WO2005121537A1

WO2005121537A1 - Gebauter kolben und verfahren zur vermeidung von beschädigungen in kontakt zueinander stehender flächen des oberteiles und des unterteiles des kolbens

Info

Publication number: WO2005121537A1
Application number: PCT/DE2005/001013
Authority: WO
Inventors: Jochen Kortas
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2006-12-08
Also published as: DE102004027974A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Vermeidung von Beschädigungen in Kontakt zueinander stehender Flächen (16, 17) eines Oberteiles (4) und eines damit verbundenen Unterteiles (2) eines gebauten Kolbens (1), bei dem in zumindest eine der Flächen (16, 17) Nuten (19) eingeformt sind, die als Schmiernuten genutzt werden, die über einen Überlaufkanal (13) und über Bohrungen (18) mit dem Kühlkanal (6) verbunden sind, und die vom Kühlkanal (6) mit Öl versorgt werden. Das Öl gelangt hierbei von den Schmiernuten (19) zwischen die während des Motorbetriebes sich periodisch, kurzfristig voneinander trennenden Flächen (16, 17) und vermeidet damit Mikroverschweißungen zwischen diesen Flächen (16, 17), die zu deren Beschädigung führen würden.

Description

Gebauter Kolben und Verfahren zur Vermeidung von Beschädigungen in Kontakt zueinander stehender Flächen des Oberteiles und des Unterteiles des Kolbens

Die Erfindung betrifft einen gebauten Kolben und ein Verfahren zur Vermeidung von Beschädigungen in Kontakt zueinander stehender Flachen des Oberteiles und des Unterteiles des Kolbens nach dem Oberbegriff des Anspruches 1

Das Problem, dass wegen der wahrend des Motorbetπebes auf einen gebauten Kolbens einwirkenden Kräfte im Bereich der gegenseitigen Abstutzflachen des Oberteiles und des Unterteiles des Kolbens Kaltschweißstellen entstehen, die wegen der Relativbewegungen der Kolbenteile im Motorbetrieb zu einer Beschädigung der Abstutzflachen fuhren, ist aus der Patentschrift DE 41 29 746 C2 bekannt Als Losung dieses Problemes wird angegeben, zumindest eine der beiden Abstutzflachen mittels umlaufender und gegebenenfalls zusätzlich axial angeordneten Nuten derart zu profilieren, dass die Stege zwischen den Nuten elastisch nachgiebig werden, sodass sich die einwirkenden Kräfte gleichmäßig auf die gesamte Abstutzflache verteilen, was die Entstehung der Kaltschweißstellen vermeiden soll Nachteilig ist, dass hierbei die Entstehung von Kaltschweißstellen nur verhindert wird, wenn die auf den Kolben einwirkenden Kräfte eine bestimmte Große nicht überschreiten, sodass das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Vermeidung von Beschädigungen in Kontakt zueinander stehender Flachen des Oberteils und des Unterteils bei den mechanisch hochbelasteten, gebauten Kolben moderner Motore nicht anwendbar ist

Hiervon ausgehend egt der Erfindung das Problem zugrunde, den angegebenen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden Gelost wird das Problem mit den in den Kennzeichen des Hauptanspruches und der Nebenanspruche stehenden Merkmalen Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruches

Hierbei wird 01 in die Nuten eingeleitet, das sich über die gesamte Abstutzflache verteilt und dadurch auch bei hoher belasteten Kolben die Bildung von Kaltschweißstellen und Mikroverschweißungen verhindert, die bei den relativ zueinander stattfindenden Bewegungen der Kolbenteile zu einer Beschädigung der Abstutzflachen fuhren wurden

Einige Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der

Zeichnungen beschrieben Es zeigen

Fig 1 einen ausschnittsweise dargestellten Längsschnitt durch einen aus einem Oberteil und einem Unterteil bestehenden Kolben entlang der Linie DD in Fig 3,

Fig 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes A aus Fig 1 ,

Fig 3 einen Schnitt durch das Unterteil des in Fig 1 dargestellten Kolbens entlang der Linie CC in Fig 1 ,

