DE102012207951A1 - Kolben einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Kolben einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenoberteil (10) und einem Kolbenunterteil (11), mit einem Kolbenbolzen (12), der im Kolbenunterteil (11) gelagert ist und der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange (13) der Brennkraftmaschine dient, mit einem zwischen dem Kolbenoberteil (10) und dem Kolbenunterteil (11) ausgebildeten inneren Kühlraum (15) für Kühlöl zur Kühlung des Kolbens, der über mindestens eine Überleitbohrung (17) mit einem zwischen dem Kolbenoberteil (10) und einem Kolbenunterteil (11) ausgebildeten äußeren Kühlraum (16) verbunden ist, und mit einer Kühlölführhülse (19), welche der Führung von durch eine Bohrung (18) in der Pleuelstange (13) geführtem Kühlöl dient, wobei in das Kolbenunterteil (11) mindestens eine Bohrung (21) eingebracht ist, die mit der Kühlölführhülse (19) derart zusammenwirkt, dass durch die Pleuelstange (13) und die Kühlölführhülse (19) geführtes Kühlöl unmittelbar dem äußeren Kühlraum (16) zuführbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der
DE 35 18 721 C2 ist ein Kolben einer Brennkraftmaschine bekannt, der ein Kolbenoberteil und ein Kolbenunterteil umfasst, die vorzugsweise miteinander verschraubt sind. Im Kolbenunterteil ist ein Kolbenbolzen gelagert, wobei der Kolbenbolzen der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange der Brennkraftmaschine dient. Der Kolben gemäßDE 35 18 721 C2 ist ölgekühlt, wobei zwischen dem Kolbenoberteil und dem Kolbenunterteil einerseits ein innerer Kühlraum für Kühlöl und andererseits ein äußerer Kühlraum für Kühlöl ausgebildet ist, und wobei der innere Kühlraum mit dem äußeren Kühlraum über mindestens eine Überleitbohrung verbunden ist. Um Kühlöl in den inneren Kühlraum einzuführen, ist nach diesem Stand der Technik in die Pleuelstange eine Zuführbohrung für Kühlöl integriert, wobei das Kühlöl ausgehend von der Pleuelstange in den inneren Kühlraum mithilfe einer zweiteiligen Kühlölführhülse überführbar ist. Ein erster, halsartiger Teil der zweiteiligen Kühlölführhülse ist nach derDE 35 18 721 C2 unverschiebbar im Kolbenunterteil des Kolbens befestigt. Mit diesem ortsfesten, halsartigen Teil der zweitteiligen Kühlölführhülse wirkt ein trichterartiger, beweglicher Teil der Kühlölführhülse derart zusammen, dass ein Federelement, welches zwischen den beiden Teilen der zweiteiligen Kühlölführhülse angreift, den trichterartigen Teil derselben federnd in Gleitkontakt gegen einen Pleuelkopf der Pleuelstange drückt. Die Verwendung solcher mehrteiliger Kühlölführhülsen zur Überführung des Kühlöls ausgehend von der Bohrung in der Pleuelstange in den inneren Kühlraum ist von Nachteil, da die Montage solcher mehrteiliger Kühlölführhülsen nur mit großem Aufwand möglich ist. Daher ist es aus der Praxis bereits bekannt, solche mehrteiligen Kühlölführhülsen durch einteilige Kühlölführhülsen zu ersetzten. - Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Kolben einer Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Kolben nach Anspruch 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß in das Kolbenunterteil mindestens eine Bohrung eingebracht, die mit der Kühlölführhülse derart zusammenwirkt, dass durch die Pleuelstange und die Kühlölführhülse geführtes Kühlöl unmittelbar dem äußeren Kühlraum zuführbar ist. Vorzugsweise ist hierzu in die Kühlölführhülse mindestens eine Bohrung eingebracht, die mit jeweils einer der Bohrungen des Kolbenunterteils zusammenwirkt.
- Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, über die Pleuelstange und die Kühlölführhülse geführtes Kühlöl zur Kühlung des Kolbens zumindest teilweise unter Umgehung des inneren Kühlraums unmittelbar dem äußeren Kühlraum zuzuführen. Hiermit ist eine effektive Kühlung des Kolbens an thermisch hoch belasteten Bereichen des Kolbens möglich.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Kolbenunterteil des Kolbens radial innen benachbart zur Kühlölführhülse eine radial umlaufende Nut auf, in welche die oder jede Bohrung des Kolbenunterteils mündet und welche mit der oder jeder Bohrung der Kühlölführhülse zusammenwirkt. Alternativ weist die Kühlölführhülse des Kolbens radial außen eine radial umlaufende Nut auf, in welche die oder jede Bohrung der Kühlölführhülse mündet und welche mit der oder jeder Bohrung des Kolbenunterteils zusammenwirkt.
- Mit diesen beiden Alternativen kann sicher gestellt werden, dass dann, wenn die Kühlölführhülse des Kolbens drehbar im Kolbenunterteil gelagert ist, stets ein sicherer Transport des Kühlöls ausgehend von der Pleuelstange über die Kühlölführhülse direkt in Richtung auf den äußeren Kühlraum gewährleistet ist.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine erste Teilmenge des durch die Pleuelstange geführten Kühlöls über die Kühlölführhülse unmittelbar dem äußeren Kühlraum zuführbar ist, wobei eine zweite Teilmenge des durch die Pleuelstange geführten Kühlöl über die Kühlölführhülse unmittelbar dem inneren Kühlraum zuführbar ist. Hierzu ist in die Kühlölführhülse eine weitere Bohrung eingebracht, über welche die zweite Teilmenge des Kühlöls dem inneren raum zuführbar ist. Nach dieser vorteilhaften Weiterbildung wird eine erste Teilmenge des Kühlöls direkt dem äußeren Kühlraum und eine zweite Menge des Kühlöls direkt dem inneren Kühlraum zugeführt. Hiermit kann die Effektivität der Kühlung des Kolbens an thermisch hoch belasteten Bereichen des Kolbens weiter verbessert werden.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 : einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben in einer ersten Schnittrichtung; -
2 : einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kolben der1 in einer zweiten Schnittrichtung; -
3 : einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kolben der1 in einer dritten Schnittrichtung; -
4 : ein Detail des Kolbens der1 bis3 im Bereich einer Kühlölführhülse; -
5 : ein alternatives Detail im Bereich einer alternativen Kühlölführhülse; -
5 : ein weiteres alternatives Detail im Bereich einer weiteren alternativen Kühlölführhülse; -
7 : ein weiteres alternatives Detail im Bereich einer weiteren alternativen Kühlölführhülse; -
8 : ein weiteres alternatives Detail im Bereich einer weiteren alternativen Kühlölführhülse; -
9 : ein weiteres alternatives Detail im Bereich einer weiteren alternativen Kühlölführhülse; und -
10 : das Detail X der9 . - Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen ölgekühlten Kolben einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer als Dieselmotor oder Gasmotor oder Diesel-Gas-Motor ausgeführten Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine. Ein solcher Kolben wird auch als Tauchkolben bezeichnet.
-
1 bis3 zeigen jeweils Querschnitte durch einen erfindungsgemäßen Kolben einer Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Schnittrichtungen, wobei der Kolben ein Kolbenoberteil10 und ein Kolbenunterteil11 umfasst. Das Kolbenoberteil10 und das Kolbenunterteil11 sind vorzugsweise aus einem Leichtmetall, Stahl oder Sphäroguss gefertigt. Das Kolbenoberteil10 und das Kolbenunterteil11 stützen sich auf einander ab und sich vorzugsweise über als Dehnschrauben ausgeführte Befestigungsmittel miteinander befestigt. - In einer Bohrung des Kolbenunterteils
