DE102004057558A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem im radial äußeren Randbereich des Kolbenbodens (5) angeordneten, geschlossenen und mittels eines hochtemperaturfesten Klebstoffes mit dem Kolbengrundkörper (4) verbundenen Ringelement (6). Hierbei besteht der Grundkörper (4) aus geschmiedetem Aluminium und das Ringelement (6) aus Niresist. Zudem ist zwischen Grundkörper (4) und Ringelement (6) ein geschlossener, ringförmiger Kühlkanal (15) mit Öffnungen zum Ein- und Ausleiten von Kühlöl angeordnet, wodurch sich ein einfach aufgebauter, preisgünstig herstellbarer und thermisch hochbelastbarer Kolben (1) ergibt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 37 14 400 A1 ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, in dessem kolbenbodenseitigen Randbereich ein geschlossenes Ringelement angeordnet ist, das mit dem Grundkörper des Kolbens mittels eines hochtemperaturfesten Klebstoffes verbunden ist, und dessen Zweck darin besteht, einen nabenseitig hierzu angeordneten Ringträger aus Keramik zu fixieren. Ein keramischer Werkstoff wird hierbei zu dem Zweck gewählt, die diesem Werkstoff eigene thermische Isolierwirkung zu nutzen und die temperaturbedingte Ausdehnung des Ringträgers zu reduzieren, der mit dem thermisch sehr hoch belasteten Ringelement in Kontakt steht und somit selber einer sehr großen thermischen Belastung ausgesetzt ist. Diese Methode zur Vermeidung temperaturbedingter Schäden des Kolbens aufgrund einer zu großen thermischen Belastung einzelner Kolbenteile ist jedoch sehr aufwendig und bringt den Nachteil mit sich, die Herstellung des Kolbens erheblich zu verteuern.
• Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen einfach aufgebauten, preisgünstig herstellbaren und thermisch hochbelastbaren Kolben zu schaffen.
• Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen.
• Insbesondere der auf einfache Weise zwischen dem Kolbengrundkörper und dem Ringelement einbringbare Kühlkanal sorgt für eine gute Kühlung sowohl der Ringpar tie als auch des thermisch sehr hochbelasteten Randes der Verbrennungsmulde und damit für eine hohe thermische Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Kolbens.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
• 1 einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Ringelement gemäß der Erfindung in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild, das zwei um 90° versetzte Längsschnitte des Kolbens zeigt, und
• 2 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes durch den Randbereich des Kolbenbodens mit dem Ringelement.
• 1 zeigt einen Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild, dessen linke Hälfte einen Schnitt des Kolbens 1 entlang einer Längsachse 2 einer Nabenbohrung 3 und desssen rechte Hälfte einen um 90° dazu versetzten Schnitt durch den Kolben 1 darstellt.
• Der Kolben 1 besteht aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper 4, dessen eine Stirnfläche den Kolbenboden 5 bildet. Im radial äußeren Bereich des Kolbenbodens 5 ist ein geschlossenes Ringelement 6 angeordnet. In den zentralen Bereich des Kolbenbodens 5 ist eine Verbrennungsmulde 7 eingeformt , deren Rand im Abstand vom Ringelement 6 im radial inneren Bereich des Kolbenbodens 5 angeordnet ist. Weiterhin weist der Grundkörper 4 auf seiner dem Kolbenboden 5 abgewandten Unterseite Bolzennaben 8 für die Nabenbohrungen 3 und die Bolzennaben 8 miteinander verbindende Schaftelemente 9 auf. Das Ringelement 6 weist auf seiner radial außen liegenden Mantelfläche 10 eine Ringnut 11 für einen in der Figur nicht dargestellten Verdichtungsring auf. Unterhalb hiervon ist in der Mantelfläche 12 des Grundkörpers 4 eine 2. Ringnut 13 angeordnet, woran sich bolzennabenseitig eine Ölringnut 14 anschließt.
• Zwischen dem Ringelement 6 und dem kolbenbodenseitigen Bereich des Grundkörpers 4 ist ein ringförmiger, geschlossener Kühlkanal 15 angeordnet, der teils durch eine in den Grundkörper 4 eingeformte Ausnehmung 16 und teils durch eine in das Ringelement 6 eingeformte Ausnehmung 17 gebildet ist. Über in den Figuren nicht dargestellte Ölzu- und Ölablauföffnungen wird Kühlöl in den Kühlkanal 15 ein- und daraus wieder abgeleitet.
• Hergestellt wird der Grundkörper 4 aus Aluminium, wobei zunächst im Schmiedeverfahren ein Rohling hergestellt wird, dem mittels eines spanabhebenden Fertigungsverfahrens (Drehen, Fräsen) die endgültige Form gegeben wird.
• Das Ringelement 6 wird im Gießverfahren aus Niresist hergestellt, wobei ebenfalls zunächst ein Rohling hergestellt wird, dem mittels eines spanabhebenden Fertigungsverfahrens die in 1 dargestellte Form gegeben wird. Niresist in ein austenitisches Gusseisen, dem als Legierungsbestandteile Nickel, Mangan, Kupfer und Chrom beigemischt sind. Über die Kontaktbereiche 18 und 19 zwischen Grundkörper 4 und Ringelement 6 wird das Ringelement 6 mit dem Grundkörper 4 mittels eines hochtemperaturfesten Klebstoffes verbunden.
• 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung den kolbenbodenseitigen Randbereich des Kolbens 1 mit dem Ringelement 6, mit dem vom Ringelement 6 und dem Grundkörper 4 gebildeten Kühlkanal 15, und mit der teils im Ringelement 6 und teils im Grundkörper 4 angeordneten Ringpartie 20.

1

Kolben

2

Längsachse

3

Nabenbohrung

4

Grundkörper

5

Kolbenboden

6

Ringelement

7

Verbrennungsmulde

8

Bolzennaben

9

Schaftelement

10

Mantelfläche des Ringelementes 6

11

Ringnut, Verdichtungsringnut

12

Mantelfläche des Grundkörpers 4

13

2. Ringnut

14

Ölringnut

15

Kühlkanal

16

Ausnehmung

17

Ausnehmung

18

Kontaktbereich

19

Kontaktbereich

20

Ringpartie

Claims (1)

1. Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor – mit einem einen Kolbenboden (5) aufweisenden Grundkörper (4), – mit auf der kolbenbodenabgewandten Seite des Grundkörpers (4) angeordneten Bolzennaben (8) und die Bolzennaben (8) miteinander verbindenden Schaftelementen (9) und – mit einem im radial äußeren Randbereich des Kolbenbodens (5) angeordneten, geschlossenen und mittels eines hochtemperaturfesten Klebstoffes mit dem Grundkörper (4) verbundenen Ringelement (6), dadurch gekennzeichnet, – dass der Grundkörper (4) aus geschmiedetem Aluminium besteht, – dass das Ringelement (6) aus Niresist besteht, – dass zwischen Grundkörper (4) und Ringelement (6) ein geschlossener, ringförmiger Kühlkanal (15) mit Öffnungen zum Ein- und Ausleiten von Kühlöl angeordnet ist, und – dass in den Kolbenboden (5) eine Verbrennungsmulde (7) eingeformt ist, deren Rand im Abstand vom Ringelement (6) im radial inneren Bereich des Kolbenbodens (5) angeordnet ist.