DE2936068A1

DE2936068A1 - Kolbenbolzen

Info

Publication number: DE2936068A1
Application number: DE19792936068
Authority: DE
Inventors: Folmer Rodskier
Original assignee: NOHAB DIESEL AB
Current assignee: WAERTSILAE DIESEL TROLLHAETTAN SE AB
Priority date: 1978-09-06
Filing date: 1979-09-06
Publication date: 1980-03-20
Also published as: GB2031112B; DK371879A; IT1120554B; FI64446C; FI792711A; FR2435640A1; DE2936068C2; DK148169C; SE7809366L; FI64446B; SE422979B; IT7950148A0; GB2031112A; FR2435640B1; DK148169B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen, bei denen die Maschinenkolben durch Einrichtungen zur KUhI-ölzirkulation durch die Kolbenbolzen zwangsgekühlt werden. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zuführen eines derartigen Kühlölstromes über die Maschinenkurbelstangen, die mit Kühlölkanälen versehen sind, durch die entsprechenden Kolbenbolzen zu den Kühlkanälen in dem zugehörigen Kolbenboden. Die erfindungsgemäße Einrichtung könnte auch als sogenannter schwira-

versehen ist, mender Kolbenbolzen bezeichnet werden, der mit Kanälen», die in einer bestimmten Art und Weise zum Transport des Kühlöls vom Ölkanal der Kurbelstange zum Kühlkanal des Kolbenbodens ausgebildet sind.

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Gemäß der hierbei verwendeten Technik wird das Kühlöl von einer Ölpumpe der Maschine über einen Kanal in der Kurbelwelle über Nuten in den Kurbelstangenlagern in die Kühlkanäle der Kurbelstangen transportiert und von diesen aus über Nuten in den Kolbenbolzenlagern der Kurbelstangen durch die Kolbenbolzen und durch Nuten in den Kolbenbolzenlagern im Kolben zum Ende der Kühlkanäle in den Kolbenboden geleitet.

Der Transport des Kühlölstromes vom Kanal in der Kurbelwelle in die Kanäle der Kurbelstangen hat keinerlei bekannte Schwierigkeiten bereitet, da die Kurbelwelle und die Kurbelstangen immer in bestimmter Winkelposition zueinander angeordnet sind. Im Fall der sogenannten schwimmenden Kolbenbolzen jedoch, die sich frei zum Kolben und zur Kurbelstange in ihren Lagern drehen können, ist es nicht so einfach, zwischen dem Kanal der Kurbelstange und dem Kolben mit unverändertem Strömbereich eine Verbindung mit konstanten KühlflUssigkeitsstrom zu erzeugen. Das bekannte Verfahren zum Erzielen dieser Verbindung in Maschinen mit schwimmenden Kolbenbolzen besteht darin, die Kolbenbolzen mit einem inneren Hohlraum zu versehen, mit dem über am Umfang des Kolbenbolzens gleichmäßig in Höhe der Lager in der Kurbelstange und dem Kolben verteilten öffnungen, wobei entsprechend immer eine öffnung unabhängig wie der Kolbenbolzen dreht, die Nut im Lager des Kolbenbolzens in der Kolbenstange in Verbindung steht, während eine zweite öffnung gleichzeitig mit der zugehörigen Nut im Kolbenbolzenlager im Kolben in Verbindung steht.

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Das durch eine derartige Konstruktion hervorgerufene Problem besteht darin, daß die inneren Hohlräume der Kolbenbolzen an deren Enden abgedichtet werden müssen, damit das Öl nicht in den Zylinder eindringt. In der Regel ist der Kolbenbolzen in Form eines dickwandigen Rohres ausgebildet, welches an jedem Ende durch eine spezielle Abdeckeinrichtung verschlossen ist. Diese Abdeckungen können entweder durch Schrauben oder durch Stauchen in Nuten im Material befestigt werden. Wenn jedoch an der Maschine häufig extreme Belastungen auftreten, können die Kolbenbolzen deformiert werden, d. h. oval werden, und zwar bis zu so einem großen Ausmaß, daß das öl an den Endabdichtungen in so großen Mengen austritt, daß die Funktionsweise der Maschine beeinträchtigt ist. Es ist sogar schon vorgekommen, daß die Kolbenbolzen so stark deformiert wurden, daß die Abdeckungen zertrümmert wurden, was zu ernsthaften Zerstörungen geführt hat.

Bei einer anderen relativ häufig verwendeten Ausführungsform ist der hohle Kolbenbolzen mit einer eingepreßten Hülse versehen, wobei ein gewisser Spalt zwischen der Hülse und der Innenseite des Kolbenbolzens bleibt und die an ihren Enden in Nuten in der Innenwand des Kolbenbolzens eingestaucht ist. Der Spalt zwischen der Hülse und der Innenwand des Kolbenbolzens erzeugt dann einen freien Durchgang für das Kühlöl zwischen mehreren am Umfang des Kolbenbolzens befindlichen öffnungen.

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Der Nachteil dieser Konstruktion ist im wesentlichen der gleiche wie bei der erst beschriebenen Ausführungsform nämlich, daß der Kolbenbolzen, v/enn die Maschine extremen Belastungen ausgesetzt ist, leicht bis zu einem solchen Grad oval werden kann, daß das Öl zwischen der Hülse und der Innenwand des Kolbenbolzens beginnt auszulaufen. Derartige Ölleckverluste bewirken fast immer bis zum Ergreifen der erforderlichen Maßnahmen ernsthafte Betriebsstörungen.

Die vorliegende Erfindung schlägt einen einstückigen Kolbenbolzen vor, mit dem das durch Spiel zwischen den einzelnen Teilen mehrteiliger Kolbenbolzen bewirkte Lecken und unsaubere Funktionieren beseitigt ist.

Bei einem Kolbenbolzen gemäß der vorliegenden Erfindung wurde der Durchlass von Kühlöl durch den Kolbenbolzen durch einen Kolbenbolzen gelöst, der einstückig ausgebildet ist und mit mehreren Kanälen versehen ist, die diagonal durch den sonst massiv ausgebildeten Kolbenbolzen verlaufen, wobei die Kanäle miteinander verbunden sind und vom Umfang des Kolbenbolzens im Bereich der Lagerstelle des Kolbenbolzens in der Kurbelstange bis zum Umfang des Kolbenbolzens im Bereich wenigstens einer der Lagerstellen des Kolbenbolzens im Kolben verlaufen. Diese Kanäle können dann ganz einfach aus diagonal durch den Kolbenbolzen gebohrten Bohrungen bestehen, die miteinander dadurch in Verbindung stehen, indem sie paarweise eine gemeinsame Öffnung am Umfang des Kolbenbolzens haben und indem sie sich schneiden. Diese Schnittpunkte sollten zweckmäßigerweise im Bereich um die Mittel-

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linie des Kolbenbolzens liegen, wo die auf den Kolbenbolzen wirkenden Kräfte am kleinsten sind.

Die für eine kontinuierliche und unveränderte Ölversorgung für den Kolbenboden, unabhängig von seiner Stellung, erforderliche Anzahl derartiger Kanäle bei der Verwendung schwimmender Kolbenbolzen hängt von der Konstruktion der ülzuführungen und -ausgänge in den Lagerstellen Kolbenbolzen-Kurbelstangen und Kolbenbolzen-Kolbenboden ab. In der Regel ist es dann vorteilhaft, diese Zufuhr- und Ausgangsöffnungen in der vorgeschriebenen an sich selbstverständlichen Art auszubilden, was zur Folge hat, daß in den entsprechenden Lagerflächen Umfangsnuten sind, die einen mehr oder weniger großen Teil der Lagerumfangsfläche bedekken und die durch eine oder mehrere Öffnungen mit den weiteren Kühlkanälen in Verbindung stehen. Wenn die Nuten in den Lagern ungefähr 120 bis 180 des Umfanges dieser Lagerflächen einnehmen, was als üblich betrachtet werden kann, dann sind drei Eingänge für die Ölkanäle durch den Kolbenbolzen in Höhe der Nut im Lager des Kolbenbolzens in der Kurbelstange und drei Ausgänge in Höhe des Lagers von Kolbenbolzen im Kolben erforderlich. Mit einem schwimmenden Kolbenbolzen ergibt diese Ausführungsform durch den Kolben einen unveränderten Kühlölstrom, da die entsprechenden Eingänge und Ausgänge im Kolbenbolzen gleichzeitig mit den weiteren Kanälen in der Kurbelstange und im Kolben, die immer unverändert bleiben, in Verbindung stehen. Da die Kanäle durch den Kolbenbolzen einander schneiden, ist es daher ohne Bedeutung, welche öffnungen der entsprechenden Eingangs- und Ausgangsseiten mit den

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weiteren Kanälen in Verbindung stehen. Da diese Ausführungsform bevorzugt ist, wird sie anhand der folgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Dieselmotorkolben im Schnitt,

Fig. 2 den Teilschnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1,

Fig. 3, 4 und 5 den erfindungsgemäßen Kolbenbolzen im Schnitt, in der Ansicht von unten und im Schnitt entlang der Linie B-B.

