Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden, an den sich radial außen eine Ringpartie und ein Kolbenschaft anschließen, wobei der Kolbenschaft aus zwei einander gegenüberliegenden Schaftelementen besteht, die an Bolzennaben mit je einer Bolzenbohrung angrenzen.

Ein Kolben der eingangs genannten Art ist aus der Offenlegungsschrift DE 4326978 bekannt. Nachteilig ist hierbei, dass die Schaftelemente in Bereich der Ringpartie sehr massiv ausgebildet sind, sodass sich bei einer temperaturbedingten, radialen Ausdehnung des Kolbens zwischen Zylinderwand und Kolbenschaft Spannungen ergeben, die den Druck der Schaftelemente auf die Zylinderinnenwand erhöhen, damit die Reibleistungsverluste vergrößern und als Folge davon den CO2-Ausstoß des mit dem bekannten Kolben ausgerüsteten Motors vergrößern.

Diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Kolben mit verringertem CO2-Ausstoß zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Schaftelemente innere Flächen aufweisen, die diejenigen Bereiche der Schaftelemente nach radial innen begrenzen, in denen die Schaftelemente dünner als 7 % des Kolbendurchmessers„D" sind, dass die Schaftelemente äußere Flächen aufweisen, die diejenigen Bereiche der Schaftelemente nach radial außen begrenzen, die in Umfangsrichtung betrachtet außerhalb von beidseitig der Bolzenbohrungsachse liegenden Winkelbereichen liegen, wobei die Winkelbereiche von der Bolzenbohrungsachse und von senkrecht auf der Kolbenachse stehenden und die Bolzenbohrungsachse schneidenden Geraden begrenzt werden, die in Umfangsrichtung betrachtet beidseitig der Bolzenbohrungsachse liegen, und die jeweils einen Winkel von mehr als 40° mit der Bolzenbohrungsachse bilden, und dass das Verhältnis der Inhalte der inneren Flächen zum Verhältnis der Inhalte der äußeren Flächen mehr als 60 % beträgt. Hierdurch wird erreicht, dass die Schaftelemente insoweit elastisch nachgiebig ausgebildet sind, dass sie bei einer temperaturbedingten, radialen Ausdehnung des Kolbens nachgeben, wodurch der Druck der Schaftelemente auf die Zylinderinnenwand, die Reibleistungsverluste im Motorbetrieb und damit auch der CO2-Ausstoß des mit dem erfindungsgemäßen Kolbens ausgerüsteten Motors abnehmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines Kolben für einen Dieselmotor gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben gemäß Fig. 1 entlang einer Ebene, die

senkrecht zur der Bolzenbohrungsachse und auf der Kolbenachse liegt,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Kolbens mit einer Darstellung der äußeren Fläche

eines Schaftelements und

Fig. 4 eine Innenansicht des Schaftelements.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Kolben 1 für einen Dieselmotor aus Aluminium, in dessen Kolbenboden 2 eine Verbrennungsmulde 3 und vier Ventiltaschen 4, 4', 4", 4"' eingeformt sind. Radial außen schließen sich an den Kolbenboden 2 ein Feuersteg 5, eine Ringpartie 6 und ein Kolbenschaft 7 an. Der Kolbenschaft 7 besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Schaftelementen 8 und 9, die an Bolzennaben 10, 11 mit je einer Bolzenbohrungen 12, 13 angrenzen. Gut erkennbar ist in Fig. 1 die äußere Fläche 14 des Schaftelements 8.

Eingezeichnet sind in Fig. 1 als Hilfslinien dienende Geraden 21 , 21', die senkrecht auf der Kolbenachse 16 stehen und die Bolzenbohrungsachse 15 schneiden, die in Umfangrichtung betrachtet beidseitig der Bolzenbohrungsachse 15 angeordnet sind, und die beidseitig der Bolzenbohrungsachse 15 liegende Winkelbereiche 20,

20' begrenzen, die größer als 40 ° sind und den Bereichen der Bolzennaben 10, 11 entsprechen, die außerhalb der Schaftelemente 14, 19 liegen.

Fig. 2 zeigt den Kolben 1 im Schnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zur Bolzenbohrungsachse 15 und auf der Kolbenachse 16 liegt. Die im Schnitt dargestellten Schaftelemente 8, 9 weisen einen Querschnitt auf, dessen radialer Durchmesser zum unteren, kolbenbodenabgewandten Ende hin abnimmt. Am oberen Ende der inneren Flächen 17, 18 mit der Länge„H" der Schaftelemente 8 und 9, die der maximalen axialen Länge der inneren Flächen 17, 18 entspricht (siehe Fig. 4), beträgt die Dicke„S" der Schaftelemente 8 und 9 7% vom Kolbendurchmesser „D" und nimmt nach unten stetig ab. Die maximale Dicke„S" der Schaftelemente 8, 9 im Bereich der inneren Flächen 17, 18 muss hierbei kleiner als 7 % vom Kolbendurchmesser„D" sein.

