DE1049628B - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hohlen Kolbenbolzen, der vorzugsweise für Brennkraftmaschinen Anwendung findet und sowohl aus Schwer- als auch aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Stahl, Sphäroguß oder Temperguß, hergestellt sein kann.

Bekanntlich werden' Kolbenbolzen, ganz besonders solche, die in Kolben eingebracht sind, welche mit höherer Drehzahl laufen, hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Sie müssen sich u. a. durch eine erhöhte Dauerfestigkeit auszeichnen, um das Auftreten von Rissen zu vermeiden, die im Bereich bzw. dessen Nachbarschaft zwischen den Kolbenbolzenaugen einerseits und dem Pleuelauge andererseits entstehen. Derartige Dauerbruchanrisse werden dann immer auftreten, wenn die gesamte Spannung, der ein Bauteil unterworfen ist, größer wird als seine Festigkeit. Die Gesamtspannung setzt sich bekanntlich aus der Eigenspannung und der vielgestaltigen Spannung unter dem Einfluß der Betriebskräfte zusammen, wobei die letztere in der Regel die crstere überwiegt.

Wenn Bolzenbrüche auftreten, wurde bisher allgemein angenommen, daß sie auf Grund hoher Längsbiegebeanspruchungen zustande kommen. In Wirklichkeit ist die Ursache jedoch in einer eigenartigen Summation von Eigen- und Belastungsspannungen zu suchen, die zur Ausbildung von Spannungsspitzen führen, deren Größe oft weit über den berechneten Spannungswerten liegt. Die Belastungsspannungen rühren von der Längsbiege-, Querbiegebeanspruchung (Ovalverformung) und Scherbeanspruchung her.

Es hat sich nun aber gezeigt, daß eine solche reine statische Betrachtungsweise nicht ausreicht. Es ist vielmehr erforderlich, auch noch die dynamische Festigkeit des Werkstoffs, aus dem der Kolbenbolzen besteht, zu berücksichtigen. Das Spannungsbild eines im Betrieb befindlichen Kolbenbolzens setzt sich danach aus Belastungsspannungen und Eigenspannungen zusammen, wobei die letzteren nicht unwesentlich vom Werkstoff und seiner Behandlung abhängig sind. Da zur Zeit aber noch keine Erkenntnis über die Art und Weise der Summation dieser Spannungen für den jeweiligen Einzelfall vorliegt, können über eine Messung und Berechnung auch keine positiven Angaben gemacht werden. Dasselbe trifft auch hinsichtlich der Betriebsverformungen zu, die an einem Kolbenbolzen auftreten, weil hier die Verformungen im Kolbenbolzen infolge der Rückwirkung von Kräften der mit ihm verbundenen Bauteile wie Pleuelstange und Kolben unübersichtlich werden. Das Auftreten mancher Brüche ist daher nicht auf das Versagen der Kolbenbolzen selbst, sondern auf die Einwirkung der Nachbarteile zurückzuführen.

Die Erfindung besteht nun darin, erkannt zu haben, daß die unbekannten möglichen Spannungsspitzen in Hohler Kolbenbolzen,
insbesondere für Brennkraftmaschinen

Anmelder:

Karl Schmidt G.m.b.H.,
Neckarsulm (Württ.)

Dipl.-Ing. Karl Ritz, Hamburg-Niendorf,
ist als Erfinder genannt worden

ganz bestimmte Bereiche zu lokalisieren sind. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, der Entstehung der gefürchteten Bolzenbrüche mit weitaus größerer Sicherheit als bisher zu begegnen. Hieraus erklärt sich auch, daß die bislang in der Mitte des Kolbenbolzens vorgesehenen A^erstärkungen keinesfalls ausreichen, um der Bruchgefahr erfolgreich zu begegnen, weil der größte Spannungswert überhaupt nicht in der Bolzenmitte auftritt.

Die Überlegungen, die zur Anordnung bzw. Ausbildung eines Mittelsteges im Kolbenbolzen geführt haben, sind mannigfacher Art. So entstand beispielsweise ein Mittelsteg dadurch, daß die beiden aneinandergelegten Böden zweier näpfchenartiger Kolbenbolzenteile zusammengeschweißt wurden, um einen durchgehenden Kolbenbolzen zu schaffen. Es sollte durch einen solchen Mittelsteg nicht etwa eine höhere Festigkeit oder Versteifung des Kolbenbolzens erzielt, sondern lediglich ein solcher aus zwei Teilen aufgebaut werden.

