in einem viel geringeren Maße als bisher. Die Befestigungsmittel nehmen die Massenkraft des Kolbenoberteils auf und sorgen für eine sichere Positionierung von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil zueinander. Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kolbens erlaubt es, unterschiedliche Werkstoffe für das Kolbenoberteil bzw. das Kolbenunterteil beliebig zu kombinieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Befestigungsmittel können in einem beliebigen Winkel zur Kolbenlängsachse angeordnet sein, das heißt, in einem Winkel von 90°, in einem Winkel kleiner als 90° oder in einem Winkel größer als 90°. Bevorzugt ist zum einen eine horizontale Anordnung, das heißt, in einem Winkel von 90° zur Kolbenlängsachse und zum anderen eine gewissermaßen „dachförmige" Anordnung, das heißt, in einem Winkel größer 90° zur Kolbenlängsachse. Bei diesen Anordnungen ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens besonders einfach.

Zweckmäßigerweise sind vier Befestigungsmittel vorgesehen, die jeweils in einem Winkel von 45° zur Kolbenbolzenachse angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung wird mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Befestigungsmitteln eine zuverlässige Verbindung von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil erzielt.

Im äußeren Stützelement des Kolbenoberteils oder im äußeren Stützelement des Kolbenunterteils können Zugangsbohrungen vorgesehen sein, um die Montage der Befestigungselemente zu erleichtern. Diese Zugangsbohrungen und die Befestigungselemente können korrespondierende Gewinde aufweisen und die Befestigungselemente in die Zugangsbohrungen eingeschraubt sein. Dadurch wird erreicht, dass die äußeren Stützelemente gegenüber den inneren Stützelementen zusätzlich verbunden werden, so dass die Stabilität der resultierenden Verbindung zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil weiter erhöht wird.

Die Stabilität der Verbindung zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil kann ebenfalls erhöht werden, wenn die inneren Stützelemente umlaufende Anlageflächen aufweisen, die mit korrespondierenden Gewinden versehen sind und die inneren Stützelemente miteinander verschraubt sind.

Zweckmäßigerweise liegen die Stütz- bzw. Auflageflächen der äußeren Stützelemente in derselben Ebene wie die Stütz- bzw. Auflageflächen der inneren Stützelemente, um die Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbens weiter zu vereinfachen. Je nach der Positionierung der Befestigungselemente und den Anforderungen des Einzelfalls können die Stütz- bzw. Auflageflächen der äußeren Stützelemente in Richtung der Kolbenlängsachse unterhalb oder oberhalb der Stütz- bzw. Auflageflächen der inneren Stützelemente angeordnet sein, wobei die Abstände zwischen den Stütz- bzw. Auflagenflächen vorzugsweise gering sind, um die Stabilität der Verbindung zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil zu optimieren.

Vorzugsweise sind als Befestigungsmittel Passstifte vorgesehen, die in Passbohrungen aufgenommen sind, welche in die inneren Stützelemente eingearbeitet sind, um die Präzision der Verbindung zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil zu optimieren. Die Passstifte können als Hohlpassstifte ausgebildet sein. Dies ist insbeson dere dann von Vorteil, wenn die Hohlpassstifte einerseits in einen im Kolbenoberteil vorgesehenen inneren Kühlraum und andererseits in die Umgebung, das heißt, in den Zylinderraum eines Zylinders, in dem der Kolben geführt ist, münden. In diesem Fall tritt Kühlöl aus dem inneren Kühlraum aus und gelangt in den Zwischenraum zwischen der äußeren Kolbenumfangswand und der Innenwand des Zylinders und trägt zur Schmierung des Kolbens bei.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens;
2 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens;
3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens;
4 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens;
5 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens.
1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10, wobei die Darstellung in der linken Hälfte gegenüber der Darstellung in der rechten Hälfte um 90° gedreht ist.
Der erfindungsgemäße Kolben 10 setzt sich zusammen aus einem Kolbenoberteil 11 und einem Kolbenunterteil 12. Das Kolbenoberteil 11 weist eine Verbrennungsmulde 13 und eine Seitenwand mit einem umlaufenden Feuersteg 14 und einer umlaufen den Ringpartie 15 auf. Das Kolbenunterteil 12 weist einen Kolbenschaft 16, Naben 17 zur Aufnahme des Kolbenbolzens (nicht dargestellt) und Nabenabstützungen 18 auf, die mit dem Kolbenschaft 16 verbunden sind. Das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 bilden einen umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 und einen zentrischen inneren Kühlraum 20 mit Ölzulauf 201.
Das Kolbenoberteil 11 weist ein inneres Stützelement 21 und ein äußeres Stützelement 22 auf. Das innere Stützelement 21 setzt sich zusammen aus einem an der Unterseite des Kolbenoberteils 11 ringförmig umlaufenden Stützring 23 mit einer Stützfläche 24 und einem am Stützring 23 angeformten, ringförmig umlaufenden Steg 25. Im Ausführungsbeispiel ist der Steg 25 zum Kolbeninneren hin am Stützring 23 angeformt und bildet so die umlaufende Wand des inneren Kühlraums 20. Selbstverständlich kann der Steg 25 aber auch zum Kolbenäußeren hin am Stützring 23 angeformt sein, so dass der Stützring 23 selbst die umlaufende Wand des inneren Kühlraums 20 bildet (nicht dargestellt). Das äußere Stützelement 22 des Kolbenoberteils 11 wird aus einem sich an die Ringpartie 15 anschließenden Wandelement 26 mit einer Auflagefläche 27 gebildet.
Das Kolbenunterteil 12 weist ebenfalls ein inneres Stützelement 28 und ein äußeres Stützelement 29 auf. Das innere Stützelement 28 besteht aus einer an der Oberseite des Kolbenunterteils 12 umlaufenden Stützrippe 31 mit einer Stützfläche 32. Das äußere Stützelement 29 ist aus einem umlaufenden Stützflansch 33 mit einer Auflagefläche 34 gebildet.
Im zusammengebauten Zustand sind das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 so zueinander ausgerichtet, dass die Stützfläche 24 des Stützrings 23 des Kolbenoberteils 11 und die Stützfläche 32 der Stützrippe 31 des Kolbenunterteils 12 aufeinander liegen, wobei der am Stützring 23 umlaufende Steg 25 an der dem Kolbeninneren zugewandten Seite der Stützrippe 31 anliegt. Die Stützrippe 31 und der Steg 25 bilden somit korrespondierende umlaufende Anlageflächen 35, 36 aus, die im zusammengebauten Zustand miteinander in Kontakt stehen. Die Anlageflächen 35, 36 können mit korrespondierenden Gewinden versehen sein, so dass das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 zusätzlich miteinander verschraubt sein können (vgl. hierzu EP 1 483 493 B1 ). Die Ringpartie 15 einschließlich des daran anschließenden Wandelements 26 sowie der Stützring 23 des Kolbenoberteils 11 einerseits und der Stützflansch 33 sowie die Stützrippe 31 des Kolbenunterteils 12 andererseits bilden und begrenzen den umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 des Kolbens 10. Die Stützflächen 24, 32 der inneren Stützelemente 21, 28 liegen im Ausführungsbeispiel auf einer höheren Ebene als die Auflageflächen 27, 34 der äußeren Stützelemente 22, 29.
Der am Stützring 23 des Kolbenoberteils 11 angeformte Steg 25 und die Stützrippe 31 des Kolbenunterteils 12 sind jeweils mit fluchtenden Bohrungen, im Ausführungsbeispiel Passbohrungen, versehen, in welchen im Ausführungsbeispiel Passstifte 37 gehalten sind. Statt Passstiften ist jedes vergleichbare Befestigungsmittel, wie Bolzen u. dgl. geeignet. Die Anzahl der Passstifte 37 ist frei wählbar. Im Ausführungsbeispiel sind vier Passstifte 37 vorgesehen, die in einem Winkel von 45° zur Kolbenbolzenachse angeordnet sind, so dass sie in der Ebene der Kolbenbolzenachse senkrecht aufeinander stehen. Die Passstifte 37 sind im Ausführungsbeispiel horizontal, das heißt, in einem Winkel α₁ von 90° zur Kolbenlängsachse, angeordnet. Sie können aber unter jedem für die Anforderungen des Einzelfalls geeigneten, von 90° abweichenden Winkel zur Kolbenlängsachse angeordnet sein. Die Passstifte 37 nehmen die Massenkraft des Kolbenoberteils 11 auf und sorgen für eine sichere Positionierung von Kolbenoberteil 11 und Kolbenunterteil 12 zueinander. Die Passstifte 37 sind im Inneren des Kolbens 10 zwischen dem äußeren umlaufenden Kühlkanal 19 und dem inneren Kühlraum 20 angeordnet und unterliegen somit deutlich geringeren mechanischen und thermischen Belastungen als der Feuersteg 14 und die Ringpartie 15 des Kolbenoberteils 11.
Die Passstifte 37 bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material, welches den Anforderungen des Einzelfalls entspricht. Zur Montage werden die Passstifte 37 vorzugsweise unterkühlt, so dass sie einen geringeren Durchmesser aufweisen als die für sie vorgesehene Passbohrung. Nach der Montage dehnen sie sich bei der Erwärmung auf Raumtemperatur wieder aus, so dass der gewünschte Passsitz erzielt wird und die Passstifte 37 sicher in den Passbohrungen gehalten sind und diese auch in Längsrichtung voll ausfüllen. Die Montage der Passstifte 37 wird dadurch vereinfacht, dass im Wandelement 26 des äußeren Stützelements 22 des Kolbenoberteils 11 Zugangsbohrungen 38 vorgesehen sind, durch welche hindurch die Passstifte 37 geführt und in die Passbohrungen eingesetzt werden können. Die Zugangsbohrungen 38 können anschließend, wie in 1 angedeutet, wieder verschlossen werden.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 110, wie er soeben beschrieben wurde. Gleiche Bauteile sind mit den in 1 verwendeten Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zum Kolben 10 besteht darin, dass die Passstifte 137 verlängert und mit einem Gewindekopf 139 versehen sind. Der Gewindekopf 139 sowie die Zugangsbohrungen 138 im Wandelement 26 des Kolbenoberteils 11 sind mit korrespondierenden Gewinden 141, 142 versehen. Der Gewindekopf 139 jedes Passstifts 137 ist am Kolbenoberteil 11 unterhalb der Ringpartie 15 eingeschraubt. Dadurch wird die Ringpartie 15 zusätzlich versteift.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens 210. Gleiche Bauteile sind auch hier mit den in 1 verwendeten Bezugszeichen versehen.
Der Kolben 210 unterscheidet sich vom Kolben 10 zunächst dadurch, dass die Geometrie und die Abmessungen der Stützelemente 221, 222 des oberen Kolbenteils 211 sowie der Stützelemente 228, 229 des unteren Kolbenteils 212 gegenüber denjenigen des Kolbens 10 variieren. Die Stützelemente 221, 222 bzw. 228, 229 sind insbesondere etwas flacher und breiter ausgeführt. Derartige Variationen stellen aber lediglich eine Anpassung an die Anforderungen des Einzelfalls hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Kolbens 210 dar. Die Funktion dieser Merkmale ist dieselbe wie bei dem bereits beschriebenen Kolben 10. Insbesondere sind im zusammengebauten Zustand das Kolbenoberteil 211 und das Kolbenunterteil 212 so zueinander ausgerichtet, dass die Stützfläche 224 des Stützrings 223 des Kolbenoberteils 211 und die Stützfläche 232 der Stützrippe 231 des Kolbenunterteils 212 aufeinander liegen, wobei der am Stützring 223 umlaufende Steg 225 an der dem Kolbeninneren zugewandten Seite der Stützrippe 231 anliegt. Die Stützrippe 231 und der Steg 225 bilden somit korrespondierende umlaufende Anlageflächen 235, 236 aus, die im zusammengebauten Zustand miteinander in Kontakt stehen. Der Ringbereich 15 einschließlich des daran anschließenden Wandelements 226 sowie der Stützring 223 des Kolbenoberteils 211 einerseits und der Stützflansch 233 sowie die Stützrippe 231 des Kolbenunterteils 212 bilden und begrenzen den umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 des Kolbens 210. Die Stützflächen 224, 232 der inneren Stützelemente 221, 228 liegen im Ausführungsbeispiel auf derselben Ebene wie die Auflageflächen 227, 234 der äußeren Stützelemente 222, 229.
