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Die Erfindung betrifft einen Schaltkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, der auf einer
Pleuelstange um seine Längsachse drehbar gelagert ist und ein in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung der Pleuelstange um die Kolbenlängsachse hin-und herschwenkbares Schaltglied mit zwei Reibflächen aufweist, von denen die erste mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche im Kolben zusammenwirkt, wogegen die zweite Reibfläche des Schaltgliedes mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche an einem im Kolben axial beweglichen Anpressteil zusammenwirkt, wobei zur Herstellung einer kraftschlüssigen
Verbindung des Schaltgliedes mit dem Kolben die Massenkräfte des Anpressteiles und des Schaltgliedes dienen.
Bei Schaltkolben dieser Art, die aus der CH-PS Nr. 482108 bekannt sind, hat das Schaltglied mit den beiden Reibflächen die Form einer Ringscheibe, die-ähnlich wie die Lamelle einer Lamellenkupp- lung-zwischen den parallelen Reibflächen des Kolbens und des Anpressteiles angeordnet ist. Bei solchen
Schaltkolben besteht immer die Tendenz, dass der Kolben nach einer Drehbewegung in der gewünschten oder positiven Richtung eine-wenn auch nicht gleich grosse-Rückwärtsbewegung ausführt, d. h. er neigt zu einer Art drehender Pilgerschrittbewegung. Solche Rückwärtsbewegungen haben eine
Verringerung der positiven Kolbendrehbewegung zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schaltkolben der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass der positiven Drehrichtung entgegengesetzte Bewegungen des Kolbens vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die beiden Reibflächen des Schaltgliedes zur Kolbenlängsachse konisch ausgebildet sind und miteinander einen stumpfen Winkel einschliessen und dass das axiale Spiel des Anpressteiles grösser ist als das axiale Spiel des Schaltgliedes.
Durch die konische Gestaltung der beiden Reibflächen des Schaltgliedes erhält dieses die Form eines
Doppelkonusringes, der einerseits sehr grosse Reibmomente ergibt, durch den aber anderseits in
Verbindung mit den unterschiedlich grossen Spielen des Schaltgliedes und des Anpressteiles stets eine saubere Trennung der zusammenwirkenden Reibflächen am Ende der positiven Kolbendrehbewegung erreicht wird. Es tritt also keine Rückwärtsdrehbewegung des Kolbens mehr auf, was zu einer Beruhigung der Kolbendrehbewegung beiträgt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die beiden konischen Reibflächen des
Schaltgliedes je mit mehreren, über den Umfang des Schaltgliedes verteilten, sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten versehen, wobei eine Begrenzungsfläche jeder Nut mit einer scharfen Kante in die Reibfläche übergeht, wogegen die andere Begrenzungsfläche jeder Nut derart ausgebildet ist, dass sich zwischen ihr und der gegenüberliegenden konischen Reibfläche am Anpressteil bzw. im Kolben ein sich in Umfangsrichtung des Schaltgliedes keilförmig erstreckender Spalt bildet.
Durch diese Gestaltung des Schaltgliedes wird einerseits erreicht, dass eine sichere Mitnahme des Kolbens durch das Schaltglied bei dessen positiver Schwenkbewegung stattfindet, indem die scharfen Kanten eine zwischen den zusammenwirkenden Reibflächen befindliche Ölschicht durchtrennen und wegschälen, wogegen anderseits eine Freilaufbewegung zwischen dem Schaltglied und dem Kolben stattfindet, wenn die positive Schwenkbewegung langsamer ist als die Drehbewegung des Kolbens und die Massenkräfte für sich noch keine Trennung der zusammenwirkenden Reibflächen bewirken.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Teil des Schaltkolbens nach der Erfindung und Fig. 2 und 3 eine Ansicht bzw. eine Draufsicht auf das Schaltglied.
Gemäss Fig. 1 ist eine Pleuelstange --1-- einer Hubkolbenbrennkraftmaschine an ihrem oberen Ende --8-- kugelförmig ausgebildet und mit diesem Ende in einem Kolben --2-- so gelagert, dass sie senkrecht zur Zeichenebene der Fig. l um die Kolbenlagerachse --3-- schwenkbar ist und der Kolben --2-- sich um seine Längsachse --19-- auf dem Pleuelstangenende --8-- drehen kann. Der Kolben --2-- weist zu diesem Zweck oberhalb und unterhalb der Kolbenlagerachse --3-- je eine als Hohlkugelfläche ausgebildete Lagerfläche --4 bzw. 5-- auf, wobei die Lagerfläche --5-- in einem Ring --6-- ausgebildet ist, der mittels eines in den Kolben --2-- eingeschraubten Ringes --7-- gegen das kugelförmige Ende --8-- der Pleuelstange gedrückt wird.
