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EP2742225B1 - Piston - Google Patents

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Publication number
EP2742225B1
EP2742225B1 EP12743161.7A EP12743161A EP2742225B1 EP 2742225 B1 EP2742225 B1 EP 2742225B1 EP 12743161 A EP12743161 A EP 12743161A EP 2742225 B1 EP2742225 B1 EP 2742225B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
partial wall
shaft
partial
pressure side
piston
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
EP12743161.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2742225A1 (en
Inventor
Ralf Braig
Rainer Fischer
Thomas Hettich
Peter Kleinle
Michael Marquardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
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
Publication of EP2742225A1 publication Critical patent/EP2742225A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2742225B1 publication Critical patent/EP2742225B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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 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.
  • a spray nozzle By running away from each other first part wall sections more space for positioning of the spray nozzle is available, whereby it 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.
  • the successive convergence of the two first partial wall sections 11 of the two box walls 8, 9 in the direction of the skirt wall 6 is determined by the relationship of both reference values W> X shown. Accordingly, the running away of the second partial wall sections 12 of the two box walls 8, 9 in the direction of the counterpressure-side shaft wall 7 is described by the relationship of the two reference variables D ⁇ C.
  • the piston 1 according to the Fig. 3 is characterized by two first partial wall sections 11, which run away from one another in the direction of the pressure-side shaft wall 6, thereby enabling a reduction in weight as well as a flexible arrangement of the spray nozzle.
  • the running apart of the two first partial wall sections 11 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 essentially to the sectional view BB of Fig. 2 , wherein the two longitudinal central axes 18, 19 again intersect at an intersection point 15 ', which lies within the piston 1.

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)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden und einem sich daran anschließenden Kolbenschaft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.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.

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.From the DE 10 2009 032 379 A1 is a generic piston for an internal combustion engine having a piston crown, a land with a revolving ring and a piston skirt known which has two disposed on the pressure side and the counter-pressure side shaft walls and two walls connecting these shell walls. The arranged on the pressure side of the skirt wall is considered shorter in the circumferential direction of the piston than the arranged on the counter-pressure side skirt wall. To reduce the stress on the piston, the pressure-side box walls run in a straight line and obliquely, wherein the spacing of the box walls in the region of the pin bosses is greater than in the region of the pressure-side skirt wall.

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.From the DE 10 2007 020 447 A1 Another generic piston for an internal combustion engine is known, in which the arranged on the pressure side of the skirt wall in the circumferential direction of the piston is shorter than the arranged on the counter-pressure side skirt wall. This should set the effect that hardly any cracks occur in the area of the pin bosses or in the region of the support of the box walls on the underside of the piston crown.

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.From the DE 101 45 589 B4 Another piston for an internal combustion engine with a piston head and a piston skirt adjoining it is known, wherein the piston shaft consists of supporting shaft walls and past box walls, the shaft walls together connect as well as in the direction of a pin axis to a piston axis recessed pin bosses, which penetrate the connecting walls. 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. As a result, in particular a guidance of the piston is to be improved within the cylinder.

Aus der DE 41 09 160 C2 ist ein weiterer Kolben bekannt, ebenso wie aus der FR 2 182 572 A5 .From the DE 41 09 160 C2 Another piston is known, as well as from the FR 2 182 572 A5 ,

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.In general, the trend of current engine development is towards CO 2 reduction, which is implemented by a form of so-called "downsizing". In order to reduce the oscillating mass of pistons in internal combustion engines, lightweight pistons are increasingly being used which, moreover, can withstand higher thermomechanical loads. In lightweight pistons, the main task is to perform the design optimized load, cracking at high stress areas, for example, the piston crown or the highly stressed pressure side box walls to avoid while meeting the demands for significant weight reduction and thus a reduction in CO 2 emissions. At the same time, such lightweight pistons must have further important functional properties, such as seizure safety, low shaft friction and high smoothness.

