DE547938C - Gelenkverbindung zwischen Kolben und Pleuelstange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung zwischen Kolben und Pleuelstange, insbesondere für Kolben von Brennkraftmaschinen mit abwechselnd in Wirksamkeit tretenden Sätzen von Tragflächen, und geht darauf aus, eine vorteilhafte Verbindung zwischen Kolben und Pleuelstange herbeizuschaffen, wodurch eine so wirksame Schmierung der zusammenarbeitenden Flächen ge-

IQ sichert wird, daß die Gefahr eines Warmlaufens und Fressens auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Bei Verbrennungsmotoren, die mit hohen Kompressions- und Verbrennungsdrücken arbeiten, ist es unter Umständen schwierig, Platz im Kolben für Kolbenzapfen zu verschaffen, deren Tragflächen für den Pleuelstangenkopf hinlänglich groß sind, um die spezifischen Flächendrücke unter der Grenze zu halten, wo die Schmiermittelhaut bricht, die zwischen den zusammenarbeitenden Flächen vorhanden sein muß. Die Brechung dieser Haut bewirkt, daß die metallischen Lager- und Tragflächen unmittelbar aufeinander arbeiten, was zum Warmlaufen und Fressen führen kann. Diese Gefahr ist besonders bei Zweitaktmotoren vorhanden.

Bei Viertaktmotoren wechseln nämlich die Gas- und Massendrücke in jeder Periode mehrmals die Richtung, so daß sie bald den Kolben gegen die Pleuelstange nach unten drücken, bald ihn von der Pleuelstange abzuheben suchen. Dieses Wechseln der Drücke gibt der Schmierung sehr gute Bedingungen, indem wechselweise einer und der andere Satz der Lagerschalen des Pleuelstangenkopfes zum Zusammenarbeiten mit dem Kolbenzapfen gelangt, während der untätige Satz abgehoben ist, so daß der Zutritt des Schmiermittels zu den zusammenarbeitenden Flächen erleichtert wird. Bei Zweitaktmotoren wirken dagegen Gas- und Massendrücke gewöhnlich die ganze Zeit in derselben Richtung, und zwar so, daß der Kolben immer gegen die Pleuelstange gedrückt wird.

Die Bedingungen für eine wirksame Schmierung sind somit weit ungünstiger bei Zwei- als bei Viertaktmotoren. In vielen Fällen kann diesem Mangel, wie oben angedeutet, nicht einmal dadurch abgeholfen werden, daß der Durchmesser des Kolbenzapfens so groß gemacht wird, daß der Flächendruck auf die zulässige Höhe herabgesetzt wird, indem- der Durchmesser des Zylinders den Raum im Kolben so stark beschränkt, daß ein hinlänglich großer Kolbenzapfen nicht angebracht werden kann.

Erfindungsgemäß sind die genannten Schwierigkeiten in einer besonders zweckmäßigen Weise beseitigt, so daß bei Zwei-

taktmotoren ebenso vorteilhafte Bedingungen wie bei -Viertaktmotoren geschaffen werden. Erfindungsgemäß ist das Pleuelstangenlager mit zwei oder mehreren exzentrisch zueinander versetzten Lagerflächen versehen, die beim Ausschwingen der Pleuelstange abwechselnd zur Anlage gelangen. Hierdurch wird erreicht, daß die zu einem gewissen Zeitpunkt unwirksamen Lagerflächen derart ίο getrennt sind, daß das Schmiermittel leichten Zutritt zu den betreffenden Flächen hat. Nach einer Ausführungsform besteht die Gelenkverbindung aus einem Kolbenzapfen, der mit einer oder mehreren Tragflächen in der Bohrung des Pleuelstangenkopfes zusammenwirkt, und einer im Kolben angebrachten Schale, die mit einer oder mehreren zvlindrisch abgedrehten Außenflächen des Pleuelstangenkopfes zusammenwirkt. Nach einer anderen Ausführungsform wird ein Kolbenzapfen mit mehreren gegenseitig exzentrischen zylindrischen Tragflächen verwendet.

Nach einer dritten Ausführungsform benutzt man eine auf dem Kolbenzapfen angebrachte Muffe mit mehreren gegenseitig exzentrischen zylindrischen Tragflächen.

Die Verbindung ist übrigens zweckmäßig derart ausgebildet, daß der während des Niederganges des Kolbens tragende Tragflächensatz in an sich bekannter Weise wesentlich größer ist als der während des Aufwärtsganges des Kolbens tragende Satz.

Gemäß einer besonderen Ausbildung wird nur ein Teil der Tragflächen für den Pleuelstangenkopf auf dem Kolbenzapfen bzw. der Muffe angeordnet, während der andere Teil von den Außenflächen der Kolbenzapfenlager gebildet wird.
Auf der Zeichnung zeigt

Abb. ι einen Längsschnitt durch erfindungsgemäß angeordnete Teile eines Kolbens und einer Pleuelstange,

Abb. 2 eine Seitenansicht des in Abb. 1 dargestellten Pleuelstangenkopfes,

Abb. 3 eine zweite Ausführungsform in ähnlichem Schnitte wie in Abb. 1,

Abb. 4 einen ähnlichen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform und Abb. 5 und 6 einen Längsschnitt winkelrecht zu Abb. 4 in zwei verschiedenen Lagen der Pleuelstange.

In Abb. ι und 2 bezeichnet 1 den Kolben, 2 den Kolbenzapfen, 3 und 4 seine Zapfenlager, 18 die Pleuelstange und 19 ihren Kopf. 12 sind Schmierleitungen, die mit der Zufuhrleitung 13 eines Druckschmiersystems in der Pleuelstange in Verbindung steht. Der Kolbenzapfen 2 trägt eine Muffe 5, die mit zwei Sätzen von Tragflächen 20, 21 versehen ist, wovon die Tragfläche 20 koaxial mit der Mittelbohrung der Muffe zylindrisch abgedreht ist, während die ebenfalls zylindrisch abgedrehten Tragflächen 21 eine im Verhältnis zur Achse 22 des Kurbelzapfens versetzte Achse 23 haben. Die Achse 23 ist eine- gewisse Strecke in waagerechter Richtung zu der Seite versetzt, nach welcher die Pleuelstange während des Niederganges des Kolbens ausschwingt. Der Pleuelstangenkopf 19 ist mit einer Oberschale 141 und einer Unterschale 14 versehen, und diese beiden Schalen arbeiten mit der Tragfläche 20 der Muffe zusammen, indem sie die Muffe mit einem geringen Spielraum umfassen. Weiter befinden sich im Pleuelstangenkopf 19 zwei Unterschalen 24, die mit den Tragflächen 21 der Muffe zusammenarbeiten. Die drei Unterschalen 24, 14, 24 können, wie aus der Zeichnung ersichtlich, aus einem Stück bestehen. Die Muffe 5 selbst ist an beiden Enden abgestuft, so daß Anliegeflächen 7, 71 entstehen, die gegen entsprechende Anliegeflächen 8, 81 der Zapfenlager 3, 4 anliegen und eine Drehung der Muffe hindern.

Die Ausführungsform nach Abb. 1 und 2 kann in der aus Abb. 3 ersichtlichen Weise geändert werden, indem die exzentrischen Tragflächen 21, statt wie in Abb. 1 Teile der Muffe 5 oder des Kolbenzapfens 2 zu sein, in einem Stück mit den Kolbenzapfenlagern 3, 4 sein können, so daß die Tragflächen 14, 24 des Pleuelstangenkopfes 19 teils auf der Muffe 5, teils auf den mit den Zapfenlagern in einem Stück hergestelten exzentrischen Tragflächen 21 zu tragen kommen. Die Muffe 5 nach Abb. ι und 2 kann gewünschtenfalls aus mehreren um den Kolbenzapfen gesammelten und festgespannten Teilen bestehen. Der Kolbenzapfen 2 und die Muffe 5 können auch aus einem Stück bestehen, in welchem Falle besondere Vorkehrungen getroffen sein müssen, um den Zapfen in den Kolben einbringen zu können.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Ausführungsform ist wie folgt.

