DE2651852C3 - Schaltkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallkolben 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 Schallglied mit zwei Reibflächen aufweist, von denen die erste mit einer entsprechend ausgebildeten Reibfläche im Kolben zusammenwirkt, wogegen die zweite Reibfläche des Schaltgliedes mit i-inrr entsprechend ausgebildeten Reibfläche an einem im Kolben axial beweglichen Anpreßleil zusammenwirkt, wobei zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung des Schaltgliedes mit dem Kolben die Massenkräfte des Anpreßteiles und des Schaltgliedes dienen.

Bei bekannten Schaltkolben dieser Art, wie sie in der CH-PS 4 82 108 dargestellt sind, hat das Schaltglied mit den beiden Reibflächen die Form einer Ringscheibe, die — ähnlich wie die Lamelle einer Lamellenkupplung — zwischen 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, d. h. positiven Richtung eine — wenn auch nicht gleich große — Rückwärtsbewegung ausführt, so daß er zu einer Art drehender Pilgerschrittbewegung neigt. 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 Drehricntung entgegengesetzte Bewegungen des Kolbens vermieden werden.

Uiese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Reibflächen des Schaltglieües zur Kolbenlängsachse doppelkegelförmig ausgebildet sind und daß das axiale Spiel des Anpreßteiles größer ist als das axiale Spiel des Schaltgliedes.

ίο Durch die kegelige Gestaltung der beiden Reibflächen des Schaltgliedes erhält dieses die Form eines Doppelkegelringes, der einerseits sehr große Reibmomente ergibt, 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 isl jede der beiden Reibflächen des Schaltgliedes mit mehreren, über den Umfang des Schaltgliedes verteilten, sich über die Kegelmantelhöhe erstreckenden Nuten versehen, wobei eine Begrenzungsfläche jeder Nut mit einer scharfen Kante in die Reibfläche übergehl, wogegen die andere Begrenzungsfläche jeder Nut derart ausgebildet ist, daß sich zwischen ihr und der gegenüberliegenden kegeligen Reibfläche am Anpreßteil bzw. im Kolben ein sich in Umfangsrichtung des Schaltglicdes 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 Ölschicht durchtrennen und wegschälen, wogegen andererseits eine Freilaufbewegung zwischen dem Schaltglied und dem Kolben stattfindet, wenn die

w positive Schwenkbewegung des Schaltgliedes langsamer ist als die Drehbewegung des Kolbens und die Massenkräfte für sich noch keine Trennung der zusammenwirkenden Reibflächen bewirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Teil des Schaltkolbens nach der Erfindung,
F i g. 2 eine Ansicht und

so Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Schaltgliedes.

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 F i g. 1 um die Kolbenlagerachse 3 schwenkbar ist und der Kolben 2 sich um seine Längsachse 19 auf dem oberen Ende 8 der Pleuelstange 1 drehen kann. Der Kolben 2 weist zu diesem Zweck oberhalb und unterhalb der Kolbenlagerachse 3 je eine als Hohlkugelsegment 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 1 gedruckt wird. In einer ringnutartigen, auf der Höhe der Kolbenlagerachse 3 befindlichen Aussparung 9 des kugelförmigen Endes 8 der Pleuelstange 1 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 Amriebsteile für das Schaitglied 10, das im Takt der Schwenkbewegung der Pleuelstange I um die Kolbenlängsachse 19 hin- und hergeschwenkt wird. Auf der Außenseite des ringförmigen Schaltgliedes 10 sind zwei zur Kolbenlängsachse 19 kegelige Reibflächen 11 und 12 vorgesehen, die sich in bezug auf die Lagerachse 3 in entgegengesetzten Richtungen erstrecken und deren Erzeugende einen Winkel von etwa 140° einschließen. Die Reibfläche 11 wirkt mit einer entsprechend kegelig ausgebildeten Reibfläche auf der Innenseite eines ringförmigen Anpreßteiles 15 zusammen, der im Kolben 2 axial beweglich geführt ist, aber gegen Drehung gegenüber dem Kolben gesichert ist. Zu diesem Zweck sind auf der Oberseite des Anpreßteiles 15 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 mit einer entsprechend kegelig ausgebildeten Reibfläche auf der Innenseite eines Ringes 18 zusammen, der durch nicht dargestellte Schrauben mit dem Ring 6 und damit über den eingeschraubten Ring 7 mit dem Kolben 2 fest verbunden ist.

Das Schaltglied 10 hat in axialer Richtung relativ /.um Jo Kolben 2 ein Bewegungsspiel von der Größe s. Das Bewegungsspiel 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 größer ist als das Bewegungsspiel des Schaltgliedes 10 und das im gezeichneten Beispiel die Größe 25 hat.

Wie Fig.2 und 3 zeigen, weisen die zueinander -to geneigten Reibflächen 11 und 12 des Schaltgliedes 10 mehrere, sich über die Kegelmantelhuhe 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 axialen Begrenzungsfläche 26 begrenzt, die außen mit einer scharfen Kante 27 in die Reibfläche 11 und 12 übergeht. Die andere Begrenzungsfläche 28 jeder Nut 25 verläuft derart, daß sich zwischen ihr und den gegenüberliegenden kegeligen Reibflächen am Anpreßteil 15 und am Ring 18 ein keilförmiger Spalt bildet. Die Reibflächen 11 und 12 bilden mit den Reibflächen am Anpreßteil 15 und am Ring 18 einen Reibschl'iß, 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 eine zwischen den zusammenwirkenden Reibflächen befindliche Schmicrölschicht unterbrechen. Durch das Anbringen der förmigen Begrenzungskeilflächen 28 wirkt das Schaltglied 10 dagegen wie ein Freilauf, wenn anschließend an den Reibschluß die Schwenkgeschwindigkeit des Schaltgliedes kleiner wird als die 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 Kolben abwärts, wobei der Anpreßteil 15 und das Schaltgläed 10 infolge ihrer Massenkräfle 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 Kniben 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 größer werdendem Kurbelwinkel die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Schallgliedes zunimmt. Unter dem Einfluß der Massenkräfte 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 zwischen den zusammenwirkenden Reibflächen. Der Beginn dieser Mitnahme liegt eiwa 45° vor dem unteren Totpunkt. Da die Schwenkgeschwindigkeit von diesem Zeilpunkt an noch weiter zunimmt, wird die Geschwindigkeit der Drehbewegung des Kolbens bis zum unteren Totpunkt wieder größer. 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 der Drehbewegung des Kolbens und weil sich zwischen den Begrenzungsflächen 28 einerseits und den Reibflächen am Ring 18 und am Anpreßteil 15 andererseits hydrodynamische Schmierölkeile bilden, wodurch das Schaltglied 10 jetzt als Freilauf wirkt. Es findet also kein Abbremsen der Drehbewegung des Kolbens infolge des langsamer 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, der auf einer Pleuelslange um seine Längsachse drehbar gelagert ist und ein in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung der Pleuelslange um die Kolbenlängsachse hin- und herschv/enkbares 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) doppelkegelförmig ausgebildet sind und daß das axiale Spiel des Anpreßteiles (15) größer ist als das axiale Spiel des Schaltgliedes (10).

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Reibflächen (11, 12) des Schaltgliedes (10) mit mehreren, über den Umfang des Schallgliedes (10) verteilten, sich über die Kcgclmantelhöhe erstreckenden Nuten (25) versehen isl, wobei eine Begrenzungsfläche (26) jeder Nut (25) mit einer scharfen Kante (27) in die Reibfläche (11,12) übergeht, wogegen die andere Begrenzungsfläche (28) jeder Nut (25) derart ausgebildet ist, daß sich zwischen ihr und der gegenüberliegenden kegeligen Reibfläche am Anpreßteil (15) bzw. im Kolben (2) ein sich in Umfangsrichtung des Schaliglicdes (10) keilförmig erstreckender Spalt bildet.