DE1476059A1 - Pistons for internal combustion engines - Google Patents

Pistons for internal combustion engines

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DE1476059A1
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Robinson James Eustace
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Federal Mogul Bradford Ltd
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Hepworth and Grandage Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10—Connection to driving members
    • F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
    • F16J1/16—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with gudgeon-pin; Gudgeon-pins

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Description

PATENTANWALTSPATENT ADVOCATE DR. HUGO WILCKEN · DlPL-ING. TH. WILCKENDR. HUGO WILCKEN · DIPL-ING. TH. WILCKEN D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 92-94 I 4 7 6 0 0 9D - 24 LÜBECK. WIDE STREET 92-94 I 4 7 6 0 0 9

19. August 1968 Ca./LAugust 19, 1968 Ca./L

Az.: P H 76 059.9Ref .: P H 76 059.9

Anmelder: Hepworth und Grandage Ltd., Bradford St. John's Yorks, EnglandApplicants: Hepworth and Grandage Ltd., Bradford St. John's Yorks, England

Kolben für VerbrennungskraftaaschlnenPistons for internal combustion engines

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen oder Kompressoren, bei dem nur eine Kolbenbolzennabe unmit- Jj telbar an der Kolbenbodenunterseite mit Abstand vom Kolbenschaft vorgesehen ist.The invention relates to a piston for internal combustion engines or compressors in which only one piston pin hub is provided directly on the underside of the piston crown at a distance from the piston skirt.

Kolben der üblichen Bauart weisemnim allgemeinen im Kolbenschaft zwei sich diametral gegenüberliegende Kolbenbolsennaben zur Aufnahme des Kolbenbolzens auf, wobei die Kolbenbolzennaben eine unvermeidliche Materialanhäufung bilden.Pistons of the usual design are generally in the piston skirt two diametrically opposed piston pin bosses for Receipt of the piston pin, the piston pin bosses forming an inevitable accumulation of material.

Die mechanischen und thermischen Belastungen werden bei derartigen Kolben vom Kolbenboden über die Kolbenringzone auf den Kolbenschaft übertragen. Die mechanischen Kräfte werden | dann weiter über die seitlichen Kolbenbolzenlager und den Kolbenbolzen auf das Pleuel übertragen, während die thermischen Belastungen im wesentlichen über die Kolbenringzone und den Kolbenachaft auf die Zylinderwandung übertragen werden. Bei diesen Kolben ist nachteilig, daß die mechanischen Kräfte einen verhältnismäßig dicken Kolbenboden und kräftige Kolbenbolzennaben bedingen, abgesehen davon, daß der Kräftefluß im Kolben zum Pleuel wegen der verzweigten und weitläufigenIn such pistons, the mechanical and thermal loads are exerted from the piston crown via the piston ring zone transferred to the piston skirt. The mechanical forces become | then further transmitted via the lateral piston pin bearings and the piston pin to the connecting rod, while the thermal loads are essentially via the piston ring zone and the piston shaft can be transferred to the cylinder wall. The disadvantage of these pistons is that the mechanical forces require a relatively thick piston crown and strong piston pin bosses, apart from the fact that the flow of forces in the Piston to connecting rod because of the branched and sprawling

Übertragungsstrecke ungünstig ist ,ad daß die thermischen Be-Transmission path is unfavorable, ad that the thermal loading

* lOlMcfc (MSI) 7SSM, frivol. Dr. H. WUn, Cm· fHOU) 311 · MpMna. Ik Wild»», lobwfc (8451) ««1 M •onk. ComtMrxfcank A. β, RL Üb«*, KIo-Nr. 3»01V tmMkmk, Hamburg 13« It* lOlMcfc (MSI) 7SSM, frivolous. Dr. H. WUn, Cm · fHOU) 311 · MpMna. Ik Wild »», lobwfc (8451) «« 1 M • onk. ComtMrxfcank A. β, RL Ub «*, KIo no. 3 »01V tmMkmk, Hamburg 13« It

