DE3643198A1 - Tauchkolben fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben für Verbren­ nungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Kolben ist aus DE 34 30 258 A1 bekannt.

Diesen Kolben in bezug auf Festigkeit und geräusch- und reibungsarmes Führungsverhalten noch weiter zu verbessern ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Kolben mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un­ teransprüche.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kolbenausführung besteht insbesondere darin, daß der Kolben auf der Druckseite, auf der der Kolbenschaft hohe Führungs­ kräfte aufzunehmen hat, durch an die Bolzennaben her­ anführende Rippen verstärkt wird, während der Kolben­ schaft auf der Gegendruckseite, auf der geringere Normalkräfte auf den Schaft einwirken, radial nach­ giebig gestaltet ist. Durch die Nachgiebigkeit auf der Gegendruckseite kann der Kolben mit äußerst ge­ ringem Spiel eingebaut werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 den Längsschnitt eines Kolbens

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie II-II in Fig. 1

Der Kolben ist aus einer Aluminium-Silizium-Legierung und weist einen Durchmesser von 100 mm auf. Die Bol­ zennaben 1 sind direkt an den Kolbenboden angeformt. Der Abstand T von der radial außen liegenden Fläche der Bolzennabe 1 zur Kolbenachse beträgt 34 mm. Der Innendurchmesser der Nabenbohrung beträgt 24 mm. Die obere Kolbenringnut 2 dient zur Aufnahme eines Ver­ dichtungsringes, während in der unteren Kolbenringnut 3 im Motorbetrieb ein Ölabstreifring eingesetzt ist. Der Kolben besitzt eine Kompressionshöhe H von 29 mm. Auf einem Umfang von jeweils alpha= 60 Grad zu bei­ den Seiten der Pleuelschwingebene mißt die Kolben­ schafthöhe A=21 mm. In dem umfangsmäßig daran je­ weils in Bolzenrichtung angrenzenden Bereich nimmt die Schafthöhe auf einen Wert B=2,5 mm ab. Auf dem Schaftbereich der Höhe A ist das Schaftende auf einer Höhe von C=6 mm, d.h. 29% der Schafthöhe A zurück­ genommen mit einer maximalen Zurücknahme an der unte­ ren Schaftkante von radial 0,1 mm. Die radiale Zu­ rücknahme des Schaftes in diesem Bereich ist für die erfindungsgemäße angestrebte Funktion des Kolbens äu­ ßerst wichtig, da sich in diesem Bereich eine hydro­ dynamisch wirkende Schmierölschicht ausbildet.

Auf der Druckseite des Kolbens steht der Kolbenschaft über Rippen 4 mit den Bolzennaben 1 in Verbindung. Hierdurch erhält der Kolbenschaft auf dieser Seite eine hohe Deformationssteifigkeit. Auf der Gegen­ druckseite ist eine solche Steifigkeit wegen der dort auf den Kolbenschaft einwirkenden geringeren Normal­ kräfte nicht notwendig und auch nicht erwünscht. An­ gestrebt wird auf jener Seite vielmehr eine gewisse Nachgiebigkeit, um den Kolben mit möglichst engem Spiel unter Vermeidung von Schaftreibern bei allen Motorbetriebsverhältnissen in den Motor- Zylinder einbauen zu können. Um das Einbauspiel noch weiter minimieren zu können, sind im Inneren des Kolben­ schaftes ein Regelstreifen 5 aus Stahlblech vorgese­ hen. Diese Regelstreifen erstrecken sich jeweils praktisch über den gesamten Umfang der Schaftinnen­ fläche zwischen den zur Durchführung des Kolbenbol­ zens durch den Schaft vorhandenen halbkreisförmigen Schaftausnehmungen. Die Verankerung der Regelstreifen erfolgt jeweils nur an ihren Enden in dem Schaftmate­ rial.

In dem dargestellten Beispiel ist lediglich auf der Gegendruckseite des Kolbens ein Regelstreifen 5 ein­ gesetzt. Da der Schaft auf der Gegendruckseite ohne­ hin nachgiebig gestaltet ist, erweist es sich bei dem Einsatz von Regelstreifen in nur einem der gegenüber­ liegenden Tragflächenbereiche als zweckmäßig, diese dann auf der Gegendruckseite anzuordnen.

Claims (5)

1. Tauchkolben für Verbrennungsmotoren, insbesondere PKW-Otto-Motoren, bei dem die Bolzennaben (1) an dem Kolbenboden senkrecht mit Abstand von einem die Ringnuten (2, 3) aufnehmenden und in den Kol­ benschaft übergehenden von dem Kolbenboden ausge­ henden Ringband angebunden sind, mit den Abmes­ sungen H/D = 0,20-0,35
T/D = 0,22-0,38
A/D = 0,15-0,25
B kleiner als AmitD = Kolbendurchmesser
H = Kompressionshöhe
T = Abstand der radial außen liegenden Nabenflächen zur Kolbenachse
A = Schafthöhe unterhalb der unteren Ringnut in Richtung der Pleuelschwingebene
B = Schafthöhe unterhalb der unteren Ringnut in Richtung der Kolbenbolzenachsegekenzeichnet durch die Merkmale:

• a) die Schafthöhe A gilt für einen Umfangsbe­ reich von alpha=0 Grad bis mindestens al­ pha=30 Grad und maximal alpha=75 Grad zu jeder Seite der Pleuelschwingebene,
• b) ausschließlich auf der Kolben-Druckseite ist der Kolbenschaft im Bereich der Schaft­ höhe A über je eine sich in Kolbenlängs­ richtung erstreckende Rippe (4) mit den Bolzennaben (1) verbunden.

2. Tauchkolben nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale:

• a) die Schafthöhe A gilt für einen Umfangsbe­ reich von alpha= 0 Grad bis mindestens al­ pha = 50 Grad und maximal alpha= 75 Grad zu jeder Seite der Pleuelschwingebene,
• b) in den Tragflächenbereichen des Kolbens ist im Inneren des Kolbenschaftes zwischen den Öffnungen zum Durchführen des Kolbenbolzens jeweils ein horizontal verlaufender Regel­ streifen (5) aus einem Material mit gegen­ über dem Schaftmaterial höherer Biegestei­ figkeit und geringerem Ausdehnungskoeffi­ zienten eingeformt.

3. Tauchkolben nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß lediglich auf der Kolben-Gegendruckseite ein Regelstreifen (5) eingeformt ist.

4. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Schafthöhe A in einem Umfangsbereich von 0 Grad bis maximal 65 Grad zu jeder Seite der Pleuelschwingebene gilt.

5. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Regelstreifen (5) nur an seinen bzw. ihren horizontalen Enden allseitig vom Schaftmaterial umgeben ist bzw. sind, während er bzw. sie zumindest in dem dazwischen liegenden Innenumfangsbereich freiliegt bzw. freiliegen.