DE102004023379A1

DE102004023379A1 - Kolbenbolzen für einen Kolben eines Hubkolbenmotors

Info

Publication number: DE102004023379A1
Application number: DE200410023379
Authority: DE
Inventors: Frank Georg Haubner
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2005-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenbolzen für einen Kolben eines Hubkolbenmotors, bestehend aus einem außenseitig zylindrischen Körper mit einer axialen Durchtrittsöffnung, die im Mittelbereich durch einen Versteifungssteg (10) unterbrochen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenbolzen für einen Kolben eines Hubkolbenmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Maßnahmen im Bereich der Pleuelanlenkung an Kolben eines Hubkolbenmotors bekannt, um den steigenden Spitzendruckanforderungen, die sich insbesondere bei heutigen Dieselmotoren ergeben, gerecht zu werden. Infolge der hohen Spitzendrücke treten sowohl in der Nabe des Kolbens als auch im kleinen Pleuelauge hohe Flächenpressungen auf. Um diese aufzunehmen, ist es bekannt, den Außendurchmesser des Kolbenbolzens zu vergrößern bzw. Lagerbuchsen für die Kolbenbolzen vorzusehen. Das Kolben- bzw. Lagerbuchsenmaterial begrenzt aber die aufnehmbaren Flächenpressungen. Außerdem ist bei einer Vergrößerung des Bolzendurchmessers zur Gewichtsreduzierung eine gegebenenfalls endseitig erweiterte Axialbohrung notwendig.

