DE102012010967A1

DE102012010967A1 - Crosshead/piston unit for e.g. piston engine, has cross-head bolts utilized for transmitting normal lateral forces of cross head on cap-shaped trained guide bush, and closure formed by work area and metal sheet tabs

Info

Publication number: DE102012010967A1
Application number: DE201210010967
Authority: DE
Inventors: Hermann GOLLE
Original assignee: Golle Motor GmbH
Current assignee: HUSS, JUERGEN, DE
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-05

Abstract

The unit has a tubular-shaped cross head (8) utilized for transferring, branching and forwarding piston force on an oscillating connecting rod. A bearing foot (2) of a piston rod (1) applies piston force directly to a connecting rod small end (4) of a connecting rod (6) that is inter-positioned in a bearing shell (3). Cross-head bolts (7) are utilized for transmitting normal lateral forces of the cross head on a cap-shaped trained guide bush (9). A closure is formed by a work area (17) and metal sheet tabs. The guide bush is projected into an inner contour of a piston (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreuzkopf/Kolben-Einheit für eine Kolbenmaschine, bei welcher durch besondere Mittel eine einfache und raumsparende Bauweise für die direkte Kraftübertragung von der Kolbenstange zum Pleuel, sowie eine öl- und gasdichte Trennung zwischen dem Kurbeltrieb und der Kolben/Zylinder-Gruppe erreicht wird.The invention relates to a crosshead / piston unit for a piston engine, wherein by special means a simple and space-saving design for direct power transmission from the piston rod to the connecting rod, and an oil and gas-tight separation between the crank mechanism and the piston / cylinder group is reached.

Kreuzkopfkonstruktion sind in mannigfachen Ausführungen bekannt. In Kolbenmaschinen finden sie vorzugsweise Anwendung bei großen Schiffsdieselmotoren und großen Kolbenkompressoren, aber auch bei kleineren Motoren und Maschinen.Phillips construction are known in manifold versions. In piston engines, they are preferably used in large marine diesel engines and large reciprocating compressors, but also in smaller engines and machines.

Besondere Anforderungen bezüglich kleinstmöglicher Einbauverhältnisse, spezieller Abdichtungen und fertigungstechnisch einfachster Ausführungen bestehen hierbei nicht.Special requirements with regard to the smallest possible installation conditions, special seals and manufacturing technology simplest versions do not exist here.

In der FR 833509 A ist ein zweiteiliger rohrförmiger Kreuzkopf beschrieben, bei welchem die Kraftübertragung auf die Pleuelstange in der bisher bekannten Weise über einen Bolzen (5) erfolgt. Damit stellt diese Ausführung keine Neuheit hinsichtlich der Kraftführung dar.In the FR 833509 A a two-part tubular crosshead is described in which the power transmission to the connecting rod in the manner known hitherto via a bolt ( 5 ) he follows. Thus, this design is not a novelty in terms of power management.

Die CH 294 10 A zeigt ebenfalls einen rohr- bzw. topfförmigen Kreuzkopf, aber auch hier erfolgt die Kraftübertragung auf die Pleuelstange (1) über einen quer liegenden Bolzen (13). Der Kopf der Pleuelstange (1) wird zur Kraftübertragung nicht herangezogen.The CH 294 10 A also shows a tubular or cup-shaped crosshead, but also here is the power transmission to the connecting rod ( 1 ) via a transverse bolt ( 13 ). The head of the connecting rod ( 1 ) is not used for power transmission.

Die DE 38 86 903 T2 beschreibt eine Ausführung eines Kreuzkopfes mit zwei Gleitschuhen und mit einem Pleuelzapfen (Kreuzkopfstift), der im Pleuelauge gelagert und mit der Kolbenstange direkt verbunden ist. Dabei wird Anspruch auf eine direkte Lastübertragung zwischen Pleuelstange und Kolbenstange erhoben. Dies ist jedoch nicht der Fall, denn die Lastübertragung erfolgt nur indirekt über den im Pleuelauge (36) drehbaren Kreuzstift (40) und nicht über die Pleuelaugenaußenkontur (34).The DE 38 86 903 T2 describes an embodiment of a crosshead with two sliding shoes and with a crankpin (Phillips pin), which is mounted in the connecting rod and directly connected to the piston rod. This claim is levied on a direct load transfer between connecting rod and piston rod. However, this is not the case, because the load is transmitted only indirectly via the in the connecting rod ( 36 ) rotatable cross pin ( 40 ) and not on the Pleuelaugenaußenkontur ( 34 ).

Bei der EP 0 366 841 A1 ist der Pleuelzapfen in besonderer Weise in den Kreuzkopf eingeschraubt, eine vorwiegend für Großmotoren einsetzbare Lösung. Auch hier erfolgt die Kraftübertragung vom Kreuzkopf (12) auf die Pleuelstange (38) über den Zapfen (34). Eine direkte Kontaktfläche zwischen dem Kopf der Pleuelstange (38) und der Innenkontur des Kreuzkopfes (12) existiert nicht.In the EP 0 366 841 A1 the connecting rod is screwed in a special way in the crosshead, a solution that can be used mainly for large engines. Again, the power is transmitted from the crosshead ( 12 ) on the connecting rod ( 38 ) over the pin ( 34 ). A direct contact surface between the head of the connecting rod ( 38 ) and the inner contour of the crosshead ( 12 ) does not exist.

Auch andere, für die vorliegende Erfindung relevante Druckschriften wie DE 1 264 882 A1 , DE 42 06 122 A1 , DE 693 19 154 T2 , EP 0774 079 B1 , EP 0899 978 A2 , GB 135 440A , US 4 593 608 A beschreiben Kreuzkopfbauarten mit besonderen Ölzuführungen, Verbindungen von Kreuzkopf und Kolbenstange, mehrteilige Kreuzköpfe sowie Ausführungen für sehr große Kolbenmaschinen.Also, other relevant to the present invention pamphlets such DE 1 264 882 A1 . DE 42 06 122 A1 . DE 693 19 154 T2 . EP 0774 079 B1 . EP 0899 978 A2 . GB 135 440A . US 4 593 608 A describe crosshead types with special oil feeds, crosshead and piston rod connections, multi-part crossheads and designs for very large reciprocating engines.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kraft vom Kreuzkopf auf das schwingende Pleuel direkt, d. h. mit Einbeziehung des Pleuelkopfes zu übertragen und eine einfache Kreuzkopf/Kolben-Einheit mit öl- und gasdichter Trennung zwischen Triebwerk und Kolben/Zylinder-Gruppe zu schaffen.The invention is based on the object, the power from the crosshead on the oscillating connecting rod directly, d. H. to transfer with the inclusion of the connecting rod and to create a simple crosshead / piston unit with oil and gas-tight separation between the engine and piston / cylinder group.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die von einer Kolbenstange ausgeübte Druckkraft auf den Kopf einer Pleuelstange übertragen wird, wobei keine Kraftverzweigung über Teile des Kreuzkopfes erfolgt. Ein Kreuzkopfbolzen, der im Kreuzkopf angeordnet ist, dient lediglich zur Übertragung der Normalkräfte vom rohrförmig ausgebildeten Kreuzkopf auf eine Führungsbuchse.This object is achieved in that the pressure exerted by a piston rod pressure force is transmitted to the head of a connecting rod, with no force branching over parts of the crosshead. A crosshead bolt, which is arranged in the crosshead, serves only for transmitting the normal forces from the tubular crosshead to a guide bushing.

Der Kreuzkopf arbeitet in dieser hutförmigen Führungsbuchse, die gegenüber der Kolben/Zylinder-Gruppe gas- und öldicht abgeschlossen ist. Eine Stangendichtung ist in der Führungsbuchse angeordnet, sie umschließt die Kolbenstange und dichtet den Kurbeltrieb von der Kolben/Zylinder-Gruppe hermetisch ab.The crosshead operates in this hat-shaped guide bushing, which is sealed against the piston / cylinder group gas and oil-tight. A rod seal is located in the guide bushing, encloses the piston rod and hermetically seals the crank mechanism from the piston / cylinder group.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment.

Die Zeichnungen zeigen:The drawings show:

1 einen Schnitt durch die Kreuzkopf/Kolben-Einheit, 1 a section through the crosshead / piston unit,

2 einen Schnitt durch die Einheit, 90° zu 1 versetzt, 2 a section through the unit, 90 ° to 1 offset

3 einen Schnitt analog 2 bei veränderten Einzelteilen. 3 a section analog 2 with changed items.

