WO1996038683A1 - Kolben-pleuel-anordnung für brennkraftmaschinen - Google Patents

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WO1996038683A1
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Siegfried Mielke
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Kolbenschmidt Ag
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a piston-connecting rod arrangement for internal combustion engines according to the preamble of claim 1 or 2.
  • Piston-connecting rod arrangements of this type are distinguished by a good degree of guidance of the piston, by a comparatively short piston skirt, an absolutely axially symmetrical thermal expansion and a tight play between the piston and the cylinder liner.
  • DE-A-4 016 723 describes a piston-connecting rod arrangement for internal combustion engines, which consists of an upper and lower part comprising pistons cast from aluminum alloy and a spherical connecting rod head.
  • the connecting rod head is mounted on the side facing away from the connecting rod in a spherical segment-shaped depression in the underside of the piston head and in the area adjacent to the connecting rod in a joint-bearing-shaped retaining ring which is detachably connected to the piston shaft and consists of two halves which are connected to one another by cylindrical pins .
  • On the outer circumference of the retaining ring there is a recess in its lower section and directly opposite above the fitting on the piston skirt, which is provided with a thread on the side of the piston skirt.
  • a threaded ring is screwed into the hollow cylindrical recess formed by the recess so that the retaining ring is braced against the collar cast on the inside of the piston skirt.
  • the insertion of the connecting rod in the piston is facilitated by the fact that the axes of symmetry of the connecting rod head and connecting rod are preferably offset parallel to one another and / or that the diameter of the smaller opening of the retaining ring connected to the piston shaft is made larger in at least one sector than in the remaining circumferential area.
  • the piston is composed of an upper and a lower part, which are connected by soldering, welding, shrinking, screwing or the like, the bearing surfaces for the connecting rod head and the mating surfaces of the piston components expediently are finished before joining.
  • the upper part of the piston can comprise the top land, the ring field the piston crown and the upper section of the piston skirt.
  • the piston shaft In order to be able to reach the connecting rod head after assembly in the piston, it may be appropriate for the piston shaft to be provided with at least one opening in the region between the spherical segment-shaped depression of the underside of the piston crown and the larger opening of the retaining ring.
  • a special design of the piston-connecting rod arrangement can be seen in the fact that parts of the connecting rod head and / or parts of the upper section of the connecting rod are guided in the piston with a positive fit.
  • the cross-section of the connecting rod in the transition area to the connecting rod head has a cross-section with a ratio of width to height that differs from 1.
  • connecting rod head may be advantageous to join the connecting rod head from several removable components.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through the piston-connecting rod arrangement along a plane including the piston axis and the connecting rod oscillation plane.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the piston-connecting rod arrangement along the plane including the piston axis and the plane perpendicular to the connecting rod oscillation plane.
  • the piston consists of an upper piston section comprising the piston crown (1), the top land (2) and the ring field (3) and the lower piston section forming the piston skirt (5).
  • the piston which is cast from aluminum piston alloy, there is a connecting rod head (6) in the form of a spherical layer.
  • the upper one Ball section (7) of the connecting rod head is mounted in a recess (8) in the form of a spherical section of the underside of the piston head (1).
  • the lower ball section (10) of the connecting rod head (6) surrounding the connecting rod (9) is mounted in a spherical layer-shaped recess (11) of a retaining ring (12) cast in one piece with the inside of the piston skirt (5).
  • the connecting rod head (6) is provided on one side between the upper (7) and the lower spherical section (10) with a U-shaped recess (13). On both sides of the connecting rod oscillation plane, the connecting rod head (6) has flats (14) which are inclined from top to bottom with respect to the connecting rod axis.
  • FIGS. 3 to 7 show several process steps for installing the connecting rod head (6) in the piston.
  • the connecting rod head (6) with the recess (13) of U-shaped cross-section between the upper and lower spherical sections (7, 10) is pushed onto the retaining ring (12) by pivoting the connecting rod (9).
  • the connecting rod (9) is then pivoted so far towards the other side that the recess (13) pushes deeper onto the retaining ring (12).
  • the connecting rod head (6) can then be inserted into the interior of the piston.
  • the connecting rod head (6) can be installed.

Abstract

Bei einer Kolben-Pleuel-Anordnung für Brennkraftmaschinen ist der kugelförmige Pleuelkopf in einer kugelabschnittförmigen Vertiefung der Unterseite des Kolbenbodens und in einer kugelschichtförmigen Vertiefung eines mit der Innenseite des Kolbenschafts verbunden Halterings gleitend gelagert. Zur montagegerechten Gestaltung ist zwischen dem oberen und dem unteren Kugelabschnitt des Pleuelkopfs eine im Querschnitt maulförmige Aussparung angebracht.

Description

Beschreibung Kolben-Pleuel-Anordnung für Brennkraftmaschinen
Erfindung betrifft eine Kolben-Pleuel-Anordnung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
Derartige Kolben-Pleuel-Anordnungen zeichnen sich durch eine gute Gradführung des Kolbens, durch einen vergleichsweise kurzen Kolbenschaft, eine absolut achssymmetrische thermische Ausdehnung und ein enges Spiel zwischen Kolben und Zylinderlaufbahn aus.
In der DE-A-4 016 723 ist eine Kolben- Pleuel- Anordnung für Brennkraftmaschinen beschrieben, die aus einem Ober- und Unterteil umfassenden aus Aluminiumlegierung gegossenen Kolben und einem kugelförmigen Pleuelkopf besteht. Der Pleuelkopf ist auf der der Pleuelstange abgewandten Seite in einer kugelsabschnittförmigen Vertiefung der Unterseite des Kolbenbodens und in dem an die Pleuelstange angrenzenden Bereich in einem gelenklagerförmigen, mit dem Kolbenschaft lösbar verbundenen, Haltering gelagert, der aus zwei Hälften besteht, die durch Zylinderstifte miteinander verbunden sind. Auf dem Außenumfang des Halterings befindet sich in dessen unterem Abschnitt und unmittelbar gegenüberliegend oberhalb des Einpasses am Kolbenschaft jeweils eine Eindrehung, die auf der Seite des Kolbenschafts mit einem Gewinde versehen ist. In die durch die Eindrehung gebildete hohlzylinderförmige Ausnehmung ist ein Gewindering so eingedreht, daß der Haltering gegen den auf der Innenseite des Kolbenschafts angegossenen Bund verspannt ist. Zur Herstellung der Kolben-Pleuel-Anordnung sind mehrere Bauteile, die mit engen Toleranzen und Fügepassungen gefertigt sind, miteinander zu verbinden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolben-Pleuel-Anordnung des eingangs beschriebenen Aufbaus bereitzustellen, die eine montagegerechte Baustruktur der mit wenigen Montageoperationen zusammensetzbaren Fügeteilen besitzt. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in dem Anspruch 1 und/oder Anspruch 2 aufgeführte Merkmalskombination gelöst.
Diese Merkmalskombinationen sind insbesondere durch die in den Ansprüchen 3 bis 9 beschriebenen Merkmale in vorteilhafter Weise ausgestaltet. Insbesondere durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Pleuelkopfs wird der Montageaufwand für die Herstellung der Kolben-Pleuel-Anordnung deutlich verringert, wobei die Anforderungen an die Toleranzen und Fügepassungen vergleichsweise niedriger sein können. Darüber hinaus werden durch die Aussparung und die Abflachung des Pleuelkopfs eine deutliche Gewichtsminderung erzielt.
Das Einsetzen des Pleuels in den Kolben wird dadurch erleichtert, daß die Symmetrieachsen vom Pleuelkopf und Pleuelstange vorzugsweise parallel gegeneinander versetzt sind und/oder daß der Durchmesser der kleineren Öffnung des mit dem Kolbenschaft verbundenen Halterings in wenigstens einem Sektor größer als im übrigen Umfangsbereich gefertigt ist.
Im Rahmen der weiteren Ausgestaltung der Kolben-Pleuel-Anordnung ist der Kolben aus einem oberen und einem unteren Teil, die durch Löten, Schweißen, Schrumpfen, Schrauben oder dergleichen verbunden sind, gefügt, wobei zweckmäßigerweise die Lagerflächen für den Pleuelkopf und die Paßflächen der Kolbenbauteile vor dem Fügen endbearbeitet sind.
Der obere Teil des Kolbens kann den Feuersteg, das Ringfeld den Kolbenboden und den oberen Abschnitt des Kolbenschafts umfassen.
