DE3218320C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.

In der US-PS 18 11 737 ist eine Vorrichtung zur mittels einer Schraube erfolgenden lösbaren Befestigung eines plattenförmigen Kolbens an einer Kolbenstange einer Brennkraftmaschine beschrie­ ben und dargestellt, wobei die Schraube von der Stirnseite des Kolbens her in ein koaxiales Schraubenloch im Kolben eingesetzt ist, sich etwa bis zur Mitte des Kolbens erstreckt und in das ihr zugewandte Ende der Kolbenstange eingeschraubt ist, das von der entgegengesetzten Seite des Kolbens her in ein Kolbenstangenloch eingesetzt ist. Zwecks Verhinderung einer relativen Verdrehung zwischen Kolben und Kolbenstange sind der Schraubenkopf und das Befestigungsende der Kolbenstange jeweils mit einem kegelstumpf­ förmigen Konus versehen, dessen Konusfläche an einer entsprechend geformten Konusfläche des Schraubenlochs bzw. des Kolbenstangen­ lochs anliegt. Zusätzlich ist eine Klemmvorrichtung zwischen der Schraube und dem Befestigungsende der Kolbenstange vorgesehen mit einer ebenfalls von der Stirnseite des Kolbens her in ein axiales Klemmschraubenloch in der Schraube einfassenden Klemmschraube, die in einem Klemmkonus eingeschraubt ist, der sich im Gewinde­ schaft der Schraube befindet und diesen radial zu spreizen vermag, wenn die Klemmschraube angezogen wird. Hierzu ist der Gewindeschaft der Schraube durch längs verlaufende Schlitze in mehrere Segmente unterteilt, die beim Spannen der Klemmschraube radial nach außen gegen die den Gewindeschaft umgebende, mit Innengewinde versehene Wandung des Befestigungsendes der Kolbenstange gepreßt werden. Diese bekannte Ausgestaltung ist sowohl hinsichtlich ihrer Konstruktion als auch hinsichtlich der Montage bzw. Demontage aufwendig, und sie läßt sich deshalb nur mit hohen Herstellungskosten herstellen.

Bei der vorbeschriebenen, bekannten Vorrichtung ist die Kolben­ stange zwar lösbar, jedoch starr am Kolben befestigt. Für die Hin- und Herbewegung des Kolbens ist deshalb ein solcher Antrieb vorzusehen, der auch eine koaxiale Hin- und Herbewegung der Kolbenstangen gewährleistet. Aus der DE-PS 4 09 919 ist für den Antrieb von Kolben mit ebenfalls starr daran befestigten Kolbenstangen eine mittige Kurbelschleife vorgesehen, über die die Kolbenstangen gekoppelt sind. Bei dieser bekannten Ausgestal­ tung ist jeder Kolben mit seiner Kolbenstange mittels eines Schrumpfsitzes verbunden. Hierzu weist jede Kolbenstange an ihrem Ende einen abgesetzten Zapfen auf, der in eine entsprechen­ de Bohrung innerhalb eines nach innen gerichteten Fortsatzes des zugeordneten Kolbens eingreift.

Abgesehen davon, daß scharfkantige Zapfen an der Ansatzstelle bei Lastwechseln bruchgefährdet sind und eine Schrumpfverbindung im Hinblick auf den großen Temperaturbereich der Brennkraftmaschine bedenklich ist, muß bei einem eventuellen Austausch der Kolben der gesamte Motor zerlegt werden, da zum Lösen einer Schrumpfver­ bindung bzw. zum Herstellen einer neuen Schrumpfverbindung Kolben und Kolbenstange aus ihrer Montagelage entfernt werden müssen.

Es ist ferner bekannt, Kolben an einer Pleuelstange mit Hilfe von Kolbenbolzen zu befestigen. Dies bedingt jedoch eine Materialan­ häufung im Bereich der Kolbenbolzenlager. Ein solcher Kolben muß daher aus thermischen Gründen im Querschnitt oval ausgebildet werden, damit er im erwärmten Zustand rund ist und dichtend an der Zylinderinnenwandung anliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum lösbaren Befestigen der Kolben an den Kolbenstangen einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Arten zu schaffen, die unter Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit einfacher als bisher ausgebildet ist und eine definierte Position des Kolbens gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer an sich bekannten Dehnschraube als Mittel zum lösbaren Befestigen eines Kolbens mit seiner Kolbenstange wird nicht nur eine hoch belastbare Befesti­ gung erreicht, sondern es wird auch die Montage des Kolbens wesentlich einfacher als bei den bekannten Ausgestaltungen. Bei beiden erfindungsgemäßen Lösungen wird der Kolben in einfacher Weise auf die Kolbenstange gesteckt und durch den Sicherungsstift bzw. durch den Bund in seiner Lage fixiert. Anschließend werden Kolben und Kolbenstange mittels der Dehnschraube miteinander lösbar verbunden, wobei der Sicherungsstift den Kolben gegen Verdrehung sichert. Durch den Sicherungsstift wird zusätzlich auch die Lage des Kolbenringstoßes bestimmt. Ein Wechsel des Kolbens kann einfach durch Lösen der Dehnschraube erfolgen, nachdem der Zylinderkopf entfernt ist. Eine Demontage der Zylinder oder gar eine Demontage der Brennkraftmaschine für das Auswechseln von Kolben ist also nicht mehr notwendig. Außerdem können bei beiden erfindungsgemäßen Lösungen der Kolben und die Kolbenstange im konstruktiven Aufbau einfacher und vom Gewicht her wesentlich leichter als bei den bekannten Ausgestaltungen ausgebildet werden, so daß zum einen eine einfache und kostengün­ stige Herstellung möglich ist und zum anderen im Funktionsbetrieb geringere Beschleunigungskräfte auftreten. Hierzu trägt die absolute Rotationssymmetrie wesentlich bei. Infolge dieser Rotationssymmetrie ist der Kolben in seiner Ausdehnungscharakte­ ristik einfacher als herkömmliche Kolben zu berechnen und herzustellen. Außerdem kann das Einbauspiel zwischen Kolben und Zylinder kleiner gestaltet werden, wodurch ein geringerer Gasschlupf zwischen Kolben und Zylinderwandung eintritt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Zweizylinder- Zweitakt-Vergaser-Brennkraftmaschine in der Ansicht von vorn;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Kolben der Brennkraftma­ schine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Kolben der Brennkraftma­ schine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Der mechanische Aufbau der in Fig. 1 dargestellten, nach Art eines sogenannten Boxer-Motors ausgebildeten Zweitakt-Brennkraft­ maschine besteht im wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden, gleichachsig angeordneten Zylindern 1 und 1′, in denen sich Kolben 2 geradlinig hin- und herbewegen. Die Kolben sind jeweils starr, aber lösbar mit ihren Kolbenstangen 3 verbunden, die ebenfalls nur geradlinige Hin- und Herbewegungen ausführen. Die Kolben­ stangen 3 sind mit ihren inneren Enden an einem mittig ge­ legenen, umlaufenden Kurbelschleifentrieb 4 angelenkt, der die geradlinigen Bewegungen der Kolbenstangen in eine Drehbewegung umwandelt. Der Kurbelschleifentrieb 3 befindet sich in einem Kurbelschleifengehäuse KG, an dem über die Kolbenstangen zentrierende Trennwandlager 15 die Zylinder 1 und 1′ befestigt sind.

Jeder Kolben 2 ist, wie Fig. 2 zeigt, rotationssymmetrisch ausgebildet und weist an seinem oberen Ende eine Kolbenring­ zone 9 auf, die nahe des Kolbenbodens 10 liegt. Eine Dehnschraube 60 durchsetzt in symmetrischer Anordnung den Kolbenboden 10 und verbindet den Kolben 2 lösbar mit der Kolbenstange 3. Hierzu sind der Kolbenboden 10 mit einer abge­ setzten Durchgangsbohrung 61 und die hohl ausgebildete Kolben­ stange 3 mit einem koaxial angeordneten, angeschweißten Gewindestück 62 versehen, das den gleichen Außendurchmesser wie die Kolbenstange 3 aufweist und mittig von einer abgesetzten Gewindebohrung durchsetzt ist. Der Kolben 2 ist an der die Durchgangsbohrung 61 aufweisenden Stelle mit einem nach innen gerichteten Fortsatz 64 versehen. Die ein­ ander zugewandten ebenen Stirnflächen von Fortsatz 64 und Gewinde­ stück 62 liegen bei 63 satt aufeinander. Ein Sicherungsstift 65 durchsetzt zwei miteinander fluchtende außermittig angeordnete Bohrungen 66, 67, von denen die Bohrung 66 im Fortsatz 64 und die Bohrung 67 in dem Gewindestück 62 angeordnet ist und verhindert ein relatives Verdrehen von Kolbenstange 3 und Kolben 2 und fixiert gleichzeitig die Lage des hier nicht dargestellten Kolbenring­ stoßes.

