DE19848649A1 - Kohlenstoffkolben für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Kohlenstoffkolben für eine BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Ein Kohlenstoffkolben, dessen Kolbenboden-Unterseite (12) in dem Bereich zwischen den Nabenverdickungen (5) unabhängig von der Flächengestaltung der Kolbenboden-Oberseite eine Gewölbefläche, vorzugsweise eine Kreiszylinderfläche (12), bildet, die an die Nabenverdickungen anschließt. Der Kolbenschaft (4) hat ein axiales Profil in Form einer sich nach oben zum Ansatz an dem Ringabschnitt (3) hin verjüngenden Kegelfläche mit geradlinigen Erzeugenden (Fig. 2).
Description
Die Erfindung betrifft einen aus Kohlenstoff bestehenden
Kolben für eine Brennkraftmaschine mit dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung
auf verschiedene Paarungen eines solchen Kohlenstoffkolbens
mit aus unterschiedlichen Materialien bestehenden
Zylindern.
Die steigenden Anforderungen an moderne Otto- und
Dieselmotoren zwingen unter anderem zu einem Einsatz von
Kolben mit geringer Masse und geringem Bauvolumen. Hierfür
sind bereits Kohlenstoffkolben aus einem modifizierten
Kohlenstoff vorgeschlagen worden, z. B. Preßgraphit oder
Hartbrandkohle mit einer bestimmten Mindestbiegefestigkeit
(EP 258 330 A1) oder solche aus einem Graphit, der aus
einem bindemittelfreien Kohlenstoff, einer sogenannten
Mesophase hergestellt ist. Die Mesophase ist ein Rohstoff,
der als Zwischenprodukt der Flüssigphasen-Pyrolyse von
Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise aus kohle- und
erdölstämmigen Pechen abstammt und aus Polyaromaten
besteht. Aus diesen Polyaromaten entstehen durch
Carbonisieren und Graphitieren Mesophasen-Sphärolithe in
einer Teilchengröße im µ-Bereich, welche die
Werkstoffkörner darstellen. Damit werden Biegefestigkeiten
von über 200 MPa erreicht.
Aufgrund des deutlich geringeren thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Kohlenstoffs im Vergleich zu
dem Kolbenmaterial Aluminium ist es möglich, das Spiel
zwischen dem Kolben und der Lauffläche des Zylinders
wesentlich geringer zu halten. Weiterhin ergibt Kohlenstoff
als Kolbenmaterial günstige Not- und Kaltlaufeigenschaften
aufgrund einer gewissen Aufnahmefähigkeit für Öl und einer
fehlenden Verschweißneigung (vgl. EP 258 330 A1).
Gleichwohl ist es bisher nicht gelungen, serienbestimmte
Kohlenstoffkolben mit der für PKW und LKW erforderlichen
hohen Lebensdauer zu schaffen. Das liegt u. a. daran, daß
aufgrund der im Vergleich zu dem Werkstoff Aluminium
ebenfalls erheblich niedrigeren Wärmeleitfähigkeit des
Kohlenstoffs sich in Kohlenstoffkolben beim Betrieb
Temperaturfelder einstellen, die sich von den in
Aluminiumkolben zu erwartenden Temperaturfeldern
beträchtlich unterscheiden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen
Kohlenstoffkolben für Brennkraftmaschinen vorzuschlagen,
der es erlaubt, ihn mit der üblichen geforderten
Lebensdauer an die Stelle der serienmäßigen
Aluminiumkolben, insbesondere für PKW und LKW, treten zu
lassen, ohne die durch die geringere Dichte des
Kohlenstoffs im Vergleich zu Aluminium und die geringere
Wärmedehnung erzielbaren Vorteile einzubüßen.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch die Gestaltung
nach dem Patentanspruch 1.