Fig 4 eine Draufsicht auf die kolbenbodenseitige Auflageflache des Unterteiles des in Fig 1 gezeigten Kolbens,

Fig 5 einen ausschnittsweise dargestellten Längsschnitt durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemaßen und aus einem Ober- und einem Unterteil bestehenden Kolbens entlang der Linie BB in Fig 6 und

Fig 6 eine Draufsicht auf die kolbenbodenseitige Auflageflache des Unterteiles des in Fig 5 dargestellten Kolbens

Fig 1 zeigt einen ausschnittsweise im Längsschnitt entlang der abgeknickten Linie DD in Fig 3 dargestellten Kolben 1 , der aus einem Unterteil 2 und einem mittels einer Dehnschraube 3 damit verbundenen Oberteil 4 besteht Nahe dem Kolbenboden 5 weist der Kolben 1 einen umlaufenden und radial außen liegenden Kuhlkanal 6 auf, der teils in das Oberteil 4 und teils in das Unterteil 2 des Kolbens 1 eingeformt ist Der in des Oberteil 4 eingeformte, kolbenbodenseitige Bereich des Kuhlkanals 6 wird vom Kolbenboden 5, radial außen von einer Ringwand 7 für eine auf der radialen Außenseite des Kolbens 1 angeordnete Ringpartie 8, und radial innen von einem an den Kolbenboden 5 angeformten Oberteilfuß 9 begrenzt Der in das Unterteil 2 des Kolbens 1 eingeformte, schaftseitige Bereich des Kuhlkanals 6 wird radial außen von einer Schaftabstutzung 10 und radial innen von einem Auflagenfuß 1 1 begrenzt

In die schaftseitige Stirnflache der Ringwand 7 ist radial innen eine stufenförmige Ausnehmung 21 eingebracht, die im Querschnitt eine zu einem Bund 22 komplementäre Form hat, der auf der kolbenbodenseitigen Stirnflache der Schaftabstutzung 10 angeordnet ist, sodass beim Zusammenbau des Kolbens 1 das Oberteil 4 über die Ausnehmung 21 und den Bund 22 gegenüber dem Unterteil 2 zentrierbar ist

Zentral weist der Kolben 1 in seinem kolbenbodenseitigen Bereich einen Sammelraum 12 für Kuhlol auf, der vom Kolbenboden 5 und radial außen teils von dem Oberteilfuß 9 und teils von der Nabenabstutzung 1 1 begrenzt ist Mittels in radialer Richtung in dem Auflagenfuß 1 1 angeordneter und über den Umfang verteilter Uberlaufkanale 13 ist der Sammelraum 12 mit dem Kuhlkanal 6 verbunden Schaftseitig ist der Sammelraum 12 über weitere in radialer Richtung liegende Ablauf kanale 14 mit dem schaftseitigen Kolbeninnenraum 15 verbunden

Fig 2, eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes A aus Fig 1 , zeigt im Querschnitt den schaftseitigen Bereich des Oberteilfußes 9, der über seine schaftseitige Stirnflache 16 mit der kolbenbodenseitigen Auflageflache 17 des Auflagen- fußes 11 in Kontakt steht Dargestellt ist einer der in dem Auflagenfuß 11 eingebrachten Uberlaufkanale 13, die den Kuhlkanal 6 mit dem Sammelraum 12 verbinden Diese Uberlaufkanale 13 sind, wie in Fig 2 beispielhaft gezeigt ist, über in axialer Richtung angeordnete Bohrungen 18 mit flachen, im Querschnitt linsen- formigen Schmiernuten 19 verbunden, die in die Auflageflache 17 eingeformt sind und eine Tiefe von 10 μm bis 500 μm aufweisen

Fig 3, ein Querschnitt durch den Kolben 1 entlang der Linie CC in Fig 1 , zeigt mehrere über den Umfang des Auflagenfußes 11 verteilte, in radialer Richtung liegende Uberlaufkanale 13 mit den in diese Kanäle mundenden Bohrungen 18

Gemäß Fig 4, einer Draufsicht auf die kolbenbodenseitige Auflageflache 17 des Unterteiles 2 des Kolbens 1 , sind die Schmiernuten 19 kreisförmig ausgebildet und koaxial angeordnet Zu erkennen sind auch die in die Schmiernuten 19 einmundenden Bohrungen 18

Über in den Figuren nicht dargestellte Zuflussoffnungen gelangt Kuhlol in den Kuhlkanal 6, fließt über die Uberlaufkanale 13 in den Sammelraum 12 und gelangt von dort über die Ablaufkanale 14 wieder in den Kolbeninnenraum 15 Wahrend sich das Kuhlol hierbei in den Uberlaufkanalen 13 befindet, wird ein Teil hiervon wegen der schnellen Hin- und Herbewegungen des Kolbens 1 wahrend des Motorbetriebes über die Bohrungen 18 in die Schmiernuten 19 befordert, worin es sich wegen des Kapillareffektes über den gesamten zirkulären Umfang der Schmiernuten 19 ausbreitet

Wahrend des Motorbetriebes ist es unvermeidbar, dass die Stirnflache 16 des Oberteilfußes 9 und die Auflageflache 17 des Auflagenfußes 1 1 wegen der von den Verbrennungsgasen auf den Kolben 1 ausgeübten Kraft mit großem Druck aufeinander gepresst werden, wodurch sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kolben zwischen der Stirnflache 16 und der Auflageflache 17 Mikroverschweißungen ergeben Anschließend werden wegen der bei den schnellen Hin- und Herbewegungen des Kolbens 1 auf das Oberteil 4 wirkenden Massenhafte die Stirnflache 16 und die Auflageflache 17 kurzzeitig voneinander getrennt, wodurch die Mikroverschweißungen aufbrechen und zu einem erhöhten Verschleiß der Stirnflache 16 und der Auflageflache 17 fuhren Das in den Schmier- nuten 19 des Kolbens 1 gemäß der vorliegenden Erfindung befindliche Ol verhindert dies, indem immer dann, wenn sich die Stirnflache 16 und die Auflageflache 17 voneinander trennen, Ol von den Schmiernuten 19 zwischen diese beiden Flachen 16, 17 gelangt, das die Flachen 16, 17 schmiert und damit die Mirkover- schweißungen verhindert

Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel befinden sich die Schmiernuten 19 auf der Auflageflache 17 des Auflagenfußes 11 Sie können aber auch in die Stirnflache 16 des Oberteilfußes 9 oder in beide Flachen 16 und 17 eingeformt sein

Gemäß einem in den Fig 5 und 6 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung sind in der Auflageflache 17' des Auflagenfußes 1 1 ' sowohl zum Sammelraum 12' als auch zum Kuhlkanal 6' hin offene, radial angeordnete Schmiernuten 20 mit einer solchen Tiefe vorgesehen, dass sie als Uberlaufkanale zwischen dem Kuhlkanal 6' und dem Sammelraum 12' verwendbar sind Fig 6, eine Draufsicht auf die kolbenbodenseitige Auflageflache 17' des Kolbenunterteiles 2', zeigt die radial ausgerichteten und gleichmäßig über den Umfang der Auflageflache 17' verteilten Schmiernuten 20

Hierbei wird das Ol wegen der schnellen Hin- und Herbewegungen des Kolbens 1 wahrend des Motorbetriebes aus dem Kuhlkanal 6' in die Schmiernuten 20 befordert, von wo aus es zwischen die Auflageflache 17' des Auflagenfußes 1 1 ' und die Stirnflache 16' des Oberteilfußes 9' gelangt, wenn die Flachen 16' und 17' wahrend des Motorbetriebes kurzfristig voneinander getrennt werden, um hierdurch Mikroverschweißungen dieser Flachen 16' und 17' und damit deren Verschleiß zu vermeiden Diese Trennung kann abhangig von der Motordrehzahl und vom auf den Kolben 1 wirkenden Zunddruck die gesamten Flachen 16' und 17' oder nur Teile dieser Flachen 16', 17' betreffen Bezugszeichenliste