Fig. 3, eine Seitenansicht des Kolbens 1 , zeigt die äußere Fläche 14 des Schaftelements 8, während Fig. 4 die innere Fläche 17 des Schaftelements 8 zeigt, wobei die Fläche 17 gleichbedeutend mit dem Bereich des Schaftelements 8 ist, in dem das Schaftelement 8 dünner als 7 % vom Kolbendurchmesser„D" ist. Das Verhältnis des Inhalts der Fläche 17 zum Inhalt der Fläche 14 liegt bei mehr als 60 % vorzugsweise zwischen 65 % und 78% , was auch für das Verhältnis des Inhalts der inneren Fläche 18 zum Inhalt der äußeren Fläche 19 des Schaftelements 9 gilt. Das erfindungsgemäße Größenverhältnis der inneren Fläche 17, 18 zur äußeren Fläche 14, 19 der Schaftelemente ist demzufolge beim Schaftelement der Druckseite als auch beim Schaftelement der Gegendruckseite beziehungsweise bei beiden Schaftelementen vorzufinden.

Im Motorbetrieb liegen insbesondere die äußeren Flächen 14, 19 der Schaftelemente 8, 9 an der Wand einer Zylinderbuchse eines Verbrennungsmotors an, wobei sich im Motorbetrieb wegen der größeren radialen, thermischen Ausdehnung des Kolbens 1 gegenüber der demgegenüber geringeren, radialen thermischen Ausdehnung der aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Zylinderbuchse in den Schaftelementen 8, 9 Kontaktkräfte ergeben, sodass die Schaftelemente 8, 9 bei zunehmender Erwärmung mit wachsender Kraft über ihre äußeren Flächen 14, 19 auf die Innenfläche der Zylinderbuchse gepresst werden, was die Reibleistungsverluste des Kolbens 1 im Motorbetrieb und damit auch den CO ₂ -Ausstoß des Motors vergrößert.

Um diese Kraft und damit die Reibleistungsverluste und den CO ₂ -Ausstoß des Motors zu reduzieren, sind die Schaftelemente wie oben beschrieben dimensioniert, was bewirkt, dass die Schaftelemente elastischer gestaltet sind, sodass sie bei der temperaturbedingten Ausdehnung des Kolbens nachgeben, wodurch die Kraft, mit der die Schaftelemente auf die Zylinderinnenfläche drücken, damit die Reibleistungsverluste im Motorbetrieb und damit letztlich auch der CO ₂ -Ausstoß des Verbrennungsmotors reduziert werden.

Hierbei ist darauf zu achten, dass die Führung des Kolbens im Zylinder nicht in Mitleidenschaft gezogen wird, weshalb die auf der Basis der oben beschriebenen Bemessungsgrundlage geschaffenen, elastisch nachgiebigen Bereiche der Schaftelemente nicht zu groß sind.

Allgemein wird die Kolbenform so gestaltet, dass dem harten Schaftteil, dessen Dicke größer als 7 % des Kolbendurchmessers ist, so viel Spiel eingeräumt wird, dass dieses Spiel ausreicht, damit dieser Bereich des harten Schaftteils keine direkten Druckspannungen über den Kontakt zwischen Kolbens und Zylinder erfährt, wenn sich der Kolben temperaturbedingt ausdehnt.

Um darüber hinaus die Führung des Kolbens im Zylinder zu gewährleisten, muss der weiche Schaftteil mindestens 60 % des gesamten Schaftes betragen.

Bezugszeichenliste

H, D, S Maß

1 Kolben

2 Kolbenboden

3 Verbrennungsmulde

4, 4', 4", 4"' Ventiltasche

5 Feuersteg

6 Ringpartie

7 Kolbenschaft

8, 9 Schaftelement

10, 11 Bolzennabe

12, 13 Bolzenbohrung

14 äußere Fläche des Schaftelements 8

15 Bolzenbohrungsachse

16 Kolbenachse

17 innere Fläche des Schaftelements 8

18 innere Fläche des Schaftelements 9

19 äußere Fläche des Schaftelements 9

20, 20' Winkelbereich

21 , 21' Gerade