WO2007028718A1 - Kolben-pleuel verbindung - Google Patents

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WO2007028718A1
WO2007028718A1 PCT/EP2006/065599 EP2006065599W WO2007028718A1 WO 2007028718 A1 WO2007028718 A1 WO 2007028718A1 EP 2006065599 W EP2006065599 W EP 2006065599W WO 2007028718 A1 WO2007028718 A1 WO 2007028718A1
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WO
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piston
connecting rod
side end
end portion
pin
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/065599
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English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Brabek
Alfred Schweighofer
Original Assignee
Acc Austria Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10—Connection to driving members
    • F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
    • F16J1/16—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with gudgeon-pin; Gudgeon-pins
    • F16J1/18—Securing of gudgeon-pins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J7/00—Piston-rods

Definitions

  • a piston pin is provided, which is rotatably inserted about its longitudinal axis in a direction perpendicular to the piston axis piston pin bore and connected to the piston-side end portion of the connecting rod, wherein the piston-side end portion of Pleuels passes through an axial recess of the piston, and the piston pin and the piston-side end portion of the connecting rod each having mutually associated mating surfaces, according to the preamble of claim 1.
  • a piston pin bore is usually provided in the piston in which the piston pin is mounted.
  • the piston pin in the piston pin bore can be provided about a dowel pin, which is inserted into a further bore of the piston, while the piston pin bore crosses.
  • the piston pin has this for a radial bore, so that the clamping pin penetrates with inserted piston pin in this radial bore, and thus fixes the piston pin relative to the piston.
  • a connecting rod in which the Engages the piston pin. Since the piston pin is firmly connected to the piston due to the clamping pin, the bearing surface is thus limited to the width of the connecting rod eye. This has the disadvantage of heavy use of the connecting rod eye as well as increased wear in the area of the connecting rod eye with it. In addition, one is very limited in this embodiment in terms of size. Furthermore, variants in which instead of the clamping pin a locking ring is used known. But this brings another disadvantage. Instead of a plain bearing surface in this variant, two sliding bearing surfaces are available. Since plain bearing surfaces but can be charged much less than other contact surfaces, this leads to an enlargement of the piston pin, which can be accomplished by a larger diameter or a length increase.
  • the piston-side connecting rod end is made spherical instead of the connecting rod eye and pressed into the piston.
  • the piston can be fixed in the circumferential direction only with great effort and with low accuracy. But especially with pistons with piston nose and Saugblattfederzokozan great accuracy is required, so that an execution of the piston with a piston nose is usually not possible.
  • the object of the invention to provide an arrangement for fastening a piston to a connecting rod, which avoids the disadvantages mentioned.
  • the bearing surface between the piston and connecting rod should be designed so that stresses and wear are minimized.
  • a smaller construction of the piston is to be made possible with a smaller number of components. This should ideally result in a simpler installation.
  • a good lubrication of the sliding bearing surface between the piston and connecting rod as well as a simple fixation of the piston in the circumferential direction should also be made possible.
  • Claim 1 refers to an arrangement for fastening a piston to a connecting rod, in particular for use in refrigerant compressors, in which a piston pin is provided which is rotatably inserted about a longitudinal axis in a piston pin bore extending perpendicular to the piston axis and connected to the piston-side end portion of the connecting rod is, wherein the piston-side end portion of the connecting rod passes through an axial recess of the piston, and the piston pin and the piston-side end portion of the connecting rod each having mutually associated mating surfaces.
  • connecting rods and piston pins Due to the rigid connection between the connecting rod and the piston pin displacement of the piston pin is prevented in the direction of its longitudinal axis, so that about the use of dowel pins is no longer necessary. This reduces the number of components.
  • connecting rods and piston pins are not made in one piece, since such an embodiment would make the assembly with the piston very difficult.
  • the bearing surface is also limited in an inventive arrangement also no longer on the width of the connecting rod, but includes approximately the entire piston diameter, which reduces the loads and wear of the components involved accordingly.
  • the invention provides that the mating surface of the piston pin is formed by a substantially radial bore into which the bore associated fitting surface of the piston-side end portion of the connecting rod is inserted in the assembled state of the piston pin and the piston-side end portion of the connecting rod.
  • This measure allows a constructive implementation of the arrangement according to the invention without the formation of a connecting rod at the piston end portion of the connecting rod.
  • the mating surface is located at the extreme end of the piston-side end portion becomes easy the outermost end of the piston-side end portion inserted into a corresponding bore of the piston pin.
  • the rigid connection is formed by a press fit.
  • a press fit is relatively easy to accomplish during the assembly of the connecting rod and piston pin, resulting in a simple assembly.
  • deformations in the components involved may occur during the production of the press fit.
  • the rigid connection is formed by an adhesive bond, or according to claim 4 by a solder joint.
  • the mating surface of the piston-side end portion of the connecting rod is preferably designed according to claim 5 as a cylindrical surface. Cylindrical mating surfaces are not only relatively easy to manufacture, but also allow a variation of the penetration depth of the cylindrical mating surface into the bore of the piston pin.
