DE19507373A1 - Tauchkolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Tauchkolben ist mit DE 34 30 258 beschrie­ ben. Bei diesem bestehen Kolbenboden und Kolbenschaft aus einem Teil. Um den Kolbenbolzen in die Bolzennaben ein­ führen zu können, ist der Kolbenschaft an den Verlänge­ rungen des Kolbenbolzens ausgespart. Die Nuten zur Auf­ nahme der Kolbenringe sind oberhalb dieser Aussparungen im Kolbenschaft eingebracht. Die Kompressionshöhe des Kolbens, also das Maß zwischen Kolbenbolzenachse und Kol­ benoberkante, muß somit mindestens so groß sein, daß oberhalb des Kolbenbolzens noch eine Mindestanzahl von Kolbenringnuten Platz findet.

Mit DE 42 27 708 ist ein Kolben für einen Viertaktver­ brennungsmotor bekannt geworden, bei dem gleichfalls an der Unterseite des Kolbenbodens Bolzennaben angeordnet sind, und zwar so nahe am Kolbenboden, daß ein seitliches Einführen eines Kolbenbolzens auch bei Reduzierung des Kolbenhemdes auf eine Höhe, die nur noch Raum für einen Kolbenring läßt, nicht mehr möglich ist. Ein solcher Kol­ ben ermöglicht zwar eine vorteilhafte geringe Kompressi­ onshöhe, jedoch müssen dafür als Nachteil geteilte Bol­ zennaben in Kauf genommen werden, die infolge der notwen­ digen Befestigungselemente für die Nabendeckel den Kolben nachteilig schwer machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tauchkol­ ben mit extrem geringer Kompressionshöhe und ungeteilten Bolzennaben zu schaffen, bei dem trotzdem ausreichend Raum für notwendige Kolbenringe vorhanden ist und bei dem das Kolbenhemd eine beliebige Länge aufweisen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei einem so aufgebauten Kolben kann der Kolbenboden mit­ tels eines Kolbenbolzens auf herkömmliche Weise mit der Pleuelstange verbunden werden, auch wenn die Bolzennaben der Unterseite des Kolbenbodens sehr nahe sind. Der Kol­ benschaft und mit ihm das Kolbenhemd werden erst nach der Verbindung von Kolbenboden und Pleuel am Kolbenboden be­ festigt. Damit kann der Kolbenschaft die Stirnseiten des Kolbenbodens überdecken.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 5 dargelegt. So kann bei Verwendung eines an sich bekannten Kolbenbol­ zens mit doppel-T-förmigem Profil und offenem oberen Pleuelkopf die Kompressionshöhe gegenüber einem geschlos­ senen oberen Pleuelauge weiter reduziert werden, da für den oberen Bereich eines Pleuelauges im Kolben kein Raum vorgesehen werden muß. Der obere Teil des Kolbenbolzens mit doppel-T-förmigem Querschnitt kann vielmehr direkt an der Unterseite des Kolbenbodens unter Beachtung eines für den Öldurchlaß erforderlichen Minimalspaltes anliegen. Als Spalthöhe haben sich 0,1 bis 0,3 mm als vorteilhaft erwiesen.

Die Verwendung eines Kreis-Keilprofils zur Verbindung von Kolbenboden und Kolbenschaft vereinfacht gegenüber ande­ ren Verbindungsarten die Kolbenmontage. Kreis-Keilprofile sind zur Verbindung von Naben und Wellen an sich bekannt und z. B. mit DE 42 09 153 beschrieben.

Durch die Anordnung eines ersten Verdichtungsringes im Kolbenboden kann ein erheblicher Anteil der in dem Kol­ benboden befindlichen Wärme direkt an die Zylinderwand abgegeben werden. Der Wärmefluß über die Verbindung zum Kolbenschaft bzw. Kolbenhemd wird damit minimiert. Die am Kolbenschaft weiterhin befindlichen Kolbenringe können somit ausschließlich Dicht- bzw. Ölregulationsfunktionen dienen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Tauchkolben für eine Brennkraftmaschine, rechts der Mittellinie einen Schnitt entlang der Kolbenbolzen-Mit­ tellinie, links der Mittellinie eine Ansicht auf die Stirnseite des Kolbenbolzens bei weggelassenem Kolbenschaft;

Fig. 2 bis Fig. 4 drei Stufen der Montage des Tauchkolbens;

Fig. 5 ein Kreis-Keilprofil mit sechs Keilen, deren Steigung zur Verdeutlichung überhöht darge­ stellt ist.