Bei Aluminiumkolben ist es bekannt, den Übergang der
Kolbenboden-Unterseite zum Feuersteg und zu dem die
Kolbenringe tragenden Ringabschnitt zu runden, um den
Wärmefluß zu verbessern. Im übrigen wird jedoch in der
Absicht, die Kolbenmasse möglichst gering zu halten, der
Kolbenboden nur nach Festigkeitsgesichtspunkten bemessen.
Daraus ergibt sich für die Kolbenbodendicke ein Regelwert
von 0,07 D (D=Kolbendurchmesser) für Ottomotoren und 0,1 D-0,25 D
für Dieselmotoren. Erfindungsgemäß wird jedoch die
Kolbenboden-Unterseite unabhängig von der Gestaltung der
Kolbenboden-Oberseite als eine Gewölbefläche gestaltet, die
auch und gerade in dem Bereich zwischen den
Nabenverdickungen zu einer deutlichen Materialansammlung
führt. Das hat zur Folge, daß sich im Betrieb ein
Temperaturfeld im Kolben einstellt, das eine ovale
Ausbildung des Feuerstegs und des Ringabschnitts unnötig
macht. Die Möglichkeiten der Ausbildung einer Gewölbefläche
an der Kolbenboden-Unterseite ist in den Unteransprüchen 2
bis 6 angegeben.
Obwohl, wie eingangs geschildert, inzwischen Kohlenstoffe
mit Biegefestigkeiten zur Verfügung stehen, die an die
Biegefestigkeit von Aluminium heranreichen oder sie sogar
übertreffen, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung
von Vorteil, die Kolbenbodendicke stärker zu wählen als
Festigkeitsgründe dies erfordern. So liegen nunmehr
erfindungsgemäß die vorstehenden Regelwerte für die
Kolbenbodendicken um 15 bis 20% höher, d. h. für Otto
motoren bei 0,084 D und für Dieselmotoren bei 0,12 D bis
0,3 D.
Infolge der Kuppelfläche der Kolbenboden-Unterseite läßt
sich auch die bei Aluminiumkolben ungleiche axiale
Durchsenkung des Kolbenbodens bei der Druckbelastung
vermeiden oder verringern, die in den Kolbenbodenbereichen
zwischen den Nabenverdickungen, d. h. quer zur
Kolbenbolzenachse, ein Mehrfaches der Durchsenkung im
Bereich der Nabenverdickungen beträgt. Neben der ungleichen
Temperaturverteilung ist diese Durchsenkung für die bei
Aluminiumkolben notwendige Ovalität des Kolbens,
insbesondere des Ringabschnitts und des Kolbenschafts,
ursächlich. Bei dem erfindungsgemäßen Kohlenstoffkolben
kann die Ovalität bei kleineren Kolbendurchmessern bis 150 mm
vollständig vermieden werden, so daß der Kolben
durchgehend einen Kreisquerschnitt hat, und im übrigen ein
deutlich geringeres Ausmaß haben.
Auch die Ausbildung des Kolbenschafts unterscheidet sich
von derjenigen der Aluminiumkolben. So ist auch im
Schaftbereich der Querschnitt vergrößert, so daß infolge
der verstärkten Anbindung des Kolbenschafts über den
Ringabschnitt an den Kolbenboden das im Kolben herrschende
Temperaturfeld verändert ist. Während bei Aluminiumkolben
das axiale Profil der Kolbenschaft-Mantelfläche im Bereich
der Nabe deutlich ballig sein muß, um das unterschiedliche
Dehnungsverhalten gegenüber der kühleren Zylinderwand zu
beherrschen, kann bei dem erfindungsgemäßen
Kohlenstoffkolben auf diese Balligkeit verzichtet werden.
Die Mantelfläche des Kolbenschafts kann daher mit Vorteil
als Kegelfläche gestaltet werden, deren Erzeugende zwischen
dem Anschluß an den Ringabschnitt und dem unteren
Schaftrand geradlinig verläuft. Darüber hinaus ist die
Abweichung dieser Kegelfläche von einer Zylinderfläche
erheblich geringer als bei dem beschriebenen Profil eines
Aluminiumkolbens, d. h. der Durchmesser des Kolbenschaftes
bei dem Anschluß an den Ringabschnitt beträgt nur 0,075 bis
0,8% weniger als der Durchmesser am unteren Schaftrand.
