DE3525076A1

DE3525076A1 - Kolbenbolzen und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3525076A1
Application number: DE19853525076
Authority: DE
Inventors: Thomas C. Mobile Ala. Edelmeyer
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1985-07-13
Publication date: 1986-01-30
Also published as: GB2162282A; DE3525577A1; FR2568341A1; SE8503388D0; AU573361B2; NZ212759A; JPS6188074A; BR8503527A; IT8548399A0; AU4501885A; SE8503388L; GB8518137D0; GB2162282B; IT1184299B

Description

Kolbenbolzen und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenbolzen, insbesondere zur Verbindung des Kolbens mit einem Pleuel einer Verbrennungskraftmaschine, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Kolbenbolzens.

Kolbenbolzen werden üblicherweise zur schwenkbaren Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel verwendet. Es sind massiv ausgeführte Kolbenbolzen bekannt, wodurch jedoch das Gesamtgewicht des Kolbens erhöht wird, die thermische Belastung aber nicht in gewünschter Weise abnimmt, "Ό um den Bruch oder die Ermüdung des Kolbenbolzens zu vermeiden.

Es sind auch hohle, rohrförmige Kolbenbolzen bekannt, wodurch die Masse des Kolbens entsprechend herabgesetzt wird. Solche rohrförmigen Kolbenbolzen können jedoch während der Hin- und Herbewegung des Kolbens verformt werden, insbesondere wenn sie hohen Drücken und Temperaturen in dem Zylinder und den dadurch verursachten mechanischen Belastungen unterliegen. Dabei ist es bekannt, die gesamte rohrförmige Kammer des Kolbenbolzens zu füllen und die Enden zu verschließen. Das Gewicht des Kolbens kann immer noch zu hoch sein. Ferner ist der Verfahrensschritt der Füllung des Kolbenbolzens recht teuer. Beispielsweise macht die Bildung einer einstückigen Füllung innerhalb eines rohrförmigen Kolbenbolzens ein hohes Maß an Kontrolle erforderlich, um Hohlräume sowie unvollständiges Füllen zu vermeiden.

Um diese Komplikationen zu vermeiden, sind bekannte rohrförmige Kolbenbolzen mit Endkappen verschlossen worden, die durch Preßsitz auf die Innenoberfläche des Kolbenbolzens gepreßt sind. Solche Endkappen sind im wesentlichen leichter herzustellen und zu montieren als die zuvor erörterten Einrichtungen zur Abdichtung der Enden von

rohrförmigen Kolbenbolzen. Solche Endkappen unterliegen aber der Gefahr, daß sie während des Betriebs des Kolbens lose werden, möglicherweise wegen der Wechseldrücke im Zylinder und den mechanischen Kräften, die eine Deformation der Kolbenbolzen während der Hin- und Herbewegung des Kolbens verursachen. Lose werdende Endkappen oder Stopfen können aber zu außerordentlich schwerwiegenden Maschinenschäden führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenbolzen mit Endkappen zu schaffen, ohne daß dieser der Gefahr des Losewerdens der Endkappen unterliegt.

Erfindungsgemäß wird ein Kolbenbolzen geschaffen, dessen Endkappen zwangsweise mit den Enden eines rohrförmigen Kolbenbolzens eingreifen, und zwar durch eine während des Einbaus der Endkappe gebildete Extrusion. Der rohrförmige Körper des Kolbenbolzens weist eine Aussparung auf, die zur Aufnahme der Extrusion ausgebildet ist, ferner eine Einrichtung zur Extrusion eines Teils der Endkappe in die Aussparung, wenn die Endkappe mit Kraft in den rohrförmigen Körper getrieben wird. Die Endkappe kann als ein einfacher zylindrisch gestalteter Körper ausgebildet sein, obzwar bevorzugt wird, daß die Endkappe ein rohrförmiges Endteil mit einer sich verjüngenden Wand aufweist, das zur Führung der Extrusion in die Aussparung des rohrförmigen Körpers des Kolbenbolzens dient.