Der Tauchkolben 1 nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Kolbenboden 2 sowie einem mit diesem lösbar verbun­ denen Kolbenschaft 3. Der Kolbenboden 2 ist gebildet von einem im Durchmesser dem Nennmaß des Tauchkolbens 1 ent­ sprechenden ersten zylindrischen Abschnitt 4 sowie einem dazu koaxial angeordneten einstückig mit dem ersten Ab­ schnitt 4 hergestellten zweiten zylindrischen Abschnitt 5 geringeren Durchmessers. Der erste Abschnitt 4 ist zum Arbeitsraum der Brennkraftmaschine hin gerichtet, während der zweite zylindrische Abschnitt 5 in Richtung zum Kur­ beltrieb weist. An der Unterseite des Kolbenbodens 2 und in den zweiten Abschnitt 5 einbezogen sind zur Aufnahme eines Kolbenbolzens 6 geeignete Bolzennaben 7 vorgesehen, die sich jedoch radial nicht über den Durchmesser des zweiten zylindrischen Abschnittes 5 hinaus erstrecken.

Der Umfang des zweiten zylindrischen Abschnitts 5 ist mit einem Kreis-Keilprofil 8 versehen, wie es in Fig. 5 dar­ gestellt ist.

Der Kolbenschaft 3 ist ein rohrförmiges Bauteil mit einem Außendurchmesser gleich dem Nennmaß des Tauchkolbens 1, bestehend aus einem Schaftabschnitt 9, dessen Innendurch­ messer dem Durchmesser des zweiten zylindrischen Ab­ schnitts 5 des Kolbenbodens 2 entspricht und der auch ein Kreis-Keilprofil 8 analog dem des zweiten Abschnittes 5 des Kolbenbodens 2 trägt sowie aus einem Kolbenhemd, wel­ ches sich einstückig koaxial an dem Schaftabschnitt 9 in Richtung zum Kurbeltrieb hin anschließt. Am Umfang des ersten Abschnittes 4 des Kolbenbodens 2 sowie am Umfang des Schaftabschnittes 9 sind Nuten zur Aufnahme von Kol­ benringen 11 vorgesehen.

Der Kolbenboden 2 und der Kolbenschaft 3 sind im Bereich ihrer Kreis-Keilprofile 8 übereinander gesteckt und durch gegenseitiges Verdrehen um ihre Mittelachse miteinander verbunden.

Der Zusammenbau eines solchen Tauchkolbens 1 mit einer Pleuelstange 12 eines Kurbeltriebes ist anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert. Die Pleuelstange 12 ist am oberen Pleu­ elkopf 13 in an sich bekannter Weise zur Aufnahme eines im Querschnitt im wesentlichen doppel-T-förmig und mit Kreisbögen an den außenliegenden durch einen Steg verbun­ denen Flanschen ausgebildeten Kolbenbolzens 6 vorgesehen. Über den oberen Pleuelkopf 13 wird der Kolbenschaft 3 ge­ legt (Fig. 2). Erst dann wird der Kolbenboden 2 in übli­ cher Art mit der Pleuelstange 12 verbunden, in dem der Kolbenbolzen 6 von der Kolbenseite her in die Bolzennaben 7 und in die Bolzenaufnahme des oberen Pleuelkopfes 13 eingeschoben wird. Dabei wird der zum Kurbeltrieb hin weisende Flansch des Kolbenbolzens 6 form- und/oder kraftschlüssig vom gabelhakenförmig ausgebildeten Pleuel­ kopf 13 umgriffen, wie dies z. B. in DE 37 11 629 darge­ legt ist. Der zum Kolbenboden 2 hin weisende zweite Flansch des Kolbenbolzens 6 liegt somit frei und kann bis auf einen geringfügigen Spalt, der vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mm beträgt, an die Unterseite des Kolbenbodens 2 her­ angeführt sein (Fig. 3). Nachdem der Kolbenbolzen 6 die Pleuelstange 12 und den Kolbenboden 2 verbindet, kann an den Kolbenboden 2 der Kolbenschaft 3 angesetzt werden, in dem sich die Kreis-Keilprofile 8 dieser beiden Teile überdecken (Fig. 4). Durch Verdrehen des Kolbenschaftes 3 gegenüber dem Kolbenboden 2 wird die Verbindung kraft­ schlüssig. Gleichzeitig deckt der Kolbenschaft 3 mit sei­ nem inneren Umfang die äußeren Öffnungen der Bolzennaben 7 ab, so daß der Kolbenbolzen 6 gegen seitliches Wandern nicht weiter gesichert werden muß.

