DE19933036A1 - Kühlkanalkolben für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents
Kühlkanalkolben für eine VerbrennungskraftmaschineInfo
- Publication number
- DE19933036A1 DE19933036A1 DE1999133036 DE19933036A DE19933036A1 DE 19933036 A1 DE19933036 A1 DE 19933036A1 DE 1999133036 DE1999133036 DE 1999133036 DE 19933036 A DE19933036 A DE 19933036A DE 19933036 A1 DE19933036 A1 DE 19933036A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cooling channel
- piston
- ring
- ring carrier
- groove
- 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.)
- Withdrawn
Links
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
- F02F3/16—Pistons having cooling means
- F02F3/20—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
- F02F3/22—Pistons having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kühlkanalkolben für eine Verbrennungskraftmaschine, dessen Ringfeld (2) eine erste und eine zweite Ringnut (4, 6) aufweist, von denen zumindest eine in einem in den Kolbenwerkstoff eingegossenen Ringträgerbauteil (8) ausgebildet ist, und mit einem in Umfangsrichtung hinter dem Ringfeld (2) des Kolbens verlaufenden Kühlkanal (12), der radial außen durch die radial innere Seite (14) des Ringträgerbauteils (8) begrenzt wird; um die Kühlung effektiever zu gestalten, ist der Kolben erfindungsgemäß so ausgebildet, dass das Ringträgerbauteil (8) an seiner radial inneren Seite (14) mindestens eine in Umfangsrichtung erstreckte nutförmige Ausnehmung (24) aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kühlkanalkolben für eine
Verbrennungskraftmaschine, dessen Ringfeld eine erste und eine
zweite Ringnut aufweist, von denen zumindest eine in einem in
den Kolbenwerkstoff eingegossenen Ringträgerbauteil
ausgebildet ist, und mit einem in Umfangsrichtung hinter dem
Ringfeld des Kolbens verlaufenden Kühlkanal, der radial außen
durch die radial innere Seite des Ringträgerbauteils begrenzt
wird.
Insbesondere für PKW-Dieselmotoren mit hoher thermischer und
mechanischer Belastung und mit einem Kolbendurchmesser von 50
bis 150 mm wird die Anordnung eines durch einen herkömmlichen
Salzkern gebildeten Kühlkanals aufgrund geringer
Kompressionshöhe und im Durchmesser großer Brennraummulden
insbesondere bei 2-Ventilmotoren zunehmend schwierig. Es
ergeben sich Kühlungsprobleme bei der ersten und zweiten
Ringnut.
Um die Kühlung der Ringnutbereiche zu verbessern wurde bereits
vorgeschlagen, hinter dem Ringfeld des Kolbens einen in
Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanal vorzusehen, der radial
außen direkt durch die radial innere Seite des
Ringträgerbauteils begrenzt wird.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, die Kühlung, die durch im Kühlkanal fließendes Öl
hervorgerufen wird, weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kühlkanalkolben
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Ringträgerbauteil an seiner radial inneren Seite eine
in Umfangsrichtung erstreckte, vorzugsweise umlaufende
nutförmige Ausnehmung aufweist. Auf diese Weise kann die zum
Wärmeübergang vom Ringträgerbauteil an das Kühlmedium zur
Verfügung stehende Oberfläche wesentlich vergrößert werden und
die hierdurch erreichte Kühlkapazität wird erhöht.
Üblicherweise werden Ringträgerbauteile aus massiven aus
harter Legierung bestehenden ringscheibenförmigen Bauteilen
gebildet, die in die Kolbenlegierung beim Gießen des Kolbens
mit eingegossen werden. Die Ringnuten werden in einem
anschließenden Schritt durch spanende Bearbeitung hergestellt.
Es wäre indessen jedenfalls grundsätzlich auch denkbar, das
Ringträgerbauteil und dessen Ringnuten aus einem
streifenförmigen Material zu walzen. Solchenfalls könnte die
in Umfangsrichtung verlaufende nutförmige Ausnehmung auch
durch mehrfaches Abkanten dieses streifenförmigen Materials
hergestellt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform,
die von einem massiven einzugiessenden Ringträgerbauteil
ausgeht, ist die nutförmige Ausnehmung von einer Eindrehung
gebildet. Sie ist vorzugsweise verrundet ausgebildet.