Der im Schnitt in der Fig. 1 gezeigte Kolben 1 ist mit dem Kolbenbolzen 2 durch Einrichtungen der nur teilweise dargestellten Kurbelstange 3 verbunden. Im linken Teil der Fig. 1 sind der Kolbenbolzen und die Kurbelstange geschnitten dargestellt. Der in bekannter Weise angeordnete schwimmende Kolbenbolzen 2 ist im Kolben an seinen beiden Enden parallel in den Kolbenbolzenlagern 4, 5 durch zwei Befestigungsringe 6, 7 befestigt.

Die Kurbelstange 3 ist zur Aufnahme des Kolbenbolzens 2 mit einer Lagerbuchse 9 versehen, die durch eine Anschlagschraube 8 in der Kurbelstange befestigt ist. Die Kurbelstange hat einen Zuführkanal 10 für das Kühlöl.

Der Kolben ist mit einem Transportkanal 11 versehen, der von dem Lager 5 für den Kolbenbolzen zu einem Kühlölkanal 12 im Kolbenboden führt.

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Der Weg des Öls durch die Lagerbuchse 9 in der Kurbelstange zum Kolbenbolzen 2, vom Kolbenbolzen 2 zum Transportkanal 11 im Kolben wird dann klar verständlich, wenn die Fig. 1 durch die Fig. 2 ergänzt wird, welche den Teilschnitt entlang der Linie A-A durch die Kurbelstange und den Kolben zeigt.

Die Buchse 9 des Kolbenbolzenlagers in der Kurbelstange hat eine äußere Umfangsnut 13, die sich über 180° des Außenumfangs der Lagerbuchse 9 erstreckt und eine innere Umfangsnut 14, die sich über 180° des Innenumfanges der Buchse,und zwar dem Teil ohne äußere Nuten, erstreckt. Diese beiden Nuten stehen miteinander über Öffnungen 15 an den Enden der Nuten in Verbindung (nur eine dieser beiden Öffnungen ist in der Fig. dargestellt).

Der Zuführkanal 10 der Kurbelstange führt zur äußeren Buchsennut 13 und das Kühlöl läuft über die Öffnungen 15 in die innere iMut. Damit steht in der Nut 14 in einem Bereich von 180° der inneren Lagerfläche der Buchse Kühlöl zur Verfügung.

In Höhe dieses Kanals 14 befinden sich im Kolbenbolzen 2 drei Eingangsöffnungen 16, 17 und 18, die in Abstand von 120° zueinander am Umfang des Kolbenbolzens 2 verteilt sind. Von jeder dieser Öffnungen ausgehend sind zwei Kanäle 19, 20, 21, 22, 23 und 24 gegeneinander und auf die Enden des Kolbenbolzens zu geneigt, diagonal durch diesen gebohrt, die am Umfang des Kolbenbolzens in Höhe seiner beiden Lagerstellen im Kolben austreten. Die paarweise von der gleichen Ausgangsöffnung ausgehenden Kanäle verlau-

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fen durch die gleiche mittlere Ebene durch die Mittelachse des Kolbenbolzens und deshalb sind die Ausgangsöffnungen ebenfalls entlang dem Umfang des Kolbenbolzens im Abstand von 120° zueinander verteilt. Die Kanäle treten ebenfalls im gleichen Abstand zu den Enden des Kolbenbolzens aus, was zur Folge hat, daß die Kanäle einander im Bereich der Mittelachse des Kolbenbolzens schneiden, d. h. wo der Kolbenbolzen der geringsten Belastung ausgesetzt^st. Die Öffnungen 19 bis 24 treten am Umfang des Kolbenbolzens in gleicher Höhe mit den Nuten 25, 26 aus, welche genauso wie die Nut 14 im Kolbenbolzenlager in der Kurbelstange in den Kolbenbolzenlagern 4, 5 im Kolben angeordnet sind. Von wenigstens einer dieser Nuten, in Fig. 1 Nut 25, verläuft der Transportkanal 11 zum weiteren Transport des Kühlöls zum Kühlkanal 12 im Kolbenboden. Die gestrichelten Linien 27 zeigen die Ausgangsöffnungen des Kühlkanals 12 an. Da alle Kanäle 19 bis 24 des Kolbenbolzens miteinander durch Schnittpunkte und gemeinsame Eingänge verbunden sind, ist die Transportkapazität für das Kühlöl durch den Kolbenbolzen unabhängig von der Drehung des Kolbenbolzens in den Lagern. Die Anzahl der Ein- und Ausgangsöffnungen und ihre Positionierung zueinander, kombiniert mit der Gestaltung der Nuten 14, 25 und 26 hat ebenfalls zur Folge, daß die Transportkapazität in den Kolbenbolzen und aus dem Kolbenbolzen völlig unverändert, unabhängig von der Drehung des Kolbenbolzens ist.