Der am Stützring 223 des Kolbenoberteils 211 angeformte Steg 225 und die Stützrippe 231 des Kolbenunterteils 212 sind jeweils mit fluchtenden Bohrungen, im Ausführungsbeispiel ebenfalls Passbohrungen, versehen, in welchen im Ausführungsbeispiel Passstifte 237 gehalten sind. Statt Passstiften ist jedes vergleichbare Befestigungsmittel, wie Bolzen u. dgl. geeignet. Die Anzahl der Passstifte 237 ist frei wählbar. Im Ausführungsbeispiel sind vier Passstifte 237 vorgesehen, die in einem Winkel von 45° zur Kolbenbolzenachse angeordnet sind, so dass sie in der Ebene der Kolbenbolzenachse senkrecht aufeinander stehen. Die Passstifte 237 sind im Ausführungsbeispiel etwa „dachförmig", das heißt, in einem Winkel α₂ größer als 90° zur Kolbenlängsachse, angeordnet. Sie können aber unter jedem für die Anforderungen des Einzelfalls geeigneten, hiervon abweichenden Winkel zur Kolbenlängsachse angeordnet sein. Diese Anordnung der Passstifte 237 führt bei diesem Ausführungsbeispiel dazu, dass die in die Stützrippe 231 des Kolbenunterteils 212 eingebrachte Passbohrung unterhalb des Stützflansches 233 in den Übergangsbereich zum Kolbenschaft 16 mündet und somit für die Montage der Passstifte 237 von außen frei zugänglich ist. Daher ist es bei diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig, Zugangsbohrungen (vergleichbar den Zugangsbohrungen 38, 138 in den 1 bzw. 2) für die Montage der Passstifte 237 anzubringen. Dennoch sind die Passstifte 237 ganz überwiegend im Inneren des Kolbens 210 zwischen dem äußeren umlaufenden Kühlkanal 19 und dem inneren Kühlraum 20 angeordnet. Dabei ist das äußere freie Ende der Passstifte 237 unterhalb der Ringpartie 15 und des Stützflansches 233 angeordnet. Damit unterliegen auch die Passstifte 237 wesentlich geringeren mechanischen und thermischen Belastungen als der Feuersteg 14 und die Ringpartie 15 des Kolbenoberteils 211. Die Passstifte 237 nehmen die Massenkraft des Kolbenoberteils 211 auf und sorgen für eine sichere Positionierung von Kolbenoberteil 211 und Kolbenunterteil 212 zueinander.
Die Passstifte 237 bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material, welches den Anforderungen des Einzelfalls entspricht. Zur Montage werden die Passstifte 237 vorzugsweise unterkühlt, wie oben bereits beschrieben.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 310. Gleiche Bauteile sind auch hier mit den in 1 verwendeten Bezugszeichen versehen.
Der Kolben 310 ist ähnlich dem in 3 dargestellten Kolben 210 aufgebaut. Ein Unterschied besteht darin, dass die Geometrie und die Abmessungen der Stützelemente 328, 329 des unteren Kolbenteils 312 gegenüber denjenigen des Kolbens 210 wiederum verändert sind. Die Stützelemente 328, 329 sind nun wieder etwas höher ausgeführt als beim Kolben 210. Die Funktion dieser Merkmale ist dieselbe wie bei den bereits beschriebenen Kolben 10, 110, 210. Insbesondere sind im zusammengebauten Zustand das Kolbenoberteil 311 und das Kolbenunterteil 312 so zueinander ausgerichtet, dass die Stützfläche 324 des Stützrings 323 des Kolbenoberteils 311 und die Stützfläche 332 der Stützrippe 331 des Kolbenunterteils 312 aufeinander liegen, wobei der am Stützring 323 umlaufende Steg 325 an der dem Kolbeninneren zugewandten Seite der Stützrippe 331 anliegt. Die Stützrippe 331 und der Steg 325 bilden somit korrespondierende umlaufende Anlageflächen 335, 336 aus, die im zusammengebauten Zustand miteinander in Kontakt stehen. Der Ringbereich 15 einschließlich des daran anschließenden Wandelements 326 sowie der Stützring 323 des Kolbenoberteils 311 einerseits und der Stützflansch 333 sowie die Stützrippe 331 des Kolbenunterteils 312 andererseits bilden und begrenzen den umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 des Kolbens 310. Die Stützflächen 324, 332 der inneren Stützelemente 321, 328 liegen im Ausführungsbeispiel auf derselben Ebene wie die Auflageflächen 327, 334 der äußeren Stützelemente 322, 329.
Der am Stützring 323 des Kolbenoberteils 311 angeformte Steg 325 und die Stützrippe 331 des Kolbenunterteils 312 sind jeweils mit fluchtenden Bohrungen, im Aus führungsbeispiel ebenfalls Passbohrungen, versehen, in welchen im Ausführungsbeispiel Passstifte 337 gehalten sind. Statt Passstiften ist jedes vergleichbare Befestigungsmittel, wie Bolzen u. dgl. geeignet. Die Anzahl der Passstifte 337 ist frei wählbar. Im Ausführungsbeispiel sind vier Passstifte vorgesehen, die in einem Winkel von 45° zur Kolbenbolzenachse angeordnet sind, so dass sie in der Ebene der Kolbenbolzenachse senkrecht aufeinander stehen. Die Passstifte 337 sind im Ausführungsbeispiel etwa „dachförmig", das heißt, in einem Winkel α₂ größer als 90° zur Kolbenlängsachse, angeordnet. Sie können aber unter jedem für die Anforderungen des Einzelfalls geeigneten, hiervon abweichenden Winkel zur Kolbenlängsachse angeordnet sein.
Diese Anordnung der Passstifte 337 führt bei diesem Ausführungsbeispiel dazu, dass die in die Stützrippe 331 des Kolbenunterteils 312 eingebrachte Passbohrung auf der Höhe des Stützflansches 333 liegt und somit für die Montage der Passstifte 337 nicht von außen frei zugänglich ist. Die Montage der Passstifte 337 wird dadurch vereinfacht, dass im Stützflansch 333 des Kolbenunterteils 312 Zugangsbohrungen 338 vorgesehen ist, durch welche hindurch die Passstifte 337 geführt und in die Passbohrungen eingesetzt werden können. Die Zugangsbohrungen 338 können anschließend wieder verschlossen werden. Die Passstifte 337 sind im Inneren des Kolbens 310 zwischen dem äußeren umlaufenden Kühlkanal 19 und dem inneren Kühlraum 20 angeordnet. Damit unterliegen auch die Passstifte 337 erheblich geringeren mechanischen und thermischen Belastungen als der Feuersteg 14 und die Ringpartie 15 des Kolbenoberteils 311. Die Passstifte 337 nehmen die Massenkraft des Kolbenoberteils 311 auf und sorgen für eine sichere Positionierung von Kolbenoberteil 311 und Kolbenunterteil 312 zueinander.
Die Passstifte 337 bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material, welches den Anforderungen des Einzelfalls entspricht. Zur Montage werden die Passstifte 337 vorzugsweise unterkühlt, wie oben bereits beschrieben.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 410. Gleiche Bauteile sind auch hier mit den in 1 verwendeten Bezugszeichen versehen.
