Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 6.

Aus der US-Patentschrift mit der Nummer US 4 662 319 ist ein gebauter Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, der aus einem Kolbengrundkörper mit Bolzennaben und einem damit verbundenen Kolbenoberteil besteht. Der Kolbengrundkörper weist kolbenbodenseitig eine ringförmige Auflagefläche auf, auf der das Kolbenoberteil aufliegt, und die über konisch geformte Wandelemente mit den Bolzennaben verbunden ist. Die Wandelemente bilden einen an die Bolzennaben heranreichenden Ringraum, der kolbenbodenseitig von einem Ringelement abgedeckt wird, das öffnungen aufweist, über die Kühlöl in den Ringraum eingeleitet wird, mit dem die Bolzennaben gekühlt werden. Das Ringelement schließt darüber hinaus eine radial außen in die Unterseite des Kolbenoberteils eingeformte Ausnehmung ab, sodass sich ein geschlossener, ringförmiger Kühlkanal zur Kühlung der Ringnuten ergibt. Nachteilig ist hierbei der komplizierte Aufbau des aus der US-Patentschrift bekannten Kolbens, wodurch die Herstellung des Kolbens aufwendig und teuer wird.

Diesen Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden, ist Aufgabe der Erfindung. Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches stehenden Merkmalen und mit den Merkmalen des Verfahrensanspruches 6. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen perspektivisch dargestellten Kolben mit einem umlaufenden Kühlkanal, der im Bereich der Bolzennaben je einen Nabenkϋhl- kanal aufweist,

Fig. 2 einen Schnitt durch den perspektivisch dargestellten Kolben mit einem Kühlkanal gemäß Fig. 2, der mehrere, höckerartige und kolbenbodenseitig angeordnete Querschnittserweiterungen aufweist,

Fig. 3 einen Schnitt durch den perspektivisch dargestellten Kolben mit einem Na- benkühlkanal, der lediglich über eine ölzulauföffnung mit dem Kühlkanal verbunden ist, und

Fig. 4 einen Schnitt durch den perspektivisch dargestellten Kolben mit einem Kühlkanal, der im Bereich der Bolzennaben je einen nach radial innen gerichteten, flächig ausgebildeten Nabenkühlkanal aufweist.

Fig. 1 zeigt einen perspektivisch dargestellten Kolben 1 für einen Verbrennungsmotor im Schnitt mit einer Brennraummulde 2 im Kolbenboden 3. Die radiale Außenfläche des Kolbens 1 weist einen an den Kolbenboden 3 angrenzenden Feuersteg 4 und daran angrenzend eine Ringpartie 5 auf, woran sich ein umlaufender Schaft 6 anschließt. Auf einander gegenüberliegenden Seiten werden vom Schaft 6 je eine Bolzennabe 7 mit je einer Nabenbohrung 8 gehalten.

Zur Kühlung der Brennraummulde 2 und der Ringpartie 5 weist der Kolben 1 in Kolbenbodennähe, radial außen einen ringförmigen, umlaufenden Kühlkanal 9 auf, in den Kühlöl über einen in den Kolbeninnenraum 14 mündenden ölzuführkanal 10 eingeleitet wird, und aus dem das Kühlöl über einen in den Figuren nicht dargestellten, in den Kolbeninnenraum 14 mündenden ölabführkanal wieder ausgeleitet wird.

Zur Kühlung der nahe den Nabenbohrungen 8 liegenden kolbenbodenseitigen Bereiche T der beiden einander gegenüberliegenden Bolzennaben 7 ist der Kühlkanal 9 mit je einem in den Bereichen T der beiden Bolzennaben 7 angeordneten Nabenkühlkanal 13 verbunden, wobei die beiden Nabenkühlkanäle 13 über je eine ölzulauföffnung 11 und je eine ölablauföffnung 12 an den Kühlkanal 9 angeschlossen sind. Die beiden Nabenkühlkanäle 13 weisen zudem je einen in den Kolbeninnenraum 14 mündenden ölablaufkanal 15 auf.

Hierbei wird ein Teil des über den ölzuführkanal 10 in den Kühlkanal 9 eingespritzten Kühlöles über die ölzulauföffnungen 11 in der Nabenkühlkanäle 13 eingeleitet und nach Kühlung der kolbenbodenseitigen Bereiche T der Bolzennaben 7 teils über die ölablaufkanäle 15 in den Kolbeninnenraum 14 abgeleitet und teils über die ölzulauföffnungen 12 in den Kühlkanal 9 zurückgeführt.

Zur Herstellung des Kolbens 1 mit dem erfindungsgemäßen Kühlkanalsystem wird zunächst ein Salzkern geformt, der die Form des Kühlkanals 9 mit den daran angeformten Nabenkühlkanälen 13 mit je einem ölablaufkanal 15 aufweist. Der Salzkern wird dann in eine Gießform eingelegt und mit dem Kolbenmaterial, d.h., mit Aluminium oder mit Gusseisen, umgössen. Anschließend wird der ölzuführkanal 10 und der ölabführkanal in den Kolben 1 eingebohrt, über die das Salz des Salzkernes aus dem Kolbenrohling ausgewaschen wird. Letztlich wird der Kolben mittels eines spanabhebenden Fertigungsverfahrens fertiggestellt.

In Fig. 2 ist eine Ausgestaltung eines Kühlkanals 9 ¹ dargestellt, die über den gesamten Umfang verteilte, kolbenbodenseitig angeordnete, höckerartige Querschnittserweiterungen 16 aufweist, deren Zweck darin besteht, die Kühlung des thermisch hoch belasteten Randes der Brennraummulde 2 dadurch zu verbessern, dass der Kühlkanal 9' in den Bereichen der Querschnittserweiterungen 16 näher an den Rand der Brennraummulde 2 heranreicht, sodass auch das Kühlöl näher an den Muldenrand gelangen kann.

In Fig. 3 ist eine Ausgestaltung des Nabenkühlkanals 13' gezeigt, der ausschließlich über den ölablaufkanal 15 mit dem Kolbeninnenraum 14 verbunden ist, sodass das gesamte durch den Nabenkühlkanal 13' fließende öl in den Kolbeninnenraum 14 geleitet wird.

Die Ausgestaltung des Kühlkanals 9" gemäß Fig. 4 weist in den kolbenbodenseitigen Bereichen T der Bolzennaben 7 je einen nach radial innen ausgerichteten, in Draufsicht flächenförmig ausgebildeten Nabenkühlkanal 17 auf, aus dem Kühlöl über den ölablaufkanal 15 in das Kolbeninnere 14 geleitet wird. Mittels des flächig ausgebilde-

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ten Nabenkühlkanals 17 ist ein relativ großer Bereich der Bolzennaben 7 mit Kühlfläche überdeckt, die mit Kühlöl in Kontakt kommt, sodass hierdurch eine sehr gute Kühlung der Bereiche T der Bolzennaben 7 erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1 Kolben

2 Brennraummulde

3 Kolbenboden

4 Feuersteg

5 Ringpartie

6 Schaft

7 Bolzennabe

T Bolzennabenbereich

8 Nabenbohrung 9, 9', 9" Kühlkanal

10 ölzuführkanal

11 ölzulauföffnung

12 ölablauföffnung 13, 13' Nabenkühlkanal

14 Kolbeninnenraum

15 ölablaufkanal

16 Querschnittserweiterung

17 Nabenkühlkanal