DE8233321U1

DE8233321U1 - Kolben-Pleuel-Lageranordnung

Info

Publication number: DE8233321U1
Application number: DE19828233321
Authority: DE
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1988-08-25

Description

to·· &igr;·· &igr; (&igr;

hk/ba/fr

MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÜNCHEN GMBH

München, &iacgr;!6* November 1982

Kolben-Pleuel-Lageranordnung

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Pleuel-Lageranordnung mit einem den Kolben und das Pleuel verbindenden Kolbenbolzen.

Keramische Kolben und Kolbenbolzen für Kolbenmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, haben gegenüber metallischen Kolben aus Eisen- und Leichtmetallegierungen •verschiedene Vorteile: im einzelnen sind dies die hohe Temperaturbelastbarkeit, die hohe Heißgaskorrosions*- festigkeit, die gute Isolationswirkung sowie die Verschleißfestigkeit von Keramik. Darüber hinaus neigt die Keramik praktisch nicht zum Kaltverschweißen ("Fressen") bei Schmiermittelmangel. Auch ist die Wärmedehnung im Vergleich zu Eisen oder Leichtmetall gering. Keramik besitzt auch gegenüber Stahl ein wesentlich niedrigeres spezifisches Gewicht und weist gegenüber Leichtmetallen einen vergleichsweise hohen Elastizitätsmodul auf.

ESP-706

Aufgrund dieser Vorteile wird deshalb angestrebt, Kolben und Kolbenbolzen aus hochfesten Keramiken in Verbrennungsmotoren zu realisieren. Gravierender Nachteil ist jedoch die große Schlag- und Kerbempfindlichkeit von Keramik. Die oszillierende Bewegung bei entsprechenden dynamischen Kräften in Verbindung mit Spieltoleranzen kann bei höheren Drehzahlen der Kurbelwelle zv unzulässigen Stoßbeanspruchungen und damit zum vollständigen Versagen der Keramikteile führen, trotz anscheinend ausreichender Festigkeit bei statischer Beanspruchung. Verstärkt wird das Problem speziell beim System KoIben-Kolbenbolzen-Pleuel durch Kantenpressungen und Steifigkeitssprünge am Übergang Kolbenbolzen, Kolbenaugen und Pleuelauge.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kolben-■ Pleuel-Lageranordnung der eingangs gena aters Art, die bei Ausnutzung der Vorteile von Keramikbauteilen gleichzeitig nicht mit den Nachteilen der Keramiken behaftet ist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine temperatur-, hexßgaskorrosions- und verschleißfeste Kolben-Pleuel-Lageranordnung einfachen Aufbaus und geringen Gewichts zu schaffen, die einen zuverlässigen störungsfreien Langzeitbetrieb einer Kolben-Kurbelwellenanordnung ermöglicht.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch,, daß die aus Keramik ausgebildeten Kolben und Kolbenbolzen einerseits sowie Kolbenbolzen und Pleuel andererseits über eine elastische ringförmige Zwischenlage miteinander elastisch verbunden sind.

ESP-706
26.11.1982

• t i

1 · &igr; I II

insbesondere sind der Kolben und der Kolbenbolzen über zwei äußere elastische ringförmige Zwischenlagen söwiö der Kolbenbolzen und das Pleuelauge über eine weitere · mittlere elastische ringförmige Zwischenlage elastisch miteinander verbunden.

Die mittlere elastische ringförmige Zwischenlage kann bevorzugt an das Pleuelauge angrenzen, und es kann zwischen der mittleren elastischen ringförmigen Zwischenlage und dem Kolbenbolzen eine Pleuellagerbüchse vorgesehen sein.

Bevorzugt sind die elastischen Zwischenlagen als Wellringe ausgebildet. Bekannte Ausführungsformen von Wellringen können hierbei Verwendung finden, beispielsweise WeIl-•ringe, wie sie für die Halterung von Wälzlagern verwendet werden.

Die Wellringe können in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung gleichkonfigurierte Hebungen und Senkungen aufweiaen, die insbesondere in dicht aufeinanderfolgenderAnordnung längs des Umfangs des Wellrings ausgebildet sind.

In alternativer Ausgestaltung können die elastischen Zwischenlagen aus gewebten elastischen Kissen ausgebildet sein, die aus metallischen Drähten aufgebaut sind. Die metallischen Drähte sind vorzugsweise vorgeformt, um die im Betrieb gewünschte Elastizität eines elastischen Kissens hervorzurufen*

Das dynamische Laufverhalten der Lageranordnung bei sehr großer Drehzahl einer Kurbelwelle ist besonders dann sehr gut, wenn Kolben, Ko3benbolzen und Pleuel elastisch vorgespannt miteinander verbunden sind.

ESP-706
26.11.1982

I 1 I 4 i * * &Lgr; 4 a * a .... . I

HII

Die elastische Zwischenlage wird rein elastisch, beansprucht. Insbesondere weist sie eine Federkonstante im Bereich von 10 bis 10⁶ N/mm pro mm Kolbenbolzendurchmesser auf.

Durch die Erfindung wird mithin aufgabengemäß eine wir** kungsvolle Kolben-Pleuel-Lageranordnung für eine anzuschließende Kurbelwelle geschaffen, die selbst bei größerer Drehzahl nicht zu einem vorzeitigen Versagen des Lagers führt. Das Lager besitzt eine gute Isolationswirkung, praktisch keine Neigung zum Kaltverschweißen bei Schmiermittelmangel, eine geringe Wärmedehnung und insbesondere eine große Elastizität bei Spielfreiheit der Gesamtanordnung. Insbesondere ergeben sich keine Kantenpressungen und Steifigkeitssprünge am Übergang Kolbenbolzen, Kolbenaugen •und Pleuelauge.

