DE2432077A1

DE2432077A1 - Kolben aus leichtmetall fuer eine rotationskolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2432077A1
Application number: DE2432077A
Authority: DE
Inventors: Horst Ehemann; Konrad Lummerzheim; Max Ruf
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Wankel GmbH; Audi AG
Current assignee: Wankel GmbH; Audi AG
Priority date: 1974-07-04
Filing date: 1974-07-04
Publication date: 1976-01-22
Also published as: JPS5125619A; US3989423A

Description

AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ. und Wankel GmbH - Lindau/Bodensee

Kolben aus Leichtmetall für eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Kolben aus Leichtmetall für eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, der auf dem Exzenter einer Exzenterwelle drehbar gelagert ist und ein koaxial zur Kolbendrehachse angeordnetes Hohlrad aus Stahl trägt, das mit einem feststehenden, am Gehäuse befestigten, koaxial zur Exzenterwellendrehachse angeordneten Ritzel im Eingriff steht.

Bei Kolben der beschriebenen Art ist es allgemein bekannt, das Hohlrad durch Schrauben am Kolben zu befestigen. Abgesehen von dem verhältnismäßig hohen Aufwand rufen jedoch die für die Befestigung notwendigen Schrauben- und Gewindelöcher eine Schwächung des Hohlrades hervor oder erfordern zum Unterbringen der Befestigungsschrauben eine entsprechende radiale Breite des Hohlrades, das infolgedessen verhältnismäßig viel Raum einnimmt. Außerdem hat sich bei derartigen Kolben gezeigt, daß durch die unterschiedliche Wärmedehnung des Leichtmetalles, aus dem der Kolben hergestellt ist, und des allgemein aus Stahl bestehenden Hohlrades ein Schaden dadurch verursacht werden kann, daß infolge der an der Anlagefläche zwischen dem Hohlrad und dem Kolben auftretenden Gleitreibung eine Abnutzung an dem aus Leichtmetall gefertigten Kolben auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, billige und raumsparende Befestigung des Hohlrades an einem Leichtrae-

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tallkolben zu schaffen, wobei Relativbewegungen zwischen dem Hohlrad und Kolben ausgeschlossen sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hohlrad aus einem Stahl besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient dem des Kolbenwerkstoffes entspricht, und in den Kolben eingegossen ist, und daß seine Verzahnung einen Eingriffswinkel zwischen 7° und 15° aufweist.

Durch diesen erfindungsgemäßen Vorschlag entfallen die bei anderen bekannten Konstruktionen notwendigen Schraubverbindungen und die viel Raum erfordernden Plansche. Das bedeutet, daß durch Verzicht auf besondere voluminöse und aufwendige Mittel zur Befestigung des Hohlrades eine kompakte Bauweise erreicht werden kann und es tritt aufgrund der Tatsache, daß sich die Teile gleichermaßen ausdehnen, keine Relativbewegung auf. Andererseits wird durch den vorgeschlagenen Eingriffswinkel das Zahnspiel trotz des gegenüber üblichen Kolbenwerkstoffes größeren Ausdehnungskoeffizienten im zulässigen Rahmen gehalten. Bei niedrigen und bei hohen Temperaturen werden durch einen derartigen Eingriffswinkel Laufgeräusche sowie eine den Verschleiß begünstigende Belastung weitgehend vermieden.

Das Hohlrad kann aus einem austenitischen Stahl bestehen, dessen Ausdehnungskoeffizient dem des Kolbenwerkstoffes entspricht und der die auftretende rnecha-nische Belastung ohne weiteres aufnehmen kann.

Zur Erzielung einer formschlüssigen und sicheren Verbindung zwischen dem Hohlrad und dem Kolben kann am Hohlrad im Bereich der Berührungsstellen mit dem Kolben von umlaufenden Rippen und axialen Nuten gebildete Verankerungen vorgesehen werden. Mit einer derartigen Verbindung, die zu gleicher Zeit eine Vergrößerung der Haftfläche bildet, kann eine einwandfreie Verdrehsicherung und eine sichere Verklammerung des Kolbens mit dem Hohlrad erreicht werden.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die wie folgt beschrieben wird. Es zeigt:

Fig. 1- einen Längsschnitt durch eine Kolbenhälfte mit eingegossenem Hohlrad,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Hälfte eines Hohlrades aus Fig. 1, und

Fig. 3 die Ansicht auf das Teilstück eines Hohlrades in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2:

Es sei zunächst auf Fig. 1 3ezug genommen, in der sich der als Ausführungsbeispiel dargestellte Kolben 1 aus Leichtmetall im wesentlichen aus zwei parallelen Seitenwänden 2 und 3, einer die KoIb enflänken bildenden äußeren Umfangswand 4 und einer zentralen Nabe 5 zusammensetzt, die mittels eines Lagers 6 auf dem Exzenter einer nicht gezeigten Exzenterwelle drehbar gelagert ist. Die Seitenwand 2 trägt koaxial zur Kolbendrehachse B ein Hohlrad J₃ welches durch Eingießen mit dem Kolben 1 verbunden ist und das mit einem nicht gezeigten feststehenden Ritzel im. Eingriff steht und eine bestimmte Phasenlage des mehreckigen Kolbens 1 zur mehrbogigen Innenfläche des Gehäuses der Rotationskolben-Brennkraftmaschine bewirkt. Die Seitenwände 2 und 3 sind außerdem mit zwei Ringnuten 8 und 9 sowie Dichtstreifennuten 10 zur Aufnahme von nicht gezeigten Dichtelementen versehen.