Kolbenbolzen werden aber im Betrieb verformt. Es ergibt sich grundsätzlich zum einen eine Durchbiegung quer zur Längsachse und zum anderen eine Ovalisierung des Kolbenbolzens. Die Durchbiegung läßt sich wirksam mittels eines größeren Außendurchmessers begrenzen. Da das Flächenmoment zweiter Ordnung in der vierten Potenz in die Biegelinie eingeht, kann der Innendurchmesser deutlich vergrößert werden, wodurch sich eine entsprechende Gewichtsreduzierung ergibt. Dies wirkt jedoch einer Ovalisierung nicht entgegen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kolbenbolzen für einen Kolben eines Hubkolbenmotors zu schaffen, der trotz eines großen Innendurchmessers keine Verschlechterung der Ovalisierung zeigt.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt schematisch einen Kolben eines Hubkolbenmotors mit angelenktem Pleuel teilweise im Schnitt.
2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen eines Kolbenbolzens im Schnitt und in Stirnansicht.
4 und 5 zeigen zusätzliche Ausführungsformen eines Kolbenbolzens im Schnitt.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kolbenbolzens im Schnitt.
Wie in 1 dargestellt, weisen die Kolben 1 eines Hubkolbenmotors eine gabelförmige Nabe 2 auf, die einen gegebenenfalls über Lagerbuchsen 3 darin gelagerten und über Sicherungsringe 4 gesicherten Kolbenbolzen 5 aufnimmt. Auf dem Kolbenbolzen 5 ist über eine Lagerbuchse 6 ein Pleuel 7 mit seinem kleinen Pleuelauge 8 gelagert.
Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform besteht der Kolbenbolzen 5 aus einem außenseitig kreiszylindrischen Körper mit zwei Axialbohrungen 9 die an einem mittig angeordneten Versteifungssteg 10 enden. Während die Axialbohrungen 9 stirnseitig mündende konische Abschnitte 11 aufweisen, ist der Versteifungssteg 10 mit mehreren kleinen, regelmäßig verteilten, gebohrten Durchtrittslöchern 12 versehen. Hierdurch ergibt sich ein leichter, aber steifer Körper, der beispielsweise einen Außendurchmesser von etwa 34 mm und einen Innendurchmesser von 24 mm aufweist und vergleichbare Eigenschaften wie ein Kolbenbolzen ohne Versteifungssteg mit einem Außendurchmesser von 30 mm und einem Innendurchmesser von 15 mm besitzt, d.h. der Außendurchmesser läßt sich bei optimalem Gewicht des Kolbenbolzen 5, d.h. entsprechend großem Innendurchmesser, vergrößern, ohne die Ovalisierung zu verschlechtern. Der Versteifungssteg 10 wirkt der Ovalisierung, die vor allem im Bereich des kleinen Pleuelauges 8 auftritt, entgegen. Da die Neigung zur Ovalisierung außerhalb des kleinen Pleuelauges 8 normalerweise entsprechend gering ist, kann man dort gegebenenfalls mit den Axialbohrungen 9 auskommen.
Wie in 3 dargestellt, kann der Kolbenbolzen 5 auch aus einer Hülse 13 mit einer durchgehenden Axialbohrung 9 bestehen, in die der Versteifungssteg 10 entsprechend eingepreßt ist. Der Versteifungssteg 10 kann dabei die Form einer Scheibe oder auch – wie dargestellt – einer beidseitig konkaven Linse aufweisen.
Während sich bei der in 3 dargestellten Ausführungsform die Axialbohrung 9 der Hülse 13 zu den Stirnseiten des Kolbenbolzens 5 hin konisch erweitert, ist bei der in 4 dargestellten Ausführungsform die Hülse 13 innen- und außenseitig durchgehend kreiszylindrisch und es sind insgesamt drei Versteifungsstege 10, 14, 15 eingepreßt, die sämtlich die Form einer beidseitig konkaven Linse aufweisen. Hierdurch wird auch eine Versteifung im Nabenbereich des Kolbens 1 vorgenommen. Die Linsenkörper der Versteifungsstege 14, 15 bilden hierbei stirnseitig Bereiche entsprechend den konischen Abschnitten 11.
Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform wird ein einteiliger Einsatzkörper 16 verwendet, der drei Versteifungsstege 10, 14, 15 bildet, die durch axiale Verbindungsabschnitte 17 miteinander verbunden sind, wobei letztere von darum rotationssymmetrisch umlaufenden Freiräumen 18 umgeben sind. Der Einsatzköper 16 kann beispielsweise ein Schmiede- oder Preßteil sein.
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform ist der Kolbenbolzen 5 als Preß-, Schmiede- oder Sinterteil (metallisch oder keramisch) komplett gefertigt, wobei der Bereich der axialen Durchtrittsöffnung 19 zur Ausbildung des mit einem Durchtrittsloch 12 versehenen Verstärkungsstegs 10 entsprechend wellig geformt ist. Der Verstärkungssteg 10 ist hierbei ebenfalls in Form einer beidseitig konkaven Linse ausgebildet. Die wellige Ausbildung ermöglicht eine optimale Anpassung an die Aufnahme von zur Ovalisierung führenden Belastungen. – Bei einem Sinterteil kann dieses aber auch wie in 2, 3 dargestellt ausgebildet sein.
Trotz des größeren Außendurchmessers ergibt sich wegen des geringeren Innendurchmessers bzw. wegen der geringen Innenabmessungen eine Gewichtsreduzierung des Kolbenbolzens in der Größenordnung von etwa 20%. Damit einher geht eine Reduzierung der Motorreibung und damit des Kraftstoffverbrauchs. Auch wird die Motorakustik infolge des geringeren Aufschlagimpulses vom Kolben auf das Zylinderrohr verbessert.

Claims

Kolbenbolzen für einen Kolben eines Hubkolbenmotors, bestehend aus einem außenseitig zylindrischen Körper mit einer axialen Durchtrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung im Mittelbereich durch einen Versteifungssteg (10) unterbrochen ist.
Kolbenbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungssteg (10) gelocht ist.
Kolbenbolzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung aus zwei am Versteifungssteg (10) endenden Axialbohrungen (9) besteht.
Kolbenbolzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungssteg (10) in eine den Körper bildende Hülse (13) eingepreßt ist.
Kolbenbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungssteg (10) die Form einer im wesentlichen doppelt konkaven Linse aufweist.
Kolbenbolzen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) innen und außen durchgängig zylindrisch ist.
Kolbenbolzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß drei Versteifungsstege (10, 14, 15) nebeneinander angeordnet sind.
Kolbenbolzen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Versteifungsstege (10, 14, 15) die Form einer im wesentlichen doppelt konkaven Linse aufweisen.
Kolbenbolzen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsstege (10, 14, 15) einen Einsatzkörper (16) bilden.
Kolbenbolzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur der Durchtrittsöffnung an die zur Ovalisierung führenden Belastungen angepaßt verrundet ist.
Kolbenbolzen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Schmiede- oder Preßteil ist.
Kolbenbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Sinterteil ist.
Kolbenbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den seitlichen Randbereichen die Wandstärke zu den Stirnseiten hin abnimmt.