Es kann aber auch, wie das zweite in Fig. 3 dargestellte Aus­ führungsbeispiel zeigt, der Fortsatz 64 des Kolbens 2 mit einem B und 69 versehen sein, der die äußere Zylindermantelfläche der Kolbenstange 3 im Bereiche ihrer Stirnseite umfaßt. Hierdurch wird das Aufstecken des Kolbens 2 auf die Kolbenstange 3 bei der Montage bzw. beim Kolbenwechsel erleichtert. Alle übrigen Positionen des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispieles sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 1 benutzt worden sind.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, weist die zentrale, den Kolbenboden 10 mittig durchsetzende und in der Symmetrie­ achse liegende Befestigung an der jeweils zugehörigen Kolben­ stange 3 eine Reihe von Vorteilen auf. So kann der Kolben 2 erst­ mals symmetrisch ausgebildet werden, so daß unsymmetrische Materialanhäufungen mit schwer zu beherrschenden Wärmeausdehnungen fehlen. Bruchgefährdete Absetzungen fehlen ebenfalls. Da die Dehnschraube 60 von der vom Kolbenboden 10 gebildeten Stirnseite her den Kolben 2 durchsetzt, ist bei Reparaturarbeiten lediglich der Zylinderdeckel zu entfernen, um den Kolben 2 von der Kolbenstange 3 durch Entfernen der Dehnschraube 60 zu lösen. Darüber hinaus ist der beschriebene Kolben 2 leichter als die bekannten Kolben, so daß die bewegten Massen und damit die Beschleunigungskräfte geringer werden. Durch seine Bausymmetrie ist der Kolben 2 auch leichter und billiger herstellbar als bekannte Kolben. Diese Bau­ symmetrie beeinflußt auch seine Ausdehnungscharakteristik günstig, so daß das Einbauspiel zwischen Zylinder und Kolben 2 geringer sein kann. Das führt zu einem geringeren Gasschlupf zwischen dem Kolben 2 und der Zylinderwandung. Schließlich ist aus all diesen Gründen auch der Verschleiß geringer und damit die Lebens­ dauer größer.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur mittels einer Schraube erfolgenden lösbaren Befestigung der Kolben an den Kolbenstangen einer Brenn­ kraftmaschine mit mindestens zwei gegenüberliegenden Zylindern, deren die Kolben tragenden Kolbenstangen über eine mittige Kurbelschleife gekoppelt sind, und deren Kolben durch die Zylinderwandung und deren Kolbenstange durch ein Trennwandlager zentriert sind, wobei die Verschraubung von der Kolbenstirnfläche her betätigbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schraube eine den Kolbenboden (10) jedes Kolbens (2) mittig durchsetzende, sich längs seiner Symmetrieachse erstreckende und mit der zugeordneten Kolbenstange (3) verbundene Dehnschraube (60) ist, und daß jeder Kolben (2) durch einen Stift (65) in seiner relativen Lage zur Kolbenstange (3) definiert ist, wobei der Stift (65) zwei miteinander fluchtende, außermittig angeordnete Bohrungen (66, 67) durchsetzt, von denen die eine Bohrung (66) in einem Fortsatz (64) des Kolbenbodens (10) und die andere Bohrung (67) im Gewindestück (62) der Kolbenstange (3) angeordnet ist.

2. Vorrichtung zur mittels einer Schraube erfolgenden lösbaren Befestigung der Kolben an den Kolbenstangen einer Brenn­ kraftmaschine mit mindestens zwei gegenüberliegenden Zylindern, deren die Kolben tragenden Kolbenstangen über eine mittige Kurbelschleife gekoppelt sind, wobei die Verschraubung von der Kolbenstirnfläche her betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube eine den Kolbenbo­ den (10) jedes Kolbens (2) mittig durchsetzende, sich längs seiner Symmetrieachse erstreckende und mit der zugeordneten Kolbenstange (3) verbundene Dehnschraube (60) ist, und daß jeder Kolben (2) durch einen Stift (65) in seiner relativen Lage zur Kolbenstange (3) definiert ist, wobei der Stift (65) zwei miteinander fluchtende, außermittig angeordnete Bohrungen (66, 67) durchsetzt, von denen die eine Bohrung (66) in einem Fortsatz (64) des Kolbenbodens (10) und die andere Bohrung (67) im Gewindestück (62) der Kolbenstange (3) angeordnet ist, und daß der Kolben (2) an der der Stirnseite der Kolbenstange (3) zugewandten Stirnseite des Fortsatzes (64) einen die Zylindermantelfläche der Kolben­ stange (3) im stirnseitigen Bereich umfassenden Bund (69) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (2) rotationssymmetrisch ausgebildet und auf einem mittig nach innen ragenden Fortsatz (64) eine ebene Stoßfläche (63) aufweist, der eine ebene Stoßfläche (63) an der Stirnseite der zugeordneten Kolbenstange (3) zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Kolbenstange (3) hohl ausgebildet ist und an ihrer dem Kolben (2) zugewandten Stirnseite mit einem Gewindestück (62) verschweißt ist, das eine abgesetzte mittige Gewindebohrung aufweist.