DE926766C

DE926766C - Rigid piston-crosshead connection for single-acting piston engines

Info

Publication number: DE926766C
Application number: DEM15391A
Authority: DE
Inventors: Franz Kuegel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1952-09-06
Filing date: 1952-09-06
Publication date: 1955-04-25

Description

Starre Kolben-Kreuzkopfverbindung für einfach wirkende Kolbenmaschinen Bei Kolbenmaschinen mit einfacher Wirkungsweise und Kreuzkopfbauart ist es bekannt, Kolben und Kreuzkopf direkt miteinander zu verbinden, wodurch die Kolbenstange und vor allem die Stopfbüchse entbehrlich werden. Die Verbindung von Kolben und Kreuzkopf erfolgt dabei meist starr mittels einer oder mehrerer Schrauben, die im Kolbenboden zentral oder in kranzförmiger Verteilung versenkt angeordnet sind. Es ist auch bereits eine Kolben-Kreuzkopfverbindung vorgeschlagen worden, bei der die Befestigung des Kreuzkopfes am Kolben mittels Tellerschraube und flacher Mutter erfolgt.Rigid piston-crosshead connection for single-acting piston machines In piston machines with a simple mode of operation and cross-head design, it is known Connect the piston and crosshead directly to each other, making the piston rod and especially the stuffing box can be dispensed with. The connection between piston and crosshead usually takes place rigidly by means of one or more screws in the piston crown are arranged sunk centrally or in a ring-shaped distribution. It is already a piston cross-head connection has been proposed in which the attachment of the Cross head on the piston by means of a plate screw and flat nut.

Diese bekannten Anordnungen zeigen jedoch den Nachteil, daß einerseits die Kolbenbodenfläche an der Expansionsseite nicht unterbrechungsfrei bleibt und daß andererseits der Kolbenboden durch umgepumpte Luft oder Spritzöl direkt gekühlt wird, was beispielsweise bei Dampfmaschinen oder Dampfmotoren unerwünscht ist.However, these known arrangements have the disadvantage that on the one hand the piston crown surface on the expansion side does not remain uninterrupted and that, on the other hand, the piston head is cooled directly by pumped air or spray oil becomes, which is undesirable, for example, in steam engines or steam engines.

Zweck der Erfindung ist es, diese Mängel, zu beseitigen. Dies geschiehterfindungsgemäß dadurch, daß im Kreuzkopf zwischen dessen kolbenboden-und pleuelstangenseitigem Ende eine Schottwand eingebaut ist, an der einer oder mehrere durch dieselbe hindurchgeführte Gewindebolzen mit ihrem einen Ende derart verspannt und: mit ihrem anderen Ende an der Kolbenbodenwandung derart von innen her verschraubt sind', daß dadurch der Kolben, ohne daß die Gewindebolzen dessen Bodenwandung durchdringen, mit dem Kreuzkopf fest verbunden wird. Die Schottwand ist dabei derart unterteilend im Kreuzkopf eingesetzt, daß dieselbe zusammen mit dem Kolbenboden nächst dem letzteren einen allseitig abgeschlossenen Hohlraum bildet, dessen Größe durch den Abstand der Schottwand vom Kolbenboden bestimmt ist. Dieser Hohlraum kann beispielsweise bei. Dampfmaschinen, wo er verhältnismäßig groß zu halten ist, als Wärmeisolierpolster dienen, wobei das ans dem Triebwerksraum angeworfene Spritzöl od. dgl. lediglich die Schottwand beaufschlagt, ohne auf den Kolbenboden selbst schädlich einzuwirken. Andererseits kann bei Brennkraftmaschinen, wie beispielsweise Zweitaktdieselmaschinen, dieser Hohlraum kleiner bemessen sein und als Durchgangs und Wärmeaustauschraum für ein zugeführtes Kühlmittel dienen.The purpose of the invention is to remedy these deficiencies. This happens according to the invention in that in the cross head between the piston bottom and connecting rod side End of a bulkhead is installed, on which one or more passed through the same One end of the threaded bolt is so braced and: with its other end are screwed to the piston bottom wall from the inside 'that thereby the Piston with the cross head without the threaded bolts penetrating the bottom wall is firmly connected. The bulkhead is so dividing in the Crosshead used that the same together with the piston head next to the latter forms a cavity closed on all sides, the size of which is determined by the distance the bulkhead is determined by the piston crown. This cavity can, for example at. Steam engines, where it is to be kept relatively large, as heat insulating pads serve, with the spray oil thrown at the engine room or the like. Only acts on the bulkhead without damaging the piston crown itself. On the other hand, in internal combustion engines, such as two-stroke diesel engines, this cavity be dimensioned smaller and as a passage and heat exchange space serve for a supplied coolant.