Um den Pleuelkopf nach der Montage im Kolben erreichen zu können, kann es angebracht sein, daß der Kolbenschaft im Bereich zwischen der kugelabschnittförmigen Vertiefung der Unterseite des Kolbenbodens und der größeren Öffnung des Halterings wenigstens mit einer Durchbrechung versehen ist. Eine besondere Ausbildung der Kolben-Pleuel-Anordnung ist darin zu sehen, daß Teile des Pleuelkopfs und/oder Teile des oberen Abschnitts der Pleuelstange fυrmschlUssig im Kolben geführt sind.
Teile des Pleuelkopfes und oder Teile des oberen Abschnitts der Pleuelstange sind unter Auslenkungswinkeln, wie sie im Motorbetrieb durch die Kurbelwelle hervorgerufen werden, formschlüssig im Kolben geführt, wobei die FUhrungselemente in ihrer räumlichen Ausdehnung so beschaffen sind, daß bei größeren Auslenkungen des Pleuels, wie diese gezielt bei der Hontage , von Pleuel und Kolben einstellbar sind, ein relatives Verdrehen von Pleuelkopf und Kolben zueinander möglich ist
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Querschnitt der Pleuelstange im Übergangsbereich zum Pleuelkopf einen Querschnitt mit einem von 1 abweichenden Verhältnis von Breite zu Höhe auf.
Von Vorteil kann es sein, den Pleuelkopf aus mehreren deraontierbaren Bauteilen zu fügen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kolben-Pleuel-Anordnung entlang einer die Kolbenachse und die Pleuelschwingebene einschließenden Ebene.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Kolben-Pleuel-Anordnung entlang der die Kolbenachse und die senkrecht auf der Pleuelschwingebene stehende Ebene einschließenden Ebene.
Der Kolben besteht aus einer den Kolbenboden (1), den Feuersteg (2) und das Ringfeld (3) umfassenden oberen Kolbenpartie und der den Kolbenschaft (5) bildenden unteren Kolbenpartie. In dem aus Aluminiumkolbenlegierung gegossenen Kolben ist ein kugelschichtförmiger Pleuelkopf (6) gelagert Der obere Kugelabschnitt (7) des Pleuelkopfs ist in einer kugelabschnittförmigen Vertiefung (8) der Unterseite des Kolbenbodens (1) gelagert. Der untere die Pleuelstange (9) umgebende Kugelabschnitt ( 10) des Pleuelkopfes (6) ist in einer kugelschichtförmigen Vertiefung (11) eines einteilig mit der Innenseite des Kolbenschafts (5) gegossenen Halterings (12) gelagert. Der Pleuelkopf (6) ist auf einer Seite zwischen dem oberen (7) und dem unteren Kugelabschnitt (10) mit einer U-förmigen Ausnehmung (13) versehen. Beidseitig der Pleuelschwingebene besitzt der Pleuelkopf (6) zur Pleuelachse von oben nach unten geneigte Abflachungen (14).
In den Figuren 3 bis 7 sind mehrere Verfahrensschritte zum Einbau des Pleuelkopfs (6) in den Kolben wiedergegeben. Dabei wird der Pleuelkopf (6) mit der zwischen dem oberen und dem unteren Kugelabschnitt (7, 10) angebrachten im Querschnitt U-förmigen Aussparung (13) durch Schwenken der Pleuelstange (9) auf den Haltering ( 12) aufgeschoben. Die Pleuelstange (9) wird dann so weit zur anderen Seite hin geschwenkt, daß sich die Aussparung ( 13) tiefer auf den Haltering (12) aufschiebt. Durch weiteres Schwenken der Pleuelstange ist der Pleuelkopf (6) dann in das innere des Kolbens einsetzbar. Durch Zurückschwenken der Pleuelstange in die vertikale Position ist die Einbauposition des Pleuelkopfs (6) erreicht.
ERSATZBLÄΓT (REGEL 26)

Claims

Patentansprüche
1. Kolben-Pleuel-Anordnung für Brennkraftmaschinen bestehend aus einer Kolbenboden ( 1), Feuersteg (2) und Ringfeld (3) umfassenden oberen Kolbenpartie (4) einer den Schaft bildenden unteren Kolbenpartie (5) und einem kugelförmigen Pleuelkopf (6), der mit dem oberen Kugelabschnitt (7) in einer kugelabschnittförmigen Vertiefung (8) der Unterseite des Kolbenbodens und der mit dem unteren die Pleuelstange (9) umgebenden Kugelabschnitt (10) in einer kugelschichtförmigen Vertiefung (11) eines mit der Innenseite des Kolbenschafts verbundenen Halterings ( 12) gleitend gelagert ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen und dem unteren Kugelabschnitt (7, 10) eine im Querschnitt maulförraige Aussparung (13) angebracht ist
2. Kolben-Pleuel- Anordnung für Brennkraftmaschinen bestehend aus einer Kolbenboden (1), Feuersteg (2) und Ringfeld (3) umfassenden oberen Kolbenpartie (4) eine den Schaft bildenden unteren Kolbenpartie (5) und einem kugelförmigen Pleuelkopf (6), der mit dem oberen Kugelabschnitt (7) in einer kugelabschnittförmigen Vertiefung (8) der Unterseite des Kolbenbodens und der mit dem unteren die Pleuelstange (9) umgebenden Kugelabschnitt in einer kugelschichtförmigen Vertiefung (11) eines mit der Innenseite des Kolbenschafts verbundenen Halterings (12) gleitend gelagert ist insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem oberen und dem unteren Kugelabschnitt (7, 10) des Pleuelkopfs eine oder mehrere Abflachungen (14) vorhanden sind.
3. Kolben-Pleuel- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aussparung (13) über den gesamten Umfang erstreckt
4. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aussparung (13) Ober einen Teil des Urafangs erstreckt
ERSATZBLÄΠ (REGEL 26)
5. Kolben-Pleuel- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer teilweisen umlaufenden Aussparung (13), auf der die Symmetrieachse des Pleuelkopfs einschließendem Projektionsebene gegenüber liegenden Seite eine weitere Aussparung vorgesehen ist.
6. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (13) zu beiden Seiten der senkrecht auf der Symmetrieachse des Pleuelkopfs (6) stehenden, durch den Mittelpunkt des Pleuelkopfs verlaufenden Ebene liegt.
7. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil vorzugsweise mehr als 55 % der Aussparung ( 13) unterhalb der durch den Mittelpunkt des Pleuelkopfs (6) verlaufenden senkrecht auf der Symmetrieachse des Pleuelkopfs stehenden Ebene liegt.
8. Kolben-Pleuel- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Mittelpunkt des Pleuelkopfs (6) zum tiefsten Punkt der Aussparung ( 13) gerichteter Pfeil im wesentlichen senkrecht auf der Symmetrieachse des Pleuelkopfs steht.
9. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachung ( 14) parallel oder geneigt zur Pleuelachse verläuft.
10. Kolben-Pleuel- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachsen von Pleuelkopf (6) und Pleuelstange (9) vorzugsweise parallel gegeneinander versetzt sind.
11. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der kleineren Öffnung des mit dem Kolbenschaft (5) verbundenen Halterings (12) in wenigstens einem Sektor größer als im übrigen Umfangsbereich ausgebildet ist.
ERSATZBLÄTT (REGEL 26)
12. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Höhe der Lagerfläche ( 11 ) des Halterings ( 12) kleiner gleich der axialen Höhe der Aussparung (13) des Pleuelkopfs (6) ist.
13. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus einem oberen und einem unteren Teil besteht, die durch Löten, Schweißen, Schrumpfen, Schrauben, Kleben oder dergleichen gefügt sind.
14. Kolben-Pleuel- Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflächen für den Pleuelkopf (6) und die Paßflächen der Kolbenbauteile vor dem Fügen endbearbeitet sind.
15. Kolben-Pleuel- Anordnung nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Kolbens Feuersteg (1), Ringfeld (2), Kolbenboden (3) und den oberen Abschnitt des Kolbenschafts (5) umfaßt.
16. Kolben-Pleuel- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschaft (5) im Bereich zwischen der kugelabschnittförmigen Vertiefung (8) der Unterseite des Kolbenbodens (1) und der größeren Öffnung des Halterings (12) wenigstens eine Durchbrechung besitzt.
17. Kolben-Pleuel-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Pleuelkopfs (6) und/oder Teile des oberen Abschnitts der Pleuelstange (9) formschlüssig im Kolben geführt sind.
18. Kolben-Pleuel- Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Pleuelkopfs (6) und/oder Teile des oberen Abschnitts der Pleuelstange (9) unter Auslenkungswinkeln, wie sie im Motorbetrieb durch die Kurbelwelle hervorgerufen werden, formschlüssig im Kolben geführt sind und daß die
Führungselemente in ihrer räumlichen Ausdehnung dabei so beschaffen sind, daß bei größeren Auslenkungen des Pleuels, wie diese gezielt bei der Montage von
Pleuel und Kolben einstellbar sind, ein relatives Verdrehen von Pleuel und
Kolben zueinander möglich ist.
19. Kolben-Pleuel- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Pleuelstange im Übergangsbereich zum Pleuelkopf ein von 1 abweichendes Verhältnis von Breite zu Höhe aufweist.
20. Kolben-Pleuel- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelkopf (6) aus mehreren demontierbaren Bauteilen gefügt ist.
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