DE3600750A1 - Kolben und pleuel fuer brennkraftmaschinen und verdichter - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Kolben mit Bolzen und Pleuel für Brennkraftmaschinen und Verdichter, mit dem Merkmal, dass die Seitenführung der Pleuelstange mit kleinem Spiel zwischen Stirnflächen der Bolzennaben im Kolben erfolgt.

Obwohl bei dieser Konzeption eine wesentliche Reduzierung der Baukosten und der bewegten Massen erzielt werden kann, findet diese nur sehr vereinzelt Anwendung. Der Grund dafür sind Betriebsunsicherheiten durch zum Beispiel Verschleiss, hervorgerufen durch mangelnde Ölversorgung der Bolzenbohrungen im Kolben. Besonders kritisch ist dabei natürlich die in Richtung Brenn- bezw. Verdichtungsraum liegende Lagerfläche.

Versuche durch zurücksetzen des schaftseitigen Teiles der Kolbenbolzennaben, diesen Mangel zu beheben, führten nur zur Verbesserung aber nicht zu der notwendigen Betriebssicherheit.

Es sind auch Ausführungen bekannt, bei denen die Seitenführung im Kolbenschaftseitigen Nabenbereich erfolgt, um insbesondere die Schmierverhältnisse in der Hauptlastzone der Bolzenbohrung zu verbessern. Diese Ausführungen neben dem fertigungstechnisch im allgemeinen grösseren Aufwand, noch den Funktionsnachteil, dass die seitliche Führungszone abschirmend im Ölschleuderbereich der Kurbelwellenlager vor der Kolbenbolzenlagerstelle liegt. Ergebnisse aus der Praxis zeigen, dass in keinem Fall die Unempfindlichkeit der Bolzenlagerung wie bei hubzapfengeführter Pleuelanordnung gegeben ist.

Die Betriebssicherheit bei heute üblicher Pleuelführung im Hubzapfenlager ist darin begründet, dass der relativ grosse Abstand zwischen den Seitenflächen des kleinen Pleuelauges und den Nabenstirnflächen im Kolben, genügend Ölzufuhr zu den Lagerstellen ermöglicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es durch geeignete Massnahmen sicherzustellen, dass bei einer kostengünstigen Pleuelseitenführung im Kolben, allseitig Freiraum für eine ungehinderte Ölversorgung der Kolbenbolzenlager geschaffen ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass die Seitenführung des Pleuels im Brenn- Verdichtungsraum benachbarten Bereich der Kolbenbolzennaben liegt. Durch Massnahmen am Kolben und an der Lagerung im kleinen Pleuelauge sind umlaufend, auch in der Zone der Seitenführung, Freiräume geschaffen, die eine ungehinderte Ölversorgung der Bolzenlagerung im Kolben und im Pleuel sicherstellen. Bei z. B. aus Fertigungsgründen parallelen Stirnflächen des kleinen Pleuelauges ist, in an sich bekannter Weise, in Richtung Kolbenschaftende die Stirnseite der Bolzennaben im Kolben zurückgesetzt. Diese Zurücksetzung ist minimal so gross, dass der normale Abstand wie bei Hubzapfenführung zum Pleuelauge vorhanden ist.

Erfindungsgemäss wird daran anschliessend, zum Beispiel durch belastungsgerechte konische Gestaltung der Lagerbuchsenenden im Pleuelauge, ein ringförmiger Ölraum für die Lagerschmierung im Kolben und Pleuel geschaffen. Durch das gezielte heranführen des Schmieröles an den Schmierspalt im Scheitel der Bolzennaben, ist noch eine wesentlich bessere Ölversorgung, das heisst auch Belastbarkeit wie bei hupzapfengeführtem Pleuel erreicht.

Dieses Erfindungsprinzip kann bei allen Pleuelarten und Lagersystemen wirkungsvoll angewendet werden.

Bei einem Leichtmetallpleuel, mit direkter Lagerung im Pleuelwerkstoff, wird beispielsweise durch exzentrische Nischenbearbeitung innerhalb der Pleuelführung, der erfindungsgemässe Ölversorgungsraum erzeugt. Aus Kostengründen kann die Ausnehmung durch zum Beispiel giessen, pressen erzeugt sein.

Grösste Verbesserungen werden bei Klemmpleuel erzielt. Dieses Bolzenlagersystem, ökonomisch die günstigste Lagerungsart, stellt die grössten Ansprüche an die Schmierölversorgung. Der im Pleuelauge festgesetzte Bolzen wird nur im gleichen Schwenkbereich wie das kleine Pleuelauge bewegt. Der damit verbundene einseitige Laufflächenverschleiss des Kolbenbolzens in der Nabenbohrung erlaubt den Einsatz dieses Systems nur bei Gebrauchsmotoren der mittleren Leistungsklasse und nur mit Pleuelführung im Hubzapfen.

