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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Dämpfer für einen Kolben und einen Kolbenbolzen für Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Der folgende Abschnitt bietet Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, bei denen es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
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Verbrennungsmotoren sind vielen Kräften ausgesetzt. Während sich ein Kolben innerhalb des Zylinders bewegt, überträgt er die Drehkraft über eine Pleuelstange auf die Kurbelwelle, die über einen Kolbenbolzen mit dem Kolben verbunden ist. Während sich der Kolben bewegt, widerstehen die Wände des Zylinders Dreh- und Seitenbewegungen des Kolbens. Je größer die Dreh- und Querkräfte, desto größer ist die Reibung und Energieabfuhr, die den Wirkungsgrad des Motors verringert und die Geräusche und die Vibration des Motors erhöht. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Drehbewegung des Kolbens entlang des Zylinderblocks zu reduzieren und die Beschleunigung der seitlichen Kolbenbewegung zu verzögern, um die Geräusche und die Reibung der Motoren zu reduzieren.
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KURZDARSTELLUNG
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Dieser Abschnitt enthält eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine vollständige Offenbarung des vollen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
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Die vorliegende Offenbarung sieht einen Dämpfer für den Kolben und den Kolbenbolzen vor, um die Beschleunigung der seitlichen Kolbenbewegung zu verzögern und die Drehung des Kolbens zu stabilisieren sowie die Geräusche und Reibung zu reduzieren. Eine Kolbenbolzenanordnung ist vorgesehen, die einen zylindrischen Bolzenkörper mit einem hohlen Innenraum aufweist. Im Hohlraum des zylindrischen Bolzenkörpers ist eine Masse angeordnet und im Hohlraum zwischen der Masse und dem zylindrischen Bolzenkörper ist ein viskoelastisches Material angeordnet.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
- 1 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Kolbenanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine Querschnittsansicht der Kolbenbolzenanordnung aus 1;
- 3 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Kolbenbolzenanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
- 4 ist eine End-Draufsicht der Kolbenbolzenanordnung von 3; und
- 5 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Kolbenbolzenanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
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Ähnliche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Bauabschnitte an.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
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Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es sind zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie z. B. Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt sein können, und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung beschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht ausführlich beschrieben.
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Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Die hier verwendeten Singularformen, z. B. „ein“, „der/die/das“, schließen ggf. auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltend“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
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Wenn Elemente oder Ebenen als „an/auf“, „in Verbindung mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer Ebene beschrieben werden, können sie entweder direkt mit anderen Elementen oder Ebenen in Verbindung stehen oder gekoppelt sein oder es können zwischenliegende Elemente oder Ebenen vorhanden sein. Wenn ein Element im Gegenzug als „direkt an/auf“, „direkt in Verbindung mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ anderen Elementen oder Ebenen beschrieben wird, sind ggf. keine zwischenliegenden Elemente oder Ebenen vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ etc.). Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
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Obwohl die Ausdrücke erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hierin verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein weiter unten diskutiertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
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Raumbezogene Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Ausrüstung zu anderen Elementen oder Eigenschaften, wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Räumlich relative Begriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren dargestellten Orientierung zu umspannen. Wird beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, würden Elemente, die als „unterhalb“ von oder „unter“ anderen Elementen oder Eigenschaften beschrieben werden, dann „oberhalb“ anderer Elemente oder Eigenschaften ausgerichtet sein. Daher kann der Beispielbegriff „unterhalb“ sowohl eine Orientierung von oberhalb als auch von unterhalb beinhalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in andere Richtungen) und die hierin verwendeten räumlich bezogenen Schlagworte können dementsprechend interpretiert werden.
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Unter Bezugnahme zunächst auf 1 der Zeichnungen ist eine Querschnittsansicht eines Kolbens 10, der, wie in der Technik bekannt ist, in einem Zylinder entlang einer Mittelachse 12 hin- und herbewegend aufgenommen werden kann, dargestellt. Der Kolben 10 weist im Allgemeinen eine zylindrische Form auf, die auf der Achse 12 zentriert ist und beinhaltet eine Krone 14, einen Ringriemen 16 mit Kolbenringnuten 18 und eine Schürze 20, die sich axial vom Ringriemen 16 erstreckt. Die Schürzen 20 erstrecken sich im Allgemeinen entlang der Druckseiten des Kolbens. Die Krone 14 weist eine im Allgemeinen planare obere Fläche 22 auf (die optional auch Ventiltaschen beinhalten kann), die sich von einer Seitenwand 24 nach innen erstreckt und allgemein die Oberseite des Kolbens 10 definiert. Die Krone 14 kann eine Verbrennungsmulde 26 beinhalten, die sich von der planaren Oberfläche 22 nach unten erstreckt. Wie in der Technik bekannt ist, wird der Kolben 10 von einer Kolbenbolzenanordnung 30 getragen, der den Kolben 10 mit einer Pleuelstange verbindet (nicht dargestellt). Der Kolbenbolzen 30 weist eine Kolbenbolzenachse 32 auf, welche die Kolbenlängsachse 12 optional nicht schneidet. Eine Druck-/Gegendruckachse 34 steht senkrecht zur Kolbenbolzenachse 32.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird nun eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Kolbenbolzenanordnung 30 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Eine Kolbenbolzenanordnung 30 beinhaltet einen zylindrischen Bolzenkörper 34 mit einem hohlen Innenraum 36. Im hohlen Innenraum 36 des zylindrischen Bolzenkörpers 34 ist eine Masse 38 angeordnet. Die Masse 38 wird im hohlen Innenraum 36 von einem viskoelastischen Material 40 getragen, das die Masse 38 im hohlen Innenraum 36 einkapseln kann, wie in den Querschnittsansichten der 1 und 2 dargestellt. Das viskoelastische Material 40 kann zwischen einem Paar Schultern 42 angeordnet sein. Die Masse 38 kann, wie in den 1 und 2 dargestellt, kugelförmig sein oder alternativ andere Formen aufweisen. Die Masse 38 kann aus Metall oder anderen hochdichten Materialien hergestellt werden. Das exemplarische viskoelastische Material 40 kann harte viskoelastische Materialien (mit hoher Steifigkeit) oder weiche viskoelastische Materialien (mit hoher Viskosität) beinhalten. Für die harten viskoelastischen Materialien (mit hoher Steifigkeit) können auch Kunststoffmaterialien beinhalten, so wie: Polyetheretheretherketon (PEEK nach ASTM D6262): thermoplastisches organisches Polymer oder ein anderes Polymer aus der Familie der Polyaryletherketone (PAEK nach ASTM D6262). PAEK bezeichnet eine Familie von teilkristallinen Thermoplasten mit hoher Temperaturbeständigkeit und hoher mechanischer Festigkeit. Das viskoelastische Material 40 kann auch PAEK beinhalten, optional mit Kohlefasern, Graphit, Polytetrafluorethylen, Glasfaser, metallischen Einschlüssen. Für die weichen viskoelastischen Materialien (mit hoher Viskosität) kann das viskoelastische Material 40 auch Folgendes beinhalten: Elastomere Materialien wie: Kautschuke in Form von Fluorkautschuk, Silikonkautschuk (VMQ nach ASTM D1418 und ISO/DIN 1629), Fluorsilikonkautschuk (FVMQ nach ASTM D1418 und ISO/DIN 1629), Fluorkautschuk (FKM nach ASTM D1418 - entspricht FPM nach ISO/DIN 1629), und insbesondere Perfluorelastomere (FFKM nach dem ASTM 1418 Standard - entspricht FFPM nach ISO/DIN 1629 Standard) und Tetrafluorethylen/Propylen-Kautschuke (FEPM oder TFE/P nach dem ASTM 1418 Standard - FEPM nach dem ISO/DIN 1629 Standard).
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Als alternative Ausführungsform, wie in den 3 und 4 dargestellt, beinhaltet eine Kolbenbolzenanordnung 130 einen zylindrischen Bolzenkörper 134 mit einem hohlen Innenraum 136, der optional spitz zulaufend sein kann. Im hohlen Innenraum 136 des zylindrischen Bolzenkörpers 134 ist eine Masse 138 angeordnet. Die Masse 138 kann optional zylindrisch ausgehöhlt werden, kann zwischen gegenüberliegenden Innenschultern 144 angeordnet werden und wird von der zylindrischen Schicht aus relativ weichem viskoelastischem Material 142, wie Elastomermaterial, getragen, unter anderem: Kautschuke wie Fluorkautschuk, Silikonkautschuk (VMQ nach ASTM D1418 und ISO/DIN 1629), Fluorsilikonkautschuk (FVMQ nach ASTM D1418 und ISO/DIN 1629), Fluorkautschuk (FKM nach ASTM D1418 - entspricht FPM nach ISO/DIN 1629), und insbesondere Perfluorelastomere (FFKM gemäß dem ASTM 1418-Standard - entspricht FFPM gemäß ISO/DIN 1629-Standard) und Tetrafluorethylen/Propylen-Kautschuke (FEPM oder TFE/P gemäß ASTM 1418-Standard - FEPM gemäß ISO/DIN 1629-Standard). Das relativ weiche viskoelastische Material 142 wird von einer zylindrischen Schicht aus relativ hartem viskoelastischem Material 140 getragen, wie beispielsweise Kunststoffmaterialien, wie: Polyetheretheretherketon (PEEK nach ASTM D6262): thermoplastisches organisches Polymer oder ein anderes Polymer aus der Familie der Polyaryletherketone (PAEK nach ASTM D6262). PAEK bezeichnet eine Familie von teilkristallinen Thermoplasten mit hoher Temperaturbeständigkeit und hoher mechanischer Festigkeit. Das viskoelastische Material 40 kann auch PAEK beinhalten, optional mit Kohlefasern, Graphit, Polytetrafluorethylen, Glasfaser, metallischen Einschlüssen. Diese zylindrische Schicht aus relativ hartem viskoelastischem Material 140 kann in einem Schlitz/Hohlraum innerhalb des zylindrischen Bolzenkörpers 134 angeordnet werden. Die weiche viskoelastische Materialschicht 142 und der spitz zulaufende hohle Innenraum 136 können bei der Herstellung und Montage von Kolbenbolzendämpfern hilfreich sein und bewirken, dass der Druck in den Bolzen der viskoplastischen Dämpfermaterialschichten 140, 142 und der Dämpfermasse 138 eingepresst wird.
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Als eine weitere alternative Ausführungsform, wie in 5 dargestellt, beinhaltet eine Kolbenbolzenanordnung 230 einen zylindrischen Bolzenkörper 234 mit einem hohlen Innenraum 236. Im hohlen Innenraum 236 des zylindrischen Bolzenkörpers 234 ist eine Masse 238 angeordnet. Die Masse 238 wird von einer zylindrischen Schicht aus relativ hartem viskoelastischem (oder zähplastischem) Material 240 getragen, wie beispielsweise Kunststoffmaterialien, wie: Polyetheretheretherketon (PEEK nach ASTM D6262): thermoplastisches organisches Polymer oder ein anderes Polymer aus der Familie der Polyaryletherketone (PAEK nach ASTM D6262). PAEK bezeichnet eine Familie von teilkristallinen Thermoplasten mit hoher Temperaturbeständigkeit und hoher mechanischer Festigkeit. Das viskoelastische Material 40 kann auch PAEK beinhalten, optional mit Kohlefasern, Graphit, Polytetrafluorethylen, Glasfaser, metallischen Einschlüssen. Das relativ harte viskoelastische Material 240 wird von einer zylindrischen Schicht aus relativ weichem viskoelastischem Material 242, wie beispielsweise Elastomerwerkstoffen, getragen, unter anderem: Kautschuke wie Fluorkautschuk, Silikonkautschuk (VMQ nach ASTM D1418 und ISO/DIN 1629), Fluorsilikonkautschuk (FVMQ nach ASTM D1418 und ISO/DIN 1629), Fluorkautschuk (FKM nach ASTM D1418 - entspricht FPM nach ISO/DIN 1629), und insbesondere Perfluorelastomere (FFKM gemäß dem ASTM 1418-Standard - entspricht FFPM gemäß ISO/DIN 1629-Standard) und Tetrafluorethylen/Propylen-Kautschuke (FEPM oder TFE/P gemäß ASTM 1418-Standard - FEPM gemäß ISO/DIN 1629-Standard). Die zylindrische Schicht aus einem relativ weichen viskoelastischen Material 242 kann zusätzlich durch eine zusätzliche zylindrische Schicht aus einem relativ harten viskoelastischen Material 244 getragen werden, die zwischen gegenüberliegenden inneren Schultern 246 innerhalb des zylindrischen Körpers 234 angeordnet ist.
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In jeder der vorstehenden Ausführungsformen wirken die Massen- und viskoelastischen Elastomermaterialien als Feder- und Dämpfersystem, um den Beschleuniger der seitlichen Kolbenbewegung zu verzögern, die Kolbendrehung zu stabilisieren und die Geräusche und Reibung zu reduzieren.
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Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht erschöpfend und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Solche Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO/DIN 1629 [0016, 0017]