  • the piston-side end portion of the connecting rod is guided in the axial recess of the piston in the direction parallel to the longitudinal axis of the piston pin with little play. Since the piston pin is fixedly connected to the connecting rod, thus also the piston pin and the connecting rod itself is guided in the direction parallel to the longitudinal axis of the piston pin with little play. As a result, no further means for fixing the piston pin within the piston pin bore are necessary.
  • Claim 7 provides that the piston-side end portion of the connecting rod in its axial intercept of the piston penetrating portions in the direction parallel to the longitudinal axis of the piston pin has a fixed thickness.
  • the penetration depth of the mating surface of the connecting rod can be varied in the bore of the piston pin. Since changes in a depth of penetration of the upper and lower dead center of the piston, it can be optimized during assembly of the dead space of the piston in the cylinder.
  • Claim 8 provides that the piston-side end portion of the connecting rod merges into a connecting rod shaft whose cross-section widens in the direction of the crankshaft-side end of the connecting rod. As a result, a structural reinforcement of the connecting rod is achieved.
  • Claim 10 finally claims a hermetically sealed refrigerant compressor with an arrangement for fastening a piston to a connecting rod according to one of claims 1 to 9.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an inventive arrangement of piston, piston pin and connecting rod
  • FIG. 2 shows a sectional view of the arrangement of FIG. 1 with the aid of the cutting planes A and B, FIG.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the arrangement of FIG. 1 with the aid of the sectional plane A, FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of a possible embodiment of a connecting rod
  • FIG. 5 is a front view of a connecting rod according to the embodiment of Fig. 4,
  • FIG. 6 shows a sectional view of a connecting rod according to the embodiment of FIG. 4 along the sectional plane C, FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view of another embodiment of a connecting rod
  • FIG. 8 is a front view of a connecting rod according to the embodiment of Fig. 7,
  • FIG. 9 is a sectional view of a connecting rod according to the embodiment of Fig. 7 along the cutting plane D, 10 is a perspective view of another embodiment of a connecting rod,
  • FIG. 11 is a front view of a connecting rod according to the embodiment of Fig. 10, and
  • FIG. 12 is a sectional view of a connecting rod according to the embodiment of FIG. 10 taken along the plane E.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an inventive arrangement of a piston 1, a piston pin 3 and a connecting rod 2 is shown.
  • the piston pin 3 is inserted in a direction perpendicular to the piston axis S extending piston pin bore 5 rotatable about its longitudinal axis.
  • the connecting rod 2 has, as can be seen in particular in FIG. 2, a crank shaft-side connecting rod bearing 7, which is usually designed as a connecting rod eye and the crank pin of the crankshaft
  • Connecting rod bearing 7 is an elongated connecting rod shaft 6, which merges into a piston-side end portion 8, wherein the
  • Pleuelschaft 6 tapers in the embodiment shown in the direction of the piston-side end portion 8.
  • the piston 1 also has an axial recess 9, which is pierced in sections of the piston-side end portion 8 of the connecting rod shaft 6 in use.
  • the recess 9 is preferably designed such that in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the piston pin 3, it provides sufficient freedom of movement for the pivoting movement of the piston-side end section 8 in the direction
  • the thickness of the piston-side end portion 8 only slightly exceeds parallel to the longitudinal axis of the piston pin 3, so that the piston-side end portion 8 is guided in this direction in the recess 9 with little play.
  • the piston pin 3 and the piston-side end portion 8 of the connecting rod 2 each have mutually associated mating surfaces which are joined together in the assembled state of the piston pin 3 and the piston-side end portion 8 of the connecting rod 2 by a rigid connection.
  • the connection between the piston pin 3 and the piston-side end portion 8 of the connecting rod 2 can take place approximately via a press fit, or via an adhesive, welding or soldering connection. But there are also other types of attachment conceivable, provided that they ensure a rigid connection between the piston pin 3 and piston-side end portion 8 of the connecting rod 2.
  • the piston pin 3 has a substantially radial bore (see FIGS. 2 and 3), in which the bore associated fitting surface 4 of the piston-side end portion 8 of the connecting rod 2 is inserted.
  • the mating surface 4 of the piston-side end portion 8 is arranged at its extreme end.
  • the piston-side end portion 8 the piston pin 3 completely traverses, and thus only the lying within the bore areas of the end portion 8 are designed as a mating surface 4. In the following, however, it is assumed that only the extreme end of the piston side Endabterrorismes 8 is pressed into a corresponding bore of the piston pin 3.
  • the mating surface 4 of the piston-side end portion 8 of the connecting rod 2 is preferably designed as a cylindrical surface.
  • Cylindrical mating surfaces 4 are not only relatively easy to manufacture, but also allow a variation of the penetration depth of the cylindrical mating surface 4 in the bore of the piston pin 3.
