DE19720268A1 - Kolbenanordnungs-Haltevorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kolbenanordnung zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor, Kompressor, oder ähnlichem, und insbesondere auf eine mehrteilige Kolbenanordnung, die schwenkbar verbundene Kronen- und Schaft- bzw. Rockabschnitte aufweist, die zur Anwendung in einem Verbrennungsmotor geeignet sind.

In den letzten Jahren ist verstärkt Wert auf die Kon­ struktion von Verbrennungsmotoren gelegt worden, um sie kompakter und leichter zu machen, und doch mit verbesser­ ter Brennstoffeinsparung, verbessertem Wirkungsgrad und gesteigerter Leistungsausgabe pro Zylinder zu versehen. Wenn die Anforderungen an moderne Motoren steigen, so ist die Kolbenanordnung höheren Brennkammerdrücken und -temperaturen unterworfen.

Verschiedene Versuche sind unternommen worden, um die Ef­ fekte dieser höheren Brennkammerdrücke zu überwinden, und zwar durch Veränderung der Konstruktion des Kolbengliedes und seiner assoziierten Komponenten, wie beispielsweise dem Kolbenstift bzw. -bolzen und der Rückhaltevorrichtung relativ zum Kolbenglied.

Ein Beispiel ist in der engli­ schen Patentanmeldung GB 2225087 offenbart, die am 23. Mai 1990 an den Anmelder Metal Levy S A Industrie Comer­ clo, ausgegeben wurde. Die Veröffentlichung offenbart ei­ ne Gliederkolbenanordnung, die aus einem Kopf mit zwei damit integralen Stiftböcken besteht, einem Rock- bzw. Schaftteil und einem Gelenkstift bzw. -bolzen, der in den Bolzenbocklöchern im Schaftteil montiert ist. Die Anord­ nung weist weiter ein Begrenzungs- bzw. Halteglied auf, um eine seitliche Verformung der Bolzenböcke zur Zylin­ derauskleidung hin zu verhindern, wodurch der Kolbenan­ ordnung eine höhere Festigkeit aufgeprägt wird. Die unte­ ren Enden der Stiftböcke sind gespalten und sind an den Stift durch Muttern und Bolzen bzw. Schrauben geklemmt.

Ein weiteres Beispiel einer Kolbenanordnung ist in der englischen Patentanmeldung 0222359 offenbart, die am 20. Mai 1987 von der Anmelderin AE PLC veröffentlicht wurde. Die Veröffentlichung offenbart eine Gliederkolbenanord­ nung, die aus einem Kronen- bzw. Kopfteil mit Stiftböcken und einem Rock- bzw. Schaftteil besteht. Die zwei Teile besitzen eine gemeinsame Stift- bzw. Bolzenbohrungsachse, und zwar dadurch gekennzeichnet, daß der Rock- bzw. Schaftteil mit dem Kronenteil durch ein Paar von Stehbol­ zen verbunden ist, die fest im Kronenteil positioniert sind, um eine Axialbewegung des Bolzens zu verhindern. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Rock- bzw. Schaftteil Plastikmaterial auf. Die Stehbolzen können auch ein Plastikmaterial aufweisen, um die sich hin- und herbewegende Masse der Kolbenanordnung zu verringern. Die Stehbolzen sind durch Reibung in konstantem oder inter­ mittierendem bzw. unterbrochenem Kontakt mit dem assozi­ ierten Zylinder oder der Zylinderauskleidungswand gehal­ ten.

