DE2828402B2 - Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kolben, insbesondere für BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer den zur Befestigung des
Pleuels dienenden Kolbenbolzen aufnehmenden Kolbenbolzenbohrung, bei welchem zwischen Bolzen und
Bohrung an oder nahe den beiden Bolzenenden zylindrische Büchsen angeordnet sind, die mit Spiel in
der Bohrung sitzen.
Bei Kolben, insbesondere für hochbelastbare Brennkraftmaschinen
und insbesondere für hochbelastete Dieselmotoren mit Zylinderdurchmessern von mehr als
90 mm, besteht seit längerem das Problem, daß durch die beim Betrieb des Kolbens auftretende Bolzenverformung
an der Wand der Kolbenbolzenbohrung stellenweise eine sehr große Flächenpressung auftritt, die zur
Gefahr der Rißbildung bzw. der Entstehung von Brüchen führt. Bisher wurde versucht, dieses Problem
entweder durch Auskleidung der Bolzenbohrung mit Hartmaterial oder durch Vergrößerung des Bolzendurchmessers
und damit Erzielung einer geringeren Bolzenverformung sowie Erreichung einer größeren
Kontaktfläche zwischen Bolzen und Bolzenbohrung zu beheben bzw. zu reduzieren. Um die dabei auftretende
Gewichtserhöhung des Kolbens möglichst gering zu halten, ist ein Kolben der eingangs genannten Gattung
bekannt geworden, bei dem die zur Vergrößerung des Bolzendurchmessers dienenden zylindrischen Büchsen
nur an den beiden Bolzenenden angeordnet sind, wo sie undrehbar befestigt sind (DE-AS 12 91955). Hiermit
wird jedoch der Bolzen gerade in seinem durch die Kolbenarbeit am meisten auf Biegung beanspruchten
Bereich nicht verstärkt, so daß die hierdurch eintretende Beanspruchung der Kolbenbolzenbohrung allenfalls nur
geringfügig und nicht ausreichend reduziert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kolben der eingangs genannten Gattung das vorgenannte
Problem der Vermeidung zu großer Flächenpressungen in der Kolbenbolzenbohrung ohne wesentliche
Gewichtserhöhung des Kolbens in zufridenslellen-
der Weise zu lösen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Büchsen schwimmend auf dem
Kolbenbolzen angeordnet sind. Diese schwimmende Lagerung ermöglicht eine Dämpfung ungleichmäßiger
Flächenpressungen durch das zwischen Bolzen und Buchse befindliche öl.
Es ist zwar bereits ein Kolben der eingangs genannten Gattung bekannt geworden, bei welchen die
Büchsen von Außenringen von Rollenlagern gebildet, über welche der Kolbenbolzen in der Bohrung drehbar
ist (DE-PS 6 89 074). Da derartige Lageraußenringe möglichst dünnwandig sein sollen, um den Lagerdurchmesser
möglichst gering zu halten, müssen diese in der Kolbenbolzenbohrung fest eingebaut sein. Eine schwimmende
Lagerung dieser Außenringe ist daher nicht gegeben. Abgesehen davon haben derartige Rollenlager
als Kolbenbolzenlagerung im Motorenbau, insbesondere bei hochbelasteten Dieselmotoren, praktisch durchwegs
versagt, was darauf zurückgeführt werden kann, daß sich eine auftretende Spitzenlast, z. B. der
Zünddruck beim Dieselmotor, im Lager nicht verteilt, sondern nur auf eine oder eventuell zwei Rollen
auswirkt, die somit der Gefahr der Überlastung und des Bruches unterliegen. Im Hinblick darauf konnte die
bekennte Kolbenbolzenlagerung mit Hilfe von Rollenlagern keine Anregung in Richtung der Erfindung
geben.
Um b<;i dem erfindungsgemäßen Kolben die gewünschte
Axiallage der Büchsen auf dem Bolzen zu garantieren, kann es zweckmäßig sein, in Achsrichtung
des Kolbenbolzens wirkende Federelemente vorzusehen, die sich zwischen dem auf dem Kolbenbolzen
sitzenden Pleuel und dem diesem Pleuel zugewandten Stirnende der Büchsen in Axialrichtung abstützen. Es ist
zwar bereits bei einem aus zwei Teilen bestehenden Kolbenbolzen, von welchem jeder an einer anderen
Seite des Pleuels im Kolben angeordnet ist und sich mit einem pilzartigen Kopf in eine entsprechende geformte
Ausnehmung im Pleuelkopf eindrückt, bekannt, in Axialrichtung des Kolbenbolzenteils wirkende Druckfedern
vorzusehen. Diese Federn dienen bei der im übrigen ganz anders ausgebildeten Kolbenbolzenlagerung
ak derjenigen der Erfindung dazu, die Köpfe der Bolzenteile bei Abrieb an den Kontaktflächen des
Pleuelkopfes automatisch nachzudrücken.
Ferner kann es bei dem erfindungsgemäßen Kolben vorteilhaft sein, daß sich die zylindrische Wand der
Büchsen an ihrem zur Kolbenachs·; hin gerichteten Ende im Büchsenlängsschnitt konisch verjüngt. Hierdurch
wird zwischen der Kolbenbolzenbohrung und den zylindrischen Büchsen ein zur Kolbenachse hin zunehmend
größerer Zwischenraum geschaffen, der bei Betriebsbelastung infolge der dabei auftretenden
Durchbiegung und Ovalverformung des Kolbenbolzens und der thermischen und mechanischen Verformung des
Kolbens selbst eine Vergleichmäßigung der Flächenpressung zwischen Kolbenbolzen und Kolbenbolzenbohrung
über die Länge der Kolbenbolzenbohrung gewährleistet. Dabei sollte die Abnahme des Außendurchmessers
der Büchsen den örtlichen Verformungen des Bolzens und des Kolbens unter der maximalen
Betriebslast entsprechen.