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lastungen im Bereich der Kolbenbolzennaben wegen der dortigen Materialanhäufing eine ungleiche radiale Dehnung des Kolben-loads in the area of the piston pin bosses due to the accumulation of material there, an unequal radial expansion of the piston

schaftes hervorrufen, so daß dem Kolbenschaftquerschnitt in Anpassung an den Kreisquerschnitt des Kolbens im Betriebszustand eine ovale Querschnittsform im Kaltzustand gegeben werden muß.cause the shaft, so that the piston skirt cross-section in adaptation to the circular cross-section of the piston in the operating state an oval cross-sectional shape can be given in the cold state got to.

Es sind zwar Kolben bekannt, bei denen ein zusätzlichen, gegabeltes Kolbenteil zwischen dem Kolbenboden und dem kleinen Pleuelende vorgesehen 1st, wobei die aussarhalb der Kolbenlängsmitte liegenden Ga^belarme das kleine Pleuelende zwischen sich aufnehmen, aber durch diese Kolben sind die vorgenannten Nachteile nur in sehr geringem Maße beseitigt. Außerdem ist das zusätzliche, gegabelte Kolbenteil kompliziert im Aufbau und verteuert daher die Fertigung und Montage des Kolbens beträchtlich, ist weiter mit dem Kolbenboden durch Verschraubun g verbunden und seine Gabelarme liegen außerhalb der Kolbenlängemitte und auch nicht in Nähe des Kolbenbodens.There are known pistons in which an additional, forked Piston part is provided between the piston crown and the small end of the connecting rod, with the outside of the longitudinal center of the piston lying fork arms take up the small end of the connecting rod between them, but through these pistons are the aforementioned Disadvantages eliminated only to a very small extent. In addition, the additional, forked piston part is complicated in structure and therefore makes the production and assembly of the piston considerably more expensive, is further screwed to the piston head by screwing connected and its fork arms are outside the center of the piston length and also not near the piston crown.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kolbens für Kolbenmaschinen,insbesondere Brennkraftmaschinen, dessen Schaft weitgehend von thermischen und mechanischen Belastungen frei ist, wobei der Kolben Insgesamt einfach im Aufbau und billig in der Herstellung ist.The object of the invention is to create a piston for piston engines, in particular internal combustion engines, its The shaft is largely free of thermal and mechanical loads, with the piston overall being of simple construction and is cheap to manufacture.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei dem eingangs genannten, aus einer Metallegierung bestehende Kolben mit einer einzigen ungeteilten, mit der Kolbenbodenunterseite mittig oder etwa mittig zusammenhängenden Kolbenbolzennabe (1) vorgesehen ist, die allseitig vom Kolbenschaft (5) einen etwa gleichmäßigen Abstand aufweist und mit einer einzigen Durchbohrung (3) versehen ist, welche das Lager zur Aufnahme des The solution to the problem is that in the case of the aforementioned, Made of a metal alloy piston with a single undivided one with the piston crown underside in the middle or approximately centrally connected piston pin hub (1) is provided is, which on all sides from the piston skirt (5) has an approximately even distance and is provided with a single through hole (3), which the bearing for receiving the

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Kolbenbolzens (4) bildet, dessen beidseitig aus der Durchbohrung herausragende Enden mit dem Gabelende (8) eines Pleuels (7) verbindbar ist, und daß der Kolbenschaft (5) Ausnehmungen (6) aufweist, durch dfe der Kolbenbolzen (4) in die Kolbenbolzennabe (1) einsetzbar ist.Gudgeon pin (4) forms, whose ends protruding from the through-hole on both sides with the fork end (8) of a Connecting rod (7) can be connected, and that the piston skirt (5) has recesses (6) through which the piston pin (4) can be inserted into the piston pin hub (1).