Die Höhe der nutförmigen Ausnehmung in Richtung der
Kolbenlängsachse ist von der Gesamthöhe bzw. -abmessung des
Ringträgerbauteils abhängig. Sie beträgt vorteilhafterweise 2
bis 5 mm. Auch die radiale Tiefe der nutförmigen Ausnehmung
beträgt vorzugsweise 2 bis 5 mm. Das Ringträgerbauteil weist
vorteilhafterweise eine solche Höhe auf, dass die erste und
die zweite Ringnut in demselben Ringträgerbauteil ausgebildet
sind.
Es wäre zumindest grundsätzlich denkbar, dass der Kühlkanal
durch einen an der Innenseite des Ringträgerbauteils
angeklipsten Salzkern hergestellt wird. Indessen erweist es
sich als vorteilhafter, wenn der Kühlkanal durch ein an das
Ringträgerbauteil angefügtes Kühlkanalbauteil begrenzt ist.
Dieses Kühlkanalbauteil ist dann im Querschnitt betrachtet U-,
V- oder C-förmig im weitesten Sinne ausgebildet und mit seinen
freien Schenkeln an das Ringträgerbauteil angefügt,
vorzugsweise angeschweißt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das
Kühlkanalbauteil im Querschnitt betrachtet so ausgebildet,
dass der Kühlkanal vom Boden des Kolbens in Richtung auf die
Naben eine zunehmende radiale Tiefe oder Breite aufweist. Der
Kühlkanal reicht damit auf Höhe einer voluminösen Ausformung
der Brennraummulde sehr weit an diese heran. Um eine
hinreichende Stabilität bzw. Wanddicke zwischen der
Brennraummulde und dem Kühlkanal dennoch sicherzustellen, kann
es sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn die im Querschnitt
betrachtete Kontur des Kühlkanalbauteils der Kontur der
Brennraummulde folgend bogenförmig gekrümmt ist.
Die vorliegende Erfindung erweist sich als besonders
vorteilhaft bei Kolben mit Kolbendurchmessern zwischen 50 und
150 mm mit einer verhältnismäßig geringen Kompressionshöhe von
25 bis 120 mm.
Eine optimale Kühlwirkung bei gleichwohl hinreichender
Stabilität wird erreicht, wenn die radiale Dicke des
Ringträgerbauteils vom Boden der eingestochenen Ringnuten nach
radial innen gemessen 0,5 bis 2,5 mm beträgt und die Steghöhe
zwischen der ersten und der zweiten Ringnut des
Ringträgerbauteils 2 bis 10 mm beträgt.
Da das Eindrehen einer nutförmigen Ausnehmung in gewisser
Weise mit einer Schwächung des Ringträgerbauteils verbunden
ist, ist die Dimensionierung der Ausnehmung von besonderer
Bedeutung. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen,
das Verhältnis der Höhe der nutförmigen Ausnehmung zur
Steghöhe zwischen 0,2 und 0,6 zu wählen. Bei einem Verhältnis
größer als 0,6 ergibt sich eine Schwächung des
Ringträgerbauteils und bei einem Verhältnis unterhalb von 0,2
ist die hinzugewonnene Kühlkapazität gering, da die Ausnehmung
dann eher spaltförmig ist und das Kühlmittel daher weniger
intensiv die dortigen Oberflächen beaufschlagt. Die Höhe der
ringförmigen Ausnehmung sollte daher wenigstens 2 mm betragen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung
ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, für deren
Merkmale auch jeweils für sich Schutz beansprucht wird, und
aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden
Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der
Erfindung.
