Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft gemäß dem Oberbegriff des

Anspruchs 1 .

Aus der DE 10 2013 018 249 A1 ist ein gattungsgemäßer Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft bekannt, wobei der Kolbenschaft einander gegenüberliegende Kastenwände mit

Nabenbohrungen sowie einander gegenüberliegende Schaftwände mit

Laufflächen besitzt. Im unteren Bereich des Kolbens ist dabei eine

Abdeckeinrichtung angeordnet, welche eine Ausnehmung zum Durchtritt eines Pleuels aufweist. Um diese Abdeckeinrichtung zuverlässig am Kolben befestigen zu können, weist diese zwei einander gegenüberliegende Längsseiten und zwei einander gegenüberliegende freie Enden auf, wobei im unteren Bereich der Schaftwände Nuten vorgesehen sind, in denen die freien Enden der

Abdeckeinrichtung unter federnder Vorspannung aufgenommen sind.

Aus der AT 001919 U1 ist ebenfalls ein Kolben bekannt, der ein Rückhalteblech aufweist, zwischen dem und einem Kolbenboden ein Raum gebildet ist, in den eine Austrittsöffnung mündet und wobei in dem Rückhalteblech eine Öffnung für einen Rückfluss von Öl vorgesehen ist. Hierdurch soll sowohl ein kleines

Pleuelauge zuverlässig geschmiert als auch eine gleichmäßige Kühlung erreicht werden können.

Abdeckeinrichtungen für Kolben sind insbesondere bei kleineren Kolben bereits seit Langem bekannt, da sich durch diese aufwändige Produktionsschritte zur Herstellung von Kühlkanälen mit Hilfe von Salzkernen einsparen lassen. Außerdem kann dadurch der Kolben in einem Boden und einem Ringbereich dünner und damit leichter ausgebildet werden, da kein Platz für den Kühlkanal vorgesehen werden muss, der jeweils mindestens durch Mindestwandstärken sowohl vom Innen- als auch vom Brennraum und von den Ringen zu trennen ist. Generell ist die Anspritzkühlung jedoch im Vergleich zu einem durchströmten Kühlkanal im Kolbeninneren weniger effizient, da das Öl meist nur ein oder wenige Male kurz in Kontakt mit dem Kolben gerät und dabei weniger stark erhitzt wird. Aus diesem Grund ist deutlich mehr Öl zur Kühlung der Kolben erforderlich, um eine vordefinierte Wärmemenge abzuführen, was der Ölpumpe zusätzliche Leistung abverlangt und dadurch den Kraftstoffverbrauch erhöht.

Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten anspritzgekühlten Kolben mit Abdeckeinrichtungen ist zudem, dass bei diesen lediglich ein bestimmter Bereich des Kolbens effizient gekühlt, andere Bereiche jedoch überhaupt nicht gekühlt werden.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des

unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind

Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals eine Abdeckeinrichtung einzusetzen, die einen Kolbenquerschnitt eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor (Otto oder Diesel) vorzugsweise nahezu komplett verschließt, wodurch es ermöglicht wird, auch bislang nicht gekühlte Bereiche, beispielsweise zwischen den Kastenwänden und der Zylinderlaufbahn, nunmehr effektiv zu kühlen. Der erfindungsgemäße Kolben besteht vorzugsweise aus Leichtmetall und ist z.B. ein Gussteil aus einer Aluminiumlegierung. Er besitzt dabei in bekannter Weise einen Kolbenkopf und einen Kolbenschaft, wobei der Kolbenschaft einander gegenüberliegende Kastenwände mit Nabenbohrungen sowie einander gegenüberliegende Schaftwände mit Laufflächen aufweist. In dem dem Kolbenkopf abgewandten, d.h. im Betriebszustand unteren Bereich des Kolbens ist dabei die erfindungsgemäße Abdeckeinrichtung angeordnet, welche eine Ausnehmung zum Durchtritt eines Pleuels aufweist. Die Abdeckeinrichtung besitzt dabei eine nahezu kreisförmige Abdeckplatte mit der Ausnehmung, wobei diese Abdeckplatte den Kolbenquerschnitt erfindungsgemäß vorzugsweise nahezu komplett verschließt und dadurch das zur Kühlung angespritzte Öl länger mit dem zu kühlenden Kolben in Kontakt hält, wodurch dieser stärker als bislang gekühlt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Vergrößerung einer bereits aus der DE 10 2013 018 249 A1 bekannten Abdeckeinrichtung ist es somit möglich, den Kolben effektiver als bisher zu kühlen und dadurch den zur Kühlung erforderlichen Ölbedarf zu reduzieren, wodurch eine Ölpumpe mit reduzierter Leistung betrieben werden kann, was wiederum zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beiträgt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Abdeckeinrichtung aus Metall, insbesondere aus Blech, ausgebildet. Eine derartig ausgebildete Abdeckeinrichtung lässt sich vergleichsweise kostengünstig als umgeformtes Blechstanzteil herstellen, wobei die erforderliche Blechdicke und dadurch auch das Gewicht der Abdeckeinrichtung vergleichsweise gering gehalten werden können, ebenso wie der Materialbedarf und damit auch die Herstellungskosten. Eine metallische Abdeckeinrichtung bietet dabei den großen Vorteil, dass diese resistent gegenüber jeglicher Art von Schmierölen ist, so dass sie nach einer Montage vorzugsweise über die gesamte Lebensdauer im Kolben verbleiben kann. Eine Befestigung der Abdeckeinrichtung am Kolben selbst erfolgt dabei insbesondere im Bereich der Nabenbohrungen an den

Kastenwänden, wobei die Abdeckeinrichtung beispielsweise mit den

Kastenwänden im Bereich der Nabenbohrungen verklebt oder verschweißt wird. Insbesondere beim Verschweißen reichen bereits kleine Schweißpunkte, was beispielsweise mittels eines Lasers erfolgen kann. Selbstverständlich ist auch ein Verlöten der Abdeckeinrichtung mit dem Kolben denkbar.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens ist die Abdeckeinrichtung aus Kunststoff, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet. Eine derart ausgebildete Abdeckeinrichtung ermöglicht eine qualitativ hochwertige und zugleich äußerst kostengünstige Herstellung, wobei der Werkstoff Kunststoff zusätzlich den großen Vorteil bietet, dass dieser eine vergleichsweise geringe Dichte und daher die Abdeckeinrichtung ein

vergleichsweise geringes Gewicht aufweist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abdeckeinrichtung kann diese Haltestege aufweisen, die die Nabenbohrung von außen abdecken. In diesem Fall ist auch eine Befestigung der Abdeckeinrichtung für die Haltestegen in den Nabenbohrungen des Kolbens möglich, so dass auf ein weiteres

Verschweißen bzw. Verkleben verzichtet werden kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist an dem jeweiligen Haltesteg ein komplementär zur Nabenbohrung ausgebildeter Fortsatz angeordnet, der bei montierter Abdeckeinrichtung in die Nabenbohrung eingreift und diese nach außen verschließt. In diesem Fall bildet somit der am jeweiligen Haltesteg angeordnete Fortsatz eine Rastverbindung, wobei die Nabenbohrung die Gegenrastkontur darstellt, so dass eine Montage der Abdeckeinrichtung am Kolben durch ein einfaches Einrasten der beiden Fortsätze von außen in die beiden fluchtend zueinander angeordneten Nabenbohrungen bewirkt werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Haltestege und deren Fortsätze als Bolzensicherung ausgebildet und sichern dabei einen in der Nabenbohrung aufgenommenen Bolzen gegen ein unerwünschtes Herauswandern. In diesem Fall würde die erfindungsgemäße Abdeckeinrichtung nicht nur die Kühlung des Kolbens verbessern, sondern zusätzlich auch eine Sicherungsfunktion für den Bolzen in der Nabenbohrung übernehmen, wodurch rein theoretisch auf zusätzliche Sicherungselemente, wie beispielsweise Sprengringe oder ähnliches, verzichtet werden könnte, was ebenfalls eine Reduzierung der Herstellungskosten ermöglicht.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Abdeckplatte im Bereich eines Außenrandes und/oder im Bereich der Ausnehmung einen zum Kolbenkopf hin aufgestellten Rand auf. Dieser Rand bewirkt ein Halten des vom Kolben auf die Abdeckplatte abgespritzten Öls und eine Verlängerung des wärmeübertragenden Kontakts, da das auf der