Der Kolben 410 ist ähnlich dem in 4 dargestellten Kolben 310 aufgebaut. Insbesondere sind im zusammengebauten Zustand das Kolbenoberteil 411 und das Kolbenunterteil 412 so zueinander ausgerichtet, dass die Stützfläche 424 des Stützrings 423 des Kolbenoberteils 411 und die Stützfläche 432 der Stützrippe 431 des Kolbenunterteils 412 aufeinander liegen, wobei der am Stützring 423 angeformte umlaufende Steg 425 an der dem Kolbeninneren zugewandten Seite der Stützrippe 431 anliegt. Die Stützrippe 431 und der Steg 425 bilden somit korrespondierende umlaufende Anlageflächen 435, 436 aus, die im zusammengebauten Zustand miteinander in Kontakt stehen. Der Ringbereich 15 einschließlich des daran anschließenden Wandelements 426 sowie der Stützring 423 des Kolbenoberteils 411 einerseits und der Stützflansch 433 sowie die Stützrippe 431 des Kolbenunterteils 412 andererseits bilden und begrenzen den umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 des Kolbens 410. Die Stützflächen 424, 432 der inneren Stützelemente 421, 428 liegen im Ausführungsbeispiel auf einer geringfügig höheren Ebene als die Auflageflächen 427, 434 der äußeren Stützelemente 422, 429.
Der Stützring 423 des Kolbenoberteils 411 ist zusätzlich mit Überlaufkanälen 443 für Kühlmittel versehen, welche den umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 mit dem inneren Kühlraum 20 verbinden. Das obere Ende des Kolbenunterteils 412, welches den Boden des inneren Kühlraums 20 bildet, ist mit einer Ablauföffnung 444 für Kühlmittel versehen.
Im Kolben 410 sind nun nicht nur der am Stützring 423 des Kolbenoberteils 411 angeformte Steg 425 und die Stützrippe 431 des Kolbenunterteils 412, sondern auch der Stützflansch 433 des Kolbenunterteils 412, jeweils mit fluchtenden Bohrungen, im Ausführungsbeispiel ebenfalls Passbohrungen, versehen, in welchen im Ausführungsbeispiel Hohlpassstifte 437 gehalten sind. Statt Hohlpassstiften ist jedes vergleichbare hohle Befestigungsmittel, wie Hohlbolzen u. dgl. geeignet. Die Anzahl der Hohlpassstifte 437 ist frei wählbar. Im Ausführungsbeispiel sind vier Hohlpassstifte vorgesehen, die in einem Winkel zwischen 30° und 80°, bevorzugt von 45°, zur Kolbenbolzenachse angeordnet sind, so dass sie in der Ebene der Kolbenbolzenachse senkrecht aufeinander stehen. Die Hohlpassstifte 437 sind im Ausführungsbeispiel etwa „dachförmig", das heißt, in einem Winkel α₂ größer als 90° zur Kolbenlängsachse, angeordnet.
Diese Ausgestaltung der Passstifte als Hohlpassstifte 437 bewirkt eine zusätzliche Schmierung der Lauffläche des Kolbens 410 sowie der Lauffläche des Zylinders, in welchem der Kolben 410 geführt ist (nicht dargestellt) mit Kühlöl. Das Kühlöl wird, wie es üblich und dem Fachmann bekannt ist, von außen dem umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 zugeführt. Über die im Stützring 423 eingearbeiteten Überlaufkanäle 443 wird das Kühlöl vom umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 in den inneren Kühlraum 20 transportiert. Ein Teil des Kühlöls fließt durch die zentrale Ablauföffnung 444 im Kolbenunterteil 412 ab. Diese Maßnahmen sind dem Fachmann wohlbekannt. Der andere Teil des Kühlöls fließt durch die Hohlpassstifte 437 ab, tritt aus dem Kolben 410 aus und kommt in Kontakt mit der Lauffläche des Kolbens 410 bzw. mit der Lauffläche des Zylinders, in dem der Kolben 410 geführt ist (nicht dargestellt). Dabei wird durch den Vorsprung 450 der Abfluss dieses Öls nach oben in Richtung Brennraumüber die Kolbenringe- verhindert.
Die Hohlpassstifte 437 sind wie bei den anderen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ganz überwiegend im Inneren des Kolbens 410 und teilweise im äußeren umlaufenden Kühlkanal 19 angeordnet. Dabei ist das äußere freie Ende der Hohlpassstifte 437 unterhalb der Ringpartie 15 angeordnet. Damit unterliegen auch die Hohlpassstifte 437 deutlich geringeren mechanischen und thermischen Belastungen als der Feuersteg 14 und die Ringpartie 15 des Kolbenoberteils 411. Die Hohlpassstifte 437 nehmen die Massenkraft des Kolbenoberteils 411 auf und sorgen für eine sichere Positionierung von Kolbenoberteil 411 und Kolbenunterteil 412 zueinander.
