DE102021134517A1 - Kolben, Pleuelstange, Kurbeltrieb sowie Hubkolben-Verbrennungsmotor - Google Patents

Kolben, Pleuelstange, Kurbeltrieb sowie Hubkolben-Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere für eine Kraftmaschine, mit einer Oberseite, einer Unterseite und einer Umfangsfläche, wobei die Umfangsfläche zum Führen des Kolbens in einer Zylinderbohrung und die Oberseite zum Aufnehmen von Druckkräften eines Gases in einem Zylinder ausgestaltet sind, die Unterseite eine Pleuelstangenaufnahme mit einer in einer Zug- und Druckrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Schwenkachse angeordneten Hinterschneidung mit einem Querschnitt aufweist und die Pleuelstangenaufnahme zum formschlüssigen und um die Schwenkachse schwenkbaren Aufnehmen einer zur Pleuelstangenaufnahme korrespondierenden Aufdickung einer Pleuelstange eingerichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Pleuelstange, einen Kurbeltrieb und einen Verbrennungsmotor.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere für eine Kraftmaschine, mit einer Oberseite, einer Unterseite und einer Umfangsfläche, wobei die Umfangsfläche zum Führen des Kolbens in einer Zylinderbohrung und die Oberseite zum Aufnehmen von Druckkräften eines Gases in einem Zylinder ausgestaltet sind, die Unterseite eine Pleuelstangenaufnahme mit einer in einer Zug-Und Druckrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Schwenkachse angeordneten Hinterschneidung mit einem Querschnitt aufweist und die Pleuelstangenaufnahme zum formschlüssigen und um die Schwenkachse schwenkbaren Aufnehmen einer zur Pleuelstangenaufnahme korrespondierenden Aufdickung einer Pleuelstange eingerichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Pleuelstange, insbesondere für eine Kraftmaschine, mit einem Kopfbereich, einem Mittelbereich und einem Fußbereich, wobei der Kopfbereich einen ersten Anschluss mit einer Aufdickung und einer Außenfläche zum um die Schwenkachse drehbeweglichen Anschließen einer Pleuelstangenaufnahme eines Kolbens gemäß einem der vorherigen Ansprüche und der Fußbereich einen zweiten Anschluss zum Aufnehmen einer Kurbelwelle aufweist und der Kopfbereich über den Mittelbereich mit dem Fußbereich verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kurbeltrieb, insbesondere für eine Kraftmaschine und/oder für einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, mit einem Kolben, einer Pleuelstange und einer Kurbelwelle, sowie einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor oder einen Ottomotor.
  • Bisherige Kraftmaschinen, die nach dem Hubkolbenprinzip arbeiten, beispielsweise Dieselmotoren oder auch Ottomotoren, weisen üblicherweise einen Kolben mit einer um eine Schwenkachse angeordneten Kolbenbohrung sowie ein dazugehöriges Pleuel beziehungsweise eine dazugehörige Pleuelstange mit einer korrespondierenden Bohrung auf, sodass der Kolben und die Pleuelstange mit einem sogenannten Kolbenbolzen miteinander schwenkbar verbunden werden. Damit ist bei einem Hubkolben-Verbrennungsmotor insbesondere im Bereich der bewegten Massen eine große Masse vorhanden, welches den Wirkungsgrad und damit auch den Schadstoffausstoß einer entsprechenden Kraftmaschine negativ beeinflusst beziehungsweise die weitere Reduzierung des Schadstoffausstoßes verhindert.
  • Weiterhin sind Kolben und Pleuelstangen bekannt, bei denen der sogenannte Kopf der Pleuelstange eine Aufdickung aufweist, die in eine korrespondierende Hinterschneidung im Kolben eingehängt oder eingeschoben werden kann, sodass auf den Kolbenbolzen verzichtet werden kann. Insbesondere sind letztgenannte Konstruktionen aufgrund technischer Hindernisse jedoch nicht weiterverfolgt worden, da insbesondere bei der Montagesicherheit sowie auch der Schmierung einer entsprechenden Kontaktstelle sowie unter Fertigungsaspekten Probleme vorlagen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Kolben, insbesondere für eine Kraftmaschine, mit einer Oberseite, einer Unterseite und einer Umfangsfläche, wobei die Umfangsfläche zum Führen des Kolbens in einer Zylinderbohrung und die Oberseite zum Aufnehmen von Druckkräften eines Gases in einen Zylinder ausgestaltet sind, die Unterseite eine Pleuelstangenaufnahme mit einer in einer Zug- und Druckrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Schwenkachse angeordneten Hinterschneidung mit einem Querschnitt aufweist und die Pleuelstangenaufnahme zum formschlüssigen und um die Schwenkachse schwenkbaren Aufnehmen einer zur Pleuelstangenaufnahme korrespondierenden Aufdickung einer Pleuelstange eingerichtet ist, wobei der Hinterschneidung ein radial gegenüber der Schwenkachse beweglich aufgenommenes erstes Rastelement zum Fixieren der in die Pleuelstangenaufnahme eingeschobenen Aufdickung entlang der Schwenkachse in einer ersten Bewegungsrichtung zugeordnet ist, wobei das erste Rastelement in einer Fixierposition in den Querschnitt der Hinterschneidung hineinreicht, sodass die Aufdickung entlang der Schwenkachse in der ersten Bewegungsrichtung fixiert ist und das erste Rastelement in einer Montageposition aus der Hinterschneidung herausbewegt ist, sodass die Aufdickung entlang der Schwenkachse in der ersten Bewegungsrichtung freigegeben ist.
  • Mittels des radial gegenüber der Schwenkachse beweglich aufgenommenen ersten Rastelementes kann damit die Aufdickung der Pleuelstange derart in die Hinterschneidung eingeführt werden, dass diese nach Erreichen der Montageposition fixiert ist. Damit ist eine besonders einfache und zuverlässige Montage einer Baugruppe aus Pleuelstange und Kolben, beispielsweise für die Vorbereitung weiterer Montageschritte eines Verbrennungsmotors, sichergestellt.
  • Kerngedanke der Erfindung ist dabei die Rastfunktion des Rastelementes, wobei mittels dieser Rastfunktion ein versehentliches Herausgleiten der Aufdickung aus der Hinterschneidung wirksam verhindert wird und dennoch eine einfache Montage der Baugruppe ermöglicht ist. Dazu ist das erste Rastelement in den Querschnitt der Hinterschneidung hinein und aus dem Querschnitt der Hinterschneidung heraus bewegbar, sodass während der Montage die Montageposition des ersten Rastelementes zum Einführen der Aufdickung in die Hinterschneidung ausnutzbar ist und die Fixierposition des ersten Rastelementes sodann sicherstellt, dass die Aufdickung der Pleuelstange nicht mehr versehentlich aus der Hinterschneidung herausgleiten kann. Somit kann eine Konstruktion von Pleuelstangen und Kolben mittels einer entlang einer Schwenkachse einschiebbaren Aufdickung in der Pleuelstange genutzt werden, um beispielsweise ein Verdrehen des Kolbens innerhalb der Zylinderbohrung während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine konstruktiv zu verhindern und dennoch keine weiteren aufwändigen Maßnahmen treffen zu müssen, um eine einfache und zuverlässige Montage der entsprechenden Baugruppen sicherzustellen.