Es ist ferner auch nicht mehr neu, den Mittelsteg in einem Kolbenbolzen als Widerlager für zwei Federn zu benutzen, die sich mit ihren anderen Enden gegen die Böden von im Bolzen axial verschiebbaren Büchsen drücken, die sich ihrerseits gegen Kolbenringe legen, um die Schmierung daselbst zu regulieren.

Weiterhin ist es bekannt, zum Festhalten der KoI-benbolzen eine Anzahl Ausnehmungsglieder vorzusehen. Auch diese dienen somit nicht zur Abstützung des Bolzens, sondern sollen die Passung desselben im Kolben bei allen Temperaturen konstant halten. Da diese Elemente an den beiden Enden des Kolbenbolzens die Oval Verformungen nicht aufzunehmen vermögen, sind sie als Stützglieder keinesfalls wirksam. Sie werden sich vielmehr zusammendrücken und in einer senkrecht zur Längsachse des Bolzens liegenden Ebene ausweichen.

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Um ferner einen hohlen Kolbenbolzen in den Bolzenaugen gegen Verdrehen zu sichern, ist auch schon eine Ausführung bekanntgeworden, bei der Schraubenbolzen durch Löcher in den Bolzenaugen und den Kolbenbolzen selbst geführt werden. Diese Durchbrechungen im Kolbenbolzen stellen aber eine Gefahrenquelle dar, weil durch den Schraubendruck der Kolbenbolzen verformt oder zerstört werden kann. Es ist dies auch erkannt und daher empfohlen worden, Scheiben im Kolbenbolzen anzubringen, die direkt neben den Löchern zum Einführen der Halteglieder vorgesehen sind. Die Stützscheiben können aber an diesen Stellen keinesfalls die Spannungsspitzen aufnehmen, die zu Dauerbruchrissen führen.

Auch die bekannte Maßnahme, den Ovaldrücken stärkeren Widerstand bei der Verwendung eines massiven Kolbenbolzens durch in diesem axial verlaufende Bohrungen entgegenzusetzen, reicht allein nicht aus, um die Spannungsrißgefahr sicher zu bannen. Eine derartige bauliche Ausführungsform ist im übrigen recht zeitraubend in ihrer Fertigung. Sie läßt sich auch nicht auf hohle Kolbenbolzen übertragen.

Erfindungsgemäß werden in einem hohlen Kolbenbolzen Stege vorgesehen, um die Kräfteübertragung in radialer Richtung aufzunehmen. Diese Stege sind in Form von Scheiben oder Ringen im Inneren des Kolbens im Bereich der Ringspalte bzw. deren Nachbarschaft zwischen den Stirnflächen des Pleuelauges und den inneren Stirnflächen der Kolbenaugen angeordnet.

Die Abbildungen veranschaulichen ein Ausführungs-.beispiel der Erfindung.

Die Abb. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Kolbenbolzenlagerung;

Die Abb. 2 läßt im Querschnitt einen Kolbenbolzen erkennen.

Ein in den beiden Kolbenbolzenaugen α und b gelagerter Kolbenbolzen c ist in den Bereichen d und e längs seines Umfanges durch das Auftreten von Dauerbruchanrissen gefährdet. Der Kolbenbolzen c wird daher entsprechend der Darstellung in der Abb. 2 mit Stegen / und g ausgerüstet. Sie können in Form von Scheiben ausgebildet sein. Es besteht aber auch die ίο Möglichkeit, sie als Ringe oder sternförmige Gebilde in das Innere des Kolbenbolzens einzubringen und daselbst lagensicher zu befestigen. Dies geschieht vorzugsweise durch Einpressen und Verschweißen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hohler Kolbenbolzen, insbesondere für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich ihrer Kräfteübertragung in radialer Richtung wirksame Stege, z. B. in Form von Scheiben oder Ringen, im Innern des Bolzens im Bereich der Ringspalte zwischen den Stirnflächen des Pleuelauges und den inneren Stirnflächen der Kolbenaugen bzw. deren Nachbarschaft angeordnet sind.

2. Hohler Kolbenbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege durch Einpressen und Verschweißen in ihrer Lage gesichert sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 657 468, 887 584;

Zusatzpatentschrift Nr. 36 226 zur französischen Patentschrift Nr. 668 786;

USA.-Patentschriften Nr. 1 887 964, 2 383 836.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen