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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    EinKolben füreinen Verbrennungsmotor weist einen Kühlkanal auf, der einen Boden (16)und zumindest eine Einlass- und/oder Auslassöffnung aufweist, wobei im Bereichzumindest einer Öffnungein Kragen (18) vorgesehen ist, der sich oberhalb des Bodens (16)des Kühlkanals(10) erstreckt, und im Bereich des Bodens (16) des Kühlkanals(10) eine Ablauföffnung(28, 30) vorgesehen ist.
    公开号:DE102004029927A1
    申请号:DE200410029927
    申请日:2004-06-21
    公开日:2006-01-12
    发明作者:Wolfgang Erhardt
    申请人:Federal Mogul Nuernberg GmbH；
    IPC主号:F02F3-16
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor,der einen Kühlkanalmit einem Boden und zumindest einer Einlass- und/oder Auslassöffnung aufweist.
    [0002] Kolbenvon Verbrennungsmotoren sind währenddes Betriebs äußerst hohenthermischen Belastungen ausgesetzt, so dass in bestimmten Fällen durchgeeignete Maßnahmeneine Kühlungzu gewährleistenist.
    [0003] Einebekannte Maßnahmebesteht darin, in dem Kolben einen im Bereich des Kolbenbodens beispielsweiseringförmigumlaufenden Kühlkanalvorzusehen, in den mittels zumindest einer Einlassöffnung Kühlmittel,beispielsweise Öl,eingespritzt werden kann. Die Versorgung mit Kühlöl erfolgt hierbei üblicherweisewährenddes Abwärtshubes,während sichder Kolben auf eine Ölspritzdüse zu bewegt.Das Abführendes Ölsfindet üblicherweisedadurch statt, dass das Ölwährendder Aufwärtsbewegungdes Kolbens durch Trägheitskräfte an dieUnterseite des Kühlkanalsgedrücktund aus dem Kühlkanalherausgepresst wird.
    [0004] Ausder DE 199 60 913A1 ist ein Kolben für Verbrennungsmotorenbekannt, in dem ein Kühlraum anseiner Unterseite durch eine gesondert eingebrachte Abdeckung begrenztist. Ein rohrartiger Zulauf wird in die untere Abdeckung eingeclipstoder durch eine Rastverbindung befestigt.
    [0005] Ein ähnlicherKolben ist aus der US 4,377,967 bekannt.In diesem Fall wird insbesondere dafür Sorge getragen, dass das Öl auch während des Aufwärtshubesbis zu einem bestimmten Niveau in dem Kühlraum verbleibt.
    [0006] Schließlich gehtaus der DE 37 35 590C1 ein Kolben hervor, dessen Kühlkanal herstellungsbedingteBohrungen aufweist, die durch Hülsenverschlossen werden. Hierbei kann es sich um geschlitzte Leichtspannhülsen handeln,die dafürvorgesehen werden können,den Kühlmittel-Füllstandzu begrenzen.
    [0007] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für einenVerbrennungsmotor im Hinblick auf dessen Kühlung zu verbessern.
    [0008] DieLösungdieser Aufgabe erfolgt durch den im Anspruch 1 beschriebenen Kolben.
    [0009] Demzufolgeweist der erfindungsgemäße Kolbenfür einenVerbrennungsmotor einen Kühlkanalmit einem Boden und zumindest einer Einlass- und/oder einer Auslassöffnung auf.Unter Boden des Kühlkanalswird dessen Unterseite oder sein Grund verstanden, mit anderen Worten,der Bereich, gegen den das Kühlmittelbeim Aufwärtshubdes Kolbens gedrücktwird. Bei einer Motorbauweise, bei der sich die Kolben in vertikalerRichtung bewegen, entspricht der Boden insoweit der Unterseite desKühlkanals. Für einenStern- oder V-Motor ist jedoch zu beachten, dass die Beschleunigungenim Betrieb um ein Vielfaches größer sindals die Erdbeschleunigung. Das Kühlmittelwird folglich in Richtung der Kolbenachse gegen die weitgehend senkrechtzur Kolbenachse ausgerichtete untere, also auf der Seite des Kurbelgehäuses liegendeBegrenzung des Kühlkanalsgedrückt.Folglich ist dieser Bereich als "Boden" des Kühlkanalsanzusehen. Dieser, als Boden bezeichnete Bereich des Kühlkanalsweist, wie erwähnt,zumindest eine Einlass- oder Auslassöffnung auf.