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.The present invention addresses the problem of providing a piston of the generic type an improved embodiment, which is characterized in particular by a reduced weight and increased load capacity.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

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.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 reduce the stress on a piston crown and a counter-pressure side box wall. The piston according to the invention has a piston crown and a piston stem adjoining it directly or indirectly via an annular region, which has two barrel walls arranged on the pressure side and the counterpressure side and two box walls connecting these skirt walls. In turn, pin bosses are arranged in the box walls. 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 extends between the pin boss and the pressure-side shaft wall and the second partial wall section between the pin boss and the counter-pressure side shaft wall. 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. In this way, on the one hand, an increase in strength can be achieved while, on the other hand, the elasticity with respect to the connection of the box wall to the associated skirt wall is maintained. This not only favors the resilience of the piston according to the invention, but also important properties such as seizure safety, low piston friction and high smoothness. At the same time 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. Depending on 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. By running away from each other first part wall sections more space for positioning of the spray nozzle is available, whereby it can be arranged more flexible. In this case, 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.

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.In an advantageous development of the solution according to the invention, 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 the pin boss and the counter pressure side shaft wall runs. A longitudinal center line of this third partial wall section intersects a longitudinal center line of the fourth partial wall section within the piston, so that the third and fourth partial wall sections are preferably arranged convexly relative to an orthogonal to the axis of the pin boss. In this way, for example, in the region below the pin boss, that is, on a side facing away from the piston skirt of the piston skirt on the orientation or orientation of the individual partial wall sections of the box walls directly on the strength and the weight and the possible positioning of the Take spray nozzle. If, for example, the strength on the counterpressure side is to be increased, in this case the respective fourth partial wall sections of the two box walls would have to run towards one another below the pin boss in the direction of the counterpressure shaft wall. In contrast, with an improved arrangement possibility for the spray nozzle, the two fourth partial wall sections of the two box walls would have to run away from one another in the direction of the counterpressure side skirt wall. The same applies in analogous form, of course, also for the printing side.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

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.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

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.
Show, in each case schematically,
Fig. 1
a piston according to the invention in different views and sectional views,
Fig. 2
a representation like in Fig. 1 but with differently aligned partial wall sections of the individual box walls,
Fig. 3
further views and sectional representation of another possible embodiment of the piston according to the invention with again differently oriented partial wall sections of the individual box walls.

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 11, 12 auf, 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. Eine Längsmittellinie 13 des ersten Teilwandabschnitts 11 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.According to the Fig. 1 to 3 , A piston 1 according to the invention for a combustion engine has a piston head 2 and a piston skirt 4 adjoining it via a ring region 3. In the annular region 3 different annular grooves 5, for example, for receiving piston rings, provided. The piston skirt 4 has two shaft walls 6 and 7 which are arranged on the pressure side DS and the counter-pressure side GDS and which are connected to one another via two box walls 8 and 9 (compare in particular the sectional views). In the box walls 8 and 9 pin bosses 10 and at least holes for such pin bosses 10 are arranged. According to the invention, 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 extends. A longitudinal center line 13 of the first partial wall section 11 is arranged offset to 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. In addition, in all the pistons 1 shown, 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.

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 11, 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.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 skirt 7 runs. 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 '. With respect to an orthogonal to the axis 20 of the pin boss 10, the third and fourth partial wall sections 16, 17 are arranged convexly. In general, the first and second partial wall sections 11, 12 have a greater wall thickness than the third and fourth partial wall sections 16, 17 of the respective box walls 8, 9. In addition, a distance of the two box walls 8, 9 between the pin boss 10 and the piston head 2 is smaller than a distance of the box walls 8, 9 below the pin boss 10th

Im Folgenden sollen nun die einzelnen möglichen Ausführungsformen und die damit erzielbaren Vorteile genauer erläutert werden.In the following, the individual possible embodiments and the advantages that can be achieved will now be explained in greater detail.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Kolben 1 laufen die jeweils ersten Teilwandabschnitte 11 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 11, 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.In the in the Fig. 1 Pistons 1 shown run the respective first partial wall sections 11 of the two box walls 8, 9 toward each other in the direction of the pressure-side shaft wall 6 (see sectional view AA). The inclination of the two longitudinal central axis 13, 14 of the two partial wall sections 11, 12 is comparatively small, so that the intersection point 15 is shown only for the sake of clarity, but without distance interruption would not have found room on the drawing.

