GEBAUTER, FLÜSSIGKEITSGEKÜHLTER KOLBEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen gebauten, flüssigkeitsgekühlten Kolben nach dem Oberbegriff das Patentanspruches.

[0002] Aus, der Offenlegungsschrift DE 41 31 275 A1 ist ein gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben bekannt, der aus einem den Kolbenkopf bildenden Oberteil und einem den Kolbenschaft aufweisenden Unterteil besteht. Das Oberteil und das Unterteil sind durch eine Dehnschraube miteinander verbunden, wobei zwischen dem Kopf der Dehnschraube und einem der Abstützung der Dehnschraube dienender Kragen des Unterteils eine Hülse angeordnet ist, die radiale Bohrungen aufweist, über die in einem inneren Kühlraum angesammeltes Kühlöl abfließen kann.

[0003] Nachteilig ist hierbei zum einen, dass die Dehnschraube einen relativ größen Platzbedarf hat, der eine Reduzierung der Kompressionshöhe und damit eine Reduzierung des axialen Abmessungen des Kolbens verhindert. Zum anderen erfordert der ungehinderte Abffuss von Kühlöl aus dem inneren Kühlraum eine zusätzliche Hülse mit radialen Bohrungen, die die Montage des aus dem Stand der Technik bekannten Kolbens ziemlich aufwändig gestaltet.

[0004] US 3 465 651 A offenbart einen gebauten, flüssigkeitsgekühlten Kolben mit einem Oberteil, das einen Kolbenboden, eine Ringwand, einen Feuersteg und eine Ringpartie aufweist, und einem Unterteil, das Bolzennaben mit Bolzenbohrungen und Schaftelemente aufweist. Oberteil und Unterteil sind über eine radial äußere und eine radial innere ringförmige Auflagefläche miteinander verbunden, wobei sich zwischen der radial äußeren und der radial inneren Auflagefläche ein äußerer Kühlkanal und radial Innerhalb der Inneren Auflagerfläche ein innerer Kühlkanal befindet. Der äußere Kühlkanal ist durch eine Ölzuführung mit dem Kolbeninnenraum und durch einen Überlaufkanal mit dem inneren Kühlkanal verbunden. Der Rücklauf des Kühlmittels aus dem inneren Kühlkanal in den Kolbeninnenraum erfolgt durch mehrere Kanäle, die in dem Unterteil ausgebildet sind.

[0005] Das Oberteil weist auf der dem Kolbenboden abgewandten Seiten entlang der Kolbenachse einen Bolzen mit einem Außengewinde auf, wobei das Oberteil und das Unterteil durch Aufschrauben einer Sechskantmutter auf das Außengewinde des Bolzens miteinander verschraubbar sind.

[0006] Nachteilig ist dabei der komplizierte Aufbau insbesondere des Unterteils, in dem mehrere Kanäle für Kühlmittel ausgebildet werden müssen. Dazu sind geeignete Gießkeme oder mehrere nachträgliche Bearbeitungsschritte erforderlich.

[0007] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kühlmittelführung in einem gebauten Kolben mit einfacheren Mittel zu erreichen.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe mit dem im Kennzeichen des Patentanspruchs stehenden Merkmal.

[0009] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1

einen Schnitt durch einen gebauten, flüssigkeitsgekühlten Kolben entlang einer in Druck- Gegendruckrichtung des Kolbens liegenden Ebene mit einer Seitenansicht der erfindungsgemäßen Sechskantmutter und

Fig. 2

einen Schnitt durch den Kolben entlang einer in Richtung der Längsachse der Bolzenbohrung liegenden Ebene mit einem Schnitt durch die Sechskantmutter gemäß der Erfindung.

[0010] In den Figuren 1 und 2 ist ein zweiteiliger, gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben 1 dargestellt, der aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 besteht. Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 können aus Aluminium, Stahl oder aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG-Gusseisen gemäß DIN 1693) gefertigt sein. Ein Kolbenboden 4 begrenzt die axiale Oberseite des Oberteils 2. An den Außenrand des Kolbenbodens 4 ist eine Ringwand 5 angeformt, deren Außenfläche kolbenbodenseitig einen Feuersteg 6 bildet, woran sich schaftseitig eine Ringpartie 7 mit Ringnuten zur Aufnahme von in den Figuren nicht dargestellten Kolbenringen anschließt.

[0011] An der dem Kolbenboden 4 abgewandten Unterseite des Unterteils 3 sind zwei Bolzennaben 8, 8' mit je einer Bolzenbohrung 9, 9' angeordnet. Hierbei sind die radial äußeren Stirnflächen 29, 29' der Bolzennaben 8, 8' gegenüber der Ringwand 5 nach radial innen versetzt. Die Bolzennaben 8, 8' sind über Schaftelemente 10, 10' miteinander verbunden.

[0012] Das Oberteil 2 und das Unterteil 3 des Kolbens 1 stehen über eine radial innere, ringförmige Auflage 11 und über eine konzentrisch dazu angeordnete, radial äußere, ringförmige Auflage 12 miteinander in Verbindung. Die radial äußere Auflage 12 wird von der kolbenbodenseitigen Stirnfläche eines radial außen umlaufenden Tragsteges 14 gebildet, der kolbenbodenseitig teils an die Schaftelemente 10, 10' (Fig. 1) und teils an die Bolzennaben 8, 8' (Fig. 2) angeformt ist. Im Querschnitt weist die Auflage 12 die Form einer nach radial innen und axial in Richtung des Kolbenbodens 4 gerichteten Stufe 30 auf.

[0013] Beim Zusammenbau des Kolbens 1 können dessen Oberteil 2 und dessen Unterteil 3 dadurch koaxial zueinander ausgerichtet werden, dass die Innenseite der unteren Stirnseite der Ringwand 5 eine zylinderförmige Ausnehmung 31 aufweist, deren Innenform komplementär zur Form der Stufe 30 der äußeren Auflage 12 ist, sodass beim Zusammenbau des Kolbens 1 die Stufe 30 in die Ausnehmung 31 einführbar ist, wodurch die koaxiale Ausrichtung von Ober- und Unterteil des Kolbens 1 erreicht wird.

[0014] Die innere Auflage 11 wird von der ringförmigen, kolbenbodenseitigen Stirnseite eines radial innerhalb des Tragsteges 14 umlaufenden und wie der Tragsteg 14 teils an die Schaftelemente 10, 10' (Fig. 1) und teils an die Bolzennaben 8, 8' (Fig. 2) angeformten Unterteilfußes 15 gebildet. Auf der inneren Auflage 11 liegt das Oberteil 2 des Kolbens 1 über eine auf dessen kolbenbodenabgewandter Seite angeordnete Anformung 32 auf, wobei die kolbenbodenabgewandte Stirnseite der Anformung 32 auf der inneren Auflage 11 aufliegt und zumindest näherungsweise den gleichen radialen Durchmesser wie die innere Auflage 11 aufweist.

[0015] Vom Oberteil 2 und vom Unterteil 3 des Kolbens 1 wird ein im kolbenbodenseitigen Randbereich des Kolbens 1 angeordneter, äußerer Kühlkanal 13 gebildet, dessen radial äußere Begrenzung teils von der Ringwand 5 und teils von dem Tragsteg 14, dessen radial innere Begrenzung von dem Unterteilfuß 15, dessen axial obere Begrenzung vom Kolbenboden 4 und dessen axial untere Begrenzung vom Unterteil 3 des Kolbens 1 gebildet werden. Über mindestens einen in den Kolbeninnenraum 28 mündenden Ölzuführkanal 16 wird Kühlöl in den äußeren Kühlkanal 13 eingeleitet.

[0016] Der Kolben 1 weist einen weiteren, koaxial zur Kolbenachse 17 angeordneten, ringförmigen, inneren Kühlkanal 18 auf, der einen geringeren radialen Durchmesser als der äußere Kühlkanal 13 hat, und der in radialer Richtung gesehen innerhalb des äußeren Kühlkanals 13 angeordnet ist. Axial oben wird der innere Kühlkanals 18 vom Kolbenboden 4, radial außen teils vom Unterteilfuß 15 und teils von einer radial innen an den Unterteilfuß 15 angeordneten, in kolbenbodenabgewandte Richtung sich konisch verjüngende Anformung 33, axial unten von einer weiter unten näher erläuterten Sechskantmutter 19 und radial innen von einem zylindrisch ausgebildeten Bolzen 20 begrenzt, der auf der Unterseite des Kolbenbodens 4 koaxial zur Kolbenachse 17 angeordnet ist. Über nutförmige, in die innere Auflage 11 eingearbeitete Überlaufkanäle 22, 22' ist der äußere Kühlkanal 13 mit dem inneren Kühlkanal 18 verbunden. Der äußere Kühlkanal 13 und der innere Kühlkanal 18 können auch über in den Unterteilfuß 15 eingebrachte Bohrungen miteinander verbunden sein.

[0017] Die Mantelfläche des Bolzens 20 weist einen kolbenbodenabgewandten Endbereich mit einem Außengewinde 23 (Fig. 2) auf, das dem Innengewinde 34 der Sechskantmutter 19 entspricht, sodass die Sechskantmutter 19 auf das Außengewinde 23 des Bolzens 20 aufschraubbar ist.

[0018] Hierbei besteht die Sechskantmutter 19 aus einem Gewindeteil 24 mit dem Innengewinde 34 und einer im radial liegenden Querschnitt betrachtet sechskantigen Außenfläche und einem kolbenbodenseitig daran angeformten Kragen 25, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei radial angeordnete und einander gegenüberliegende Bohrungen, beziehungsweise Fräsungen 26, 27 aufweist, die den inneren Kühlkanal 18 mit dem Kolbeninnenraum 28 verbinden. Ist die Sechskantmutter 19 festgeschraubt, liegt die kolbenbodenseitige Stirnseite, des Kragens 25 an der kolbenbodenabgewandten Stirnseite der Anformung 33 an.

[0019] Vom Kolbeninnenraum 28 ausgehend ergibt sich hierbei ein durchgängiger Ölkanal über den Ölzuführungskanal 16, den äußeren Kühlkanal 13, die Überlaufkananäle 22, 22', den inneren Kühlkanal 18 und die Bohrungen (Fräsungen) 26 und 27 im Kragen 25 der Sechskantmutter 19 zurück zum Kolbeninnenraum 28.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Kolben

2

Oberteil des Kolbens 1

3

Unterteil des Kolbens 1

4

Kolbenboden

5.

Ringwand

6

Feuersteg

7

Ringpartie

8, 8'

Bolzennabe

9, 9'

Bolzenbohrung

10, 10'

Schaftelement

11

innere Auflage

12

äußere Auflage

13

äußerer Kühlkanal

14

Tragsteg

15

Unterteilfuß

16

Ölzuführungskanal

17

Kolbenachse

18

innerer Kühlkanal

19

Sechskantmutter

20

Bolzen

22, 22'

Überlaufkanal

23

Außengewinde des Bolzens 20

24

Gewindeteil der Sechskantmutter 19

25

Kragen der Sechskantmutter

26, 27

Bohrung (Fräsung) im Kragen 25 der Sechskantmutter 19

28

Kolbeninnenraum

29, 29'

Stirnflächen der Bolzennaben 8, 8'

30

Stufe der äußeren Auflage 12

31

Ausnehmung in der Stirnseite der Ringwand 5

32, 33

Anformung

34

Innengewinde der Sechskantmutter

Ansprüche

1. Gebauter, flüssigkeitsgekühlter Kolben (1),

- mit einem Oberteil (2), das einen Kolbenboden (4) und eine Ringwand (5) mit einem Feuersteg (5) und mit einer Ringpartie (7) aufweist, und

- mit einem Unterteil (3), das Bolzennaben (8. 8') mit Bolzenbohrungen (9, 9') und Schaftelemente (10, 10') aufweist,

- wobei das Oberteil (2) und das Unterteil (3) über eine radial äußere, ringförmige Auflage (12) und über eine radial innere, ringförmige Auflage (11) miteinander in Verbindung stehen,

- wobei zwischen der äußeren Auflage (12) und der inneren Auflage (11) ein äußerer Kühlkanal (13) und radial Innerhalb der inneren Auflage (11) ein innerer Kühlkanal (18) angeordnet sind,