Damit ist ein Tauchkolben geschaffen, dessen Kompressi­ onshöhe durch die mögliche Annäherung des Kolbenbolzens 6 an die Unterseite des Kolbenbodens 2 auf einen extrem ge­ ringen Wert gebracht ist. Trotzdem kann der Kolbenschaft 3 zusammen mit dem Kolbenhemd 10 so lang ausgeführt wer­ den, wie dies für eine optimale Kolbenführung erforder­ lich ist. Im Kolbenschaft 3 ist auch ausreichend Höhe zur Unterbringung der erforderlichen Kolbenringe 11 vorhan­ den.

Ein derartiger Tauchkolben 1 ermöglicht bei guter Führung im Zylinder eine besonders lange Pleuelstange 12.

Claims (5)

1. Tauchkolben insbesondere für Hubkolbenbrennkraftma­ schinen, bestehend aus einem Kolbenboden mit an des­ sen Unterseite befindlichen zur Aufnahme eines Kol­ benbolzens geeigneten Bolzennaben sowie einem ring­ förmigen Kolbenschaft, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (2) aus einem zum Arbeitsraum der Brennkraftmaschine hin weisenden dem Kolbendurchmes­ ser entsprechenden ersten zylindrischen Abschnitt (4) sowie einem zum Kurbeltrieb hin weisenden zwei­ ten im wesentlichen zylindrischen Abschnitt (5) ge­ ringeren und mit einem Kreis-Keilprofil (8) überla­ gerten Durchmessers gebildet ist, die Bolzennaben (7) im Bereich des zweiten zylindrischen Abschnittes (5) angeordnet sind und mit ihren Bohrungen zumin­ dest zum Teil innerhalb des zweiten zylindrischen Abschnittes (5) liegen, der Kolbenschaft (3) mit ei­ nem Kreis-Keilprofil (8) bildenden inneren Umfang am Umfang des zweiten zylindrischen Abschnittes (5) des Kolbenbodens (2) anliegt und durch Verdrehen gegen­ über dem Kolbenboden (2) mit diesem verbunden ist, wobei der Kolbenschaft (3) sowie ein dem Kolben­ schaft (3) zugehöriges im Querschnitt dünneres Kol­ benhemd (10) die Stirnseiten des Kolbenbolzens (6) überdeckt.

2. Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (6) einen im wesentlichen dop­ pel-T-förmigen Querschnitt mit Kreisbögen an den außenliegenden Bereichen aufweist, die von den Kreisbögen gebildeten Flächen in den Bohrungen der Bolzennaben (7) anliegen, der obere Pleuelkopf (13) einer den Tauchkolben (1) tragenden Pleuelstange (12) nur einen unteren Teil des doppel-T-förmigen Querschnittes umfängt und der obere Teil dieses Querschnittes nahe der Unterseite des Kolbenbodens (2) angeordnet ist.

3. Tauchkolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der Unterseite des Kolbenbo­ dens (2) und dem oberen Teil des doppel-T-förmigen Querschnittes des Kolbenbolzens (6) ein Spalt von 0,1 bis 0,3 mm Höhe verbleibt.

4. Tauchkolben nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Kreis-Keilprofil (8) am Kolbenbo­ den (2) sowie am Kolbenschaft (3) ein Sechskeilpro­ fil mit einer Keilsteigung von 1 : 100 Verwendung fin­ det.

5. Tauchkolben nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Umfang des ersten Abschnittes (4) des Kolbenbodens (2) sowie am Umfang des Kolben­ schaftes (3) Nuten zur Aufnahme von Kolbenringen (11) vorgesehen sind.