DE102017201137A1

DE102017201137A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017201137A1
Application number: DE102017201137.8A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kloft
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2018-07-26

Abstract

Es ist ein Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei der Kolben (10) eine Lageraufnahme zur Lagerung des Pleuelkopfs (30) eines Pleuels (12) des Verbrennungsmotors sowie einen Kühlkanal (34) ausbildet und wobei der Kühlkanal (34) eine in eine Unterseite (d.h. in die dem Pleuel (12) zugewandte Seite) des Kolbens (10) mündende erste Durchgangsöffnung und eine in die Unterseite mündende zweite Durchgangsöffnung (38) aufweist. Die erste Durchgangsöffnung (36) kann dabei insbesondere als Einlassöffnung dienen, durch die dem Kolben (10) ein Kühlmittel, insbesondere ein auch als Kühlmittel zu nutzendes Schmiermittel des Verbrennungsmotors zugeführt werden kann. Die zweite Durchgangsöffnung (38) kann dagegen als Auslassöffnung zum Abführen des Kühlmittels aus dem Kühlkanal (34) und/oder als Aufnahmeöffnung für eine Gießkernabstützung im Rahmen der Herstellung des Kolbens (10) dienen. Der Kolben (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung (38) mit einem Überstand bezüglich des Kanalgrunds des Kühlkanals (34) in den Kühlkanal (34) mündet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben mit einem Kühlkanal für einen Verbrennungsmotor sowie eine Kombination eines solchen Kolbens und eines drehbar in einer Lageraufnahme des Kolbens gelagerten Pleuels.
Eine Kombination eines Kolbens und eines schwenk- beziehungsweise drehbar in einer Lageraufnahme des Kolbens gelagerten Pleuels dient bei einem (Hubkolben-)Verbrennungsmotor dazu, zyklische Hin-und-her-Bewegungen des Kolbens, die durch das Verbrennen von Kraftstoff-Frischgas-Gemischmengen in u.a. von dem oder den Kolben der Brennkraftmaschine begrenzten Brennräumen bewirkt werden, in eine Rotationsbewegung einer Kurbelwelle zu übersetzen.
Die DE 35 02 644 A1 offenbart eine Kombination eines Kolbens und eines Pleuels, bei der der Kolben einen zentralen Kühlraum sowie einen ringförmigen äußeren Kühlraum aufweist, die über mehrere Verbindungskanäle miteinander verbunden sind. Eine Zufuhr von als Kühlmittel wirkendem Schmiermittel erfolgt über eine zentrale Durchgangsöffnung, die den Pleuelschaft sowie den eine Lageröffnung umfassenden Pleuelkopf durchsetzt, sowie über einen von dem Kolben ausgebildeten Einlasskanal, der in den zentralen Kühlraum des Kolbens mündet. Ein Rückfluss des Schmiermittels erfolgt über mehrere vom Grund des äußeren Kühlraums abgehende Austrittsöffnungen, die schräg bezüglich der Längsachse des Kolbens ausgerichtet sind.
Ein zu dem Kolben gemäß der DE 35 02 644 A1 ähnlicher Kolben ist aus der DE 35 11 835 A1 bekannt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen einen Kühlkanal integrierenden Kolben für einen Verbrennungsmotor hinsichtlich der Kühlungswirkung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mittels eines Kolbens gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine Kombination eines solchen Kolbens und eines dazugehörigen Pleuels ist Gegenstand des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kolbens und der erfindungsgemäßen Kombination sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, der eine Lageraufnahme zur Lagerung des Pleuelkopfs eines Pleuels des Verbrennungsmotors sowie einen Kühlkanal ausbildet. Der Kolben umfasst weiterhin eine den Kühlkanal und eine Unterseite (d.h. in die dem Pleuel zugewandte Seite) des Kolbens verbindende erste Durchgangsöffnung und eine den Kühlkanal und die Unterseite des Kolbens verbindende zweite Durchgangsöffnung. Die erste Durchgangsöffnung kann insbesondere als Einlassöffnung dienen, durch die dem Kolben ein Kühlmittel, insbesondere ein auch als Kühlmittel zu nutzendes Schmiermittel des Verbrennungsmotors, zugeführt werden kann. Die zweite Durchgangsöffnung kann dagegen als Auslassöffnung zum Abführen des Kühlmittels aus dem Kühlkanal und/oder als Aufnahmeöffnung für eine Gießkernabstützung im Rahmen der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kolbens dienen. Ein solcher Kolben ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung mit einem Überstand bezüglich des Kanalgrunds des Kühlkanals in dem Kühlkanal endet.