- wobei der Kolbeninnenraum (28) mit dem äußeren Kühlkanal (13) über mindestens einen Ölzuführungskanal (16) und der äußere Kühlkanal (13) mit dem inneren Kühlkanal (18) über mindestens einen Überlaufkanal (22, 22') verbunden sind,

- wobei auf der kolbenbodenabgewandten Unterseite des Kolbenbodens (4) koaxial zur Kolbenachse (17) ein Bolzen (20) mit einem Außengewinde (23) angeordnet ist, und

- wobei das Oberteil (2) und das Unterteil (3) des Kolbens (1) mittels einer auf das Außengewinde (23) des Bolzens (20) aufschraubbaren Sechskantmutter (19) miteinander verschraubt sind,

dadurch gekennzeichnet,

- dass die Sechskantmutter (19) kolbenbodenseitig einen Kragen (25) mit mindestens einer radial angeordneten Bohrung oder Fräsung (26, 27) aufweist, die den inneren Kühlkanal (18) mit dem Kolbeninnenraum (28) verbindet.

Claims

1. A liquid-cooled composite piston (1),

- having an upper part (2) that has a piston crown (4) and a ring wall (5) with a top land (6) and a ring belt (7), and

- having a lower part (3) that has pin bosses (8, 8') with pin bores (9, 9') and skirt elements (10, 10'),

- wherein the upper part (2) and the lower part (3) are connected to each other via a radially outer ring-shaped contact surface (12) and via a radially inner ring-shaped contact surface (11),

- wherein an outer cooling channel (13) is disposed between the outer contact surface (12) and the inner contact surface (11), and in inner cooling channel (18) is disposed radially within the inner contact surface (11),

- wherein the piston interior (28) is connected to the outer cooling channel (13) via at least one oil feed channel (16), and the outer cooling channel (13) is connected to the inner cooling channel (18) via at least one overflow channel (22, 22'),

- wherein a pin (20) having an external thread (23) is disposed on the underside of the piston crown (4), which underside faces away from the piston crown, coaxial to the piston axis (17), and

- wherein the upper part (2) and the lower part (3) of the piston (1) are screwed together by means of a hexagonal nut (19) that can be screwed onto the external thread (23) of the pin (20),

characterized in

- that the hexagonal nut (19) has a collar (25) on the piston crown side, said collar having at least one radially disposed bore or milling (26, 27) that connects the inner cooling channel (18) to the piston interior (28).

Revendications

1. Piston (1) en plusieurs parties, refroidi par un liquide,

- comportant une partie supérieure (2) qui comprend une tête de piston (4) et une paroi annulaire (5) pourvue d'un segment de feu (5) et d'un ensemble annulaire (7), et

- comportant une partie inférieure (3) qui comprend des bossages d'axe (8, 8') pourvus d'alésages d'axe (9, 9') et d'éléments de tige (10, 10'),

- la partie supérieure (2) et la partie inférieure (3) étant en liaison l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'un appui annulaire radialement extérieur (12) et d'un appui annulaire radialement intérieur (11),

- un canal de refroidissement (13) extérieur étant disposé entre l'appui extérieur (12) et l'appui intérieur (11), et un canal de refroidissement (18) intérieur étant disposé radialement à l'intérieur de l'appui intérieur (11),

- l'espace intérieur (28) du piston étant relié au canal de refroidissement (13) extérieur par l'intermédiaire d'au moins un canal d'alimentation d'huile (16), et le canal de refroidissement (13) extérieur étant relié au canal de refroidissement (18) intérieur par l'intermédiaire d'au moins un canal de trop-plein (22, 22'),

- dans lequel un boulon (20) pourvu d'un filetage extérieur (23) est agencé sur le côté inférieur de la tête de piston (4), détourné de la tête de piston, coaxialement à l'axe de piston (17), et

- dans lequel la partie supérieure (2) et la partie inférieure (3) du piston (1) sont assemblées l'une avec l'autre par vissage au moyen d'un écrou hexagonal (19) apte à se visser sur le filetage extérieur (23) du boulon (20),

caractérisé en ce que
l'écrou hexagonal (19) comprend du côté tête de piston une collerette (25) pourvue d'au moins un alésage ou fraisage (26, 27) disposé radialement qui relie le canal de refroidissement (18) intérieur à l'espace intérieur (28) du piston.

Zeichnung