Um die Erfindung noch klarer verständlich zu machen, ist dieselbe in den Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht, Hierbei ist Fig. I ein Senkrechtquerschnitt durch. eine Kolben-Kreuzkopfverbindung, vorzugsweise für Dampfmaschinen, bei der die Schottwand im Kreuzkopf verhältnismäßig weit vom Kolbenboden abgesetzt ist, so daß ein großer Hohlraum zwischen Schottwand und. Kolbenboden gebildet wird, Fig. 2 eine Querschnitt ähnlich demjenigen von Fig. I, jedoch mit im Kreuzkopf näher an" den Kolbenboden herangerückter Schottwand, wobei der dadurch nächst dem Kolbenboden gebildete Hohlraum als Durchgangs- bzw. Wärmeaustauschraum für ein Kühlmitte dient. Diese Ausführungsform eignet sich speziell für Brennkraftmaschinen.To make the invention more clearly understood is the same illustrated in the drawings of two exemplary embodiments, FIG. I a vertical cross-section through. a piston-cross-head connection, preferably for steam engines in which the bulkhead in the cross head is relatively far from Piston head is offset, so that a large cavity between the bulkhead and. Piston crown is formed, Fig. 2 is a cross section similar to that of Fig. I, but with in the crosshead closer to "the piston crown moved bulkhead, whereby the next to the piston crown formed cavity as a passage or heat exchange space serves for a cooling medium. This embodiment is particularly suitable for internal combustion engines.

Fig. 3 ist ein Einzelteilquerschnitt, worin die Verspannung des oder der den Kreuzkopf am Kolbenboden festhaltenden Gewindebolzen an der Schottwand über ein Wärmedehnungsausgleichzwischenglied gezeigt ist.Fig. 3 is an individual part cross-section, wherein the bracing of the or the threaded bolt holding the crosshead on the piston crown on the bulkhead a thermal expansion compensator link is shown.

Die gleichbleibenden Teile sind in den Zeichnungen jeweils mit den gleichen Bezugszeichen benannt.The parts that remain the same are marked with the in the drawings named with the same reference numerals.