    [0010] Erfindungsgemäß ist imBereich zumindest einer Öffnung,der Einlass- und/oder der Auslassöffnung, ein Kragen vorgesehen,der sich oberhalb des Bodens des Kühlkanals erstreckt. Der beschriebene Kragen,der im Wesentlichen eine umlaufende Erhebung im Bereich der Öffnung oberhalbdes Bodens des Kühlkanalsist, kann einen gewissen Mindest-Füllstand des Kühlkanalssicherstellen. Hierdurch, so konnte bei Versuchen festgestellt werden, kanneine ausreichende Menge an Kühlmittel,insbesondere Kühlöl, das auchbeim Aufwärtshubdes Kolbens in dem Kühlkanalverbleibt, sichergestellt werden. Dies verbessert die erforderlicheKühlungdes Kolbens.
    [0011] Erfindungsgemäß ist fernerim Bereich des Bodens des Kühlkanalseine Ablauföffnungvorgesehen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise für den Fall,dass der Motor einschließlichdes Kolbens steht, sichergestellt werden, dass weitgehend das gesamte,in dem Kühlkanalvorhandene Kühlmittelabfließenkann. Ein dauerhaftes Verbleiben von Kühlmittel, insbesondere Öl, in demKühlkanalkönntenämlich zueiner thermischen Schädigungdes Ölsführen. Gleichzeitigkann die beschriebene Ablauföffnunglediglich so groß gewählt werden,dass sie das Abfließendes Füllmittelsbeim Stillstand des Motors gewährleistet.Währenddes Betriebs des Motors behindert die vergleichweise kleine Ablauföffnung dasAbfließendes Kühlmittelsin ausreichendem Maße,so dass eine vorteilhafte Mindestfüllmenge gewährleistet ist. Da die Ablauföffnung somitdas Abfließendes Ölesbeim Stillstand des Motors sicherstellt, ist für deren Anordnung die Situationbeim Stillstand des Motors zu berücksichtigen. Mit anderen Wortenbefindet sich bei einem Motor derjenigen Bauart, bei der sich dieKolben in vertikaler Richtung bewegen, die Ablauföffnung imBereich des Bodens, grundsätzlichan einer beliebigen Stelle, jedoch bevorzugt im Bereich einer niedrigstenStelle. Füreinen Stern- oder V-Motor ist jedoch zu berücksichtigen, dass sich dieKolben beim Stillstand des Motors in einer geneigten Ausrichtungbefinden. Insofern wird fürKolben, die fürderartige Motoren vorgesehen sind, bevorzugt, dass sich die beschriebeneAblauföffnungebenfalls, im Hinblick auf eine Einbaulage, im Bereich eines niedrigstenBereichs des Kühlkanalsbefindet.
    [0012] Diebeschriebene Mindestfüllmengekann insbesondere ohne aufwändigeMaßnahmenerreicht werden. Beispielsweise können vergleichsweise große und leistungsstarke Ölpumpenvermieden werden, die bislang dazu verwendet wurden, insbesonderebei Stahlkolben mit großenKühlkanalquerschnittensicher zu stellen, dass sich stets eine ausreichende Menge an Kühlmittelin dem Kühlmittelkanalbefindet. Demgegenüberist der erfindungsgemäße Kolbenin vorteilhafter Weise so gestaltet, dass die ausreichende Kühlmittelmengesichergestellt werden kann, ohne auf aufwändige Maßnahmen, wie leistungsstarke Ölpumpen,zurückgreifenzu müssen.
    [0013] DieTatsache, dass die Ablauföffnungim Bereich des Bodens des Kühlkanalsangeordnet ist, bedeutet lediglich, dass sie unterhalb der Oberkante desbeschriebenen Kragens, der den Mindest-Füllstand sicherstellt, angeordnetist. Mit anderen Worten, kommt es lediglich darauf an, während desStillstandes zu gewährleisten,dass das Kühlmittelzumindest teilweise abfließenkann. Besonders bevorzugt wird selbstverständlich, dass die Ablauföffnung mitihrer Unterkante an dem Boden des Kühlkanals angeordnet ist, so dassein vollständigesEntleeren ermöglichtwird. Beispielsweise kann die Ablauföffnung jedoch in dem Fall,dass der Boden des Kühlkanalswellenförmigoder in ähnlicherWeise gestaltet ist, auch im Bereich der Wellenberge ausgebildet sein,so dass im Bereich der WellentälerFüllmittelin dem Kühlkanalverbleiben kann. Bevorzugt wird jedoch in diesem Fall, dass dieAblauföffnungim Bereich der Wellentälerangeordnet ist, so dass eine vollständige Entleerung möglich ist.