Grundsätzlich ist es bei dem erfindungsgemäßen
Kohlenstoffkolben möglich, als Kolbenringe solche
einzusetzen, die auch bei den Aluminiumkolben Verwendung
finden. Von Vorteil ist es jedoch, mit den
Kohlenstoffkolben auch Kolbenringe aus Kohlenstoff
einzusetzen, da hierbei unterschiedliches Dehnungsverhalten
nicht berücksichtigt werden muß. Die geschilderte
Biegefestigkeit und der Elastizitätsmodul der heute zur
Verfügung stehenden Kohlenstoffe erlaubt es, die
Kolbenringe einstückig in gleicher Weise auszubilden und
sie zu montieren, wie dies von metallischen Kolbenringen
her bekannt ist. Jedoch können die Kolbenringe aus
Kohlenstoff im Querschnitt im Vergleich zu den metallischen
Kolbenringen um 10 bis 15% verringert werden und aufgrund
des mit dem Kolben übereinstimmenden Wärmedehnverhaltens
können auch in den Ringnuten erheblich geringere axiale
Spiele der Kolbenringe zu den Nutflanken gewählt werden.
Die bekannte beim Kohlenstoff mit steigender Temperatur
zunehmende Festigkeitssteigerung erlaubt es darüber hinaus,
auch bei dem dem Feuersteg nächstliegenden Kolbenring in
der Ringnut auf gesonderte Ringabstützungen oder
dergleichen zu verzichten.
Um das Spannungs- und Temperaturfeld im Ringabschnitt durch
von der Ringnut für den Ölabstreifring ausgehende Bohrungen
nicht zu beeinflussen, kann weiterhin daran gedacht sein,
anstelle solcher Bohrungen in der unteren Ringnutflanke
mindestens eine Ablauföffnung nach außen in der Umgebung
der Nabenöffnung vorzusehen, die in eine Öltasche in der
Mantelfläche des Kolbenschafts mündet. Zweckmäßigerweise
sind beidseits jeder Nabenöffnung zwei Ablauföffnungen in
der Ringnut vorgesehen, die mit je einer bogenförmig um die
Nabenöffnung verlaufenden Tasche in Verbindung stehen.
Am Nutgrund der Ringnuten können bei Verwendung von
Kohlenstoff-Kolbenringen Radien vorgesehen werden, die in
der Größenordnung von etwa 20 bis 50% der Nutbreite
liegen.
Die beschriebene Gestaltung des erfindungsgemäßen
Kohlenstoffkolbens hat auch Auswirkungen auf die Ausführung
der Nabe für den Kolbenbolzen. So kann die Bohrung für den
Kolbenbolzen abweichend von den bekannten Ausführungen für
Aluminiumkolben rein zylindrisch ausgeführt werden, weil
Spannungsspitzen in den Bohrungsflächen aufgrund der
werkstoffbedingten Dämpfung abgebaut werden. Zusätzliche
Bohrungen zur Ölversorgung des Kolbenbolzens sind nicht
erforderlich, weil auch bei der möglichen Verwendung eines
Kolbenbolzens aus gehärtetem Stahl oder eines Kolbenbolzens
aus Keramik (Siliziumnitrid) auf Kohlenstoff gut gleiten.