Die Fließrichtungen des Kühlöls sind durch Pfeile in den Fig. 1 und 2 angegeben.

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Die rechten und linken Hälften der Fig. 3 zeigen zwei verschiedene AusfUhrungsformen, wobei die rechts liegende an den Enden mit gewichteinsparenden Öffnungen 28 versehen ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1/ Kolbenbolzen für eine Brennkraftmaschine mit 01 gekühltem Kolben mit einem Durchlass, um das Kühlöl aus einem Kanal in der Kurbelstange über deren Lager für den Kolbenbolzen über die Lagerstellen des Kolbenbolzens im Kolben in den Kolben zu leiten, dadurch gekennzeichnet , daß der Kolbenbolzen (2) einteilig ausgebildet ist und der Durchlass aus diagonal durch den sonst massiv ausgebildeten Kolbenbolzen (2) verlaufenden Kanälen (19 bis 24) besteht, die miteinander verbunden sind und vom Umfang des Kolbenbolzens im Bereich der Lagerstelle des Kolbenbolzens (2) in der Kurbelstange (3) bis zum Umfang des Kolbenbolzens im Bereich wenigstens einer der Lagerstellen des Kolbenbolzens (2) im Kolben (1) verlaufen.

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ORIGINAL INSPFQTFD

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2. Kolbenbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die diagonal vom Umfang des Kolbenbolzens (2) in Höhe der Lagerstelle Kolbenbolzen-Kurbelstange zum Umfang des Kolbenbolzens in Höhe ein und derselben Lagerstelle Kolbenbolzen-Kolben verlaufenden Kanäle (19 bis 24) einander im Bereich der Mittelachse durch den Kolbenbolzen, wo die auftretenden Belastungen im Kolbenbolzen am geringsten sind, schneiden.
3. Kolbenbolzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die diagonal durch den Kolbenbolzen(2) verlaufenden Kühlölkanäle (19 bis 24) paarweise von gemeinsamen Öffnungen am Umfang des Kolbenbolzens (2) in Höhe der Lagerstelle Kolbenbolzen- Kurbelstange zum Umfang des Kolbenbolzens an den entsprechenden Enden führen und dort die Lager (4, 5) im Kolben (1) angeordnet sind.
4. Kolbenbolzen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Kanäle (19 bis 24) paarweise von gemeinsamen Öffnungen ausgehend diagonal entlang ein und derselben Teilungsebene durch die Mittelachse des Kolbenbolzens (2) verlaufen.
5. Kolbenbolzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sechs Kanäle (19 bis 24) paarweise von gleichen Öffnungen ausgehend für das Kühlöl vorgesehen sind, wobei die drei Teilungsebenen, in denen die sechs Kanäle verlaufen, so aufgeteilt sind, daß sie einander im Winkel von 60° schneiden, wodurch ein Winkel von 120° zwischen den Öffnungen der Kanäle an den entsprechenden Lagerstellen im Kolben (1) und der Kurbelstange (3)

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entsteht.
6. Kolbenbolzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (2) mit Lagern (4, 5, 9) zusammenwirkt, die in an sich bekannter Weise den Kühlöldurchgangsöffnungen im Kolbenbolzen Kühlöl zu- und abführen, wobei die Lager (4, 5, 9) in Höhe der Durchgangsöffnungen (19 bis 24) an den Lagerflächen mit Nuten (13, 14, 25, 26) versehen sind, die mit den Kühlölkanälen (10 und 11) der Kurbelstange (3) und des Kolbens (1) in Verbindung stehen.
7. Kolbenbolzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen mit Lagerschalen zusammenwirkt, die in bekannter Weise zur Lagerung in der Kurbelstange (3) und im Kolben (1) dienen, und die Lagerschalen an ihrem inneren und äußeren Umfang Kühlölnuten (13, 14, 25, 26) aufweisen, die sich jeweils über wenigstens 120 bis 180° des Umfanges erstrecken und die an ihren Enden miteinander in Verbindung stehen, so daß sie zusammen eine koherente Ölnut bilden, die um die Lagerschale herum von der Außenseite zur Innenseite verläuft und die wut an der Innenseite dann in Höhe der Öffnungen für die KUhlölkanäle(19 bis 24) des Kolbenzapfens (2) liegt und die Nut an der Außenseite in Höhe der Kühlölkanäle (10, 11) in der Kurbelstange (3) und im Kolben (1) liegt.
8. Kolbenbolzen nach jedem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden des Kolbenbolzens, in denen keine Kühlölkanäle verlaufen, durch axiale Bohrungen (28)

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in ihrem Gewicht reduziert sind.

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