  • In diesem Zusammenhang seien folgende Begriffe erläutert:
  • Ein „Kolben“ ist ein bewegliches Bauteil, welches zusammen mit einem umgebenden Gehäuse, im Falle einer Kraftmaschine eines „Zylinders“, einen abgeschlossenen Hohlraum bildet, wobei ein Volumen des Hohlraums sich durch eine Bewegung des Kolbens im Zylinder verändert. Dieser abgeschlossene Hohlraum wird auch „Brennraum“ genannt. Ein solches Prinzip kann in unterschiedlichen Bauformen verwirklicht werden, im Fall der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein auf und ab bewegbarer Hubkolben innerhalb eines prismatisch ausgebildeten Zylinders bezeichnet.
  • Eine „Oberseite“ eines Kolbens ist beispielsweise das als Kolbendach bezeichnete Bereich des Kolbens, welcher in einem Verbrennungsmotor beispielsweise dem Brennraum zugewandt ist. Diese Oberseite nimmt dann, am Beispiel des Verbrennungsmotors erläutert, die Druckkräfte durch das expandierende gezündete Gasgemisch auf und trägt damit die für den Betrieb des Kurbeltriebs notwendigen Kräfte an die Pleuelstange und damit an die Kurbelwelle.
  • Eine „Unterseite“ ist die dem Pleuel oder der Pleuelstange zugewandte Seite des Kolbens, also insbesondere die Seite des Kolbens, welche die Pleuelstangenaufnahme aufweist.
  • Eine „Umfangsfläche“ ist die Fläche des Kolbens, welche beispielsweise der Zylinderbohrung im Falle eines Verbrennungsmotors zugewandt ist. Die genannten beispielhaften Angaben beziehen sich auf die übliche Bauform eines zylinderförmigen Kolbens, welcher also ähnlich einer runden Scheibe ausgeführt ist, und der dazugehörigen im Wesentlichen runden Zylinderbohrung. Gleichfalls kann eine entsprechend andere Form von Kolben sowie andere Form von Zylinderbohrung, wenn technisch sinnvoll, auch realisiert sein. Die Umfangsfläche kann dabei auch typischerweise als äußere Begrenzung eines sogenannten „Kolbenhemdes“ dienen.
  • Eine „Zylinderbohrung“ kann beispielsweise eine gegossene und/oder gebohrte und dann beispielsweise durch Honen weiter veredelte Kavität innerhalb eines Motorblocks eines Verbrennungsmotors sein. Weiterhin kann eine solche Zylinderbohrung jedoch auch eine runde oder im Wesentlichen runde nicht abgeschlossene Kavität einer Dampfmaschine, eines Expansionsantriebs oder einer anderen Form von Kraftmaschine sein. Der Kolben schließt dabei die Zylinderbohrung zu einer offenen Seite hin ab, sodass Druckkräfte innerhalb der Zylinderbohrung dann Kräfte auf den Kolben wirken lassen.
  • Ein „Gas“, welches Druckkräfte ausübt, kann hierbei sowohl ein einfaches komprimiertes Gas, wie beispielsweise Druckluft, oder ein durch Phasenübergang entstehendes Gas, wie beispielsweise Heißdampf, oder auch ein Gasgemisch aus beispielsweise Umgebungsluft und Benzin oder Diesel oder einem anderen Brennstoff sein, welcher durch Zündung, beispielsweise in einem Otto- oder Dieselmotor, Druckkräfte ausübt.
  • Dabei dient eine „Pleuelstangenaufnahme“ an der Unterseite des Kolbens dazu, eine Pleuelstange zugfest und schwenkbeweglich aufzunehmen, sodass der Kolben gemeinsam mit der Pleuelstange in einem sogenannten Kurbeltrieb, also beispielsweise bei einer auf einer Kurbelwelle aufgesetzten Pleuelstange, eine kraftschlüssige Verbindung des Kolbens mit der Kurbelwelle derart hergestellt ist, dass der Kolben kraftschlüssig an der Pleuelstangenaufnahme mit der Pleuelstange verbunden ist.
  • Eine „Schwenkachse“ ist beispielsweise die Achse, um welche die Pleuelstange am Kolben drehbar oder schwenkbar aufgenommen ist. Diese Schwenkachse entspricht dabei beispielsweise der Achse des Kolbenbolzens im Stand der Technik.
  • Eine „Hinterschneidung“ bezeichnet eine solche Ausgestaltung einer Aufnahme oder eines Teils einer Aufnahme, bei welcher ein Bauteil oder ein Bereich oder Teilbereich in Kraftrichtung formschlüssig ein Herausziehen verhindert oder formschlüssig eine Übertragung von Kräften ermöglicht. Eine solche Hinterschneidung kann dabei die durch einen Vorsprung gebildete Fläche sein, welche dann von einem hinter dieser Hinterschneidung eingehängten oder angesetzten Bauteil zur Übertragung von Kräften genutzt wird.
  • Die Hinterschneidung weist dabei einen „Querschnitt“ auf, wobei dieser Querschnitt eine Querschnittsfläche orthogonal zur Schwenkachse bezeichnet, also den Querschnitt, welcher mit einer Außenfläche einer entsprechenden Aufdickung der Pleuelstange korrespondiert.
  • Eine „Aufdickung“ der Pleuelstange ist ein solcher Bereich, welcher einen größeren oder breiteren Querschnitt oder einen größeren oder breiteren Durchmesser aufweist als ein angrenzend angeordneter Teil der Pleuelstange. Insbesondere kann eine solche Aufdickung dazu dienen, gemeinsam mit der Hinterschneidung, insbesondere mit den durch die Hinterschneidung gebildeten Flächen eine formschlüssige zug- oder druckfeste Verbindung auszubilden.
  • Ein „Rastelement“ bezeichnet in diesem Zusammenhang ein mechanisches Element, beispielsweise einen Zapfen, einen Ring, einen Bolzen oder ein geometrisch anders geformtes mechanisches Element, welches radial gegenüber der Schwenkachse in den Querschnitt der Hinterschneidung eintreten und aus dieser heraustreten kann und damit einen Teil des Querschnittes in Blickrichtung entlang der Schwenkachse gesehen verdeckt und damit ein mechanisches Einschieben der Aufdeckung je nach Position verhindert oder zulässt.
  • In diesem Zusammenhang bezeichnet ein „Fixieren“ der Aufdickung, dass die Aufdickung entlang der Schwenkachse nur noch in einem gewünschten Bewegungsbereich axial beweglich ist, beispielsweise nur noch einige Zehntelmillimeter oder 1 mm bis 2 mm, sodass ein zur Funktion der Kraftmaschine notwendiges Spiel zwar vorhanden ist, jedoch ein unbeabsichtigtes Heraustreten der Aufdickung aus der Hinterschneidung wirksam verhindert ist.
  • Die „Fixierposition“ dient in diesem Zusammenhang der Bezeichnung einer Position, in der das erste Rastelement in den Querschnitt der Hinterschneidung hineinreicht, also das eben beschriebene Fixieren erreicht wird. Demgegenüber ist das erste Rastelement in einer „Montageposition“ aus der Hinterschneidung herausbewegt, die Hinterschneidung also derart bereitgestellt, dass der Querschnitt der Hinterschneidung soweit, insbesondere vollständig, frei bleibt, sodass die Aufdickung entlang der Schwenkachse in der ersten Bewegungsrichtung freigegeben ist.
  • Eine „Bewegungsrichtung“ bezeichnet dabei sinngemäß die Montagerichtung, also die Richtung der Aufdickung entlang der Schwenkachse, welche während einer Montagetätigkeit dazu genutzt wird, die Aufdickung in die Hinterschneidung einzuschieben oder einzuhängen.
  • Um die Montage des Kolbens mit einer dazu korrespondierenden Pleuelstange universell und richtungsunabhängig vornehmen zu können, ist der Hinterschneidung ein radial gegenüber der Schwenkachse beweglich aufgenommenes zweites Rastelement zum Fixieren der in der Pleuelstangenaufnahme eingeschobenen Aufdickung entlang der Schwenkachse in einer zweiten Bewegungsrichtung zugeordnet, wobei das zweite Rastelement in einer Fixierposition in den Querschnitt der Hinterschneidung hineinreicht, sodass die Aufdickung entlang der Schwenkachse in der zweiten Bewegungsrichtung fixiert ist und das zweite Rastelement in einer Montageposition aus der Hinterschneidung herausbewegt ist, sodass die Aufdickung entlang der Schwenkachse in der zweiten Bewegungsrichtung freigegeben ist.
  • Hierbei dient das erste Rastelement sowie das zweite Rastelement dazu, ein Heraustreten der Aufdickung zu einer ersten Seite oder einer zweiten Seite der Hinterschneidung wirksam zu verhindern, sodass beispielsweise das erste Rastelement an der ersten Seite und in Richtung der ersten Seite wirksam ist und das zweite Rastelement an einer zweiten Seite und Richtung der zweiten Seite wirksam ist. Somit kann die Aufdickung der Pleuelstange von der einen sowie auch von der anderen Seite in die Hinterschneidung eingeschoben oder eingehängt werden, sodass beispielsweise eine universelle Montage unabhängig von der Einschubrichtung ermöglicht ist.
  • In einer Ausführungsform ist oder sind das erste Rastelement und/oder das zweite Rastelement radial elastisch gegenüber der Schwenkachse beweglich aufgenommen.
  • Durch die elastische Aufnahme des jeweiligen Rastelementes kann beispielsweise das jeweilige Rastelement für eine Montage aus dem Querschnitt heraus zurückgeschoben oder zurückgedrückt werden, sodass der Querschnitt der Hinterschneidung freigegeben ist und die Aufdickung der Pleuelstange eingeschoben werden kann. Die elastische Aufnahme stellt dabei sicher, dass das jeweilige Rastelement beispielsweise bei Erreichen einer gewünschten Position der Aufdickung entlang der Schwenkachse automatisch und selbstständig zurück in den Querschnitt der Hinterschneidung hineinfedert, sodass ein gesicherter Zustand der Montageanordnung automatisch erreicht ist.
  • „Elastisch“ bezeichnet in diesem Zusammenhang ein Verhalten des jeweiligen Rastelementes, das dieses gegen einen Widerstand aus dem Querschnitt der Hinterschneidung herausgedrückt werden kann, sodass elastische Energie gespeichert wird, beispielsweise durch Verformung eines Bauteils oder eines Teils des Rastelementes, und diese elastisch gespeicherte Energie dann wieder abgegeben wird, sobald das jeweilige Rastelement entlastet wird.
  • Um die Fertigung zu vereinfachen und das jeweilige Rastelement beispielsweise mittels Normteilen ausführen zu können, weist oder weisen das erste Rastelement und/oder das zweite Rastelement einen insbesondere mittels einer Feder radial elastisch belasteten Rastknopf auf.
  • Mittels einer solchen „Feder“, welche beispielsweise als Spiralfeder, Tellerfeder oder Kragarmfeder ausgeführt sein kann, ist eine zuverlässige elastische Aufnahme des jeweiligen Rastelementes sichergestellt. Weiterhin sind solche Federn üblicherweise als Normteile in unterschiedlichen Federstärken sowie Durchmessern und auch Längen zu beschaffen oder können einfach gefertigt werden.
  • Ein „Rastknopf“ bezeichnet in diesem Zusammenhang ein mechanisches Bauteil, welches, insbesondere mittels der Feder angetrieben, mit einem Teilquerschnitt in den Querschnitt der Hinterschneidung hereinreicht, wenn die Fixierposition erreicht ist. Beispielsweise kann ein solcher Rastknopf dabei auch kugelförmig oder halbkugelförmig sein oder als Kugel ausgeführt sein. In der Fixierposition reicht dann beispielsweise ein Teilquerschnitt der Kugel in den Querschnitt der Hinterschneidung herein. Damit ist weiterhin erreicht, dass ein Teil der Aufdickung an der Kugeloberfläche abgleiten kann und damit bei einem Einschieben der Aufdickung in die Hinterschneidung automatisch die Kugel gegen die Feder zurück in einen entsprechend bereitgestellten Raum gedrückt wird, sodass ein einfaches Montieren durch Erreichen der so zwangsweise herbeigeführten Montageposition und ein automatisches Zurückfedern der Kugel in die Fixierposition bei Erreichen eines entsprechend gewünschten Montagezustandes sichergestellt ist.
  • In einer Ausführungsform weist oder weisen das erste Rastelement und/oder das zweite Rastelement einen radial elastischen Sicherungsring mit einem Sicherungsringquerschnitt auf, wobei der jeweilige Sicherungsring insbesondere mit einer jeweiligen Ringnut innerhalb der Hinterschneidung derart radial aufgenommen ist, dass der Sicherungsringquerschnitt in der Montageposition, insbesondere mittels der teilweise eingeschobenen Aufdickung, in die Ringnut hinein- und aus dem Querschnitt herausbewegt ist und nach einem im Wesentlichen vollständigen Einschieben der Aufdickung mittels eines elastischen Verformungsverhaltens in die Fixierposition zurückkehrt.
  • Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise innerhalb einer Innenfläche der Hinterschneidung eine entsprechende Ringnut oder auch eine Teil-Ringnut eingebracht sein, in die ein entsprechender elastischer Sicherungsring eingelegt wird. Ein solcher „Sicherungsring“, welcher beispielsweise einen rechteckigen, quadratischen oder auch runden Querschnitt aufweisen kann, ist dabei radial elastisch ausgestaltet, setzt also einer entsprechenden Durchmesserveränderung eine Kraft je nach Stärke der Durchmesserveränderung entgegen. Insbesondere weisen solche Sicherungsringe dabei eine Öffnung in ihrem Umfang auf, sind also offen und nicht geschlossen. Solche Sicherungsringe sind der Funktion und Ausführung nach weithin bekannt.
