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WO2013020882A1 - Kolben - Google Patents

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Info

Publication number
WO2013020882A1
WO2013020882A1 PCT/EP2012/065112 EP2012065112W WO2013020882A1 WO 2013020882 A1 WO2013020882 A1 WO 2013020882A1 EP 2012065112 W EP2012065112 W EP 2012065112W WO 2013020882 A1 WO2013020882 A1 WO 2013020882A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wall
partial wall
piston
partial
pin boss
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/065112
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Braig
Rainer Fischer
Thomas Hettich
Peter Kleinle
Michael Marquardt
Original Assignee
Mahle International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
Priority to CN201280037271.3A priority Critical patent/CN103732897B/zh
Priority to EP12743161.7A priority patent/EP2742225B1/de
Priority to BR112014002866-4A priority patent/BR112014002866B1/pt
Priority to JP2014524337A priority patent/JP6054965B2/ja
Priority to KR1020147006434A priority patent/KR101959589B1/ko
Publication of WO2013020882A1 publication Critical patent/WO2013020882A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/02—Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion

Definitions

  • the present invention relates to a piston for an internal combustion engine having a piston crown and a piston skirt connected thereto in accordance with the preamble of claim 1.
  • Box walls rectilinear and oblique, wherein the distance of the box walls in the area of the pin bosses is greater than in the region of the pressure-side shaft wall.
  • the connecting walls are formed in the region of its peripheral lower edge convex to an axis and in the region of its upper edge below a ring field concave to the axis, wherein the width of the shaft walls at the bottom corresponds approximately to the width of the shaft walls below the ring field.
  • Pressure-side box walls to avoid while meeting the demands for significant weight reduction and thus a reduction in CO2 emissions.
  • such lightweight pistons must have further important functional properties, such as seizure safety, low shaft friction and high smoothness.
  • the present invention addresses the problem of providing an improved embodiment for a piston of the generic type, which is characterized in particular by a reduced weight and increased
  • the present invention is based on the general idea constructively different align or arrange individual partial wall sections of box walls in pistons for an internal combustion engine and thereby the
  • the piston according to the invention has a
  • Each box wall has in the region between the bottom hub and the piston head two partial wall sections, of which the first partial wall section is located between the pin boss and the pressure-side
  • a longitudinal center line of the first partial wall section is arranged offset according to the invention to a longitudinal center line of the second partial wall section of the same box wall, wherein the two longitudinal center lines of the two belonging to a box wall partial wall sections outside the piston intersect.
  • this structural design allows a comparatively low Weight and thus a low operating oscillating mass of the piston, which has a positive effect on the CO 2 emissions of the internal combustion engine.
  • the individual arrangement or orientation of the individual partial wall sections of the box walls can be in addition to an increase in strength, for example realized by converging in the direction of the pressure-side shaft wall first part wall sections, also achieve an improved and advantageous arrangement of a spray nozzle, which in particular by respectively in the direction of pressure-side shaft wall extending away from each other first partial wall sections can be achieved.
  • Part wall sections is more space for positioning of the spray nozzle available, which can be arranged more flexible.
  • the advantages in terms of strength and arrangement of the spray nozzles can be transmitted by an appropriate orientation of the second partial wall sections in the direction of the counter pressure side skirt wall and on the pressure side.
  • each box wall in the region below the pin boss, that is in a region facing away from the piston head a third and a fourth partial wall section, of which the third partial wall section between the pin boss and the pressure-side shaft wall and the fourth partial wall section between of the
  • Fig. 1 shows a piston according to the invention in different views
  • Sectional views 2 shows a representation as in FIG. 1, but with differently aligned partial wall sections of the individual box walls, FIG.
  • FIG. 3 further views and sectional view of another possible
  • a piston 1 according to the invention for an internal combustion engine has a piston crown 2 and a piston skirt 4 adjoining it via a ring region 3.
  • a piston shaft 4 has two arranged on the pressure side DS and the counter-pressure side GDS shaft walls 6 and 7, over two
  • Box walls 8 and 9 are interconnected.
  • pin bosses 10 are interconnected.
  • each box wall 8, 9 in the region between the pin boss 10 and the piston head 2 has two partial wall sections 11, 12, of which the first partial wall section 11 between the pin boss 10 and the pressure-side skirt 6 and the second partial wall section 12 between the pin boss 10 and the counter-pressure side shaft wall 7 runs.
  • Longitudinal center line 13 of the first partial wall section 1 1 is offset from a longitudinal center line 14 of the second partial wall section 12, wherein both longitudinal center lines 13, 14 intersect outside of the piston 1 in an intersection point 15.
  • the skirt 6 arranged on the pressure side DS in the circumferential direction of the piston 1 is shorter than the skirt 7 arranged on the counterpressure side GDS, as can be seen clearly in particular in the respective sectional views BB.
  • Each box wall 8, 9 has in a region below the pin boss 10, a third and a fourth partial wall section 16, 17, of which the third partial wall section 16 between the pin boss 10 and the pressure side
  • Shaft wall 6 and the fourth partial wall section 17 between the pin boss 10 and the counter pressure side shaft wall 7 extends.
