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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und im Spezielleren Kolbenbolzenaugenbuchsen mit einer Drehsicherungseinrichtung.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung, die nicht unbedingt den Stand der Technik darstellt.
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Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb von Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment produziert. In Motoren mit Fremdzündung leitet ein Funken die Verbrennung eines an die Zylinder bereitgestellten Luft/Kraftstoff-Gemisches ein. In Motoren mit Eigenzündung verbrennt die Kompression in den Zylindern das an die Zylinder bereitgestellte Luft/Kraftstoff-Gemisch.
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Jeder der Kolben umfasst typischerweise einen Kolbenboden, Seitenwände und einen Kolbenmantel. Wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Zylinder verbrennt, wirkt die Verbrennungskraft auf den Kolbenboden, um die Kolben anzutreiben. Die Seitenwände definieren typischerweise ein Paar Bolzenaugen zum Aufnehmen eines Kolbenbolzens. Der Kolbenbolzen koppelt die Kolben an Pleuelstangen, welche die Kolben mit einer Kurbelwelle verbinden. Wenn sich die Kolben in den Zylindern hin- und herbewegen, dreht sich daher die Kurbelwelle und produziert ein Antriebsdrehmoment.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit und stellt keine umfassende Offenbarung ihres gesamten Schutzumfanges oder all ihrer Besonderheiten dar.
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Eine Kolbenanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Kolben und eine Buchse. Der Kolben umfasst einen Kolbenmantel, Seitenwände und einen Kolbenboden. Die Seitenwände definieren ein Bolzenauge zum Aufnehmen eines Kolbenbolzens. Das Bolzenauge weist eine Innenfläche auf, die ein zylindrisches Teilstück und ein flaches Teilstück umfasst. Die Buchse ist innerhalb des Bolzenauges fixiert und weist einen hohlen zylindrischen Körper mit einer Außenfläche auf, die ein zylindrisches Teilstück und ein flaches Teilstück umfasst. Das zylindrische Teilstück der Buchse steht mit dem zylindrischen Teilstück des Bolzenauges in Eingriff. Das flache Teilstück der Buchse steht mit dem flachen Teilstück des Bolzenauges in Eingriff.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur für Illustrationszwecke vorgesehen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur Illustrationszwecken ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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1 ist eine erste perspektivische Darstellung einer ersten Kolbenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine zweite perspektivische Darstellung der ersten Kolbenanordnung;
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3 ist eine Seitenansicht der ersten Kolbenanordnung;
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4 ist eine Seitenansicht einer zweiten Kolbenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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5 ist eine Seitenansicht einer dritten Kolbenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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6 ist eine Seitenansicht einer vierten Kolbenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
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7 ist eine perspektivische Darstellung einer fünften Kolbenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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Entsprechende Bezugsziffern bezeichnen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen durchweg entsprechende Teile.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nunmehr werden beispielhafte Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Es sind beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt, sodass diese Offenbarung gründlich sein wird und Fachleuten den Schutzumfang vollinhaltlich vermitteln wird. Es sind viele spezifische Details wie Beispiele spezifischer Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren dargelegt, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu bieten. Fachleute werden einsehen, dass es nicht notwendig ist, spezifische Details zu verwenden, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass sie nicht dahingehend zu interpretieren sind, dass sie den Schutzumfang der Offenbarung einschränken. In einigen beispielhaften Ausführungsformen sind gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung spezieller beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Einzahlformen „ein/e/s” und „der/die/das” auch die Mehrzahlformen umfassen, es sei denn, der Kontext bringt deutlich etwas anderes zum Ausdruck. Die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „einschließlich” und „aufweisend” sind einschließend und spezifizieren daher das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten, schließen aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines/r oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht als unbedingt deren Durchführung in der speziellen erläuterten oder dargestellten Reihenfolge erfordernd zu verstehen, sofern sie nicht speziell als eine Reihenfolge der Durchführung gekennzeichnet sind. Es ist auch verständlich, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können.
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Wenn auf ein Element oder eine Schicht als „auf” einem/r anderen Element oder Schicht befindlich, „damit in Eingriff stehend”, „damit verbunden” oder „damit gekoppelt” Bezug genommen wird, kann es/sie sich direkt auf dem/r anderen Element oder Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein, oder es können dazwischentretende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn hingegen auf ein Element als „direkt auf” einem/r anderen Element oder Schicht befindlich, „damit direkt in Eingriff stehend”, „damit direkt verbunden” oder „damit direkt gekoppelt” Bezug genommen wird, können keine dazwischentretenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Ausdrücke, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen” versus „direkt zwischen”, „benachbart” versus „direkt benachbart”, etc.). Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder” beliebige und alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugehörigen angeführten Punkte.