Das aufeinander Zulaufen der beiden ersten Teilwandabschnitte 11 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 11 und verbunden damit die vergleichsweise nahe Anordnung der beiden Teilwandabschnitte 11 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,The successive convergence of the two first partial wall sections 11 of the two box walls 8, 9 in the direction of the skirt wall 6 is determined by the relationship of both reference values W> X shown. Accordingly, the running away of the second partial wall sections 12 of the two box walls 8, 9 in the direction of the counterpressure-side shaft wall 7 is described by the relationship of the two reference variables D <C. The running away from each other of the two second partial wall sections 12 not only allows a reduction in weight but at the same time a more flexible arrangement of an unspecified spray nozzle, the two second partial wall sections 12 could of course also be arranged parallel to each other, in which case the relationship D = C would apply. Due to the fact that the two first partial wall sections 11 converge toward one another on the pressure side DS and thus connect the comparatively close arrangement of the two partial wall sections 11, a significant increase in the strength of the piston 1 can be achieved. The reference variables W, A, B, X, Y, Z are each a distance of the partial wall sections from one another at the hub connection or at the shaft connection,

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.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 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 each other 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. At the same time, the weight can be reduced in this area.

Bei dem gemäß der Fig. 2 dargestellten Kolben 1 laufen die beiden ersten Teilwandabschnitte 11 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 11, 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 accordance with the Fig. 2 shown piston 1, the two first partial wall sections 11 of the two box walls 8 in the direction of the pressure-side shaft wall 6 again converge towards each other, which is illustrated by the relationship W> X. Analogous to the sectional view AA of Fig. 1 run the two second partial wall sections 12 of the two box walls 8, 9 away from each other in the direction of the counterpressure-side shaft wall 7, which is illustrated by the relationship D <C. Here, too, it is conceivable that the relationship D = C holds, so that the longitudinal center axis 14 of the second partial wall sections 12 is orthogonal to the pin axis 20. By in the sectional view of the AA Fig. 2 selected orientation of the individual partial wall sections 11, 12 of the two box walls 8, 9 can be achieved in the pressure side DS an increase in strength and in the region of the counter-pressure side GDS a reduction in weight and a flexible arrangement of the spray nozzle.

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.In the sectional view BB of Fig. 2 the third and fourth partial wall portions 16, 17 of the two box walls 8, 9 are 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. In this case, an increase in the strength is thus achieved both on the pressure side DS and on the counterpressure side GDS, since the third partial wall sections 16 and the fourth partial wall sections 17 run towards the respectively associated shaft walls 6, 7 and are arranged there comparatively close to one another. An intersection of the individual longitudinal center lines 18, 19 of the respective partial wall sections 16, 17 lies within the piston 1.

Der Kolben 1 gemäß der Fig. 3 zeichnet sich durch zwei erste Teilwandabschnitte 11 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 11 in Richtung der druckseitigen Schaftwand 6 wird durch die Beziehung W < X ausgedrückt. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die beiden ersten Teilwandabschnitte 11 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.The piston 1 according to the Fig. 3 is characterized by two first partial wall sections 11, which run away from one another in the direction of the pressure-side shaft wall 6, thereby enabling a reduction in weight as well as a flexible arrangement of the spray nozzle. The running apart of the two first partial wall sections 11 in the direction of the pressure-side shaft wall 6 is expressed by the relationship W <X. Of course, it is also conceivable that the two first partial wall sections 11 of the two box walls 8, 9 run parallel in the direction of the pressure-side shaft wall 6, what then would be expressed by the relationship W = X. On the counterpressure side GDS, on the other hand, 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 essentially to the sectional view BB of Fig. 2 , wherein the two longitudinal central axes 18, 19 again intersect at an intersection point 15 ', which lies within the piston 1.

Allen Ausführungsformen ist jedoch gemein, dass der Schnittpunkt 15 der beiden Längsmittelachsen 13, 14 der beiden Teilwandabschnitte 11, 12 außerhalb des Kolbens 1 liegt.However, all embodiments have in common that the point of intersection 15 of the two longitudinal central axes 13, 14 of the two partial wall sections 11, 12 lies outside of the piston 1.

