DE2651852A1 - Schaltkolben fuer eine hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

P 5104/St/mm

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Schaltkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Schaltkolfcen für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, der auf einer Pleuelstange um seine Längsachse drehbar gelagert ist und ein in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung der Pleuelstange um die Kolbenlängsachse hin- und herschwenkbares Schaltglied mit zwei Reibflächen aufweist, von denen die erste mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche im Kolben zusammenwirkt, wogegen die zweite Reibfläche des Schaltgliedes mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche an einem im Kolben axial beweglichen Anpressteil zusammenwirkt, wobei zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung des Schaltgliedes mit dem Kolben die Massenkräfte des Anpressteiles und des Schaltgliedes dienen.

Bei Schaltkolben dieser Art, die aus der CH-PS 482 1G8 bekannt sind, hat das Schaltglied mit den beiden Reibflächen die Form einer Ringscheibe, die - ähnlich wie die Lamelle einer Lamellenkupplung - zwischen den parallelen Reibflächen des Kolbens und des Anpressteils angeordnet ist. Bei solchen Schaltkolben besteht immer die Tendenz, dass der Kolben nach einer Drehbewegung in der gewünschten oder positiven Richtung eine - wenn auch nicht

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gleich grosse - Rückwärtstewegung ausführt, d. h. er neigt zu einer Art drehender Pilgerschrittbewegung. Solche Rückwärtsbewegungen haben eine Verringerung der positiven Kolbendrehbewegung zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schaltkolben der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass der positiven Drehrichtung entgegengesetzte Bewegungen des Kolbens vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die beiden Reibflächen des Schaltgliedes zur Kolbenlängsachse konisch ausgebildet sind und miteinander einen Winkel einschliessen und dass das axiale Spiel des Anpressteiles grosser ist als das axiale Spiel des Schaltgliedes.

Durch die konische Gestaltung der beiden Reibflächen des Schaltgliedes erhält dieses die Form eines Doppelkonusringes, der einerseits sehr grosse Reibmctnentqergibt, durch den aber andererseits in Verbindung mit den unterschiedlich grossen Spielen des Schaltgliedes und des Anpressteiles stets eine saubere Trennung der zusammenwirkenden Reibflächen am Ende der positiven Kolbendrehbewegung erreicht wird. Es tritt also keine Rückwärtsdrehbewegung des Kolbens mehr auf, was zu einer Beruhigung der Kolbendrehbewegung beiträgt.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die beiden konischen Reibflächen des Schaltgliedes je mit mehreren,

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über den Umfang des Schaltgliedes verteilten, sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten versehen, wobei eine Begrenzungsfläche jeder Nut mit einer scharfen Kante in die Reibfläche übergeht, wogegen die andere Begrenzungsfläche jeder Nut derart ausgebildet ist, dass sich zwischen ihr und der gegenüberliegenden konischen Reibfläche am Anpressteil bzw» im Kolben ein sich in Umfangsrichtung des Schaltgliedes keilförmig erstreckender Spalt bildet. Durch diese Gestaltung des Schaltgliedes wird einerseits erreicht, dass eine sichere Mitnahme des Kolbens durch das Schaltglied bei dessen positiver Schwenkbewegung stattfindet, indem die scharfen Kanten eine zwischen den zusammenwirkenden Reibflächen befindliche Oelschicht durchtrennen und wegschälen, wogegen andererseits eine Freilaufbewegung zwischen dem Schaltglied und dem Kolben stattfindet, wenn die positive Schwenkbewegung langsamer ist als die Drehbewegung des Kolbens und die Massenkräfte für sich noch keine Trennung der zusammenwirkenden Reibflächen bewirken.' -

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Teil des Schaltkolbens nach der Erfindung und

Fig. 2 und 3 eine Ansicht bzw. eine Draufsicht auf das Schaltglied.

Gemäss Fig. 1 ist eine Pleuelstange 1 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine an ihrem oberen Ende 8 kugelförmig ausgebildet und mit diesem Ende in einem Kolben 2 so gelagert, dass sie senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 um die Kolbenlagerachse 3 schwenkbar ist und der Kolben 2 sich um seine Längsachse 19 auf dem Pleuelstangenende 8 drehen kann. Der Kolben 2 weist zu diesem Zweck oberhalb und unterhalb der Kolbenlagerachse 3 je eine als Hohlkugelfläche ausgebildete Lagerfläche 4 bzw. 5 auf, wobei die Lagerfläche 5 in einem Ring 6 ausgebildet ist, der mittels eines in den Kolben 2 eingeschraubten Ringes 7 gegen das kugelförmige Ende 8 der Pleuelstange gedrückt wird. In einer ringnutartigen, auf der Höhe der Kolbenlagerachse 3 befindlichen Aussparung 9 des kugelförmigen Endes 8 der Pleuelstange ist ein ringförmiges Schaltglied 10 vorgesehen, das auf seiner Innenseite zwei axiale, einander diametral gegenüberliegende Nuten 13 aufweist. In diese Nuten 13 greift je ein Ende eines Zapfens 14 ein, der mit seiner Achse 23 durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Endes 8 der Pleuelstange 1 führt und zur Kolbenlagerachse 3 geneigt ist. Durch diese Anordnung des Zapfens 14 bilden dessen Enden zwei Antriebsteile für das Schaltglied 10, das im Takt der Schwenkbewegung der Pleuelstange 1 um die Kolbenlängsachse 19 hin- und hergeschwenkt wird.