Zwar sind bei sich schnell drehenden Fluidfilm-Lagern von Hochgeschwindigkeitsrotoren (Turbokompressoren , Turboladern, Turbinengasgeneratoren, etc.) elastische Folieneinlagen bekannt (US-PS 4 133 585), die elastischen Folieneinlagen bestehen jedoch aus vielen Einzelteilen, wobei die radial äußerste elastische Folie Polygonalkonfiguration aufweist, um zu verhindern, daß sich im Betrieb der elastische Folieneinsatz sich mit dem drehenden Lagerteil mitdreht bzw, "mitwandert". Die Polygonalkonfiguration kann auch bekannterweise durch eine radial äußere Folie ersetzt sein, die Hebungen und Senkungen unterschiedlicher Konfiguration UDd unterschiedlichen Abstand besitzt, um die Mitwanderwirkung zu unterbinden. Dieses Problem ist der Erfindung fremd, da gattungsgemäß eine Lageranordnung für oszillierende Bauteile vorgesehen ist, d.h. das Lager in jeder Drehrichtung gleichermaßen beansprucht ist.

ESP-706
26.11.1982

■ I »* ■ C ■

C · B ■

CtII

- 7

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung näher beschrieben.

In der Zeichnung ist eine EoIben-Pleuel-Lageranordnung 1 in einem Teilschnitt gezeigt.

Es ist ein Kolben 2 vorgesehen, der eine innere Aufnahme für ein Pleuelauge 8 eines Pleuels 4- besitzt. Kolben 2 und Pleuelauge 8 sind hierbei über einen durchgesteckten Kolbenbolzen 3 drehbar miteinander verbunden. Die vorgenannten Bauteile bestehen aus Keramikmaterial mit den eingangs genannten Vorteilen.

Um Spielfreiheit und Schlag- sowie Kerbunempfindlichkeit .der Keramik-Bauteile sicherzustellen, sind erfindungsgemäß elastische ringförmige Zwischenlagen 5»6,7 vorgesehen. Die beiden seitlich äußeren elastischen ringförmigen Zwischenlagen 5 und 6 sind gleichkonfiguriert und schaffen einen elastischen drehfesten Halt zwischen dem keramischen Kolbenbolzen 3 und dem keramischen Kolben 2. Die mittlere elastische ringförmige Zwischenlage 7 liegt zwischen dem keramischen Pleuelauge 8 und einer inneren Pleuellagerbüchse 9 an sich bekannter Bauart, die ihrerseits in einem Dreheingriff mit dem keramischen Kolbenbolzen 3 steht.

Die elastischen Zwischenlagen 5*6,7 befinden sich somit außerhalb des eigentlichen Drehlagerbereichs ohne Gefahr eines Verdrehens oder Mitwanderns des elastischen Glieds bei einer Lageranordnung im Betrieb (im Gegensatz zur Ausführungsform nach US-PS 4 133 585)· He elastischen Zv/i sehen lagen haben Dämpfungsfunktion und sind selbst bei ruhender Anordnung elastisch vorgespannt*

ESP-706

26.11.198a!!

• ft ft t *

lit ·&bgr; *· · · 4 a

E '. " I Il

&Ggr; t

Die Federkonstante der Zwischenlagen 5>6»7 liegt im Be-

(L 6 /

reich von 10 bis 10 N/mm pro mm Kolbenbolzendurchmesser.

Die elastischen Zwischenlagen können als an sich bekannte verschleißarme temperaturfeste Wellringe ausgebildet sein. Alternativ kommen gewebte Kissen aus metallischen Drähten in Frage, allerdings nur dann, wenn die Gefahr eines Setzens und damit die Gefahr großer Spiele nicht gegeben ist.

ESP-706
26.11.1982

Claims

• «••••«I·* / hk/ba/fr MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÜNCHEN GMBH München, 26. November 1982 ansprüche

1. Kolben-Pleuel-Lageranordnung mit einem den Kolben und C.3LS Pleuel verbindenden Kolbenbolzen, dadurch g e kennzeichnet , daß die aus Keramik ausgebildeten So7ben (2) und Kolbenbolzen (3) einerseits sowie Kolbenbolzen (3) und Pleuel (4-) andererseits über eine elastische ringförmige Zwischenlage (5j6»7) miteinander elastisch verbunden sind.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Kolben (2) und Kolbenbolzen (3) über zwei äußere elastische ringförmige Zwischenlagen (5»6) sowie Kolbenbolzen (3) und Pleuelauge (8) über eine mittlere elastische ringförmige Zwischenlage (7) miteinander verbunden sind.

3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere elastische ringförmige Zwischenlage (7) an das Pleuelauge (8) angrenzt und zwischen der mittleren elastischen ringförTn^en Zwischenlage (7) und Kolbenbolzen (3) eine Pleuellagerbüchse (9) vorgesehen ist.

ESP-706

4. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet , daß die elastischen Zwischenlagen (5,6,7) als Wellringe ausgebildet sind.

5- Lageranordnung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die Wellringe gleichkonfigurierte Hebungen und Senkungen besitzen.

6. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch, gekennzeichnet, daß die elastischen Zwischenlagen gewebte elastische Kissen aus Metallischen Drähten sind.

7. Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Drähte vorgeformt sind.

8. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß Kolben (2), Kolbenbolzen (5) "und Pleuel (4) elastisch vorgespannt miteinander verbunden sind_c

9. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die elastische Zwischenlage (5*6,7) eine Federkonstante im Bereich von 10 bis 10 B/km pro mm Kolbenbolzendurchmesser besitzt.

ESP-7Ö6
26.11.1982