Die versetzt zueinander angeordneten Teilwandabschnitte 11, 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 11, 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 11 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.The mutually offset partial wall sections 11, 12 of the two box walls 8, 9 thus allow a weight saving in the relationship D <C and W <X and an increase in the strength at the relationship D> C and W> X. In addition, in the relationships D <C and W <X increased flexibility in the arrangement of the spray nozzle can be achieved. Of course, it is also conceivable that the first and second partial wall sections 11, 12 are arranged convexly with respect 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. This would allow an increase in the strengths in the region of the pressure-side skirt 6 and the associated first partial wall sections 11 and the third partial wall sections 16 and an increase in strength in the region of the counter-pressure side skirt 7 exclusively in the region of the second partial wall sections 12, whereas the skirt wall 7 in the region fourth partial wall sections 17 experiences an increase in strength, but only an improved and more flexible arrangement of the spray nozzle.

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 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.
For the piston 1 according to the Fig. 1 applies:
  • that the fourth partial wall sections 17 at the hub connection have a smaller distance from each other than at the shaft connection A <B,
  • the second partial wall sections 12 have a smaller spacing from one another at the hub connection than at the shaft connection D <C,
  • a longitudinal center line 13 is arranged at the level of the hub radius of the first partial wall section 11 offset relative to a longitudinal center line 14 of the second partial wall section 12,
  • the two longitudinal center lines 13, 14 of the two partial wall sections 11, 12 intersect outside of the piston 1.

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 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.
For the piston 1 according to the Fig. 2 applies:
  • that the fourth partial wall sections 17 at the hub connection have a greater distance from each other than at the shaft connection A> B,
  • the second partial wall sections 12 have a smaller spacing from one another at the hub connection than at the shaft connection D <C,
  • a longitudinal center line 13 is arranged at the level of the hub radius of the first partial wall section 11 offset relative to a longitudinal center line 14 of the second partial wall section 12,
  • the two longitudinal center lines 13, 14 of the two partial wall sections 11, 12 intersect outside of the piston 1.

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 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.
For the piston 1 according to the Fig. 3 applies:
  • that the fourth partial wall sections 17 at the hub connection have a greater distance from each other than at the shaft connection A> B,
  • that the second partial wall sections 12 at the hub connection have a greater distance from one another than at the shaft connection D> C,
  • a longitudinal center line 13 is arranged at the level of the hub radius of the first partial wall section 11 offset relative to a longitudinal center line 14 of the second partial wall section 12,
  • the two longitudinal center lines 13, 14 of the two partial wall sections 11, 12 intersect outside of the piston 1.

Unter Nabennadir wird dabei der Fußpunkt der Bolzennabe 10 verstanden, der unterhalb de Zenits und des Äquators der Bolzennabe 10 liegt.Under Nabennadir is understood the base of the pin boss 10, which is below de Zenits and the equator of the pin boss 10.

Claims (13)

  1. A piston (1) for an internal combustion engine with a piston head (2) and with a piston shaft (3) adjoining thereon, which has two shaft walls (6, 7) arranged on the pressure side (DS) and the counter-pressure side (GDS), and two box walls (8, 9) connecting these shaft walls (6, 7), wherein pin bosses (10) are arranged in the box walls (8, 9), wherein
    - in the region between the pin boss (10) and the piston head (2), each box wall (8, 9) has two partial wall sections (11, 12), of which the first partial wall section (11) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (6) on the pressure side, and the second partial wall section (12) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (7) on the counter-pressure side,
    - a longitudinal centre line (13) of the first partial wall section (11) is arranged staggered with respect to a longitudinal centre line (14) of the second partial wall section (12),
    characterized in that
    the two longitudinal centre lines (13, 14) of the two partial wall sections (11, 12) intersect each other outside the piston (1).
  2. The piston according to Claim 1,
    characterized in that
    the shaft wall (6) arranged on the pressure side (DS) is shorter in the peripheral direction of the piston (1) than the shaft wall (7) arranged on the counter-pressure side (GDS).
  3. The piston according to Claim 1 or 2,
    characterized in that
    - in the region beneath the pin boss (10), each box wall (8, 9) has a third and a fourth partial wall section (16, 17), of which the third partial wall section (16) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (6) on the pressure side, and the fourth partial wall section (17) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (7) on the counter-pressure side,
    - a longitudinal centre line (18) of the third partial wall section (16) inside the piston (1) intersects with a longitudinal centre line (19) of the fourth partial wall section (17).
  4. The piston according to Claim 3,
    characterized in that
    the first and second partial wall sections (11, 12) have a greater wall thickness than the third and fourth partial wall sections (16, 17) of the box walls (8, 9).
  5. The piston according to one of Claims 1 to 4,
    characterized in that
    a distance of the two box walls (8, 9) with respect to each other is smaller between the pin boss (10) and the piston head (2) than a distance of the box walls (8, 9) beneath the pin boss (10).
  6. The piston according to one of Claims 1 to 5,
    characterized in that
    the respectively first partial wall sections (11) of the two box walls (8, 9) run towards each other in the direction of the shaft wall (6) on the pressure side.
  7. The piston according to one of Claims 1 to 6,
    characterized in that
    - the respectively second partial wall sections (12) of the two box walls (8, 9) run away from each other in the direction of the shaft wall (7) on the counter-pressure side, or
    - the respectively second partial wall sections (12) of the two box walls (8, 9) run towards each other in the direction of the shaft wall (7) on the counter-pressure side, or
    - the respectively second partial wall sections (12) of the two box walls (8, 9) are arranged parallel to each other.
  8. The piston according to one of Claims 1 to 5,
    characterized in that
    - the respectively first partial wall sections (11) of the two box walls (8, 9) run away from each other in the direction of the shaft wall (6) on the pressure side,
    - the respectively second partial wall sections (12) of the two box walls (8, 9) run towards each other in the direction of the shaft wall (7) on the counter-pressure side.
  9. The piston according to one of Claims 3 to 8,
    characterized in that
    the third and fourth partial wall sections (16, 17) are arranged so as to be convex with respect to an orthogonal to the axis (20) of the pin boss (10).
  10. The piston according to Claim 9,
    characterized in that
    - the fourth partial wall sections (17) run away from each other in the direction of the shaft wall (7) on the counter-pressure side, or
    - the third and fourth partial wall sections (16, 17) run towards each other in the direction of the shaft wall (6) on the pressure side and in the direction of the shaft wall (7) on the counter-pressure side.
  11. The piston according to Claim 1,
    characterized in that
    - in the region beneath the pin boss (10) each box wall (8, 9) has a third and a fourth partial wall section (16, 17), of which the third partial wall section (16) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (6) on the pressure side, and the fourth partial wall section (17) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (7) on the counter-pressure side,
    - the fourth partial wall sections (17) have a smaller distance from each other at the boss connection than at the shaft connection (A<B),
    - the second partial wall sections (12) have a smaller distance from each other at the boss connection than at the shaft connection (D<C),
    - a longitudinal centre line (13) at the height of the boss nadir of the first partial wall section (11) is arranged staggered with respect to a longitudinal centre line (14) of the second partial wall section (12),
    - the two longitudinal centre lines (13, 14) of the two partial wall sections (11, 12) intersect each other outside the piston (1).
  12. The piston according to Claim 1,
    characterized in that
    - in the region beneath the pin boss (10) each box wall (8, 9) has a third and a fourth partial wall section (16, 17), of which the third partial wall section (16) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (6) on the pressure side, and the fourth partial wall section (17) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (7) on the counter-pressure side,
    - the fourth partial wall sections (17) have a greater distance from each other at the boss connection than at the shaft connection (A>B),
    - the second partial wall sections (12) have a smaller distance from each other at the boss connection than at the shaft connection (D<C),
    - a longitudinal centre line (13) at the height of the boss nadir of the first partial wall section (11) is arranged staggered with respect to a longitudinal centre line (14) of the second partial wall section (12).
  13. The piston according to Claim 1,
    characterized in that
    - each box wall (8, 9) has a third and a fourth partial wall section (16, 17) in the region beneath the pin boss (10), of which the third partial wall section (16) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (6) on the pressure side and the fourth partial wall section (17) runs between the pin boss (10) and the shaft wall (7) on the counter-pressure side,
    - the fourth partial wall sections (17) have a greater distance from each other at the boss connection than at the shaft connection (A>B),
    - the second partial wall sections (12) have a greater distance from each other at the boss connection than at the shaft connection (D>C),
    - a longitudinal centre line (13) at the height of the boss nadir of the first partial wall section (11) is arranged staggered with respect to a longitudinal centre line (14) of the second partial wall section (12).
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