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Auf der Aussenseite des ringförmigen Schaltgliedes 10 sind zwei zur Kolbenlängsachse 19 konische Reibflächen 11 und 12 vorgesehen, die sich in bezug auf die Lagerachse 3 in entgegengesetzten Richtungen erstrecken und einen Winkel von etwa 140° einschliessen. Die Reibfläche 11 wirkt mit einer entsprechend konisch ausgebildeten Reibfläche auf der Innenseite eines ringförmigen An-

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pressteiles/zusammen, der im Kolben 2 axial beweglich geführt ist,Jim diesem Zweck sind auf der Oberseite des Anpressteiles zwei oder mehrere radiale Schlitze 16 vorgesehen, in die jeweils ein im Kolben 2 befestigter Bolzen 17 ragt. Die Reibfläche 12 des Schaltgliedes 10 wirkt sit einer entsprechend kenisch ausgebildeten Reibfläche auf der Innenseite eines Ringes 18 zusammen, der durch nicht dargestellte Schrauben mit dem Lagerring 6 und damit über den Schraubring 7 mit dem Kolben 2 fest verbunden ist.

Das Schaltglied 10 hat in axialer Richtung relativ zum Kolben 2 ein Bevegur.gsspiei vcn cer C-rcsse s. Las Bewegung ε spiel des Schaltgliedes ist nach oben durch einen einen Anschlag bildenden Ring 20 begrenzt, der oberhalb des Schaltgliedes 10 an einer Schulter des Kolbens 2 mittels Schrauben 21 befestigt ist. Auch der Anpressteil 15 weist in axialer Richtung relativ zum Kolben. 2 ein Bewegungsspiel auf, das jedoch grosser ist als das Bewegungsspiel des Schaltgliedes 10 und das im gezeichneten Beispiel die Grosse 2s hat.

*) aber gegen relative Drehung zum Kolben gesichert ist.

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Wie Flg. 2 und 3 zeigen, weisen die zueinander geneigten Reibflächen 11 und 12 des Schaltgliedes 10 mehrere, sich in axialer Richtung erstreckende Nuten 25 auf, die in bezug auf die Reibflächen in ihrer Längsrichtung gleichmässige Tiefe haben. Die Nuten 25 werden je auf ihrer in Fig. 3 rechten Seite von einer vertikalen Fläche 26 begrenzt, die aussen mit einer scharfen Kante 27 in die Reibfläche 11 bzw. 12 übergeht. Die andere Begrenzungsfläche 28 jeder Nut 25 verläuft derart, dass sich zwischen ihr und der gegenüberliegenden konischen Reibfläche am Anpressteil 15 bzw. am Ring 18 ein keilförmiger Spalt bildet. Die Reibflächen 11 und 12 bilden mit den Reibflächen am Anpressteil 15 bzw. am Ring 18 einen Reibschluss, sofern die relative Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 30 in Fig. 3 stattfindet und die Masse des Anpressteiles 15 und die des Schaltgliedes 10 infolge der Kolbenbeschleunigung respektive Verzögerung eine abwärtsgerichtete Kraft ausüben. Die scharfen Kanten 27 unterstützen dabei die Bildung des Reibschlusses, indem sie einezwischen den zusammenwirkenden Reibflächen befindliche-Schmieröl-r

^flächen 28 schicht unterbrechen. Durch das Anbringen der KeijD> wirkt das Schaltglied 10 dagegen wie ein Freilauf, wenn anschliessend an den Reibschluss die Schwenkgeschwindigkeit des Schaltgliedes kleiner wird im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit des Kolbens. Der Freilauf wird unterstützt durch das zwischen den zusammenwirkenden Reibflächen eintretende Schmieröl.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Schaltkolbens ist wie folgt: Ausgehend vom oberen Totpunkt des Kolbens 2 bewegt sich der KoI-

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S-

ben abwärts,-wobei der Anpressteil 15 und das Schaltglied 10 infolge ihrer Massenkräfte ihre jeweils obere Endstellung innehaben. Die Reibflächen 11, 12 des Schaltgliedes 10 sind also von den zugehörigen Reibflächen des Anpressteiles 15 und des Ringes 18 getrennt, so dass die negative Schwenkbewegung des Schaltgliedes 10 ohne Wirkung auf den Kolben 2 ist. Ausser der Abwärtsbewegung unterliegt der Kolben 2 einer positiven Drehbewegung, die noch von dem vorhergehenden Mitnahmevorgang des Schaltgliedes 10 herrührt und deren Geschwindigkeit langsam absinkt. 90° nach dem oberen Totpunkt beginnt die positive Schwenkbewegung des Schaltgliedes 10, wobei mit grosser werdendem Kurbelwinkel die Geschxiindigkeit der Schwenkbewegung des Schaltgliedes zunimmt. Unter dem Einfluss der Massenrkäfte des Anpressteiles 15 und Schaltgliedes 10 beginnen diese beiden Teile sich im Kolben in Richtung auf die Reibfläche am Ring 18 zu bewegen. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Kolbens 2 und die Schwenkgeschwindigkeit des Schaltgliedes 10 den gleichen Wert erreicht haben, beginnt die effektive Mitnahme des Kolbens durch das Schaltglied infolge des Reibschlusses zitfischen den zusammenwirkenden Reibflächen. Der Beginn dies_er_Mtnahme_.liegt..etwa_.45?_ vor..jdem un-

teren Totpunkt. Da die Schwenkgeschwindigkeit von diesem Zeitpunkt an noch weiter zunimmt, wird die Geschwindigkeit der Drehbewegung des Kolbens bis zum unteren Totpunkt wieder grosser. Im unteren Totpunkt beginnt - obwohl die Massenkräfte des Schaltgliedes und des Anpressteiles noch keine Trennung der zusammenwirkenden Reibflächen bewirken würden - ein Lösen der zusammenwirkenden Reibflächen voneinander, weil die Schwenkgeschwindigkeit des Schaltgliedes rascher abnimmt als die Geschwindigkeit

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der Drehbewegung des Kolbens und weil sich zwischen den Keilflächen 28 einerseits und den Reibflächen am Ring 18 und an Anpressteil 15 andererseits hydrodynamische Schtnierölkeile bilden, wodurch das Schaltglied jetzt als Freilauf wirkt. Es findet also kein Abbremsen der Drehbewegung des Kolbens infolge des langsanier werdenden Schaltgliedes statt» 90° nach dem unteren Totpunkt wechselt die Schwenkbewegung des Schaltgliedes wieder ihre Richtung, d. h. sie wird negativ, was auf die Drehbewegung des Kolbens ohne Einfluss ist, da infolge der Massenkräfte des Schaltgliedes 10 und des Anpressteiles 15 diese beiden Teile sich im Kolben wieder in Richtung auf die in Fig. 1 gezeigte Stellung bewegen. Der Kolben erhält bei jeder Mitnahme durch das Schaltglied einen neuen Stoss in der positiven Drehrichtung.

Abweichend von der beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, anstelle jeder Keilfläche 28 eine gegenüber der Reibfläche 11 bzw. 12 vertiefte, hydrodynamisch wirksame Stufenfläche vorzusehen, die an sich bekannt ist.

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-M-

Leerseite

Claims (2)

1. P a tent ansprüc h e

   .ySchaltkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, der auf einer Pleuelstange um seine Längsachse drehbar gelagert ist und ein in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung der Pleuelstange um die Kolbenlängsachse hin- und herschwenkbares Schaltglied mit zwei Reibflächen aufweist, von denen die erste mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche im Kolben zusammenwirkt, wogegen die zweite Reibfläche des Schaltgliedes mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche an einem im Kolben axial beweglichen Anpressteil zusammenwirkt, wobei zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung des Schaltgliedes mit dem Kolben die Massenkräfte des Anpressteiles und des Schaltgliedes dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Reibflächen (11, 12) des Schaltgliedes (10) zur Kolbenlängsachse (19) konisch ausgebildet sind und miteinander einen Winkel einschliessen und dass das axiale Spiel des Anpressteiles (15) grosser ist als das axiale Spiel des Schaltgliedes (10).
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden konischen Reibflächen (11, 12) des Schaltgliedes (10) je mit mehreren, über den Umfang des Schaltgliedes verteilten, sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten (25) versehen sind, wobei eine Begrenzungsfläche (26) jeder Nut mit einer scharfen Kante (27) in die Reibfläche (11, 12) übergeht, wo-

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   gegen die andere Begrenzungsfläche (28) jeder Nut (25) derart ausgebildet ist, dass sich zwischen ihr und der gegenüberliegenden konischen Reibfläche am Anpressteil (15) bzw. im Kolben (2) ein sich in Ucifangsrichtung des Schaltgliedes (10) keilförmig erstreckender Spalt bildet.

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