Mehrteiliger Kolben für einen Verbrennungsmotor

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrteiligen Kolben für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolbenoberteil und einem Kolbenunterteil, wobei das Kolbenunterteil auf seiner dem Kolbenoberteil zugewandten Seite einen Stützteller aufweist.

Mehrteilige Kolben haben den großen Vorteil, dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil aus verschiedenen Materialien bestehen können. Das Kolbenoberteil ist in der Regel aus einem besonders verschleißfesten, insbesondere wärmebeständigen, aber relativ schweren Material hergestellt, während das Kolbenunterteil in der Regel zur Gewichtseinsparung aus einem weniger verschleißfesten Leichtmetallwerkstoff hergestellt ist. Hierbei können das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil durch Verschrauben miteinander verbunden sein, wie es bspw. in der EP 1 483 493 B1 offenbart ist.

Ein gattungsgemäßer Kolben ist in der DE 102 57 022 A1 beschrieben. Er weist einen am Kolbenoberteil angebrachten Gewindekopf und einen am Kolbenunterteil angebrachten Stützteller mit einem zum Gewindekopf korrespondierenden Gewindekörper auf, die bei der Montage des Kolbens miteinander verschraubt werden. Der mit dem Gewindekörper versehene Stützteller wird dabei tellerfederartig aufgewölbt, so dass auf den Gewindekopf eine Zugspannung ausgeübt wird, die eine dauerhafte Montageverbindung zwischen dem Kolbenoberteil und dem Kolbenunterteil bewirkt.

Problematisch ist hierbei, dass die Zugspannung so groß werden kann, dass beim Verschrauben von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil die Gewindebohrung durch die vertikal nach oben wirkenden Zugkräfte aufweiten kann. Dadurch wird die Schraubverbindung letztendlich destabilisiert. Dies kann so weit gehen, dass der Stützteller deformiert oder sogar zerstört wird oder die Schraubverbindung auseinander gerissen wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen derartigen Kolben bereitzustellen, bei dem das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil durch eine Schraubverbindung stabil miteinander verbunden sind, wobei die Schraubverbindung nicht beeinträchtigt wird.

Die Lösung besteht in einem Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kolbenoberteil auf seiner dem Kolbenunterteil zugewandten Seite mit einer Gewindebohrung versehen ist, dass der Stützteller an seiner vom Kolbenoberteil abgewandten Seite eine radiale Anlagefläche aufweist, an der eine korrespondierende, an einer Schraube ausgebildete radiale Anlagefläche anliegt und dass die Schraube in die Gewindebohrung eingeschraubt ist.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil mit einer separaten Schraube miteinander verschraubt sind, wobei die Gewindebohrung, in welche die Schraube eingreift, im Kolbenoberteil vorgesehen ist. Zugleich liegt eine an der Schraube ausgebildete Anlagefläche an einer korrespondierenden, an der Unterseite des Stütztellers ausgebildeten Anlagefläche an. Die Schraube wird also „von unten", das heißt vom Kolbenunterteil her, in das Kolbenoberteil eingeschraubt. Das Kolbenoberteil wird also durch die mittels der Schraubverbindung entstehenden Kräfte „nach unten", das heißt in Richtung des Kolbenunterteils gezogen, indem sich die Schraube an der Unterseite des Stütztellers abstützt. Dabei wird die Schraube geringfügig gelängt. Die Kraft wird also von der Schraube über den Stützteller direkt in das Kolbenunterteil geleitet. Die Schraubverbindung im Kolbenoberteil bleibt somit stabil und wird durch die auftretenden Kräfte nicht beeinträchtigt, insbesondere nicht gelockert.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass der Stützteller elastisch ausgebildet ist. Die elastische Verspannung von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil wird optimiert. Die Elastizität des Stütztellern und die Längung der Schraube beim Ver- schraubungsvorgang festigen die Schraubverbindung zusätzlich.

Die Gewindebohrung sollte als Sackbohrung ausgebildet sein, um den Kolbenboden geschlossen zu halten.

Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass das Kolbenunterteil ein inneres umlaufendes Stützelement aufweist und der Stützteller mit dem inneren Stützelement verbunden ist. Auf diese Weise kann der Kolben sowohl mit einem äußeren als auch mit einem inneren umlaufenden Kühlkanal versehen werden.

Um das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil im zusammengebauten Zustand gegeneinander abzustützen, weisen das Kolbenoberteil und das Kolbenunterteil vorzugsweise innere umlaufende Stützelemente mit inneren Aufiageflächen und äußere umlaufende Stützelemente mit äußeren Auflageflächen auf. Im zusammengebauten Zustand liegen jeweils die inneren Auflageflächen einerseits und die äußeren Auflageflächen andererseits aneinander.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbens 10. Der Kolben 10 setzt sich zusammen aus einem Kolbenoberteil 11 und einem Kolbenunterteil 12. Das Kolbenoberteil 11 weist einen Kolbenboden 13 und eine Seitenwand mit einem umlaufenden Feuersteg 14 und einer umlaufenden Ringpartie 15 auf. Das Kolbenunterteil 12 weist einen Kolbenschaft 16, Naben 17 zur Aufnahme des Kolbenbolzens (nicht dargestellt) und Nabenabstützungen 18 auf, die mit dem Kolbenschaft 16 verbunden sind. Das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 bilden einen umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 und einen umlaufenden inneren Kühlkanal 20.

Das Kolbenoberteil 11 weist ein umlaufendes inneres Stützelement 21 mit einer umlaufenden inneren Auflagefläche 22 und ein umlaufendes äußeres Stützelement 23 mit einer umlaufenden äußeren Auflagefläche 24 auf. Das Kolbenunterteil 12 weist ebenfalls ein umlaufendes inneres Stützelement 25 mit einer umlaufenden inneren Auflagefläche 26 und ein umlaufendes äußeres Stützelement 27 mit einer umlaufenden äußeren Auflagefläche 28 auf.

Im zusammengebauten Zustand sind das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 so zueinander ausgerichtet, dass die innere Auflagefläche 22 des inneren Stützelements 21 des Kolbenoberteils 11 und die innere Auflagefläche 26 des inneren Stützelements 25 des Kolbenunterteils 12 aufeinander liegen. Ebenso liegen die äußere Auflagefläche 24 des äußeren Stützelements 23 des Kolbenoberteils 11 und die äußere Auflagefläche 28 des äußeren Stützelements 27 des Kolbenunterteils 12 aufeinander.

Die Ringpartie 15 einschließlich des daran anschließenden äußeren Stützelements 23 sowie das innere Stützelement 21 des Kolbenoberteils 11 einerseits und das äußere Stützelement 27 und das innere Stützelement 25 des Kolbenunterteils 12 andererseits bilden und begrenzen den umlaufenden äußeren Kühlkanal 19 des Kolbens 10.

An der dem Kolbenunterteil 12 zugewandten Unterseite des Kolbenoberteils 11 ist eine Gewindebohrung 31 im Ausführungsbeispiel mittig in der Kolbenlängsachse A vorgesehen. Die Gewindebohrung 31 ist mit einem Innengewinde versehen.

Das Kolbenunterteil 12 ist an seiner dem Kolbenoberteil 11 zugewandten Oberseite mit einem Stützteller 32 versehen. Der Stützteller 32 ist mit der Innenseite des inneren Stützelements 25 des Kolbenunterteils 12 verbunden und weist eine in der Kolbenlängsachse A angeordnete Bohrung 33 auf. Die Unterseite des Stütztellers 32 ist mit einer radialen Anlagefläche 34 versehen. Eine Schraube 35 ist in der Bohrung 33 geführt und in die Gewindebohrung 31 eingeschraubt. Die Schraube 35 weist einen Schraubenkopf 36 auf, der mit einer radialen Anlagefläche 37 versehen ist. Der Schraubenkopf 36 liegt mit seiner radialen Anlagefläche 37 an der Anlagefläche 34 auf der Unterseite des Stütztellers 32 an. Das Kolbenoberteil 11 und das Kolbenunterteil 12 sind durch die resultierende Verschraubung fest miteinander verbunden, wobei sie sich auf ihren korrespondierenden Auflageflächen 22 und 26 bzw. 24 und 28 gegeneinander abstützen. Dabei wird das Kolbenoberteil 11 gegen das Kolbenunterteil 12 gezogen. Der im Ausführungsbeispiel bedingt durch das gewählte Material und/oder die konstruktive Ausgestaltung, insbesondere seine Dicke, elastische Stützteller 32 wird gegen das Kolbenoberteil 11 gezogen. Die Schraube 35 wird geringfü-

gig gelängt und stützt sich an der Unterseite des Stütztellers 32 ab. Dadurch werden die in der Schraubverbindung auftretenden Zugkräfte aufgefangen und über den Stützteller 32 direkt in das Kolbenunterteil 12 geleitet. Die daraus resultierende Verspannung von Kolbenoberteil 11 und Kolbenunterteil 12 bewirkt auch im hoch belasteten Betrieb des Kolbens 10 eine sichere Schraubverbindung.

Die inneren Stützelemente 21 bzw. 25, der Stützteller 33 und die Schraube 35 bilden und begrenzen den umlaufenden inneren Kühlkanal 20.