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WO2013144067A1 - Kolben - Google Patents

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Publication number
WO2013144067A1
WO2013144067A1 PCT/EP2013/056224 EP2013056224W WO2013144067A1 WO 2013144067 A1 WO2013144067 A1 WO 2013144067A1 EP 2013056224 W EP2013056224 W EP 2013056224W WO 2013144067 A1 WO2013144067 A1 WO 2013144067A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
groove
piston
transition
radius
flank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/056224
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Issler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of WO2013144067A1 publication Critical patent/WO2013144067A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/22—Rings for preventing wear of grooves or like seatings

Definitions

  • the present invention relates generally to a machine element having a groove for receiving a e.g. axially force or pressure applied sealing ring, especially a piston for an internal combustion engine with a piston head and a piston skirt.
  • the invention also relates to an internal combustion engine equipped with such a piston and to a machining tool having a geometry of the cutting edge suitable for mounting such a groove.
  • Piston ring is provided.
  • the annular grooves usually have two groove flanks extending in the radial direction of the piston and a groove base aligned parallel to a piston axis.
  • these annular grooves are weak points on the known piston, in principle, two measures come into question to increase the strength of existing between the annular grooves ring lands. On the one hand, an axially higher and thus more stable
  • a larger fillet radius in the transition between the groove flanks and the groove bottom comes into consideration, which in turn raises two problems in principle: Firstly, the groove base diameter must be reduced on the piston so that a piston ring does not press into the radius at the transition. This causes a larger Schadvolumen behind the piston ring and a certain reduction of the annular web strength, since the annular ridge projects over a slightly larger radial depth.
  • annular grooves eg 1, 0 or 1, 2 mm height
  • the quality of processing may be affected if, for example, at the of
  • the present invention therefore deals with the problem of providing a piston of the generic type an improved or at least one alternative embodiment, which is characterized in particular by increased strength in the region of a ring portion of the piston at low height.
  • the present invention is based on the general idea of having a machine element, such as e.g. a per se known piston for a
  • Internal combustion engine having a piston head and a piston shaft and a circumferential in the region of the piston head ring portion, one in the region of
  • Ring part for receiving a piston ring arranged annular groove
  • Each annular groove has two Groove flanks and a groove base, wherein a transition from at least one groove flank is rounded in the groove bottom.
  • the transition starting at the groove flank with a larger radius now has a radius which becomes ever smaller in the direction of the groove base, so that a transition with increasing curvature, starting from the groove flank to the groove base, is created.
  • the transition between groove flank and groove base is thus carried out with a rounding, the curvature of which increases from the groove flank to the groove base, either for example in a continuous radius curve (ideally corresponding to a clothoid or a logarithmic spiral) or simplified by the combination of at least two different radii, namely a first radius at the groove edge merging into a second, smaller radius at the groove bottom.
  • this geometry according to the invention is preferably provided for the annular land adjacent annular groove, but can also be used in other annular grooves.
  • the transition has at least two different radii, namely a first radius on the groove flank merging into a second radius on the groove base, wherein the first radius is greater than the second radius and in particular in a ratio of about 5 , 2 to 1 stands.
  • Ringstegs can be increased accordingly, without this being the case
  • the transition from at least one groove flank into the groove base is designed in the manner of a logarithmic spiral.
  • a logarithmic spiral is a spiral that, with each revolution, reverses the distance from its center, the pole the same factor is increased or decreased. Every straight line through the pole always intersects the logarithmic spiral at the same angle, which is why we also speak of an equiangular spiral.
  • the transition may also be designed in the manner of a clothoid, wherein the clothoid represents a special plane curve, the curvature of which increases linearly and is therefore used in particular in road construction.
  • the logarithmic spiral and the clothoids have a larger radius in the region of the groove flank and a smaller radius in the region of the groove base, and thus a greater curvature.
  • the adjacent surface regions each adjoin one another tangentially or without kinks from the groove flank via the first and the second radius or the section with the continuously increasing curvature to the groove base, thereby avoiding stress concentrations in the region of the boundaries between the individual surface regions ,
  • the upper transition may be formed in such a rounded, but the training at the lower transition for the strength of the annular land is particularly important, since the piston ring is supported here under the effect of the combustion pressure.
  • the upper transition can also be provided in the known manner with a simple radius of curvature between groove flank and groove base.
  • This fillet radius may be between the values of the radii of curvature appearing in the lower transition, equal to one occurring there Radii, preferably equal to the existing smaller groove bottom
  • Radius of curvature or have an even smaller value. In a preferred embodiment, it is selected such that the beginning of the radius on the groove flank is at the same radial position as on the opposite groove flank configured with the curvature profile according to the invention. This provides a substantial compensation for the cutting of the groove, e.g. by acting on the groove edges on the cutting tool acting axial forces and prevents lateral or axial deflection of the tool.
  • the groove flanks extend at right angles to the piston axis, while a straight portion at the groove bottom of a
  • Cylinder surface around the piston axis corresponds.
  • the groove flanks and the groove base can also be aligned at different angles to the piston axis and accordingly have frustoconical surfaces.
  • the fillet according to the invention is also applicable to grooves in which the
  • Groove edges and the groove bottom do not include a right angle, as it is e.g. in grooves for receiving trapezoidal rings is the case.
  • FIG. 1 is a sectional view through a possible embodiment of a piston according to the invention
  • FIG. 2 is a detailed view of a transition between a groove flank and a groove bottom of an annular groove and a suitable for attaching the groove cutting tool
  • FIG. 3 is a view as in Fig. 2, but with a transition in the manner of a clothoid
  • Fig. 4 is a view as in Fig. 2, but with a transition in the manner of a logarithmic spiral.
  • an inventive piston 1 for a non-illustrated internal combustion engine has a piston head 2 and a
  • Piston shaft 3 wherein the piston head 2 has a circumferential ring portion 4 and in the region of this ring portion 4 at least one annular groove 5 for receiving a piston ring 6.
  • the annular groove 5 has in a known manner two groove flanks 7 and 7 'and a groove bottom 8, which connects the two groove flanks 7 and 7' with each other.
  • a transition 9 of at least one groove flank 7, 7 ' is now rounded into the groove base 8, a curvature of this transition 9 increasing starting from the groove flank 7, 7' towards the groove base 8.
  • transition 9 is preferably formed at a lower transition 9, that is, on a side facing away from the piston head 2 with increasing curvature, of course, both transitions 9, that is both the
  • Transition between the groove flank 7 and the groove bottom 8 and the transition 9 between the groove flank 7 'and the groove bottom 8 may be formed with increasing curvature.
  • the inventively designed annular groove 5 can also be applied to other components.
  • the two groove flanks 7, 7 'and a groove bottom 8 has, at least one transition 9 of one of the groove flanks 7,7' rounded in the groove bottom 8 and a
  • Curvature of the transition 9 increases starting from the groove flank 7, 7 'towards the groove bottom 8.
  • the increasing curvature in the region of the transition 9 can be realized in different ways:
  • the transition 9 has at least two different radii Ri and R 2 , namely a first radius R 1 on the groove flank 7 merging into a second radius R 2 on the groove bottom 8, wherein the first radius R 1 is greater than that second radius R 2 .
  • the previous design of the transition with a constant radius of curvature is represented by Ro and an interrupted transition 9.
  • the first radius Ri and the second radius R2 have a ratio of approximately 2: 1 to 8: 1, preferably even of approximately 5.2: 1.
  • Such a ratio of the two radii R1 and R2 is shown in FIG. 2
  • Ringsteges 10 can be increased significantly without the
  • a further embodiment of the transition 9 according to the invention with increasing curvature can be realized, for example, in that the transition 9 of at least one groove flank 7, 7 'into the groove base 8 in the manner of a logarithmic spiral LS (see FIG a clothoid K (see Fig. 3) is formed.
  • a logarithmic spiral LS With each revolution, a distance from its center, the pole, increases by the same factor.
  • the logarithmic spiral LS wraps around the pole with decreasing radius, whereby each straight line through the pole always intersects the logarithmic spiral LS at the same angle.
  • the curvature increases linearly. Both embodiments is thus common in the direction of the groove bottom 8 increasing curvature.
  • annular groove 5 can be arranged adjacent to a top land 13 of the piston 1, it being understood that all other annular grooves 5 can be machined in the same way.
  • Ring section 4 may also be arranged a cooling channel 14 for cooling the piston 1, wherein the piston 1, for example, as
  • Light metal piston in particular as aluminum piston, may be formed.
  • the annular groove 5 according to the invention can in this case in the base material of the piston 1 or in an attached thereto, e.g. cast ring carrier may be formed of a different resilient material.
  • the invention is also in piston 1 of other materials, such as. Steel piston applicable.
  • the distance between the two groove flanks 7 and 7 ' may be constant or may decrease continuously towards the groove bottom 8.
  • transition 9 is not only an increased load capacity of the piston 1 in particular at the annular webs 10, 10 ', 10 "reachable, but it is also possible in particular to form the cylindrical portion 12 at the groove bottom 8 comparatively wide, that is significantly wider as in conventionally rounded transitions, so that in principle a cutting tool 1 1, such as a turning tool, can be used, which cuts only one transition 9 per annular groove 5 according to the invention, without this having to be feared that the cutting blade 1 1 from its cutting plane
  • a cutting tool 1 1 can be used, which at the same time both transitions 9 with mirrored

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

Kolben
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Maschinenelement mit einer Nut zur Aufnahme eines z.B. axial Kraft oder Druck beaufschlagten Dichtungsrings, speziell einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Kolben ausgestattete Brennkraftmaschine sowie ein Bearbeitungswerkzeug mit einer zum Anbringen einer solchen Nut geeigneten Geometrie der Schneidkante.
Gattungsgemäße Kolben mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft sind hinlänglich bekannt, wobei am Kolbenkopf eine umlaufende Ringpartie sowie im Bereich dieser Ringpartie zumindest eine Ringnut zur Aufnahme eines
Kolbenrings vorgesehen ist. Die Ringnuten besitzen dabei üblicherweise zwei in Radialrichtung des Kolbens verlaufende Nutflanken und einen parallel zu einer Kolbenachse ausgerichteten Nutgrund. Gerade diese Ringnuten stellen jedoch Schwachstellen an den bekannten Kolben dar, wobei zur Erhöhung der Festigkeit der zwischen den Ringnuten vorhandenen Ringstege prinzipiell zwei Maßnahmen in Frage kommen. Zum einen kann ein axial höherer und damit stabilerer
Ringsteg ausgebildet werden, wodurch jedoch die Bauhöhe des
erfindungsgemäßen Kolbens und damit sein Gewicht steigt oder die übrigen Ringstege in ihrer Höhe reduziert werden müssen. Als zweite Maßnahme kommt ein größerer Ausrundungsradius im Übergang zwischen den Nutenflanken und dem Nutgrund in Betracht, was jedoch wiederum prinzipiell zwei Probleme aufwirft: Zum einen muss der Nutgrunddurchmesser am Kolben reduziert werden, damit ein Kolbenring nicht in den Radius am Übergang drückt. Dies bewirkt ein größeres Schadvolumen hinter dem Kolbenring sowie eine gewisse Reduzierung der Ringstegfestigkeit, da der Ringsteg über eine etwas größere radiale Tiefe auskragt. Des Weiteren lässt sich bei axial niedrigen Ringnuten (z.B. 1 ,0 oder 1 ,2 mm Höhe), wie sie z.B. bei PKW-Kolben verwendet werden, kein genügend großer Radius mehr vorsehen, da zur Einhaltung der Bearbeitungsqualität an der Werkzeugschneidfläche zwischen den beiden die Nutradien erzeugenden Radien noch ein gerader Abschnitt am Nutgrund vorgesehen werden muss. Ebenfalls kann die Bearbeitungsqualität beeinträchtigt sein, wenn z.B. an der vom
Gasdruck besonders stark belasteten unteren Flanke der obersten Ringnut ein größerer Ausrundungsradius ausgebildet wird als an der weniger stark belasteten oberen Nutflanke. Bei einer zerspanenden Bearbeitung können dadurch im Bereich der Ausrundungsradien Quer- bzw. Axialkräfte auftreten, die sich gegenseitig nicht aufheben und beim Schneiden der Nut ein seitliches
Ausweichen des Schneidwerkzeugs hervorrufen können.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Kolben der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Festigkeit im Bereich einer Ringpartie des Kolbens bei niedriger Bauhöhe auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Maschinenelement, wie z.B. einem an sich bekannten Kolben für eine
Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft sowie einer im Bereich des Kolbenkopfs umlaufenden Ringpartie, eine im Bereich der
Ringpartie zur Aufnahme eines Kolbenrings angeordnete Ringnut mit
unterschiedlichen Radien im Übergang zwischen einem Nutgrund und einer benachbarten Nutflanke auszustatten. Jede Ringnut besitzt dabei zwei Nutflanken sowie einen Nutgrund, wobei ein Übergang von zumindest einer Nutflanke in den Nutgrund ausgerundet ist. Erfindungsgemäß weist nun der Übergang beginnend an der Nutflanke mit einem größeren Radius einen in Richtung des Nutgrunds immer kleiner werdenden Radius auf, so dass ein Übergang mit zunehmender Krümmung, ausgehend von der Nutflanke zum Nutgrund geschaffen wird. Erfindungsgemäß wird somit der Übergang zwischen Nutflanke und Nutgrund mit einer Verrundung ausgeführt, deren Krümmung von der Nutflanke zum Nutgrund hinzunimmt, entweder beispielsweise in einem kontinuierlichen Radienverlauf (idealerweise entsprechend einer Klothoide oder einer logarithmischen Spirale) oder vereinfacht durch die Kombination von zumindest zwei unterschiedlichen Radien, nämlich einem ersten Radius an der Nutflanke übergehend in einen zweiten, kleineren Radius am Nutgrund.
Hierdurch wird in demjenigen Übergangsbereich, in dem am Ringstegradius die höchste Biegespannung wirkt, ein vergleichsweise großer Radius und damit eine reduzierte Kerbwirkung und somit eine erhöhte Belastbarkeit erzielt, ohne dass der Nutgrunddurchmesser an sich geändert werden müsste und ohne dass eine ein Messer eines Schneidwerkzeugs aus der Schneidebene drückende
Kraftkomponente entsteht. Dabei ist denkbar, dass das Schneidwerkzeug einseitig oder aber auch beidseitig mit der vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Geometrie ausgeführt wird, wobei diese erfindungsgemäße Geometrie bevorzugt für die dem Feuersteg benachbarte Ringnut vorgesehen ist, jedoch auch bei anderen Ringnuten eingesetzt werden kann.
Mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Ringnut ist es durch den größeren Radius in dem radial äußeren, an die Nutflanke angrenzenden Teil des
Übergangs möglich, die Belastbarkeit des Ringsteges und damit auch des Kolbens deutlich zu steigern, ohne dass der Ringsteg dicker und damit der Kolben schwerer ausgeführt werden müsste. Durch den kleineren Radius am Nutgrund kann der gesamte Übergang bei gleichem radialen Platzbedarf sogar in Axialrichtung kleiner ausgeführt sein als mit einem einfachen Radius. Ein verringerter axialer Platzbedarf des Übergangs kann vorteilhafterweise z.B. dazu genutzt werden, den geraden Abschnitt am Nutgrund im Interesse der
Bearbeitungsqualität zu vergrößern oder einen axial niedrigeren Kolbenring zu verwenden, um die Bauhöhe des Kolbens insgesamt zu verringern oder um im Interesse der Stabilität Ringstege axial zu vergrößern.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Übergang zumindest zwei unterschiedliche Radien auf, nämlich einen ersten Radius an der Nutflanke übergehend in einen zweiten Radius am Nutgrund, wobei der erste Radius größer ist als der zweite Radius und insbesondere in einem Verhältnis von ca. 5,2 zu 1 steht. Bei einem derartigen "idealen"
Radienverhältnis muss die Nuttiefe bzw. eine radiale Ringdicke nicht geändert werden, wobei jedoch eine Kerbwirkung gegenüber einer Ausführungsform mit einem einfachen Radius stark reduziert und damit die Belastbarkeit des
Ringstegs entsprechend erhöht werden kann, ohne dass hierfür der
Nutgrunddurchmesser verändert werden müsste und ohne dass sich der zur Führung des Werkzeugs nötige zylindrische Bereich am Nutgrund verkleinert. Hierdurch lässt sich insbesondere auch eine stabile Führung eines
Schneidwerkzeugs zum Herstellen der Ringnuten gewährleisten sowie ein unbeabsichtigtes Ausweichen des Schneidwerkzeugs von einer gewünschten Bearbeitungsebene zuverlässig verhindern. Zusätzlich ist das durch den Raum zwischen Nutgrund und innerem Durchmesser des Kolbenrings gebildete
Schadvolumen minimal.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Übergang von zumindest einer Nutflanke in den Nutgrund in der Art einer logarithmischen Spirale ausgebildet. Eine logarithmische Spirale ist eine Spirale, die mit jeder Umdrehung den Abstand von ihrem Mittelpunkt, also dem Pol, um den gleichen Faktor vergrößert bzw. verkleinert. Jede Gerade durch den Pol schneidet die logarithmische Spirale stets unter demselben Winkel, weshalb man auch von einer gleichwinkligen Spirale spricht. Alternativ hierzu kann der Übergang auch in der Art einer Klothoide ausgebildet sein, wobei die Klothoide eine spezielle ebene Kurve darstellt, deren Krümmungsverlauf linear zunimmt und daher insbesondere im Straßenbau eingesetzt wird. Sowohl die
logarithmische Spirale als auch die Klothoide weisen dabei im Bereich der Nutflanke einen größeren und im Bereich des Nutgrunds einen kleineren Radius und damit eine stärkere Krümmung auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung schließen von der Nutflanke über den ersten und den zweiten Radius bzw. den Abschnitt mit der kontinuierlich zunehmenden Krümmung bis zum Nutgrund die benachbarten Flächenbereiche jeweils tangentenstetig bzw. knickfrei aneinander an, wodurch Spannungskonzentrationen im Bereich der Grenzen zwischen den einzelnen Flächenbereichen vermieden werden.
In einer Ausführungsform weist nur der untere, das heißt der dem Kolbenboden abgewandte Nutgrundradius, zwei unterschiedliche Radien bzw. eine
zunehmende Krümmung beginnend von der Nutflanke hin zum Nutgrund auf. Selbstverständlich kann auch der obere Übergang derart ausgerundet ausgebildet sein, wobei jedoch die Ausbildung am unteren Übergang für die Festigkeit des Ringstegs besonders wichtig ist, da sich der Kolbenring hier unter der Wirkung des Verbrennungsdrucks abstützt.
Der obere Übergang kann dagegen auch in der bekannten Weise mit einem einfachen Ausrundungsradius zwischen Nutflanke und Nutgrund versehen sein. Dieser Ausrundungsradius kann zwischen den Werten der in dem unteren Übergang auftretenden Krümmungsradien liegen, gleich einem der dort auftreten Radien, vorzugsweise gleich dem am Nutgrund vorhandenen kleineren
Krümmungsradius sein oder einen noch kleineren Wert aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird er so gewählt, dass der Radiusbeginn an der Nutflanke an derselben radialen Position liegt wie an der gegenüberliegenden, mit dem erfindungsgemäßen Krümmungsverlauf ausgestalteten Nutflanke. Dies bewirkt einen weitgehenden Ausgleich der beim Schneiden der Nut z.B. durch Drehen an den Nutflanken auf das Schneidwerkzeug einwirkenden Axialkräfte und verhindert ein seitliches bzw. axiales Ausweichen des Werkzeugs.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erstrecken sich die Nutflanken rechtwinklig zur Kolbenachse, während ein gerader Abschnitt am Nutgrund einer
Zylinderfläche um die Kolbenachse entspricht. Die Nutflanken und der Nutgrund können aber auch unter anderen Winkeln zur Kolbenachse ausgerichtet und dementsprechend kegelstumpfförmige Flächen aufweisen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Ausrundung auch bei Nuten anwendbar, bei denen die
Nutflanken und der Nutgrund keinen rechten Winkel einschließen, wie es z.B. bei Nuten zur Aufnahme von Trapezringen der Fall ist.
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 Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kolbens,
Fig. 2 eine Detaildarstellung eines Übergangs zwischen einer Nutflanke und einem Nutgrund einer Ringnut sowie eines zum Anbringen der Nut geeigneten Schneidwerkzeugs,
Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit einem Übergang in der Art einer Klothoide,
Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit einem Übergang in der Art einer logarithmischen Spirale.