Obwohl die beschriebenen Querschnittsvergrößerungen bei dem
erfindungsgemäßen Kohlenstoffkolben zu einer Massenzunahme
führen, ergibt sich gegenüber gleich leistungsfähigen
Aluminiumkolben eine Reduzierung der Kolbenmasse von 15 bis
25%. Der Vorteil der geringeren Dichte des Kohlenstoffs im
Vergleich zu Aluminium bleibt daher gewahrt. Insgesamt
werden bei Einhaltung der vorstehend beschriebenen
Gestaltungsprinzipien jedoch die prinzipiell zwar
erkannten, jedoch bisher nicht verwirklichbaren Vorteile
der Gestaltung von PKW- und LKW-Kolben aus Kohlenstoff
erreicht. So lassen sich Spiele zwischen dem Kolben und der
Zylinderwandung einstellen, die nur noch etwa 30% der für
Aluminiumkolben notwendigen Spiele betragen. Daraus ergibt
sich ein geringer Ölverbrauch und eine niedrige
Durchblasmenge, so daß wiederum nur äußerst geringe
Ablagerungen durch Verkokung und ein Anstieg des
Kompressionsdruckes um mindestens 10% gegenüber
Aluminiumkolben die Folge sind. Durch das geringe Laufspiel
am Feuersteg und des gesamten Kolbens an sich erfahren die
Kolbenringe eine geringere Belastung, so daß für diese eine
höhere Lebensdauer zu erwarten ist.
Der erfindungsgemäße Kohlenstoffkolben kann auch mit
unterschiedlichen Zylinder-Laufflächen kombiniert werden.
Die einzuhaltenden Einbauspiele des Kolbens in kaltem
Zustand sind jeweils von der Materialwahl der
Zylinderlauffläche abhängig. Geringer sind die Spiele bei
Verwendung von Zylinderlaufflächen aus Keramik und werden
größer bei metallischen Zylinderlaufflächen aus Aluminium,
Grauguß oder Stahl. Jedoch läßt sich das Wärmedehnverhalten
der Zylinderlaufflächen weitgehend durch die Kühlung
bestimmen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen
sowie aus den Unteransprüchen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Teilschnitt längs der Linie I-I in Fig. 3 mit
Teilansicht der Kolbenaußenfläche;
Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie II-II in Fig. 3
mit Teilansicht der Kolbenaußenfläche;
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1;
Fig. 4 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kolbens;
Fig. 5 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt einer
weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens,
und
Fig. 6 ein Diagramm, aus dem das Profil eines
erfindungsgemäßen Kohlenstoffkolbens und dessen Spiel
gegenüber der Zylinderlauffläche hervorgehen.
Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Kolben für einen
Dieselmotor weist in herkömmlicher Weise einen Kolbenboden
1, einen Feuersteg 2, einen Ringabschnitt 3 und einen
Kolbenschaft 4 auf. An der Oberseite des Kolbenbodens 1 ist
eine Mulde 11 ausgebildet. In die Mantelfläche 41 des
Kolbenschafts 4 mündet diametral gegenüberliegend jeweils
eine Nabenbohrung 5 für einen nicht gezeigten Kolbenbolzen,
die sich in von der Innenwand 42 des Kolbenschafts 4
ausgehenden Nabenverdickungen 51 erstreckt. Am äußeren Ende
der Nabenbohrung 5 ist eine Nut 52 für einen nicht
gezeigten Sicherungsring zur Sicherung des Kolbenbolzens
vorhanden. Die Nabenbohrung 5 weist eine quer verlaufende,
mit der Kolbenbolzenachse übereinstimmende Achse 53 auf.