  • Eine „Ringnut“ ist dabei an einen Querschnittsdurchmesser des entsprechenden Sicherungsrings angepasst, sodass der Sicherungsring mit einer gewünschten Toleranz in der Ringnut liegt. Das elastische Verformungsverhalten des Sicherungsrings wird dabei so ausgenutzt, dass der Sicherungsring in einem Ruhezustand beispielsweise mit der Hälfte seines Durchmessers innerhalb des Querschnittes der Hinterschneidung und mit einer äußeren Hälfte seines Durchmessers innerhalb der Ringnut liegt, wobei die Ringnut an einer Stelle entlang der Schwenkachse den Querschnitt der Hinterschneidung lokal aufweitet. Beispielsweise kann eine solche Ringnut dabei auch jeweils an einer jeweiligen Seite der Hinterschneidung in Richtung der Schwenkachse eingebracht sein, sodass beidseitig der Aufdickung der Pleuelstange eine Sicherung mittels des entsprechenden Sicherungsrings stattfindet.
  • Ein „Sicherungsringquerschnitt“ bezeichnet in diesem Zusammenhang den Querschnitt beispielsweise eines Drahtes, aus dem der Sicherungsring gebildet ist, oder auch eines Stranges, aus dem der Sicherungsring gebildet ist. Insbesondere reichen dabei in der Fixierposition, also in einer entspannten, neutralen Position des Sicherungsrings, Teile dieses Sicherungsringquerschnitts in den Querschnitt der Hinterschneidung hinein, wodurch die Fixierposition erreicht ist. In der Montageposition ist dann der Sicherungsringquerschnitt vollständig in die Ringnut hereingedrückt, der Sicherungsring also entsprechend aufgeweitet, sodass die Aufdickung in die Hinterschneidung der Pleuelstangenaufnahme hineingeschoben werden kann.
  • In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Pleuelstange, insbesondere für eine Kraftmaschine, mit einem Kopfbereich, einem mittelbereich und einem Fußbereich, wobei der Kopfbereich einen ersten Anschluss mit einer Aufdickung und einer Außenfläche zum um die Schwenkachse drehbeweglichen Anschließen einer Pleuelstangenaufnahme eines Kolbens gemäß einem der vorherigen Ansprüche und der Fußbereich einen zweiten Anschluss zum Aufnehmen einer Kurbelwelle aufweist und der Kopfbereich über den Mittelbereich mit dem Fußbereich verbunden ist, wobei die Aufdickung an einem ersten Endbereich und/oder an einem zweiten Endbereich entlang der Schwenkachse eine die Außenfläche der Aufnahme in Richtung der Schwenkachse einschnürende Einführhilfe aufweist.
  • Mittels einer solchen Einführhilfe kann im Zusammenspiel mit dem Rastelement ein automatisches Überführen des Rastelementes in die Montageposition erreicht werden, sodass das Rastelement durch das Einführen der Aufdickung in die Hinterschneidung von der Fixierposition in die Montageposition überführt, insbesondere gedrückt, wird. Damit erfolgt die Montage der Pleuelstange mit dem Kolben teilautomatisch, insbesondere ohne Werkzeug oder weitere Hilfsmittel. Diese Einführhilfe kann auch im Zusammenspiel mit beispielsweise der Geometrie des Sicherungsrings und/oder der Geometrie des Rastknopfes wirken, sodass beispielsweise ein runder Querschnitt des Sicherungsrings im Zusammenspiel mit einer entsprechenden Einführhilfe an der Aufdickung wirkt oder eine entsprechend runde Form des Rastknopfes oder auch eine abgeschrägte Form des Rastknopfes gemeinsam mit der Einführhilfe wirkt und damit die Montage erleichtert.
  • Eine „Pleuelstange“ dient in einem „Kurbeltrieb“ dazu, zwischen einer Kurbelwelle und dem sich hin- und herbewegenden Kolben innerhalb des Zylinders mechanisch eine Verbindung herzustellen. Dabei ist die Pleuelstange mit einem „Kopfbereich“ am Kolben angeschlossen, wobei ein „Fußbereich“ über einen „Mittelbereich“ mit dem Kopfbereich verbunden ist und den Anschluss an einen exzentrischen Kurbelzapfen der Kurbelwelle sicherstellt. Dabei weist der Kopfbereich den Anschluss mit der Aufdickung und der Fußbereich einen zweiten Anschluss zum Aufnehmen der Kurbelwelle auf.
  • Eine „Außenfläche“ der Aufdickung beschreibt dabei beispielsweise eine prismatische, insbesondere zylindrische Fläche, welche insbesondere parallel entlang der Schwenkachse verläuft. Diese Außenfläche kontaktiert dabei mit einer Innenfläche der Hinterschneidung in der Pleuelstangenaufnahme und weist dabei beispielsweise entsprechende Reibeigenschaften, Rauigkeiten, Härtegrade oder weitere Eigenschaften auf, die ein Schwenken der Pleuelstange gegenüber dem Kolben zuverlässig ermöglichen. Dieser Außenfläche ist dabei eine „Einführhilfe“ zugeordnet, wobei diese Einführhilfe die Außenfläche in Richtung der Schwenkachse einschnürt, also beispielsweise eine rampenartige Geometrie bereitstellt, welche lokal um einen Umfang der Außenfläche bestehen kann, sodass beispielsweise der Rastknopf kontaktiert werden kann und ein Einführen der Aufdickung in die Hinterschneidung erleichtert wird.
  • Diese Einführhilfe ist dabei in einem jeweiligen „Endbereich“ der Aufdickung angeordnet, also in einem Bereich, welcher die Aufdickung in Richtung der Schwenkachse jeweils begrenzt und beispielsweise durch eine Stirnfläche der Aufdickung abgeschlossen ist.
  • In einer Ausführungsform ist dabei die Einführhilfe insbesondere vollständig umlaufend um einen Umfang des jeweiligen Endbereichs ausgebildet.
  • Mittels dieser Ausführung kann beispielsweise einem Sicherungsring eine vollständig um den Umfang des jeweiligen Endbereichs verlaufende Einführhilfe entgegengesetzt werden, sodass der Sicherungsring zuverlässig in die Ringnut zurückgedrängt wird, wenn die Aufdickung in die Hinterschneidung montiert werden soll.
  • Um eine Montagebewegung besonders einfach und weich durchführen zu können, weist die Einführhilfe eine Fase und/oder eine Rundung auf, wobei eine Breite der Fase und/oder ein Radius der Rundung insbesondere im Wesentlichen dem Sicherungsringquerschnitt entspricht und/oder den Sicherungsringquerschnitt übersteigt, sodass ein ruckfreies Einführen der Aufdickung in die Pleuelstangenaufnahme ermöglicht ist.
  • Eine „Fase“ beschreibt dabei eine abgeschrägte Fläche an einer Kante, insbesondere am Übergang der Außenfläche im Endbereich. Demgegenüber ist eine „Rundung“ ein entsprechender Radius an diesem Umfang.