Durch das erfindungsgemässe heranführen des Schmieröles an den Nabenscheitel ist die Ölversorgung der Lagerspalte wesentlich verbessert, dass das Klemmpleuel problemlos für höchste Beanspruchung eigesetzt werden kann.

Im folgenden sind Ausführung und Funktion der Erfindung zeichnerisch beispielhaft dargestellt und beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Kolbenschnitt vertikal im Bolzenachsrichtung. Auf der rechten Seite ist der Kolbenbolzen 1 gezeichnet. Das Pleuelteil mit dem kleinen Auge trägt die Nr. 2. Der Kolben ist mit 3, die Bolzennabe mit 4, die Pleuelbuchse mit 5, die Nabenstirnseite mit 6, und Pleuelaugenstirnseite mit 7 kenntlich gemacht.

Die Bolzennabenstirnseiten sind im unteren Bereich schräg zurückgesetzt, dass dort ein keilförmiger Raum 8 entsteht. Bei diesem Beispiel ist die Pleuelbuchse belastungsgerecht, nach oben verjüngt und ergibt als Verlängerung des Raumes 8 den erfindungsgemässen Ölversorgungsraum 9. Schräge Augenpartie und schräge Pleuelbuchse sind so abgestimmt, dass entlang der Pfeillinie 10 ungehindert Öl zum Nabenscheitel geführt wird. Rechtsseitig als Beispiel ist eine Ausnehmung 11 zur Verbesserung der Ölversorgung der stirnseitigen Führungsflächen gezeigt. Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung entspr. A-A in Fig. 1. In der Draufsicht auf das Pleuelauge ist die Ausnehmung wie in Fig. 1 mit 11 gekennzeichnet. In Fig. 3 ist ein Kolbenteilschnitt 1, vertikal durch die Bolzenlagerung 2 gezeigt. Mit 3 ist das Leichtmetallpleuel gekennzeichnet. Die Bolzenlagerung erfolgt in der Bohrung 4 direkt im Pleuelkörper. Der erfindungsgemässe Ölraum ist mit 5 kenntlich gemacht. Die Pfeillinie 6 zeigt die Ölführung zur brennraumseitigen Lagerfläche im Kolben und Pleuellager.

Fig. 4 zeigt die Pleuelbohrungskontur, Richtung B in Fig. 3, und die Kontur der zum Beispiel exzentrischen Ausnehmung 5, die gegossen, gepresst, oder auch mech. eingearbeitet sein kann.

Fig. 5 zeigt einen Kolbenschnitt 1 und ein Klemmpleuel 2. Im Klemmpleuel sitzt der Kolbenbolzen 3, nur in der rechten Hälfte der Darstellung gezeigt, verdreh und verschiebesicher fest. Der durch die erfindungsgemässe Ausführung entstandene Ölraum trägt das Kennzeichen 4. Die Seitenführungsflächen 5 und die Bolzenlagerung 6 werden optimal, wie die Pfeillinie 7 zeigt, mit Öl aus dem Kurbelraum versorgt.

Claims (4)

1. Tauchkolben und Pleuel für Brennkraftmaschinen und Verdichter, mit Seitenführung der Pleuelstange, im Brenn- oder Verdichtungsraum zugekehrten Bereich der Nabenstirnseiten des Kolbens, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der seitlichen Führungsflächen am kleinen Pleuelauge, zum Bohrungsdurchmesser offene, Ausnehmungen angebracht sind, die zusammen mit dem Bolzenaussendurchmesser und den Bolzennabenstirnflächen im Kolben einen Ölkanal bilden, der die Ölversorgung der Bolzenlager im Kolben und Pleuelauge sicherstellt und durch beispielsweise Zurücksetzung der Augenstirnflächen im kurbelraumseitigen Bereich, mit zum Beispiel Schleuderöl aus den Hub- und Hauptlagern der Kurbelwelle, versorgt wird.

2. Kolben und Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zum Beispiel Leichtmetallpleuel ohne Laufbuchse, die Ausnehmungen zur Ölraumbildung, vorzugsweise exzentrisch eingearbeitet, gegossen, oder gepresst ist.

3. Kolben nach Anspruch 1 und 2 und Kleines Pleuelauge mit eingezogener Laufbuchse, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbuchse trapezförmig gestaltet, belastungsgerecht, verdrehsicher, eingeschrumpft ist und somit bei parallel verlaufenden Pleuelaugenstirnseiten die Ausnehmung zur Ölkanalbildung erzeugt ist.

4. Kolben nach Anspruch 1-3 und Klemmpleuel mit im kleinen Auge festsitzenden Kolbenbolzen, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Ausnehmungen im Pleuelauge beispielsweise rotationssymmetrisch eingearbeitet sind.