DE102004019010A1

DE102004019010A1 - Kühlkanalabdeckung für einen Kolben eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102004019010A1
Application number: DE200410019010
Authority: DE
Inventors: Günter ZUGSCHWERT
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlkanalabdeckung für einen Kolben (10) eines Verbrennungsmotors in Form einer zweigeteilten Tellerfeder (1), die zur Vermeidung von Verschleiß in ihren Auflagern (9, 12) derart ausgebildet ist, dass sie im entspannten Zustand umfangsseitig eine unterschiedliche ortsabhängige nach radial außen wirkende Federkraft aufweist, wodurch die Tellerfeder unter axialer Vorspannung umfangsseitig mit einer konstanten Flächenpressung an den radial inneren und äußeren im Kühlkanal angeordneten Auflagern (9, 12) anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlkanalabdeckung für einen Kolben eines Verbrennungsmotors mit einem im Kolbenkopf auf Höhe des Kolbenringbandes ringförmig umlaufenden, in Richtung Kolbenschaft hin offenem Kühlkanal, der durch eine zweigeteilte, sich an im Kühlkanal angeordnete radial innere und äußere Auflager abstützende, kreisförmige Tellerfeder abgedeckt ist, wobei der Kolbenschaft mit am Kolbenkopf angehängten Kolbennaben verbunden ist.

Aus der Offenlegungsschrift DE 36 43 039 A1 ist ein mehrteiliger gekühlter Kolben mit einen im Randbereich des Kolbenbodens angeordneten Kühlkanal bekannt, der mit einem im Wesentlichen tellerfederartig ausgebildeten zweiteiligen Blechring abgedeckt ist. Die Befestigung des Blechringes erfolgt durch Umbördeln eines aus der Stirnfläche der Ringwand des Kolbenkopfteiles herausragenden Kragens bzw. durch einzelne in die Ringwand greifende Schrauben oder durch Schweißen bzw. Löten.

Des Weiteren sind Kolben aus den Offenlegungsschriften DD 252 638 A1 und DE 41 34 530 A1 bekannt, bei denen ein zur Abdeckung des nach unten offenen ringförmig umlaufenden Kühlkanals dienendes Wandteils als offener Blechring ausgebildet ist, der unter Ausnutzung seiner elastischen Verformung nach dem Seeger-Ring-Prinzip, d.h. unter Vorspannung in radialer Richtung, in einer Nut am Innenumfang der Kolbenringzone bzw. am Außenumfang der Brennraumwandung liegt.

Aus der DE 197 20 958 A1 ist ein mehrteiliger gekühlter Kolben bekannt, bei dem der Kühlkanal durch einen geschlitzten Blechring, der durch Eindrehen in jeweils der Ringwand und Ringrippe des Kolbens eingebrachte Gewinde erfolgt, verschlossen wird.

Weiterhin sind aus der EP 0 561 817 B1 und EP 0 799 373 B1 einteilige Kühlkanalkolben mit einem im Randbereich des Kolbenbodens angeordneten Kühlkanal bekannt, der ebenfalls mit tellerfederartig ausgebildete bzw. tellerfederartig und mit einem Kragen versehene Abdeckringe verschlossen ist.

Schließlich ist aus der DE 42 08 037 C2 ein mehrteiliger Kolben mit Kühlkanal bekannt, bei dem der unten offenen Kühlkanal durch eine auf ihrem Umfang mindestens zweigeteilte radial fixierte gespannte Tellerfeder, die radial innen und außen an axial entgegengesetzten Seiten frei an Auflagern anliegt, abgedeckt ist.

Nachteilig bei den vorgenannten zweigeteilten Ausführungsformen ist, dass einerseits der kreisförmige Abdeckring bzw. Tellerfeder trotz seiner vorgespannten Einbaulage im Motorbetrieb wegen der Verformung des Kolbens infolge des einwirkenden Druckes der Verbrennungsgase, aber auch wegen der Hin- und Herbewegung des Kolbens und der Massenkraftbelastung des Kühlöls, eine Relativbewegung gegenüber seiner Kolbenauflage ausführt. Anderseits liegen zweigeteilte kreisförmige Tellerfedern umfangsseitig in Einbaulage nicht gleichmäßig mit ihren Stirnflächen an ihrem kreisförmigen Auflager des Kolbens an. Die Tellerfeder bewirkt somit umfangseitig unterschiedliche axiale und radiale Flächenpressungen und Vertormungen an Ihrem Auflager, so dass unter dem Einfluss der vorgenannten Verformungen und Relativbewegung ein erhöhter Verschleiß entsteht, bis letztlich beide Teile der Tellerfeder aus ihrem Auflager herausfallen und den Kolben beschädigen können.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, die erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches.

Vorteilhaft wird dadurch eine zweigeteilte Tellerfeder geschaffen, deren umfangsseitig erzeugte Flächenpressung annährend gleich groß ist, wodurch eine Verringerung des Tellerfederverschleißes erzielt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
1 einen Kolben mit einem Kühlkanal im Halblängsschnitt, verschlossen mit einer erfindungsgemäßen zweigeteilter Tellerfeder;
2 eine vergrößerte Darstellung des Bildausschnits A gemäß 1;
3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Tellerfeder in einer ersten Ausführungsform;
4 eine Seitensicht der Tellerfeder gemäß 2;
5 eine Draufsicht auf die Tellerfeder einer zweiten Ausführungsform;
6 eine Draufsicht auf die Tellerfeder einer dritten Ausführungsform;
1 zeigt einen einteilig ausgebildeten Kolben 10 für einen Verbrennungsmotor in einem aus zwei Hälften bestehenden Schnittbild, von denen die linke Hälfte einen Schnitt des Kolbens 10 entlang der Kolbenachse und die rechte Hälfte einen um 90° dazu versetzten Längsschnitt des Kolbens darstellt.
Der aus Stahl hergestellte Kolben 10 und weist einen Kolbenkopf mit einem Kolbenringband 7 und einen Kolbenboden 2 mit Brennraummulde 5 auf, wobei der Kolbenschaft mit am Kolbenkopf angehängten Kolbenaben 13 verbunden ist. Wie aus 2 ersichtlich, ist im Kolbenkopf auf Höhe des Kolbenringbandes 7 ein ringförmig umlaufender zu den Kolbennaben hin offener Kühlkanal 6 angeordnet, dessen radial äußere Begrenzung und radial innere Begrenzung von der an den Kolbenboden 4 angeformten Ringwand 3 und einer vom Kolbenboden ausgehender Ringrippe 4 bestimmt wird, an der die Kolbennaben 13 angehängt sind. Der Kühlkanal 6 wird mittels einer Kühlkanalabdeckung, die aus einer zweigeteilten Tellerfeder 1 – mit den Teilen 1a und 1b – besteht, verschlossen.
Die auf ihrem Umfang geteilte Tellerfeder 6, die mit ihren jeweiligen Stoßenden 1c und 1d einen Spalt bilden oder aneinander liegen können, liegt mit ihren äußeren Rand 8 in einem als Ausnehmung gebildeten Auflager 9 in der Stirnseite 14 der Ringwand 3 und mit ihren inneren Rand 11 an einem an der Ringrippe 4 angebrach ten als umlaufender Absatz ausgebildeten Auflager 12 unter einer axialen Vorspannung an.
Zur Erzeugung einer entlang des Umfanges der Tellerfeder unterschiedlich nach radial außen wirkenden Federkraft weisen die Federteile 1a und 1b über ihren Umfang verschiedene Federhöhen H auf. Beginnend von ihrem ersten Stoßende 1c steigt die Federhöhe kontinuierlich auf einen Maximalwert an und fällt danach kontinuierlich bis zum Erreichen des zweiten Stoßendes 1d auf seinen Ausgangswert zurück. Die maximale Höhe wird ca. in der Mitte zwischen beiden Stoßenden erreicht, wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß 5 werden die Federteile 1a und 1b derart geformt, dass die Federbreite B₂ zwischen den Stoßenden 1c und 1d ungleich der Federbreite B₁ an den Stoßenden ist. Die Federhöhe ist dabei umfangsseitig gleich groß.
In einer weiteren Ausführung gemäß 6 wird zum Erreichen einer ortsabhängig unterschiedlichen Federkraft weisen die Ränder der Tellerfeder am Innendurchmesser und Außendurchmesser der Tellerfeder 1 umfangsseitig an mehreren Stellen Aussparungen 17 auf. in einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann die Außenkontur der Tellerfeder 1 oval geformt sein, wobei die Innenkontur kreisförmig ausgebildet ist.
Zur Montage jeder Hälfte 1a und 1b der Tellerfeder 1 wird diese an der Stirnseite 14 der Ringwand 3 mit ihrem äußeren Rand 8 von unten aufgelegt, axial nach oben gedrückt, wobei sie axial vorgespannt wird, und anschließend radial nach innen geschoben, sodass sie einerseits mit ihrem inneren Rand 11 auf dem Auflager 12 zu liegen kommt und andererseits mit ihrem äußeren Rand 8 in das Auflager 9 der Ringwand 3 einschnappt. Infolge der erfindungsgemäßen Federausführung liegt die Tellerfeder unter der axialen Vorspannung umfangsseitig mit einer annährend konstanten Flächenpressung an den Auflagern 9 und 12 an.
Die Zu- bzw. Abfuhr von Kühlöl kann auf an sich bekannter Weise dadurch erfolgen, dass entsprechende Bohrungen 15a bzw. 15b in der Tellerfeder 1 vorgesehen sind, oder die Stoßfugen der beiden Federteile 1a, 1b entsprechend groß ausgeführt werden. Als Verdrehsicherung der Tellerfederteile 1a und 1b dienen eine oder zwei Ausformungen 16, die umfangsseitig gegenüberliegend angeordnet sein können und in nicht dargestellte im Kühlkanal angeordnete Nasen eingreifen.

