DE864172C

DE864172C - Driving rod for high-speed piston engines, especially internal combustion engines

Info

Publication number: DE864172C
Application number: DEL8798A
Authority: DE
Inventors: Willy Lehmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-04-18
Filing date: 1951-04-18
Publication date: 1953-01-22

Description

Treibstange für schnell laufende Kolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf Treibstangen schnell laufender Kolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, und hat den Zweck, die Lagerschrauben des zweiteilig ausgeführten Treibstangenkopfes von den hohen Wechselkräften aus den Massenwirkungen dadurch zu entlasten, daß die Schraubenspannkraft in mehreren Wirkungsebenen angreift zur Erzeugung von Zusatzreibungen an zusätzlich angeordneten Flächen.Driving rod for high-speed piston engines, in particular internal combustion engines The invention relates to drive rods of high-speed piston engines, in particular Internal combustion engines, and has the purpose of the bearing bolts of the two-part Driving rod head from the high alternating forces from the mass effects thereby to relieve that the bolt tensioning force engages in several levels of action for Generation of additional friction on additionally arranged surfaces.

Es ist bekannt, daß durch Bruch von Treibstangenlagerschrauben der Volkswirtschaft laufend erhebliche Schäden entstehen, weil durch einen Schraubenbruch auch meistens der Motor zerstört wird.It is known that by breakage of drive rod bearing screws The economy is constantly suffering considerable damage because of a broken screw also mostly the engine is destroyed.

Es ist weiter bekannt, daß die Treibstangenschrauben bei Leichtbaumotoren nur so lange die hohen Wechsellasten aufnehmen können, als diese unter einer statischen Vorspannung stehen,,die die höchsten Wechsellasten übersteigt. Besonders bei kleinen Motoren ergibt sich aus den engen Raumverhältnissen eine sehr geringe, federnde Schraubenlänge, so daß nach kurzer Laufzeit des Motors die Schraubenvorspannung, durch Angleichung der Schraubenköpfe und Gewinde an ihre Gegenlagen, vermindert wird und ein Dauerbruch möglich ist.It is also known that the connecting rod screws in lightweight engines can only withstand the high alternating loads as long as they are under a static one Preload, which exceeds the highest alternating loads. Especially with small ones Motors results from the tight space conditions a very low, resilient Screw length, so that after a short running time of the motor the screw preload, by aligning the screw heads and threads with their counterparts and a fatigue break is possible.

Es ist bekannt, die Lagerdeckel der Treibstangen durch Paßschrauben oder durch eine symmetrische Verzahnung gegen die Kräfte quer zur Hauptachse der Treibstangen zu fixieren. Diese Mittel können jedoch die Lagerdeckelschrauben in ihrer Hauptbelastungsrichtung vor den Wechsellasten und den daraus resultierenden Schwingungen nicht schützen. 'Gemäß' cer Erfindung sind die beiden Teilüngsflachen des Treibstangenkopfes sägezahnartg aufgeteilt. Während etwa die Hälfte aller Zahnflanken etwa parallel zur Schraubenlängsachse verlaufen, sind die restlichenFlankeri zu dieserRichtung stark ,,geneigt ;und laufen an den höchsten und tiefsten @- Stellen mit den- zuerst genannten Flanken zusammen, @woraus sich keilartige Prismen. ergeben. Der Keilwinkel liegt im Mittel zwischen q.5 und 6o°, kann aber auch zwischen 30 und 70°- betragen. Die . Zahnform ist so beschaffen, daß nur :die Flanken zur -Anlage kommen, während die Zahnköpfe gegen die Zahnfüße Spiel haben. Wird nun der als Gegenstück ausgebildeteLagerdeckel durch die Schrauben gegen die Treibstange gepreßt, @*.so- legen sich die Zahnflanken desselben gegen die in gleicher Richtung stehenden Flanken der Treibstange, wodurch das Ganze allseitig fest verspannt wird. Diese Verspannung in mehreren Richtungen verhindert die kleinsten Eigenbewegungen der einzelnen Teile zueinander, wodurch Abnutzungen, die zum Spannungsabbau führen würden, vermieden werden.It is known to fix the bearing caps of the drive rods by fitting screws or by symmetrical toothing against the forces transversely to the main axis of the drive rods. However, these means cannot protect the bearing cap screws from the alternating loads and the resulting vibrations in their main load direction. According to the invention, the two surfaces of the connecting rod head are divided in a sawtooth manner. While about half of all tooth flanks run roughly parallel to the longitudinal axis of the screw, the remaining flanks are strongly inclined towards this direction and converge at the highest and lowest points with the first-mentioned flanks, resulting in wedge-like prisms. result. The wedge angle is on average between q.5 and 60 °, but can also be between 30 and 70 °. The . The shape of the tooth is such that only: the flanks come to rest, while the tooth tips have play against the tooth roots. If the bearing cover, designed as a counterpart, is now pressed against the drive rod by the screws, @ *., The tooth flanks of the same lie against the flanks of the drive rod in the same direction, whereby the whole is firmly clamped on all sides. This tension in several directions prevents the slightest intrinsic movements of the individual parts in relation to one another, which avoids wear and tear that would lead to a reduction in tension.

Besonders wirkungsvoll ist die Anwendung der Erfindung auf an sich bekannte Treibstangenausführungen, deren Teilungsebene des Lagerkopfes -zur Längsachse der Treibstange einen kleineren Winkel als go° einschließt; diese Wirkung steigt mit abnehmendem Winkel rasch an. Die Reaktionskraft, die sich aus Verzögerungs- bzw. Beschleunigungskräften der hin und her gehenden Massen des Triebwerkes zuzüglich der Zentrifugalkräfte der- rotierenden Teile zusammensetzt, übt im oberen (äußeren) Totpunkt des Arbeitskolbens, als dem Ort der weitaus größten Wirkung, auf den Treibstangenlagerdeckel und die Schrauben starke Zugkräfte aus. Diese Kräfte werden mit abnehmendem Teilungswinkel immer mehr von den Zahnflanken aufgenommen, ohne die Schraubenvorspannung wesentlich zu beanspruchen.The application of the invention to per se is particularly effective Known drive rod designs, the plane of division of the bearing head -to the longitudinal axis the drive rod encloses an angle smaller than go °; this effect increases increases rapidly with decreasing angle. The reaction force resulting from deceleration or acceleration forces of the moving masses of the engine plus composed of centrifugal forces of the rotating parts, exercises in the upper (outer) Dead center of the working piston, as the place of by far the greatest effect, on the connecting rod bearing cover and the screws exert strong tensile forces. These forces are increasing with a decreasing pitch angle more and more taken up by the tooth flanks without the screw preload significantly to claim.

In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Abb. i zeigt einen senkrechten Schnitt parallel der Kurbelschwingebene durch Zylinder i, Kolben 2, Treibstange 3, deren Lagerdeckel q. mit Schrauben 5, Kurbelzapfenlager 6 und Kurbelzapfen 7. Die Kurbelwellenmitte ist mit ß bezeichnet. Die Teilungsebene 3a des Treibstangenkopfes liegt in Abb. i unter dem Winkel a = go°: Die Abbildung zeigt das Triebwerk im oberen (äußeren) Totpunkt, dem Ort der größten Beanspruchung des Treibstangenlagerdeckels .4 und der Schrauben 5. Die zusammengefaßtenKräfte: Verzögerungs- bzw. Beschleunigungskräfte aus den hin und her gehenden Massen und Zentrifugalkräfte aus,den rotierenden Massen sind mit A bezeichnet. Die Reaktionskraft zu A trägt den Buchstaben-B und wirkt über den Kurbelzapfen 7 auf den Kurbellagerdeckel 4. und die Schratiben.5 auf die Treibstange 3.In the drawing, the invention is shown in two exemplary embodiments. Fig. I shows a vertical section parallel to the crank swing plane through the cylinder i, piston 2, drive rod 3, the bearing cover of which q. with screws 5, crank pin bearing 6 and crank pin 7. The center of the crankshaft is marked with ß. The partition plane 3a of the connecting rod head is in Fig. I at the angle a = go °: The figure shows the engine in top (outer) dead center, the place of greatest stress of the connecting rod bearing cover .4 and the screws 5. The combined forces: Deceleration and acceleration forces from the masses moving back and forth and Centrifugal forces, the rotating masses are denoted by A. The reaction force to A bears the letter-B and acts via the crank pin 7 on the crank bearing cover 4. and the Schratiben.5 on the connecting rod 3.