Entsprechend der Fig. 1 , weist ein erfindungsgemäßer Kolben 1 für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine einen Kolbenkopf 2 und einen
Kolbenschaft 3 auf, wobei der Kolbenkopf 2 eine umlaufende Ringpartie 4 sowie im Bereich dieser Ringpartie 4 zumindest eine Ringnut 5 zur Aufnahme eines Kolbenringes 6 besitzt. Die Ringnut 5 weist dabei in bekannter Weise zwei Nutflanken 7 und 7' sowie einen Nutgrund 8 auf, der die beiden Nutflanken 7 und 7' miteinander verbindet. Erfindungsgemäß ist nun ein Übergang 9 von zumindest einer Nutflanke 7,7' in den Nutgrund 8 ausgerundet, wobei eine Krümmung dieses Übergangs 9 ausgehend von der Nutflanke 7, 7' hin zum Nutgrund 8 zunimmt. Hierdurch ergibt sich im Bereich des Übergangs 9, in dem an einem Ringsteg 10 unter Wirkung des Verbrennungsdrucks die höchste Biegespannung entsteht, ein großer Radius, wodurch eine erhöhte Belastbarkeit erzielt werden kann, ohne dass ein Nutgrunddurchmesser prinzipiell geändert werden müsste, und ohne dass eine auf ein Schneidwerkzeug 11 (vgl. Fig. 2) zum Einschneiden der Ringnuten 5 aus der Schneidebene drückende
Kraftkomponente entsteht. Der erfindungsgemäß ausgebildete Übergang 9 ist dabei vorzugsweise an einem unteren Übergang 9, das heißt auf einer dem Kolbenboden 2 abgewandten Seite mit zunehmender Krümmung ausgebildet, wobei selbstverständlich auch beide Übergänge 9, das heißt sowohl der
Übergang zwischen der Nutflanke 7 und dem Nutgrund 8 als auch der Übergang 9 zwischen der Nutflanke 7' und dem Nutgrund 8 mit zunehmender Krümmung ausgebildet sein kann. Es wird zwar üblicherweise von einem Kolben 1 gesprochen, es ist jedoch klar, dass die erfindungsgemäß ausgestaltete Ringnut 5 auch an anderen Bauelementen Anwendung finden kann. Hierfür kommen insbesondere Wellen, Achsen oder eben Kolben 1 mit mindestens einer umlaufenden Ringnut 5 zur Aufnahme eines Dichtrings in Betracht, die zwei Nutflanken 7, 7' und einen Nutgrund 8 besitzt, Dabei ist zumindest ein Übergang 9 von einer der Nutflanken 7,7' in den Nutgrund 8 ausgerundet und eine
Krümmung des Übergangs 9 nimmt ausgehend von der Nutflanke 7,7' hin zum Nutgrund 8 zu.
Die zunehmende Krümmung im Bereich des Übergangs 9 lässt sich auf unterschiedliche Weise realisieren:
Prinzipiell kann vorgesehen sein, dass der Übergang 9 zumindest zwei unterschiedliche Radien Ri und R2 aufweist, nämlich einen ersten Radius R1 an der Nutflanke 7 übergehend in einen zweiten Radius R2 am Nutgrund 8, wobei der erste Radius R1 größer ist als der zweite Radius R2. In Fig. 2 wird dabei mit Ro und einem unterbrochen gezeichneten Übergang 9 die bisherige Gestaltung des Übergangs mit einem konstanten Verrundungsradius dargestellt. Vorzugsweise weisen dabei der erste Radius Ri und der zweite Radius R2 ein Verhältnis von ca. 2 : 1 bis 8 : 1 , bevorzugt sogar von ca. 5,2 : 1 auf. Ein derartiges Verhältnis der beiden Radien R1 und R2 ist gemäß der Fig. 2
dargestellt, wobei der erste Radius R1 = 1 ,6 mm und der zweite Radius R2 = 0,308 mm beträgt. Bei einem Verhältnis von 5,2 : 1 muss die Nuttiefe nicht geändert werden, wobei jedoch die Kerbwirkung gegenüber der Ausführung mit bisherigem Radius Ro stark reduziert und dadurch die Belastbarkeit des
Ringsteges 10 deutlich erhöht werden kann, ohne dass der
Nutgrunddurchmesser verändert werden muss und ohne dass der zylindrische Bereich 12 am Nutgrund 8 verändert werden müsste, wodurch eine stabile Führung des Schneidwerkzeugs 1 1 gewährleistet und ein Ausweichen desselben von der gewünschten Bearbeitungsebene zuverlässig verhindert werden kann.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Übergangs 9 mit zunehmender Krümmung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Übergang 9 von zumindest einer Nutflanke 7, 7' in den Nutgrund 8 in der Art einer logarithmischen Spirale LS (vgl. Fig. 4) oder in der Art einer Klothoide K (vgl. Fig. 3) ausgebildet ist. Bei der logarithmischen Spirale LS vergrößert sich mit jeder Umdrehung ein Abstand von ihrem Mittelpunkt, dem Pol, um den gleichen Faktor. In umgekehrter Drehrichtung schlingt sich die logarithmische Spirale LS mit abnehmendem Radius immer enger um den Pol, wobei jede Gerade durch den Pol die logarithmische Spirale LS stets unter dem gleichen Winkel schneidet. Bei der Klothoide K hingegen nimmt der Krümmungsverlauf linear zu. Beiden Ausführungsformen ist damit die in Richtung des Nutgrunds 8 zunehmende Krümmung gemein.