Die Befestigung des Hohlrades J durch Eingießen in die Seitenwand 2 des Kolbens 1 ist deshalb möglich, weil das Hohlrad J aus einem austenitischen Stahl besteht, wie z. B. X 25 Cr Ni Mn P 18/8, dessen Ausdehnungskoeffizient dem aus Leichtmetall bestehenden Kolben 1 entspricht. Aus diesem Grund entfällt am Hohlrad J ein besonderer Befestigungsflansch für zusätzliche Schrauben, so daß sich ein kleinerer Außenumfang 11 ergibt.

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Durch die auf diese Weise erzielte vereinfachte Bauart ist als weiterer Vorteil in der Seitenwand 2 ausreichend Platz für die Anordnung der Ringnuten 8 und 9 zur Unterbringung von entsprechenden Dichtelementen vorhanden.

Um das Hohlrad 7 entsprechend stabil mit dem Kolben 1 zu verbinden, sind - wie in Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich im Bereich der Berührungsstellen mit dem Kolben 1 am Außenumfang 11 und an der Stirnseite 12 des Hohlrades 7 unlaufende Rippen 13 und 14 vorgesehen und am Außenumfang 11 eine Anzahl axialer Nuten 15 angeordnet. Durch die Rippen IJ und 14 sowie die Nuten 15, deren Zwischenräume nach dem Gießvorgang mit Leichtmetall des Kolbens 1 gefüllt sind, wird eine in axiale und radiale Richtung wirkende Verklammerung und eine Verdräasicherung zur Übertragung des Drehmomentes zwischen dem Hohlrad 7 und dem Kolben 1 erzielt. Eine Gleitreibung zwischen dem eingegossenen Hohlrad 7 und dem Kolben 1 kann im Bereich der Berührungsstellen bzw. an dem von den Rippen 13* 14 und den Nuten 15 gebildeten Haftflächen auchunter Wärmeeinfluß wegen der gleichartigen Ausdehnung nicht auftreten.

Die Verzahnung 16 des Hohlrades 7 ist so ausgelegt, daß bei niedrigster Maschinentemperatur immer noch ein Mindestzahnspiel vorhanden ist, während sich unter Berücksichtigung der Wärmedehnung bei Betrieb der Maschine ein Zahnspiel von etwa 0,25 mm einstellt, das den Werten von bekannten Zahnradpaarungen und einem in den üblichen Toleranzen liegenden Zahnspiel entspricht, wodurch Laufgeräusche und ein hoher Verschleiß weitgehend vermieden werden. Deshalb liegt der Eingriffswinkel etb (in Fig. 3) der Verzahnung zwischen 7 und 15°. Der Eingriffswinkel <*b wird zwischen den Schenkeln der gemeinsamen Tangente 19 der beiden Grundkreisdurchmesser 17 und 18 des Hohlrades und des nicht gezeigten Ritzels sowie einer Senkrechten 20 auf der Verbindungsgeraden 21 der Mittelpunkte Ml und M2 der beiden Grundkreisdurchmesser 17 und 18 gebildet.

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Die Verzahnung 16 kann vor dem Eingießen des Hohlrades in den Kolben 1 vorbearbeitet werden und als Aufnahme in der Gießvorrichtung dienen, so daß der Zerspanungsaufwand nach dem Eingießen herabgesetzt wird.

Selbstverständlich ist auch das am Gehäuse befestigte, nicht gezeigte Ritzel mit dem gleichen Eingriffswinkel versehen wie das Hohlrad 7·

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Kolben aus Leichtmetall für eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, der auf dem Exzenter einer Exzenterwelle drehbar gelagert ist,und ein koaxial zur Kolbendrehachse angeordnetes Hohlrad aus Stahl trägt, das mit einem feststehenden, am Gehäuse befestigten, koaxial zur Exzenterwellendrehachse angeordneten Ritzel, im Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7) aus einem Stahl besteht, dessen Ausdehnungskoeffizient dem des Kolbenwerkstoffes entspricht, und in den. Kolben (1) eingegossen ist, und daß seine Verzahnung (16) einen Eingriffswinkel ( oc b) zwischen 7° und 15° aufweist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7) aus einem austenitischen Stahl besteht.

J5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Hohlrad (7) im Bereich der Berührungsstellen mit dem Kolben (1) von umlaufenden Rippen (13, 14) und axialen Nuten (15) gebildete Verankerung vorgesehen ist.

28. 6. 1974
Co/TK

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