In dem Ringabschnitt 3 sind für nicht gezeigte Kolbenringe
drei Ringnuten 31 ausgebildet, von denen die unterste
Ringnut zur Aufnahme eines Ölabstreifrings dient. In der
unteren Nutflanke der Ringnut 31 für den Ölabstreifring ist
in Umfangsrichtung des Kolbens versetzt neben der
Nabenbohrung 5 eine Ablauföffnung 32 vorgesehen, die in
eine flache Öltasche 33 in der Mantelfläche des
Kolbenschafts 4 mündet. Die Öltasche 33 hat in der Nähe der
Ölablauföffnung 32 eine Tiefe von beispielsweise 3 mm und
läuft bogenförmig außerhalb der die Nabenbohrung 5
umgebenden, Nabenverdickung 54 herum. Ihre Tiefe verringert
sich am unteren Ende auslaufend zur Mantelfläche 41.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, hat die Unterseite 12 des
Kolbenbodens 1 eine gewölbeartige Fläche, die in dem
gezeigten Ausführungsbeispiel angenähert eine
Kreiszylinderfläche ist, deren nicht gezeigte Zylinderachse
die Kolbenachse rechtwinklig schneidet. Das heißt, die
Kolbenboden-Unterfläche 12 ist durch - zur Zeichenebene von
Fig. 2 senkrecht stehende - Gerade gebildet und geht
gerundet in die einander gegenüberliegenden Stirnseiten 55
der Nabenverdickungen 51 über (Fig. 1). Zwischen den beiden
gegenüberliegenden Nabenverdickungen 51 verläuft die
Kolbenboden-Unterfläche 12 mit dem Kreiszylinder-Radius,
und schließt mit einem kleineren Radius gerundet an die
Innenwand 42 des Kolbenschafts 4 an. Dieser Übergang
verläuft über das untere Ende des Ringabschnitts 3 hinaus,
an welchem der Kolbenschaft 4 ansetzt.
Der Durchmesser des Kolbenbodens 1, das heißt der
Kolbendurchmesser D, beträgt in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel 86,835 mm; die Dicke des Kolbenbodens 1
beträgt ausgehend von der Oberkante des Feuerstegs 2 und
ohne Berücksichtigung der Ausnehmung 11 am Scheitel der
Kolbenboden-Unterfläche 12 22 mm. Die Gesamthöhe des
Kolbens von der oberen Kante des Feuerstegs 2 bis zum
unteren Schaftrand 44 ist 76,3 mm, wobei der Kolbenschaft 4
eine Manteldicke von 7,5 mm hat. Daraus ergibt sich eine
Kolbenbodendicke von 0,25 D, d. h. ein Verhältnis, das für
einen Dieselmotor-Kolben dieser Größe erheblich über dem
entsprechenden Wert eines Aluminium- oder Graugußkolbens
liegt.
Fig. 4 zeigt im Längsschnitt einen Kohlenstoffkolben mit
einer Brennraummulde für einen direkt einspritzenden
Dieselmotor. In der Zeichnung ist dargestellt, daß die
Kolbenboden-Unterfläche 12' eine Gewölbefläche darstellt,
die in Abweichung von der Ausführungsform gemäß den Fig. 1
bis 3 nicht praktisch durchgehend bis zur Kolbeninnenwand
eine Kreiszylinderfläche ist, sondern sich aus - quer zur
Kolbenbolzenachse - drei Kreiszylinderflächen
zusammensetzt. So weist der überwiegende Teil a. dieser
Fläche einen Radius Ra auf, dessen Mittelpunkt A auf der
Kolbenachse liegt. Die beiden einander gegenüberliegenden
Flächenabschnitte b, die bezüglich der in der
Kolbenbolzenachse liegenden Kolbenmittelebene symmetrisch
sind, haben hingegen einen Radius Rb, dessen Mittelpunkt B
auf einer die Kolbenbolzenachse schneidenden Querachse
liegt. Es versteht sich, daß die Flächenabschnitte b
jeweils senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4 eine kürzere
Erstreckung haben als der mittlere Flächenabschnitt a, weil
sie mit einem Übergangsradius in die Innenwand des
Kolbenschafts hineinverlaufen müssen.
Im Bereich des Feuerstegs 2' hat der Kolben gemäß Fig. 4
einen Durchmesser von 68,87 mm. Die Radien Ra und Rb sind
in diesem Fall mit 41 bzw. 12 mm bemessen.
Die Ausführungsform des Kolbens gemäß Fig. 5 entspricht in
Größe und Gestaltung angenähert derjenigen gemäß Fig. 4.
Sie weicht davon und von der Ausführungsform gemäß den Fig.