  • the piston-side end portion 8 of the connecting rod 2 in its axial recess 9 of the piston 1 penetrating portions in the direction parallel to the longitudinal axis of the piston pin 3 has a fixed thickness.
  • the penetration depth of the mating surface 4 of the connecting rod 2 in the bore of the piston pin 3 can be varied within the recess 9 with undiminished guidance of the connecting rod 2. Since a change in the depth of penetration of the upper and lower dead position of the piston, it can be optimized during assembly of the dead space of the piston 1 in the cylinder.
  • the piston pin 3 preferably has a convex surface along its longitudinal extent. As a result, a good lubrication of the sliding bearing surfaces can be achieved. In addition, this results in lower demands on the manufacturing accuracy of the piston pin 3 and piston pin bore 5, and the material stress and the abrasion on the piston pin 3 are reduced.
  • the piston-side end section 8 of the connecting rod 2 merges into a connecting rod shaft 6 whose cross-section widens in the direction of the crankshaft-side end of the connecting rod 2.
  • This will be a structural Reinforcement of the connecting rod 2 achieved.
  • different embodiments are shown in Figs. 4 to 12.
  • the connecting rod shaft 6 extends approximately to the outermost end of the piston-side end of the connecting rod 2, wherein the piston-side end portion 8 consists essentially of the mating surface 4.
  • the cross section of the connecting rod shank 6 can be made approximately elliptical in this case.
  • the connecting rod shank 6 only extends approximately to half of the connecting rod 2, and then merges into the piston-side end section 8.
  • the mating surface 4 is arranged.
  • the cross section of the connecting rod shank 6 can be approximately rectangular in shape. According to the embodiment of FIGS.
  • the connecting rod shaft 6 also extends only approximately to half of the connecting rod 2, and then goes back into the piston-side end portion 8 again. At the outermost end of the piston-side end portion 8, in turn, the mating surface 4 is arranged. As can be seen from FIG. 12, the cross section of the connecting rod shaft 6 is, however, approximately circular.
  • the piston pin 3 is first inserted into the piston pin bore 5 of the piston 1 and aligned so that the radial bore of the piston pin 3 is oriented in the direction of the axial recess 9 of the piston 1.
  • the piston-side portion 8 can be inserted into the axial recess 9 and the fitting surface 4 can be inserted into the radial bore of the piston pin 3.
  • the rigid connection can be ensured subsequently as by pressing, gluing, welding or soldering.
  • the piston 1, the piston pin 3 and the connecting rod 2 are now fixed relative to each other.
  • the arrangement according to the invention is used, for example, in a hermetically sealed refrigerant compressor.
  • the crankshaft is driven by a motor (both are not shown in FIGS. 1 to 12) and rotated about an axis which must be substantially parallel to the axis of the piston pin 3.
  • Piston 1 implemented in the cylinder, but with the connecting rod 2 and piston pin 3 does not move relative to each other.
  • the arrangement according to the invention for fastening a piston 1 to a connecting rod 2 shifts the bearing surface completely in the direction of the piston 1, so that stresses and wear are minimized. Furthermore, a smaller construction of the piston 1 is possible with a smaller number of components and thus easier installation. In technical terms, a good lubrication of the sliding bearing surface between the piston 1 and connecting rod 2 and a radial fixation of the piston 1 can also be achieved.

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Abstract

Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2), insbesondere zum Einsatz in Kältemittelkompressoren, bei der ein Kolbenbolzen (3) vorgesehen ist, der in eine senkrecht zur Kolbenachse (S) verlaufende Kolbenbolzenbohrung (5) um seine Längsachse rotierbar eingeschoben und mit dem kolbenseitigen Endabschnitt (8) des Pleuels (2) verbunden ist, wobei der Kolbenbolzen (3) und der kolbenseitige Endabschnitt (8) des Pleuels (2) jeweils einander zugeordnete Passflächen aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die jeweils einander zugeordneten Passflächen im montierten Zustand des Kolbenbolzens (3) und des kolbenseitigen Endabschnittes (8) des Pleuels (2) durch eine starre Verbindung aneinandergefügt sind, und die Passfläche des Kolbenbolzens (3) durch eine im wesentlichen radiale Bohrung gebildet wird, in die im montierten Zustand des Kolbenbolzens (3) und des kolbenseitigen Endabschnittes (8) des Pleuels (2) die der Bohrung zugeordnete Passfläche (4) des kolbenseitigen Endabschnittes (8) des Pleuels (2) eingefügt ist.