A Ausschnitt

1 Kolben

2, 2' Unterteil des Kolbens 1

3 Dehnschraube

4 Oberteil des Kolbens 1

5 Kolbenboden 6, 6' Kühlkanal

7 Ringwand

8 Ringpartie 9, 9' Oberteilfuß

10 Schaftabstützung

1 1 , 1 1 ' Auflagenfuß

12, 12' Sammelraum

13 Überlaufkanal

14 Ablauf kanal

15 Kolbeninnenraum 16, 16' Stirnfläche, Fläche 17, 17' Auflagefläche, Fläche

18 Bohrung

19 Nut, Schmiernut

20 Nut, Schmiernut, Überlaufkanal

21 Ausnehmung

22 Bund

Claims

Patentansprüche

Gebauter Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor,

- bestehend aus einem Oberteil (4) und einem Unterteil (2, 2'), die mittels einer Dehnschraube (3) miteinander verbunden sind und über einander zugewandte Flachen (16, 16', 17, 17') in Kontakt zueinander stehen,

- mit einem radial außen und nahe dem Kolbenboden (5) angeordeten, umlaufenden Kuhlkanal (6, 6'),

- mit einem kolbenbodenseitig im Bereich innerhalb des Kuhlkanals (6, 6') egenden und schaftseitig offenen Innenraum (15) und

- mit radial angeordneten Nuten (20) und/oder kreisförmigen und koaxial angeordneten Nuten (19), die in zumindest eine der Flachen (16, 16' 17 17') eingeformt sind, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Kuhlkanal (6) über mindestens einen Uberlaufkanal (13) mit dem Innenraum (15) des Kolbens (1 ) verbunden ist, und

- dass der mindestens eine Uberlaufkanal (13) über im Wesentlichen axial ausgerichtete Bohrungen (18) mit den Nuten (19) verbunden ist

Gebauter Kolben nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (19) eine Tiefe von 10 μm bis 500 μm aufweist

Gebauter Kolben (1 ) für einen Verbrennungsmotor,

- mit einem kolbenbodenseitig im Bereich innerhalb des Kuhlkanals (6, 6') hegenden und schaftseitig offenen Innenraum (15) und - mit radial angeordneten Nuten (20) und/oder kreisförmigen und koaxial angeordneten Nuten (19), die in zumindest eine der Flachen (16, 16' 17 17') eingeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kuhlkanal (6') mit dem Innenraum (15) des Kolbens (1 ) über mindestens einen Uberlaufkanal (20) verbunden ist, der als in zumindest eine der Flachen (16', 17') eingeformte Nut (20) ausgebildet ist

Verfahren zur Vermeidung von Beschädigungen in Kontakt zueinander stehender Flachen (16, 16', 17, 17') eines Oberteiles (4) und eines mittels einer Dehnschraube (3) damit verbundenen Unterteiles (2, 2') eines gebauten Kolbens (1 ) für einen Verbrennungsmotor

- mit einem radial außen und nahe dem Kolbenboden (5) angeordneten, umlaufenden Kuhlkanal (6, 6'),

- mit einem kolbenbodenseitig im Bereich innerhalb des Kuhlkanals (6, 6') hegenden und schaftseitig offenen Innenraum (15) und

- mit radial angeordneten Nuten (20) und/oder mit kreisförmigen und koaxial angeordneten Nuten (19), die in zumindest eine der Flachen (16, 16', 17, 17') eingeformt sind, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Nuten (19, 20) als Schmiernuten genutzt, mit dem Kuhlkanal (6, 6') verbunden und vom Kuhlkanal (6, 6') mit Ol versorgt werden, und

- dass das Ol von den Schmiernuten (19, 20) zwischen die wahrend des Motorbetriebes sich periodisch, kurzfristig und zumindest teilweise voneinander trennenden Flachen (16, 16', 17, 17') gelangt