Ein weiteres Beispiel einer Kolbenanordnung ist im US- Patent 5 144 844 offenbart, welches am 8. September 1992 an E. L. Kelly ausgegeben wurde. Das Patent offenbart ei­ ne Kolbenanordnung, die eine Kolbenstange mit einer Bol­ zenaufnahmeöffnung an ihrem oberen Ende offenbart, einem Kolbenkopf mit einer Querbohrung und einem Kolbenbolzen. Der Kolbenbolzen ist durch die Bolzenaufnahmeöffnung der Kolbenstange bzw. Pleuelstange und durch die Querbohrung des Kolbenkopfes angeordnet, um den Kolbenkopf mit der Kolbenstange bzw. der Pleuelstange zu verbinden. Die Kol­ benanordnung weist auch einen Kolbenschaft auf, der mit dem Kolbenkopf verbunden ist. Der Kolbenbolzen weist eine Axialbohrung auf und der Kolbenschaft besitzt eine Quer­ bohrung. Zumindest ein Kolbenschaftstift bzw. -bolzen ist durch die Axialbohrung des Kolbenbolzens und die Querboh­ rung des Kolbenschaftes angeordnet, um den Kolbenschaft mit dem Kolbenbolzen zu verbinden. Dies verbindet den Kolbenschaft mit dem Kolbenkopf. Eine Befestigungsvor­ richtung sichert den Kolbenschaftstift in Position mit dem Kolbenschaft und dem Kolbenbolzen. In einem Ausfüh­ rungsbeispiel erstreckt sich der Kolbenschaftstift voll­ ständig durch die Axialbohrung des Kolbenbolzens und die Befestigungsvorrichtung weist ein Paar von Schnapp- bzw. Sicherungsringen auf. In einem weiteren Ausführungsbei­ spiel werden zwei Kolbenschaftstifte verwendet. Jeder Kolbenschaftstift ist in einem jeweiligen Ende der Kol­ benaxialbohrung angeordnet. Die Befestigungsvorrichtung weist komplementäre bzw. zusammenpassende Gewinde auf, die auf einem Ende jedes Kolbenschaftstiftes und in der Axialbohrung des Kolbenbolzens ausgebildet sind. Alter­ nativ weist die Befestigungsvorrichtung das Ausbilden des Kolbenschaftstiftes mit einem leicht größeren Durchmesser als die Axialbohrung des Kolbenbolzens auf. Jeder Kolben­ schaftstift wird dann in die Axialbohrung des Kolbenbol­ zens preßgepaßt.

Ein weiteres Beispiel einer Kolbenanordnung ist im US- Patent 5 289 758 offenbart, welches am 1. März 1994 an W. G. Berlinger ausgegeben wurde. Das Patent offenbart eine Kolbenanordnung, die aus einem zylindrischen Haupt­ körper mit einem Paar von radial eingesetzten Schenkel­ gliedern besteht, die sich vom Hauptkörper erstrecken, die voneinander beabstandet sind. Jedes der Schenkelglie­ der besitzt eine Bohrung, die darin positioniert. Ein zy­ lindrischer Gelenkstift ist innerhalb der Bohrungen ange­ ordnet. Die Kolbenanordnung besteht weiter aus einem Paar von Gelenkstiftstöpseln, von denen einer zumindest teil­ weise innerhalb der Innenfläche an jedem Ende des Gelenk­ stiftes positioniert ist. Die Gelenkstiftstöpsel weisen einen Kopfteil auf, und zwar mit einem voreingerichteten Durchmesser, der geringer ist als der voreingerichtete Durchmesser der Außenfläche des Gelenkstiftes. Die Ge­ lenkstiftstöpsel weisen weiter einen Schaftteil auf, der sich vom Kopfteil erstreckt. Der Schaftteil des Stöpsels besitzt einen Durchmesser, der für eine Zwischen- bzw. Übergangspassung zwischen dem Schaft und dem Gelenkstift sorgt. Wenn die Stöpsel in den Gelenkstift gedrückt wer­ den, bewirkt die Zwischen- bzw. Übergangspassung zwischen der Innenfläche des Gelenkstiftes und der Außenfläche des Stöpsels eine Widerstandskraft, die auf die Innenfläche des Gelenkstiftes aufgebracht wird, und hält die Stöpsel innerhalb des Gelenkstiftes. Während des Betriebes der Kolbenanordnung hält der Schaftteil den Gelenkstift in ordnungsgemäßer Ausrichtung in der Kolbenanordnung. Der Gelenkstift und die angebrachten Stöpsel können sich axial frei innerhalb der radial eingesetzten Schenkel­ glieder bewegen.