Abdeckplatte gesammelte Öl bei der weiteren Hin- und Herbewegung des Kolbens erneut an diesen gespritzt werden kann und diesen dadurch kühlt.

Zudem dient der aufgestellte Rand als Verstärkungsrippe, wodurch die

Abdeckeinrichtung ausgesteift wird.

In gleicher weise kann auch eine Einspritzöffnung, durch welche das den Kolben kühlende Öl durch die Abdeckplatte der Abdeckeinrichtung eingespritzt wird, mit einem derartigen in Richtung des Kolbenkopfes aufgestellten Rand umgeben sein, so dass auch hier ein unerwünschter und beispielsweise einen

Einspritzvorgang von Öl beeinträchtigendes Auslaufen von Öl zuverlässig verhindert werden kann. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen

Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1 eine Ansicht von seitlich unten auf einen erfindungsgemäßen Kolben,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch einen Kolben mit einer

erfindungsgemäßen Abdeckeinrichtung,

Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch einer anderen Schnittebene,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kolben mit einer alternativen Abdeckeinrichtung,

Fig. 5 eine als Kunststoffspritzgussteil ausgebildete Abdeckeinrichtung, Fig. 6 unterschiedliche Ansichten auf einen erfindungsgemäßen Kolben mit der gemäß der Fig. 5 gezeigten Abdeckeinrichtung.

Entsprechend den Fig. 1 bis 4 und 6, weist ein erfindungsgemäßer Kolben 1 für einen im Übrigen nicht gezeigten Verbrennungsmotor einen Kolbenkopf 2 sowie einen Kolbenschaft 3 auf. Der Kolbenschaft 3 besitzt einander

gegenüberliegende Kastenwände 4 mit Nabenbohrungen 5 sowie einander gegenüberliegende Schaftwände 6 mit Laufflächen 7. Im unteren Bereich des Kolbens 1 , das heißt in einem dem Kolbenkopf 2 abgewandten Bereich, ist dabei eine Abdeckeinrichtung 8 vorgesehen, welche eine Ausnehmung 9 zum Durchtritt eines nicht gezeigten Pleuels aufweist. Erfindungsgemäß weist nun diese

Abdeckeinrichtung 8 eine nahezu kreisförmige Abdeckplatte 10 mit der

Aufnehmung 9 auf, wobei die Abdeckplatte 10 einen Kolbenquerschnitt vorzugsweise nahezu komplett verschließt (vergleiche insbesondere die Fig. 1 und 2 sowie 6). Die Abdeckeinrichtung 8 verschließt somit im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Abdeckeinrichtungen nicht nur einen Bereich zwischen den Kastenwänden 4, sondern zudem auch einen Bereich zwischen den Kastenwänden 4 nach außen bis zu einer nicht gezeigten Zylinderlaufbahn.

Betrachtet man die gemäß den Fig. 1 bis 3 gezeigte Abdeckeinrichtung 8, so ist diese dort aus einem Metallwerkstoff ausgebildet, insbesondere als

kostengünstiges und qualitativ hochwertig zu fertigendes Blechformteil. Die Abdeckeinrichtung 8 ist in diesem Fall im Bereich 1 1 der Nabenbohrungen 5 mit den Kastenwänden 4 verbunden, beispielsweise verklebt, verschweißt oder verlötet.

Alternativ hierzu kann die Abdeckeinrichtung 8 auch aus Kunststoff,

beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet sein und dann die gemäß den Fig. 4 bis 6 gezeigte Gestalt besitzen. Hier weist die Abdeckeinrichtung 8 Haltestege 12 auf, die die Nabenbohrungen 5 von außen abdecken und an denen ein komplementär zur jeweiligen Nabenbohrung 5 ausgebildeter Fortsatz 13 angeordnet ist, der bei montierter Abdeckeinrichtung 8 in die Nabenbohrung 5 von außen eingreift und diese hierdurch nach außen verschließt. Die beiden Fortsätze 13 weisen dabei jeweils eine bezüglich einer Achse des Kolbens 1 und in Richtung des Kolbenbodens 2 nach außen geneigte Fläche 14 auf, die eine erleichterte Montage der Abdeckeinrichtung 8 am Kolben 1 ermöglicht und die andererseits ein unbeabsichtigtes Lösen der Abdeckeinrichtung 8 von dem

Kolben 1 erschwert. Die Fläche 14 ist dabei in der Art einer Keilfläche

ausgebildet, die derart geneigt angeordnet ist, dass zum einen, wie bereits erwähnt, das Aufschieben der Fortsätze 13 auf die Nabenbohrungen 5 erleichtert, ein unbeabsichtigtes Lösen der Fortsätze 13 aus den Nabenbohrungen 5 hingegen erschwert wird. Derart ausgebildete Fortsätze 13 ermöglichen somit zusammen mit den Nabenbohrungen 5 ein einfaches Verrasten der

Abdeckeinrichtung 8 am Kolben 1 und dadurch eine äußerst einfache Montage. Zugleich können die Fortsätze 13 derart ausgebildet sein, dass diese einen in den Nabenbohrungen 5 aufgenommenen, nicht näher bezeichneten Bolzen an einem unerwünschten Herauswandern hindern, so dass in diesem Fall die beiden Fortsätze 13 eine Sicherungsfunktion übernehmen. Dies ermöglicht insbesondere den Entfall von bisher erforderlichen Sicherungselementen, wie beispielsweise Splinten oder Sprengringen, wodurch ebenfalls eine Montagevereinfachung und eine Kostenreduzierung erreicht werden kann.

Sämtlichen Ausführungsformen ist dabei gemein, dass die Abdeckplatte 10 im Bereich der Ausnehmung 9 einen zum Kolbenkopf 2 hin aufgestellten Rand 15 besitzt, der ein unerwünschtes und schnelles Abfließen von eingespritztem Öl zumindest behindert und dadurch die Kühlwirkung unterstützt. Durch das

Verhindern des frühen Abfließens des eingespritzten Öls kann dieses durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 1 im Betrieb mehrfach mit diesem in Kontakt gebracht und dadurch zur Kühlung genutzt werden. In gleicher Weise kann die Abdeckplatte 10 auch im Bereich eines Außenrandes 16 einen derartigen zum Kolbenkopf 2 hin aufgestellten Rand 15 aufweisen, der ein schnelles und bezüglich der Kühlung ineffizientes Abfließen des Öls an eine Zylinderwandung zumindest erschwert. Durch den Rand 15 wird die Abdeckplatte 10 zugleich ausgesteift.

Betrachtet man die Abdeckeinrichtungen 8 gemäß den Fig. 1 bis 6 weiter, so kann man erkennen, dass diese in der jeweiligen Abdeckplatte 10 eine

Einspritzöffnung 17 aufweisen, durch welche während des Betriebs des

Verbrennungsmotors Öl aus einer nicht dargestellten, mit dem nicht dargestellten Kurbelgehäuse fest verbundenen und auf die Einspritzöffnung 17 ausgerichteten Öldüse zur Kühlung des Kolbens 1 eingespritzt wird. Die Einspritzöffnung 17 ist so angeordnet, dass der Strahl aus der Öldüse zu einem möglichst großen Teil in das Innere des kastenförmigen Kolbenschafts eintritt. Bevorzugt befindet sich die Einspritzöffnung 17 in einem Eckbereich des Kolbenschafts in der Nähe des Übergangs von einer Schaftwand 6 zu einer Kastenwand 4 und damit außerhalb der Schwenkebene des nicht dargestellten Pleuels und der Bereiche der

Bolzennaben 5.

