DD242258A5

DD242258A5 - Kolben, insb. fuer eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DD242258A5
Application number: DD85284770A
Authority: DD
Inventors: Philippe Ayoul
Original assignee: ��K@�}��@��@��@��@�K�K�K�Kk��
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1987-01-21
Also published as: PL256834A1; KR940006053B1; EP0185352B1; EP0185352A1; NO161140C; FR2575227B1; CS274608B2; FI854960A0; NO161140B; US4662319A; YU46849B; AU5121285A; JPH0686844B2; ES8705570A1; JPS61152944A; DK592785A; FI80950B; BR8506391A; CN85108901A; IN165190B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben, insbesondere fuer eine Verbrennungskraftmaschine, der aus einem Kopf (1) und einem Kolbenkoerper (2) mit einem Lager (6) besteht, in dem eine starr am Ende einer Kolbenstange (3) befestigte Gelenkachse (10) sitzt und das auf der Seite des Kolbenkopfes eine Lagerschalenwand (7) mit kontinuierlicher Auflageflaeche (8) besitzt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf auf dem Kolbenkoerper (2) ueber mindestens zwei kreisfoermige Stuetzflaechen (4, 5) aufliegt und dass der Teil des Kolbenkoerpers (2), der die Lagerschalenwand (7) mit den Stuetzflaechen (4, 5) verbindet, aus mindestens zwei duennen Trennwaenden (11, 12) mit im wesentlichen kegelstumpffoermiger Gestalt besteht, deren Mittelachsen (13, 14, 15, 16) geradlinig sind und die sich auf je einer der Stuetzflaechen (4, 5) abstuetzen. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Kopf und einem Kolbenkörper mit einem Lager, in dem eine starr am Ende einer Kolbenstange befestigte Gelenkachse sitzt und das auf der Seite des Kolbenkopfes eine Lagerschalenwand mit kontinuierlicher Auflagefläche besitzt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Kolben werden oft aus einer Leichtmetallegierung hergestellt, wenn die Betriebsdrücke nicht allzu hoch sind. Erreichen diese jedoch z. B. 200 Bar, dann treten in der Lagerschalenwand Belastungen auf, die die Möglichkeiten solcher Leichtmetallegierungen übersteigen. Bei Übergang auf widerstandsfähigeres Material, beispielsweise auf Gußeisen, muß aber auch die konstruktive Struktur des Kolbens verändert werden, da sonst das Gewicht des Kolbens und die Belastungen auf Grund thermischer Effekte zu groß werden.

Man kann in bekannterWeise diese konstruktive Struktur dadurch verbessern, daß man einen Führungszylinder des Kolbens getrennt vom eigentlichen Kolbenkörper ausbildet. Die Verwendung eines anderen Materials für diesen Führungszylinder ermöglicht die Berücksichtigung besonderer Erfordernisse, wie z. B. einen geringen Reibungsbeiwert und ein geringeres Gewicht.

Der Kolben bleibt dann immer noch deutlich schwerer, als wenn er ganz aus einer Leichtmetallegierung wäre. Andererseits ist aus der DE-AS 1 081289 ein Kolben bekannt, bei dem ein Kopf mit einem Führungszylinder aus einem Stück hergestellt ist und ein Kolbenkörper mit einer Lagerschale zur Aufnahme eines mit dem Ende einer Kolbenstange fest verbundenen Gelenkteils ein weiteres Bauteil bildet. Das Lager besitzt auf der Seite des Kolbenkopfes eine Lagerschalenwand mit kontinuierlicher Auflagefläche. Der Kolbenkörper weist ein Übertragungs-und Verteilelement zur Übertragung der mechanischen Kräfte vom Kopf auf die Achse auf, das eine einzige dünne und in Höhe der Auflagefläche des Kopfes kreisförmige Wand besitzt, die in Höhe der Achse abgeflacht ist. Eine derartige Wand kann aber nicht die hohen Betriebsdrücke aushalten, da der Kopf geometrisch unzureichend stabilisiert ist und im übrigen an den Rippen, die zur Versteifung der Auflagefläche der Achse bestimmt sind, sehr hohen Belastungen ausgesetzt ist. Außerdem ist es nicht möglich, bei dieser Konstruktion den Führungszylinder getrennt und somit aus einem leichteren Metall herzustellen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile der bekannten Kolben im Einsatz bei hohen Betriebsdrücken zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kolben anzugeben, der aus einem widerstandsfähigen Material, beispielsweise Gußeisen, besteht und in der Lage ist, sehr hohe Betriebsdrücke auszuhalten. Dabei soll das Gewicht des Kolbens nicht wesentlich größer als das eines üblichen Leichtmetallkolbens sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kopf auf dem Kolbenkörper über mindestens zwei kreisförmige Stützflächen aufliegt und daß der Teil des Kolbenkörpers, der die Lagerschalenwand mit den Stützflächen verbindet, aus mindestens zwei dünnen Trennwänden mit im wesentlichen kegelstumpfförmiger Gestalt besteht, deren Mittelachsen geradlinig sind und die sich auf je einer der Stützflächen abstützen.