In jeder der Kolbenanordnungen des Standes der Technik sichert die Befestigungsvorrichtung den Kolbenrock bzw. Kolbenschaft am Kolbenkopf unter Verwendung von Gewinden, einer Zwischen- bzw. Übergangspassung oder durch Schnapp­ bzw. Sicherungsringnuten. Jede dieser Arten von Ausfüh­ rungsbeispielen bewirkt einen Spannungskonzentrations bzw. Kerbfaktor, der einen schwächeren Kolbenbolzen zur Folge hat. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerich­ tet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Gemäß eines Aspektes der Erfindung ist eine Kolbenanord­ nung zur Verwendung in einem Motor, insbesondere einem Verbrennungsmotor mit sich hin- und herbewegenden Kolben mit einer Kurbelwelle und einer Verbindungs- bzw. Pleuel­ stange zur Verbindung der Kolbenanordnung mit der Kurbel­ welle offenbart. Die Verbindungs- bzw. Pleuelstange weist eine Bohrung auf, um die Pleuelstange mit der Kolbenan­ ordnung zu verbinden. Die Kolbenanordnung weist eine im allgemeinen zylindrische Kolbenkrone bzw. einen Kolben­ oberteil auf, und zwar mit einem Paar von radial einge­ setzten Unterstützungsstreben, die sich davon erstrecken. Die Unterstützungsstreben sind voneinander um einen vor­ gewählten Abstand beabstandet. Jede der Streben weist ei­ ne Querbohrung auf, die in Ausrichtung mit der Verbin­ dungs- bzw. Pleuelstangenbohrung positioniert ist. Die Kolbenanordnung weist weiter einen hohlen zylindrischen Kolbenrock bzw. Kolbenschaft auf, und zwar mit einem Au­ ßendurchmesser und einem Innendurchmesser, wodurch eine Wand von vorgewählter Dicke gebildet wird. Der Kolben­ schaft weist ein Paar von Radialbohrungen von vorgewähl­ tem Durchmesser auf. Die Kolbenanordnung weist auch einen im allgemeinen zylindrischen Kolbenstift bzw. -bolzen auf, der durch jede der Kolbenträgerstreben-Querbohrungen und die Pleuelstangenbohrung angeordnet ist, um die Kol­ benkrone mit der Pleuelstange zu verbinden. Der Kolben­ bolzen besitzt eine Länge, die im allgemeinen äquivalent dem Innendurchmesser des Kolbenschaftes ist. Er besitzt einen Außendurchmesser, der größer ist als der Bohrungs­ durchmesser des Kolbenschaftes. Zusätzlich weist der Kol­ benbolzen eine Axialbohrung auf. Ein Paar von Spindeln bzw. Zapfen, von denen jeweils ein erster Teil innerhalb der Radialbohrungen des Kolbenschaftes angeordnet ist, ist in der Kolbenanordnung vorgesehen. Der erste Spiel- bzw. Zapfenteil besitzt eine Länge, die im allgemeinen äquivalent zur Dicke der Kolbenschaftwand ist. Jeder Zap­ fen weist auch einen Teil mit verringertem Durchmesser auf, der sich in überlaufender Weise axial vom ersten Teil erstreckt, wodurch eine Schulter bzw. ein Absatz da­ zwischen gebildet wird. Der Teil mit verringertem Durch­ messer ist innerhalb der Axialbohrung des Kolbenbolzens angeordnet und besitzt eine geeignete Länge, um den Teil mit verringertem Durchmesser innerhalb der Axialbohrung des Kolbenbolzens zu halten. Schließlich sind Haltemittel vorgesehen, um den Kolbenschaft und die Kolbenkrone mit der Pleuelstange zu verbinden bzw. an ihr zu halten, und um eine Druckkraft entlang der gesamten Länge des Kolben­ bolzens aufzubringen, wodurch die Steifigkeit des Kolben­ bolzens vergrößert wird.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Kolbenanordnung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Kolbenanordnung gemäß eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Kolbenanordnung gemäß eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 ist eine teilweise ,geschnittene Seitenansicht der Kolbenanordnung gemäß eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Mit Bezug auf Fig. 1 weist ein Verbennungsmotor 10 eine Kolbenanordnung 12 und einen Zylinder 14 auf. Der Motor 10 weist weiter eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle 16 auf, die darin in herkömmlicher Weise drehbar positioniert ist. Eine Verbindungs- bzw. Pleuelstange 18 ist drehbar an der Kurbelwelle 16 an ihrem unteren Ende angebracht und weist eine Verbindungs- bzw. Pleuelstangenbohrung 22 an ihrem oberen Ende auf, um die Kolbenanordnung 12 mit der Pleuelstange 18 zu verbinden. Ein Pleuelstangenlager 23 ist in die Pleuelstangenbohrung 22 preßgepaßt, um eine Drehung der Kolbenbolzenanordnung 30 mit Bezug auf die Pleuelstange 18 zu gestatten. Das Pleuelstangenlager 23 ist vorzugsweise ein Gleitlager aus Kupfer und Aluminium.

