DE3641783A1 - Zug- und druckkraefte uebertragende gelenkverbindung zwischen einem kolben und einem pleuel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei der aus der DE-OS 21 51 184, F16J 1/16, bekannten Gelenkverbindung zwischen Kolben und Pleuel einer Kraft- oder Arbeitsmaschine bildet der Befestigungsbolzen eine Schraubverbindung zwischen dem dort einteiligen Kolben einerseits und dem Kolbenbolzen andererseits, und die augenartigen Aufnahmen befinden sich am Pleuel, ragen von dessen kolbenseitigem Ende aus also in Richtung Kolben. Die zwischen Kolbenboden und Kolbenbolzen liegenden Bereiche dieser Aufnahmen, die ferner mit einer Lagerhülse ausgekleidet sind, bedingen einen bestimmten Mindestabstand zwischen Kolbenboden und Kolbenbolzen und damit zwischen Kolben und Achse der Gelenkverbindung.

Diese bekannte Konstruktion bietet also einerseits eine Reihe von Vorteilen, nämlich eine biegemonentenfreie Einhaltung der Druckkräfte (Gaskräfte bei einer Brennkraftmaschine) in den Kolbenbolzen und damit eine geringe Kolbenmasse sowie günstige Montageverhältnisse, da die Endbearbeitung der einzelnen Bestandteile des Kurbeltriebs vor dem Zusammenbau des Schwenklagers erfolgen kann, hat aber andererseits den grundlegenden Nachteil, daß die Pleuellänge begrenzt ist, die für die Größe der freien Massenkräfte zweiter Ordnung mitbestimmend ist.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkverbindung der im Oberbegriff angegebenen Art unter Wahrung ihrer günstigen Eigenschaften so auszubilden, daß eine Optimierung hinsichtlich der Reduktion der freien Massenkräfte zweiter Ordnung möglich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Maßnahmen der Ansprüche zielen darauf ab, die Gelenkachse, d. h. die Achse des Kolbenbolzens, möglichst "hoch", d. h. möglichst in die Nähe des Kolbenbodens, zu legen. Dadurch, daß die augenartigen Aufnahmen für den Kolbenbolzen sich nicht - wie beim Stand der Technik - am kolbenseitigen Ende des Pleuels, sondern am Kolbenboden befinden, ist es möglich, das ohnehin vorhandene Material des Kolbenbodens zum Schließen dieser Aufnahmen zu verwenden, so daß die Gelenkachse nur einen Abstand vom Kolbenboden zu haben brucht, der ungefähr gleich dem Kolbenbolzenradius ist. Sieht man die Merkmale des Anspruchs 2 vor, so braucht man im Kolbenboden keinen Freigang für das kolbenseitige Ende des beispielsweise durch eine Schraube gebildeten Befestigungsbolzens vorzusehen. Dadurch wird eine möglicherweise erforderliche Verstärkung des Kolbenbodens vermieden. Schließlich gestattet die Maßnahme nach Patentanspruch 3, die Gelenkachse in den Bereich der Kolbenringe zu legen.

Zur Abrundung des Standes der Technik sei darauf hingewiesen, daß die DE-OS 21 63 158, F16J 1/22, einen Kurbeltrieb beschreibt, bei dem unter Verzicht auf einen eigenständigen Kolbenbolzen der Kolben mit einer halbkugelförmigen Lagerschale für eine entsprechend konkave Aufnahme (Kugelpfanne) am kolbenseitigen Pleuelende versehen ist; an ihrer dem Pleuel abgekehrten (konkaven) Seite nimmt die Lagerschale einen Gleitstein auf, der ebenso wie die Lagerschale von einer Schraube durchsetzt ist, die axial in das Pleuel eingeschraubt ist und den Zusammenhalt der beschriebenen Teile bewirkt. In Abweichung von der Erfindung ist diese bekannte Konstruktion aber herstellungstechnisch nicht zu realisieren. Dabei spielt insbesondere die Tatsache eine Rolle, daß die balligen Lagerflächen zugleich Befestigungsflächen darstellen, an denen Kolben und Pleuel unter der Wirkung der Schraube zusammenstoßen.

Die Konstruktion nach der US-PS 26 87 931 schließlich verwendet zwar einen Kolbenbolzen und ein Hammerkopfpleuel, dessen hammerkopfartiger Endbereich von zwei augenartigen Aufnahmen am Kolben umgriffen wird. Eine Befestigungsschraube fehlt. Die Montage erfolgt vermutlich so, daß das hammerkopfartig ausgebildete Ende des Pleuels vor dem Einsetzen des Kolbenbolzens durch Kippbewegungen in die Aufnahmen eingefädelt wird. Dies wiederum bedeutet aber, daß die Größe der durch die Aufnahmen gebildeten, die Zugkräfte übertragenden Lagerflächen begrenzt ist, da die Aufnahmen einen die Kippbewegungen zulassenden Abstand von dem Pleuelschaft besitzen müssen. Im übrigen ist auch diese Konstruktion praxisfeindlich ausgebildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur erläutert, die gleichsam in Explosionsdarstellung perspektivisch die hier interessierenden Teile eines Kurbeltriebs für eine Brennkraftmaschine wiedergibt.

Betrachtet man zunächst den Kolben, so besteht er aus mehreren Teilen: Der Kolbenboden 1 trägt auf sich bezüglich der Schwenkachse 2 des Kolbenbolzens 3 und damit der Gelenkverbindung gegenüberliegenden Seiten Kolbenhemdbereiche 4 und 5, die im Bereich der Durchstoßstellen der Achse 2 Abstände zum Einführen des Kolbenbolzens 3 in die am Kolbenboden 1 vorgesehenen augenförmigen Aufnahmen 6 und 7 lassen. Im Kolbenboden 1 findet sich ferner die Durchstecköffnung 8 für den Gewindebolzen 9, die mittels der Einlegescheibe 10, die beispielsweise eingeschrumpft wird, nach erfolgter Montage verschlossen wird. Die Einlegescheibe 10 kann auch aus wärmeisolierendem Material, wie Keramik, bestehen und eingeklebt sein.

Der Ausnehmungen für die Kolbenringe tragende Mantelbereich 11 des Kolbens wird duch ein eigenständiges Bauteil gebildet und ebenfalls nach erfolgter Montage auf den Rand des Kolbenbodens 1 beispielsweise aufgeschrumpft. Diese zweistückige Ausführung von Kolbenboden 1 und Mantelbereich 11 bietet demgemäß die Möglichkeit, zunächst den Kolbenbolzen 3 in die Aufnahmen 6 und 7 in radialer Richtung einzuführen.

Der als Gewindebolzen ausgeführte Befestigungsbolzen 9 dient dazu, eine feste Verbindung zwischen dem Kolbenbolzen 3 einerseits und dem nach Art eines Hammerkopfpleuels mit sich über weniger als 180° erstreckender teilzylindrischer Lagerschale 12 ausgeführten Pleuel 13 andererseits herzustellen. Zu diesem Zweck ist der Kolbenbolzen 3 mit der diametralen Durchgangsbohrung 14 versehen; fluchtend mit dieser Durchgangsbohrung (im eingesetzten Zustand des Kolbenbolzens 3) und der Achse 15 der gesamten Anordnung findet sich in dem Pleuel 13 die Gewindebohrung 16. Die Durchgangsbohrung 14 nimmt auch den Kopf des Bolzens 9 auf.

Wie die Darstellung zeigt, ist der Abstand zwischen den Aufnahmen 6 und 7 für die Montage unwesentlich; diese können vielmehr in für die Größe der durch sie gebildeten, die Zugkräfte übertragenden Lagerflächen 6′ und 7′ sowie zur Herstellung einer kolbenseitigen Seitenführung für das Pleuel 13 günstiger Weise bis an den Pleuelschaft herangezogen werden.

Die Herstellung der Gelenkverbindung erfolgt also so, daß zunächst der Kolbenbolzen 3 in die Aufnahmen 6 und 7 des Kolbenbodens 1 eingeschoben und dann der Mantelbereich 11 mit dem Kolbenboden verbunden wird. Falls erforderlich, kann nunmehr eine Endbearbeitung der Kolbenkontur erfolgen. Dann wird durch Einführen und Anziehen des Befestigungsbolzens 9 die Verbindung zwischen Kolben und Pleuel 13 hergestellt und das Durchsteckloch 8 mittels der Einlegescheibe 10 verschlossen. Damit ist die Montage der Gelenkverbindung beendet.

Wie auch die Vertiefung 1′ auf der Unterseite des Kolbenbodens 1 parallel zur Schwenkachse 2 andeutet, ermöglicht die Konstruktion, den Abstand zwischen Schwenkachse 2 und Kolbenboden 1 in für die Pleuellänge und damit die Verringerung der Massenkräfte zweiter Ordnung günstiger Weise sehr klein zu halten.

Claims (4)

1. Zug- und Druckkräfte übertragende Gelenkverbindung zwischen einem Kolben und einem Pleuel, insbesondere in einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einem Kolbenbolzen, der durch zumindest einen durch den Kolbenboden eingeführten Befestigungsbolzen an einem der zu verbindenden beiden Teile festgelegt und seitlich davon von augenartigen Aufnahmen an dem anderen der beiden Teile umgriffen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (3) durch den Befestigungsbolzen (9) an dem Pleuel (13) festgelegt und nur der Kolbenboden (1) mit den Aufnahmen (6, 7) versehen ist, die derart ausgebildet sind, daß der Abstand der Achse (2) der Gelenkverbindung vom Kolbenboden (1) etwa gleich dem halben Radius des Kolbenbolzens (3) ist.

2. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (1) mit einer durch eine Scheibe (10) nachträglich verschlossenen Durchstecköffnung (8) für den Befestigungsbolzen (9) versehen ist, dessen kolbenbodenseitiges Ende innerhalb des Umfangs des Kolbenbolzens (3) liegt.

3. Gelenkverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) aus wärmeisolierendem Material, wie Keramik, besteht.

4. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (1) und sein mit Kolbenringen versehener Mantel (11), der den Kolbenbolzen (3) stirnseitig überragt, durch getrennte, nachträglich verbundene Teile gebildet sind.