4 einen Schnitt nach der Linie I-I in 1 4 a section along the line II in 1

In der 1 ist die Kolbenstange 1 mit einem Lagerfuß 2 versehen, welcher unter Zwischenschaltung einer Lagerschale 3 direkt auf dem Pleuelkopf 4 gleitet. Damit geht die vom Kolben 5 in die Kolbenstange 1 eingeleitete Gaskraft direkt auf den Pleuelkopf 4 und damit auf das schwingende Pleuel 6 über. Eine Kraftleitung über einen quer zur Längsachse liegenden Bolzen findet nicht statt. Ein solcher Bolzen, als Kreuzkopfbolzen 7 bezeichnet, ist zwar vorhanden, aber er dient lediglich zur Übertragung der Seitenkräfte (bei schrägstehendem Pleuel 6) auf einen rohrförmig ausgebildeten Kreuzkopf 8. Dieser Kreuzkopf 8 ist in der Führungsbuchse 9 spielarm gelagert und hält die Kolbenstange 1 und damit den Kolben 5 frei von jeglichen Seitenkräften. Der Kreuzkopfbolzen 7 ist einerseits im Pleuelkopf 4, andererseits im Kreuzkopf 8 gelagert. Über ihn und nur über ihn wird die bei Schrägstellung des Pleuel 6 entstehende Normalkraft (Seitenkraft) auf den Kreuzkopf 8 und damit auf die Führungsbüchse 9 übertragen.In the 1 is the piston rod 1 with a bearing foot 2 provided, which with the interposition of a bearing shell 3 directly on the connecting rod 4 slides. This goes from the piston 5 into the piston rod 1 initiated gas power directly on the connecting rod 4 and thus on the swinging connecting rod 6 above. A power line over a transverse to the longitudinal axis bolt does not take place. Such a bolt, as a crosshead bolt 7 denotes, is indeed present, but it serves only for the transmission of lateral forces (with inclined connecting rod 6 ) on a tubular crosshead 8th , This crosshead 8th is in the guide bush 9 stored with low backlash and holds the piston rod 1 and with it the piston 5 free of any lateral forces. The crosshead bolt 7 is on the one hand in the connecting rod 4 , on the other hand in the Phillips 8th stored. About him and only about him is the inclination of the connecting rod 6 resulting normal force (lateral force) on the crosshead 8th and thus on the guide bush 9 transfer.

Diese hutförmige Führungsbuchse 9 ragt erfindungsgemäß in den Kolben 9 hinein und trennt das innerhalb derselben befindliche und mit Vollschmierung (z. B. Druckumlaufschmierung) arbeitende Triebwerk (Pleuel 6 u. a. Teile) von der außerhalb dieser Buchse 9 befindlichen Gruppe aus Kolben 5 und Zylinder 10 hermetisch ab. Damit kann kein Schmierstoff aus dem Triebwerk an die Laufbahnen von Kolben 5 und Zylinder 10 gelangen, womit die hauptsächliche Voraussetzung für einen ölfreien Lauf des Kolbens 5 im Zylinder 10 erfüllt ist.This hat-shaped guide bush 9 protrudes into the piston according to the invention 9 into and separates the engine located within it and working with full lubrication (eg pressure circulation lubrication) (connecting rod 6 parts) from outside this socket 9 located group of pistons 5 and cylinders 10 hermetically off. Thus, no lubricant from the engine to the raceways of pistons 5 and cylinders 10 arrive, whereby the main requirement for an oil-free running of the piston 5 in the cylinder 10 is satisfied.

In der Führungsbuchse 9 ist eine Dichtgruppe 11 angeordnet, durch welche die Kolbenstange 1 öl- und gasdicht geführt ist. Diese Dichtgruppe 11 besteht vorzugsweise aus einer, in einem Innenring 12 geführten Lippendichtung 13 und einem Außenring 14. Zwischen den Ringen 12 und 14 befindet sich ein elastischer, mit beiden Ringen 12 und 14 fest verbundener Zwischenring 15, der aus Silikonkautschuk oder ähnlichen Elastomeren besteht. Dadurch wird eine bestimmte radiale Beweglichkeit der Dichtgruppe 11 ermöglicht. Diese Dichtgruppe 11 kann aber auch aus einem einzigen Bauteil mit elastischer Dichtlippe bestehen. Die Kolbenstange 1 ist mit dem Kolben 5 über ein formschlüssiges, aber lösbares Federelement 16 verbunden. Damit ist eine leichte Demontage des Kolbens 5 möglich.In the guide bush 9 is a sealing group 11 arranged through which the piston rod 1 oil and gas tight is performed. This sealing group 11 preferably consists of one, in an inner ring 12 guided lip seal 13 and an outer ring 14 , Between the rings 12 and 14 is an elastic, with both rings 12 and 14 firmly connected intermediate ring 15 which consists of silicone rubber or similar elastomers. As a result, a certain radial mobility of the sealing group 11 allows. This sealing group 11 but can also consist of a single component with elastic sealing lip. The piston rod 1 is with the piston 5 via a form-fitting, but releasable spring element 16 connected. This is a slight disassembly of the piston 5 possible.

Die 2 zeigt in einem zur 1 um 90° versetzten Schnitt, wie der Formschluss zwischen den Teilen Pleuelkopf 4, Kreuzkopfbolzen 7 und Lagerfuß 2 hergestellt ist. Für Zugbeanspruchungen umgreift ein Bügel 17 den Lagerfuß 2 und den Pleuelkopf 4 und durch den Kreuzkopfbolzen 7 ist das erforderliche Lagerspiel eingestellt.The 2 shows in a to 1 offset by 90 °, as the positive connection between the parts connecting rod 4 , Crosshead bolt 7 and bearing foot 2 is made. For traction a handle embraces 17 the bearing foot 2 and the connecting rod 4 and through the crosshead bolt 7 the required bearing clearance is set.

Die 3 zeigt anstelle des Bügels 17 zwei Blechlaschen 18, die mittels eines Stiftes 19 am Lagerfuß 2 gehalten sind und so den erforderlichen Formschluss herstellen. Ferner zeigt 3 eine Ölzuführung mittel einer Zuführbohrung 20 im Pleuel 6 und einer Ringnut 21 im Kreuzkopfbolzen 7 bis zur Lagerschale 3.The 3 shows instead of the strap 17 two metal tabs 18 using a pen 19 at the camp foot 2 are held and thus produce the required positive connection. Further shows 3 an oil supply means of a supply bore 20 in the connecting rod 6 and an annular groove 21 in the crosshead bolt 7 to the bearing shell 3 ,

Die 4 zeigt im Schnitt nach der Linie I-I (1) die Anordnung der vorstehend beschriebenen Bauteile 4, 7, 8, 17, 20, 21.The 4 shows in section along the line II ( 1 ) the arrangement of the components described above 4 . 7 . 8th . 17 . 20 . 21 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kolbenstangepiston rod
22: LagerfußSupport base
33: Lagerschalebearing shell
44: Pleuelkopfsmall end
55: Kolbenpiston
66: Pleuelpleuel
77: KreuzkopfbolzenPhillips bolts
88th: KreuzkopfPhillips
99: Führungsbuchseguide bush
1010: Zylindercylinder
1111: Dichtgruppesealing group
1212: Innenringinner ring
1313: Lippendichtunglip seal
1414: Außenringouter ring
1515: Zwischenringintermediate ring
1616: Federelementspring element
1717: Bügelhanger
1818: Blechlaschenmetal tabs
1919: Stiftpen
2020: Zuführbohrungfeed bore
2121: Ringnutring groove

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

FR 833509 A [0004]
CH 29410 A [0005]
DE 3886903 T2 [0006]
EP 0366841 A1 [0007]
DE 1264882 A1 [0008]
DE 4206122 A1 [0008]
DE 69319154 T2 [0008]
EP 0774079 B1 [0008]
EP 0899978 A2 [0008]
GB 135440A [0008]
US 4593608 A [0008]

Claims

Crosshead / piston unit for piston engines, consisting of piston, piston rod, crosshead and connecting rod, wherein the tubular cross-head transferring and branching the forwarding of the piston force on the swinging connecting rod assumes, characterized in that a bearing foot ( 2 ) a piston rod ( 1 ) the piston force directly on a connecting rod ( 4 ) of a connecting rod ( 6 ) with the interposition of a bearing shell ( 3 ) and a crosshead bolt ( 7 ) without participation in the power flow only for the transmission of the normal forces (lateral forces) from the crosshead ( 8th ) on a hat-shaped guide bushing ( 9 ) serves.

Crosshead / piston unit according to claim 1, characterized in that by a bracket ( 17 ) or sheet metal tabs ( 18 ) a form fit and a bearing clearance between the bearing foot ( 2 ) / Bearing shell ( 3 ) and the connecting rod ( 4 ) is set.

Crosshead / piston unit according to claim 1 and 2, characterized in that a hat-shaped guide bushing ( 9 ) in the inner contour of the piston ( 5 ) and by means of a piston rod ( 1 ) enclosing sealing group ( 11 ) The piston ( 5 ) and the cylinder ( 10 ) are kept free of engine oil.

Crosshead / piston unit according to claim 1 to 3, characterized in that the sealing group ( 11 ) of a metal / elastomer composite unit ( 12 ; 14 ; 15 ) and a lip seal ( 13 ) consists.

Crosshead / piston unit according to claim 1 to 3, characterized in that the sealing group ( 11 ) consists of one piece of special high-performance sliding plastics or ceramics with elastic sealing lip.

Crosshead / piston unit according to claim 1 to 3, characterized in that the connection of the piston rod ( 1 ) with the piston ( 5 ) via a positive, easily releasable spring element ( 16 ) is made.