Die Kolbenanordnung 12 ist innerhalb des Zylinders 14 an­ geordnet, der eine Zylinderwand 24 besitzt. Die Kolbenan­ ordnung 12 weist eine Kolbenkrone bzw. einen Kolbenober­ teil 26 auf, einen Kolbenrock bzw. -schaft 28 und eine Kolbenbolzenanordnung 30. Die Kolbenkrone 26 ist vorzugs­ weise aus geschmiedetem Stahl geformt. Der Kolbenrock bzw. Kolbenschaft 28 ist vorzugsweise aus einem leich­ tergewichtigen Material, wie beispielsweise hochfestem Aluminium oder einem Verbundwerkstoff gebildet. Die Kol­ benkrone 26 weist eine Vielzahl von ringförmigen Nuten 32 auf, die um ihren Oberteil herum ausgebildet sind, um (nicht gezeigte) Kolbenringe 34 aufzunehmen. Die Kolben­ krone 26 weist auch ein Paar von radial eingesetzten Tragstreben 36 auf. In jeder der Tragstreben 36 ist eine im allgemeinen kreisförmige Querbohrung 38 definiert. Die Bohrungen 38 innerhalb jeder der Tragstreben 36 sind alle koaxial zueinander ausgerichtet. Das Paar von Tragstreben 36 ist um einen voreingerichteten Abstand voneinander be­ abstandet. Die Kolbenkronen-Querbohrungen 38 erstrecken sich vollständig durch jede Tragstrebe 36 entlang einer Achse senkrecht zur Mittelachse der Kolbenkrone bzw. des Kolbenoberteils 26. In jeder der Tragstrebenbohrungen 38 sind Tragstrebenlager 40 vorgesehen, um für eine Drehung der Kolbenbolzenanordnung 30 innerhalb der Kolbenkrone 26 zu sorgen. Das Tragstrebenlager 40 ist vorzugsweise ein Gleitlager aus Kupfer und Aluminium, welches in die Kol­ benkronenbohrung 38 preßgepaßt ist.

Die Kolbenbolzenanordnung 30 ist innerhalb der Querboh­ rungen 38 der Kolbenkrone und der Pleuelstangenbohrung 22 angeordnet, um die Kolbenkrone 26 mit der Verbindungs­ stange 18 zu verbinden. Die Kolbenbolzenanordnung 30 weist einen Kolbenbolzen 44, ein Paar von Spindeln bzw. Zapfen 46 und ein Halteglied 48 auf. Der Kolbenbolzen be­ sitzt eine Außenfläche 50 und eine Kolbenbolzen-Axial­ bohrung 52, die sich dadurch erstreckt. Der Kolbenbolzen 44 besitzt eine Länge, die im allgemeinen äquivalent zur Innenfläche 54 des Kolbenschaftes ist. Die Kolbenbolzen-Axialbohrung 52 besitzt einen geeigneten Durchmesser, um die Spindel bzw. den Zapfen 46 aufzunehmen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt der Zapfen 46 eine erste Oberfläche 56, die in der Kolbenschaft-Axialbohrung 58 angeordnet ist. Die erste Oberfläche 56 des Zapfens be­ sitzt eine Dicke, die im allgemeinen zur Wanddicke des Kolbenschaftes 28 äquivalent ist. Die Zapfen 46 besitzen jeweils einen Teil 60 mit verringertem Durchmesser, der sich senkrecht zum ersten Teil des Zapfens erstreckt. Der Teil 60 mit verringertem Durchmesser besitzt eine Außen­ fläche 62 mit einem geeigneten Durchmesser zum Einführen in die Axialbohrung 52 des Kolbenbolzens ohne Zwischen- bzw. Übergangspassung. Der Schnitt bzw. die Schnittstelle des ersten Teils des Zapfens und der Teil mit verringer­ tem Durchmesser bilden in überlaufender Weise eine Zap­ fenschulter bzw. einen Zapfenabsatz 64 dazwischen. Die Zapfen 46 werden innerhalb der Axialbohrung des Kolben­ bolzens durch Haltemittel 48 gehalten. Die Haltemittel 48 halten die Zapfen 46 innerhalb des Kolbenschaftes 28 und verbinden dadurch den Kolbenkronenteil 26 mit dem Kolben­ schaft 28. Die Haltemittel 48 belasten bzw. drücken wei­ ter die Zapfenschulter 64 gegen die Kolbenbolzenenden 66 bzw. 68 und bringen dadurch eine Druckkraft auf den Kol­ benbolzen 44 entlang seiner gesamten Länge auf. In einem in Fig. 1 gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel könnte die Axialbohrung 58 des Kolbenschaftes ein Kolben­ lager 69 aufweisen, um für eine Drehung zwischen der er­ sten Oberfläche 56 des Zapfens und dem Kolbenschaft zu sorgen.

In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus Fig. 1 weisen die Zapfen 46 jeweils eine sich axial er­ streckende Bohrung 70 und eine Gegensenkungsbohrung 72 auf. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Haltemittel 48 eine Haltestange 74 auf, und zwar mit mit Gewinde ver­ sehenen Enden und zwei Haltemuttern 76. Die Haltestange 74 ist innerhalb der Axialbohrung 70 des Zapfens und der Axialbohrung 52 des Kolbenbolzens angeordnet. Die Enden der Haltestange erstrecken sich über den Kolbenbolzen 44 und durch die Zapfen 46. Die Haltemuttern 76 sind auf die Haltestange 74 geschraubt und sind innerhalb der Gegen­ senkungsbohrung 72 angeordnet. Die Haltemittel klemmen dadurch die Zapfenschulter 64 gegen die Kolbenbolzenenden 66, 68 und bringen eine Druckkraft entlang der Länge des Kolbenbolzens auf.

Alternativ kann in einem zweiten Ausführungsbeispiel ein Haltebolzen bzw. eine Halteschraube 78 anstelle der Hal­ testange 74 verwendet werden, Fig. 2. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Kopf des Bolzens bzw. der Schraube 80 innerhalb der Gegensenkungsbohrung 72 angeordnet und die Haltemutter 76 ist auf den Bolzen 78 geschraubt und bringt dadurch eine Druckkraft auf den Kolbenbolzen 44 auf.

In einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung, welches in Fig. 3 gezeigt ist, weisen die Hal­ temittel 48 einen Kolbenstöpsel 82 auf. Jeder der Stöpsel 82 besitzt eine Achse 84 und einen Kopfteil 86 mit einem voreingerichteten Durchmesser, der größer ist als der voreingerichtete Durchmesser der Gegensenkungsbohrung 72 des Zapfens. Der Kopfdurchmesser 86 besitzt eine im all­ gemeinen konvexe sphärische Außenfläche 88. Der Kopfteil 86 jedes Stöpsels 82 besitzt eine voreingerichtete Länge. Die voreingerichtete Länge wird vom höchsten Punkt der sphärischen Außenfläche 88 zur inneren Kontaktfläche 90 gemessen. Jeder der Kolbenbolzenstöpsel 82 weist weiter einen Schaftteil 92 auf, der sich in überlaufender Weise von der konkaven sphärischen Außenfläche 88 erstreckt. Der Schaftteil 92 besitzt eine im allgemeinen zylindri­ sche Konfiguration mit einer Außenfläche, die zum Einset­ zen in die Gegensenkungsbohrung 72 des Zapfens geeignet ist. Die Kolbenbolzenstöpsel 82 schützen die Haltemittel 48 und verhindern, daß die Kolbenbolzenenden 66 und 68 die Innenfläche 54 des Kolbenrocks bzw. -schaftes berüh­ ren.

Im Betrieb kann die konvexe sphärische Außenfläche 88 in Kontakt mit der Oberfläche des Zylinders 14 kommen. Expe­ rimente haben gezeigt, daß ein solcher Kontakt eine Mate­ rialübertragung vom Stöpsel 82 auf den Zylinder 14 zur Folge haben kann. Experimente haben auch gezeigt, daß die Übertragung dieses Materials nicht die Abdichtung oder die Abnutzungsrate der Kolbenringe beeinflußt. Die Kol­ benstöpsel 82 schützen die Enden der Haltemittel und wir­ ken auch dahingehend, daß sie die Schmierung der Außen­ fläche des Kolbenschaftes verbessern, wenn sie sich in­ nerhalb des Motorzylinders 14 bewegt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung aus Fig. 4 weist der Zapfen 94 eine sich axial erstreckende Bohrung 96 und eine Gegensenkungsbohrung 98 auf. Der zweite Zapfen 100 weist eine axiale mit Gewinde versehene Bohrung 102 auf. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Haltemittel 48 einen Haltebolzen bzw. eine Halteschraube 104 auf, die innerhalb der Axialbohrung 96 des Zapfens angeordnet ist. Der Kopf des Bolzens 106 ist innerhalb der Gegensenkungsbohrung 98 angeordnet und der mit Gewinde versehene Teil steht mit der axialen mit Ge­ winde versehenen Bohrung 102 in Eingriff. Die Haltemittel klemmen dadurch die Zapfenschultern gegen die Kolbenbol­ zenenden 66, 68 und legen eine Druckkraft entlang der ge­ samten Kolbenbolzenlänge an.

Die Kolbenanordnung der vorliegenden Erfindung führt eine Funktion eines sich hin- und herbewegenden Kolbens aus, während sie verringerte Abmessungen und verringertes Ge­ wicht aufweist. Die Kolbenanordnung findet Anwendungen bei Verbrennungsmotoren. Diese Konstruktion ist insbeson­ dere für Motoren geeignet, die in Lastwagen und Automobi­ len verwendet werden, genau so wie in stationären Lei­ stungserzeugungsvorrichtungen, wo die Motorgröße und das Gewicht als kritisch angesehen werden.

In diesem speziellen Beispiel besitzt die Kolbenanordnung 12 eine Gliederkonstruktion bzw. ist geteilt und ist in der Zylinderbohrung 14 des Motors 10 positioniert. Die Kolbenanordnung 12 wird vor der Montage des Motors 10 montiert. Beispielsweise wird in einem Untermontagevor­ gang der Kolbenbolzen 44 durch die Querbohrungen 38 der Kolbenkrone und durch die Pleuelstangenbohrung 22 einge­ führt. Die Kolbenkrone 26 wird dann in dem Kolbenschaft 28 montiert. Als letztes werden die Zapfen 46 in die Axialbohrung 52 des Kolbenbolzens eingeführt und Mittel zum Zusammenhalten der Anordnung, wie beispielsweise je­ ne, die in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1, 2, 3 und 4 gezeigt sind, werden angebracht. Wenn die Haltemuttern 76 festgedreht werden, wird eine Drucklast auf der Spin­ del bzw. dem Zapfen 46 aufgebracht und diese Kraft wirkt durch die Zapfenschulter 64 auf den Kolbenbolzen 44.

Während des Betriebs der Kolbenanordnung 12 im Motor 10 tendiert die Druckvorbelastungskraft, die auf den Kolben­ bolzen aufgebracht wird, dazu, den Kolbenbolzen 44 stei­ fer zu machen und es ihm besser zu ermöglichen, den hohen (Verbrennungs-) Gaskräften zu widerstehen, die durch die Kolbenkrone 26 und die eingesetzten Tragstreben 36 über­ tragen werden. Die vorliegende Erfindung behält einen dicken Kolbenbolzen mit starkem Querschnitt bei, um den hohen Gaskräften zu widerstehen, die mit den heutigen Mo­ toren mit hoher Kompression assoziiert sind, gestattet es jedoch, daß die Zapfen 46 mit einem kleineren Durchmesser hergestellt werden, um den kleineren Trägheitsstoßkräften Widerstand zu bieten, die der Kolbenschaft 28 erfährt. Die kleineren Zapfen 46 gestatten es auch, daß das Gebiet des Kolbenschaftes größer und fester gemacht wird, und zwar durch Verringern der Axialbohrung 58 des Kolben­ schaftes.

Zusätzlich eliminiert die vorliegende Erfindung die Not­ wendigkeit für Gewinde, Preßpassungen oder die Anwendung von Schnapp- bzw. Sicherungsringen oder kreisförmigen Clips bzw. Federvorrichtungen, die typischerweise verwen­ det werden, um den Kolbenbolzen am Platz zu halten. Die Eliminierung dieser Faktoren macht die vorliegende Erfin­ dung frei von Spannungskonzentrationsfaktoren bzw. Kerb­ faktoren und verbessert dadurch die gesamte Festigkeit der Kolbenanordnung 12. Diese Spannungskonzentrations-, bzw. Kerbstellen können dazu führen, daß der Kolben zer­ rissen wird. Ein Zerreißen bezieht sich auf den Schaden, der damit assoziiert ist, daß der Kronenteil des Kolbens unter hoher Kraft vom Schaftteil getrennt wird.

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung gestattet auch Kolbenanordnungskonstruktionen, die die Oberseite der Kolbenkrone näher nach unten zur Kolbenbolzenachse zie­ hen. Die Verringerung der Gesamthöhe der Kolbenanordnung 12 gestattet Kolbenkonstruktionen mit niedrigerem Ver­ dichtungsverhältnis und/oder verringertem Kolbengewicht.

Zahlreiche Merkmale, Vorteile und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der vorangegangenen Beschreibung mit Bezug auf die Begleitzeichnungen im De­ tail beschrieben worden. Jedoch ist die Offenbarung nur veranschaulichend und die Erfindung ist nicht auf die präzis dargestellten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Verschiedene Veränderungen und Modifikationen können da­ rin vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Umfang oder Geiste der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Die Konstruktion und der Aufbau von herkömmlichen Kol­ benbolzenanordnungen weist eine Haltevorrichtung auf, die Spannungskonzentrations- oder Kerbfaktoren für die Kol­ benbolzenanordnung, den Kolbenschaft oder die Kolbenkrone mit sich bringen. Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung vor, um die Kolbenanordnung mit der Pleuel­ stange zusammenzuhalten, und um die zwei Teile der Kol­ benbolzenanordnung zusammenzuhalten, ohne einen Kerbfak­ tor mit sich zu bringen. Die Vorrichtung verwendet Halte­ mittel, die eine Druckkraft entlang des gesamten Kolben­ bolzens aufbringen, um der Kolbenbolzenanordnung zusätz­ liche Steifigkeit zu bieten. Diese Konstruktion gestattet zusätzlich eine festere Kolbenanordnung mit größerem Zer­ reißwiderstand und/oder eine Kolbenanordnung mit geringe­ rem Gesamtgewicht.

Claims (9)