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Wenngleich die Ausdrücke erste/s/r, zweite/s/r, dritte/s/r etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Teilstücke zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Teilstücke nicht durch diese Begriffe eingeschränkt sein. Diese Ausdrücke können rein verwendet werden, um ein/e Element, Komponente, Region, Schicht oder Teilstück von einem/r anderen Region, Schicht oder Teilstück zu unterscheiden. Ausdrücke wie „erste/r/s”, „zweite/r/s” und andere numerische Ausdrücke implizieren, wenn sie hierin verwendet werden, keine Abfolge oder Reihenfolge, sofern dies nicht klar durch den Kontext angezeigt ist. Somit könnte ein/e erste/s nachstehend erläuterte/s Element, Komponente, Region, Schicht oder Teilstück als ein/e zweite/s Element, Komponente, Region, Schicht oder Teilstück bezeichnet werden, ohne von der Lehre der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
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Räumlich bezogene Ausdrücke wie „innere/r/s”, „äußere/r/s”, „unterhalb”, „unter”, „untere/r/s”, „über”, „obere/r/s” und dergleichen können hierin zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder eines Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen, wie in den Fig. veranschaulicht, zu beschreiben. Räumlich bezogene Ausdrücke sollen verschiedene Orientierungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb zusätzlich zu der in den Fig. dargestellten Orientierung umfassen können. Wenn die Vorrichtung in den Fig. z. B. umgedreht wird, würden Elemente, die als „unter” oder „unterhalb” von anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben wurden, dann „über” den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert sein. Somit kann der Beispielausdruck „unter sowohl eine Orientierung von über als auch von unter umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders (um 90 Grad gedreht oder in anderen Orientierungen) orientiert sein und die hierin verwendeten räumlich bezogenen beschreibenden Ausdrücke werden entsprechend interpretiert.
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Ein Kolben umfasst typischerweise einen Kolbenboden, der eine Verbrennungsmulde bildet, einen Kolbenmantel und Seitenwände, die ein Paar Bolzenaugen definieren, welche bezüglich einer zentralen Achse des Kolbens um 180 Grad beabstandet angeordnet sind. Ein Kolbenbolzen ist in den Bolzenaugen eingesetzt, um den Kolben an eine Pleuelstange zu koppeln. In einigen Motoren sind Buchsen in die Bolzenaugen eingesetzt, um die Festigkeit der Muldenkante und der Basis der Verbrennungsmulde zu erhöhen.
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Während eines Motorbetriebes können sich die Buchsen innerhalb der Bolzenaugen drehen, was einen Motorschaden zur Folge haben kann. Eine Drehung der Buchsen kann z. B. Reibung zwischen den Buchsen und den Bolzenaugen verursachen, die zu Wärme, Lärm, Scheuern (d. h. einem Materialtransfer) zwischen den Buchsen und dem Bolzen und den Bolzenaugen und schließlich zu einem strukturellen Schaden des Kolbens führen kann. Die Buchsen können sich auch seitlich bezüglich der Bolzenaugen bewegen, was zu ungelagerten und/oder ungleichen Bolzenaugenbeanspruchungen und schließlich zu einem strukturellen Schaden des Kolbens führen kann.
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Eine Kolbenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Drehsicherungseinrichtung umfassen, die verhindert, dass sich die Buchsen innerhalb der Bolzenaugen drehen. In einem Beispiel umfassen die Innenflächen der Bolzenaugen ein zylindrisches Teilstück und ein flaches Teilstück, und die Außenflächen der Buchsen umfassen ein zylindrisches Teilstück und ein flaches Teilstück. Der Eingriff zwischen dem flachen Teilstück der Außenflächen auf den Buchsen und dem flachen Teilstück der Innenflächen auf den Bolzenaugen verhindert, dass sich die Buchsen innerhalb der Bolzenaugen drehen.
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In einem anderen Beispiel weisen die Innenflächen der Bolzenaugen einen nicht-kreisförmigen (z. B. elliptischen) Umfang auf, und die Außenflächen der Buchsen weisen einen nicht-kreisförmigen Umfang auf, der mit dem nicht-kreisförmigen Umfang der Bolzenaugen übereinstimmt. Somit weisen die Innenflächen der Bolzenaugen eine nicht-zylindrische Form auf und weisen die Außenflächen der Buchsen eine nicht-zylindrische Form auf. Der Eingriff zwischen den nicht-zylindrischen Außenflächen der Buchsen und den nicht-zylindrischen Innenflächen der Bolzenaugen verhindert, dass sich die Buchsen innerhalb der Bolzenaugen drehen.
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Eine Kolbenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Translationssicherungseinrichtung umfassen, die verhindert, dass sich die Buchsen seitlich bezüglich der Bolzenaugen bewegen. Die Innenflächen der Bolzenaugen und die Außenflächen der Buchsen können z. B. verjüngt sein. Die Innenflächen der Bolzenaugen können z. B. in Richtung eines ersten Endes der Bolzenaugen einwärts verjüngt sein, um zu verhindern, dass sich die Buchsen seitlich über das erste Ende hinaus bewegen. In verschiedenen Implementierungen können die Innenflächen der Bolzenaugen und die Außenflächen der Buchsen eine Doppelverjüngung umfassen, um zu verhindern, dass sich die Buchsen seitlich über ein Ende der Bolzenaugen hinaus bewegen.
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Mit Bezugnahme auf die 1 bis 3 umfasst eine Kolbenanordnung 10 einen Kolben 12 und ein Paar Buchsen 14 (nur eine davon ist gezeigt). Der Kolben 12 kann aus einem Metall wie z. B. Aluminium oder Stahl gebildet sein. Der Kolben 12 erstreckt sich entlang einer Längsachse x zwischen einem ersten Ende 16 und einem zweiten Ende 18. Der Kolben 12 umfasst einen Kolbenboden 20, Seitenwände 21 (nur eine davon ist gezeigt) und einen Kolbenmantel 22.
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Der Kolbenboden 20 bildet eine Verbrennungsmulde 24 und weist eine obere Stegkante 26, eine Muldenkante 28, eine obere Bodenfläche 30, die sich zwischen der oberen Stegkante 26 und der Muldenkante 28 erstreckt, und eine Mulde oder Basis 32 auf, die radial einwärts bezüglich der Muldenkante 28 angeordnet ist. Die obere Stegkante 26 und die Muldenkante 28 können gerundet sein, wie gezeigt. Die Basis 32 kann eine konkave oder Muldenform aufweisen, wie gezeigt.
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Der Kolbenmantel 22 umfasst einen hohlen zylindrischen Körper 34 und erstreckt sich von dem Kolbenboden 20 zu dem zweiten Ende 18 des Kolbens 12. Jede der Seitenwände 21 weist eine Außenfläche 36 und eine Innenfläche 38 auf und definiert ein Bolzenauge 40, das sich entlang einer Längsachse y durch die Außenfläche 36 und die Innenfläche 38 hindurch erstreckt. Außerdem weist jede der Seitenwände 21 eine untere Fläche 42 auf, die an dem zweiten Ende 18 des Kolbens 12 angeordnet ist.
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Die zwei Bolzenaugen 40 sind voneinander um 180 Grad bezüglich einer Längsachse x des Kolbens 12 beabstandet positioniert. Jedes der Bolzenaugen 40 umfasst eine Innenfläche 44 mit einem zylindrischen Teilstück 46 und einem flachen Teilstück 48. Das zylindrische Teilstück 46 der Innenfläche 38 weist einen Innendurchmesser D1 auf.
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Jede der Buchsen 14 ist ausgestaltet, um innerhalb eines der Bolzenaugen 40 fixiert zu werden. Die Buchsen 14 können aus einem Metall wie z. B. Bronze, Messing, Nickel, Kupfer oder einer Kombination daraus gebildet sein. Jede der Buchsen 14 umfasst einen hohlen zylindrischen Körper 50 und erstreckt sich entlang der Längsachse y zwischen einem ersten Ende 52 und einem zweiten Ende 54. Außerdem weist jede der Buchsen 14 eine Innenfläche 56 und eine Außenfläche 58 auf. Die Innenfläche 56 ist zylindrisch und weist einen Innendurchmesser D2 auf.
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Die Außenfläche 58 umfasst ein zylindrisches Teilstück 60 und ein flaches Teilstück 62. Das zylindrische Teilstück 60 der Außenfläche 58 weist einen Außendurchmesser D3 auf. Jede der Buchsen 14 weist eine Wanddicke T1 an dem zylindrischen Teilstück 60 und eine Wanddicke T2 an dem flachen Teilstück 62 auf. Die Wanddicke T1 entspricht der Hälfte der Differenz zwischen dem Innendurchmesser D2 und dem Außendurchmesser D3. Wenn die Buchsen 14 in die Bolzenaugen 40 eingebaut sind, kann der Außendurchmesser D3 der Buchsen 14 dem Innendurchmesser D1 der Bolzenaugen 40 gleich sein. Außerdem kann die Außenfläche 58 jeder der Buchsen 14 mit der Innenfläche 56 jedes der Bolzenaugen 40 in Eingriff stehen, um einen Presssitz zu ergeben.
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Das flache Teilstück 62 jeder der Buchsen 14 ist ausgestaltet, um sich dem flachen Teilstück 48 jedes der Bolzenaugen 40 anzugleichen und damit in Eingriff zu stehen. Der Eingriff zwischen dem flachen Teilstück 62 der Buchsen 14 und dem flachen Teilstück 48 der Bolzenaugen 40 verhindert, dass sich die Buchsen 14 in Bezug auf die Bolzenaugen 40 drehen. Das flache Teilstück 62 der Buchsen 14 weist eine obere Kante 64, eine untere Kante 66 und eine Höhe H auf, die sich zwischen der oberen Kante 64 und der unteren Kante 66 erstreckt.
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An dem flachen Teilstück 62 der Buchsen 14 ist die Innenfläche 56 zylindrisch, und die Außenfläche 58 ist flach. Somit variiert die Wanddicke an dem flachen Teilstück 62 um den Umfang der Buchsen 14 herum. Die Wanddicke T2 entspricht dem Mittelpunkt der Höhe H das flachen Teilstückes 62. In dem gezeigten Beispiel ist die Wanddicke T2 kleiner als die Wanddicke T1. Somit nimmt die Wanddicke der Buchsen 14 von der Wanddicke T2 an dem Mittelpunkt der Höhe H zu der Wanddicke T1 an der oberen und der unteren Kante 64, 66 zu.
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Die Wanddicke T2 kann kleiner sein als die Wanddicke T1, wenn das flache Teilstück 62 durch Entfernen von Material von jeder der Buchsen 14 gebildet wird, was der Fall sein kann, wenn die Buchsen 14 durch spanende Bearbeitung gebildet werden. In verschiedenen Implementierungen, z. B. wenn die Buchsen 14 durch Stranggießen oder Gießen gebildet werden, kann das flache Teilstück 62 durch Hinzufügen von Material zu jeder der Buchsen 14 gebildet werden. Somit kann die Wanddicke der Buchsen 14 von der Wanddicke T2 an dem Mittelpunkt der Höhe H zu der Wanddicke der Buchsen 14 an der oberen und der unteren Kante 64, 66 zunehmen, die größer sein kann als die Wanddicke T1.
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Die Länge jeder der Buchsen 14 erstreckt sich entlang der Längsachse y zwischen dem ersten Ende 52 und dem zweiten Ende 54. Die Länge jeder der Buchsen 14 kann um den Umfang der Buchsen 14 herum variieren. Beispielsweise kann jede der Buchsen 14 eine erste Länge L1 an dem höchsten Punkt der Buchsen 14 und eine zweite Länge L2 an dem tiefsten Punkt der Buchsen 14 aufweisen. Die Länge L1 kann größer sein als die Länge L2.
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Die Buchsen 14 können verwendet werden, um die Festigkeit der Verbrennungsmulde 24, insbesondere an der Muldenkante 28 und der Basis 32 zu erhöhen, wo die höchsten Spannungen in der Verbrennungsmulde 24 aufzutreten pflegen. Eine Spannung in der Verbrennungsmulde 24 neigt dazu, beim Arbeitshub am größten zu sein, wenn die Verbrennungskraft auf die Verbrennungsmulde 24 wirkt. Die Buchsen 14 können so gestaltet sein, dass sie eine hinreichende Umreifungskraft aufweisen, um die Verbrennungsmulde 24 unter Verbrennungsbelastungen zu unterstützen.
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Die Größe des flachen Teilstückes 62 jeder der Buchsen 14 kann von der erwünschten Umreifungskraft der Buchsen 14 abhängig sein. Die Umreifungskraft der Buchsen 14 kann durch den Außendurchmesser D3 der Buchsen 14 und die Wanddicke T1 der Buchsen 14 an dem zylindrischen Teilstück 60 der Buchsen 14 beeinflusst werden. Für eine gegebene Wanddicke T1 kann die Wanddicke T2 an dem flachen Teilstück 62 der Buchsen 14 um einen größeren Betrag reduziert werden, wenn der Außendurchmesser D3 abnimmt. Für einen gegebenen Außendurchmesser D3 kann die Wanddicke T2 an dem flachen Teilstück 62 um einen größeren Betrag reduziert werden, wenn die Wanddicke T1 zunimmt.
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In einem Beispiel beträgt der Außendurchmesser D3 der Buchsen 14 39 Millimeter (mm), die Länge L2 der Buchsen 14 beträgt 22 mm und die Wanddicke T1 an dem zylindrischen Teilstück 60 beträgt 2,5 mm. Wenn die Wanddicke T2 an dem flachen Teilstück 62 2,0 mm beträgt, beträgt die Höhe H des flachen Teilstückes 62 etwa 9 mm und die Fläche des flachen Teilstückes 62 beträgt etwa 198 Quadratmillimeter (mm2). In diesem Beispiel kann die Wanddicke T2 auf 1,5 mm reduziert werden, während eine ausreichend Umreifungskraft in den Buchsen 14 aufrechterhalten wird. Somit kann das Verhältnis zwischen der Wanddicke T1 zu der Wanddicke T2 weniger oder gleich 0,8 betragen und/oder innerhalb eines Bereiches von 0,6 bis 0,8 liegen.
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Jede der Buchsen 14 kann eine Nut 68 und eine Kerbe 70 definieren, und jedes der Bolzenaugen 40 kann eine Kerbe 72 definieren, die mit der Kerbe 70 ausgerichtet ist, wenn die Buchsen 14 in die Bolzenaugen 40 eingesetzt sind. Die Nut 68 kann ausgestaltet sein, um einen C-Clip (nicht gezeigt) aufzunehmen, der eine seitliche Bewegung eines Kolbenbolzens (nicht gezeigt) bezüglich der Bolzenaugen 40 verhindert. Die Kerben 70, 72 stellen einen Zwischenraum für ein Brechwerkzeug bereit, um den C-Clip aus der Nut 68 herauszubrechen und den Kolbenbolzen zu entfernen, um die Kolbenanordnung 10, z. B. bei einem Service, zu zerlegen.
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Bevor die Kolbenanordnung 10 zusammengebaut wird, können die Buchsen 14 eingefroren werden, um die Größe der Buchsen 14 zu verringern. Dann können die Buchsen 14 in die Bolzenaugen 40 eingesetzt werden. Wenn die Temperatur der Buchsen 14 ansteigt, können sich die Buchsen 14 ausdehnen, um eine Presspassung oder einen Presssitz zwischen dem Außendurchmesser D3 der Buchsen 14 und dem Innendurchmesser D1 der Bolzenaugen 40 zu ergeben.
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Sobald die Buchsen 14 innerhalb der Bolzenaugen 40 fixiert sind, kann der Kolbenbolzen durch eine der Buchsen 14 hindurch eingesetzt werden, und ein C-Clip kann in die Nut 68 in der anderen der Buchsen 14 eingesetzt werden. Dann kann der Kolbenbolzen durch ein Bolzenauge in einer Pleuelstange (nicht gezeigt) hindurch und in die andere der Buchsen 14 eingesetzt werden, bis der Kolbenbolzen mit dem C-Clip in Kontakt gelangt. Dann kann ein C-Clip in die Nut 68 in der ersten der Buchsen 14 eingesetzt werden. Der Kolbenbolzen wiederum ist zwischen den C-Clips eingeschlossen und in den Buchsen 14 festgehalten.
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Mit Bezugnahme auf 4 ist eine Kolbenanordnung 100 der Kolbenanordnung 10 mit der Ausnahme der Lage des flachen Teilstückes 62 ähnlich. In der Kolbenanordnung 10 ist das flache Teilstück 62 auf der Seite der Buchsen 14 mittig zwischen den höchsten und den tiefsten Punkten auf den Buchsen 14 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist in der Kolbenanordnung 100 das flache Teilstück 62 an der Unterseite der Buchsen 14 angeordnet. Somit ist der Mittelpunkt des flachen Teilstückes 62 der tiefste Punkt der Buchsen 14.
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Das Anordnen des flachen Teilstückes 62 an der Unterseite der Buchsen 14 erlaubt es, eine Teilstückdicke T3 des Kolbens 12 zwischen den Bolzenaugen 40 und der unteren Fläche 42 zu erhöhen. Wenn die Wanddicke T2 an dem flachen Teilstück 62 kleiner ist als die Wanddicke T1 an dem zylindrischen Teilstück 60, kann die Teilstückdicke T3 um die Differenz zwischen der Wanddicke T1 und der Wanddicke T2 erhöht werden. Das Erhöhen der Teilstückdicke T3 erhöht die Festigkeit der Abschnitte des Kolbens 12 zwischen den Bolzenaugen 40 und der unteren Fläche 42.
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In einem Beispiel des vorher Gesagten kann ein Sicherheitsfaktor, der die Festigkeit des Kolbens 12 angibt, pro einer Zunahme von 0,5 mm der Teilstückdicke T3 um 10 Prozent zunehmen. Wenn der Sicherheitsfaktor größer als eins ist, kann der Kolben 12 während des Betriebes keinem strukturellen Ausfall unterliegen. Der Sicherheitsfaktor kann anfänglich analytisch hergeleitet und experimentell bestätigt werden.
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Mit Bezugnahme auf 5 ist eine Kolbenanordnung 105 der Kolbenanordnung 100 mit der Ausnahme der Beziehung zwischen den Wanddicken T1, T2 ähnlich. In der Kolbenanordnung 100 ist die Wanddicke T2 kleiner als die Wanddicke T1, was der Fall sein kann, wenn das flache Teilstück 62 durch Entfernen von Material von jeder der Buchsen 14 gebildet wird. In der Kolbenanordnung 105 ist die Wanddicke T2 gleich der Wanddicke T1, was der Fall sein kann, wenn das flache Teilstück 62 durch Hinzufügen von Material zu jeder der Buchsen 14 gebildet wird. Somit ist die Wanddicke der Buchsen 14 an den Kanten 64, 66 des flachen Teilstückes 62 größer als die Wanddicke T1.
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Wenn die Wanddicke T2 gleich der Wanddicke T1 ist, und die Wanddicke der Buchsen 14 an den Kanten 64, 66 des flachen Teilstückes 62 größer ist als die Wanddicke T1, kann die Teilstückdicke T3 des Kolbens 12 an dem flachen Teilstück 62 verringert werden. Die Teilstückdicke T3 des Kolbens 12 an dem flachen Teilstück 62 kann um die Differenz zwischen der Wanddicke T1 und der Wanddicke T2 der Buchsen 14 an den Kanten 64, 66 verringert werden. Das Verringern der Teilstückdicke T3 des Kolbens 12 an dem flachen Teilstück 62 reduziert die Masse des Kolbens 12, was die Kurbelwellenlagerbelastungen und die Schmierung verbessern kann. Das Reduzieren der sich hin- und herbewegenden Masse kann z. B. die Dicke eines Ölfilms an der Grenzfläche zwischen einer Lagerschale und einem Kurbelzapfen erhöhen, da weniger Lagerbelastung vorhanden ist, um das Öl aus der Grenzfläche herauszuquetschen.
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Außerdem kann, wenn das flache Teilstück 62 an der Unterseite der Buchsen 14 angeordnet ist, wie in 4 gezeigt, und die Teilstückdicke T3 reduziert ist, um das flache Teilstück 48 der Bolzenaugen 40 zu bilden, die untere Fläche 42 des Kolbens 12 angehoben werden. Dies ermöglicht eine Vergrößerung des Betrages des Zwischenraumes zwischen der unteren Fläche 42 des Kolbens 12 und einem Kurbelwellen-Gegengewicht, wenn sich der Kurbelbewegung des Kolbens 12 in der untersten Position befindet, die als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet wird. Dadurch kann wiederum dem Kurbelwellen-Gegengewicht mehr Gewicht hinzugefügt werden und einem äußeren Gegengewicht (z. B. einem Schwungrad und Torsionsdämpfer) weniger Gewicht hinzugefügt werden, was das innere Gleichgewicht des Motors verbessern kann.