11 ist ein Kolbenbolzen12 gelagert, wobei der Kolbenbolzen12 der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange13 der Brennkraftmaschine dient. Von der Pleuelstange13 ist in2 ein sogenannter Pleuelkopf14 gezeigt. - Zwischen dem Kolbenoberteil
10 und dem Kolbenunterteil11 ist einerseits ein innerer Kühlraum15 und andererseits ein äußerer Kühlraum16 für Kühlöl ausgebildet, wobei der innere Kühlraum15 mit dem äußeren Kühlraum16 gemäß2 über Überleitbohrungen17 verbunden ist. - Kühlöl, welches der Kühlung des Kolbens dient, ist dem Kolben über eine Bohrung
18 , die sich durch die Pleuelstange13 und dem Pleuelkopf14 erstreckt, zuführbar. Mit der Pleuelstange13 bzw. dem Pleuelkopf14 der Pleuelstange13 wirkt dabei eine Kühlölführhülse19 zusammen, die im Ausführungsbeispiel der1 bis3 im Kolbenunterteil11 beweglich gelagert ist und über ein Federelement20 im Ausführungsbeispiel der1 bis3 permanent dichtend gegen den Pleuelkopf14 der Pleuelstange13 gedrückt ist. -
4 zeigt ein vergrößertes Detail aus dem Kolben der1 bis3 im Bereich der Kühlölführhülse19 , die, wie bereits ausgeführt, über das Federelement20 permanent gegen den Pleuelkopf14 gedrückt ist. Dabei ist die Kühlölführhülse19 als einteilige Kühlölführhülse ausgeführt. Das Federelement20 , welches die Kühlölführhülse19 permanent gegen den Pleuelkopf14 der Pleuelstange13 drückt, stützt sich einerseits an der Kühlölführhülse19 und andererseits am Kolbenunterteil11 ab. - Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist in das Kolbenunterteil
11 mindestens eine Bohrung21 eingebracht, die mit der Kühlölführhülse19 derart zusammen wirkt, dass über die Pleuelstange13 dem Kolben zugeführtes Kühlöl ausgehend von der Pleuelstange13 und der Kühlölführhülse19 unmittelbar dem äußeren Kühlraum16 zuführbar ist. Hierzu ist in die Kühlölführhülse19 mindestens eine Bohrung22 eingebracht, die mit jeweils einer der Bohrungen21 des Kolbenunterteils11 zusammen wirkt. - Die oder jede Bohrung
21 des Kolbenunterteils11 und die oder jede Bohrung22 der Kühlölführhülse19 , die jeweils der Führung des Kühlöls ausgehend von der Pleuelstange13 unmittelbar in Richtung auf den äußeren Kühlraum16 unter Umgehung des inneren Kühlraums15 dienen, erstrecken sich bezogen auf die Pleuelstange13 in axialer Richtung und radialer Richtung schräg in Richtung auf den äußeren Kühlraum, dieselben verlaufen demnach gemäß den Darstellungen der1 bis4 schräg nach oben. - Im Ausführungsbeispiel der
1 bis4 ist sämtliches Kühlöl, welches über die Kolbenstange13 dem Kolben zur Kühlung desselben zugeführt wird, zunächst unmittelbar dem äußeren Kühlraum16 und anschließend über die Überleitbohrungen17 dem inneren Kühlraum15 zuführbar, wobei das Kühlöl gemäß3 über mindestens eine Bohrung23 im Kolbenunterteil11 vom inneren Kühlraum15 und damit vom Kolben abgeführt werden kann. Gemäß3 sind die Bohrungen23 für die Ableitung des Kühlöls derart in das Kolbenunterteil11 eingebracht, dass dieselben radial außen um die Kühlölführhülse19 herum positioniert sind. - In
1 bis3 ist für das dort gezeigte Ausführungsbeispiel die Führung des Kühlöls durch nicht näher bezifferte Pfeile visualisiert, wobei1 bis3 entnommen werden kann, dass Kühlöl, welches dem Kolben über die Pleuelstange13 zugeführt wird, ausgehend von der Pleuelstange13 in die Kühlölführhülse19 gelangt, ausgehend von der Kühlölführhülse19 über die Bohrungen21 und22 dem äußeren Kühlraum16 zugeführt wird, ausgehend vom äußeren Kühlraum16 über die Überleitbohrungen17 in den inneren Kühlraum15 gelangt, und ausgehend von inneren Kühlraum15 über die Bohrungen23 vom Kolben abgeleitet werden kann. - Wie bereits ausgeführt, ist die Kühlölführhülse
19 im Ausführungsbeispiel der1 bis4 beweglich, nämlich zumindest axial verschiebbar, im Kolbenunterteil11 geführt. - Dann, wenn die Kühlölführhülse
19 im Kolbenunterteil11 zusätzlich drehbar geführt ist, ist vorzugsweise, wie in5 gezeigt, radial außen in die Kühlölführhülse19 eine radial umlaufende Nut24 eingebracht, in welche die Bohrungen22 der Kühlölführhülse19 allesamt münden und welche mit den Bohrungen21 des Kolbenunterteils11 zusammen wirken, nämlich derart, dass in jeder relativen Drehlage der Kühlölführhülse19 zum Kolbenunterteil11 ein Transport des Kühlöls ausgehend von der Kühlölführhülse19 in Richtung auf den äußeren Kühlraum16 gewährleistet ist. - Wie
6 entnommen werden kann, kann eine solche umlaufende Nut25 alternativ auch radial innen in das Kolbenunterteil11 benachbart zur Kühlölführhülse19 eingebracht sein, wobei dann alle Bohrungen21 des Kolbenunterteils11 in diese radial umlaufende Nut25 des Kolbenunterteils11 münden und wobei diese Nut25 mit den Bohrungen22 der Kühlölführhülse19 zusammen wirkt. - Eine weitere Variante zeigt
8 , wobei sich die Variante der8 von der Variante der1 bis4 lediglich durch die konkrete Ausgestaltung der Kühlölführhülse19 unterscheidet, nämlich durch die Kontur eines dem Führen von Kühlöl dienenden Innenraums der Kühlölführhülse19 . So verfügt in8 im Vergleich zu der1 ein der Führung des Kühlöls dienender Innenraum der Kühlölführhülse19 über ein geringeres Volumen sowie gebogene Führungsflächen28 , die der Leitung des Kühlöls ausgehend von der Bohrung18 der Pleuelstange13 in Richtung auf die Bohrungen22 der Kühlölführhülse19 dienen. -
7 verdeutlicht eine weitere Variante der Erfindung, wobei in der Variante der7 Kühlöl, welches dem Kolben über die Bohrung18 in der Pleuelstange13 sowie im Pleuelkopf14 derselben zugeführt wird, nicht nur unmittelbar dem äußeren Kühlraum16 zugeführt werden kann, sondern zusätzlich auch dem inneren Kühlraum15 , nämlich über eine weitere in die Kühlölführhülse19 eingebrachte Bohrung26 , die sich in Axialrichtung der Pleuelstange13 erstreckt. - In der Variante der
7 ist demnach eine erste Teilmenge des durch die Pleuelstange13 geführten Kühlöls über die Kühlölführhülse19 und das Kolbenunterteil11 unmittelbar dem äußeren Kühlraum16 zuführbar, nämlich über die Bohrungen21 und22 , eine zweite Teilmenge des durch die Pleuelstange13 geführten Kühlöls über die Kühlölführhülse19 , nämlich über die Bohrung26 unmittelbar dem inneren Kühlraum15 zuführbar ist. - Den Ausführungsbeispielen der
1 bis8 ist allesamt gemeinsam, dass die Kühlölführhülse19 im Kolbenunterteil11 beweglich geführt und über ein Federelement20 permanent gegen den Pleuelkopf14 der Pleuelstange13 dichtend gedrückt ist. - Demgegenüber zeigen
9 und10 eine Variante der Erfindung, in welcher die Kühlölführhülse19 unbeweglich im Kolbenunterteil11 aufgenommen ist, nämlich über einen Presssitz zwischen der Kühlölführhülse19 und dem Kolbenunterteil11 . Dabei ist zwischen der unbeweglichen Kühlölführhülse19 und dem Pleuelkopf14 der Pleuelstange13 gemäß dem Detail X der9 und10 permanent ein Spalt27 ausgebildet, wobei der Spalt27 ein Spaltmaß d in der Größenordnung zwischen 0,1 mm und 5 mm aufweisen kann. - Obwohl in
1 bis10 nicht gezeigt, kann die Kühlölführhülse19 integraler Bestandteil des Kolbenunterteils11 sein. In diesem Fall wird dann auf die in9 und10 als separate Kühlölführhülse19 ausgeführte Kühlölführhülse19 , die unverschiebbar bzw. ortsfest im Kolbenunterteil11 über einen Presssitz gehalten ist, verzichtet und die Kontur der Kühlölführhülse19 ist unmittelbar in das Kolbenunterteil11 eingebracht. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Kolbenoberteil
- 11
- Kolbenunterteil
- 12
- Kolbenbolzen
- 13
- Pleuelstange
- 14
- Pleuelkopf
- 15
- Kühlraum
- 16
- Kühlraum
- 17
- Überleitbohrung
- 18
- Bohrung
- 19
- Kühlölführhülse
- 20
- Federelement
- 21
- Bohrung
- 22
- Bohrung
- 23
- Bohrung
- 24
- Nut
- 25
- Nut
- 26
- Bohrung
- 27
- Spalt
- 28
- Führungsfläche
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3518721 C2 [0002, 0002, 0002]
Claims (12)