Description

KOLBEN-PLEUEL VERBINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Anordnung zur Befestigung eines Kolbens an einem Pleuel, insbesondere zum Einsatz in Kältemittelkompressoren, bei der ein Kolbenbolzen vorgesehen ist, der in eine senkrecht zur Kolbenachse verlaufende Kolbenbolzenbohrung um seine Längsachse rotierbar eingeschoben und mit dem kolbenseitigen Endabschnitt des Pleuels verbunden ist, wobei der kolbenseitige Endabschnitt des Pleuels eine axiale Ausnehmung des Kolbens durchsetzt, und der Kolbenbolzen und der kolbenseitige Endabschnitt des Pleuels jeweils einander zugeordnete Passflächen aufweisen, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
STAND DER TECHNIK
Zur Befestigung des Kolbenbolzens am Kolben sind unterschiedliche Lösungen bekannt. So ist zumeist eine Kolbenbolzenbohrung im Kolben vorgesehen, in der der Kolbenbolzen gelagert ist. Zur Fixierung des Kolbenbolzens in der Kolbenbolzenbohrung kann etwa ein Spannstift vorgesehen sein, der in eine weitere Bohrung des Kolbens eingesetzt wird, und dabei die Kolbenbolzenbohrung quert . Der Kolbenbolzen verfügt hierzu über eine radiale Bohrung, sodass der Spannstift bei eingesetztem Kolbenbolzen in diese radiale Bohrung eindringt, und so den Kolbenbolzen relativ zum Kolben fixiert .
Zur Verbindung des Kolbenbolzens mit dem Pleuel ist üblicherweise ein Pleuelauge vorgesehen, in das der Kolbenbolzen eingreift. Da der Kolbenbolzen aufgrund des Spannstiftes fest mit dem Kolben verbunden ist, beschränkt sich die Lagerfläche somit auf die Breite des Pleuelauges. Das bringt den Nachteil einer starken Beanspruchung des Pleuelauges sowie eines erhöhten Verschleißes im Bereich des Pleuelauges mit sich. Außerdem ist man bei dieser Ausführungsvariante hinsichtlich der Baugröße sehr eingeschränkt. Des weiteren sind Varianten, bei denen anstatt des Spannstiftes ein Sicherungsring verwendet wird, bekannt. Dies bringt aber einen weiteren Nachteil mit sich. Anstatt einer Gleitlagerfläche sind bei dieser Variante zwei Gleitlagerflächen vorhanden. Da Gleitlagerflächen aber wesentlich geringer belastet werden können als sonstige Kontaktflächen, führt dies zu einer Vergrößerung des Kolbenbolzens, was durch einen größeren Durchmesser oder eine Längenzunahme bewerkstelligt werden kann. Bei einer weiteren Variante wird das kolbenseitige Pleuelende anstatt des Pleuelauges kugelförmig ausgeführt und in den Kolben eingepresst. Bei dieser Variante kann aber der Kolben in Umfangsrichtung nur mit großem Aufwand und mit geringer Genauigkeit fixiert werden. Insbesondere bei Kolben mit Kolbennase und Saugblattfederfreistellung ist aber große Genauigkeit erforderlich, sodass eine Ausführung des Kolbens mit einer Kolbennase in der Regel nicht möglich ist.
Aus der KR 200106719 ist etwa eine Kolben-/Pleuel-Anordnung bekannt, bei welcher ein Pleuel über ein Pleuelauge mittels Presspassung mit einem im Kolben gelagerten Kolbenbolzen verbunden ist. Auch diese Bauvariante bedingt, dass nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Kolbendurchmessers zur Lagerung des Kolbenbolzens genutzt werden kann, wobei das Pleuel nicht mit hinreichender Genauigkeit an der Kolbenbolzenlängsachse montiert werden kann. Aus der WO 2001/033114 Al ist die Möglichkeit eines Zusammenfügens eines in einer Aufnahme im Kolben gelagerten Kolbenbolzens mittels Schweißung, Schraubverbindung, Sintern, Gesenkschmieden oder Guss bekannt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine Anordnung zur Befestigung eines Kolbens an einem Pleuel bereitzustellen, das die genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll die Lagerfläche zwischen Kolben und Pleuel so gestaltet sein, dass Beanspruchungen und Verschleiß minimiert werden. Des weiteren soll eine kleinere Bauweise des Kolbens bei geringerer Anzahl der Bauteile ermöglicht werden. Daraus soll sich idealerweise auch eine einfachere Montage ergeben. In technischer Hinsicht sollen außerdem eine gute Schmierung der Gleitlagerfläche zwischen Kolben und Pleuel sowie eine einfache Fixierung des Kolbens in Umfangsrichtung ermöglicht werden.
Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 verwirklicht. Anspruch 1 bezieht sich hierbei auf eine Anordnung zur Befestigung eines Kolbens an einem Pleuel, insbesondere zum Einsatz in Kältemittelkompressoren, bei der ein Kolbenbolzen vorgesehen ist, der in eine senkrecht zur Kolbenachse verlaufende Kolbenbolzenbohrung um seine Längsachse rotierbar eingeschoben und mit dem kolbenseitigen Endabschnitt des Pleuels verbunden ist, wobei der kolbenseitige Endabschnitt des Pleuels eine axiale Ausnehmung des Kolbens durchsetzt, und der Kolbenbolzen und der kolbenseitige Endabschnitt des Pleuels jeweils einander zugeordnete Passflächen aufweisen. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die jeweils einander zugeordneten Passflächen im montierten Zustand des Kolbenbolzens und des kolbenseitigen Endabschnittes des Pleuels durch eine starre Verbindung aneinandergefügt sind, und die Passfläche des Kolbenbolzens durch eine im wesentlichen radiale Bohrung gebildet wird, in die im montierten Zustand des Kolbenbolzens und des kolbenseitigen Endabschnittes des Pleuels die der Bohrung zugeordnete Passfläche des kolbenseitigen Endabschnittes des Pleuels eingefügt ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist somit keine Verbindung zwischen Pleuel und Kolbenbolzen vorgesehen, bei der sie relativ zueinander beweglich gehalten wären, wie dies etwa bei einem in das Pleuelauge eingeschobenen Kolbenbolzen der Fall ist. Aufgrund der starren Verbindung zwischen dem Pleuel und dem Kolbenbolzen wird ein Verschieben des Kolbenbolzens in Richtung seiner Längsachse unterbunden, sodass etwa die Verwendung von Spannstiften nicht mehr notwendig ist. Dadurch wird die Anzahl an Bauteilen reduziert. Andererseits sind aber Pleuel und Kolbenbolzen auch nicht einteilig ausgeführt, da eine solche Ausführung die Montage mit dem Kolben sehr erschweren würde. Die Lagerfläche beschränkt sich bei einer erfindungsgemäßen Anordnung außerdem nicht mehr auf die Breite des Pleuelauges, sondern umfasst annähernd den gesamten Kolbendurchmesser, was die Belastungen und den Verschleiß der beteiligten Bauteile entsprechend reduziert .
Des weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Passfläche des Kolbenbolzens durch eine im wesentlichen radiale Bohrung gebildet wird, in die im montierten Zustand des Kolbenbolzens und des kolbenseitigen Endabschnittes des Pleuels die der Bohrung zugeordnete Passfläche des kolbenseitigen Endabschnittes des Pleuels eingefügt ist. Diese Maßnahme ermöglicht eine konstruktive Umsetzung der erfindungsgemäßen Anordnung ohne Ausbildung eines Pleuelauges am kolbenseitigen Endabschnitt des Pleuels. Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen die Paßfläche am äußersten Ende des kolbenseitigen Endabschnittes angeordnet ist, wird einfach das äußerste Ende des kolbenseitigen Endabschnittes in eine entsprechende Bohrung des Kolbenbolzens eingesetzt.
Zur Erstellung einer starren Verbindung sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar. Gemäß Anspruch 2 ist etwa vorgesehen, dass die starre Verbindung durch eine Press-Passung gebildet wird. Eine Press-Passung ist im Zuge der Montage von Pleuel und Kolbenbolzen verhältnismäßig leicht zu bewerkstelligen, sodass sich eine einfache Montage ergibt. Allerdings kann es im Zuge der Erstellung der Press-Passung zu Verformungen in den beteiligten Bauteilen kommen. Alternativ kann daher auch gemäß Anspruch 3 vorgesehen sein, dass die starre Verbindung durch eine Klebeverbindung gebildet wird, oder gemäß Anspruch 4 durch eine Lötverbindung. Es sind aber auch andere Befestigungsarten denkbar, sofern sie eine starre Verbindung zwischen Kolbenbolzen und kolbenseitigem Endabschnitt des Pleuels sicherstellen.
Die Passfläche des kolbenseitigen Endabschnittes des Pleuels ist gemäß Anspruch 5 vorzugsweise als zylindrische Fläche ausgeführt. Zylindrische Passflächen sind nicht nur vergleichsweise einfach herzustellen, sondern ermöglichen auch eine Variierung der Eindringtiefe der zylindrischen Passfläche in die Bohrung des Kolbenbolzens.
Gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, dass der kolbenseitige Endabschnitt des Pleuels in der axialen Ausnehmung des Kolbens in der Richtung parallel zur Längsachse des Kolbenbolzens mit geringem Spiel geführt ist. Da der Kolbenbolzen mit dem Pleuel fest verbunden ist, ist somit auch der Kolbenbolzen und das Pleuel selbst in Richtung parallel zur Längsachse des Kolbenbolzens mit geringem Spiel geführt. Dadurch sind keine weiteren Mittel zur Fixierung des Kolbenbolzens innerhalb der Kolbenbolzenbohrung notwendig. Anspruch 7 sieht vor, dass der kolbenseitige Endabschnitt des Pleuels in seinen die axiale Ausnehmung des Kolbens durchsetzenden Abschnitten in der Richtung parallel zur Längsachse des Kolbenbolzens eine unveränderliche Dicke aufweist. Dadurch kann bei gleichzeitiger Verwirklichung der Merkmale von Anspruch 5 die Eindringtiefe der Passfläche des Pleuels in die Bohrung des Kolbenbolzens variiert werden. Da sich bei einer Variierung der Eindringtiefe die obere und untere Totlage des Kolbens verändert, kann dadurch bei der Montage der Schadraum des Kolbens im Zylinder optimiert werden .
Anspruch 8 sieht vor, dass der kolbenseitige Endabschnitt des Pleuels in einen Pleuelschaft übergeht, dessen Querschnitt sich in Richtung des kurbelwellenseitigen Endes des Pleuels erweitert. Dadurch wird eine strukturelle Verstärkung des Pleuels erreicht.
Weist der Kolbenbolzen gemäß Anspruch 9 entlang seiner Längserstreckung eine konvexe Oberfläche auf, kann eine gute
Schmierung der Gleitlagerflächen erreicht werden. Außerdem ergeben sich dadurch geringere Anforderungen an die
Fertigungsgenauigkeit von Kolbenbolzen und
Kolbenbolzenbohrung, und die Materialbeanspruchung und der Abrieb am Kolbenbolzen werden verringert.
Anspruch 10 beansprucht schließlich einen hermetisch gekapselten Kältemittelverdichter mit einer Anordnung zur Befestigung eines Kolbens an einem Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 9. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen die
Fig. 1 in schematisierter Weise eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung von Kolben, Kolbenbolzen und Pleuel,
Fig. 2 eine Schnittansicht der Anordnung von Fig. 1 mithilfe der Schnittebenen A und B,
Fig. 3 eine Schnittansicht der Anordnung von Fig. 1 mithilfe der Schnittebene A,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer möglichen Ausführungsform eines Pleuels,
Fig. 5 eine Frontalansicht eines Pleuels gemäß der Ausführungsform von Fig. 4,
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Pleuels gemäß der Ausführungsform von Fig. 4 entlang der Schnittebene C,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Pleuels,
Fig. 8 eine Frontalansicht eines Pleuels gemäß der Ausführungsform von Fig. 7,
Fig. 9 eine Schnittansicht eines Pleuels gemäß der Ausführungsform von Fig. 7 entlang der Schnittebene D, Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Pleuels,
Fig. 11 eine Frontalansicht eines Pleuels gemäß der Ausführungsform von Fig. 10, und
Fig. 12 eine Schnittansicht eines Pleuels gemäß der Ausführungsform von Fig. 10 entlang der Schnittebene E.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In der Fig. 1 ist in schematisierter Weise eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Kolbens 1, eines Kolbenbolzens 3 und eines Pleuels 2 gezeigt. Der Kolbenbolzen 3 ist in eine senkrecht zur Kolbenachse S verlaufende Kolbenbolzenbohrung 5 um seine Längsachse rotierbar eingesetzt. Das Pleuel 2 weist, wie insbesondere auch an der Fig. 2 erkennbar ist, ein kurbelwellenseitiges Pleuellager 7 auf, das in der Regel als Pleuelauge ausgeführt ist und vom Kurbelzapfen der Kubelwelle
(in den Fig. 1 bis 12 nicht dargestellt) durchstoßen wird. Vom
Pleuellager 7 steht ein länglicher Pleuelschaft 6 ab, der in einen kolbenseitigen Endabschnitt 8 übergeht, wobei sich der
Pleuelschaft 6 in der gezeigten Ausführungsform in Richtung des kolbenseitigen Endabschnittes 8 verjüngt.
Der Kolben 1 weist ferner eine axiale Ausnehmung 9 auf, die im Gebrauchszustand vom kolbenseitigen Endabschnitt 8 des Pleuelschafts 6 abschnittsweise durchstoßen wird. Wie insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Ausnehmung 9 vorzugsweise so ausgeführt, dass sie in einer zur Längsachse des Kolbenbolzens 3 senkrechten Richtung ausreichend Bewegungsspielraum für die Schwenkbewegung des kolbenseitigen Endabschnitts 8 bietet, in der Richtung parallel zur Längsachse des Kolbenbolzens 3 die Dicke des kolbenseitigen Endabschnitts 8 jedoch nur geringfügig übersteigt, sodass der kolbenseitige Endabschnitt 8 in dieser Richtung in der Ausnehmung 9 mit geringem Spiel geführt ist. Da der Kolbenbolzen 3 mit dem Pleuel 2 fest verbunden ist, ist somit auch der Kolbenbolzen 3 und das Pleuel 2 selbst in Richtung parallel zur Längsachse des Kolbenbolzens 3 mit geringem Spiel geführt. Dadurch sind keine weiteren Mittel zur Fixierung des Kolbenbolzens 3 innerhalb der Kolbenbolzenbohrung 5 notwendig.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kolbenbolzen 3 und der kolbenseitige Endabschnitt 8 des Pleuels 2 jeweils einander zugeordnete Passflächen aufweisen, die im montierten Zustand des Kolbenbolzens 3 und des kolbenseitigen Endabschnittes 8 des Pleuels 2 durch eine starre Verbindung aneinandergefügt sind. Die Verbindung zwischen dem Kolbenbolzen 3 und dem kolbenseitigen Endabschnitt 8 des Pleuels 2 kann etwa über eine Press-Passung erfolgen, oder über eine Klebe-, Schweiß- oder Lötverbindung. Es sind aber auch andere Befestigungsarten denkbar, sofern sie eine starre Verbindung zwischen Kolbenbolzen 3 und kolbenseitigem Endabschnitt 8 des Pleuels 2 sicherstellen.