Generell kann die so bearbeitete Ringnut 5 benachbart zu einem Feuersteg 13 des Kolbens 1 angeordnet sein, wobei selbstverständlich auch sämtliche andere Ringnuten 5 in der gleichen Weise bearbeitet sein können. Im Bereich der Ringpartie 4 kann darüber hinaus ein Kühlkanal 14 zur Kühlung des Kolbens 1 angeordnet sein, wobei der Kolben 1 an sich beispielsweise als
Leichtmetallkolben, insbesondere als Aluminiumkolben, ausgebildet sein kann. Die erfindungsgemäße Ringnut 5 kann dabei im Grundwerkstoff des Kolbens 1 oder in einem daran angebrachten, z.B. eingegossenen Ringträger aus einem anderen belastbareren Material ausgebildet sein. Die Erfindung ist auch bei Kolben 1 aus anderen Werkstoffen, wie z.B. Stahlkolben anwendbar. Der Abstand der beiden Nutflanken 7 und 7' kann konstant sein oder aber sich zum Nutgrund 8 hin kontinuierlich verringern.
Mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Übergang 9 ist nicht nur eine erhöhte Belastbarkeit des Kolbens 1 insbesondere an dessen Ringstegen 10, 10', 10" erreichbar, sondern es ist insbesondere auch möglich, den zylindrischen Bereich 12 am Nutgrund 8 vergleichsweise breit auszubilden, das heißt deutlich breiter als bei herkömmlich ausgerundeten Übergängen, so dass prinzipiell auch ein Schneidwerkzeug 1 1 , wie z.B. ein Drehmeißel, eingesetzt werden kann, welches lediglich einen Übergang 9 je Ringnut 5 erfindungsgemäß schneidet, ohne dass hierbei befürchtet werden muss, dass das Schneidmesser 1 1 aus seiner Schneidebene läuft. Selbstverständlich ist auch ein Schneidwerkzeug 1 1 einsetzbar, welches gleichzeitig beide Übergänge 9 mit gespiegeltem
erfindungsgemäßen Krümmungsverlauf erzeugt.
*****

Claims

Ansprüche
1 . Bauelement, insbesonder Welle, Achse oder Kolben, mit mindestens
einer umlaufenden Ringnut (5) zur Aufnahme eines Dichtrings, die zwei Nutflanken (7, 7') und einen Nutgrund (8) besitzt, dadurch gekennzeichnet, -dass zumindest ein Übergang (9) von einer der Nutflanken (7,7') in den Nutgrund (8) ausgerundet ist und eine Krümmung des Übergangs (9) ausgehend von der Nutflanke (7,7') hin zum Nutgrund (8) zunimmt.
2. Kolben (1 ) für eine Brennkraftmaschine mit einem Kolbenkopf (2) und
einem Kolbenschaft (3), wobei der Kolbenkopf (2) eine umlaufende
Ringpartie (4) sowie im Bereich der Ringpartie (4) zumindest eine Ringnut (5) zur Aufnahme eines Kolbenrings (6) aufweist, die zwei Nutflanken (7,7') und einen Nutgrund (8) besitzt,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest ein Übergang (9) von einer der Nutflanken (7,7') in den Nutgrund (8) ausgerundet ist,
- dass eine Krümmung des Übergangs (9) ausgehend von der Nutflanke (7,7') hin zum Nutgrund (8) zunimmt.
3. Kolben nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übergang (9) zumindest zwei unterschiedliche Radien (Ri, R2) aufweist, nämlich einen ersten Radius (Ri) an der Nutflanke (7,7') übergehend in einen zweiten Radius (R2) am Nutgrund (8), wobei der erste Radius (Ri) größer ist als der zweite Radius (R2).
4. Kolben nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Radius (Ri) und der zweite Radius (R2) ein Verhältnis von ca. 2 : 1 bis 8 : 1 aufweisen.
5. Kolben nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Radius (Ri) und der zweite Radius (R2) ein Verhältnis von ca. 5,2 : 1 aufweisen.
6. Kolben nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der zumindest eine Übergang (9) von einer der Nutflanken (7,7') in den Nutgrund (8) in der Art einer logarithmischen Spirale (LS) ausgebildet ist, oder
- dass der zumindest eine Übergang (9) von einer der Nutflanken (7,7') in den Nutgrund (8) in der Art einer Klothoide (K) ausgebildet ist.
7. Kolben nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass ausschließlich der dem Kolbenboden (2) abgewandte Übergang (9) zwischen der vom Kolbenboden weiter entfernten Nutflanke (7) und dem Nutgrund (8) mit der zunehmenden Krümmung ausgebildet ist.
8. Kolben nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, - dass die Ringnut (5) benachbart zu einem Feuersteg (13) des Kolbens (1 ) angeordnet ist, und/oder
- dass im Bereich der Ringpartie (4) ein Kühlkanal (14) angeordnet ist.
9. Kolben nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (1 ) als Leichtmetallkolben, insbesondere als
Aluminiumkolben, ausgebildet ist.
10. Kolben nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schneidwerkzeug (1 1 ) zum Schneiden der Ringnut (5) und zum Herstellen des Übergangs (9) vorgesehen ist, wobei das Schneidwerkzeug (1 1 ) zum Schneiden lediglich eines oder beider Übergänge (9) mit einer von der Nutflanke (7, 7') zum Nutgrund (8) zunehmenden Krümmung ausgebildet ist.
1 1 . Brenn kraftmasch ine mit zumindest einem Kolben (1 ) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche 2-10.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017215834A1 (de) * 2017-09-07 2019-03-07 Mahle International Gmbh Kolben
DE102020200153A1 (de) * 2020-01-08 2021-07-08 Mahle International Gmbh Verfahren zur Bearbeitung einer Ringnut
DE102021207405A1 (de) 2021-07-13 2023-01-19 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Stahlkolben für einen Verbrennungsmotor
DE102021208696B4 (de) * 2021-08-10 2024-07-25 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Kolben für einen Verbrennungsmotor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3928491A1 (de) * 1989-08-29 1991-03-07 Mahle Gmbh Oelringnut eines tauchkolbens fuer verbrennungsmotoren
JP2009228685A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Teikoku Piston Ring Co Ltd 板バネ付きピストンリング及びピストンとピストンリングの組合せ
DE102009027647A1 (de) * 2009-07-13 2011-01-20 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19833825C1 (de) * 1998-07-28 1999-12-16 Man B & W Diesel Ag Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE10118910B4 (de) * 2001-04-19 2010-04-22 Man Diesel Se Kolbenringanordnung
DE10127172B4 (de) * 2001-06-05 2005-07-21 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Kolben für einen Verbrennungsmotor
JP2008115825A (ja) * 2006-11-08 2008-05-22 Yamaha Motor Co Ltd 内燃機関およびそれを備えた車両

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3928491A1 (de) * 1989-08-29 1991-03-07 Mahle Gmbh Oelringnut eines tauchkolbens fuer verbrennungsmotoren
JP2009228685A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Teikoku Piston Ring Co Ltd 板バネ付きピストンリング及びピストンとピストンリングの組合せ
DE102009027647A1 (de) * 2009-07-13 2011-01-20 Federal-Mogul Nürnberg GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor

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