1. Kolbenanordnung zur Anwendung in einem Motor mit sich hin- und herbewegenden Kolben mit einer Kurbel­ welle und einer Verbindungs- bzw. Pleuelstange, um die Kolbenanordnung mit der Kurbelwelle zu verbin­ den, wobei die Pleuelstange eine Bohrung besitzt, wobei die Kolbenanordnung folgendes aufweist:
   eine im allgemeinen zylindrische Kolbenkrone, die ein Paar von radial eingesetzten Tragstreben be­ sitzt, die sich von der Kolbenkrone erstrecken und voneinander um einen vorgewählten Abstand beabstan­ det sind, wobei jede der Streben eine Querbohrung aufweist, die positioniert ist, um sich mit der Ver­ bindungs- bzw. Pleuelstangenbohrung auszurichten, einen hohlen zylindrischen Kolbenschaft mit einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser, wodurch eine Wand von vorgewählter Dicke gebildet wird, wo­ bei der Kolbenschaft ein Paar von Radialbohrungen aufweist;
   einen im allgemeinen zylindrischen Kolbenbolzen, der durch jede der Tragstreben-Querbohrungen und die Pleuelstangenbohrung hindurch angeordnet ist, um die Kolbenkrone mit der Pleuelstange zu verbinden, wobei der Kolbenbolzen eine Länge besitzt, die im allge­ meinen äquivalent zum Innendurchmesser des Kolben­ schaftes ist, und einen Außendurchmesser besitzt, der im allgemeinen größer ist als der Radialboh­ rungsdurchmesser des Kolbenschaftes, wobei der Kol­ benbolzen einer Axialbohrung aufweist;
   ein Paar von Spindeln bzw. Zapfen, wobei jeder Zap­ fen einen ersten Teil besitzt, der innerhalb der Ra­ dialbohrungen des Kolbenschaftes angeordnet ist, wo­ bei die Zapfen eine Länge besitzen, die im all­ gemeinen äquivalent der Dicke der Kolbenschaftwand ist, und wobei sie einen Teil mit verringertem Durchmesser besitzen, der in überlaufender Weise sich axial vom ersten Teil erstreckt, wodurch eine Schulter bzw. ein Absatz dazwischen geformt wird, wobei der Teil mit verringertem Durchmesser, der in­ nerhalb der Axialbohrung des Kolbenbolzens ange­ ordnet ist, und eine geeignete Länge besitzt, um den Teil mit verringertem Durchmesser innerhalb der Axialbohrung des Kolbenbolzens zu halten; und
   Haltemittel, um den Kolbenschaft an der Kolbenkrone zu halten, und um eine Druckkraft entlang der gesam­ ten Länge des Kolbenbolzens aufzubringen, wodurch die Steifigkeit des Kolbenbolzens vergrößert wird.
2. 2. Kolbenanordnung nach Anspruch 1, wobei jeder der Bolzen weiter eine sich erstreckende Axialbohrung und eine Gegensenkungsbohrung aufweist, wobei die Haltemittel innerhalb der Zapfenbohrungen angeordnet sind.
3. 3. Kolbenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Haltemittel einen Stehbolzen aufweisen, und zwar mit Gewinden, die an beiden Enden des Stehbolzens gele­ gen sind, und mit einem Paar von Muttern, um mit den Gewinden in Eingriff zu stehen, und dadurch eine Druckkraft entlang der Länge des Kolbenstiftes auf­ zubringen.
4. 4. Kolbenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 2, wobei die Haltemittel einen mit einer Schulter bzw. einem Ab­ satz versehenen Bolzen aufweisen, bei dem ein Gewin­ de an einem Ende gelegen ist und ein Kopf am anderen gelegen ist, und eine Mutter, um mit dem Gewinde in Eingriff zu stehen und dadurch eine Druckkraft ent­ lang der Länge des Kolbenbolzens aufzubringen.
5. 5. Kolbenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 2, die weiter einen Zapfenstöpsel aufweist, und zwar mit einem Kopfteil mit einem voreingerichteten Durchmesser, der größer ist als die Gegensenkungsbohrung, und wo­ bei der Kopfteil weiter eine im allgemeinen konvexe sphärische Außenfläche aufweist, und wobei während des Betriebs der Kolbenanordnung innerhalb eines Zy­ linders die Außenfläche einen Kontakt mit einer Zy­ linderbohrung haben kann, in der die Kolbenanordnung positioniert ist, wobei der Zapfenstöpsel weiter ei­ nen Schaftteil aufweist, der sich von dem Kopfteil erstreckt, wobei der Schaftteil einen Außendurchmes­ ser und eine Länge besitzt, die geeignet sind, um in der Zapfengegensenkungsbohrung angeordnet zu werden.
6. 6. Kolbenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei der Kolbenbolzen gegenüberliegende Enden definiert, und wobei die Zapfenschulter mit den Kolbenenden in Ein­ griff steht, um die Druckkraft aufzubringen.
7. 7. Kolbenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Druckkraft ohne das Vorsehen von Spannungskonzentra­ tionen auf den Kolbenbolzen aufgebracht wird.
8. 8. Kolbenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, die weiter ein Kolbenlager aufweist, welches innerhalb der Ra­ dialbohrung des Kolbenschaftes angeordnet ist, und zwischen dem Kolbenschaft und der ersten Oberfläche des Zapfens angeordnet ist.
9. 9. Kolbenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Haltemittel einen Haltebolzen bzw. eine Halteschrau­ be und einen Zapfen aufweisen, der eine axiale mit Gewinde versehene Bohrung aufweist, wobei der Halte­ bolzen ein Gewinde besitzt, welches an einem Ende gelegen ist, und einen Kopf, der am anderen gelegen ist, wobei das Gewinde mit der axialen mit Gewinde versehenen Zapfenbohrung in Eingriff steht, um eine Druckkraft entlang der Länge des Kolbenbolzens auf­ zubringen.