  • Eine Breite der Fase und/oder ein Radius der Rundung sind dabei insbesondere so gewählt, dass der Sicherungsringquerschnitt abgebildet oder überschritten ist, sodass allein aufgrund der Geometrie ein ruckfreies und sicheres Einführen der Aufdickung in die Pleuelstangenaufnahme ermöglicht ist.
  • In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch einen Kurbeltrieb, insbesondere für eine Kraftmaschine und/oder einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, mit einem Kolben, einer Pleuelstange und einer Kurbelwelle, wobei ein Kolben gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen und/oder eine Pleuelstange gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen verwendet ist.
  • Ein solcher Kurbeltrieb kann, beispielsweise als vormontierte Einheit, für die Montage eines Hubkolben-Verbrennungsmotors genutzt werden, sodass die Montage vereinfacht und alle Vorteile des sehr leicht gestaltbaren Kolbens mit einer entsprechend einfach gestalteten Pleuelstange innerhalb des Kurbeltriebs genutzt werden können.
  • In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, insbesondere einen Dieselmotor oder einen Ottomotor, mit einem Kolben gemäß einer der vorig bezeichneten Ausführungsformen, einer Pleuelstange gemäß einer der vorig beschriebenen Ausführungsformen und/oder einem Kurbeltrieb gemäß der vorig beschriebenen Ausführungsform.
  • Ein solcher Hubkolben-Verbrennungsmotor ist einfach zu montieren, kommt ohne Kolbenbolzen aus und ist daher besonders effizient, da die bewegten Massen stark reduziert sind.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung einer Kurbeleinheit mit einem Kolben sowie einer Pleuelstange in einer isometrischen Ansicht,
    • 2a den Kolben der Kurbeleinheit der 1 in einer schematischen Seitenansicht,
    • 2b den Kolben in einer schematischen Ansicht von unten,
    • 2c den Kolben der 2b in einer Schnittdarstellung A-A,
    • 2d den Kolben in einer Unteransicht mit unterschiedlichen Schnittebenen,
    • 3a die Pleuelstange der 1 in einer schematischen Seitenansicht, sowie
    • 3b die Pleuelstange in einer isometrischen Darstellung.
  • Eine Kurbeleinheit 101 weist einen Kolben 201 sowie eine Pleuelstange 301 auf. Die Kurbeleinheit 101 ist Teil eines Dieselmotors (nicht dargestellt), wobei der entsprechende Dieselmotor beispielsweise vier, sechs oder auch acht dieser Kurbeleinheiten aufweisen kann, wobei die jeweiligen Kolben 201 entlang einer Bewegungsachse 281 innerhalb entsprechender Zylinder beweglich aufgenommen sind. Die Pleuelstange 301 ist dabei um eine Kurbelachse 185 auf jeweiligen Kurbelzapfen einer entsprechend der Zylinderanzahl ausgelegten Kurbelwelle aufgenommen. Dabei ist der Dieselmotor beispielsweise als Reihen-Vierzylinder, Reihen-Sechszylinder oder V-Acht-Motor ausgebildet. Es handelt sich dabei jeweils um einen Dieselmotor mit Hochdruck-Einspritzung für Dieselkraftstoff und einer Turbo- und/oder Kompressor-Aufladung, wodurch hohe Verbrennungstemperaturen im jeweiligen Zylinder entstehen. Andere Bauformen sind selbstverständlich ebenso mittels der Kurbeleinheit 101 in entsprechender Anzahl darstellbar. Der Kolben 101 ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet.
  • Die jeweilige Pleuelstange 301 ist aus Stahl geschmiedet und spanend nachbearbeitet sowie um eine Schwenkachse 183 gegenüber dem Kolben 201 schwenkbar angeordnet, sodass bei einer vollständigen Rotation der Kurbelwelle (nicht dargestellt) die Kurbelachse 185 auf einer Kreisbewegung geführt ist, der Kolben 201 mittels der Pleuelstange 301 im Zylinder auf und ab bewegt wird und damit eine vollständige Umdrehung der Kurbelwelle ohne mechanische Hindernisse vollführt wird. An einer Oberseite 203 des Kolbens 201 durch die Verbrennung von beispielsweise eingespritztem Diesel erzeugter Gasdruck treibt dabei den Kolben 201 an, sodass insgesamt der Motor nach dem Dieselprinzip betrieben wird. Das Zünden des eingespritzten Dieselkraftstoffs erfolgt dabei durch die Kompression von angesaugter Luft im Zylinder, die Verdichtungstemperatur liegt dabei bei über 700 °C, die daraus sich ergebende Verbrennungstemperatur bei über 1.200 °C. Entsprechend hoch sind die thermischen Einflüsse auf den Kolben 201.
  • Der Kolben 201 weist neben der in Richtung des Brennraums im Zylinder gerichteten Oberfläche 203 eine Umfangsfläche 205 sowie eine Unterseite 207 auf. Innerhalb der Oberseite ist konzentrisch zur Bewegungsachse 281 ein Brennraum 241 mit einer kegelartigen Kalotte 243 angeordnet, der den Brennraum des Zylinders im Kolben 201 erweitert.
  • Ein überwiegender Bestandteil der Umfangsfläche 205 formt ein Kolbenhemd, welches in Richtung der Unterseite 207 zylindrisch verläuft und dünnwandig ausgebildet ist. Von der Oberseite 203 ausgehend weist der Kolben 201 einen schmalen Umfangskragen 221 auf, welcher einen Abstand von der Oberseite 203 zu einer ersten Ringnut 223 bildet. Innerhalb dieser ersten Ringnut 223 ist ein Kolbenring zum Abdichten gegenüber dem Zylinder angeordnet. Weiter in Richtung der Unterseite 207 sind eine Ringnut 225 sowie eine Ringnut 227 angeordnet, wobei in der Ringnut 225 ein weiterer Kolbenring als Dichtring eingelegt ist, in der Ringnut 227 ein Kolbenring in der Funktion als Ölabstreifring (Kolbenringe jeweils nicht dargestellt). An der Ringnut 227 sind zusätzlich Bohrungen 229 angeordnet, welche ein Abfließen von Motoröl begünstigen.
  • Der Umfangskragen 221 ist bei Dieselmotoren nach dem Stand der Technik als sogenannter „Feuersteg“ bekannt und bei diesen Motoren im Stand der Technik mit einem deutlich geringeren Durchmesser ausgeführt, als die Umfangsfläche eines Kolbens. Der Umfangskragen 221 hingegen weist einen Radius 282 auf, wobei dieser Radius 282 innerhalb technischer Toleranzen identisch zu einem Radius 284 der Umfangsfläche 205 ist. Der Kolben 201 kann damit bezüglich seiner zylindrischen Form in einer einzigen Aufspannung und mit einer einzigen Einstellung auf einer Drehbank gefertigt werden.
  • Der Umfangskragen 221 kann in dieser Form ausgeführt sein, da die übliche Funktion eines „Feuersteges“ des Standes der Technik, nämlich eine zusätzliche Wärmeabfuhr über diesen Feuersteg durch einen dünneren Durchmesser und damit Zugang für die Verbrennungsgase beim Kolben 201 entfallen kann. Nähere Erläuterungen hierzu werden untenstehend aufgeführt.
  • An der Unterseite 207 weist der Kolben 201 eine Aufnahme 210 für die Pleuelstange 301 auf. Die Aufnahme 210 ist dabei im Wesentlichen durch eine Hinterschneidung 211 gebildet, welche eine konzentrisch um die Schwenkachse 183 angeordnete Innenfläche 213 aufweist und durch eine jeweilige Kante 217 begrenzt ist. Um die Hinterschneidung 211 entlang der Schwenkachse 183 zugänglich zu halten und ein Fertigen der Hinterschneidung 211 mit der Innenfläche 213 zu ermöglichen, weist das Kolbenhemd 219 zu beiden Seiten entlang der Schwenkachse 183 einen Ausschnitt 220 auf. Durch diesen Ausschnitt 220 kann sowohl die Pleuelstange 301 in den Kolben 201 eingeschoben werden, als auch während der vorigen Fertigung des Kolbens 201 ein entsprechendes Werkzeug zur Feinbearbeitung der Innenfläche 213 hindernisfrei eingeführt werden.
  • Von einer Unterseite des Kolbens 201 erkennbar (vergleiche auch 2b) weist der Kolben 201 unterschiedliche Volumina auf. Neben den direkt technisch bedingten Volumina des Kolbens 201, nämlich dem Volumen zum Bilden der Aufnahme 210 mit der Hinterschneidung 211, dem Volumen für das Kolbenhemd 219 sowie entsprechenden Volumina zum Schaffen von weichen geometrischen Übergängen, weist der Kolben 201 eine jeweilige symmetrisch zur Bewegungsachse 281 angeordnete Aufdickungen 231, ebenfalls symmetrisch zur Bewegungsachse 281 angeordnete Taschen 233 sowie zusätzliche, symmetrisch zur Bewegungsachse 281 und in Richtung der Schwenkachse 183 angeordnete Aufdickungen 235 auf. Die entsprechenden Volumina der Aufdickungen 231, der Tasche 233 sowie der Aufdickungen 235 sind dabei so gewählt, dass beliebige Schnittflächen durch die Bewegungsachse 281, nämlich beispielsweise solche entlang einer Schnittebene 271, einer Schnitteben 273 oder einer Schnittebene 275 gebildete Schnittflächen (vergleiche auch 2d), jeweils flächengleich mit einer Toleranz von beispielsweise 2 % in Bezug zu beispielsweise der kleinsten der jeweiligen Vergleichs-Schnittflächen sind. Mit dieser geometrischen Ausgestaltung ist sichergestellt, dass das thermische Ausdehnungsverhalten des Kolbens 201 in unterschiedlichen polaren Positionen um die Bewegungsachse 281 nahezu identisch oder sogar identisch ist. Dazu ist bei der Aufdickung 231 Material aufgetragen, bei der Tasche 233 Material abgezogen sowie bei der Aufdickung 235 Material aufgetragen. Somit werden beispielsweise technisch bedingte Volumina, wie für die Aufnahme 210, in den jeweiligen Schnittebenen entsprechend ausgeglichen. Ebenso dient beispielsweise eine jeweilige Aufdickung 235 dazu, zumindest teilweise das am Ausschnitt 220 fehlende Material im Kolbenhemd 219 zu entsprechenden Querschnittsflächen wiederum auszugleichen. Entsprechend andere Bauteile werden analog dazu durch Abzug oder Hinzufügen entsprechender Volumina des Materials des Kolbens 201 ausgeglichen.
  • Innerhalb der Innenfläche 213 der Hinterschneidung 211 sind entlang der Schwenkachse 183 zu beiden Seiten symmetrisch zur Bewegungsachse 281 Ringnuten 215 eingebracht, wobei diese Ringnuten aufgrund der Ausformung der Hinterschneidung 211 als Teil-Ringnuten 215 ausgebildet sind. Die jeweilige Ringnut 215 weist einen von einem Durchmesser 216 der Innenfläche 213 ausgehenden Querschnitt bis hin zu einem Durchmesser 218 auf.
  • Die Pleuelstange 301 weist einen Pleuelkopf 303, einen Mittelbereich 305 sowie einen Kurbelwellenanschluss 307 auf. Der Pleuelkopf ist als Aufdickung mit einer zylindrischen Außenfläche 311 ausgebildet. Die Außenfläche 311 entspricht dabei unter Berücksichtigung notwendiger Toleranzen dem Durchmesser 216 der Innenfläche 213 des Kolbens 201. Weiterhin sind an Endbereichen der Aufdickung in Richtung der Schwenkachse 183 Fasen 312 angeordnet. Somit kann der Pleuelkopf 303 entlang der Schwenkachse 183 in den Kolben 201 eingeschoben werden, sodass ein Schwenkgelenk mit Bewegungsfreiheit um die Schwenkachse 183 gebildet ist.
  • Der Mittelbereich 305 verbindet den Pleuelkopf 303 mit dem Kurbelwellenanschluss 307 und weist entlang seiner Ausdehnung zwischen dem Pleuelkopf 303 und dem Kurbelwellenanschluss 307 eine beidseitige Vertiefung 306 auf, sodass insgesamt ein biegesteifer Querschnitt des Mittelbereichs 305 gemäß eines Doppel-T-Trägers gebildet ist. Zusätzlich sind Stege 315 mit gegenüber dem Mittelbereich 305 gebildeten Ausnehmungen 316 derart angeordnet, dass der Mittelbereich 305 gegenüber dem Kurbelwellenanschluss 307 zusätzlich biegesteif und dennoch möglichst leicht verbunden ist.
  • Der Kurbelwellenanschluss 307 ist etwa zur Hälfte aus einem Teil der Pleuelstange 301 sowie einem sogenannten Deckel 308 gebildet, wobei zusammen das Kurbelwellenauge 309 gebildet ist, welches konzentrisch um die Kurbelachse 185 angeordnet ist. Um einen reibungsarmen, verschleißfesten und notlauffähigen Anschluss zur Kurbelwelle herzustellen, ist das Kurbelwellenauge 309 mit einer Lagerschale 321 versehen. Die Lagerschale ist verdrehsicher im Kurbelwellenauge 309 angeordnet, sodass die Position der Lagerschale 321 in Bezug zur Pleuelstange 301 rotationsfest ist.
  • Weiterhin weist die Pleuelstange 301 an der Außenfläche 311 des Pleuelstangenkopfes 303 eine Ventilnut 341 auf, welche mit einer Austrittsöffnung 343 verbunden ist. Die Austrittsöffnung 343 ist Teil eines Ölkanals 345, welcher zwischen der Austrittsöffnung 343 und einer innerhalb des Kurbelwellenauges 309 angeordneten Eintrittsöffnung 347 verläuft. Der Ölkanal 345 ist dabei in der neutralen Faser des Mittelbereichs 305 angeordnet, sodass durch den Ölkanal 345 eine möglichst geringe Schwächung des Mittelbereichs 305, insbesondere gegen Biegung, erfolgt.
  • Zum Montieren der Pleuelstange 301 mit dem Kolben 201 wird der Pleuelkopf 303 entlang der Schwenkachse 183 in die Hinterschneidung 211 eingeschoben. Innerhalb der Ringnut 215 ist jeweils ein elastischer Sicherungsring mit rundem Drahtquerschnitt eingelegt, und zwar so, dass ein Teil des Sicherungsrings (nicht dargestellt) in den Querschnitt der durch die Innenfläche 213 gebildeten Hinterschneidung 211 hineinreicht. Dieser Sicherungsring wird sodann mittels der Fase 312 am Pleuelkopf 303 in die Ringnut zurückgedrängt, wobei der Querschnitt des Sicherungsrings so gewählt ist, dass dieser vollständig zwischen dem Durchmesser 216 und dem Durchmesser 218 positioniert werden kann.
  • Die Fase 312 erleichtert damit das Einschieben des Pleuelkopfes 303 in den Kolben 201. Ist der Pleuelkopf 303 vollständig symmetrisch eingeschoben, so federt ein entsprechender Sicherungsring zurück in seine Ausgangsposition und sichert die Pleuelstange 301 am Pleuelkopf 303 gegen unbeabsichtigtes Herausnehmen entlang der Schwenkachse 183.
  • Die Funktion der Kurbeleinheit 101 bezüglich der Schmierung der Verbindung zwischen Pleuelkopf und Kolben 201 im Hinterschneidung 211 sei wie folgt erläutert:
  • Innerhalb der nicht dargestellten Kurbelwelle ist zum Schmieren entsprechender Lagerstellen der Kurbelwelle ein innerhalb der Kurbelwelle verlaufender Ölkanal mit entsprechenden Austrittsbohrungen an den Lagerstellen vorgesehen. Ebenso weist die Kurbelwelle an den Kurbelzapfen, welche die jeweilige Pleuelstange 301 um die Kurbelachse 185 aufnehmen, entsprechende Austrittsbohrungen für unter Druck stehendes Motoröl vorgesehen. Das Motoröl wird dann in einer umlaufenden Ringnut auf der Kurbelwelle vorgehalten und drängt durch die Eintrittsöffnung 347 in den Ölkanal 345 in zur Austrittsöffnung 343. Mit der Austrittsöffnung 343 sowie der Ventilnut 341 ist ein Ölreservoir geschaffen, in dem unter Druck stehendes Motoröl für die Schmierung der Hinterschneidung 311 zur Verfügung steht.
  • Weiterhin dient die Ventilnut 341 dem Steuern des Ölflusses abhängig von einer Stellung der Kurbelwelle und einer daraus folgenden Stellung der Pleuelstange 301 und des Kolbens 201. Ist der Kolben 201 an einem oberen Totpunkt oder an einem unteren Totpunkt angelangt, so steht die Pleuelstange 301 im Wesentlichen senkrecht innerhalb der Zylinderbohrung entlang der Bewegungsachse 281. In diesem Zustand ist die Ventilnut 341 vollständig von der Innenfläche 213 der Hinterschneidung 211 umgeben, sodass kein Öl durch die Ventilnut 341 austreten kann. In diesem Moment, beispielsweise wenn eine Zündung des Kraftstoffs im Zylinder erfolgt, ist damit eine sichere Schmierung und ein idealer Wärmeübergang zwischen Kolben 201 und Pleuelstange 301 sichergestellt. Ebenso verhindert das vorgehaltene Ölpolster im Ölreservoir zusätzlich einen direkten Materialkontakt.
  • Wird nun der Kolben 201 durch die Verbrennungsgase beschleunigt, so schwenkt die Kurbelwelle zunächst um circa 90°, die Pleuelstange 301 wird ausgelenkt. Die Ventilnut 341 ist so bemessen, dass nun ein Teil der Ventilnut 341 an einer Kante 217 der Hinterschneidung 211 freigegeben wird. In diesem Moment kann durch den Ölkanal 345 geführtes unter Druck stehendes Motoröl austreten und damit auch Wärme aus dem Bereich der Hinterschneidung 311 abtransportieren. In diesem Zustand ist die Verbindung zwischen Pleuelkopf 303 und Hinterschneidung 211 relativ gering belastet, sodass ein Austritt des Motoröls hier vorteilhaft genutzt werden kann, auch wenn dadurch weniger Öl zur Schmierung bereitsteht.
  • Erreicht die Kurbelwelle dann eine untere Totstellung (180°), so verschließt die Hinterschneidung 311 die Ventilnut 341, in diesem Moment können daher Massekräfte des Kolbens 201 wieder mit vollem Öldruck aufgenommen werden. Ebenso kommt es an dieser Stelle zu einer weiteren Wärmeübertragung in das Motoröl, bei einer Kurbelwellenstellung von 270° wird mittels des Öldrucks dann wieder Wärme aus der geöffneten und von der Kante 217 freigegebenen Ventilnut 341 abgeführt. Bis zu einer Kurbelwellenstellen von 360° (Vollwinkel, entspricht 0°) wiederholt sich dann ein Schließen der Ventilnut 341 mittels der Kante 217, sodass im oberen Totpunkt wieder voller Öldruck in der Verbindungsstelle und die Möglichkeit zur erneuten Wärmeabfuhr erreicht ist. Dieser Zyklus wiederholt sich selbstverständlich mit jeder Kurbelwellenumdrehung, sodass im Ergebnis eine ausreichende Schmierung der Bewegung um die Schwenkachse 183 sowie zusätzlich eine optimierte Wärmeabfuhr aus dem Kolben 201 ergibt.
  • In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die geometrische Ausgestaltung des Kolbens 201 wie oben dargelegt zusätzlich die Wärmeabfuhr optimiert. Der zentrale Anschluss der Pleuelstange 301 in der Aufnahme 210 des Kolbens 201 ermöglicht eine gute Wärmeleitung, sodass damit auch der aus dem Stand der Technik bekannte „Feuersteg“ entfallen kann. Zusammen mit der einfachen Geometrie und gleichmäßigen Rundheit des Kolbens 201 kann so ein einfach herzustellender und zudem sehr effizienter Dieselmotor bereitgestellt werden.
  • Im Ergebnis kann der Dieselmotor mit hohen Verbrennungstemperaturen und damit einer schadstoffarmen und effizienten Verbrennung betrieben werden, da mittels der Geometrie des Kolbens 201, der kompakten Bauform und zentralen Abfuhr von Wärme in die Pleuelstange 301 und mittels des gesteuerten Ölflusses des Motoröls ein gutes Wärmemanagement sichergestellt ist. Insgesamt weist die erfindungsgemäße Kombination aus Kolben 201 und Pleuelstange 301 damit ein sehr geringes Gewicht und damit reduzierte bewegte Massen auf. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Art von Kolben 201 sowie Pleuelstange 301 zwar im vorliegenden Beispiel für einen Dieselmotor mit Hochdruck-Einspritzung und einer Aufladung dargestellt wurde, sich die entsprechende Anordnung aus Kolben 201 und Pleuelstange 301 allerdings auch für andere HubkolbenMaschinen eignet, beispielsweise Ottomotoren, Kompressoren oder Dies-Otto-Motoren.
  • Bezugszeichenliste
  • 101
    Kurbeleinheit
    183
    Schwenkachse
    185
    Kurbelachse
    201
    Kolben
    203
    Oberseite
    205
    Umfangsfläche
    207
    Unterseite
    210
    Aufnahme
    211
    Hinterschneidung
    213
    Innenfläche
    215
    Ringnut
    216
    Durchmesser
    217
    Kante
    218
    Durchmesser
    219
    Kolbenhemd
    220
    Ausschnitt
    221
    Umfangskragen
    223
    Ringnut
    225
    Ringnut
    227
    Ringnut
    229
    Bohrung
    231
    Aufdickung
    233
    Tasche
    235
    Aufdickung
    241
    Brennraum
    243
    Kalotte
    261
    Breite
    271
    Schnittebene
    273
    Schnittebene
    275
    Schnittebene
    281
    Bewegungsachse
    282
    Radius
    284
    Radius
    301
    Pleuelstange
    303
    Pleuelkopf
    305
    Mittelbereich
    306
    Vertiefung
    307
    Kurbelwellenanschluss
    308
    Deckel
    309
    Kurbelwellenauge
    311
    Außenfläche
    312
    Fase
    315
    Steg
    316
    Ausnehmung
    321
    Lagerschale
    341
    Ventilnut
    343
    Austrittsöffnung
    345
    Ölkanal
    347
    Eintrittsöffnung

Claims (10)

  1. Kolben (201), insbesondere für eine Kraftmaschine, mit einer Oberseite (203), einer Unterseite (207) und einer Umfangsfläche (205), wobei die Umfangsfläche (205) zum Führen des Kolbens (201) in einer Zylinderbohrung und die Oberseite (203) zum Aufnehmen von Druckkräften eines Gases in einem Zylinder ausgestaltet sind, die Unterseite (207) eine Pleuelstangenaufnahme (210) mit einer in einer Zug- und Druckrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Schwenkachse (183) angeordneten Hinterschneidung (211) mit einem Querschnitt aufweist und die Pleuelstangenaufnahme (210) zum formschlüssigen und um die Schwenkachse (183) schwenkbaren Aufnehmen einer zur Pleuelstangenaufnahme korrespondierenden Aufdickung (303) einer Pleuelstange (301) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterschneidung (211) ein radial gegenüber der Schwenkachse (183) beweglich aufgenommenes erstes Rastelement zum Fixieren der in die Pleuelstangenaufnahme (210) eingeschobenen Aufdickung (303) entlang der Schwenkachse (183) in einer ersten Bewegungsrichtung zugeordnet ist, wobei das erste Rastelement in einer Fixierposition in den Querschnitt (213) der Hinterschneidung (211) hineinreicht, sodass die Aufdickung (303) entlang der Schwenkachse (183) in der ersten Bewegungsrichtung fixiert ist und das erste Rastelement in einer Montageposition aus der Hinterschneidung (211) heraus bewegt ist, sodass die Aufdickung (303) entlang der Schwenkachse (183) in der ersten Bewegungsrichtung freigegeben ist.
  2. Kolben gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterschneidung (211) ein radial gegenüber der Schwenkachse (183) beweglich aufgenommenes zweites Rastelement zum Fixieren der in die Pleuelstangenaufnahme (210) eingeschobenen Aufdickung (303) entlang der Schwenkachse (183) in einer zweiten Bewegungsrichtung zugeordnet ist, wobei das zweite Rastelement in einer Fixierposition in einen Querschnitt (213) der Hinterschneidung (211) hineinreicht, sodass die Aufdickung (303) entlang der Schwenkachse (183) in der zweiten Bewegungsrichtung fixiert ist und das zweite Rastelement in einer Montageposition aus der Hinterschneidung (211) heraus bewegt ist, sodass die Aufdickung (303) entlang der Schwenkachse (183) in der zweiten Bewegungsrichtung freigegeben ist.
  3. Kolben gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rastelement und/oder das zweite Rastelement radial elastisch gegenüber der Schwenkachse (183) beweglich aufgenommen ist oder sind.
  4. Kolben gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rastelement und/oder das zweite Rastelement einen insbesondere mittels einer Feder radial elastisch belasteten, Rastknopf aufweist oder aufweisen.
  5. Kolben gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rastelement und/oder das zweite Rastelement einen radial elastischen Sicherungsring mit einem Sicherungsringquerschnitt aufweist oder aufweisen, wobei der jeweilige Sicherungsring insbesondere in einer jeweiligen Ringnut (215) innerhalb der Hinterschneidung (211) derart radial aufgenommen ist, dass der Sicherungsringquerschnitt in der Montageposition, insbesondere mittels der teilweise eingeschobenen Aufdickung (303), in die Ringnut (215) hinein und aus dem Querschnitt (213) heraus bewegt ist und nach einem im Wesentlichen vollständigen Einschieben der Aufdickung (303) mittels eines elastischen Verformungsverhaltens in die Fixierposition zurückkehrt.
  6. Pleuelstange (301), insbesondere für eine Kraftmaschine, mit einem Kopfbereich (303), einem Mittelbereich (305) und einem Fußbereich (307), wobei der Kopfbereich (303) einen ersten Anschluss mit einer Aufdickung (303) mit einer Außenfläche (311) zum um die Schwenkachse (183) drehbeweglichen Anschließen einer Pleuelstangenaufnahme (210) eines Kolbens (201) gemäß einem der vorherigen Ansprüche und der Fußbereich (307) einen zweiten Anschluss zum Aufnehmen einer Kurbelwelle aufweist und der Kopfbereich (303) über den Mittelbereich (305) mit dem Fußbereich (307) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufdickung (303) an einem ersten Endbereich und/oder an einem zweiten Endbereich entlang der Schwenkachse (183) eine die Außenfläche (311) der Aufdickung in Richtung der Schwenkachse (183) einschnürende Einführhilfe (312) aufweist.
  7. Pleuelstange gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführhilfe (312) insbesondere vollständig umlaufend um einen Umfang des jeweiligen Endbereiches ausgebildet ist.
  8. Pleuelstange gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführhilfe (312) eine Fase (312) und/oder eine Rundung aufweist, wobei eine Breite der Fase und/oder ein Radius der Rundung insbesondere im Wesentlichen dem Sicherungsringquerschnitt entspricht und/oder den Sicherungsringquerschnitt übersteigt, sodass ein ruckfreies Einführen der Aufdickung (303) in die Pleuelstangenaufnahme (210) ermöglicht ist.
  9. Kurbeltrieb (101), insbesondere für eine Kraftmaschine und/oder für einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, mit einem Kolben (201), einer Pleuelstange (301) und einer Kurbelwelle, gekennzeichnet durch einen Kolben (201) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder eine Pleuelstange (301) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8.
  10. Hubkolben-Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor oder Ottomotor, mit einem Kolben (201) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, einer Pleuelstange (301) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 und/oder einem Kurbeltrieb (101) gemäß Anspruch 9.
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