Es ist vorteilhaft, daß für jeden Kolbenquerschnitt die Schnittpunkte der Mittelachsen derTrennwände bezüglich der Auflagefläche der Lagerschalenwand auf der Seite der Gelenkachse liegen. Die Schnittpunkte der Mittelachsen derTrennwände bilden mit der Auflagefläche der Lagerschalenwand aufeinanderfolgende Segmente und/oder Bogenlinien, deren Verhältnis der kleinsten zur größten Länge mindestens 0,1 beträgt. Der Kolben weist eine ringförmige Wand auf, die die Stützflächen des Kolbenkörpers miteinander verbindet.

Nach einer weiteren Ausführungsform definiert die Ringwand einerseits mit den kegelstumpfförmigen Trennwänden und der Lagerschalenwand einen ersten Ringraum und andererseits mit dem Kopf des Kolbens einen zweiten Ringraum, wobei diese beiden Ringräume über Kanäle miteinander in Verbindung stehen und von einem Kühlfluid durchflossen sind.

Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung werden Hohlräume an Stellen geschaffen, an denen unter Belastung keine Kräfte auftreten, während die auftretenden Kräfte über solide Wände aus widerstandsfähigem Material vom Kolbenkopf.auf die Lagerachse übertragen werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1: zeigt einen Längsschnitt durch den Kolben;

Fig. 2: stellt einen Schnitt entlang der Linie H-Il in Fig. 1 dar, wobei die Kolbenstange mit ihrer Achse weggelassen wurde; Fig. 3: zeigt einen Schnitt entlang der Linie Ill-Ill in Fig. 2.

Der erfindungsgemäße Kolben besitzt einen Kopf I.und einen Körper 2, derauf einer Kolbenstange 3 über eine Gelenkachse 10 gelenkig aufsitzt.

Der Kopf 1 stützt sich auf dem Körper 2 über zwei kreisförmige Stützflächen 4 und 5 ab. Der Kopf 1 und der Körper 2 werden durch nicht dargestellte bekannte Befestigungsmittel miteinander verbunden. In gleicherweise ist auch ein Führungszylinder 2 A mit dem Körper verbunden. Dieser Führungszylinder könnte aber auch mit dem Körper ein Bauteil bilden.

Der Körper 2 besitzt ein Lager 6, das auf der Seite des Kolbenkopfes von einer Lagerschalenwand 7, die eine über die ganze Breite des Körpers kontinuierlich durchlaufende Halblagerschale definiert, und auf der Seite der Kolbenstange von zwei Lagerschalenhälften 9 gebildet wird, die zu beiden Seiten der Kolbenstange liegen. Nur eine dieser Schalenhälften ist in Fig. 1 sichtbar, da die Figur einen Schnitt darstellt. Die beiden Lagerschalenhälften 9 sind dagegen in Fig. 2 sichtbar. Die Lagerschalenwand 7 bestimmt eine halbkreisförmige Auflagefläche 8 über die ganze Breite des Kolbenkörpers, wie in Fig. 2 zu sehen ist.

Im Lager 6 liegt die Gelenkachse 10 einer Kolbenstange 3, mit der sie durch nicht dargestellte Mittel fest verbunden ist. Ein Lagerkissen könnte natürlich zwischen dem Lager 6 und der Gelenkachse 10 eingefügt werden.

Die Lagerschalenwand 7 ist mit jeder der kreisförmigen Stützflächen 4 und 5 über dünne Trennwände 11; 12 von im wesentlichen kegelstumpfförmiger Gestalt verbunden. Die Dicke und das Profil dieser Trennwände sind nicht notwendigerweise konstant, sondern variieren vorzugsweise abhängig von der Lage in einer waagerechten Schnittebene. Fig. 3 zeigt die besondere Form dieser Trennwände 11 und 12.

Die Stützflächen 4 und 5 sind miteinander über eine ringförmige Wand 19 verbunden. Diese Ringwand 19 verbindet also die Enden derTrennwände 11 und 12 und trägt aktiv zur Versteifung des Kolbenkörpers bei. Diese Ringwand 19 definiert einerseits mit den Trennwänden 11 und 12 und der Lagerschalenwand 7 einen Ringraum 20, sowie andererseits mit dem Kopf 1 einen Ringraum 27.