In Fig. I ist I der Kolben, Ia der Kolbenboden, 2 der Kreuzkopf. In dem Kreuzkopf 2 ist zwischen dessen kolbenboden- und pleuelstangenseitigem Ende die allseitig abdichtende Schottwand 3 angeordnet, die entweder zusammen mit dem Kreuzkopf aus einem Materialstück geformt oder auch als lose zentrierfähige Scheibe innerhalb der Kreuzkopfwandung fest eingesetzt ist. Die Schottwand 3 hat eine Öffnung 4, durch die ein Gewindebolzen 5 geführt ist, dessen eines Ende in den Kolbenboden Ia fest eingeschraubt ist. Das ändere Ende des Gewindebolzens 5 ist beispielsweise mittels einer Mutter 6 an der Schottwand 3 verspannt, wodurch der Kreuzkopf an dem Kolben starr befestigt ist. Statt nur einer Schraubverspannung 5 können auch mehrere derartige Schraubbefestigungen vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise wird zwischen die Mutter 6 und die Verspannungsauflagerfläche der Schottwand 3 jeweils ein wärmedehnungsfähiges Ausgleichglied eingelegt, das beispielsweise eine Dehnungsausgleichscheibe 7 sein kann. Der Wärmedehnungsausgleich kann aber auch, noch in anderer Weise erzielt werden, wie dies im folgenden noch beschrieben wird. An der Stelle, wo der Gewindebolzen 5 im Kolbenboden Ia verschraubt ist, ist die Kolbenbodenwand, wie aus der Zeichnung zu ersehen, sockelartig nah innen verstärkt. Hierdurch wird vermieden, daß die Verschraubung 5 den Kolbenboden durchdringt, so daß die Kolbenboden-' fläche an der Expansionsseite durchweg unterbrechungsfrei bleibt. Dies ist einer der Vorteile der Anordnung gemäß der Erfindung. Ein weiterer Vorteil liegt, .abgesehen von der neuen Befestigungsart, in der wärmetechnischen Auswirkung der Schottwand.In Fig. I I is the piston, Ia the piston crown, 2 the cross head. In the cross head 2 is between its piston bottom and connecting rod end the all-round sealing bulkhead 3 arranged either together with the Cross head formed from one piece of material or as a loosely centerable disc is firmly inserted within the crosshead wall. The bulkhead 3 has an opening 4, through which a threaded bolt 5 is passed, one end of which into the piston head Ia is screwed in tightly. The other end of the threaded bolt 5 is for example clamped by means of a nut 6 on the bulkhead 3, whereby the cross head on the Piston is rigidly attached. Instead of just one screw tensioning 5, several can also be used such screw fastenings can be provided. Appropriately, between the nut 6 and the bracing support surface of the bulkhead 3 each have a thermally expandable one Compensating member inserted, which can be, for example, an expansion compensating disk 7 can. The thermal expansion compensation can also be achieved in other ways, as will be described below. At the point where the threaded bolt 5 is screwed into the piston head 1a, the piston head wall is as shown in the drawing to see, pedestal-like reinforced close inside. This avoids the screw connection 5 penetrates the piston crown, so that the piston crown 'surface on the expansion side remains uninterrupted throughout. This is one of the advantages of the arrangement according to FIG the invention. Another advantage is, apart from the new type of fastening, in the thermal effect of the bulkhead.