Durch diese Lösung ist ein Kolben geschaffen, bei dem der Kräftefluß im Kolben äußerst günstig, weil gradlinig, auf das Pleuel übertragen wird und bei dem der Kolbenschaft nunmehr eine gleichmäßige Wandungsdicke aufweist, da die Materialanhäufungen fortfallen, so daß der Schaft mit Kreis- ^ querschnitt gefertigt werden kann, der sich im Betriebszustand des Kolbens nicht ändert, denn der Schaft dehnt sich nunmehr radial gleichmäßig aus. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der einarmigen mittigen Kolbenbolzenlagerung des Kolbens sind die Herstellungs- und Montagekosten beim Kolben nach der Erfindung gegenüber ähnlichen Kolben wesentlich herabgesetzt.This solution creates a piston in which the flow of forces in the piston is extremely favorable, because it is straight the connecting rod is transferred and in which the piston skirt now has a uniform wall thickness, since the Accumulations of material fall away, so that the shaft can be made with a circular ^ cross-section, which is in the operating state of the piston does not change, because the shaft now expands radially evenly. By the invention The design and arrangement of the one-armed central piston pin bearing of the piston are the manufacturing and assembly costs significantly reduced in the piston according to the invention compared to similar pistons.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den anliegenden Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher ä erläutert, und zwar zeigt:The invention is described below with reference to two in the accompanying drawings, exemplary embodiments explained in detail, etc., and specifically:

Fig.l einen vertikalen Schnitt eines Kolbens, eines Kolbenbolzens und einer Kolbenstange gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer parallel zur Kolbenbolzenachse liegenden Ebene gesehen,Fig.l shows a vertical section of a piston, a piston pin and a piston rod according to a Embodiment of the invention seen in a plane lying parallel to the piston pin axis,

Fig.2 einen vertikalen Schnitt der in Fig. 1 gezwigten Anordnung in einer quer zur Kolbenbolzenachse liegenden Ebene gesehen,FIG. 2 shows a vertical section of that shown in FIG Arrangement seen in a plane lying transversely to the piston pin axis,

Fig.3 einen vertikalen Schnitt eines Kolbens, eines3 shows a vertical section of a piston, a

Kolbenbolzene und einer Kolbenstange gemäß einer zweiten Ausführungeform der Erfindung in einer parallel zur Kolbenbolzenachse liegenden Ebene gesehen. Piston pin and a piston rod according to a second embodiment of the invention seen in a plane lying parallel to the piston pin axis.

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In den Fig. 1 und 2 ist ein Kolben, z.B. aus einer Aluminiumlegierung, gezeigt, der mit einem einteilig an der Unterseite des Kolbenbodens 2 in dessen Mitte angegeoosenen Kolbenbolzenhalteansatz 1 bzw. einer Kolbenbolzennabe versehen ist, Der Ansatz 1 weist eine sich durch ihn erstreckende Bohrung 3 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens 4 auf. Im Kolbenschaft 5 sind zwei axial ausgerichtete öffnungen 6 vorgesehen, die einen größeren Durchmesser als die Bohrung 3 haben, um das Einführen und Entfernen dee Kolbenbolzens in und aus dem Ansatz 1 zu gestatten. Eine Kolbenstange 7 ist mit dem Kolben verbunden und weist ein gegabeltes kleines Ende 8 auf, das auf den äußeren Enden des Kolbenbolzens 4 beiderseits des Ansatzes mittels ausgebuchster Bohrungen 9 gelagert ist. Die axiale Sicherung des Kolbenbolzens erfolgt durch Sicherungsringe 10, die in Nuten an jedem Ende des Kolbenbolzens benachbart zu den äußeren Enden der Bohrungen angeordnet sind.In Figs. 1 and 2, a piston, for example made of an aluminum alloy, shown, with a one-piece on the underside of the piston crown 2 in the middle of the gudgeon pin retaining approach 1 or a piston pin hub is provided, the extension 1 has a extending through it Bore 3 for receiving a piston pin 4. Two axially aligned openings 6 are provided in the piston skirt 5, which have a larger diameter than the bore 3 for the insertion and removal of the piston pin in and out Approach 1 to allow. A piston rod 7 is connected to the piston and has a forked small end 8 on, which is mounted on the outer ends of the piston pin 4 on both sides of the approach by means of bulged bores 9 is. The piston pin is axially secured by locking rings 10, which are inserted into grooves at each end of the Piston pin are arranged adjacent to the outer ends of the bores.

In der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform sind die beiden Stirnflächen des Kolbenbolzenhalteansatzes 1a bzw. der mittigen Kolbenbolzennabe und das gegabelte kleine Ende 8a der Kolbenstange vom Kolbenboden fortgerichtet konvergierend ausgebildet. Diese Konstruktion hat gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform den Vorteil, daß eine größere wirksame Lagerfläche gebildet wird, über welche die vom Kolbenboden ausgeübte , nach unten gerichtete Kraft verteilt^ wird, so daß die Beanspruchung je Flächeneinheit der Kolbenbolzenlagerung reduziert wird.In the second embodiment shown in Fig. 3, the two end faces of the piston pin retaining attachment 1a or the central piston pin hub and the forked small end 8a the piston rod is designed to converge away from the piston head. This construction has over the previously described Embodiment has the advantage that a larger effective bearing surface is formed over which the piston head exerted, downward force is distributed ^ so that the stress per unit area of the piston pin bearing is reduced.

Da in den beiden beschriebenen Ausführungsformen der auf den Kolbenboden wirkende Gasdruck unmittelbar auf den Kolbenbodenhalteansatz und den Kolbenbolzen übertragen wird, sindSince, in the two described embodiments, the gas pressure acting on the piston head directly acts on the piston head holding attachment and the piston pin is transmitted

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zusätzliche Rippen nicht erforderlich und der Kolbenschaft kann, da er im wesentlichen unbeansprucht ist, einen gleichmäßigen Umfangequerschnitt aufweisen» der nur durch die öffnungen 6 unterbrochen ist. In diesem Fall ist die radiale Ausdehnung des Kolbens im wesentlichen gleichmäßig und der Kolben kann daher kreisförmig oder angenähert kreisförmig geschliffen werden.additional ribs are not required and the piston skirt can, since it is essentially unstressed, have a uniform circumferential cross-section which is only interrupted by the openings 6. In this case it is radial Expansion of the piston is essentially uniform and the piston can therefore be circular or approximately circular be sanded.

Es wird betont, daß verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Beispielsweise kann der Kolbenbolzen einen Festsitz in der Kolbenbolzennabe aufweisen^s«daß die Sicherungsringe in Fortfall kommen können. Wahlweise kann die Kolbenbolzennabe ausgebuchst und der Kolbenbolzen drehbar darin gelagert sein, während ein Festsitz im kleinen Ende der Kolbenstange bzw. des Pleuels vorgesehen ist. Weiterhin kann eine öffnung oder es können auch beide öffnungen 6 in Fortfall kommen, wobei in letzterem Falle die Innenfläche der Seitenwand ausgespart ist, um genügend gpiel zum Einsetzen und Entfernen des Kolbenbolzens vorzusehen.It is emphasized that various changes can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the piston pin can have a tight fit in the piston pin hub so that the circlips are omitted can come. Optionally, the piston pin hub can be bulged and the piston pin rotatably mounted therein, while an interference fit in the small end of the piston rod or the Connecting rod is provided. Furthermore, one opening or both openings 6 can be omitted, with FIG in the latter case, the inner surface of the side wall is recessed in order to provide enough play for inserting and removing the piston pin.

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Claims (3)

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. TH. WILCKEN D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE S2-S4 19. August 1968 Cz./I Az.: P 14 76 059.9 Anmelder: Hepworth & Grandage Ltd., Bradford, St. John's Works, England PatentansprücheDR. HUGO WILCKEN DIPL.-ING. TH. WILCKEN D - 24 LÜBECK. WIDE STREET S2-S4 August 19, 1968 Cz./I Az .: P 14 76 059.9 Applicant: Hepworth & Grandage Ltd., Bradford, St. John's Works, England Claims 1. Kolben für Brennkraftmaschinen oder Kompressoren, bei dem nur eine Kolbenbolzennabe unmittelbar an der Kolbenbodenunterseite mit Abstand vom Kolbenschaft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dee aus einer Leichtmetallegierung bestehende Kolben mit einer einzigen ungeteilten, mit der Kolbenbodenunterseite mittig oder etwa mittig zusammenhängenden Kolbenbolzennabe (1) vergossen ist, die allseitig vom Kolbenschaft (5)einen etwa gleichmäßigen Abstand aufweist und mit einer einzigen Durchbohrung (3) versehen ist, welche das Lager zur Aufnahme des Kolbenbolzens (4) bildet, dessen beidseitig aus der Durchbohrnng herausragende Enden mit dem Gabelende (8) eines Pleuels (7) verbindbar sind, und daß der Kolbenschaft (5) Ausnehmungen (6) aufweist, durch die der Kolbenbolzen (4) in die Kolbenbolzennabe (1) einsetzbar ist.1. Pistons for internal combustion engines or compressors, in which only one piston pin hub is provided directly on the underside of the piston crown at a distance from the piston skirt, as a result characterized in that dee consisting of a light metal alloy piston with a single undivided, with the Bottom of the piston crown in the center or approximately in the center connected piston pin hub (1) is encapsulated on all sides from the piston skirt (5) has an approximately even distance and is provided with a single through hole (3), which forms the bearing for receiving the piston pin (4), the ends of which protrude from the perforation on both sides with the Fork end (8) of a connecting rod (7) can be connected, and that the piston shaft (5) has recesses (6) through which the The piston pin (4) can be inserted into the piston pin hub (1). 2. Kolben nach Anspruch 1 mit einer Kolbenbolzennabe zur Aufnahme des das Pleuelgabelende mit der Nabe verbindenden KoI-2. Piston according to claim 1 with a piston pin hub for receiving the KoI connecting the connecting rod end with the hub ° benbolzens, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Flä- ££ chen der Kolbenbolzen (1a) und des gegabelten kleinen Pleuel-° benbolzens, characterized in that the adjacent surfaces ££ the piston pin (1a) and the forked small connecting rod ^ endes (8a) vom Kolbenboden (2) fortgerichtet konvergieren.^ end (8a) converge away from the piston head (2). Ξ - 2 -Ξ - 2 - Neu· Unterlagen m.7V^**-i^*m%nMgmt'%*'9 New documents m.7V ^ ** - i ^ * m% nMgmt ' % *' 9 9 Uabvk (0451) 7 58 88, Privat: Dr. H. Wilcken, Curau (04505) JlO · Dfpl.-Ine. Th. Wlldten, LOb»ck (0451) 40 81 84 Banki Commtrzbank A. G., FiI. LOb»ck, Kfo.-Nr. »0187 PMtadracki Hamburg 1381 19 9 Uabvk (0451) 7 58 88, private: Dr. H. Wilcken, Curau (04505) JlO · Dfpl.-Ine. Th. Wlldten, Lobck (0451) 40 81 84 Banki Commtrzbank AG, FiI. LOb »ck, Kfo.-Nr. »0187 PMtadracki Hamburg 1381 19 3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschaft (5) auf seiner ganzen Länge im wesentlichen gleichförmigen Umfangsquerschnitt aufweist, der nur durch den oder die den Ein- und Ausbau des Kol bens ermöglichenden ausgesparten Abschnitte (6) unterbrochen ist, und daß der Kolben kreisförmig bearbeitbar ist.3. Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the piston skirt (5) has a substantially uniform circumferential cross-section over its entire length, interrupted only by the or the installation and removal of the piston enabling recessed sections (6) and that the piston is circularly machinable. 909838/0332909838/0332 LeerseiteBlank page
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