Eine erfindungsgemäße Kombination umfasst einen erfindungsgemäßen Kolben und einen Pleuel mit einem Pleuelkopf, der drehbar in der Lageraufnahme des Kolbens gelagert ist.
Durch den Überstand der zweiten Durchgangsöffnung können in Abhängigkeit von der vorgesehenen Nutzung der zweiten Durchgangsöffnung unterschiedliche positive Wirkungen realisiert werden. Ist die zweite Durchgangsöffnung als Auslassöffnung zum Abführen des Kühlmittels aus dem Kühlkanal vorgesehen, kann durch den Überstand das Abführen des Kühlmittels aus dem Kühlkanal gezielt verschlechtert werden, so dass stets etwas Kühlmittel im Kühlkanal verbleibt, wodurch auch dann eine relativ gute Kühlwirkung erreicht werden kann, wenn dem Kühlkanal kein zusätzliches Kühlmittel zugeführt wird. Dies kann beispielsweise bei einem Betrieb des einen oder mehrere solche erfindungsgemäßen Kolben umfassenden Verbrennungsmotors bei relativ niedrigen Drehzahlen der Fall sein, bei dem aufgrund eines relativ geringen Schmiermitteldrucks Kühldüsen, die dafür vorgesehen sind, als Kühlmittel dienendes Schmiermittel in Richtung der als Einlassöffnung dienenden ersten Durchgangsöffnung zu spritzen, deaktiviert sind. Das infolge des Überstands der zweiten Durchgangsöffnung in dem Kühlkanal zurückbleibende Kühlmittel bewirkt auch dann noch eine eingeschränkte Kühlung des Kolbens infolge der sogenannten „Shakerwirkung“, da dieses aufgrund der zyklischen Hin-und-her-Bewegung des Kolbens im Betrieb des Verbrennungsmotors innerhalb des Kühlkanals kontinuierlich verteilt wird.
Ist die zweite Durchgangsöffnung dagegen (ausschließlich oder primär) als Aufnahmeöffnung für eine Gießkernabstützung bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kolbens vorgesehen, kann der Überstand der zweiten Durchgangsöffnung dazu dienen, ein Austreten von Kühlmittel aus dem Kühlkanal über diese zweite Durchgangsöffnung zu vermeiden oder zu begrenzen. Vielmehr kann dann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Kühlmittel über mindestens eine hierfür vorgesehene dritte Durchgangsöffnung aus dem Kühlkanal abgeführt wird, wobei auch diese dritte Durchgangsöffnung einen zu dem Überstand der zweiten Durchgangsöffnung entsprechenden Überstand aufweisen kann.
Sofern die zweite Durchgangsöffnung als Aufnahmeöffnung für eine Gießkernabstützung dienen soll, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass deren Längsverlauf eine zu der Längsachse des Kolbens parallele Ausrichtung aufweist, wodurch eine vorteilhafte Abstützung des zur Ausbildung des Kühlkanals vorgesehenen Gießkerns erreicht werden kann.
Insbesondere dann, wenn die zweite Durchgangsöffnung und/oder die dritte Durchgangsöffnung als Auslassöffnung zum Abführen von Kühlmittel aus dem Kühlkanal dient, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass deren Längsverlauf (jeweils) schräg bezüglich der Längsachse des Kolbens und dabei vorzugsweise in Richtung der Lageraufnahme weisend ausgerichtet ist. Dadurch kann ein vorteilhaftes Zuführen von aus dem Kühlkanal abgeführtem Kühlmittel (in Form von Schmiermittel) zu der Lageraufnahme und demnach zu der Drehlagerung, die bei einer erfindungsgemäßen Kombination der Kolben mit dem Pleuel ausbildet, erreicht werden. Das aus dem Kühlkanal abgeführte Schmiermittel kann demnach in vorteilhafter Weise zur Schmierung dieser Drehlagerung eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal (vorzugsweise geschlossen) ringförmig ausgebildet ist, wodurch eine vorteilhafte Kühlwirkung für den Kolben erreicht werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Pleuels einer erfindungsgemäßen Kombination kann vorgesehen sein, dass der Pleuelkopf eine Lageröffnung zur drehbaren Aufnahme eines drehbar oder drehfest in den Kolben als Teil von dessen Lageraufnahme integrierten Lagerbolzens aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kombination wird die ein Verschwenken des Pleuels relativ zu dem Kolben ermöglichende Drehlagerung demnach von dem Lagerbolzen sowie dem Pleuelkopf ausgebildet. Die die Lageröffnung begrenzende Innenseite des Pleuelkopfs sowie die Außenseite des Lagerbolzens bilden dabei Gleitlagerflächen aus.