    [0014] Wenngleichdie Erfindung auf beliebige Kolben anwendbar ist, entfaltet dieerfindungsgemäße Lehrebesondere Vorteile, wenn es sich bei dem Kolben um einen Stahlkolbenhandelt. Derartige Kolben weisen vergleichsweise große Kühlkanalquerschnitte auf,für diees besonders vorteilhaft ist, sicher zu stellen, dass im Betriebstets eine gewisse Menge Kühlöl im Kühlkanalverbleibt. Hier entfaltet die Erfindung dementsprechend ihre besonderenVorteile dahingehend, dass mit einfachen Mitteln die beschriebene Mindest-Füllmengesichergestellt werden kann.
    [0015] BevorzugteWeiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbens sind in den weiterenAnsprüchen beschrieben.
    [0016] BeiVersuchen hat es sich als günstigherausgestellt, die Ablauföffnungim Bereich des Kragens vorzusehen.
    [0017] Bevorzugtist die Ablauföffnungan dem Kragen selbst vorgesehen. Insbesondere in dem nachfolgendnoch genauer beschriebenen Fall, dass der Kragen durch ein separatesBauteil ausgebildet ist, kann dieser einschließlich der Ablauföffnung alsseparates Bauteil vorbereitet und in den Boden des Kühlkanalseingesetzt werden, um die beschriebenen Funktionen zu gewährleisten.
    [0018] BeiVersuchen hat es sich als günstigherausgestellt, den Kragen, der den Verbleib eines gewissen Kühlmittelvolumens sicherstellt,hinsichtlich seiner Erstreckung derart auszubilden, dass ein Kühlmittelniveaubis zur Oberkante des Kragens mindestens etwa 10 % des Volumensdes Kühlkanals entspricht.Mit anderen Worten, verbleibt im Normalbetrieb mindestens etwa 10% des maximal möglichenKühlmittelvolumensin dem Kühlkanal.
    [0019] BesondereVorteile könnenerhalten werden, wenn der beschriebene Kragen sowohl am Ein- als aucham Auslass ausgebildet ist. Zum einen kann hierdurch besonders zuverlässig eingewisser Mindest-Füllstanddes Kühlkanalssichergestellt werden. Zum anderen kann insbesondere dann, wennsowohl der Kragen am Einlass als auch der Kragen am Auslass diebeschriebene Ablauföffnungaufweist, sichergestellt werden, dass auch bei einem beliebig geneigt geparktenFahrzeug das gesamte Ölaus dem Kühlkanaldes Kolbens läuft.
    [0020] BeiVersuchen hat sich fürden Kragen als günstigherausgestellt, dessen Innendurchmesser mit etwa 8 mm auszuführen.
    [0021] Fernerwurden besonders gute Erfahrungen mit Ablauföffnungen gemacht, die in Formzumindest einer Bohrung und/oder zumindest eines Schlitzes ausgeführt sind.Die Öffnungoder Bohrung kann eingestanzt sein und kann jede beliebige Formaufweisen. Als Beispiele seien ein Quadrat, ein Rechteck, eine Ellipse,ein Oval oder eine kreisrunde Öffnung genannt.Durch diese Ausbildungen kann zuverlässig ein vollständiger Ablaufdes Kühlöls gewährleistet werden.
    [0022] ImHinblick auf die Ablauföffnunghat sich insbesondere eine Breite von etwa 1 bis 4 mm als günstig erwiesen.Besonders bevorzugt wird derzeit für die Ausführungsform, bei der die Ablauföffnung in Formeines Schlitzes ausgebildet ist, eine Breite von etwa 1 mm. DerSchlitz erstreckt sich in diesem Fall bevorzugt in Richtung derErstreckung des Kragens von dem Boden des Kühlkanals. Für eine in dem Kragen ausgebildeteBohrung, die als Ablauföffnung dient,oder auch mehrere derartige Bohrungen, wird ein Durchmesser vonetwa 4 mm derzeit bevorzugt.