  • a longitudinal centerline 18 of the third partial wall section 16 intersects a longitudinal centerline 19 of the fourth partial wall section 17 within the piston 1 at an intersection 15 '.
  • the third and fourth partial wall sections 16, 17 are arranged convexly.
  • the first and second partial wall sections 1 1, 12 have a larger one
  • Partial wall sections 1 1, 12 is comparatively small, so that the
  • Partial wall sections 1 1 and connected so that the comparatively close
  • sectional representation B-B If one looks at the sectional representation B-B, it can be seen that the two third partial wall sections 16 of the two box walls 8, 9 converge toward one another in the direction of the pressure-side shaft wall 6, whereby an increase in the strength can also be achieved here. In contrast, the two fourth partial wall sections 17 of the two box walls 8, 9 run away from one another in the direction of the counter-pressure-side skirt 7, whereby increased flexibility with regard to the arrangement of the spray nozzle can be achieved.
  • the weight can be reduced in this area.
  • the two first partial wall sections 1 1 of the two box walls 8 in the direction of the pressure-side shaft wall 6 again converge, which is illustrated by the relationship W> X.
  • D C holds, so that the longitudinal center axis 14 of the second partial wall sections 12 is orthogonal to the pin axis 20.
  • the orientation of the individual partial wall sections 11, 12 of the two box walls 8, 9 selected in the sectional view AA of FIG. 2 can increase the strength in the area of the pressure side DS and reduce the weight in the region of the counterpressure side GDS Spray nozzle can be achieved.
  • Partial wall portions 16, 17 of the two box walls 8, 9 arranged convexly with respect to an orthogonal of the pin axis 20 of the pin boss 10, which is expressed by the relations Z> Y and A> B.
  • an increase in strength is thus achieved both on the pressure side DS as on the counter-pressure side GDS, since the third partial wall sections 16 and the fourth
  • Partial wall sections 17 to the respective associated shaft wall 6, 7 run and are arranged there comparatively close to each other. An intersection of the individual longitudinal center lines 18, 19 of the respective partial wall sections 16, 17 lies within the piston 1.
  • the piston 1 according to FIG. 3 is characterized by two first
  • Partial wall sections 1 which run away from each other in the direction of the pressure-side shaft wall 6 and thereby allow a reduction in weight and a flexible arrangement of the spray nozzle.
  • the running apart of the two first partial wall sections 1 1 in the direction of the pressure-side shaft wall 6 is expressed by the relationship W ⁇ X.
  • W X.
  • the two second partial wall sections 12 run toward one another in the direction of the counterpressure side skirt 7, whereby an increase in strength can be achieved in this case.
  • the sectional view BB of the piston 1 of FIG. 3 corresponds substantially to the sectional view BB of FIG. 2, wherein the two longitudinal center axes 18, 19 again intersect at an intersection point 15 ', which lies within the piston 1.
  • Relationship D> C and W> X In addition, in the relationships D ⁇ C and W ⁇ X, an increased flexibility in the arrangement of the spray nozzle can be achieved.
  • the first and second partial wall sections 1 1, 12 are arranged convexly relative to an orthogonal axis 20 of the pin boss 10, in which case with respect to the third and fourth partial wall sections 16, 17, the relationship Z ⁇ Y and A ⁇ B would apply.
  • Partial wall section 1 1 is arranged offset to a longitudinal center line 14 of the second partial wall section 12,
  • Partial wall section 1 1 is arranged offset to a longitudinal center line 14 of the second partial wall section 12,
  • Partial wall section 1 1 is arranged offset to a longitudinal center line 14 of the second partial wall section 12,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden (2) und einem sich daran anschließenden Kolbenschaft (3), der zwei auf der Druckseite (DS) und der Gegendruckseite (GDS) angeordnete Schaftwände (6, 7) sowie zwei diese Schaftwände (6, 7) verbindende Kastenwände (8, 9) aufweist, wobei in den Kastenwänden (8, 9) Bolzennaben (10) angeordnet sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass jede Kastenwand (8, 9) im Bereich zwischen der Bolzennabe (10) und dem Kolbenboden (2) zwei Teilwandabschnitte (11, 12) aufweist, von denen der erste Teilwandabschnitt (11) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der zweite Teilwandabschnitt (12) zwischen der Bolzennabe (10) und der gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft, dass eine Längsmittellinie (13) des ersten Teilwandabschnitts (11) versetzt zu einer Längsmittellinie (14) des zweiten Teilwandabschnitts (12) angeordnet ist, dass sich die beiden Längsmittellinien (13, 14) der beiden Teilwandabschnitte (11, 12) außerhalb des Kolbens (1) schneiden.

Description

Kolben
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden und einem sich daran anschließenden Kolbenschaft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Aus der DE 10 2009 032 379 A1 ist ein gattungsgemäßer Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden, einem Feuersteg mit einer umlaufenden Ringpartie und mit einem Kolbenschaft bekannt, der zwei auf der Druckseite und der Gegendruckseite angeordnete Schaftwände und zwei diese Schaftwände verbindende Kastenwände aufweist. Die auf der Druckseite angeordnete Schaftwand ist dabei in Umfangsrichtung des Kolbens betrachtet kürzer als die auf der Gegendruckseite angeordnete Schaftwand. Zur
Reduzierung der Beanspruchung des Kolbens verlaufen die druckseitigen
Kastenwände geradlinig und schräg, wobei der Abstand der Kastenwände im Bereich der Bolzennaben größer ist als im Bereich der druckseitigen Schaftwand.