Dasfür die Schmierung und Kühlung notwendige Öl wird durch einen Einlaß im Inneren der Kolbenstange eingeführt und strömt dann entlang einer Rille 25, die in die Auflagefläche 8 der Lagerschalenwand 7 oder in ein gegebenenfalls dort vorhandenes Kissen eingelassen ist. Von dort strömt das Öl durch zwei Rillen 33, die gut in Fig. 2 zu sehen sind und ebenfalls in die Auflagefläche 8 der Lagerschalenwand 7 eingelassen sind. Zwei senkrechte Kanäle 24 gehen von diesen Rillen 33 aus und münden in den Ringraum 27. Von dort strömt das Öl durch gleichmäßig verteilte Kanäle 23 in einen zentralen Raum 32 und schließlich über Kanäle 22 und den Ringraum 20 sowie Kanäle 21 an die Innenseite des Führungszylinders 2 A, von wo das Öl in eine Ölwanne zurückfließt.

Die Schnittpunkte 17 und 18 der mittleren Achsen 14; 15 bzw. 13; 16 derTrennwände 11 und 12 liegen bezüglich der Auflagefläche 8 des Lagers 7 auf der Seite der Gelenkachse 10.

Fig. 2 zeigt andere Mittelachsen derTrennwände 11 und 12, nämlich die Mittelachsen 14A; 15Abzw. 13 A; 16 A. Die Schnittpunkte 17 A; 18A dieser Achsen liegen bezüglich der Auf lagefläche 8 der Lagerschalenwand 7 auf der Seite der Gelenkachse 10. Ganz allgemein gilt für jeden Achsschnitt des Kolbens, d.h. für alle Schnittebenen, die zwischen den Schnittebenen der Figuren 1 und

2 liegen, daß die Schnittpunkte der Mittelachsen auf der Seite der Gelenkachse 10 liegen. ·

Die Schnittpunkte 28; 29; 30; 31 der Mittelachsen 13; 14; 15; 16 mit der Auflagefläche 8 des Lagers 7 bestimmen aufeinanderfolgende Segmente oder Bogenlinien zwischen den Punkten 28 und 29; 29 und 30; 30 und 31. Das Verhältnis der kleinsten zur größten Länge dieser Segmente beträgt mindestens 0,1. Vorzugsweise sind die Längen dieser Segmente alle in etwa gleich groß, so daß die auf die Auflagefläche 8 zwischen den Punkten 28 und 31 auftreffenden Kräfte möglichst gleichmäßig verteilt werden.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Kolben, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einem Kopf (1) und einem Kolbenkörper (2) mit einem Lager (6), in dem eine starr am Ende einer Kolbenstange (3) befestigte Gelenkachse (10) sitzt und das auf der Seite des Kolbenkopfes eine Lagerschalenwand (7) mit kontinuierlicher Auflagefläche (8) besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß der Kopf auf dem Kolbenkörper (2) über mindestens zwei kreisförmige Stützflächen (4; 5) aufliegt, und daß der Teil des Kolbenkörpers (2), der die Lagerschalenwand (7) mit den Stützflächen (4; 5) verbindet, aus mindestens zwei dünnen Trennwänden (11; 12) mit im wesentlichen kegelstumpfförmiger Gestalt besteht, deren Mittelachsen (13; 14; 15; 16) geradlinig sind und die sich auf je einer der Stützflächen (4; 5) abstützen.
2. Kolben nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für jeden Kolbenquerschnitt die Schnittpunkte (17; 18) der Mittelachsen (14; 15; 13; 16) der Trennwände (11; 12) bezüglich der Auf lagefläche (8) der Lagerschalenwand (7) auf der Seite der Gelenkachse (10) liegen.
3. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Schnittpunkte (28-31) der Mittelachsen (13-16) der Trennwände (11; 12) mit der Auflagefläche (8) der Lagerschalenwand (7) aufeinanderfolgende Segmente und/oder Bogenlinien bilden, deren Verhältnis der kleinsten zur größten Länge mindestens 0,1 beträgt.
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß er eine ringförmige Wand (19) aufweist, die die Stützflächen (4; 5) des Kolbenkörpers miteinander verbindet.
5. Kolben nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Ringwand (19) einerseits mit den kegelstumpfförmigen Trennwänden (11; 12) und der Lagerschalenwand einen ersten Ringraum (20) und andererseits mit dem Kopf (1) des Kolbens einen zweiten Ringraum (27) definiert, wobei diese beiden Ringräume über Kanäle (22; 23) miteinander in Verbindung stehen und von einem Kühlfluid durchflossen sind.