In einer ringnutartigen, auf der Höhe der Kolbenlagerachse --3-befindlichen Aussparung --9-- des kugelförmigen Endes --8-- der Pleuelstange ist ein ringförmiges Schaltglied --10-- vorgesehen, das auf seiner Innenseite zwei axiale, einander diametral gegenüberliegende Nuten --13-- aufweist. In diese Nuten-13-- greift je ein Ende eines Zapfens --14-- ein, der mit seiner Achse --23-- durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Endes --8-- der Pleuelstange --1-- führt und zur
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Kolbenlagerachse --3-- geneigt ist. Durch diese Anordnung des Zapfens --14-- bilden dessen Enden zwei Antriebsteile für das Schaltglied --10--, das im Takt der Schwenkbewegung der Pleuelstange-l-um die
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entgegengesetzten Richtungen erstrecken und einen Winkel von etwa 1400 einschliessen.
Die Reibfläche - wirkt mit einer entsprechend konisch ausgebildeten Reibfläche auf der Innenseite eines ringförmigen Anpressteiles --15-- zusammen, der im Kolben --2-- axial beweglich geführt ist, aber gegen relative Drehung zum Kolben gesichert ist. Zu diesem Zweck sind auf der Oberseite des Anpressteiles - zwei oder mehrere radiale Schlitze --16-- vorgesehen, in die jeweils ein im Kolben --2-- befestigter
Bolzen --17-- ragt. Die Reibfläche --12-- des Schaltgliedes --10-- wirkt mit einer entsprechend konisch ausgebildeten Reibfläche auf der Innenseite eines Ringes --18-- zusammen, der durch nicht dargestellte
Schrauben mit dem Lagerring --6-- und damit über den Schraubring --7-- mit dem Kolben --2-- fest verbunden ist.
Das Schaltglied --10-- hat in axialer Richtung relativ zum Kolben --2-- ein Bewegungsspiel von der
Grösse s. Das Bewegungsspiel des Schaltgliedes ist nach oben durch einen einen Anschlag bildenden Ring - begrenzt, der oberhalb des Schaltgliedes --10-- an einer Schulter des Kolbens --2-- mittels
Schrauben --21-- befestigt ist. Auch der Anpressteil-15-weist in axialer Richtung relativ zum Kolben - ein Bewegungsspiel auf, das jedoch grösser ist als das Bewegungsspiel des Schaltgliedes --10-- und das im gezeichneten Beispiel die Grösse 2s hat.
Wie Fig. 2 und 3 zeigen, weisen die zueinander geneigten Reibflächen-11 und 12-- des Schaltgliedes - mehrere, sich in axialer Richtung erstreckende Nuten --25-- auf, die in bezug auf die Reibflächen in ihrer Längsrichtung gleichmässige Tiefe haben. Die Nuten --25-- werden je auf ihrer in Fig. 3 rechten
Seite von einer vertikalen Fläche --26-- begrenzt, die aussen mit einer scharfen Kante --27-- in die Reibfläche --11 bzw. 12-- übergeht. Die andere Begrenzungsfläche --28-- jeder Nut --25-- verläuft derart, dass sich zwischen ihr und der gegenüberliegenden konischen Reibfläche am Anpressteil-15- bzw. am Ring --18-- ein keilförmiger Spalt bildet.
Die Reibflächen --11 und 12-- bilden mit den
Reibflächen am Anpressteil --15-- bzw. am Ring --18-- einen Reibschluss, sofern die relative Drehbe- wegung in Richtung des Pfeiles --30-- in Fig. 3 stattfindet und die Masse des Anpressteiles --15-- und die des Schaltgliedes --10-- infolge der Kolbenbeschleunigung respektive Verzögerung eine abwärtsgerichtete
Kraft ausüben. Die scharfen Kanten --27-- unterstützen dabei die Bildung des Reibschlusses, indem sie eine zwischen den zusammenwirkenden Reibflächen befindliche Schmierölschicht unterbrechen. Durch das
Anbringen der Keilflächen --28-- wirkt das Schaltglied --10-- dagegen wie ein Freilauf, wenn an- schliessend an den Reibschluss die Schwenkgeschwindigkeit des Schaltgliedes kleiner wird im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit des Kolbens.
Der Freilauf wird unterstützt durch das zwischen den zusammenwirkenden Reibflächen eintretende Schmieröl.
Die Wirkungsweisse des beschriebenen Schaltkolbens ist wie folgt :
Ausgehend vom oberen Totpunkt des Kolbens --2-- bewegt sich der Kolben abwärts, wobei der Anpressteil --15-- und das Schaltglied --10-- infolge ihrer Massenkräfte ihre jeweils obere Endstellung innehaben. Die Reibflächen --11, 12-- des Schaltgliedes --10-- sind also von den zugehörigen Reibflächen des Anpressteiles --15-- und des Ringes --18-- getrennt, so dass die negative Schwenkbewegung des Schaltgliedes --10-- ohne Wirkung auf den Kolben --2-- ist.
Ausser der Abwärtsbewegung unterliegt der Kolben --2-- einer positiven Drehbewegung, die noch von dem vorhergehenden Mitnahmevorgang des Schaltgliedes --10-- herrührt und deren Geschwindigkeit langsam absinkt. 90 nach dem oberen Totpunkt beginnt die positive Schwenkbewegung des Schaltgliedes --10--, wobei mit grösser werdendem Kurbelwinkel die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Schaltgliedes zunimmt. Unter dem Einfluss der Massenkräfte des Anpressteiles --15-- und Schaltgliedes --10-- beginnen diese beiden Teile sich im Kolben in Richtung auf die Reibfläche am Ring --18-- zu bewegen.
Wenn die Drehgeschwindigkeit des Kolbens --2-- und die Schwenkgeschwindigkeit des Schaltgliedes --10-- den gleichen Wert erreicht haben, beginnt die effektive Mitnahme des Kolbens durch das Schaltglied infolge des Reibschlusses zwischen den zusammenwirkenden Reibflächen. Der Beginn dieser Mitnahme liegt etwa 450 vor dem unteren Totpunkt. Da die Schwenkgeschwindigkeit von diesem Zeitpunkt an noch weiter zunimmt, wird die Geschwindigkeit der Drehbewegung des Kolbens bis zum unteren Totpunkt wieder grösser.
Im unteren Totpunkt beginnt-obwohl die
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Massenkräfte des Schaltgliedes und des Anpressteiles noch keine Trennung der zusammenwirkenden Reibflächen bewirken würden-ein Lösen der zusammenwirkenden Reibflächen voneinander, weil die Schwenkgeschwindigkeit des Schaltgliedes rascher abnimmt als die Geschwindigkeit der Drehbewegung des Kolbens und weil sich zwischen den Keilflächen --28-- einerseits und den Reibflächen am Ring --18-- und am Anpressteil-15-anderseits hydrodynamische Schmierö1keile bilden, wodurch das Schaltglied jetzt als Freilauf wirkt.
Es findet also kein Abbremsen der Drehbewegung des Kolbens infolge des langsamer werdenden Schaltgliedes statt. 90 nach dem unteren Totpunkt wechselt die Schwenkbewegung des Schaltgliedes wieder ihre Richtung, d. h. sie wird negativ, was auf die Drehbewegung des Kolbens ohne Einfluss ist, da infolge der Massenkräfte des Schaltgliedes --10-- und des Anpressteiles --15-- diese beiden Teile sich im Kolben wieder in Richtung auf die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegen. Der Kolben erhält bei jeder Mitnahme durch das Schaltglied eine neuen Stoss in der positiven Drehrichtung.
Abweichend von der beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, an Stelle jeder Keilfläche - eine gegenüber der Reibfläche --11 bzw. 12-- vertiefte, hydrodynamisch wirksame Stufenfläche vorzusehen, die an sich bekannt ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, der auf einer Pleuelstange um seine Längsachse drehbar gelagert ist und ein in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung der Pleuelstange um die Kolbenlängsachse hin-und herschwenkbares Schaltglied mit zwei Reibflächen aufweist, von denen die erste mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche im Kolben zusammenwirkt, wogegen die zweite Reibfläche des Schaltgliedes mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche an einem im Kolben axial beweglichen Anpressteil zusammenwirkt, wobei zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung des Schaltgliedes mit dem Kolben die Massenkräfte des Anpressteiles und des Schaltgliedes dienen, da-
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Kolbenlängsachse (19) konisch ausgebildet sind und miteinander einen stumpfen Winkel einschliessen und dass das axiale Spiel (2s)
des Anpressteiles (15) grösser ist als das axiale Spiel (s) des Schaltgliedes (10).