Wie aus Fig. I zu ersehen, ist :in diesem Falle, der sich speziell auf die Anwendung der Erfindung für Dampfmaschinen, Heißluftmotoren usw. bezieht, die Schottwand 3 ziemlich weit von dem Kolbenboden Ia abgesetzt. Da die Schottwand 3 nach allen Seiten hin abdichtet, wird durch die Teile Ia 2, 3 ein den Kolbenboden von der Triebwerksseite trennender, verhältnismäßig großer geschlossener Hohlzaum 8 geschaffen, der beispielsweise bei Dampfmaschinen ein erwünschtes Wärmeisolierpolster abgibt. Zu diesem Zweck kann. der Hohlraum 8 entweder mit ruhender Luft oder mit einem anderen geeigneten Wärmeisoliermittel gefüllt sein. Das Abwandern der Wärme von der Expansionsstelle oder vom mittleren Kolbenboden aus ist bei vorstehender Anordnung nur noch über die Kreuzkopfwandung bzw. den Kreuzkopfmantel mögl'ich. Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung keine unmittelbare Beaufschlagung am Kolben durch Spritzöl oder umgepumpte Luft aus dem Triebwerkraum stattfinden, da die Schottwand diese schädlichen Einflüsse abfängt. Die Erfindung bedingt aber auch keine materialmäßige Verteuerung der Kolben-Kreuzkopfkonstruktion, da der Querschnitt des verlängerten Kreuzkopfmantels vergleichsweise nicht größer als der einer sonst üblichen Kolbenstange ist.As can be seen from Fig. I: in this case, which is specifically relates to the application of the invention for steam engines, hot air engines, etc., the bulkhead 3 is set off quite a distance from the piston head Ia. As the bulkhead 3 seals on all sides, is through the parts Ia 2, 3 a the piston head Relatively large closed hollow bridle separating from the engine side 8 created, which is a desired heat insulating pad, for example in steam engines gives away. To this end can. the cavity 8 either with still air or with filled with another suitable thermal insulation medium. The migration of heat from the expansion point or from the middle piston crown is at the above Arrangement only possible via the crosshead wall or the crosshead jacket. In addition, in the case of the arrangement according to the invention, no direct application can be made take place on the piston through spray oil or pumped air from the engine room, because the bulkhead absorbs these harmful influences. However, the invention requires also no material-related increase in the cost of the piston cross-head construction, since the cross-section of the elongated crosshead jacket is comparatively no larger than that of any other usual piston rod is.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, die sich speziell, für Kolbenmaschinen einet, bei denen eine Kühlung des Kolbenbodens erwünscht ist, wie dies beispielsweise für Brennkraftmaschinen zutrifft. Der Aufbau der Kolben-Kreuzkopfverbindung ist grundsätzlich der gleiche wie in Fig. I, nur daß !hier die Schottwand 3 näher an den Kolbenboden Ia herangerückt ist. Hierdurch wird nächst dem Kolbenboden ein kleinerer Hohlraum 8a geschaffen, der als Durchgangs- oder Wärmeaustanschraum für ein möglichst schnell umzusetzendes Kwhl:mittell dient. Das Kühlmittel, beispielsweise Motorenöl, wird dabei. zweckmäßigerweiee von der ('hierin nicht gezeigten) Kurbelwelle !her durch eine Bohrung g der Pleuelstange io, den hohlien Kreuzkopfzapfen i i und ehre weitere Bohrung 12 im Mantel des Kreuzkopfes nach dem Hohlraum 8a gefördert, aus dem es unter Wärmeaustausch mit diem heißen Kolbenboden durch die Bohrung 13 der Schottwand 3 abfließt. Selbstverständlich kann das Kühl@mitiel den Hohlraum 8a auch in irgendeiner anderen Weisse zugeführt werden.In Fig. 2 an embodiment is shown which is specifically, for Piston machines unite in which a cooling of the piston crown is desired, such as this applies, for example, to internal combustion engines. The structure of the piston-crosshead connection is basically the same as in Fig. I, only that! Here the bulkhead 3 is closer has moved towards the piston crown Ia. This is a next to the piston crown created smaller cavity 8a as a passage or heat exchange space for a Kwhl that can be implemented as quickly as possible: medium serves. The coolant, for example Motor oil, is included. expediently from the crankshaft (not shown here) ! through a hole g in the connecting rod io, the hollow cross-head pin i i and Honor another hole 12 in the jacket of the cross head promoted to the cavity 8a, from which it exchanges heat with the hot piston crown through the bore 13 the bulkhead 3 flows off. Of course, the cooling medium can fill the cavity 8a can also be supplied in any other white.

Wie schon erwähnt, spielen bei-in Aufspannen des Kreuzkopfes 2 an dem Kolben i die Wärmedehnungsverhätnisse der ineinandergefügten Teile, die üblicherweise aus verschiedenem Material hergestellt sind, eine nicht zu vernachlässigende Rolle. So besteht beispielsweise der Kolbenboden gewöhnlieh aus Stahl, während der Kreuzkopfmantel Gußeisen als Ausgangsmaterial hat. Der diese Teile erfindungsgemäß zusammenhaltende Gewindebolzen 5 ist ebenfalls aus Stahl. Es ist sonach erforderlich, an der Stelle, wo der oder die Gewindebolzen 5 mit der Schottwand 3 verspannt sind, ein Wärmedehnungsausgleichglied zwischenzuschalten, als welches bereits die Dehnungsausgleichscheibe 7 angegeben wurde.As already mentioned, allude to the clamping of the cross head 2 the piston i the thermal expansion ratios of the parts that are inserted into one another, the are usually made of different materials, one not to be neglected Role. For example, the piston crown is usually made of steel, while the Crosshead coat has cast iron as the starting material. The these parts according to the invention cohesive threaded bolt 5 is also made of steel. It is therefore necessary at the point where the threaded bolt or bolts 5 are braced with the bulkhead 3, to interpose a thermal expansion compensation element, as which is already the expansion compensation disk 7 was specified.