    [0023] Wievorangehend ausgeführt,kommt es für dieNutzung der erfindungsgemäßen Vorteilelediglich darauf an, dass der beschriebene Kragen vorgesehen wird,der im Normalbetrieb einen gewissen Füllstand des Kühlkanalsgewährleistetund dessen Ablauföffnungbei Stillstand des Kolbens ein weitgehend vollständiges Ablaufen des Kühlmittelsermöglicht.Besonders bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei welcher derKragen an einem separaten Bauteil ausgebildet ist, das in die Öffnung,die Einlass- oder die Auslassöffnungeingesetzt ist. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um eineArt Hülsehandeln, die überdas Niveau des Bodens des Kühlkanalsderart in den Kühlkanalhinein vorsteht, dass der beschriebene Mindest-Füllstand eingehalten wird. Einederartige Hülsekann problemlos mit zumindest einem Schlitz und/oder zumindest einer Bohrungderart versehen sein, dass ein weitgehend vollständiges Entleeren des Kühlkanalsermöglich wird.Das separate Teil kann aus einem beliebigen, geeigneten hitzebeständigen Materialhergestellt sein. Besonders bevorzugt wird ein Material, das demWerkstoff des Kolbens zumindest ähnlichist, so dass eine formschlüssigeBefestigung durch Punkt-, Reib-, Laser- oder sonstiger Schweißung zuverlässig möglich ist.
    [0024] Dementsprechendwird bevorzugt, das beschriebene, separate Bauteil durch Einpressen,Einschnappen oder Verschweißenzu befestigen.
    [0025] Schließlich kannauch der Boden des Kühlkanalsdurch ein separates Bauteil gebildet sein, das durch ein geeignetesVerfahren, beispielsweise eine der oben für den separaten Kragen genanntenMöglichkeiten,an dem Kolben befestigt ist. Insbesondere kann auch ein derartiger,separater Boden sowohl mit einem integral ausgebildeten Kragen,als auch mit einem Kragen ausgebildet sein, der als ein separates Bauteilvorgesehen ist.
    [0026] Nachfolgendwird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindungnäher erläutert.
    [0027] DieFigur zeigt schematisch einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Kolbens.
    [0028] Wiein der Figur gezeigt ist, ist ein Kühlkanal 10 eines Kolbensfür einenVerbrennungsmotor zur Oberseite, also in Richtung des Kolbenbodensdurch Kolbenmaterial 12 und zur Unterseite hin, also in Richtungeines Kurbelgehäuses,ebenfalls durch Kolbenmaterial 14 begrenzt. Es sei erwähnt, dasses sich insbesondere bei dem Kolbenmaterial 14 um einezunächstgetrennt vorgesehene Abdeckung des Kühlkanals 10 handelnkann. In jedem Fall ragt oberhalb des Bodens 16 des Kühlkanals 10 einKragen 18 in den Kühlkanalhinein. Die Figur zeigt zwei Ausführungsformen eines jeweilsseparat vorgesehenen Bauteils in Form einer Hülse 20 bzw. 22,deren Oberkante jeweils den Kragen 18 bildet. Die linkeHülse 20 istbeispielhaft in das die untere Begrenzung des Kühlkanals bildende Material 14 eingeclipst.Die rechte Hülse 22 istin eine geeignete Öffnungeingesetzt und in geeigneter Weise durch Schweißen und/oder Einpressen befestigt,wie anhand der Schweißnaht 24 zuerkennen ist. Wie durch das Füllniveau 26 indem Kühlkanal 10 angedeutet,kann durch den oberhalb des Bodens 16 des Kühlkanals 10 befindlichenKragen 18 im Normalbetrieb ein gewisser Mindest-Füllstandhergestellt werden. Eine gewisse Menge an Füllmittel wird, insbesondere während desAufwärtshubsdes Kolbens, nicht in Richtung des Pfeils A durch die Öffnung desKragens 18 aus dem Kühlkanalherausgedrückt,sondern verbleibt vielmehr in diesem.
    [0029] Insbesondereerfolgt auch in Richtung des jeweiligen Pfeiles B kein nennenswertesHerausdrückenaus dem Kühlkanal.Mit dem Pfeil B ist angedeutet, dass in dem Kragen 18 eineAblauföffnung 28 ausgebildetist, die im Stillstand des Kolbens für ein Ablaufen des verbleibendenKühlmittelssorgt. Im Fall der linken Hülse 20 istdie Ablauföffnung 28 als Schlitzausgebildet, der sich überdie gesamte Länge desKragens 18, im gezeigten Fall über die gesamte Länge dereingesetzten Hülse 20,erstreckt. In dieser Ausführungsformkann der Schlitz 28 in vorteilhafter Weise zum einen dazubenutzt werden, ein radiales Zusammendrücken der Hülse 20 zu ermöglichen,um diese in der Öffnungdes Kolbenmaterials 14 zu befestigen. Insbesondere kanndie Hülse 20 sozusammengedrücktwerden, dass die in der Figur zu erkennenden, breiteren Abschnittedurch die in dem Kolbenmaterial 14 ausgebildete Öffnung tretenkönnen. Nachdemder in der Zeichnung zu erkennende schmalere Bereich 32 derHülse 22 die Öffnung in demKolbenmaterial 14 erreicht hat, kann die Hülse aufgrundihrer elastischen Eigenschaften zumindest weitgehend zu ihrer Ausgangsformzurückkehren undist hierdurch zuverlässigin der Öffnungin dem Kolbenmaterial 14 befestigt, insbesondere eingeclipst.
    [0030] ImFall der rechten, in der Figur gezeigten Hülse 22 ist die Ablauföffnung alsBohrung 30 ausgebildet. Wie ohne weiteres zu erkennen ist,befindet sich in dem gezeigten Fall die Unterkante der Bohrung 30 unterhalbdes Bodens 16 des Kühlkanals 10, sodass eine vollständigeEntleerung des Kühlkanals 10 beimStillstand des Kolbens möglichist. Die Unterkante der Bohrung 30 kann sich jedoch auchein wenig oberhalb des Bodens 16 des Kühlkanals 10 befinden,so dass zumindest eine weitgehend vollständige Entleerung des Kühlkanals 10 gewährleistetist.
    [0031] Essei noch erwähnt,dass die in der Figur gezeigten Hülsen 20 und 22 in übereinstimmenden Ausführungsformenoder auch in unterschiedlichen Ausführungsformen in die Einlass-und/oder Auslassöffnungdes Kühlkanals 10 eingesetztsein können. Fernerkann, wie aus der Figur ohne Weiteres ersichtlich ist, der Kragen 18 einschließlich derAblauföffnung 28 bzw. 30 auchintegral mit dem Kolbenmaterial 14 ausgebildet sein. Schließlich seidarauf hingewiesen, dass der erfindungsgemäße Kragen 18 bevorzugtsowohl an der Einlass- als auch an der Auslassöffnung vorgesehen ist, um auchbei in beliebiger Weise geneigtem Fahrzeug eine Mindest-Füllmengeund mittels der Ablauföffnungein zumindest weitgehend vollständigesEntleeren des Füllkanals zuermöglichen.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Kolben füreinen Verbrennungsmotor, mit einem Kühlkanal (10), dereinen Boden (16) und zumindest eine Einlass- und/oder Auslassöffnung aufweist,wobei im Bereich zumindest einer Öffnung ein Kragen (18)vorgesehen ist, der sich oberhalb des Bodens (16) des Kühlkanals(10) erstreckt, und im Bereich des Bodens (16)des Kühlkanals(10) eine Ablauföffnung(28, 30) vorgesehen ist.
    [2] Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdie Ablauföffnung(28, 30) im Bereich des Kragens (18)vorgesehen ist.
    [3] Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Ablauföffnung(28, 30) an dem Kragen (18) selbst vorgesehenist.
    [4] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Kragen (18) eine derartige Erstreckungaufweist, dass ein Kühlmittelniveau(26) bis zur Oberkante des Kragens (18) mindestensetwa 10 % des Volumens des Kühlkanals(10) entspricht.
    [5] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass sowohl an der Einlass- als auch an der Auslassöffnung einKragen (18) vorgesehen ist.
    [6] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Kragen (18) einen Innendurchmesservon etwa 8 mm aufweist.
    [7] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Ablauföffnungdurch zumindest eine Bohrung (30) und/oder durch zumindesteinen Schlitz (28) gebildet wird.
    [8] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Ablauföffnung(28, 30) eine Breite von ca. 1 bis ca. 4 mm aufweist.
    [9] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Kragen (18) an einem separatenBauteil (20, 22) ausgebildet ist, das in die Ein-und/oder Auslassöffnungeingesetzt ist.
    [10] Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass das separate Bauteil durch Einpressen, Einschnappen oder Verschweißen befestigtist.
    [11] Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Boden (16) durch ein separatesBauteil gebildet wird.
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004029927B4|2006-07-13|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-01-12| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-01-04| 8364| No opposition during term of opposition|
    2014-03-27| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20140101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410029927|DE102004029927B4|2004-06-21|2004-06-21|Kolben für einen Verbrennungsmotor|DE200410029927| DE102004029927B4|2004-06-21|2004-06-21|Kolben für einen Verbrennungsmotor|
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