Aus der DE 10 2007 020 447 A1 ist ein weiterer gattungsgemäßer Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, bei welchem die auf der Druckseite angeordnete Schaftwand in Umfangsrichtung des Kolbens kürzer ist als die auf der Gegendruckseite angeordnete Schaftwand. Hierdurch soll sich der Effekt einstellen, dass kaum noch Risse im Bereich der Bolzennaben bzw. im Bereich der Abstützung der Kastenwände an der Unterseite des Kolbenbodens auftreten.
Aus der DE 101 45 589 B4 ist ein weiterer Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden und einem sich daran anschließenden Kolbenschaft bekannt, wobei der Kolbenschaft aus tragenden Schaftwänden und
zurückliegenden Kastenwänden besteht, die die Schaftwände miteinander verbinden sowie in Richtung einer Bolzenachse zu einer Kolbenachse
zurückgesetzte Bolzennaben, welche die Verbindungswände durchdringen. Die Verbindungswände sind dabei im Bereich ihres umlaufenden unteren Randes konvex zu einer Achse und im Bereich ihres oberen Randes unterhalb eines Ringfeldes konkav zur Achse ausgebildet, wobei die Breite der Schaftwände am unteren Rand in etwa der Breite der Schaftwände unterhalb des Ringfeldes entspricht. Hierdurch soll insbesondere eine Führung des Kolbens innerhalb des Zylinders verbessert werden.
Aus der DE 41 09 160 C2 ist ein weiterer Kolben bekannt.
Generell geht der Trend der aktuellen Motorentwicklung in Richtung einer CO2- Reduzierung, was durch eine Form des sogenannten„Downsizing" umgesetzt wird. Um die oszillierende Masse von Kolben in Verbrennungsmotoren
reduzieren zu können, werden zudem zunehmend Leichtbaukolben eingesetzt, die darüber hinaus höhere thermomechanische Belastungen ertragen können. Bei Leichtbaukolben besteht die Hauptaufgabe darin, die Konstruktion
belastungsoptimiert auszuführen, um Rissbildungen an hochbelasteten Stellen, die beispielsweise dem Kolbenboden oder den hoch beanspruchten
druckseitigen Kastenwänden zu vermeiden und gleichzeitig den Forderungen nach deutlicher Gewichtsreduzierung und dadurch einer Reduzierung der CO2- Emissionen gerecht zu werden. Gleichzeitig müssen derartige Leichtbaukolben weitere wichtige Funktionseigenschaften, wie beispielsweise Fresssicherheit, geringe Schaftreibung und hohe Laufruhe aufweisen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch ein reduziertes Gewicht und eine erhöhte
Belastungsfähigkeit auszeichnet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einzelne Teilwandabschnitte von Kastenwänden bei Kolben für einen Verbrennungsmotor konstruktiv anders auszurichten bzw. anzuordnen und dadurch die
Beanspruchung eines Kolbenbodens sowie einer gegendruckseitigen
Kastenwand zu reduzieren. Der erfindungsgemäße Kolben weist einen
Kolbenboden und einen sich daran direkt oder indirekt über einen Ringbereich anschließenden Kolbenschaft auf, der zwei auf der Druckseite und der
Gegendruckseite angeordnete Schaftwände sowie zwei diese Schaftwände verbindende Kastenwände besitzt. In den Kastenwänden wiederum sind
Bolzennaben angeordnet. Jede Kastenwand besitzt im Bereich zwischen der Bodennabe und dem Kolbenboden zwei Teilwandabschnitte, von denen der erste Teilwandabschnitt sich zwischen der Bolzennabe und der druckseitigen
Schaftwand und der zweite Teilwandabschnitt zwischen der Bolzennabe und der gegendruckseitigen Schaftwand erstreckt. Eine Längsmittellinie des ersten Teilwandabschnitts ist dabei erfindungsgemäß versetzt zu einer Längsmittellinie des zweiten Teilwandabschnittes derselben Kastenwand angeordnet, wobei sich die beiden Längsmittellinien der beiden zu einer Kastenwand gehörenden Teilwandabschnitte außerhalb des Kolbens schneiden. Hierdurch kann einerseits eine Zunahme der Festigkeit erreicht und gleichzeitig andererseits die Elastizität bezüglich der Anbindung der Kastenwand an die zugehörige Schaftwand erhalten bleiben. Dies begünstigt nicht nur die Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Kolbens, sondern zusätzlich wichtige Eigenschaften wie beispielsweise
Fresssicherheit, geringe Kolbenreibung und hohe Laufruhe. Gleichzeitig ermöglicht diese konstruktive Ausgestaltung ein vergleichsweise geringes Gewicht und damit eine im Betrieb geringe oszillierende Masse des Kolbens, was sich positiv auf die CO2-Emissionen des Verbrennungsmotors auswirkt. Je nach individueller Anordnung bzw. Ausrichtung der einzelnen Teilwandabschnitte der Kastenwände lassen sich neben einer Steigerung der Festigkeit, beispielsweise realisiert durch in Richtung der druckseitigen Schaftwand aufeinander zulaufende erste Teilwandabschnitte, auch eine verbesserte und vorteilhafte Anordnung einer Spritzdüse erreichen, was insbesondere durch jeweils in Richtung der druckseitigen Schaftwand voneinander weglaufende erste Teilwandabschnitte erreicht werden kann. Durch die voneinander weglaufenden ersten