Konisch verjüngte Büchsen sind bei einer Kolbenbolzenlagerung für Kolben von Brennkraftmaschinen
bereits bekannt (DE-PS 7 29 259). Bei diesen Büchsen handelt es sich jedoch um längsgeschlitzte oder
mehrteilige Zwischenbüchsen zwischen dem Kolbenbolzen und in der Kolbenbolzenbohrune fest aneeord-
nete äußere Büchsen. Sie bestehen aus einem im Vergleich zu den äußeren sie umschließenden Büchsen
aus einem Werkstoff von großer Wärmedehnung, damil der Kolbenbolzen bei Erreichung der Betriebstemperatur
durch die dabei erfolgende radiale Zusammenziehung der Zwischenbüchse festgeklemmt wird. Ein
derartiges Festklemmen des Bolzen in der Bolzenbohrung ist jedoch bei dem erfindungsgemäßen Kolben
nicht erwünscht
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind nachfolgend zwei besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher beschrieben:
F i g. 1 zeigt eines dieser Ausführungsbeispiele in einem Axialschnitt durch den Kolben mit Kolbenbolzen,
F i g. 2 zeigt das andere Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellungsweise wie F i g. 1.
Bei beiden Ausführungsbeispielen sind der Durchmesser des Kolbenbolzens und derjenige der Kolbenoolzenbohrung
jeweils unabhängig voneinander nach den für sie vorhandenen Erfordernissen dimensioniert,
wodurch der Durchmesser der Bolzenbohrung 6 im Kolben 4 nicht unerheblich größer als der Außendurchmesser
des Kolbenbolzens 3 selbst ist. An den beiden Enden des Kolbenbolzens 3 sind bei beiden Ausführungsbeispielen
zwischen dem Kolbenbolzen und der Kolbenbolzenbohrung 6 zylindrische Büchsen 1, 2
vorgesehen, die den Zwischenraum zwischen Kolbenbolzen und Kolbenbolzenbohrung ausfülk n. Diese
zylindrischen Büchsen sitzen schwimmend, formschlüssig oder kraftschlüssig auf dem Kolbenbolzen 3. An
ihren äußeren Stirnenden sind in der Kolbenbolzerbohrung 6 Spreizelemente 7 vorgesehen, die als Anschlag
für die Büchsen dienen und ein Herauswandern der Büchsen aus dem Kolben verhindern. Die Büchsen
können aus einem Werkstoff hergestellt sein, der eine höhere Festigkeit aufweist als der Kolbenwerkstoff.
r> Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispicl
erstreckt sich die Bolzenbohrung 6 bis zum Aufnahmeraum 8 für das Pleuel 9 im Kolben 4 achsparallel, wobei
ihre Kante an der Einmündung in den Aufnahmeraum 8 lediglich geringfügig ausgerundet ist. Um eine Zentrie-
i" rung bzw. genaue Axiallage der beiden zylindrischen
Büchsen 1, 2 in der Bohrung 6 zu erzielen, sind Schraubenfedern 10 vorgesehen, die sich in Axialrichtung
zwischen dem Pleuel 9 und den diesem zugewandten Stirnenden der beiden Büchsen 1, 2 in
ι r> Axialrichtung abstützen.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel fehlen derartige Federn. Dafür nimmt der Außendurchmesser
der beiden Büchsen 1, 2 an deren inneren Enden zur Kolbenachse hin kontinuierlich ab, wodurch die
-'» zylindrische Wandung der Büchsen sich in diesem Bereich 5 konisch verjüngt. Hierdurch kann eine
selbständige Zentrierung der Büchsen in der Kolbenbolzenbohrung 6 erreicht werden, so daß es hierzu der beim
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehenen Fe-
-'■"■ dem 10 nicht bedarf.
Diese Konizität des Außenumfanges der Büchsen
beträgt zwischen 6 und 20'. Sie kann auch dazu dienen,
die Flächenpressung zwischen der Bolzenoberfläche und der Wandung der Kolbenbolzenbohrung, die durch
so die bei Betriebsbelastung auftretende Verformung von Bolzen, Bohrung und Kolben ungleichmäßig wird, zu
vergleichmäßigen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer den zur Befestigung des Pleuels dienenden
Kolbenbolzen aufnehmenden Kolbenbolzenbohrung, bei welchem zwischen Bolzen und Bohrung an
oder nahe den beiden Bolzenenden zylindrische Büchsen angeordnet sind, die mit Spiel in der
Bohrung sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen (1, 2) schwimmend auf dem
Kolbenbolzen (3) angeordnet sind.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Achsrichtung des Kolbenbolzens
wirkende Federelemente (10) vorgesehen sind, die sich zwischen dem auf dem Kolbenbolzen sitzenden
Pleuel i9) und dem diesem Pleuel zugewandten Stirnende der Büchsen (1, 2) in Axialrichtung
abstützen.
3. Kolben nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,
daß die zylindrische Wand der Büchsen (1, 2) an ihrem zur Kolbenachse hin gerichteien Ende im
Büchsenlängsschnitt sich konisch verjüngt.
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen (1, 2) aus
einem Werkstoff von höherer Festigkeit als der Kolbenwerkstoff bestehen.
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Legal Events
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OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
8235 | Patent refused |