Die Hohlpassstifte 437 bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material, welches den Anforderungen des Einzelfalls entspricht. Zur Montage werden die Hohlpassstifte 437 vorzugsweise unterkühlt, wie oben bereits beschrieben.

Claims

Mehrteiliger Kolben (10, 110, 210, 310, 410) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenoberteil (11, 211, 311, 411) und einem Kolbenunterteil (12, 212, 312, 412), wobei das Kolbenoberteil (11, 211, 311, 411) und das Kolbenunterteil (12, 212, 312, 412) jeweils ein inneres (21, 221, 321, 421; 28, 228, 328, 428) und ein äußeres Stützelement (22, 222, 223, 224; 29, 229, 329, 429) aufweisen, wobei Kolbenoberteil (11, 211, 311, 411) und Kolbenunterteil (12, 212, 312, 412) durch Befestigungsmittel (37, 137, 237, 337, 437) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (37, 137, 237, 337, 437) das innere Stützelement (21, 221, 321, 421) des Kolbenoberteils (11, 211, 311, 411) und das innere Stützelement (28, 228, 328, 428) des Kolbenunterteils (12, 212, 312, 412) miteinander verbinden.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (37, 137, 237, 337, 437) in einem Winkel von 90° zur Kolbenlängsachse angeordnet sind.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (37, 137, 237, 337, 437) in einem Winkel kleiner als 90° zur Kolbenlängsachse angeordnet sind.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (37, 137, 237, 337, 437) in einem Winkel größer als 90° zur Kolbenlängsachse angeordnet sind.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier Befestigungsmittel (37, 137, 237, 337, 437) vorgesehen sind, die jeweils in einem Winkel zwischen 30° und 80°, bevorzugt von 45°, zur Kolbenbolzenachse angeordnet sind.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im äußeren Stützelement (29) des Kolbenoberteils (11) oder im äußeren Stützelement (329) des Kolbenunterteils (312) Zugangsbohrungen (138, 338) vorgesehen sind.
Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsbohrungen (138) und die Befestigungselemente (137) korrespondierende Gewinde aufweisen und die Befestigungselemente (137) in die Zugangsbohrungen (138) eingeschraubt sind.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Stützelemente (21, 221, 321, 421; 28, 228, 328, 428) Stützflächen (24, 224, 324, 424; 32, 232, 332, 432) und die äußeren Stützelemente (22, 222, 223, 224; 29, 229, 329, 429) Auflageflächen (27, 227, 327, 427; 34 234, 334, 434) aufweisen.
Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (27 227, 327, 427; 34, 234, 334, 434) der äußeren Stützelemente (22, 222, 223, 224; 29, 229, 329, 429) in derselben Ebene liegen wie die Stützflächen 24, 224, 324, 424; 32, 232, 332, 432) der inneren Stützelemente (21, 221, 321, 421; 28, 228, 328, 428).
Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (27 227, 327, 427; 34 234, 334, 434) der äußeren Stützelemente (22, 222, 223, 224; 29, 229, 329, 429) in Richtung der Kolbenlängsachse unterhalb der Stützflächen 24, 224, 324, 424; 32, 232, 332, 432) der inneren Stützelemente (21, 221, 321, 421; 28, 228, 328, 428) angeordnet sind.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Stützelemente (21, 221, 321, 421; 28, 228, 328, 428) umlaufende Anlageflächen (35, 235, 335, 435; 36, 236, 336, 436) aufweisen, die mit korrespondierenden Gewinden versehen sind und die inneren Stützelemente (21, 221, 321, 421; 28, 228, 328, 428) miteinander verschraubt sind.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungsmittel Passstifte (37, 137, 237, 337, 437) vorgesehen sind.
Kolben nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Passstifte als selbstspannende Hohlpassstifte (437) ausgebildet sind.
Kolben nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlpassstifte (437) einerseits in einen im Kolbenoberteil (11, 21, 31, 411) vorgesehenen inneren Kühlraum (20) und andererseits in den Zylinderraum eines Zylinders münden.