Teilwandabschnitte steht mehr Platz zur Positionierung der Spritzdüse zur Verfügung, wodurch diese flexibler angeordnet werden kann. Dabei lassen sich die Vorteile hinsichtlich Festigkeit und Anordnung der Spritzdüsen durch eine entsprechende Ausrichtung der zweiten Teilwandabschnitte in Richtung der gegendruckseitigen Schaftwand auch auf die Druckseite übertragen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist jede Kastenwand im Bereich unterhalb der Bolzennabe, das heißt in einem Bereich abgewandt vom Kolbenboden, einen dritten und einen vierten Teilwandabschnitt auf, von denen der dritte Teilwandabschnitt zwischen der Bolzennabe und der druckseitigen Schaftwand und der vierte Teilwandabschnitt zwischen der
Bolzennabe und der gegendruckseitigen Schaftwand verläuft. Eine
Längsmittellinie dieses dritten Teilwandabschnittes schneidet dabei eine
Längsmittellinie des vierten Teilwandabschnitts innerhalb des Kolbens, so dass die dritten und vierten Teilwandabschnitte vorzugsweise konvex bezüglich einer Orthogonalen zur Achse der Bolzennabe angeordnet sind. Hierdurch lässt sich beispielsweise auch im Bereich unterhalb der Bolzennabe, das heißt auf einer dem Kolbenboden abgewandten Seite des Kolbenschaftes über die Ausrichtung bzw. Orientierung der einzelnen Teilwandabschnitte der Kastenwände direkt Einfluss auf die Festigkeit sowie das Gewicht und die mögliche Positionierung der Spritzdüse nehmen. Soll beispielsweise die Festigkeit auf der Gegendruckseite gesteigert werden, müssten in diesem Fall die jeweils vierten Teilwandabschnitte der beiden Kastenwände unterhalb der Bolzennabe in Richtung der
gegendruckseitigen Schaftwand aufeinander zu laufen. Bei einer verbesserten Anordnungsmöglichkeit für die Spritzdüse hingegen müssten die beiden vierten Teilwandabschnitte der beiden Kastenwände in Richtung der gegendruckseitigen Schaftwand voneinander weglaufen. Gleiches gilt in analoger Form
selbstverständlich auch für die Druckseite.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben in unterschiedlichen Ansichten und
Schnittdarstellungen, Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1 , jedoch bei anders ausgerichteten Teilwandabschnitten der einzelnen Kastenwände,
Fig. 3 weitere Ansichten und Schnittdarstellung einer weiteren möglichen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens mit wiederum unterschiedlich orientierten Teilwandabschnitten der einzelnen
Kastenwände.
Entsprechend den Fig. 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßer Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor einen Kolbenboden 2 und einen sich daran über einen Ringbereich 3 anschließenden Kolbenschaft 4 auf. Im Ringbereich 3 sind unterschiedliche Ringnuten 5, beispielsweise zur Aufnahme von Kolbenringen, vorgesehen. Der Kolbenschaft 4 besitzt zwei auf der Druckseite DS und der Gegendruckseite GDS angeordnete Schaftwände 6 und 7, die über zwei
Kastenwände 8 und 9 (vgl. insbesondere die Schnittdarstellungen) miteinander verbunden sind. In den Kastenwänden 8 und 9 sind Bolzennaben 10 bzw.
zumindest Bohrungen für derartige Bolzennaben 10 angeordnet.
Erfindungsgemäß weist nun jede Kastenwand 8, 9 im Bereich zwischen der Bolzennabe 10 und dem Kolbenboden 2 zwei Teilwandabschnitte 1 1 , 12 auf, von denen der erste Teilwandabschnitt 1 1 zwischen der Bolzennabe 10 und der druckseitigen Schaftwand 6 und der zweite Teilwandabschnitt 12 zwischen der Bolzennabe 10 und der gegendruckseitigen Schaftwand 7 verläuft. Eine
Längsmittellinie 13 des ersten Teilwandabschnitts 1 1 ist dabei versetzt zu einer Längsmittellinie 14 des zweiten Teilwandabschnitts 12 angeordnet, wobei sich beide Längsmittellinien 13, 14 außerhalb des Kolbens 1 in einem Schnittpunkt 15 schneiden. Bei allen gezeigten Kolben 1 ist darüber hinaus die auf der Druckseite DS angeordnete Schaftwand 6 in Umfangsrichtung des Kolbens 1 kürzer als die auf der Gegendruckseite GDS angeordnete Schaftwand 7, wie dies insbesondere in den jeweiligen Schnittdarstellungen B-B eindeutig zu sehen ist. Jede Kastenwand 8, 9 weist in einem Bereich unterhalb der Bolzennabe 10 einen dritten und einen vierten Teilwandabschnitt 16, 17 auf, von denen der dritte Teilwandabschnitt 16 zwischen der Bolzennabe 10 und der druckseitigen
Schaftwand 6 und der vierte Teilwandabschnitt 17 zwischen der Bolzennabe 10 und der gegendruckseitigen Schaftwand 7 verläuft. Eine Längsmittellinie 18 des dritten Teilwandabschnitts 16 schneidet dabei eine Längsmittellinie 19 des vierten Teilwandabschnitts 17 innerhalb des Kolbens 1 in einem Schnittpunkt 15'.