In Fig. 3 ist in vergrößerter Darstellung eine Anordnung im Teilschnitt gezeigt, durch die der erforderliche Wärmedehnungsausgleich an der Verspannstelle der Schottwand noch vorteilhafter erreicht wird. Hierin ist 3 wieder die Schottwand, die Öffnung in der Schottwand, durch die der Gewindebolzen 5 geführt ist. Der an dem nicht mit dargestellten Kolbenboden verschraubte Gewindebolzen 5 ist auf der dem Kolbenboden abgekehrten Seite der Schottwand 3 über die letztere hinaus um ein derartiges Stück verlängert, daß an dem betreffenden Gewindebolzenende beispielsweise eine den Gewindebolzen 5 an der Schottwand 3 verspannende hochbockige Kronenmutter I4 aufgesetzt werden kann. Bei den vorgenannten Ausgangsmaterialien der in Frage stehenden Einbauteile ist die Kronenmutter 14 zweckmäßigerweise aus austenitischem Stahl hergestellt. Die bei dieser Anordnung für den Wärmedehnungsausgleich zur Verfügung stehende Dehnungslänge ist, wie zu ersehen, gegenüber derjenigen einer bloßen Scheibe wesentlich größer und in Fig. 3 beispielsweise mit dl angedeutet. Auf diese Weise wird eine äußerst zuverlässige Befestigung von Kolben und Kreuzkopf erreicht.In Fig. 3 is an enlarged view of an arrangement in partial section shown, through which the necessary thermal expansion compensation at the bracing point the bulkhead is achieved even more advantageously. Here is 3 again the bulkhead, the opening in the bulkhead through which the threaded bolt 5 is guided. The on the not shown with screwed piston head threaded bolt 5 is on the the side of the bulkhead 3 facing away from the piston head over the latter by a such piece extended that at the relevant threaded bolt end, for example a tall castle nut bracing the threaded bolt 5 on the bulkhead 3 I4 can be attached. In the case of the aforementioned starting materials in question standing built-in parts, the castle nut 14 is expediently made of austenitic Steel made. This is available for thermal expansion compensation in this arrangement As can be seen, the standing elongation length is compared to that of a bare disk much larger and indicated in Fig. 3, for example, with dl. In this way an extremely reliable attachment of the piston and cross head is achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Rigid piston-cross-head connection for easy acting piston machines, z. B. steam engines, internal combustion engines or the like., As a result characterized in that in the cross head (2) between the piston bottom and connecting rod side End of a bulkhead (3) is installed, on which one or more through the same threaded bolts (5) passed through with one end thereof so braced and with its other end screwed to the piston bottom wall Ia in this way from the inside are that thereby the piston without the threaded bolt the piston crown wall penetrate, with the cross head is firmly connected.

2. Piston cross-head connection according to claim I, characterized in that the bulkhead (3) when the Cross head together with the piston crown (yes) a cavity enclosed on all sides (8, 8a), which, depending on the operating requirements, by larger or smaller The distance between the bulkhead and the piston crown surface is larger or smaller.

3. Piston cross-head connection according to Claims I and 2, characterized in that that the larger cavity (8), which is used, for example, in steam engines as a heat insulating pad is used, filled with still air or another suitable thermal insulation medium is. .

Piston cross-head connection according to Claims 1 and 2, characterized in that that the smaller cavity (8a), which is used, for example, in internal combustion engines as a heat exchange space serves, has inlet and outlet openings through which a coolant is supplied and discharged will.

5. piston-cross head connection according to claim 4, characterized in that as a coolant, for example, engine oil is used, which may have the connecting rod is fed to the cavity (8a).

6. Piston-crosshead connection according to claims I to 5, characterized in that the bulkhead (3) in the cross head (2) cast in, welded or just fixed as a centerable, loose disk is used.

7. Piston cross-head connection according to claims I to 6, characterized in that the piston head (yes) is reinforced inwardly in a socket-like manner at the screw-in points of the threaded bolts (5). B. piston cross-head connection according to claims I to 7, characterized in that the bracing of the threaded bolt or bolts (5) on the bulkhead (3) preferably via a thermal expansion compensation member having a larger expansion range, such as a tall castle nut (I4) austenitic steel. G. Koilben-Kreuzlcopfverbi: n, dung according to claim 8, characterized in that the threaded bolt (5) is extended accordingly to the connecting rod side beyond the bulkhead (3) for the purpose of receiving the castle nut (1d :). Cited publications: German patent specifications No. 661 16o, 71g 682; Swiss patents No. 266 96o, 273 18o.