Während der Bewegung des Kolbens nach unten ist vorausgesetzt, daß die Pleuelstange links ausschwingt (Abb. 2), was bewirkt, daß die exzentrischen Tragflächen 21 und die n₀ Tragflächen 24 des Pleuelstangenkopfes'gegeneinandergepreßt werden, so daß der Kolbenzapfen während des Niederganges des Kolbens auf der Fläche 21 trägt, und die Unterschale 14 gleichzeitig unbedeutend von der Tragfläche 20 der Muffe 5 oder des Zapfens 2 entfernt wird, was bewirkt, daß das Schmiermittel vorzugsweise zu dem hierdurch entstandenen Spielraum zwischen der Tragfläche 20 und der Unterschale 14 Zutritt bekommt. Gleichzeitig nähern die Oberschale 141 und die Tragfläche 20 sich einander, was indessen

belanglos ist, wenn nur die Oberschale 141 und die Unterschale 14 hinlänglich lose um die Tragfläche 20 schließen, so daß die Oberschale 141 nicht beim Ausschwung der Pleuelstange hart gegen die Tragfläche 20 gepreßt wird, was dazu führen kann, daß die Muffe sich im Pleuelstangenkopfe festkeilt und ein Warmlaufen verursacht. Während der Bewegung des Kolbens nach oben ist die Pleuelstange nach rechts ausgeschwungen, und die exzentrischen Tragflächen 21 werden dadurch so weit von den Unterschalen 24 entfernt, daß das Schmiermittel zwischen diese Flächen gleichzeitig damit eintritt, wobei die Tragung des Pleuelstangenkopfes nun zwischen der Unterschale 14 und der Tragfläche 20 der Muffe bzw. der Erweiterung des Kolbenzapfens geschieht. Durch die beiden Sätze gegenseitig exzentrischer Tragflächen ist erreicht, daß die beiden Tragflächensätze 20, 21 des Zapfens wechselweise auf ihren Unterschalen 14, 24 tragen, so daß ein Abheben zwischen den Tragflächen und Schalen geschieht, und das Schmiermittel dadurch freien Zutritt zu den betreffenden Flächen gewinnt. Der während des Niederganges des Kolbens tragende Tragflächensatz kann zweckmäßig wesentlich größer als der während des Aufwärtsganges tragende Satz gemacht werden, da der größte Druck während des Niederganges des Kolbens vorkommt.

In Abb. 4 bis 6 sind Kolben, Kolbenzapfen, Zapfenlager und Pleuelstange wie in Abb. 1 bis 3 mit i, 2, 3, 4, 18 bezeichnet.

Im Kolben 1 befinden sich zwei Vorsprünge 25, deren bearbeitete Unterflächen Anlagen für eine Lagerschale 26 bilden, die mittels Schrauben 27 an den Vorsprüngen 25 festgehalten werden. Die hohlzylindrische Unterseite der Lagerschale 26 ist mit Lagermetall gefüttert und bildet die Tragfläche finden Pleuelstangenkopf 29. Die Achse 23 dieser Tragfläche 28 ist im Verhältnis zur Achse 22 des Kolbenzapfens 2 versetzt. Der auf dem oberen Teil seiner zylindrischen Außenfläche auf denselben Halbmesser wie die Tragfläche 28 der Lagerschale 26 abgedrehte Pleuelstangenkopf 29 hat eine Bohrung 30, deren Querschnitt etwas größer als der Querschnitt des Kolbenzapfens 2 ist. Der untere Teil der Bohrung 30 ist auf denselben Halbmesser wie der Kolbenzapfen 2 abgedreht, indem dieser Teil der Bohrung 30 die Tragfläche 31 für den Kolbenzapfen 2 bildet.