- Kolben einer Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenoberteil (
10 ) und einem Kolbenunterteil (11 ), mit einem Kolbenbolzen (12 ), der im Kolbenunterteil (11 ) gelagert ist und der Anbindung des Kolbens an eine Pleuelstange (13 ) der Brennkraftmaschine dient, mit einem zwischen dem Kolbenoberteil (10 ) und dem Kolbenunterteil (11 ) ausgebildeten inneren Kühlraum (15 ) für Kühlöl zur Kühlung des Kolbens, der über mindestens eine Überleitbohrung (17 ) mit einem zwischen dem Kolbenoberteil (10 ) und einem Kolbenunterteil (11 ) ausgebildeten äußeren Kühlraum (16 ) verbunden ist, und mit einer Kühlölführhülse (19 ), welche der Führung von durch eine Bohrung (18 ) in der Pleuelstange (13 ) geführtem Kühlöl dient, dadurch gekennzeichnet, dass in das Kolbenunterteil (11 ) mindestens eine Bohrung (21 ) eingebracht ist, die mit der Kühlölführhülse (19 ) derart zusammenwirkt, dass durch die Pleuelstange (13 ) und die Kühlölführhülse (19 ) geführtes Kühlöl unmittelbar dem äußeren Kühlraum (16 ) zuführbar ist. - Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kühlölführhülse (
19 ) mindestens eine Bohrung (22 ) eingebracht ist, die mit jeweils einer der Bohrungen (21 ) des Kolbenunterteils (11 ) zusammenwirkt. - Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenunterteil (
11 ) radial innen benachbart zur Kühlölführhülse (19 ) eine radial umlaufende Nut (25 ) aufweist, in welche die oder jede Bohrung (21 ) des Kolbenunterteils (11 ) mündet und welche mit der oder jeder Bohrung (22 ) der Kühlölführhülse (19 ) zusammenwirkt. - Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (
19 ) radial außen eine radial umlaufende Nut (24 ) aufweist, in welche die oder jede Bohrung (22 ) der Kühlölführhülse (19 ) mündet und welche mit der oder jeder Bohrung (21 ) des Kolbenunterteils (11 ) zusammenwirkt. - Kolben nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die oder jede Bohrung (
22 ) der Kühlölführhülse (19 ) und die oder jede Bohrung (21 ) des Kolbenunterteils (11 ), die jeweils der Führung des Kühlöls ausgehend von der Pleuelstange (13 ) in Richtung auf den äußeren Kühlraum (16 ) unter Umgehung des inneren Kühlraums (15 ) dienen, bezogen auf die Pleuelstange (13 ) in axialer Richtung und radialer Richtung schräg in Richtung auf den äußeren Kühlraum (16 ) erstrecken. - Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer erste Teilmenge des durch die Pleuelstange (
13 ) geführten Kühlöl über die Kühlölführhülse (19 ) und das Kolbenunterteil (11 ) unmittelbar dem äußeren Kühlraum (16 ) zuführbar ist, und dass eine zweite Teilmenge des durch die Pleuelstange (13 ) geführten Kühlöl über die Kühlölführhülse (19 ) unmittelbar dem inneren Kühlraum (15 ) zuführbar ist. - Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kühlölführhülse (
19 ) eine Bohrung (26 ) eingebracht ist, über welche die zweite Teilmenge des Kühlöls dem inneren Kühlraum (15 ) zuführbar ist. - Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweilige Bohrung (
26 ) der Kühlölführhülse (19 ) bezogen auf die Pleuelstange (13 ) in axialer Richtung erstreckt. - Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (
19 ) im Kolbenunterteil (11 ) beweglich geführt und über ein Federelement (20 ) gegen einen Pleuelkopf (14 ) der Pleuelstange (13 ) permanent dichtend gedrückt ist. - Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (
19 ) derart im Kolbenunterteil (11 ) aufgenommen ist, dass zwischen der Kühlölführhülse (19 ) und dem Pleuelkopf (14 ) der Pleuelstange (13 ) ein Spalt (27 ) ausgebildet ist. - Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (
19 ) im Kolbenunterteil (11 ) unbeweglich eingepresst ist. - Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlölführhülse (
19 ) integraler Bestandteil des Kolbenunterteils (11 ) ist.
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