Abb.3 zeigt die bekannte symmetrische Verzahnung zwischen den Teilungsflächen des Kurbellagerkopfes. Abb. q. stellt den Kräfteplan dar bei der in Abb. i angenommenen Teilungsebene 3a unter dem Winkel a = go°. Darin ist die Massenreaktionskraft wieder mit B und die Schraubenvorspannung mit C bezeichnet. An den Keilwinkeln b in der Teilungsebene zerlegt sich C in die Komponenten D und E. Während die Kraft E den Deckel q. gegen die Schrägflanken g der Treibstange 3 preßt, legen sieh unter der Wirkung von D die Flanken ic von Deckel und Treibstange fest aneinander. Die Kraftäußerung erfolgt etwa rechtwinklig zur Schraubenachse, D = C/tg b. Anpreßkraft E = C/sin b.Fig.3 shows the well-known symmetrical toothing between the dividing surfaces of the crank bearing head. Fig.q. represents the force plan for the one assumed in Fig. i Parting plane 3a at the angle a = go °. In this is the mass reaction force again with B and the screw preload with C. At the wedge angles b in the The division plane divides C into the components D and E. While the force E denotes Cover q. against the inclined flanks g of the drive rod 3 presses, see under the Effect of D the flanks ic of the cover and connecting rod tightly together. The expression of force occurs approximately at right angles to the screw axis, D = C / tg b. Contact pressure E = C / sin b.

Abh: 2: zeigt die gleiche Treibstange 3, jedoch liegt hier die Teilungsebene 3a im Winkel ca= 30° als Beispiel. Den sich daraus ergebenden Kräfteplan zeigt Abb. 5. Wiederum ergibt sich aus C die Komponente D und E in gleicher Größe und Richtung wie in Abb. .4. Hinzu kommt nun die Wirkung der Reaktionskraft B. Diese stützt sich nun, je nach Größe des Teilungswinkels a, mehr oder weniger auf den Zahnflanken io ab. Die sich ergebenden Komponenten nach Abb. 5 sind mit F und G bezeichnet. Kraft G wirkt der Schraubenvorspannung C entgegen, während sich F zu der Abstützkraft D, quer zur Schraubenspannung C, addiert, also den inneren Vorspannungsdruck des Treibstangenkopfes in Abhängigkeit von den Massenkräften erhöht. Die verhältnismäßige Größe dieser Komponenten ist: F = B - cos a und G = B - sin a; mit kleiner werdendem Winkel a wird diese abhebende Kraft bedeutungslos.Abh: 2: shows the same drive rod 3, but here the dividing plane 3a is at an angle of approx = 30 ° as an example. The resulting force plan is shown in Fig. 5. Again, the components D and E result from C in the same size and direction as in Fig. 4. In addition, there is now the effect of the reaction force B. Depending on the size of the pitch angle α, this is more or less based on the tooth flanks io. The resulting components according to Fig. 5 are labeled F and G. Force G counteracts the screw preload C, while F is added to the supporting force D, transversely to the screw tension C, i.e. the internal preload pressure of the drive rod head increases as a function of the inertia forces. The relative magnitude of these components is: F = B - cos a and G = B - sin a; as the angle a becomes smaller, this lifting force becomes meaningless.

Claims

PATENT CLAIMS-i. Driving rod for high-speed piston engines, in particular internal combustion engines with split crank bearing heads and toothed dividing surfaces, characterized in that about half of the intermeshing tooth flanks (io) are arranged parallel or up to io ° at an angle to the longitudinal axes of the screws, while the supplementary flanks (g) are inclined to the former with a wedge angle between 3o and 7ö °.

2. Driving rod according to claim i; characterized in that these gears are a mirror image of the center of the bearing.

3. Driving rod according to claim i and 2, characterized in that the included angle between the longitudinal axis of the drive rod and parting plane (3a) of the crank bearing head smaller than go °, but larger than io ° is.