Hierzu weist der Kolbenbolzen 3 eine im wesentlichen radiale Bohrung auf (siehe Fig. 2 und 3), in die die der Bohrung zugeordnete Passfläche 4 des kolbenseitigen Endabschnittes 8 des Pleuels 2 eingesetzt ist. Vorzugsweise ist die Passfläche 4 des kolbenseitigen Endabschnittes 8 an dessen äußerstem Ende angeordnet. Es wäre aber auch denkbar, dass der kolbenseitige Endabschnitt 8 den Kolbenbolzen 3 gänzlich durchquert, und somit lediglich die innerhalb der Bohrung liegenden Bereiche des Endabschnittes 8 als Passfläche 4 ausgeführt sind. Im folgenden wird aber davon ausgegangen, dass lediglich das äußerste Ende des kolbenseitigen Endabschnittes 8 in eine entsprechende Bohrung des Kolbenbolzens 3 eingepresst ist.
Hierzu ist die Passfläche 4 des kolbenseitigen Endabschnittes 8 des Pleuels 2 vorzugsweise als zylindrische Fläche ausgeführt. Zylindrische Passflächen 4 sind nicht nur vergleichsweise einfach herzustellen, sondern ermöglichen auch eine Variierung der Eindringtiefe der zylindrischen Passfläche 4 in die Bohrung des Kolbenbolzens 3. Zur Variierung der Eindringtiefe ist es auch vorteilhaft, wenn der kolbenseitige Endabschnitt 8 des Pleuels 2 in seinen die axiale Ausnehmung 9 des Kolbens 1 durchsetzenden Abschnitten in der Richtung parallel zur Längsachse des Kolbenbolzens 3 eine unveränderliche Dicke aufweist. Dadurch kann die Eindringtiefe der Passfläche 4 des Pleuels 2 in die Bohrung des Kolbenbolzens 3 bei unbeeinträchtigter Führung des Pleuels 2 innerhalb der Ausnehmung 9 variiert werden. Da sich bei einer Variierung der Eindringtiefe die obere und untere Totlage des Kolbens verändert, kann dadurch bei der Montage der Schadraum des Kolbens 1 im Zylinder optimiert werden.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, weist der Kolbenbolzen 3 entlang seiner Längserstreckung vorzugsweise eine konvexe Oberfläche auf. Dadurch kann eine gute Schmierung der Gleitlagerflächen erreicht werden. Außerdem ergeben sich dadurch geringere Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit von Kolbenbolzen 3 und Kolbenbolzenbohrung 5, und die Materialbeanspruchung und der Abrieb am Kolbenbolzen 3 werden verringert .
Wie bereits erwähnt wurde, geht der kolbenseitige Endabschnitt 8 des Pleuels 2 in einen Pleuelschaft 6 über, dessen Querschnitt sich in Richtung des kurbelwellenseitigen Endes des Pleuels 2 erweitert. Dadurch wird eine strukturelle Verstärkung des Pleuels 2 erreicht. Hierzu sind in den Fig. 4 bis 12 unterschiedliche Ausführungsformen gezeigt.
Gemäß der Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 erstreckt sich etwa der Pleuelschaft 6 annähernd bis zum äußersten Ende des kolbenseitigen Endes des Pleuels 2, wobei der kolbenseitige Endabschnitt 8 im wesentlichen aus der Passfläche 4 besteht. Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, kann der Querschnitt des Pleuelschaftes 6 dabei etwa elliptisch ausgeführt sein. Gemäß der Ausführungsform der Fig. 7 bis 9 erstreckt sich der Pleuelschaft 6 nur etwa bis zur Hälfte des Pleuels 2, und geht anschließend in den kolbenseitigen Endabschnitt 8 über. Am äußersten Ende des kolbenseitigen Endabschnittes 8 ist die Passfläche 4 angeordnet. Wie aus der Fig. 9 ersichtlich ist, kann der Querschnitt des Pleuelschaftes 6 dabei etwa rechtecksförmig ausgeführt sein. Gemäß der Ausführungsform der Fig. 10 bis 12 erstreckt sich der Pleuelschaft 6 ebenfalls nur etwa bis zur Hälfte des Pleuels 2, und geht anschließend wieder in den kolbenseitigen Endabschnitt 8 über. Am äußersten Ende des kolbenseitigen Endabschnittes 8 ist wiederum die Passfläche 4 angeordnet. Wie aus der Fig. 12 ersichtlich ist, ist dabei der Querschnitt des Pleuelschaftes 6 aber etwa kreisförmig ausgeführt.
Im Zuge der Montage wird zunächst der Kolbenbolzen 3 in die Kolbenbolzenbohrung 5 des Kolbens 1 eingeschoben und so ausgerichtet, dass die radiale Bohrung des Kolbenbolzens 3 in Richtung der axialen Ausnehmung 9 des Kolbens 1 orientiert ist. Bei dieser Konfiguration kann der kolbenseitige Abschnitt 8 in die axiale Ausnehmung 9 eingeführt und die Passfläche 4 in die radiale Bohrung des Kolbenbolzens 3 eingesetzt werden. Die starre Verbindung kann in weiterer Folge etwa durch Einpressen, Verkleben, Verschweißen oder Löten sichergestellt werden. Der Kolben 1, der Kolbenbolzen 3 und das Pleuel 2 sind nun relativ zueinander fixiert. Die erfindungsgemäße Anordnung findet etwa in einem hermetisch gekapselten Kältemittelverdichter Anwendung. Die Kurbelwelle wird dabei von einem Motor (beides ist in den Fig. 1 bis 12 nicht dargestellt) angetrieben und rotiert um eine Achse, die zur Achse des Kolbenbolzens 3 im wesentlichen parallel sein muss. Mithilfe der erfindungsgemäßen Anordnung wird die
Rotationsbewegung der Kurbelwelle in eine lineare Bewegung des
Kolbens 1 im Zylinder umgesetzt, wobei sich aber Pleuel 2 und Kolbenbolzen 3 relativ zueinander nicht bewegen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Befestigung eines Kolbens 1 an einem Pleuel 2 verschiebt die Lagerfläche gänzlich in Richtung Kolben 1, sodass Beanspruchungen und Verschleiß minimiert werden. Des weiteren wird eine kleinere Bauweise des Kolbens 1 bei geringerer Anzahl der Bauteile und somit einfacherer Montage ermöglicht. In technischer Hinsicht kann außerdem eine gute Schmierung der Gleitlagerfläche zwischen Kolben 1 und Pleuel 2 sowie eine radiale Fixierung des Kolbens 1 erreicht werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2), insbesondere zum Einsatz in Kältemittelkompressoren, bei der ein Kolbenbolzen (3) vorgesehen ist, der in eine senkrecht zur Kolbenachse (S) verlaufende Kolbenbolzenbohrung (5) um seine Längsachse rotierbar eingeschoben und mit dem kolbenseitigen Endabschnitt (8) des Pleuels (2) verbunden ist, wobei der kolbenseitige Endabschnitt (8) des Pleuels (2) eine axiale Ausnehmung (9) des Kolbens (1) durchsetzt, und der Kolbenbolzen (3) und der kolbenseitige Endabschnitt (8) des Pleuels (2) jeweils einander zugeordnete Passflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils einander zugeordneten Passflächen im montierten Zustand des Kolbenbolzens (3) und des kolbenseitigen Endabschnittes (8) des Pleuels (2) durch eine starre Verbindung aneinandergefügt sind, und die Passfläche des Kolbenbolzens (3) durch eine im wesentlichen radiale Bohrung gebildet wird, in die im montierten Zustand des Kolbenbolzens (3) und des kolbenseitigen Endabschnittes (8) des Pleuels (2) die der Bohrung zugeordnete Passfläche (4) des kolbenseitigen Endabschnittes (8) des Pleuels (2) eingefügt ist.
2. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Verbindung durch eine Press-Passung gebildet wird.
3. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Verbindung durch eine Klebeverbindung gebildet wird.
4. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Verbindung durch eine Lötverbindung gebildet wird.
5. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Passfläche (4) des kolbenseitigen Endabschnittes (8) des Pleuels (2) um eine zylindrische Fläche handelt.
6. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der kolbenseitige Endabschnitt (8) des Pleuels (2) in der axialen Ausnehmung (9) des Kolbens (1) in der Richtung parallel zur Längsachse des Kolbenbolzens (3) mit geringem Spiel geführt ist.
7. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der kolbenseitige Endabschnitt (8) des Pleuels (2) in seinen die axiale Ausnehmung (9) des Kolbens (1) durchsetzenden Abschnitten in der Richtung parallel zur Längsachse des Kolbenbolzens (3) eine unveränderliche Dicke aufweist.
8. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der kolbenseitige Endabschnitt des Pleuels (2) in einen Pleuelschaft (6) übergeht, dessen Querschnitt sich in Richtung des kurbelwellenseitigen Endes des Pleuels (2) erweitert.
9. Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenbolzen (3) entlang seiner Längserstreckung eine konvexe Oberfläche aufweist.
10. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter mit einer Anordnung zur Befestigung eines Kolbens (1) an einem Pleuel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
1/4
Fig. 1
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Fig. 2
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2/4
Fig. 3
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3/4
Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6
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Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9
Figure imgf000020_0002
4/4
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