Um der Paarung dieser Gleitlagerflächen in möglichst vorteilhafter Weise Schmiermittel zuführen zu können, kann bei einer solchen erfindungsgemäßen Kombination weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass der Pleuelkopf einen Fluidkanal ausbildet, der die Außenseite des Pleuelkopfs mit der die Lageröffnung begrenzenden Innenseite verbindet. Der Fluidkanal kann dabei vorzugsweise derart angeordnet sein, dass sich dessen außenseitige Mündungsöffnung in zumindest einer (im Betrieb des Verbrennungsmotors auftretenden) Relativausrichtung zwischen dem Kolben und dem Pleuel in Überdeckung mit dem unterseitigen Ende der zweiten Durchgangsöffnung und//oder der dritten Durchgangsöffnung befindet. In dieser oder diesen Relativausrichtungen kann dadurch ein besonders gutes Überströmen von zuvor als Kühlmittel genutztem Schmiermittel aus der zweiten Durchgangsöffnung und/oder aus der dritten Durchgangsöffnung in den Fluidkanal und damit zu der Drehlagerung erreicht werden.
Demselben Zweck kann auch dienen, wenn der Fluidkanal ausgehend von dessen außenseitiger Mündungsöffnung in zumindest einem Abschnitt sich verjüngend ausgebildet ist. Der Fluidkanal bildet demnach im Bereich seiner außenseitigen Mündung eine Art Trichter aus, durch den möglichst viel des aus der zweiten Durchgangsöffnung und/oder aus der dritten Durchgangsöffnung austretenden Schmiermittels eingefangen und über den Fluidkanal zu der Drehlagerung zwischen dem Lagerbolzen und dem Pleuelkopf zugeführt werden kann.
Zur Erzielung einer möglichst vorteilhaften Durchströmung eines zumindest abschnittsweise ringförmigen Kühlkanals bei einem erfindungsgemäßen Kolben kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die erste Durchgangsöffnung einerseits sowie die zweite Durchgangsöffnung und/oder die dritte Durchgangsöffnung andererseits um mindestens 90°, vorzugsweise um mindestens 150° und besonders bevorzugt um ca. 180° bezüglich der Längsachse des Kolbens zueinander versetzt angeordnet sind. Bei einem geschlossen ringförmigen Kühlkanal durchströmt dann das über die erste Durchgangsöffnung in den Kühlkanal eingetretene Kühlmittel die beiden von dort in unterschiedlichen Umfangsrichtungen abgehenden Abschnitte des Kühlkanals und strömen daraufhin zu der zweiten und/oder zu der dritten Durchgangsöffnung, wo dieses wieder aus dem Kühlkanal abgeführt werde kann.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens kann vorgesehen sein, dass die zweite Durchgangsöffnung und/oder die dritte Durchgangsöffnung von einem Rohr ausgebildet ist/sind, das in einer Aufnahmeöffnung eines Grundkörpers des Kolbens aufgenommen ist, wobei die Längserstreckung des Rohrs größer als die Längserstreckung der Aufnahmeöffnung ist. Mittels eines solchen Rohrs kann einerseits eine vorteilhafte Führung für das durch die zweite Durchgangsöffnung und/oder durch die dritte Durchgangsöffnung geführten Kühlmittels erreicht werden, wobei der entsprechende Kolben gleichzeitig vorteilhaft herstellbar ist. Die größere Längserstreckung des Rohrs im Vergleich zu der Längserstreckung der Aufnahmeöffnung kann einerseits dazu dienen, in vorteilhafter Weise den Überstand, den zumindest die zweite Durchgangsöffnung aufweisen soll, auszubilden. Alternativ oder ergänzend kann die größere Längserstreckung des Rohrs im Vergleich zu der Längserstreckung der dazugehörigen Aufnahmeöffnung auch dazu genutzt werden, ein Austreten des Kühlmittels aus dem Rohr und damit aus der zweiten Durchgangsöffnung und/oder aus der dritten Durchgangsöffnung in einem ausreichend großen Abstand von der Unterseite des Kolbens und insbesondere von der Innenseite eines von dem Kolben ausgebildeten Kolbenhemds zu erreichen, wodurch verhindert werden kann, dass das Kühlmittel (Schmiermittel) innenseitig des Kolbenhemds herabfließt und dadurch in relativ großem Maße die Lauffläche eines den Kolben aufnehmenden Zylinders benetzt, woraus ein erhöhter Partikelausstoß des Verbrennungsmotors infolge von nicht vollständig von Kolbenringen abgestreiftem Kühlmittel und damit dem Verbrennen des Kühlmittels in einem u.a. von dem Kolben und dem Zylinder begrenzten Brennraum resultieren kann.
Die Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Kombination, wobei diese Kombination aus Kolben und Pleuel Teil eines Kurbeltriebs des Verbrennungsmotors ist, der weiterhin noch eine Kurbelwelle umfasst. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann vorzugsweise für die Bereitstellung einer Fahrantriebsleistung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein radbasiertes Kraftfahrzeug (insbesondere PKW oder Lkw), vorgesehen sein kann. Die Erfindung betrifft demnach auch ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1: eine Kombination eines erfindungsgemäßen Kolbens gemäß einer ersten Ausgestaltungsform und eines Pleuels in einem Längsschnitt;
2: den Kolben der Kombination gemäß der 1 in einer perspektivischen Ansicht von unten;
3: einen Abschnitt des Pleuels der Kombination gemäß der 1 in einer perspektivischen Ansicht;
4: einen Abschnitt des Kolbens der Kombination gemäß der 1 in einem perspektivischen Längsschnitt;
5: einen perspektivischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform;
6: den Kolben gemäß der 5 in einer Ansicht von unten;
7: einen perspektivischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben gemäß einer dritten Ausgestaltungsform;
8: den Kolben gemäß der 7 in einer Ansicht von unten;
9: eine Kombination des Kolbens gemäß den 7 und 8 und eines Pleuels in einem ersten Längsschnitt;
10: die Kombination gemäß der 9 (ohne Lagerbolzen) in einem zweiten Längsschnitt (entlang der Schnittebene X - X in der 9);
11: einen perspektivischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben gemäß einer vierten Ausgestaltungsform; und
12: den Kolben gemäß der 11 in einer perspektivischen Ansicht von unten.

Die 1 bis 4 zeigen als Bestandteile einer erfindungsgemäßen Kombination einen erfindungsgemäßen Kolben 10 gemäß einer ersten Ausgestaltungsform und einen Pleuel 12. Der Kolben 10 umfasst einen Grundkörper 14, der einen Kolbenkopf 16, ein Kolbenhemd 18 sowie Lageröffnungen 20 für einen Lagerbolzen 22 ausbildet. Der Kolbenkopf 16 weist eine nahezu zylindrische Außenkontur auf, wobei die Mantelfläche dieser zylindrischen Außenkontur absatzlos in zwei teilzylindrische Abschnitte des Kolbenhemds 18 übergeht. In die Mantelfläche des Kolbenkopfs 16 sind umlaufende Nuten 24 eingebracht, die der Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) dienen. Die bezüglich des Kolbenhemds 18 und des Pleuels 12 distal gelegene (geschlossene) Oberseite des Kolbenkopfs 16 stellt einen Kolbenboden 26 des Kolbens 10 dar, der bei der vorgesehenen Verwendung des Kolbens 10 in einem Verbrennungsmotor (im Übrigen nicht dargestellt) gemeinsam mit u.a. einem Abschnitt der Lauffläche eines den Kolben 10 aufnehmenden Zylinders einen Brennraum des Verbrennungsmotors begrenzt.
Die zwei Lageröffnungen 20 des Kolbens 10 sind beabstandet zueinander angeordnet sowie senkrecht bezüglich der Längsachse 28 des Kolbens 10 und koaxial zueinander ausgerichtet. Diese nehmen jeweils einen Endabschnitt des Lagerbolzen 22 auf. Ein Pleuelkopf 30 des Pleuels 12 ist zwischen den die Lageröffnungen 20 des Kolbens 10 ausbildenden Abschnitten angeordnet, wobei der Lagerbolzen 22 eine Lageröffnung 32 in dem Pleuelkopf 30 durchsetzt. Der Pleuelkopf 30 ist dadurch drehbar auf dem zugehörigen Abschnitt des Lagerbolzen 22 gelagert.
In dem Kolbenkopf 16 ist ein geschlossen ringförmig umlaufender, umfangsseitig vollständig geschlossener Kühlkanal 34 ausgebildet. Eine als Einlassöffnung für als Kühlmittel dienendes Schmiermittel (Motoröl) vorgesehene erste Durchgangsöffnung 36 (vgl. 2) verbindet den Kühlkanal 34 mit der Unterseite des Kolbens 10 beziehungsweise des Kolbenkopfs 16. Im Betrieb eines die Kombination aus Kolben 10 und Pleuel 12 umfassenden Verbrennungsmotors kann Schmiermittel über die erste Durchgangsöffnung 36 in den Kühlkanal 34 eintreten, wobei sich das Schmiermittel daraufhin in dem Kühlkanal 34 verteilt und zu einer als Auslassöffnung dienenden zweiten Durchgangsöffnung 38 strömt, die an einer Stelle, die bezüglich der Mündung der ersten Durchgangsöffnung 36 in den Kühlkanal 34 um fast 180° in Umfangsrichtung bezüglich der Längsachse 28 des Kolbens 10 versetzt angeordnet ist, aus dem Kühlkanal 34 abgeht. Auch die zweite Durchgangsöffnung 38 verbindet den Kühlkanal 34 mit der Unterseite des Kolbens 10 beziehungsweise des Kolbenkopfs 16.
Die zweite Durchgangsöffnung 38 ist schräg bezüglich der Längsachse 28 des Kolbens 10 ausgerichtet und weist in Richtung des zwischen den Lageröffnungen 28 des Kolbens 10 ausgebildeten Zwischenraums, der der Aufnahme des Pleuelkopfs 30 des Pleuels 12 dient. Die Längsachse 40 der geradlinig verlaufenden zweiten Durchgangsöffnung 38 kann dabei vorzugsweise derart ausgerichtet sein, dass diese exakt oder zumindest annähernd die Längsachse 42 des Lagerbolzens 22 und damit auch die dazu koaxialen Längsachsen 42 der Lageröffnungen 20, 32 des Kolbens 10 und des Pleuels 12 schneidet. Infolge dieser Ausrichtung der zweiten Durchgangsöffnung 38 wird über diese aus dem Kühlkanal 34 abgeführtes Schmiermittel der drehbaren Lagerung des Pleuelkopfs 30 an dem Kolben 10 zugeführt, wodurch diese Drehlagerung in vorteilhafter Weise geschmiert wird. Dazu ist bei der Kombination gemäß den 1 bis 4 ergänzend vorgesehen, dass der Pleuelkopf 30 des Pleuels 12 einen Fluidkanal 44 ausbildet, der die Außenseite des Pleuelkopfs 30 mit der die Lageröffnung 32 begrenzenden Innenseite verbindet. Über diesen Fluidkanal 44 kann Schmiermittel, das aus der zweiten Durchgangsöffnung 38 des Kolbens 10 austritt, in den Lagerspalt geführt werden, der zwischen der die Lageröffnung 32 begrenzenden Innenseite des Pleuelkopfs 30 und der Außenseite des Lagerbolzen 22 ausgebildet ist. Um dieses Überführen von Schmiermittel aus der zweiten Durchgangsöffnung 38 des Kolbens 10 in den Fluidkanal 44 des Pleuelkopfs 30 zu unterstützen ist vorgesehen, dass der Fluidkanal 44 derart angeordnet ist, dass sich dessen außenseitige Mündungsöffnung in der in der 1 dargestellten Relativausrichtung zwischen dem Kolben 10 und dem Pleuel 12 in Überdeckung mit dem unterseitigen Ende der zweiten Durchgangsöffnung 38 befindet. Weiterhin ist der Fluidkanal 44 ausgehend von dessen außenseitiger Mündungsöffnung sich verjüngend ausgebildet, wodurch ebenfalls ein Einbringen von aus der zweiten Durchgangsöffnung 38 austretendem Schmiermittel in den Fluidkanal 44 unterstützt wird. Vorgesehen ist, dass die Öffnungsfläche der außenseitigen Mündungsöffnung des Fluidkanals 44 in etwa der Öffnungsfläche der zweiten Durchgangsöffnung 38 an deren unterseitigem Ende entspricht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zweite Durchgangsöffnung 38 mit einem Überstand bezüglich des Kanalgrunds in den Kühlkanal 34 mündet, wie dies insbesondere aus der 4 ersichtlich ist. Dadurch wird das Abführen des Schmiermittels über die zweite Durchgangsöffnung 38 gezielt verschlechtert, so dass sich stets etwas Kühlmittel am Kanalgrunds des Kühlkanals 34 befindet, wodurch eine relativ gute Kühlwirkung auch dann erreicht werden kann, wenn dem Kühlkanal 34 kein zusätzliches Kühlmittel über die erste Durchgangsöffnung 36 zugeführt wird. Dies kann beispielsweise bei einem Betrieb des den Kolben 10 umfassenden Verbrennungsmotors bei relativ niedrigen Drehzahlen der Fall sein, da dann aufgrund eines relativ geringen Schmiermitteldrucks eine Kühldüse, die dafür vorgesehen ist, Schmiermittel in Richtung der als Einlassöffnung dienenden ersten Durchgangsöffnung 36 zu spritzen, deaktiviert sein kann. Das infolge des Überstands der zweiten Durchgangsöffnung 38 in dem Kühlkanal 34 verbleibende Kühlmittel bewirkt dann noch eine Kühlung des Kolbens 10 infolge der sogenannten „Shakerwirkung“, da dieses aufgrund der zyklischen Hin-und-her-Bewegung des Kolbens 10 im Betrieb des Verbrennungsmotors innerhalb des Kühlkanals 34 kontinuierlich verteilt wird.
Die erste Durchgangsöffnung 36 dient nicht nur als Einlassöffnung für Kühlmittel sondern auch im Rahmen der Herstellung des Kolbens 10 (als Gussbauteil) zur Aufnahme einer Gießkernabstützung, d.h. eines Elements zur räumlichen Positionierung eines Gießkerns in einer zur Ausbildung des Kolbens vorgesehenen Gussform, wobei durch diesen Gießkern der Kühlkanal ausgebildet werden soll. Die Ausrichtung der geradlinig verlaufenden ersten Durchgangsöffnung 36 parallel bezüglich der Längsachse 28 des Kolbens 10 ist dabei für die Aufnahme der Gießkernabstützung vorteilhaft.
Die 5 und 6 zeigen eine zweite Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens 10, die sich von dem Kolben 10 der Kombination gemäß den 1 bis 4 im Wesentlichen darin unterscheidet, dass die zweite Durchgangsöffnung 38, die erfindungsgemäß mit einem Überstand in dem Kühlkanal 34 endet, parallel bezüglich der Längsachse 28 des Kolbens 10 ausgerichtet ist. Diese zweite Durchgangsöffnung 38 dient in diesem Fall nicht (primär) einem Abführen von als Kühlmittel dienendem Schmiermittel aus dem Kühlkanal 34 sondern vielmehr im Rahmen der Herstellung des Kolbens 10 (zusätzlich zu der ersten Durchgangsöffnung 36) der Aufnahme einer Gießkernabstützung.
Ein Abführen des Kühlmittels soll primär über eine dritte Durchgangsöffnung 46 erfolgen, die hinsichtlich ihrer Anordnung und Ausrichtung mit der zweiten Durchgangsöffnung 38 bei dem Kolben 10 der Kombination gemäß den 1 bis 4 vergleichbar ist. Für die dritte Durchgangsöffnung 46 des Kolbens 10 gemäß den 5 und 6 ist jedoch kein Überstand in dem Kühlkanal 34 vorgesehen, so dass in Verbindung mit dem Überstand der zweiten Durchgangsöffnung 38 erreicht wird, dass das Schmiermittel primär über die dritte Durchgangsöffnung 46 und nicht über die mit dem Überstand versehene zweite Durchgangsöffnung 38 aus dem Kühlkanal 34 abgeführt wird, wobei das Kühlmittel (Schmiermittel) dann infolge der entsprechenden Ausrichtung der dritten Durchgangsöffnung 46 der Drehlagerung des Pleuels 12 an dem Kolben 10 zugeführt wird.
Grundsätzlich kann bei dem Kolben 10 gemäß den 5 und 6 auch die dritte Durchgangsöffnung 46 mit einem Überstand in dem Kühlkanal 34 enden, um die für den Kolben 10 der Kombination gemäß den 1 bis 4 beschriebene verbesserte Kühlwirkung („Shakerwirkung“) zu realisieren. Sofern der Überstand der dritten Durchgangsöffnung 46 dabei kleiner als der Überstand der zweiten Durchgangsöffnung 38 dimensioniert ist, können dann sowohl die verbesserte Kühlwirkung als auch das primäre Abführen des Kühlmittels über die dritte Durchgangsöffnung 46 kombiniert realisiert werden.
Die 7 bis 10 zeigen eine Kombination eines erfindungsgemäßen Kolbens 10 gemäß einer dritten Ausgestaltungsform und eines drehbar an dem Kolben 10 gelagerten Pleuels 12. Der Kolben 10 entspricht dabei im Wesentlichen dem Kolben 10 gemäß den 5 und 6 und umfasst demnach eine zur Aufnahme einer Gießkernabstützung vorgesehene zweite Durchgangsöffnung 38, deren Längsverlauf parallel bezüglich der Längsachse 28 des Kolbens 10 ausgerichtet ist, sowie, in diesem Fall, zwei schräg bezüglich der Längsachse 28 ausgerichtete dritte Durchgangsöffnungen 46, die als Auslassöffnungen für den Kühlkanal 34 dienen und aus dem Kühlkanal 34 austretendes Kühlmittel (Schmiermittel) in Richtung der Drehlagerung des Pleuelkopfs 30 an dem Kolben 10 führen. Auch bei diesem Ausgestaltungsbeispiel ist vorgesehen, dass die dritten Durchgangsöffnungen 46 absatzlos und somit ohne Überstand in dem Kühlkanal 34 enden. Alternativ ist jedoch auch eine Ausgestaltung möglich, bei der eine oder beide dritte Durchgangsöffnungen 46 mit einem gegebenenfalls kleineren Überstand im Vergleich zu dem Überstand der zweiten Durchgangsöffnung 38 in dem Kühlkanal 34 enden.
Der Pleuel 12 bei der Kombination gemäß den 7 bis 10 ist ohne einen die Außenseite des Pleuelkopfs 30 mit der die Lageröffnung 32 begrenzende Innenseite verbindenden Fluidkanal 44 ausgebildet. Alternativ kann jedoch auch für den Pleuel 12 dieser Kombination ein solcher Fluidkanal 44 vorgesehen sein und der Pleuel 12 demnach entsprechend demjenigen der Kombination gemäß den 1 bis 3 ausgebildet sein.
Die in den 11 und 12 dargestellte vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kolbens 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung 38 von einem Rohr 48 ausgebildet ist, das in einer Aufnahmeöffnung des Grundkörpers 14 des Kolbens 10 aufgenommen ist. Die zweite Durchgangsöffnung 38 dient als Auslassöffnung dem Abführen von Kühlmittel (Schmiermittel) aus dem Kühlkanal 34. Weiterhin diente die das Rohr 48 aufnehmende Aufnahmeöffnung bei der Herstellung des Kolbens 10 (als Gussbauteil) der Aufnahme einer Gießkernabstützung.
