DE4314892B4

DE4314892B4 - Kolbenbaugruppe

Info

Publication number: DE4314892B4
Application number: DE4314892A
Authority: DE
Inventors: Willibald G. Peoria Berlinger
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1992-05-05
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: DE4314892A1; US5289758A; BR9301043A

Abstract

Eine Kolbenbaugruppe (30), die folgendes aufweist:
einen den Kolbenboden bildenden im Allgemeinen zylindrischen Hauptkörper (50) mit einem Paar von radial zum Außenumfang nach innen versetzten Schenkelgliedern (76), die sich von dem Hauptkörper (50) erstrecken und die mit einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, wobei jedes der Schenkelglieder (76) eine Bohrung (78) besitzt, die eine Oberfläche (80) bildet, wobei die beiden Bohrungen (78) koaxial zueinander ausgerichtet sind;
einen im allgemeinen zylindrischen Kolben- oder Gelenkbolzen (28), der innerhalb der Bohrungen (78) der Schenkelglieder (76) positioniert ist und der folgendes aufweist: eine Außenoberfläche (122), mit einem vorbestimmten Durchmesser, eine Öffnung, die eine Innenoberfläche (120) mit einem vorbestimmten Durchmesser definiert, und ein Paar von Enden (124), die eine vorbestimmte Länge des Gelenkbolzens (28) definieren;
ein Paar von Gelenkbolzenstopfen (130), von denen je einer zumindest teilweise innerhalb der die Innenoberfläche (120) definierenden Öffnung an jedem Ende des Gelenkbolzens positioniert ist, um eine...

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Kolbenbaugruppe zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, Kompressor oder ähnlichem und insbesondere auf die Sicherung eines Kolbenbolzens innerhalb einer Kolbenbaugruppe während des Betriebs des Motors.
Ausganspunkt der Erfindung
Die letzten Jahre haben gezeigt, daß eine erhöhte Betonung auf die Bauart von Motoren gelegt wurde, um sie kompakter, leichter und trotzdem mit einer verbesserten Treibstoffwirtschaftlichkeit, Effizienz, reduzierten Abgasen, einer größeren Lebensdauer und einer erhöhten Leistungsabgabe pro Zylinder herzustellen. Wenn heutige Motoren umgewandelt oder aufgewertet werden, dann ist die Kolbenanordnung bzw. Kolbenbaugruppe noch höheren Verbrennungrkammerdrücken und Temperaturen ausgesetzt.
Es wurden Versuche unternommen, die Wirkungen von höheren Verbrennungskammerdrücken zu beseitigen, und zwar durch Abändern der Bauart des Kolbenglieds und seinen dazugehörigen Bauteilen, wie zum Beispiel dem Kolbenbolzen und der Haltevorrichtung bezüglich des Kolbenglieds. Ein Beispiel ist in der GB 2 225 087 gezeigt. Die Veröffentlichung zeigt eine Gelenkkolbenbaugruppe mit einem Kolbenboden mit einem Paar Bolzennaben, einem Schaftteil und einem Gelenkbolzen, der in den Naben- und dem Schaftteil angeordnet ist. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin ein Rückhalteglied, um eine seitliche Verformung der Bolzennaben zu verhindern. Die Naben sind gespalten und werden an den Bolzen mittels Schrauben und Muttern festgeklemmt. Somit wird Axialbewegung des Bolzens verhindert. Weiterhin stehen die Rückhalteglieder in Kontakt mit den Bolzennaben, und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge.
Ein weiteres Beispiel einer Kolbenbaugruppe ist in der EP 0 222 359 A1 beschrieben, die eine Gelenkkolbenbaugruppe mit einem Kranzteil mit Zapfenbolzenlagern, einem Schaftteil und einem Zapfenbolzen beschreibt. Ein Paar von Stummel- oder Stumpfstiften sind fest in dem Kranzteil positioniert und verhindern die Axialbewegung des Zapfenbolzens. Die Stumpfstifte sind aus einem Plastikmaterial. Weiterhin. stehen die Stumpfstifte in Kontakt mit den Bolzennaben, und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge.