In Abb. 5 ist die Lage dargestellt, die die Pleuelstange zu einem gewissen Zeitpunkte der Bewegung des Kolbens nach unten einnimmt, während welcher Bewegung der Kolben den größten Drücken ausgesetzt ist. Die Pleuelstange schwingt zu der einen Seite aus, und wegen der gegenseitigen Exzentrizität zwischen der Tragfläche 28 der Oberschale 26 und dem Kolbenzapfen 2 legt sich der Pleuelstangenkopf 29 gegen die Tragfläche 28, und gleichzeitig findet eine Trennung des Kolbenzapfens 2 von der Tragfläche 31 statt, so daß dem Schmiermittel gute Bedingungen gegeben werden, zwischen die zusammenarbeitenden Flächen dieses Satzes einzudringen.

In Abb. 6 sind die Verhältnisse während des Aufwärtsganges des Kolbens dargestellt. Die Pleuelstange schwingt zur entgegengesetzten Seite aus, und die Tragfläche 31 legt sich nun zufolge der Exzentrizität zwischen dem Kolbenzapfen 2 und der Tragfläche 28 der Lagerschale 26 gegen den Kolbenzapfen, wodurch der Pleuelstangenkopf 29 von der Tragfläche 28 abgezogen wird, so daß das Schmiermittel zu diesen Flächen Zutritt bekommt. In Übereinstimmung damit, daß die Drücke im Motorzylinder während der Aufwärtsbewegung des Kolbens im Kompressionshube kleiner sind als im Arbeitshube, trägt der Pleuelstangenkopf 29, w^rie aus Abb. 5 und 6 ersichtlich, mit der kleineren, inneren Tragfläche 31 während des Kompressionshubs (Abb. 6) auf dem Kolbenzapfen 2, während er während des Arbeitshubs (Abb. 5) mit seiner außen abgedrehten Tragfläche gegen die größere Tragfläche 28 der go Schale 26 trägt.

Die Erfindung ist nicht an die nur beispielsweise angegebenen Bauarten gebunden, indem z. B. die verschiedenen Sätze von Tragflächen auf andere Weisen als dargestellt angeordnet werden können.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gelenkverbindung zwischen Kolben und Pleuelstange, insbesondere für Kolben von Brennkraftmaschinen mit abwechselnd in Wirksamkeit tretenden Sätzen von Tragflächen, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuelstangenlager mit zwei oder mehreren exzentrisch zueinander versetzten Lagerflächen versehen ist, die beim

' Ausschwingen der Pleuelstange abwechselnd zur Anlage gelangen.

2. Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kolbenzapfen (2), der mit einer oder mehreren Tragflächen (31) in der Bohrung (30) des Pleuelstangenkopfes zusammenwirkt, und eine im Kolben angebrachte Schale (26), die mit einer oder mehreren zylindrisch abgedrehten Außenflächen des Pleuelstangenkopfes zusammenwirkt (Abb. 4- bis 6).

3. Verbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kolbenzapf en (2) mit mehreren gegenseitig exzentrischen zylindrischen Tragflächen (20, 21 in Abb. ι und 2).

4· Verbindung nach Anspruch ι, gekennzeichnet durch eine auf dem Kolbenzapfen (2) angebrachte Muffe (5) mit mehreren gegenseitig exzentrischen zylindrischen Tragflächen (20, 21).

5. Verbindung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der während des Niederganges des Kolbens tragende Tragflächensatz in an sich bekannter Weise wesentlich größer ist als der während des Aufwärtsganges des Kolbens tragende Satz.

6. Verbindung nach Anspruch i-bis S, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Tragflächen für den Pleuelstangenkopf auf dem Kolbenzapfen (2) bzw. der Muffe (5) angeordnet ist, während der andere Teil von den Außenflächen (21) ■der Kolbenzapfenlager (3, 4) gebildet wird (Abb. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen