DE1045723B - Triebwerk fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Triebwerk für Brennkraftmaschinen mit einem Pleuel, einem Kolbenbolzen und einem Stuhlkolben, dessen dem Kolbenbolzen als Lager dienender einteiliger Stuhl zwischen in quer zur Kolbenlängsachse gerichteten Ebenen liegenden Stützflächen ruht, welche an dem im wesentlichen achssymmetrischen Kolbenaußenteil einerseits an vom Kolbenboden in axialer Richtung sich gegen das Kolbeninnere erstreckenden Rippen und andererseits an einer der Kurbelwelle näheren Stelle des Kolbenschaftes gebildet sind.

Solche Stuhlkolben haben gegenüber den allgemein gebräuchlichen einstückigen Kolben ohne Stuhl vor allem den Vorteil, daß sich das Kolbenhemd infolge Fehlens von an diesem angesetzten Lagerstellen für den Kolbenbolzen gleichmäßig ausdehnt. Diese Kolben bleiben daher bei allen Temperaturen kreisrund (thermozentrisch) und ergeben kleinere Kolbenspiele, einen kleineren Schmieröl verbrauch und damit eine wesentliche Verbesserung des Betriebsverhaltens und der Lebensdauer. Der Umstand, daß die Kolbenoberfläche nicht durch die Lagerbohrungen des Kolbenbolzens unterbrochen ist, macht diese Kolbenausführung besonders für schlitzgesteuerte Zweitaktmotoren geeignet, da hierdurch die Beherrschung des Schmierölverbrauches wesentlich erleichtert wird.

Bei bekannten Ausführungen dieser Art füllt der Stuhl zusammen mit dem in ihm gelagerten Kolbenbolzen den Innenraum des Kolbenhemdes mindestens in einer Ouerschnittsebene fast völlig aus. Er weist einen ringförmigen Flansch auf, der sich gegen die Innenfläche des Kolbenhemdes anlegt und trägt außerdem zwei Kolbennaben, in denen der Kolbenbolzen gelagert ist. Der P'leuelkopf umgreift in bekannter Weise den mittleren, zwischen den Bolzennaben sich erstreckenden Teil des Kolbenbolzens. Dabei ist es nachteilig, daß die Tragflächen der Lagerstellen für den Kolbenbolzen verhältnismäßig klein und daher spezifisch hoch belastet sind, weil die durch die Anordnung eines Stuhles bedingte Verkürzung des Kolbenbolzens wegen der beengten Raumverhältnisse in der Regel nicht durch eine entsprechende Vergrößerung des Bolzendurchmessers ausgeglichen werden kann. Dies hat eine rasche Abnutzung der Lagerstellen zur Folge. Außerdem ist es nachteilig, daß eine billige und einfache Kühlung der Kopf- und Ringzone des Kolbenhemdes durch Einspritzen eines ölstrahles von der Kurbelwanne aus unmöglich ist, weil die zu kühlenden Zonen durch _ den ringförmigen Flansch des Stuhles abgedeckt sind. Der zuerst genannte Nachteil ist zwar bei einer anderen bekannten Kolbenbauart vermieden, bei der ein starr mit dem Pleuel verbundener Kolbenbolzen so im Kolbenkörper gelagert ist, daß seine dem KoI-

Anmelder:

Dr. Paul H. Schweitzer,
State College, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Ohmstede, Patentanwalt,
Stuttgart-S, Falbenhennenstr. 17

Beanspruchte Priorität:
Österreich, vom 23. Dezember 1953

Dr. Paul H. Schweitzer, State College, Pa. (V. St. A.)_r ist als Erfinder genannt worden

benkopf zugewandte Hälfte über ihre ganze Länge

auf einer Lagerfläche aufliegt oder, mit anderen Worten, daß wenigstens die durch den Explosionsdruck beanspruchten Teile der Bolzen- und Bolzenlagerfläche um den sonst vom Pleuelkopf eingenommenen Flächenanteil vergrößert sind und daß außerdem eine Vergrößerung des Kolbenbolzendurchmessers bis auf die Stärke des sonst notwendigen Pleuelkopfes möglich ist. Es ist bei dieser Bauart auch möglich, die Bolzenlagerung so vorzusehen, daß im Kolbenhemd beiderseits des Pleuels Räume frei bleiben, durch die ein Kühlölstrahl bequem zum Kolbenboden gelangen kann. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um einen Stuhlkolben der eingangs beschriebenen Art, sondern um eine Kolbenkonstruktion, bei welcher ein mit dem Pleuel einstückiger Kolbenbolzen sich unmittelbar

So gegen eine mit dem Kolbenboden einstückige Lagerhälfte abstützt und in seiner Lage durch mit dieser Lagerhälfte verschraubte Lagerbügel gehalten wird. Eine solche Konstruktion ist für moderne schnell laufende Brennkraftmaschinen nicht verwendbar, weil

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die bei ihr für die Montage notwendige Anwendung zweiteiliger Lager mit in Richtung der auftretenden Fliehkräfte verlaufenden Verschraubung eine einwandfreie Lagerung des Kolbenbolzens nicht ermöglicht.

Gemäß der Erfindung werden nun die Vorteile einer Reduzierung der spezifischen Belastung der Kolbenbolzenlagerung und einer für die Anwendung einfacher Spritzkühleinrichtungen geeigneten Gestaltung des Kolbeninnern — ohne daß dabei der Nachteil der Anwendung zweiteiliger Bolzenlager in Kauf genommen werden muß — durch die Kombination der Merkmale erreicht, daß der Stuhl lediglich in Richtung quer zum Kolbenbolzen Teile aufweist, die bis zur Innenfläche des Kolbenschaftes reichen, daß er aber in der dazu senkrechten Richtung über seine ganze Höhe eine wesentlich geringere Breite aufweist und daß auch der Kolbenbolzen wesentlich kürzer ist als der Innendurchmesser des Kolbenschaftes, ferner daß das im Stuhl gebildete Kolbenbolzenlager in seiner dem Kolbenkopf zugewendeten Hälfte durch eine der Länge des Kolbenbolzens entsprechende Zylinderfläche gebildet ist, während der der Kurbelwelle zugewandte Lagerteil lediglich aus sich nicht über die ganze Lagerfläche erstreckenden, mit dem Stuhlkörper einstücki- _a5 gen Bügeln besteht, neben denen Raum für das mit dem Kolbenbolzen nach dessen Einfügung in den Stuhl starr verbundene Pleuel frei bleibt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kolbenbolzen zwecks Befestigung der Pleuelstange an diesem zumindest in seinem mittleren axialen Bereich voll ausgebildet und dort mit einem radialen Schlitz versehen, in den die wenigstens am kolbenseitigen Ende mit flach rechteckigem Querschnitt ausgebildete Pleuelstange eingesteckt werden kann, nachdem der Kolbenbolzen in seine Lagerung im Stuhl eingeführt wurde. Die Befestigung kann durch einfache Vernietung erfolgen, welche bei der Montage vorgenommen werden kann. Insbesondere bei kleineren Ausführungen wird es das Zweckmäßigste sein, den Stuhl ohne besondere Lagerschale, sondern selbst völlig aus Lagermetall, z. B. aus Bronze herzustellen.

Der Effindungsgegenstand wird an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch das Triebwerk und in Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.

Das dargestellte Triebwerk besteht aus der Pleuelstange I₁ dem Kolbenhemd 2 mit Kolbenboden 3, dem Stuhl 4 und dem Kolbenbolzen 5, welcher kürzer ist als der Innendurchmesser des Hemdes 2. Der Kolbenbolzen 5 ist, mit Ausnahme des mittleren Bereiches 7, hohl ausgebildet. Sein Durchmesser entspricht etwa seiner Länge. Die Pleuelstange weist in ihrer gesamten Länge einen flach rechteckigen Querschnitt auf und ist mit ihrem kolbenseitigen Ende in den radialen, im Mittelstück 7 des Kolbenbolzens 5 befindlichen Schlitz 6 eingesteckt und mittels eines Niets 8 mit dem Kolbenbolzen 5 fest verbunden.

Das Kolbenhemd 3 stützt sich an dem den Kolbenbolzen 5 aufnehmenden Stuhl 4 oben mit einer Ringfiäche 9 des nach innen ragenden Kragens 10 ab und ist dort gleichzeitig durch einen Wulst H am Käfig 4 zentriert. In Höhe der Kolbenbolzenachse ist es Iediglich durch zwei Lappen 12 an einer zylindrischen Fläche 13 zentriert und stützt sich durch einen Federring 14 in axialer Richtung gegen diese Lappen 12 des Stuhles ab. Die beiden Lappen 12 sind senkrecht zur Kolbenbolzenachse angeordnet. Sie ersetzen den bei älteren Ausführungen von Stuhlkolben am Stuhl angeordneten durchgehenden kreisringförmigen Flansch. Der Stuhl 4 ist einteilig ausgeführt und weist für den Durchtritt der Pleuelstange 1 einen Schlitz 15 auf, der jedoch nur so groß gehalten ist, als es die Relativbewegungen der Pleuelstange gegenüber dem Stuhl erfordern. Die vorliegende Ausführung ist speziell für Viertaktmaschinen gedacht. Bei einer Ausführung für Zweitaktmaschinen kann der Schlitz 15 wesentlich breiter und bis zu den Lappen 12 hinaufreichend ausgeführt werden, so daß die untere Hälfte des Stuhles 4 nur mehr aus zwei schmalen Bügeln besteht. Die obere Hälfte des Stuhles weist symmetrisch je zwei Schmierbohrungen 16 auf.

Das als Kurbelzapfenlager dienende Kugellager 17 ist in einem kreisförmigen Ausschnitt der Pleuelstange befestigt.

Die Formgebung des Kolbens 2 ist im vorliegenden Falle eine derartige, daß an keiner Stelle zurückspringende Flächen gebildet werden, so daß bei der Herstellung durch Gießen oder Schmieden in vorteilhafter Weise Dauerformen benutzt werden können. An Stelle des Federringes 14 können auch segmentförmige Ansätze am Kolbenhemd vorgesehen sein, und es kann die Verbindung zwischen Kolbenhemd und Stuhl nach Art eines Bajonettverschlusses erfolgen. In diesem Falle sind die beiden Teile gegen gegenseitiges Verdrehen zu sichern.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Triebwerk für Brennkraftmaschinen mit einem Pleuel, einem Kolbenbolzen und einem Stuhlkolben, dessen dem Kolbenbolzen als Lager dienender einstückiger Stuhl zwischen in quer zur Kolbenlängsachse gerichteten Ebenen liegenden Stützflächen ruht, welche an dem im wesentlichen achssymmetrischen Kolbenaußenteil einerseits an vom Kolbenboden in axialer Richtung sich gegen das Kolbenkinere erstreckenden Rippen und andererseits an einer der Kurbelwelle näheren Stelle des Kolbenschaftes durch radial vom Schaft nach innen sich erstreckende Teile gebildet sind, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß der Stuhl lediglich in Richtung quer zum Kolbenbolzen Teile aufweist, die bis zur Innenfläche des Kolbenschaftes reichen, daß er aber in der dazu senkrechten Richtung über seine ganze Höhe eine wesentlich geringere Breite aufweist und daß auch der Kolbenbolzen wesentlich kürzer ist als der Innendurchmesser des Kolbenschaftes, ferner daß das im Stuhl gebildete Kolbenbolzenlager in seiner dem Kolbenkopf zugewendeten Hälfte durch eine der Länge des Kolbenbolzens entsprechende Zylinderfläche gebildet ist, während der der Kurbelwelle zugewandte Lagerteil lediglich aus sich nicht über die ganze Lagerfläche erstreckenden, mit dem Stuhlkörper einstückigen Bügeln besteht, neben denen Raum für das mit dem Kolbenbolzen nach dessen Einfügung

in den Stuhl starr verbundene Pleuel frei bleibt.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Kolbenbolzens etwa gleich seinem Durchmesser ist.

3. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen zumindest in seinem mittleren axialen Bereich voll ausgebildet ist und dort einen radialen Schlitz aufweist, in den die wenigstens am kolbenseitigen Ende mit

flach rechteckigem Querschnitt ausgebildete Pleuelstange eingesteckt und befestigt, z. B. vernietet ist.

4. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stuhl keine besondere Lagerschale aufweist, sondern selbst völlig aus Lagermetall, z. B. aus Bronze, besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 499189, 518148; schweizerische Patentschrift Nr. 148 588; französische Patentschrift Nr. 633 445; britische Patentschriften Nr. 357197, 386 815; Motortechnische Zeitschrift (MTZ), 1952, S. 135.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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