In einer bevorzugten Ausführungsform steht ein hohler Bereich der Endkappe über eine Bohrung in der Endkappe mit dem Äußeren der Endkappe in Verbindung, um eine Drosselverbindung zwischen dem Zylinder und dem Inneren des Kolbenbolzens zu schaffen. In einem solchen Fall weist der rohrförmige Körper des Kolbenbolzens vorzugsweise sich verjüngende Endteile auf, die zu der Bohrung in der Endkappe fluchten. Auch in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Einrichtungen zur Extrusion eines Teils der Kappe in die Aussparung eine ringförmige Wand auf, die sich radial einwärts von der Innenwandung des rohrförmigen Körpers des Kolbenbolzens nahe der Aussparung erstreckt. Obzwar die Wand nicht notwendigerweise senkrecht

zur Achse des rohrförmigen Körpers ausgerichtet ist, um innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung zu liegen, ist es notwendig, daß sich die Wand weiter radial nach innen erstreckt als die Innenwandung des Endes des rohrförmigen Körpers des Kolbenbolzens.

Darüber hinaus hat die Endkappe vorzugsweise eine Länge , die größer ist als der Abstand zwischen der Aussparung und dem Ende des rohrförmigen Körpers, so daß sie leicht zugänglich ist zum Eintrieb in das innere Ende des rohrförmigen Körpers. Es wird in Betracht gezogen, daß die axialen Enden des rohrförmigen Körpers sowie der Endkappen nach Einfügen der Endkappen bearbeitet werden, um das gewünschte Finish der Enden des Kolbenbolzens zu erzielen. In dem bevorzugten Verfahren der Herstellung des Kolbenbolzens gemäß Erfindung wird zusätzlich der rohrförmige Körper vorzugsweise erhitzt, bevor die Endkappen in die Enden des Körpers eingefügt werden. Wenn daher eine Endkappe mit Kraft in das Ende des rohrförmigen Körpers durch plötzliche Schläge, beispielsweise durch Hammerschläge, auf die Endkappe getrieben wird, wird ein Teil des Materials der Endkappe in die Aussparung hinein verformt und bildet eine Lippe, welche die Endkappe zwangsweise innerhalb des Kolbenbolzens hält.

Die Erfindung sorgt somit für einen hohlen Kolbenbolzen, der durch Endkappen in einfacher Weise verschlossen wird. Darüber hinaus sind die Endkappen zwangsweise innerhalb des Kolbenbolzens gehalten und können nicht unter den Betriebsbedingungen lose werden. Die Endkappen können einfach ausgebildet sein, so daß die Mühe und die Kosten der Herstellung von speziell gestalteten Endkappen zur Anwendung in einem rohrförmigen Kolbenbolzen vermieden werden können. Der Kolbenbolzen selbst kann einfach ausgebildet sein, d.h. axiale Bohrungen und eine ringförmige Aussparung aufweisen, um als Kolbenbolzen gemäß Erfindung dienen zu können. Trotzdem kann eine Verbindung zwischen dem Inneren des Kolbenbolzens und dem Zylinder, in welchem der Kolben eingefügt ist,

vorgesehen sein,und eine Drosselverbindung, wie gewünscht, kann bei der Bildung einer einfachen Bohrung innerhalb der Endkappe geschaffen werden. Als Ergebnis schafft die Erfindung ein einfaches und effektives Mittel zum Einschließen.der Enden eines rohrförmigen Kolbenbolzens, der weniger kostet als zuvor bekannte rohrförmige Kolbenbolzen-Konstruktionen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung von

geschnittenen Teilen eines Kolbenbolzens und

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, eines zusammengebauten Kolbenbolzens gemäß Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Kolbenbolzen 10 gemäß Erfindung gezeigt, der einen rohrförmigen Kolbenbolzenkörper 12 und Stopfen oder Endkappen 12 aufweist, mit denen der Körper 12 verschlossen werden soll. Der rohrförmige Körper 12 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet, so daß eine entsprechend gestaltete Endkappe zur Aufnahme im axialen Ende des rohrförmigen Körpers 12 geeignet ist. Die Randwandung 16 des rohrförmigen Körpers 12 schließt zwei Stirnwandteile 18 ein, deren innere Oberfläche 20 einen größeren Durchmesser als die Innenoberfläche 22 des mittleren Teils des rohrförmigen Körpers 12 aufweist. Der Eohrförmige Körper 12 weist auch eine sich radial erstreckende ringförmige Aussparung 24 am innersten Ende der Wandoberfläche 20 auf. Da die innere Wandoberfläche 22 einen kleineren Durchmesser als die innenwandoberflache 20 hat, wird eine ringförmige Stufenoberfläche 26 gebildet, die sich hinsichtlich der Wand 16 radial nach innen erstreckt und die einen Anschlag für die Kappe 14 bildet, welche durch einen Hammerschlag oder dergleichen eingetrieben wird. Dabei wird das innerste Ende der Kappe 14 verformt und in die Aussparung 24 gewissermaßen extrudiert. Wie in Fig. 1 gezeigt, erweitert sich die Innenwandoberfläche 20 bei 28. Die ringförmige Anschlagswand

26 ist angephast, wie bei 30 gezeigt.