1: Tellerfeder
1a: erstes Tellerfederteil
1b: zweites Tellerfederteil
1c: erstes Stoßende der Tellerfeder
1d: zweites Stoßende der Tellerfeder
2: Kolbenboden
3: Ringwand
4: Ringrippe
5: Brennraummulde
6: Kühlkanal
7a: Kühlöleinlass
7b: Kühlölauslass
8: äußerer Tellerfederrand
9: Auflager/Ausnehmung
10: Kolben
11: innerer Tellerfederrand
12: Auflager/Absatz
13: Kolbennaben
14: Stirnseite
15a, b: Kühlölein- und -auslass
17: Aussparung
16: Verdrehsicherung
H: Tellerfederhöhe
B_1,2: Tellerfederbreite

Claims

Kühlkanalabdeckung (1) für einen Kolben (10) eines Verbrennungsmotors, mit einem im Kolbenkopf auf Höhe des Kolbenringbandes (7) ringförmig umlaufenden, in Richtung Kolbenschaft hin offenen Kühlkanal (6), der durch eine zweigeteilte, sich an im Kühlkanal angeordnete radial innere und äußere Auflager (9, 12) abstützende, kreisförmige Tellerfeder (1) abgedeckt ist, wobei der Kolbenschaft mit am Kolbenkopf angehängten Kolbennaben (13) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Tellerfeder (1) derart ausgebildet ist, dass sie im entspannten Zustand umfangsseitig eine unterschiedliche ortsabhängige nach radial außen wirkende Federkraft aufweist, wodurch die Tellerfeder unter axialer Vorspannung umfangsseitig mit einer konstanten Flächenpressung an den radial inneren und äußeren im Kühlkanal angeordneten Auflagern (9, 12) anliegt.
Kühlkanalabdeckung für einen Kolben eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Tellerfederteil (1a,b) im entspannten Zustand umfangsseitig eine derartige Federhöhe (H) aufweist, dass ein Minimum an ihrem ersten Stoßende (1c) und zweiten Stoßende (1d) erreicht ist, wobei die maximale Federhöhe (H) mittig zwischen beiden Stoßenden angeordnet ist.
Kühlkanalabdeckung für einen Kolben eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Federhöhe zwischen seinem Minimum- Maximum- Minimum kontinuierlich steigend und fallend erfolgt.
Kühlkanalabdeckung für einen Kolben (10) eines Verbrennungsmotors, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Tellerfederteil (1a, 1b) im entspannten Zustand umfangsseitig eine derartige Federbreite (B) aufweist, dass die Federbreite (B₁ ) an den Stoßenden (1c, 1d) ungleich der Federbreite (B₂) zwischen den Stoßenden (1c, 1d) ist.
Kühlkanalabdeckung für einen Kolben (10) eines Verbrennungsmotors, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federhöhe (H) beider Tellerfederteile (1a,b) über ihren Umfang konstant ist.
Kühlkanalabdeckung für einen Kolben (10) eines Verbrennungsmotors, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federhöhe (H) beider Tellerfederteile (1a, b) über ihren Umfang einen Verlauf nach Anspruch 2 aufweist.
Kühlkanalabdeckung für einen Kolben (10) eines Verbrennungsmotors, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder an seinem äußeren und inneren Umfangsrand radiale Aussparungen 17 aufweist.
Kühlkanalabdeckung für einen Kolben (10) eines Verbrennungsmotors, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federhöhe (H) beider Tellerfederteile (1a, 1b) über ihren Umfang konstant ist oder einen Verlauf nach Anspruch 2 aufweist.
Kühlkanalabdeckung für einen Kolben (10) eines Verbrennungsmotors, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Tellerfeder eine oval geformte Außenkontur und eine kreisförmig ausgebildete Innenkontur aufweist.