Die Einspritzöffnung 17 kann dabei ebenfalls von einem in Richtung des

Kolbenkopfes 2 aufgestellten Rand 15 umgeben sein, der ein unkontrolliertes und unerwünschtes Abfließen von Öl verhindert. Dies ist insbesondere im Bereich der Einspritzöffnung 17 von entscheidender Bedeutung, da an dieser Stelle

austretendes Öl das zuverlässige Einspritzen von weiterem Öl unter Umständen erschweren würde. Alle Ränder 15 bewirken dabei neben dem Rückhalten von Öl zusätzlich auch eine Aussteifung der Abdeckplatte 10 und damit eine Aussteifung der gesamten Abdeckeinrichtung 8, da sie als Versteifungsrippen dienen. Betrachtet man nochmals die Fig. 1 und 2 sowie 6, so kann man zwischen dem Außenrand 16 der Abdeckplatte 10 und der Schaftwand 6 eine Aussparung 18 in der Art eines Abstandes erkennen, der die beim Betrieb erforderliche Elastizität der Schaftwände 6 gewährleisten kann. In gleicher weise ist selbstverständlich überhaupt zwischen den beiden Schaftwänden 6 und der Abdeckplatte 8 jeweils ein Mindestabstand, der die im Betrieb auftretenden Verformungen der

Schaftwände 6 zulässt, ohne dass dabei die Abdeckplatte 10 an eine Innenseite der jeweiligen Schaftwand 6 anstoßen würde.

Weiterhin ist eine in Fig. 3 sichtbare Öffnung 19 in Form eines Spaltes zwischen der Abdeckplatte 10 und jeder der Kastenwände 4 vorgesehen, durch die das zunächst in den Kolbenschaft eingespritzte Öl zumindest teilweise in die äußeren Bereiche zwischen jeweils einer Kastenwand 4 und der Zylinderlaufbahn weiterströmen kann. Die Öffnung 19 entsteht dadurch, dass die Abdeckplatte 10 nicht auf voller Länge an der Unterkante der jeweiligen Kastenwand 4 anliegt, sondern im montierten Zustand ein Abstand verbleibt. Alternativ oder zusätzlich können als Öffnungen auch Ausnehmungen oder Durchbrüche in den

Kastenwänden 4 vorgesehen sein, die für das Öl eine Verbindung zwischen dem Raum innerhalb und außerhalb des Kolbenschaftes herstellen. Nachdem das Öl in Folge der Auf- und Abbewegung durch wiederholten Kontakt mit dem Kolben Wärme aufgenommen hat, gelangt es schließlich durch die Ausnehmung 9, die Einspritzöffnung 17 oder die Aussparung 18 oder an der Zylinderlaufbahn durch einen verbleibenden Umfangsspalt zur Abdeckplatte 10 zurück in das

Kurbelgehäuse.

Mit der erfindungsgemäßen Abdeckeinrichtung 9 und dem erfindungsgemäßen Kolben 1 lassen sich insbesondere kleine Kolben 1 , bei welchen die Herstellung eines Kühlkanals mittels Salz- oder Sandkerns nicht lohnt, vergleichsweise konstruktiv einfach, kostengünstig aber dennoch effektiv kühlen. Durch den mehrmaligen erzwungenen Kontakt des Öls mit dem Kolben 1 kann das zum Kühlen verwendete Öl stärker erhitzt werden und dadurch die Förderleistung einer Ölpumpe und verbunden damit der Kraftstoffverbrauch eines mit einem derartigen Kolben 1 ausgestatteten Verbrennungsmotors gesenkt werden.

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