Die Endkappe 14 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Körper 32 und weist in der bevorzugten Ausführungsform eine axiale Bohrung 34 mit einem vergrößerten Bohrungsteil 36 auf, der sich nach außen zum Ende der Kappe erweitert, so daß noch eine schmale Anschlagsoberfläche 38 am innersten Ende der Kappe 14 stehenbleibt. Eine Querbohrung 40 stellt eine Verbindung der äußeren Wandoberfläche 42 mit der Axialbohrung 34 der Endkappe 14 her. Die Querbohrung 40 ist so gelegen, daß ihr äußerstes Ende von der Anschlagsoberfläche 38 um ein größeres Stück entfernt ist , als es dem Abstand zwischen der Anschlagsoberfläche 26 des rohrförmigen Körpers und dem axialen Ende des rohrförmigen Körpers 12 entspricht. !5 Die äußere Wandoberfläche 42 der Endkappe 14

ist vorzugsweise so dimensioniert, daß sie die innere Wandoberfläche 20 reibschlüssig faßt. Ferner besteht die Endkappe 14 vorzugsweise aus einer Aluminiumverbindung , welche die erwünschte Materialeigenschaft der Verformbarkeit besitzt, wenn die Endkappe mit Kraft in das Ende des rohrförmigen Körpers 12 eingetrieben wird. Es können natürlich auch andere deformierbare Materialien für die Endkappe verwendet werden.

Die Montage des Kolbenbolzens geht wie folgt vor sich :

Die Endkappe 14 wird axial zum rohrförmigen Körper 12 benachbart dem sich erweiternden Ende 28 ausgerichtet. Die Endkappe 14 wird dann zwangsweise durch Hämmern odgl. zwischen die Innenwandung 20 getrieben. Wenn die Anschlagoberfläche 38 auf die ringförmige Wandoberfläche 26 trifft, bringt die Wucht des Eintriebe das innerste Ende der Endkappe dazu, sich in die Aussparung 24 hineinzuverformen ("zu extrudieren"). Diese Verformung kann in verschiedener Weise unterstützt werden. So führt die Verjüngung der Wand im Bereich der sich erweiternden Bohrung 36 dazu, daß sich dieses hornförmige Ende in die Aussparung hineinbiegt, oder anders gesagt, es ist eine Stressebene vorgesehen, welche das Material (Aluminiumlegierung)

der Kappe radial auswärts in die Aussparung 24 drängt. Zusätzlich ist es vorteilhaft, den rohrförmigen Körper 12 zu erhitzen, bevor die Endkappe eingetrieben wird. Eine Aufwärmung auf 260⁰C des rohrförmigen Körpers 12 vor Einfügen und Verankern der Endkappe 14 kommt in Betracht. Nach Einfügen der Endkappe können sowohl das axiale Ende der Endkappe als auch das Ende des Kolbenbolzens 12 fertig bearbeitet werden.

In jedem Fall ist ersichtlich, daß die durch "Extrusion" gebildete Lippe 44 die Endkappe 14 zwangsweise in dem rohrförmigen Körper 12 verankert. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Verriegelungseingriff der Lippe 44 in die Aussparung 24 durch den Reibschluß zwischen der äußeren Wandoberfläche 42 der Endkappe 14 und der inneren Randoberfläche 20 des rohrförmigen Körpers 12 ergänzt . Als Ergebnis beeinträchtigen Deformationen des rohrförmigen Körpers 12 und die Lastwechsel während des Kolbenlaufs im Zylinder nicht den Eingriff der Endkappe 14 innerhalb des rohrförmigen Körpers 12. Ferner ist ersichtlich, daß die Endkappe 14 in einer Stellung verriegelt ist, in welcher die Bohrung 40 nach außen des Kolbenbolzens 10 am sich verjüngenden Ende 28 des rohrförmigen Körpers im Sinne einer Drosselstelle offen ist. Eine solche Drosselverbindung zwischen dem Inneren des Kolbenbolzens 10 und dem Kolbenzylinder begrenzt die Wirkung der Druckwechsel innerhalb des Zylinders auf den Kolbenbolzen 10 und stellt eine Möglichkeit der Kühlung und der Verringerung von Belastungen des Kolbenbolzens dar.
30

Claims

Patentansprüche

1. Kolbenbolzen enthaltend einen rohrförmigen Körper (12) und mindestens eine Endkappe (14), dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (12) mindestens eine ringförmige Aussparung (24) an seiner inneren Wandoberfläche und einwärts vom axialen Ende des Körpers aufweist, daß die Endkappe (14) einen im wesentlichen zylindrischen Körper zur Aufnahme in dem Ende des rohrförmigen Körpers (12) aufweist und

daß der rohrförmige Körper (12) Einrichtungen zur Extrusion eines Teils (38) der Endkappe (14) in die Aussparung (24) aufweist, wenn die Endkappe (14) mit Kraft in den rohrförmigen Körper (12) eingefügt wird. 2 . Kolbenbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Extrusion ein ringförmiges Wandteil (26) aufweist, das sich radial einwärts von dem rohrförmigen Körper (12) nahe der Aussparung (24) erstreckt.

3. Kolbenbolzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Endkappe (14) ein ringförmiges Wandteil zur Bestimmung einer axialen Bohrung (34) aufweist.

Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (C6121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (0£9) 883603/883604 Telex 5212313 Telegramme Patentconsult

4. Kolbenbolzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Ende des ringförmigen Wandteils sich nach außen verjüngt (36).

5. Kolbenbolzen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Endkappe (14) eine Querbohrung (40) aufweist, die mit der Außenoberfläche der Endkappe und der axialen Bohrung (34) in Verbindung steht.

6 . Kolbenbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand (28) an den axialen Enden des rohrförmigen Körpers nach außen sich erweitert.

7. Kolbenbolzen nach Anspruch 5 und 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrung (40) mit der sich erweiternden Wandoberfläche (28) in Verbindung steht.

8. Kolbenbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche (42) der Endkappe (14) mit der Innenoberfläche (20) des rohrförmigen Körpers (12) zwischen den axialen Enden des rohrförmigen Körpers und der Aussparung (24) im Preßsitz steht.

9. Kolbenbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Endkappe (14) größer ist als der Abstand des axialen Endes (18) des rohrförmigen Körpers von der Aussparung (24).

10. Kolbenbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappe (14) eine sich radial nach innen erstreckende Lippe (44) besitzt, die in die Aussparung (24) hineinreicht.

11. Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbolzens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

es wird ein rohrförmiger Kolbenbolzenkörper (12) einschließlich mindestens einer ringförmigen Aussparung (24) an der inneren Wandoberfläche (20) des Körpers (12) sowie eine sich radial nach innen erstreckende Anschlagswand (26) nahe dieser Aussparung (24) gebildet; es wird mindestens eine im wesentlichen zylindrische Endkappe (14) hergestellt, die zur Aufnahme in dem Ende (20) des rohrförmigen Körpers dimensioniert ist; die Endkappe (14) wird mit dem rohrförmigen Körper (12) dadurch verbunden, daß die Endkappe (14) in das eine Ende des rohrförmigen Körpers mit Kraft eingetrieben wird, so daß ein Teil (38) der Endkappe in die Aussparung (24) hinein verformt oder extrudiert wird.

12 . Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (12) vor dem Eintritt der Endkappe erhitzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Enden des rohrförmigen Körpers (12) und die Endkappe (14) bearbeitet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der zylindrischen Endkappe (14) eine axiale Bohrung (34) gebildet wird und daß eine Querbohrung (40) in die Endkappe zur Verbindung der Außenoberfläche der Endkappe mit der axialen Bohrung (34) hergestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des rohrförmigen Körpers (12) ein Teil (28) der inneren Wandoberfläche (20) des rohrförmigen Körpers (12) mit sich nach außen verjüngender Wandstärke hergestellt wird, und daß bei der Befestigung der Endkappe die Querbohrung (40) mit diesem ausgeweiteten Teil (28) ausgerichtet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Endkappe (14) mit der Herstellung einer ringförmigen Wand (38) am Ende der Kappe einhergeht.

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17. Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand (36) benachbart zu diesem Endteil (38) zur Achsrichtung schräg verläuft.