Die Längserstreckung des Rohrs 48 ist mehr als doppelt so lang wie die Längserstreckung der Aufnahmeöffnung. Dieses Übermaß wird einerseits dazu genutzt, das Rohr 48 und damit die zweite Durchgangsöffnung 38 mit einem Überstand in dem Kühlkanal 34 enden zu lassen und andererseits, um das untere, dem Pleuel 12 zugewandte Ende des Rohrs 48 in einem relativ großen Abstand zu demjenigen Abschnitt der Unterseite des Kolbens 12, der die Innenseite des Kolbenhemds 18 ausbildet, enden zu lassen. Dadurch kann eine Benetzung dieser Innenseite des Kolbenhemds 18 mit dem aus der zweiten Durchgangsöffnung 38 austretenden Kühlmittel vermieden werden, die andererseits zu einer relativ starken Benetzung der Lauffläche des den Kolben 10 aufnehmenden Zylinders führen könnte, wodurch sich ein relativ schlechtes Abgasverhalten des Verbrennungsmotors einstellen würde.
Bezugszeichenliste

10: Kolben
12: Pleuel
14: Grundkörper
16: Kolbenkopf
18: Kolbenhemd
20: Lageröffnung des Kolbens
22: Lagerbolzen
24: Nut
26: Kolbenboden
28: Längsachse des Kolbens
30: Pleuelkopf
32: Lageröffnung des Pleuels
34: Kühlkanal
36: erste Durchgangsöffnung
38: zweite Durchgangsöffnung
40: Längsachse der zweiten Durchgangsöffnung
42: Längsachse des Lagerbolzen / der Lageröffnung des Pleuels
44: Fluidkanal
46: dritte Durchgangsöffnung
48: Rohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3502644 A1 [0003, 0004]
DE 3511835 A1 [0004]

Claims

Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor, der eine Lageraufnahme zur Lagerung des Pleuelkopfs (30) eines Pleuels (12) des Verbrennungsmotors, einen Kühlkanal (34), eine den Kühlkanal (34) und eine Unterseite des Kolbens (10) verbindende erste Durchgangsöffnung (36) und eine den Kühlkanal (34) und die Unterseite des Kolbens (10) verbindende zweite Durchgangsöffnung (38) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung (38) mit einem Überstand bezüglich des Kanalgrunds des Kühlkanals (34) in dem Kühlkanal (34) endet.
Kolben (10) gemäß Anspruch1, gekennzeichnet durch eine den Kühlkanal (34) und die Unterseite des Kolbens (10) verbindende dritte Durchgangsöffnung (46).
Kolben (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung (38) und/oder die dritte Durchgangsöffnung (46) schräg bezüglich der Längsachse (28) des Kolbens (10) ausgerichtet ist.
Kolben (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung (38) eine zu der Längsachse (28) des Kolbens (10) parallele Ausrichtung aufweist.
Kolben (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Durchgangsöffnung (36) einerseits sowie die zweite Durchgangsöffnung (38) und/oder die dritte Durchgangsöffnung (46) andererseits um mindestens 90° oder um mindestens 150° in Umfangsrichtung bezüglich der Längsachse (40) des Kolbens (10) zueinander versetzt angeordnet sind.
Kolben (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Durchgangsöffnung (38) und/oder die dritte Durchgangsöffnung (46) von einem Rohr (48) ausgebildet ist/sind, das in einer Aufnahmeöffnung eines Grundkörpers (14) des Kolbens (10) aufgenommen ist, wobei die Längserstreckung des Rohrs (48) größer als die Längserstreckung der Aufnahmeöffnung ist.
Kombination eines Kolbens (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und eines Pleuels (12), der einen Pleuelkopf (30) umfasst, der drehbar in der Lageraufnahme des Kolbens (10) gelagert ist.
Kombination gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuelkopf (30) eine Lageröffnung (32) zur Aufnahme eines Lagerbolzens (22) sowie einen Fluidkanal (44) ausbildet, wobei der Fluidkanal (44) die Außenseite des Pleuelkopfs (30) mit der die Lageröffnung (44) begrenzenden Innenseite verbindet.
Kombination gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (44) derart angeordnet ist, dass sich dessen außenseitige Mündungsöffnung in einer Relativausrichtung zwischen dem Kolben (10) und dem Pleuel (12) in Überdeckung mit dem unterseitigen Ende der zweiten Durchgangsöffnung (38) und/oder dem unterseitigen Ende der dritten Durchgangsöffnung (46) befindet.
Kombination gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (44) ausgehend von dessen außenseitiger Mündungsöffnung sich verjüngend ausgebildet ist.