Ein weiteres Beispiel einer Kolbenbaugruppe ist in der US 2 797 135 gezeigt. Das Patent zeigt eine Kolbenbaugruppe, die einen Kolben und einen rohrförmigen Zapfenbolzen aufweist. Der Bolzen wird innerhalb des Kolbens durch zwei Expansions- oder Ausdehnungsglieder gehalten, die aus einem Material bestehen, das einen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der größer ist als der des Bolzens und vorzugsweise gleich oder größer ist als der Ausdehnungskoeffizient des Kolbens. In diesem Patent sind die Ausdehnungsglieder innerhalb des zylindrischen Bolzens positioniert. Eine Befestigungsvorrichtung positioniert den Bolzen axial fest innerhalb des Kolbens. Weiterhin stehen die Ausdehnungsglieder in Kontakt mit dem zylindrischen Bolzen und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge.
Ein weiteres Beispiel einer Kolbenanordnung ist in dem "Overhaul Manual AVCO Lycoming Direct Drive Engine" gezeigt, wobei die Veröffentlichung der fünfte Druck des Teils Nr. 60294-7 vom Dezember 1974 ist. AVCO's Lycoming Division ist in Williamsport, Pennsylvania 17701 ansäs sig. Das Handbuch zeigt auf der Seite 1–12 einen Zylinder-, Kolben- und Ventilbauteile. Der Bolzen innerhalb der Kolbenbaugruppe wird an seinem Platz gehalten durch einen Stopfen, der in der Kolbenbohrung positioniert ist, und zwar ähnlich zu der obigen Veröffentlichung. Wie in dem optionalen Beispiel gezeigt ist, könnte der Stopfen innerhalb des zylindrischen Bolzens positioniert sein. So wie er gezeigt ist, ist der Kopf des Stopfens jedoch recht lang und reduziert die Oberfläche zwischen dem Bolzen und dem Kolben, was hohe Belastungen zur Folge hat, die zwischen den entsprechenden Oberflächen des Bolzens und des Kolbens übertragen werden. Weiterhin stehen die Stopfen in Kontakt mit dem zylindrischen Bolzen, und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge.
Ein weiteres Beispiel eines Halters ist in der US 1 923 717 gezeigt. Ein Paar von Stopfen werden auf gegenüberliegende Enden einer Hülse geschraubt und jeder besitzt einen ausdehnbaren Ring darinnen positioniert, der die Oberfläche einer Bohrung durch einen Gelenkbolzen kontaktiert und gegen diesen abdichtet. Der Kopf oder Flansch jedes Stopfens ist größer als der Außendurchmesser des Gelenkbolzens und kontaktiert den Kolben, wodurch der Gelenkbolzen dazwischen gehalten wird. Dieser Aufbau ermöglicht keine Vormontage der Stopfen und des Gelenkbolzens, der nur zu der Zeit zusammengebaut werden kann, während der Kolben, die Stange, der Gelenkbolzen und die Stopfen zusammengesetzt werden. Weiterhin ist der Vorgang, der benötigt wird, um die obigen Bauteile zusammenzusetzen zeitaufwendig, erhöht die Kosten und erhöht die Gesamtzahl der zusammenzusetzenden Teile.
In einem Teil der oben beschriebenen Veröffentlichungen sind die Rückhalteglieder und die Stummelstifte innerhalb der Kolbenbohrung positioniert, durch die der Zapfenbolzen positioniert ist. Bei diesen Anwendungen wird die Oberfläche der Kolbenbohrung durch die Oberfläche des Zapfenbolzens und die Oberfläche der Rückhalteglieder oder Stummelstifte geteilt. Dies hat eine höhere Last zur Folge, die an die Kolbenbohrungsoberfläche und die Zapfenbolzenoberfläche angelegt wird. Das oben genannte US-Patent und das optionale Beispiel des Handbuches zeigen, daß Ausdehnungsglieder innerhalb des zylindrischen Bolzens positioniert sind oder positioniert werden können. Darüber hinnaus besitzen die meisten Offenbarungen Halteglieder und Stummelstifte, die mit dem zusammenpassenden Teil über ihre gesamt axiale Länge in Kontakt stehen.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu beseitigen.