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Mit Bezugnahme auf 6 ist eine Kolbenanordnung 110 der Kolbenanordnung 10 mit der Ausnahme ähnlich, dass der Außenumfang jeder der Buchsen 14 und der Innenumfang jedes der Bolzenaugen 40 nicht-kreisförmig anstelle von kreisförmig sind. Anders ausgedrückt weist die Außenfläche 58 jeder der Buchsen 14 eine nicht-zylindrische Form auf und weist die Innenfläche 44 jedes der Bolzenaugen 40 eine nicht-zylindrische Form auf. Außerdem sind das flache Teilstück 48 auf jedem der Bolzenaugen 40 und das flache Teilstück 62 auf jeder der Buchsen 14 weggelassen. Allerdings verhindert der Eingriff zwischen der Außenfläche 58 der Buchsen 14 und der Innenfläche 44 der Bolzenaugen 40, dass sich die Buchsen 14 innerhalb der Bolzenaugen 40 drehen.
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In dem gezeigten Beispiel sind der Außenumfang jeder der Buchsen 14 und der Innenumfang jedes der Bolzenaugen 40 elliptisch. Daher kann der hohle, zylindrische Körper 50 jeder der Buchsen 14 als ein hohler, elliptischer Zylinder beschrieben werden. In anderen Beispielen können der Außenumfang jeder der Buchsen 14 und der Innenumfang jedes der Bolzenaugen 40 eine nicht-kreisförmige Form wie z. B. rechteckig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig oder achteckig aufweisen.
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Mit Bezugnahme auf 7 ist die Kolbenanordnung 120 der Kolbenanordnung 10 mit der Ausnahme ähnlich, dass die Außenfläche 58 jeder der Buchsen 14 von jeweiligen Mittelpunkten M1, M2 der Längen L1, L2 zu dem ersten und dem zweiten Ende 52, 54 einwärts verjüngt sind. Die Außenfläche 58 umfasst eine erste Verjüngung 122 von den Mittelpunkten M1, M2 zu dem ersten Ende 52 und eine zweite Verjüngung 124 von den Mittelpunkten M1, M2 zu dem zweiten Ende 54. Somit nimmt die Wanddicke T1 der Buchsen 14 von einer maximalen Wanddicke an den Mittelpunkten M1, M2 zu einer minimalen Wanddicke an dem ersten und dem zweiten Ende 52, 54 ab. Außerdem ist die Innenfläche 44 jedes der Bolzenaugen 40 verjüngt, um mit der ersten und der zweiten Verjüngung 122, 124 auf der Außenfläche 58 jeder der Buchsen 14 übereinzustimmen.
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Die erste Verjüngung 122 verhindert, dass sich die Buchsen 14 seitlich über die Innenfläche 38 des Kolbens 12 hinaus bewegen. Die zweite Verjüngung 124 verhindert, dass sich die Buchsen 14 seitlich über die Außenfläche 36 des Kolbens 12 hinaus bewegen In verschiedenen Implementierungen können die Außenfläche 58 jeder der Buchsen 14 und die Innenfläche 44 jedes der Bolzenaugen 40 eine einzige Verjüngung anstelle der doppelten Verjüngung umfassen, die in 6 gezeigt ist. Die einzige Verjüngung kann sich entlang der gesamten Länge jeder der Buchsen 14 und jedes der Bolzenaugen 40 oder nur über einen Abschnitt davon erstrecken. Beispielsweise kann sich die Außenfläche 58 jeder der Buchsen 14 einwärts in Richtung des ersten Endes 52 verjüngen, und die Bolzenaugen 40 können eine entsprechende Einwärts-Verjüngung umfassen, um eine seitliche Bewegung über die Außenfläche 36 des Kolbens 12 hinaus zu verhindern. in einem anderen Beispiel kann sich die Außenfläche 58 jeder der Buchsen 14 einwärts in Richtung des zweiten Endes 54 verjüngen, und die Bolzenaugen 40 können eine entsprechende Einwärts-Verjüngung umfassen, um eine seitliche Bewegung über die Innenfläche 38 des Kolbens 12 hinaus zu verhindern.
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Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zum Zweck der Illustration und der Beschreibung bereitgestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer speziellen Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls untereinander austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht speziell gezeigt oder beschrieben ist. Diese können auch in vielfältiger Weise verändert werden. Solche Varianten sind nicht als eine Abweichung von der Offenbarung zu betrachten und alle derartigen Abwandlungen sollen innerhalb des Schutzumfanges der Offenbarung eingeschlossen sein.