1 bis 3 dadurch ab, daß zusätzlich zu der Ablauföffnung 32'
in der unteren Nutflanke der Ringnut 31' mehrere in das
Kolbeninnere führende Ablaufbohrungen 35 vorgesehen sind.
Diese unterstützen die Ölableitung durch die äußere
Öltasche 33'.
Die Fig. 6 zeigt das Schleifbild eines erfindungsgemäßen
Kohlenstoffkolbens mit einem Durchmesser D = 100 mm, aus
dem das Profil des Feuerstegs 2, des Ringabschnitts 3 und
des Kolbenschafts 4 und deren örtliche Spiele zu einer aus
Grauguß bestehenden Zylinderlauffläche hervorgehen. Bei
dieser Größe des Kolbens kann auch bei seiner Ausführung
aus Kohlenstoff eine Ovalität, die ein größeres Spiel im
Bereich der Nabenbohrungen 5 und ein geringeres Spiel in
den quer zur Nabenbohrungsachse 53 liegenden Bereichen
ergibt, in Betracht gezogen werden. Die Zahlenwerte lassen
jedoch erkennen, daß sowohl die Spiele als auch die
Ovalität nur etwa das 0,3fache der entsprechenden Werte
bei einem Aluminiumkolben betragen.
Von Bedeutung ist, daß das gestrichelt eingezeichnete
Profil des Kolbenschafts, ausgehend von dem unteren Rand
des Ringabschnitts 3, weitgehend geradlinig zum unteren
Schaftrand 44 hin verläuft, d. h. ohne die bei
Aluminiumkolben erforderliche Balligkeit eine Kegelfläche
ergibt. Weiterhin ist erkennbar, daß bei diesem
Kohlenstoffkolben aufgrund der höheren zu erwartenden
Wärmebelastung der Feuersteg 2 keine zylindrische, sondern
eine konische Außenfläche aufweist. Jedoch ist in seinem
Bereich keinerlei Ovalität vorgesehen.
Die vorstehend angegebenen Zahlenwerte sind grundsätzlich
bei einer Paarung von Kolben/Zylinder mit einem
Kohlenstoffkolben entsprechend niedriger als bei einer
Paarung mit Aluminiumkolben. Trotzdem ergeben sich
geänderte Werte in Abhängigkeit davon, ob die Zylinder-
Lauffläche durch Grauguß oder durch andere Materialien
gebildet ist. So können leichtmetallische Laufflächen aus
Aluminium, Magnesium und dergleichen vorgesehen sein, die
in bekannter Weise eine Nickelbeschichtung mit einem hohen
Anteil an Siliziumcarbid tragen und die unter den
Markennamen Nikasil oder Elnisil bekannt sind. Es können
auch rein keramische Beschichtungen vorgesehen werden.
Schließlich sind auch Zylinderbüchsen oder Zylinder-
Laufflächen aus Verbundwerkstoffen denkbar, die aus
Metall/Keramik aufgebaut und beispielsweise unter den
Markennamen Alusil, Lokasil, Silitec bekannt sind. Bei der
Ausbildung der Zylinder-Lauffläche aus diesen von Grauguß
abweichenden Materialien beträgt das Einbauspiel des
Kolbens im kalten Zustand 0,010 bis 0,035% des
Kolbendurchmessers, wobei dieser Wert quer zur
Kolbenbolzenachse festgelegt ist, wenn der Kolben aufgrund
seiner Größe bereits eine Ovalität aufweist.
Claims (20)
1. Kohlenstoffkolben für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere für PKW und LKW, mit einem Kolbenboden
(1) einem an den Kolbenboden axial anschließenden
Feuersteg (2), einem Ringabschnitt (3) und einem
Kolbenschaft (4) mit einer Nabe (5) zur Aufnahme
eines Kolbenbolzens, wobei die Schaftwand (42) auf
der Schaftinnenseite zur Ausbildung der Nabe (5)
einander gegenüberliegende Verdickungen (51)
aufweist, die sich in die Kolbenboden-Unterseite (12)
mit einer Rundung hineinerstrecken,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenboden-Unterseite in dem Bereich
zwischen den Nabenverdickungen (51) unabhängig von
der Flächengestaltung der Kolbenboden-Oberseite eine
Gewölbefläche (12) bildet, die an die
Nabenverdickungen zumindest im oberen Bereich der
Nabenbohrung (5) anschließt.
2. Kolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenboden-Unterseite eine Kuppelfläche
bildet.
3. Kolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenboden-Unterseite eine Torusfläche
bildet, deren Achse parallel zur Achse des
Kolbenbolzens liegt.
4. Kolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenboden-Unterseite angenähert eine
Kreiszylinderfläche (12) bildet, deren Achse parallel
zur Achse (53) der Nabenbohrung (5) verläuft.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche der Kolbenboden-Unterseite tangential
in die einander zugewendeten ebenen Stirnflächen (55)
der Nabenverdickungen (51) übergeht.
6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche der Kolbenboden-Unterseite mit den
einander zugewendeten ebenen Stirnflächen (55) der
Nabenverdickungen (51) eine Verschneidung bildet und
die Verschneidung gerundet ist.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feuersteg (2) eine kreiszylindrische
Außenfläche hat.
8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feuersteg (2) eine Kreis-Kegelfläche als
Außenfläche hat.
9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hüllfläche der Außenflächen des
Ringabschnitts (3) bei Kolbendurchmessern bis zu 150
mm eine Kreiszylinderfläche ist.
10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mantelfläche (41) des Kolbenschafts (4) bis
zu dem Ringabschnitt eine sich nach oben verjüngende
Kegelfläche mit weitgehend geradliniger Kontur ist.
11. Kolben nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kegelfläche im Querschnitt oval ist derart,
daß der Durchmesser in einer Richtung quer zur
Nabenbohrungsachse (53) um 0,04-0,09% größer als
in einer Richtung in der Nabenbohrungsachse ist.
12. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die untere Nutflanke einer Nut (31) zur Aufnahme
eines Ölabstreifrings in dem Ringabschnitt (3)
mindestens an einer Seite der einander
gegenüberliegenden Nabenöffnungen (5) eine
Ablauföffnung (32) aufweist, die in eine Öltasche
(33) in der Mantelfläche (41) des Kolbenschafts (4)
mündet.
13. Kolben nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß beidseitig neben jeder Nabenöffnung eine
Ablauföffnung und eine Öltasche vorgesehen sind.
14. Kolben nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Öltaschen bogenförmig um die Nabenöffnung (5)
herum verlaufen.
15. Kolben/Zylinder-Paarung unter Verwendung eines
Kohlenstoffkolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder eine Lauffläche aus Grauguß aufweist
und das Einbauspiel des Kolbens im kalten Zustand
0,015-0,065% des Kolbendurchmessers beträgt.
16. Kolben/Zylinder-Paarung unter Verwendung eines
Kohlenstoffkolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder eine Lauffläche aus Leichtmetall
aufweist und das Einbauspiel des Kolbens im kalten
Zustand 0,010 bis 0,035% des Kolbendurchmessers
beträgt.
17. Kolben/Zylinder-Paarung unter Verwendung eines
Kohlenstoffkolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder eine keramische Lauffläche aufweist
und das Einbauspiel des Kolbens im kalten Zustand
0,010 bis 0,035% des Kolbendurchmessers beträgt.
18. Kolben/Zylinder-Paarung nach einem der Ansprüche 15
bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Kolben mit Ovalität das Einbauspiel
quer zur Kolbenbolzenachse festgelegt ist.
19. Kolben/Zylinder-Paarung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leichtmetall-Lauffläche eine Beschichtung mit
Nickel mit einem hohen Anteil von Siliziumcarbid oder
eine keramische Beschichtung aufweist.
20. Kolben/Zylinder-Paarung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leichtmetall-Lauffläche durch eine
Zylinderbüchse aus einem Leichtmetall/Keramik-Verbund
gebildet ist.
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