Die vorliegende Erfindung sieht daher eine Kolbenbaugruppe und eine Gelenkkolbenbaugruppe gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 8 vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Kolbenbaugruppe folgendes auf: einen im allgemeinen zylindrischen Hauptkörper mit einem Paar von radial eingesetzten Schenkelgliedern, die sich von dem Hauptkörper erstrecken und voneinander mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind. Jedes der Schenkelglieder besitzt eine Bohrung, die eine Oberfläche bildet. Ein im allgemeinen zylindrischer Kolben- oder Gelenkbolzen wird innerhalb der Bohrungen positioniert, dereine Außenoberfläche mit einem vorbestimmten Durchmesser, eine Innenoberfläche mit einem vorbestimmten Durchmesser und ein Paar Enden mit einer vorbestimmten Länge definiert. Die Kolbenbaugruppe weist weiterhin ein Paar von Gelenkbolzenstopfen auf, wobei jeder zumindest teilweise innerhalb der Innenoberfläche an jedem Ende des Gelenkbolzens positioniert ist, um eine Gelenkbolzenbaugruppe zu bilden. Die Gelenkbolzenstopfen umfassen einen Kopfteil mit einem vorbestimmten Durchmesser, der kleiner ist als der vorbestimmte Durchmesser der Außenoberfläche und eine vorbestimmte Länge. Die Gelenkbolzenstopfen umfassen weiterhin einen Schenkel- oder Schaftteil, der sich übergehend von dem Kopfteil erstreckt. Der Schaftteil definiert eine Wand mit einer abgestuften Außenoberfläche. Die Außenoberfläche besitzt daran einen Innenteil und einen Außenteil. Der Außenteil ist der einzige Teil, der in einer kontaktierenden Beziehung mit der Innenoberfläche steht. Die Gelenkbolzenanordnung ist frei sich axial innerhalb des Rückhalteparameters, der durch den vorbestimmten Durchmesser der Bohrung bestimmt wird, zu bewegen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist eine Gelenkolbenbaugruppe einen im allgemeinen zylindrischen Gelenkbolzen auf, der eine Außenoberfläche mit einem vorbestimmten Durchmesser, eine Innenoberfläche mit einem vorbestimmten Durchmesser und ein Paar von Enden umfaßt. Die Gelenkbolzenanordnung weist weiterhin ein Paar von Gelenkbolzenstopfen auf, von denen je einer zumindest teilweise innerhalb der Innenoberfläche an jedem Ende positioniert ist. Die Gelenkbolzenstopfen umfassen einen Kopfteil mit einem vorbestimmten Durchmesser, der geringer ist als der vorbestimmte Durchmesser der Außenoberfläche und eine vorbestimmte Länge. Die Gelenkbolzenstopfen umfassen weiterhin einen Schaftteil, der sich übergehend von dem Kopfteil erstreckt. Der Schaftteil definiert eine Wand mit einer abgestuften Außenoberfläche mit einem Innenteil und einen Außenteil. Der Außenteil ist der einzige Teil, der in einer kontaktierenden Beziehung mit der Innenoberfläche steht.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine Teilseitenansicht eines Motors, der die vorliegende Erfindung beinhaltet, wobei Teile für Darstellungszwecke im Schnitt gezeigt sind;
2 eine vergrößerte Schnittansicht der Kolbenbaugruppe; die Ansicht ist entlang der Linie 2-2 in 1 geschnitten;
3 eine vergrößerte Endansicht eines Gelenkbolzenstopfens; und
4 eine vergrößerte Schnittansicht des Gelenkbolzenstopfens entlang der Linie 4-4 in 3.
Gemäß 1 umfaßt ein Verbrennungsmotor 10 einen Block 12 und einen Zylinderkopf 14, der starr an dem Block 12 befestigt. ist, und zwar in einer herkömmlichen Art und weise durch eine Vielzahl von Befestigern oder Schrauben 16. Der Block 12 besitzt eine Vielzahl von ersetzbaren Zylinderauskleidungen 18, von denen nur eine gezeigt ist. Jede der Zylinderauskleidungen 18 besitzt eine Bohrung 19 mit einem vorbestimmten Durchmesser. Der Block 12 könnte eine Vielzahl von maschinell bearbeiteten Zylinderbohrungen umfassen, ohne das Wesen der Erfindung zu verändern. Der Motor 12 umfaßt weiterhin eine Kurbelwelle 20 die in einer herkömmlichen Art und Weise drehbar darinnen positioniert ist. Eine Verbindungsstange 22 ist drehbar an der Kurbelwelle 20 an einem gespaltenen Ende 24 befestigt, und zwar in einer herkömmlichen Art und Weise. Ein oberes Augenende 26 der Verbindungsstange 22 ist an einem Kolbenbolzen oder Gelenkbolzen 28 befestigt. Der Gelenkbolzen 28 ist weiterhin innerhalb einer Kolbenbaugruppe 30 positioniert, wie dies am besten in 2 gezeigt ist. In dieser Anwendung ist die Kolbenbaugruppe 30 der Gelenkbauart und umfaßt ein oberes Kolbenglied 32, das aus Stahl oder einem äquivalenten Material hergestellt ist und einen unteren Kolbenschaft 34, der aus Aluminium oder äquivalentem Material hergestellt ist, die abnehmbar und schwenkbar auf dem gemeinsamen Gelenkbolzen 28 ange ordnet sind. Die Kolbenbaugruppe 30 könnte von der einstückigen Bauart sein, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
Das obere Augenende 26 der Verbindungsstange 22 bildet darinnen eine Bohrung 38 und ein zylindrisch geformtes stahlverstärktes Hülsenlager 40 aus Bronze ist fest in der Bohrung 38 positioniert und besitzt darinnen eine Innenbohrung 42, die so bemessen ist, daß sie drehbar den Gelenkbolzen 28 aufnimmt.
Das obere Kolbenglied 32 umfaßt einen im allgemeinen zylindrischen Hauptkörper 50 und ein Paar von radial eingesetzten Schenkelgliedern 76, die von dem Hauptkörper 50 abstehen. Jedes der Schenkelglieder 76 besitzt eine im allgemeinen kreisförmige Bohrung 78. Jede der Bohrungen 78 bildet eine Oberfläche 80 innerhalb jedes der Schenkelglieder 76 und sie sind koaxial zueinander ausgerichtet. Das Paar von Schenkelgliedern 76 ist mit einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet.
Der untere Kolbenschaft 34 umfaßt ein hohles im allgemeinen elliptisches Glied 100 mit einem Paar von koaxial ausgerichteten Bohrungen 110, die sich dorthindurch erstrecken. Jede der Bohrungen 110 bildet eine Oberfläche 112 innerhalb des Schaftes oder Mantels 34.
Der Gelenkbolzen 28 besitzt in dieser Anwendung einen hohlen im wesentlichen zylindrischen Aufbau, der um eine Achse herum zentriert ist. Der Gelenkbolzen 28 definiert eine Innenoberfläche 120 mit einem im allgemeinen vorbestimmten Durchmesser, eine Außenoberfläche 122 mit vorbestimmtem Durchmesser, die im allgemeinen symmetrisch um die Achse ist, und ein Paar von Enden 124, die eine vorbestimmte Länge des Gelenkbolzens 28 definieren. Während der normalen Herstellung des Gelenkbolzen 28, wurde her ausgefunden, daß die Innenoberfläche 120 einen im allgemeinen verjüngten Aufbau besitzt. Zum Beispiel besitzt die Innenoberfläche 120 einen maximalen Durchmesser in der Nähe des Paars von Enden 124 und einen minimalen Durchmesser, der im allgemeinen zwischen dem Paar von Enden 124 liegt. Wie am besten in 2 in einer etwas übertriebenen Form gezeigt ist, wird die Innenoberfläche 120 durch ein Paar von Verjüngungen definiert, die sich von jedem des Paars von Enden 124 erstrecken und die an einem Scheitelpunkt 126 in der Nähe der Mitte zwischen dem Paar von Enden 124 enden.
Wie am besten in den 3 und 4 gezeigt ist, umfassen Mittel 128 zum Positionieren des Gelenkbolzens 28 innerhalb der Bohrungen 78 in dem oberen Kolbenglied 32 und dem Paar von Bohrungen 110 in dem Schaft 34 eine Gelenkbolzenbaugruppe 129 mit einem Paar von Gelenkbolzenstopfen 130, die in dem Gelenkbolzen 28 positioniert sind. Jeder der Stopfen 130 besitzt eine Achse 132 und einen undurchlässigen Kopfteil 134 mit einem vorbestimmten Durchmesser, der kleiner ist als der vorbestimmte Durchmesser der Außenoberfläche 122 des Gelenkbolzens 28. Der Kopfteil 134 besitzt eine im allgemeinen konvexe sphärische Außenoberfläche 136 und eine im allgemeinen konkave sphärische Innenoberfläche 138. Der Kopfteil 134 besitzt weiterhin eine Innenkontaktoberfläche 140, an der Seite die der sphärischen Außenoberfläche 136 gegenüberliegt. Der Kopfteil 134 jedes Stopfens 130 besitzt eine vorbestimmte Länge. Die vorbestimmte Länge wird von dem Scheitelpunkt der sphärischen Außenoberfläche 136 zu der Innenkontaktoberfläche 140 gemessen. In dieser Anwendung beträgt der Durchmesser des Kopfteils 134 ungefähr 47 mm und die Länge beträgt ungefähr 8 mm. Die Länge der Gelenkbolzenbaugruppe 129 umfaßt die vorbestimmte Länge des Gelenkbolzens 28 zusammen mit der vorbestimmten Länge jeder der Kopfteile 134 der Gelenkbol zenstopfen 130. Die Länge der Gelenkbolzenbaugruppe 129 ist nicht größer als der vorbestimmte Durchmesser der Bohrung 19 innerhalb der Zylinderauskleidung 18. Jeder der Stopfen 130 umfaßt weiterhin einen Schaftteil 142, der sich übergehend von der konkaven sphärischen Innenoberfläche 136 erstreckt, an einem Ende 144 endet und konzentrisch zu der Achse 132 liegt. Der Schaftteil 142 besitzt einen im allgemeinen zylindrischen Aufbau definiert durch eine Wand 146 mit einer Innenoberfläche 148 mit einem im allgemeinen konstanten Durchmesser und einer abgestuften Außenoberfläche 150, die einen Innenteil 152 eines vorbestimmten Durchmessers und einen Außenteil 154 mit einem vorbestimmten Durchmesser besitzt, der größer ist als der Durchmesser des Innenteils 152. Der Innenteil 152 besitzt eine vorbestimmte Länge, die von ihrem Übergang oder Schnittpunkt mit dem Außenteil 154 zu der inneren Kontaktoberfläche 140 des Kopfteils 134 gemessen wird. In. dieser Anwendung beträgt der Durchmesser des Innenteils 152 ungefähr 24 mm und die Länge beträgt ungefähr 10 mm. Der Außenteil 154 besitzt einen vorbestimmten Durchmesser und eine vorbestimmte Länge, die von seinem Schnittpunkt mit dem Innenteil 152 zu dem Ende 144 gemessen wird. In dieser Anwendung beträgt der Durchmesser des Außenteils 154 ungefähr 28 mm und die Länge beträgt ungefähr 10 mm. Nur der Außenteil 154 des Stopfens 130 steht im installierten Zustand in Kontakt mit der Innenoberfläche 120 des Gelenkbolzens 28. Der Außenteil 154 besitzt eine abgeschrägte Kante oder Fase 156, die am Ende 144 ausgebildet ist. Es wird theoretisch überlegt, daß dann, wenn die Länge des Außenteils 154 nicht größer ist als die vorbestimmte Länge des Innenteils 151, eine geeignete Verbindung und ein geeigneter Befestigungseffekt zwischen dem Stopfen 130 und dem Gelenkbolzen 28 auftritt. Durch Experimente wurde herausgefunden, daß die Position des Außenteils 154 bezüglich des Kopfteils 134 wichtig ist, um effektiv die Stopfen 130 innerhalb des Gelenkbolzens 28 zu halten. Zum Beispiel wurde herausgefunden, daß der bevorzugte vorbestimmte Abstand von dem Kopfteil 134 zu dem Außenteil 154 in Relation zum Durchmesser der Innenoberfläche 120 des Gelenkbolzens 28 steht. Das effizienteste Verhältnis des Durchmessers der Innenoberfläche 120 zu der Länge von dem Kopfteil 134 zu dem Außenteil 154 oder der Länge des Innenteils 152 ist in dem Bereich von ungefähr 2 : 1 bis 4 : 1. Das bevorzugte Verhältnis ist 3 : 1. Ein Paar von Schlitzen sind in der Wand 146 definiert und erstrecken sich von dem Ende 144 durch den äußeren Teil 154 und in den Innenteil 152. Die Schlitze 158 besitzen eine vorbestimmte Breite und Länge. Bei dieser Anwendung beträgt die Breite zum Beispiel ungefähr 2 mm und die Länge ungefähr 18 mm. Als eine Alternative kann jede Anzahl von Schlitzen und eine unterschiedliche Breite und/oder Länge verwendet werden, ohne das Wesen der Erfindung abzuändern. Die Gelenkbolzenstopfen 130 sind in dieser Anwendung aus einem Plastikmaterial, wie zum Beispiel Victrex 4800FC30 hergestellt. Victrex ist ein registriertes Warenzeichen. Dieses Material besitzt einen Elastizitätsbereich, der wünschenswert ist für diese Verwendung zweckmäßig ist; jedoch können andere Materialien mit ähnlichen Charakteristika verwendet werden, ohne das Wesen der Erfindung abzuändern.
Bei dem spezifischen Beispiel ist die Kolbenbaugruppe 30 von der Gelenkbauart und ist in der Zylinderbohrung 19 eines Motors 10 positioniert. Die Kolbenbaugruppe 30 wird vor dem Einsetzen in den Motor 10 zusammengesetzt. Zum Beispiel wird in einem Vormontagevorgang einer der Gelenkbolzenstopfen 130 in jedes Ende des Gelenkbolzens 28 eingeführt. Während dieses Vorgangs werden die Fasen 156 an den Enden 144 der Stopfen 130 in Kontakt mit der Innenoberfläche 120 des Gelenkbolzens 28 positioniert, und zwar an dessen gegenüberliegenden Enden. Wenn die Stopfen 130 in den Gelenkbolzen 28 gedrückt werden, drückt der Preßsitz zwischen der Innenoberfläche 120 und den Außenteilen 154 die Schlitze 158 dazu, ihre Breite zu reduzieren. Somit widersteht die Elastizität des Materials, aus dem der Stopfen 130 hergestellt ist, der Größenreduktion der Schlitze 158. Diese Widerstandskraft wird direkt an die Innenoberfläche 120 angelegt, und zwar durch die Außenteile 154 und hält den Stopfen 130 innerhalb des Gelenkbolzens 28. Das 3 : 1-Verhältnis des Innenoberflächendurchmessers des Gelenkbolzens zu der Länge des Innenteils 152 des Stopfens 130 wird kombiniert mit dem vorbestimmten Durchmesser und Länge des Außenteils 154, was eine Oberfläche-zu-Kraft-Beziehung vorsieht, die den Stopfen 130 am besten innerhalb des Gelenkbolzens 28 hält.
Während des Betriebs der Kolbenbaugruppe 30 in dem Motor 10 hält die vorbestimmte kombinierte Länge des Gelenkbolzens 28 und die Länge des Kopfteils 134 jedes Stopfens 130 den Gelenkbolzen 28 in einer ordnungsgemäßen Ausrichtung in den Bohrungen 78 in dem Kolbenglied 32 und den Bohrungen 110 in dem Schaft 34. Der Gelenkbolzen 28 und die befestigten Stopfen 130 sind frei zur axialen Bewegung innerhalb der Bohrungen 78 und 110. Beim Betrieb kann die konvexe sphärische Außenoberfläche 138 in Kontakt mit der Oberfläche der Bohrung 19 kommen. Experimente haben gezeigt, daß ein solcher Kontakt zu einer Materialübertragung von dem Stopfen 130 zu der Zylinderauskleidung 18 führen kann. Experimente haben auch gezeigt, daß die Übertragung dieses Materials nicht die Abdicht- oder Abnutzrate der Kolbenringe beeinflußt.
Die Kolbenbaugruppe 30 der vorliegenden Erfindung sieht eine verbesserte Wartung, Instandhaltung und Verläßlichkeit vor. Zum Beispiel sichert das 3 : 1-Verhältnis des Durchmessers der Innenoberfläche 120 zu der Länge von dem Kopfteil 134 zu dem Außenteil 154 eine verläßliche Ver bindung zwischen dem Stopfen 130 und dem Gelenkbolzen 28. Experimente haben gezeigt, daß sogar mit einer verjüngten Kontur innerhalb des Durchmessers der Innenoberfläche 120 die Stopfen 130 in ihrer richtigen Position bezüglich des Gelenkbolzens 28 bleiben. Das Hinzufügen der Schlitze 158 erhöht weiterhin die Stabilität der Vorrichtung, und zwar durch Hinzufügen eines allgemeinen Federeffekts zu der Elastizität des Materials. Darüber hinaus wird die Widerstandskraft durch die Außenteile 154 direkt an die Innenoberfläche 120 angelegt, was eine Oberflächen-zu-Kraft-Beziehung vorsieht, die die Stopfen 130 am besten innerhalb des Gelenkbolzens 28 hält. Da die Gelenkbolzenbaugruppe 129 zusätzlich frei zur axialen Bewegung innerhalb der Bohrungen 78 in dem Kolbenglied 32 und den Bohrungen 110 innerhalb des Schafts 34 ist, stellt die Axialbewegung und die Größenabmessung zwischen den Bohrungen 78 und 110 und der Außenoberfläche 122 des Gelenkbolzens 28 eine angemessene Schmierung, Kühlung und Lebensdauer während der Betriebsbewegung der Bauteile sicher.
Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich aus Studie der Zeichnung, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche.

Claims

Eine Kolbenbaugruppe (30), die folgendes aufweist: einen den Kolbenboden bildenden im Allgemeinen zylindrischen Hauptkörper (50) mit einem Paar von radial zum Außenumfang nach innen versetzten Schenkelgliedern (76), die sich von dem Hauptkörper (50) erstrecken und die mit einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, wobei jedes der Schenkelglieder (76) eine Bohrung (78) besitzt, die eine Oberfläche (80) bildet, wobei die beiden Bohrungen (78) koaxial zueinander ausgerichtet sind; einen im allgemeinen zylindrischen Kolben- oder Gelenkbolzen (28), der innerhalb der Bohrungen (78) der Schenkelglieder (76) positioniert ist und der folgendes aufweist: eine Außenoberfläche (122), mit einem vorbestimmten Durchmesser, eine Öffnung, die eine Innenoberfläche (120) mit einem vorbestimmten Durchmesser definiert, und ein Paar von Enden (124), die eine vorbestimmte Länge des Gelenkbolzens (28) definieren; ein Paar von Gelenkbolzenstopfen (130), von denen je einer zumindest teilweise innerhalb der die Innenoberfläche (120) definierenden Öffnung an jedem Ende des Gelenkbolzens positioniert ist, um eine Gelenkbolzenbaugruppe (129) zu bilden; wobei die Gelenkbolzenstopfen (130) einen Kopfteil (134) mit einer vorbestimmten Länge und mit einem vorbestimmten Durchmesser, der kleiner als der vorbestimmte Durchmesser der Außenoberfläche (122) des Gelenkbolzens ist, umfassen, und wobei der Kopfteil (134) ferner eine im Allgemeinen konvexe sphärische Außenoberfläche (136) besitzt, die während des Betriebs der Kolbenbaugruppe (30) innerhalb eines Motors mit einer Zylinderbohrung, in der die Kolben baugruppe (30) positioniert ist, in Kontakt kommen kann; wobei die Gelenkbolzenstopfen (130) ferner einen Schaftteil (142) umfassen, der sich von dem Kopfteil (134) erstreckt und eine Wand mit einer abgestuften Außenoberfläche (150) definiert, die einen kopfnahen Innenteil (152) mit einer vorbestimmten Länge und einen kopffernen Außenteil (154) mit einer vorbestimmten Länge besitzt, wobei der Außenteil (154) der einzige Teil des Gelenkbolzenstopfens (130) ist, der die durch die Öffnung definierte Innenoberfläche (120) des Gelenkbolzens (28) kontaktiert, und wobei der Kopfteil (134) des Gelenkbolzenstopfen (130) ferner eine konkave sphärische Innenoberfläche (138) besitzt, von der sich der Schaftteil (142) erstreckt; und wobei die Gelenkbolzenbaugruppe innerhalb der Bohrungen frei axial bewegbar ist.
Kolbenbaugruppe (30) nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis des vorbestimmten Durchmessers der Innenoberfläche (120) des Gelenkbolzens (28) zur vorbestimmten Länge des Innenteils (152) des Gelenkbolzenstopfens (130) im Bereich von ungefähr 4 : 1 zu 2 : 1 liegt.
Kolbenbaugruppe (30) nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis des vorbestimmten Durchmessers der Innenoberfläche (120) des Gelenkbolzens (28) zur vorbestimmten Länge des Innenteils (152) des Gelenkbolzenstopfens (130) bei ungefähr 3 : 1 liegt.
Kolbenbaugruppe (30) einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Länge des Außenteils (154) des Schaftteils (142) des Gelenk bolzenstopfens (130) nicht größer ist als die vorbestimmte Länge seines Innenteils (152).
Kolbenbaugruppe (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Außenteil (154) des Schaftteils (142) des Gelenkbolzenstopfens (130) einen vorbestimmten Durchmesser besitzt, der größer ist als der vorbestimmte Durchmesser der Innenoberfläche (120) des Gelenkbolzens (28).
Kolbenbaugruppe (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gelenkbolzenstopfens (130) weiterhin ein kopffernes Ende und mindestens einen Schlitz (158) umfaßt, der sich axial von dem Ende durch den Außenteil (154) und in einen Teil des Innenteils (152) erstreckt.
Kolbenbaugruppe (30) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kolbenbaugruppe (30) einen Gelenkkolbenaufbau mit dem Hauptkörper (50) und einem Kolbenhemd oder Schaft (34) umfaßt.
Gelenkbolzenbaugruppe, die folgendes aufweist: einen im allgemeinen zylindrischen Gelenkbolzen (28), der eine Außenoberfläche (122) mit einem vorbestimmten Durchmesser, eine Öffnung, die eine Innenoberfläche (120) mit einem vorbestimmten Durchmesser definiert, und ein Paar von Enden (124) umfaßt; ein Paar von Gelenkbolzenstopfen (130), von denen je einer zumindest teilweise innerhalb der die Innenoberfläche (120) definierenden Öffnung an jedem Ende (124) des Gelenkbolzen (28) positioniert ist; wobei die Gelenkbolzenstopfen (130) einen Kopfteil (134) mit einer vorbestimmten Länge einem vorbestimmten Durchmesser, der kleiner als der vorbe stimmte Durchmesser der Außenoberfläche (122) des Gelenkbolzen (28) ist, umfassen, und wobei der Kopfteil (134) ferner eine im Allgemeinen konvexe sphärische Außenoberfläche (136) besitzt; und wobei die Gelenkbolzenstopfen (130) ferner eine konkave sphärische Innenoberfläche (138) und einen Schaftteil (142), der sich von der konkaven sphärischen Innenoberfläche (138) erstreckt, umfassen, wobei der Schaftteil (142) eine Wand mit einer abgestuften Außenoberfläche (150) definiert, die einen kopfnahen Innenteil (152) mit einer vorbestimmten Länge und einen kopffernen Außenteil (154) mit einer vorbestimmten Länge besitzt, wobei der Außenteil (154) der einzige Teil des Gelenkbolzenstopfens (130) ist, der die durch die Öffnung definierte Innenoberfläche (120) des Gelenkbolzen (28) kontaktiert.
Gelenkbolzenbaugruppe nach Anspruch 8, wobei das Verhältnis des vorbestimmten Durchmessers der Innenoberfläche (120) des Gelenkbolzens (28) zu der vorbestimmten Länge des Innenteils (152) des Gelenkbolzenstopfens (130) in einem Bereich von ungefähr 4 : 1 bis 2 : 1 liegt.
Gelenkbolzenbaugruppe nach Anspruch 9, wobei das Verhältnis des vorbestimmten Durchmessers der Innenoberfläche (120) des Gelenkbolzens (28) zu der vorbestimmten Länge des Innenteils (152) des Gelenkbolzenstopfens (130) bei ungefähr 3 : 1 liegt.
Gelenkbolzenbaugruppe nach Anspruch 8, wobei die vorbestimmte Länge des Außenteils (154) nicht größer ist als die vorbestimmte Länge des Innenteils (152).
Gelenkbolzenbaugruppe nach Anspruch 8, wobei der Außenteil (154) einen vorbestimmten Durchmesser besitzt, der größer ist als der vorbestimmte Durchmesser der Innenoberfläche (120) des Gelenkbolzens (28).
Gelenkbolzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Gelenkbolzenstopfen (130) ferner ein kopffernes Ende des Schaftteils (142) und zumindest einen Schlitz (158) umfassen, der sich axial von dem Ende durch den Außenteil (120) und in einen Teil des Innenteils (120) des Schaftteils (142) erstreckt.