Bezüglich einer Orthogonalen zur Achse 20 der Bolzennabe 10 sind dabei die dritten und vierten Teilwandabschnitte 16, 17 konvex angeordnet. Generell besitzen die ersten und zweiten Teilwandabschnitte 1 1 , 12 eine größere
Wandstärke als die dritten und vierten Teilwandabschnitte 16, 17 der jeweiligen Kastenwände 8, 9. Zudem ist auch ein Abstand der beiden Kastenwände 8, 9 zwischen der Bolzennabe 10 und dem Kolbenboden 2 kleiner als ein Abstand der Kastenwände 8, 9 unterhalb der Bolzennabe 10.
Im Folgenden sollen nun die einzelnen möglichen Ausführungsformen und die damit erzielbaren Vorteile genauer erläutert werden.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Kolben 1 laufen die jeweils ersten
Teilwandabschnitte 1 1 der beiden Kastenwände 8, 9 in Richtung der
druckseitigen Schaftwand 6 aufeinander zu (vgl. Schnittdarstellung A-A). Die Schrägstellung der beiden Längsmittelachse 13, 14 der beiden
Teilwandabschnitte 1 1 , 12 ist dabei vergleichsweise gering, so dass der
Schnittpunkt 15 nur der Übersichtlichkeit halber eingezeichnet ist, ohne
Entfernungsunterbrechung jedoch nicht auf der Zeichnung Platz gefunden hätte.
Das aufeinander Zulaufen der beiden ersten Teilwandabschnitte 1 1 der beiden Kastenwände 8, 9 in Richtung auf die Schaftwand 6 wird durch die Beziehung der beiden Bezugsgrößen W > X dargestellt. Dementsprechend wird auch das voneinander Weglaufen der zweiten Teilwandabschnitte 12 der beiden
Kastenwände 8, 9 in Richtung auf die gegendruckseitige Schaftwand 7 durch die Beziehung der beiden Bezugsgrößen D < C beschrieben. Das voneinander Weglaufen der beiden zweiten Teilwandabschnitte 12 ermöglicht nicht nur eine Reduzierung des Gewichts sondern zugleich auch eine flexiblere Anordnung einer nicht näher bezeichneten Spritzdüse, wobei die beiden zweiten
Teilwandabschnitte 12 selbstverständlich auch parallel zueinander angeordnet sein könnten, wobei in diesem Fall dann die Beziehung D = C gelten würde. Durch das auf der Druckseite DS aufeinander Zulaufen der beiden ersten
Teilwandabschnitte 1 1 und verbunden damit die vergleichsweise nahe
Anordnung der beiden Teilwandabschnitte 1 1 kann eine deutliche Steigerung der Festigkeit des Kolbens 1 erreicht werden. Unter den Bezugsgrößen W,A,B,X,Y,Z wird jeweils ein Abstand der Teilwandabschnitte voneinander an der
Nabenanbindung bzw. an der Schaftanbindung verstanden,
Betrachtet man die Schnittdarstellung B-B, so kann man erkennen, dass die beiden dritten Teilwandabschnitte 16 der beiden Kastenwände 8, 9 in Richtung der druckseitigen Schaftwand 6 aufeinander Zulaufen, wodurch auch hier eine Zunahme der Festigkeit erzielt werden kann. Demgegenüber laufen die beiden vierten Teilwandabschnitte 17 der beiden Kastenwände 8, 9 in Richtung auf die gegendruckseitige Schaftwand 7 voneinander weg, wodurch eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Anordnung der Spritzdüse erzielt werden kann.
Zugleich kann in diesem Bereich auch das Gewicht reduziert werden.
Bei dem gemäß der Fig. 2 dargestellten Kolben 1 laufen die beiden ersten Teilwandabschnitte 1 1 der beiden Kastenwände 8 in Richtung der druckseitigen Schaftwand 6 wiederum aufeinander zu, was durch die Beziehung W > X verdeutlicht wird. Analog zur Schnittdarstellung A-A der Fig. 1 laufen die beiden zweiten Teilwandabschnitte 12 der beiden Kastenwände 8, 9 in Richtung der gegendruckseitigen Schaftwand 7 voneinander weg, was durch die Beziehung D < C veranschaulicht wird. Auch hier ist denkbar, dass die Beziehung D = C gilt, so dass die Längsmittelachse 14 der zweiten Teilwandabschnitte 12 orthogonal zur Bolzenachse 20 verliefe. Durch die in der Schnittdarstellung A-A der Fig. 2 gewählte Ausrichtung der einzelnen Teilwandabschnitte 1 1 , 12 der beiden Kastenwände 8, 9 kann im Bereich der Druckseite DS eine Steigerung der Festigkeit und im Bereich der Gegendruckseite GDS eine Reduzierung des Gewichts sowie eine flexible Anordnung der Spritzdüse erreicht werden.
In der Schnittdarstellung B-B der Fig. 2 sind die dritten und vierten
Teilwandabschnitte 16, 17 der beiden Kastenwände 8, 9 konvex bezüglich einer Orthogonalen der Bolzenachse 20 der Bolzennabe 10 angeordnet, was durch die Beziehungen Z > Y und A > B ausgedrückt ist. In diesem Fall wird somit sowohl auf der Druckseite DS als auf der Gegendruckseite GDS eine Erhöhung der Festigkeit erzielt, da die dritten Teilwandabschnitte 16 und die vierten
Teilwandabschnitte 17 auf die jeweils zugehörige Schaftwand 6, 7 zulaufen und dort vergleichsweise nah nebeneinander angeordnet sind. Eine Schnittpunkt der einzelnen Längsmittellinien 18, 19 der jeweiligen Teilwandabschnitte 16, 17 liegt dabei innerhalb des Kolbens 1 .
Der Kolben 1 gemäß der Fig. 3 zeichnet sich durch zwei erste
Teilwandabschnitte 1 1 aus, die in Richtung der druckseitigen Schaftwand 6 voneinander weglaufen und dadurch eine Gewichtsreduzierung sowie eine flexible Anordnung der Spritzdüse ermöglichen. Das voneinander Weglaufen der beiden ersten Teilwandabschnitte 1 1 in Richtung der druckseitigen Schaftwand 6 wird durch die Beziehung W < X ausgedrückt. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die beiden ersten Teilwandabschnitte 1 1 der beiden Kastenwände 8, 9 in Richtung der druckseitigen Schaftwand 6 parallel verlaufen, was dann durch die Beziehung W = X ausgedrückt werden würde. Auf der Gegendruckseite GDS hingegen verlaufen die beiden zweiten Teilwandabschnitte 12 in Richtung der gegendruckseitigen Schaftwand 7 aufeinander zu, wodurch in diesem Fall eine Festigkeitssteigerung erzielbar ist. Die Schnittdarstellung B-B des Kolbens 1 der Fig. 3 entspricht im Wesentlichen der Schnittdarstellung B-B der Fig. 2, wobei sich die beiden Längsmittelachsen 18, 19 wiederum in einem Schnittpunkt 15' schneiden, der innerhalb des Kolbens 1 liegt.
Allen Ausführungsformen ist jedoch gemein, dass der Schnittpunkt 15 der beiden Längsmittelachsen 13, 14 der beiden Teilwandabschnitte 1 1 , 12 außerhalb des Kolbens 1 liegt.
Die versetzt zueinander angeordneten Teilwandabschnitte 1 1 , 12 der beiden Kastenwände 8, 9 ermöglichen somit eine Gewichtseinsparung bei den
Beziehung D < C und W < X sowie eine Steigerung der Festigkeit bei den
Beziehung D > C und W > X. Zudem kann bei den Beziehungen D < C und W < X eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Anordnung der Spritzdüse erzielt werden. Generell denkbar ist selbstverständlich auch, dass die ersten und zweiten Teilwandabschnitte 1 1 , 12 konvex bezüglich einer Orthogonalen zur Achse 20 der Bolzennabe 10 angeordnet sind, wobei in diesem Fall dann bezüglich der dritten und vierten Teilwandabschnitte 16, 17 die Beziehung Z < Y und A < B gelten würde. Dies würde eine Zunahme der Festigkeiten im Bereich der druckseitigen Schaftwand 6 und der zugehörigen ersten Teilwandabschnitte 1 1 sowie die dritten Teilwandabschnitte 16 sowie eine Zunahme der Festigkeit im Bereich der gegendruckseitigen Schaftwand 7 ausschließlich im Bereich der zweiten Teilwandabschnitte 12 ermöglichen, wohingegen die Schaftwand 7 im Bereich der vierten Teilwandabschnitte 17 eine Festigkeitssteigerung erfährt, sondern lediglich eine verbesserte und flexiblere Anordnung der Spritzdüse. Für den Kolben 1 gemäß der Fig. 1 gilt:
- dass die vierten Teilwandabschnitte 17 an der Nabenanbindung einen
kleineren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanbindung A < B,
- dass die zweiten Teilwandabschnitte 12 an der Nabenanbindung einen
kleineren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanindung D < C,
- dass eine Längsmittellinie 13 auf Höhe des Nabennadir des ersten
Teilwandabschnitts 1 1 versetzt zu einer Längsmittellinie 14 des zweiten Teilwandabschnitts 12 angeordnet ist,
- dass sich die beiden Längsmittellinien 13,14 der beiden Teilwandabschnitte 1 1 ,12 außerhalb des Kolbens 1 schneiden.
Für den Kolben 1 gemäß der Fig. 2 gilt:
- dass die vierten Teilwandabschnitte 17 an der Nabenanbindung einen größeren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanbindung A > B,
- dass die zweiten Teilwandabschnitte 12 an der Nabenanbindung einen
kleineren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanindung D < C,
- dass eine Längsmittellinie 13 auf Höhe des Nabennadir des ersten
Teilwandabschnitts 1 1 versetzt zu einer Längsmittellinie 14 des zweiten Teilwandabschnitts 12 angeordnet ist,
- dass sich die beiden Längsmittellinien 13,14 der beiden Teilwandabschnitte 1 1 ,12 außerhalb des Kolbens 1 schneiden.
Für den Kolben 1 gemäß der Fig. 3 gilt:
- dass die vierten Teilwandabschnitte 17 an der Nabenanbindung einen größeren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanbindung A > B,
- dass die zweiten Teilwandabschnitte 12 an der Nabenanbindung einen größeren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanindung D > C, - dass eine Längsmittellinie 13 auf Höhe des Nabennadir des ersten
Teilwandabschnitts 1 1 versetzt zu einer Längsmittellinie 14 des zweiten Teilwandabschnitts 12 angeordnet ist,
- dass sich die beiden Längsmittellinien 13,14 der beiden Teilwandabschnitte 1 1 ,12 außerhalb des Kolbens 1 schneiden.
Unter Nabennadir wird dabei der Fußpunkt der Bolzennabe 10 verstanden, der unterhalb de Zenits und des Äquators der Bolzennabe 10 liegt.

Claims

Ansprüche
1 . Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden (2) und einem sich daran anschließenden Kolbenschaft (3), der zwei auf der Druckseite (DS) und der Gegendruckseite (GDS) angeordnete Schaftwände (6,7) sowie zwei diese Schaftwände (6,7) verbindende Kastenwände (8,9) aufweist, wobei in den Kastenwänden (8,9) Bolzennaben (10) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
- dass jede Kastenwand (8,9) im Bereich zwischen der Bolzennabe (10) und dem Kolbenboden (2) zwei Teilwandabschnitte (1 1 ,12) aufweist, von denen der erste Teilwandabschnitt (1 1 ) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der zweite Teilwandabschnitt (12) zwischen der Bolzennabe (10) und der gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft,
- dass eine Längsmittellinie (13) des ersten Teilwandabschnitts (1 1 ) versetzt zu einer Längsmittellinie (14) des zweiten Teilwandabschnitts (12) angeordnet ist,
- dass sich die beiden Längsmittellinien (13,14) der beiden Teilwandabschnitte (1 1 ,12) außerhalb des Kolbens (1 ) schneiden.
2. Kolben nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die auf der Druckseite (DS) angeordnete Schaftwand (6) in
Umfangsrichtung des Kolbens (1 ) kürzer ist als die auf der Gegendruckseite (GDS) angeordnete Schaftwand (7).
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass jede Kastenwand (8,9) im Bereich unterhalb der Bolzennabe (10) einen dritten und einen vierten Teilwandabschnitt (16,17) aufweist, von denen der dritte Teilwandabschnitt (16) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der vierte Teilwandabschnitt (17) zwischen der Bolzennabe (10) und der gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft,
- dass sich eine Längsmittellinie (18) des dritten Teilwandabschnitts (16)
innerhalb des Kolbens (1 ) mit einer Längsmittellinie (19) des vierten
Teilwandabschnitts (17) schneidet.
4. Kolben nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten und zweiten Teilwandabschnitte (1 1 ,12) eine größere
Wandstärke aufweisen als die dritten und vierten Teilwandabschnitte (16,17) der Kastenwände (8,9).
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Abstand der beiden Kastenwände (8,9) zueinander zwischen der Bolzennabe (10) und dem Kolbenboden (2) kleiner ist als ein Abstand der Kastenwände (8,9) unterhalb der Bolzennabe (10).
6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die jeweils ersten Teilwandabschnitte (1 1 ) der beiden Kastenwände (8,9) in Richtung der druckseitigen Schaftwand (6) aufeinander zulaufen.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, - dass die jeweils zweiten Teilwandabschnitte (12) der beiden Kastenwände (8,9) in Richtung der gegendruckseitigen Schaftwand (7) voneinander weglaufen, oder
- dass die jeweils zweiten Teilwandabschnitte (12) der beiden Kastenwände (8,9) in Richtung der gegendruckseitigen Schaftwand (7) aufeinander zulaufen, oder
- dass die jeweils zweiten Teilwandabschnitte (12) der beiden Kastenwände (8,9) parallel zueinander angeordnet sind.
8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die jeweils ersten Teilwandabschnitte (1 1 ) der beiden Kastenwände (8,9) in Richtung der druckseitigen Schaftwand (6) von einander weglaufen
- dass die jeweils zweiten Teilwandabschnitte (12) der beiden Kastenwände (8,9) in Richtung der gegendruckseitigen Schaftwand (7) aufeinander zulaufen.
9. Kolben nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dritten und vierten Teilwandabschnitte (16,17) konvex bezüglich einer Orthogonalen zur Achse (20) der Bolzennabe (10) angeordnet sind.
10. Kolben nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die vierten Teilwandabschnitte (17) in Richtung der gegendruckseitigen Schaftwand (7) voneinander weglaufen, oder
- dass die dritten und vierten Teilwandabschnitte (16,17) in Richtung der
druckseitigen Schaftwand (6) und in Richtung der gegendruckseitigen
Schaftwand (7) aufeinander zulaufen.
1 1 . Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden (2) und einem sich daran anschließenden Kolbenschaft (3), der zwei auf der Druckseite (DS) und der Gegendruckseite (GDS) angeordnete Schaftwände (6,7) sowie zwei diese Schaftwände (6,7) verbindende Kastenwände (8,9) aufweist, wobei in den Kastenwänden (8,9) Bolzennaben (10) angeordnet sind, wobei jede Kastenwand (8,9) im Bereich zwischen der Bolzennabe (10) und dem Kolbenboden (2) zwei Teilwandabschnitte (1 1 ,12) aufweist, von denen der erste Teilwandabschnitt (1 1 ) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der zweite Teilwandabschnitt (12) zwischen der Bolzennabe (10) und der
gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft und wobei jede Kastenwand (8,9) im Bereich unterhalb der Bolzennabe (10) einen dritten und einen vierten
Teilwandabschnitt (16,17) aufweist, von denen der dritte Teilwandabschnitt (16) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der vierte Teilwandabschnitt (17) zwischen der Bolzennabe (10) und der
gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die vierten Teilwandabschnitte (17) an der Nabenanbindung einen
kleineren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanbindung (A<B),
- dass die zweiten Teilwandabschnitte (12) an der Nabenanbindung einen
kleineren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanindung (D<C),
- dass eine Längsmittellinie (13) auf Höhe des Nabennadir des ersten
Teilwandabschnitts (1 1 ) versetzt zu einer Längsmittellinie (14) des zweiten Teilwandabschnitts (12) angeordnet ist,
- dass sich die beiden Längsmittellinien (13,14) der beiden Teilwandabschnitte (1 1 ,12) außerhalb des Kolbens (1 ) schneiden.
12. Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden (2) und einem sich daran anschließenden Kolbenschaft (3), der zwei auf der Druckseite (DS) und der Gegendruckseite (GDS) angeordnete Schaftwände (6,7) sowie zwei diese Schaftwände (6,7) verbindende Kastenwände (8,9) aufweist, wobei in den Kastenwänden (8,9) Bolzennaben (10) angeordnet sind, wobei jede Kastenwand (8,9) im Bereich zwischen der Bolzennabe (10) und dem Kolbenboden (2) zwei Teilwandabschnitte (1 1 ,12) aufweist, von denen der erste Teilwandabschnitt (1 1 ) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der zweite Teilwandabschnitt (12) zwischen der Bolzennabe (10) und der
gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft und wobei jede Kastenwand (8,9) im Bereich unterhalb der Bolzennabe (10) einen dritten und einen vierten
Teilwandabschnitt (16,17) aufweist, von denen der dritte Teilwandabschnitt (16) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der vierte Teilwandabschnitt (17) zwischen der Bolzennabe (10) und der
gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die vierten Teilwandabschnitte (17) an der Nabenanbindung einen
größeren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanbindung (A>B),
- dass die zweiten Teilwandabschnitte (12) an der Nabenanbindung einen
kleineren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanindung (D<C),
- dass eine Längsmittellinie (13) auf Höhe des Nabennadir des ersten
Teilwandabschnitts (1 1 ) versetzt zu einer Längsmittellinie (14) des zweiten Teilwandabschnitts (12) angeordnet ist,
- dass sich die beiden Längsmittellinien (13,14) der beiden Teilwandabschnitte (1 1 ,12) außerhalb des Kolbens (1 ) schneiden.
13. Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden (2) und einem sich daran anschließenden Kolbenschaft (3), der zwei auf der Druckseite (DS) und der Gegendruckseite (GDS) angeordnete Schaftwände (6,7) sowie zwei diese Schaftwände (6,7) verbindende Kastenwände (8,9) aufweist, wobei in den Kastenwänden (8,9) Bolzennaben (10) angeordnet sind, wobei jede Kastenwand (8,9) im Bereich zwischen der Bolzennabe (10) und dem Kolbenboden (2) zwei Teilwandabschnitte (1 1 ,12) aufweist, von denen der erste Teilwandabschnitt (1 1 ) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der zweite Teilwandabschnitt (12) zwischen der Bolzennabe (10) und der
gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft und wobei jede Kastenwand (8,9) im Bereich unterhalb der Bolzennabe (10) einen dritten und einen vierten
Teilwandabschnitt (16,17) aufweist, von denen der dritte Teilwandabschnitt (16) zwischen der Bolzennabe (10) und der druckseitigen Schaftwand (6) und der vierte Teilwandabschnitt (17) zwischen der Bolzennabe (10) und der
gegendruckseitigen Schaftwand (7) verläuft,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die vierten Teilwandabschnitte (17) an der Nabenanbindung einen größeren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanbindung (A>B),
- dass die zweiten Teilwandabschnitte (12) an der Nabenanbindung einen größeren Abstand voneinander aufweisen als an der Schaftanindung (D>C),
- dass eine Längsmittellinie (13) auf Höhe des Nabennadir des ersten
Teilwandabschnitts (1 1 ) versetzt zu einer Längsmittellinie (14) des zweiten Teilwandabschnitts (12) angeordnet ist,
- dass sich die beiden Längsmittellinien (13,14) der beiden Teilwandabschnitte (1 1 ,12) außerhalb des Kolbens (1 ) schneiden.
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