DE3641782A1

DE3641782A1 - Piston-con-rod joint for the transmission of tensile and compressive forces

Info

Publication number: DE3641782A1
Application number: DE19863641782
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Ing Bruedgam; Stefan Schmitt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1986-12-06
Publication date: 1987-06-25

Abstract

To allow simple assembly of the joint between a piston (1) and a con-rod (13) without affecting the size of the bearing surfaces (6, 7, 8) for the transmission of the tensile and compressive forces between them, the con-rod (13) is provided with a hammerhead (12) and a gudgeon pin (4) which is held laterally in eye-like receptacles (2, 3) on the piston head (1) and, in between, has a recess (11) matched to the shape of the hammerhead (12), for positive engagement with the hammerhead (12) of the con-rod (13). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Zug- und Druckkräfte übertragende Gelenkverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an articulated connection which transmits tensile and compressive forces the preamble of claim 1.

Bei einer aus der DE-OS 29 03 325, F16J 1/14, bekannten Gelenkverbindung dieser Art ist der hammerkopfförmige Endbereich des Pleuels so ausgebildet und besitzen die augenförmigen Aufnahmen am Kolbenboden einen solchen Abstand voneinander, daß das Pleuel mit seinem Hammerkopf durch Verkanten und anschließende Bewegung senkrecht zu seiner Achse in die Augen eingesetzt werden kann. Ein üblicher Kolbenbolzen ist bei dieser Konstruktion also vermieden. Zwar besitzt die bekannte Gelenkverbindung den grundsätzlichen Vorteil eines relativ einfachen Aufbaus, insbesondere durch Verzicht auf den üblichen Kolbenbolzen nur eine geringe Zahl von Einheiten, jedoch wird dies durch zwei schwerwiegende Nachteile erkauft:In a joint connection known from DE-OS 29 03 325, F16J 1/14 Art is the hammer head-shaped end portion of the connecting rod designed and own the eye-shaped receptacles on the piston crown are at such a distance from one another, that the connecting rod with its hammer head by tilting and subsequent movement can be inserted into the eyes perpendicular to its axis. A common piston pin is avoided with this construction. The known articulation has the basic advantage of a relatively simple structure, especially by doing without on the usual piston pin only a small number of units, however bought this by two serious disadvantages:

Bei modernen Gelenkverbindungen dieser Art ist man daran interessiert, auch bei kleinen Abmessungen des Kolbens relativ große Lagerflächen zur Übertragung der Zug- und Druckkräfte zu haben. Bei dem beschriebenen Stand der Technik müssen aber einerseits die Aufnahmen, die zur Übertragung der Zugkräfte zwischen Kolben und Pleuel dienen, einen relativ großen radialen Abstand besitzen, damit das Hammerkopfpleuel die zu seinem Einsetzen erforderlichen Kippbewegungen ausführen kann, und zum anderen muß der hammerkopfförmige Endbereich an seinen sich radial gegenüberstehenden Stirnflächen abgeschrägt sein, damit er bei den erwähnten Kippbewegungen in die augenförmigen Aufnahmen am Kolbenboden eingeführt werden kann. Daraus resultiert auch eine Verringerung der Breite derjenigen zusammenwirkenden Flächen an Hammerkopfpleuel und Kolbenboden, die zur Übertragung der Druckkräfte dienen. Schließlich hat der erforderliche relativ große radiale Abstand zwischen den Aufnahmen am Kolbenboden zur Folge, daß eine Querführung des Pleuels am Kolben nicht möglich ist.With modern articulated joints of this kind, one is interested, even with small ones Dimensions of the piston relatively large bearing areas for transmission of the train and To have pressure forces. In the prior art described, however, on the one hand the recordings that are used to transmit the tensile forces between the piston and the connecting rod, have a relatively large radial distance, so that the hammer head connecting rod can perform its insertion required tilting movements, and on the other the end area of the hammer head must be at its radially opposite end End faces beveled so that it moves in the mentioned tilting movements eye-shaped receptacles on the piston crown can be inserted. This results also a reduction in the width of those interacting surfaces on hammer head connecting rods and piston crown, which serve to transmit the compressive forces. After all the required relatively large radial distance between the receptacles on the piston crown with the result that a transverse guidance of the connecting rod on the piston is not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die in vorteilhafter Weise eine kolbenbodennahe Lage der Schwenkachse sowie den nachträglichen Zusammenbau von Kolben und Pleuel ermöglicht, zu schaffen, bei der die Größe der kraftübertragenden Lagerflächen nicht aus Montageerfordernissen verkleinert ist.The invention has for its object a hinge connection according to the preamble of claim 1, which advantageously a near the piston bottom position of the pivot axis and the subsequent assembly of pistons and connecting rods, too create, in which the size of the force-transmitting bearing surfaces is not due to assembly requirements is reduced.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung beschreibt der Unteranspruch.The achievement of this task consists in the characteristic features of claim 1, an advantageous embodiment of the invention describes the dependent claim.

Bei der Erfindung wird also ein in spezieller Weise geformter Kolbenbolzen verwendet, der in üblicher Weise quer zur Achse des Kolbens durch die sich fluchtend unter Wahrung eines Abstands gegenüberstehenden augenartigen Aufnahmen am Kolbenboden hindurchgesteckt wird. Dadurch ist es möglich, den dem Kolbenboden zugekehrten Umfangsbereich des Kolbenbolzens über eine beliebige Länge zur druckübertragenden Lagerfläche auszunutzen. Auf seiner gegenüberliegenden Seite ist der Kolbenbolzen demgegenüber mit einer Ausnehmung versehen, die so ausgebildet ist, daß sie das Einschieben des hammerkopfförmigen Endbereichs des Pleuels praktisch senkrecht zur Achse des Kolbenbolzens gestattet und dann den Hammerkopf zur Bildung eines Formschlusses hintergreift. Nach diesem Einführen des Hammerkopfes ist es möglich, ihn beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen festzulegen, wenn man ihn nicht durch Temperaturbehandlung gleichsam einschrumpft.In the invention, therefore, a piston pin shaped in a special way is used, which in the usual way transverse to the axis of the piston by being in alignment while preserving inserted through a distance opposite eye-like receptacles on the piston crown becomes. This makes it possible for the circumferential area facing the piston crown to use the piston pin over any length for the pressure-transmitting bearing surface. In contrast, the piston pin is on its opposite side provided a recess which is designed so that they insert the hammer head-shaped End area of the connecting rod practically perpendicular to the axis of the piston pin allowed and then engages behind the hammer head to form a positive connection. After inserting the hammer head, it is possible, for example, by Electron beam welding fix when you do not heat treatment it as it were shrinking.

Wie bereits diese erste Erläuterung der Erfindung erkennen läßt, können auch die von den augenartigen Aufnahmen gebildeten, zur Übertragung der Zugkräfte dienenden Lagerflächen praktisch beliebig groß gestaltet werden. Insbesondere bei der Ausbildung der Erfindung nach Patentanspruch 2 können sie relativ weit nach innen gezogen werden, wobei eine Grenze nur durch die Querabmessungen des Pleuelschafts gegeben ist. Zwecks Erzielung einer kolbenseitigen Seitenführung für das Pleuel kann es zweckmäßig sein, die Aufnahmen mit nach innen weisenden Bereichen auszurüsten, die bis an die Oberfläche des Pleuelschafts reichen und dort die gewünschte Seitenführung bilden.As can already be seen from this first explanation of the invention, those of the eye-like recordings, used to transmit the tensile forces Storage areas can be designed practically any size. Especially when it comes to training the invention according to claim 2, they can be pulled relatively far inwards, a limit is given only by the transverse dimensions of the connecting rod shaft. For the purpose of To achieve a piston-side guide for the connecting rod, it can be useful Equip the recordings with inward-facing areas that extend to the surface of the connecting rod shaft and form the desired lateral guidance there.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die die drei hier interessierenden Bestandteile eines Kurbeltriebs für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine vor dem Zusammenbau zeigt.An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, the three components of interest here of a crank mechanism for a reciprocating piston internal combustion engine before assembly shows.

Man erkennt bei 1 den Kolbenboden (das Kolbenhemd ist nicht gezeichnet), der mit den beiden sich diametral gegenüberliegenden augenartigen Aufnahmen 2 und 3 versehen ist, in die der Kolbenbolzen 4 längs seiner Achse 5, die zugleich die Schwenkachse dieser Gelenkverbindung darstellt, eingeschoben wird. Der Bolzen 4 besitzt auf seiner dem Kolbenboden 1 zugekehrten Umfangsseite den teilzylindrischen Lagerbereich 6 zur Übertragung der Druckkräfte, der mit einem entsprechend geformten, in der Figur nicht dargestellten Gegenbereich an der unteren Seite des Kolbenbodens 1 zusammenwirkt. Diese Lagerfläche 6 liegt also auf einem Zylinder, dessen Achse mit der Schwenkachse 5 zusammenfällt. 1 shows the piston crown (the piston skirt is not shown), which is provided with the two diametrically opposite eye-like receptacles 2 and 3 , into which the piston pin 4 is inserted along its axis 5 , which also represents the pivot axis of this articulated connection. On its circumferential side facing the piston crown 1 , the pin 4 has the partially cylindrical bearing region 6 for transmitting the compressive forces, which cooperates with a correspondingly shaped counter region on the lower side of the piston crown 1 , not shown in the figure. This bearing surface 6 is therefore on a cylinder, the axis of which coincides with the pivot axis 5 .

Entsprechende, mit den Innenflächen 7 und 8 der Aufnahmen 2 und 3 zusammenwirkende Lagerflächen 9 und 10 liegen der beschriebenen Lagerfläche 6 gegenüber. Zwischen ihnen erstreckt sich die Ausnehmung 11, die eine solche Länge besitzt, daß sie im Abstand zwischen den Aufnahmen 2 und 3 endet. Ihre Form entspricht der Form des hammerkopfförmigen Endbereichs 12 des Pleuels 13, der demgemäß in der Figur schräg von vorne linke aus in die Ausnehmung 11 eingeschoben werden kann, deren nach innen weisende Endbereiche ihn dann unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung hintergreifen. Verständlicherweise wird man durch an sich bekannte Maßnahmen, beispielsweise Elektronenstrahlschweißen oder Aufschrumpfen, dafür sorgen, daß der Hammerkopf 12 nicht wieder aus der Ausnehmung 11 herausrutschen kann.Corresponding bearing surfaces 9 and 10 , which interact with the inner surfaces 7 and 8 of the receptacles 2 and 3 , lie opposite the bearing surface 6 described. Between them extends the recess 11 , which is of such a length that it ends in the distance between the receptacles 2 and 3 . Their shape corresponds to the shape of the hammer-head-shaped end region 12 of the connecting rod 13 , which can accordingly be inserted obliquely from the front left into the recess 11 in the figure, the inward-facing end regions then engaging behind it to form a positive connection. Understandably, measures known per se, for example electron beam welding or shrinking, will ensure that the hammer head 12 cannot slip out of the recess 11 again.

Die nach innen weisenden vorspringenden Bereiche 14 und 15 der Aufnahmen 2 und 3 am Kolbenboden 1 lösen zwei Aufgaben: Zum einen werden dadurch die Lagerflächen 7 und 8 relativ groß, so daß hohe Flächenpressungen bei der Übertragung der Zugkräfte vermieden sind, und zum anderen stellen die Stirnseiten 16 und 17 dieser Bereiche 14 und 15 Seitenführungen für das Pleuel 13 dar, dessen Seitenflächen 18 und 19 sie dicht gegenüberstehen. The inwardly projecting areas 14 and 15 of the receptacles 2 and 3 on the piston crown 1 solve two tasks: on the one hand, the bearing surfaces 7 and 8 are relatively large, so that high surface pressures are avoided during the transmission of the tensile forces, and on the other hand, the End faces 16 and 17 of these areas 14 and 15 are side guides for the connecting rod 13 , the side faces 18 and 19 of which they face each other closely.

Mit der Erfindung ist also eine einfach zu montierende Gelenkverbindung geschaffen, deren Montageverhältnisse keinen Einfluß auf die Größe der Lagerflächen nehmen und die es gestattet, die Schwenkachse der Gelenkverbindung relativ "hoch", also nahe an den Kolbenboden, zu legen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Fertigbearbeitung des Kolbens vor dem Zusammenbau mit dem Pleuel vorgenommen werden kann.The invention thus provides an easy-to-assemble joint connection their installation conditions have no influence on the size of the storage areas and which allows the pivot axis of the articulation to be relatively "high", ie close to the piston crown. Another advantage is that finishing the piston before assembling with the connecting rod can.

Claims

1. tensile and compressive force-transmitting joint connection between a piston and a connecting rod, in particular in a reciprocating piston internal combustion engine, with eye-like receptacles provided on the piston head for transmitting the tensile forces and a hammer head connecting rod, characterized in that the receptacles ( 2, 3 ) by a piston pin ( 4 ) are penetrated, which has a partially cylindrical bearing surface ( 6 ) sliding on a corresponding counter surface on the piston crown ( 1 ) on its piston crown-side circumferential area for transmitting the compressive forces without bending moments and on the opposite side for the positive reception of the hammer head ( 12 ) a recess ( 11 ) which extends only between the receptacles ( 2, 3 ) and is designed to permit the subsequent insertion of the hammer head ( 12 ) approximately perpendicular to the axis ( 5 ) of the piston pin ( 4 ).

2. Articulated connection according to claim 1, characterized in that the receptacles ( 2, 3 ) on their side facing away from the piston head ( 1 ) have projecting regions ( 14, 15 ) in the direction of the connecting rod shaft ( 13 ).