In der Zeichnung zeigen:
die Fig. 1 bis 6 verschiedene Ausführungsformen eines
erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbens.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kühlkanalkolbens mit einem Ringfeld 2, wobei
die erste und die zweite Ringnut 4 bzw. 6 in einem in den
Kolbenwerkstoff eingegossenen Ringträgerbauteil 8 ausgebildet
sind. Das Ringträgerbauteil 8 besteht aus einem harten und
verschleißfesten metallischen Werkstoff und ist in die
Leichtmetalllegierung, vorzugsweise eine Aluminiumlegierung,
des Kolbens eingegossen. Die Ringnuten 4, 6 wie auch die
weitere Ölnut 10 des Kolbens sind im Anschluss an den
Gießprozess durch spanabhebende Bearbeitung geformt worden.
Hinter dem Ringfeld 2 ist ein in Umfangsrichtung des Kolbens
vorzugsweise durchgehend ausgebildeter Kühlkanal 12
vorgesehen. Der Kühlkanal 12 wird radial außen unmittelbar
durch die radial innere Seite 14 des Ringträgerbauteils 4
begrenzt. Der Kühlkanal 12 ist während des Gießprozesses nicht
durch Einlegen eines Salzkerns gebildet sondern durch ein im
Querschnitt C-förmiges torusartig umlaufendes Kühlkanalbauteil
16, welches mit seinen freien Schenkeln 18, 20 an das
Ringträgerbauteil 8 angeschweißt ist und so zusammen mit dem
Ringträgerbauteil 8 einen geschlossenen umlaufenden Hohlraum
bildet, der nicht vom Umguß der Kolbenlegierung erreicht
werden kann. Dieser Hohlraum bildet den Kühlkanal 12. Er wird
in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt an zwei Stellen mit
einer Bohrung 22 versehen, welche Zulauf bzw. Ablauf in bzw.
aus dem Kühlkanal 12 bildet.
Zur Erhöhung der Kühlkapazität der Kühlkanalanordnung ist auf
der radial inneren Seite 14 des Ringträgerbauteils 8 eine
umlaufende nutförmige Ausnehmung 24 in Form einer verrundet
ausgebildeten Eindrehung vorgesehen. Auf diese Weise wird eine
größere Kontaktfläche bzw. Wärmeübergangsfläche zwischen
Ringträgerbauteil 8 und in dem Kühlkanal 12 strömendem
Kühlmedium zur Verfügung gestellt und damit eine bessere
Kühlwirkung erreicht.
Die nutförmige Ausnehmung 24 weist eine Höhe H in Richtung der
Kolbenlängsachse von 2 bis 10 mm auf. Die Steghöhe S zwischen
den Ringnuten 4, 6 des Ringträgerbauteils 8 beträgt 2 bis
10 mm.
Der Kühlkanal 12 bzw. das Kühlkanalbauteil 16 ist so
ausgebildet, dass seine radiale Tiefe vom Kolbenboden nach
unten hin zunimmt. Ein mittlerer Schenkel 26 zwischen den
freien Schenkeln 18, 20 verläuft ca. 5 bis 30° geneigt zur
Kolbenlängsachse. Die Brennraummulde 28 erstreckt sich in
ihrem unteren Bereich weit nach radial außen. Der Abstand zu
dem unteren Bereich des Kühlkanalbauteils 18 ist daher
verhältnismäßig gering, und es wird eine gute Kühlkapazität
erreicht.
Die Fig. 2 und 3 zeigen weitere Ausführungsformen mit
abweichender Gestaltung des Kühlkanalbauteils 30, 32.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Höhe H der
nutförmigen umlaufenden Ausnehmung 34 größer als die Steghöhe
S. Ihre Tiefe T ist demgegenüber verhältnismäßig gering.
Hierdurch wird noch eine ausreichende Wandstärke des
Ringträgerbauteils 38 beim Übergang von der ersten zur zweiten
Ringnut 40, 42 beibehalten.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei dem ein
Ringträgerbauteil 44 die erste obere Ringnut 46 und die obere
Nutflanke 48 der zweiten Ringnut 50 begrenzt. Auch bei dieser
Ausführungsform ist an der radial inneren den Kühlkanal
begrenzenden Seite eine in Umfangsrichtung erstreckte
nutförmige Ausnehmung 52 vorgesehen.
Schließlich zeigt Fig. 6 eine Ausführungsform, bei der ein
Ringträgerbauteil 54 aus einem gewalzten und mehrfach
abgekanteten Blechstreifen 56 gebildet ist. Die in
Umfangsrichtung verlaufende nutförmige Ausnehmung 62 auf der
radial inneren Seite des Ringträgerbauteils 54 ist daher nicht
durch spanabhebende Bearbeitung sondern durch Abkanten des
Blechstreifens 56 gebildet. Durch diese spanlose Bearbeitung
sind die Ringnuten 58, 60 bereits vorgefertigt und müssen
durch die nachfolgende spanende Bearbeitung nur noch
fertiggestochen werden.
Claims (15)
1. Kühlkanalkolben für eine Verbrennungskraftmaschine,
dessen Ringfeld (2) eine erste und eine zweite Ringnut
(4, 6) aufweist, von denen zumindest eine in einem in den
Kolbenwerkstoff eingegossenen Ringträgerbauteil (8)
ausgebildet ist, und mit einem in Umfangsrichtung hinter
dem Ringfeld (2) des Kolbens verlaufenden Kühlkanal (12),
der radial außen durch die radial innere Seite (14) des
Ringträgerbauteils (8) begrenzt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass das Ringträgerbauteil (8) an seiner
radial inneren Seite (14) mindestens eine in
Umfangsrichtung erstreckte nutförmige Ausnehmung (24)
aufweist.
2. Kühlkanalkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und die zweite Ringnut (4, 6) in dem
Ringträgerbauteil (8) ausgebildet sind.
3. Kühlkanalkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die nutförmige Ausnehmung (24) eine
Eindrehung ist.
4. Kühlkanalkolben nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die nutförmige Ausnehmung (24)
verrundet ausgebildet ist.
5. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der nutförmigen
Ausnehmung (24) in Richtung der Kolbenlängsachse 2 bis
10 mm beträgt.
6. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Tiefe (T) der
nutförmigen Ausnehmung (24) 2 bis 5 mm beträgt.
7. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (12) ferner
durch ein an das Ringträgerbauteil (8) angefügtes
Kühlkanalbauteil (16, 30, 32) begrenzt ist.
8. Kühlkanalkolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass das Kühlkanalbauteil (16, 30, 32) an das
Ringträgerbauteil (8) angeschweißt ist.
9. Kühlkanalkolben nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlkanalbauteil (16) im
Kolbenlängsschnitt betrachtet so ausgebildet ist, dass
der Kühlkanal (12) vom Kolbenboden in Richtung auf die
Naben eine zunehmende radiale Tiefe aufweist.
10. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionshöhe (K)
25-120 mm beträgt.
11. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Dicke (D) des
Ringträgerbauteils (8) vom Boden der eingestochenen
Ringnuten (4, 6) nach radial innen gemessen 0,5 bis
2,5 mm beträgt.
12. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steghöhe (S) zwischen
der ersten und der zweiten Ringnut 2-10 mm beträgt.
13. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Höhe (H)
der nutförmigen Ausnehmung (24) zur Steghöhe (S) zwischen
0,2 und 0,6 liegt.
14. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben einen
Kolbendurchmesser von 50 bis 150 mm aufweist.
15. Kühlkanalkolben nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des
Ringträgerbauteils (8) 8 bis 20 mm beträgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999133036 DE19933036A1 (de) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Kühlkanalkolben für eine Verbrennungskraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999133036 DE19933036A1 (de) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Kühlkanalkolben für eine Verbrennungskraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19933036A1 true DE19933036A1 (de) | 2001-01-25 |
Family
ID=7914794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999133036 Withdrawn DE19933036A1 (de) | 1999-07-15 | 1999-07-15 | Kühlkanalkolben für eine Verbrennungskraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19933036A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003004851A1 (de) | 2001-07-06 | 2003-01-16 | A.I.M.L. Gmbh | Kühlbarer ringträger für innengekühlte kolbenringe und verfahren zu deren herstellung |
DE10218653A1 (de) * | 2002-04-26 | 2003-11-13 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Ringträger mit einem Kühlkanalblech, das eine Flachstelle aufweist |
DE10218999A1 (de) * | 2002-04-27 | 2003-11-13 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Kolben mit Ringträger und Formkühlkanal |
DE10234538A1 (de) * | 2002-07-30 | 2004-02-19 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Ringträger mit angefügtem Kühlkanalblech für einen Kühlkanalkolben |
FR2912188A1 (fr) * | 2007-02-01 | 2008-08-08 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de refroidissement d'un piston de moteur a combustion interne |
-
1999
- 1999-07-15 DE DE1999133036 patent/DE19933036A1/de not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003004851A1 (de) | 2001-07-06 | 2003-01-16 | A.I.M.L. Gmbh | Kühlbarer ringträger für innengekühlte kolbenringe und verfahren zu deren herstellung |
DE10218653A1 (de) * | 2002-04-26 | 2003-11-13 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Ringträger mit einem Kühlkanalblech, das eine Flachstelle aufweist |
DE10218653B4 (de) * | 2002-04-26 | 2009-01-29 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Ringträger mit einem Kühlkanalblech, das eine Flachstelle aufweist |
DE10218999A1 (de) * | 2002-04-27 | 2003-11-13 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Kolben mit Ringträger und Formkühlkanal |
DE10218999B4 (de) * | 2002-04-27 | 2005-03-03 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Kolben mit Ringträger und Formkühlkanal |
DE10234538A1 (de) * | 2002-07-30 | 2004-02-19 | Ks Kolbenschmidt Gmbh | Ringträger mit angefügtem Kühlkanalblech für einen Kühlkanalkolben |
FR2912188A1 (fr) * | 2007-02-01 | 2008-08-08 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de refroidissement d'un piston de moteur a combustion interne |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4112889C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kolbenkopfes mit Kühlung für einen mehrteiligen, gegliederten Kolben für Verbrennungsmotore, sowie danach hergestellter Kolbenkopf | |
DE69204515T2 (de) | Zusammengesetzer Ölring. | |
DE3518721C2 (de) | ||
DE69504273T2 (de) | Temperaturkontrolle in einem ultra leichten Brennkraftmaschinenventil | |
DE3604661C2 (de) | ||
DE2711983A1 (de) | Lager | |
DE4142600C2 (de) | Zylinderkopfdichtung | |
DE102010022512B4 (de) | Gleitlager für Verbrennungsmotor | |
DE10208118A1 (de) | Gleitlager | |
DE19643778C2 (de) | Leichtbaukolben | |
DE102007000762A1 (de) | Verbindungsstange für eine Brennkraftmaschine | |
EP0189767B1 (de) | Ölgekühlter, mehrteiliger Tauchkolben für Hubkolbenbrennkraftmaschinen | |
WO2000000761A1 (de) | Kolbenbolzenbuchse | |
DE102011085476A1 (de) | Funktionsoptimierte Gestaltung einer Zylinderlaufbuchse | |
EP1502011B1 (de) | Einstückig ausgebildeter nocken und verfahren zum herstellen des nockens sowie zusammenbau einer steuerwelle oder nockenwelle | |
DE102012210530A1 (de) | Pleuelgleitlager | |
DE69506386T2 (de) | Achse für zweiteiligen kolben | |
DE4111368C2 (de) | Tauchkolben für Verbrennungsmotoren | |
DE2723585C2 (de) | Verwendung eines Gleitlagers | |
AT409531B (de) | Gleitlager für eine verbrennungskraftmaschine | |
DE19933036A1 (de) | Kühlkanalkolben für eine Verbrennungskraftmaschine | |
DE3305920A1 (de) | Kolbenring | |
DE2303699A1 (de) | Fluessigkeitsgekuehltes auslassventil fuer eine brennkraftmaschine und herstellungsverfahren | |
DE4337594A1 (de) | Bolzenfixierung an Kipp- oder Schlepphebeln | |
DE3447579C2 (de) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |