DE1476059A1

DE1476059A1 - Kolben fuer Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE1476059A1
Application number: DE19631476059
Authority: DE
Inventors: Robinson James Eustace
Original assignee: Hepworth and Grandage Ltd
Current assignee: Federal Mogul Bradford Ltd
Priority date: 1962-12-14
Filing date: 1963-12-07
Publication date: 1969-09-18
Also published as: GB1032360A

Description

PATENTANWALTS DR. HUGO WILCKEN · DlPL-ING. TH. WILCKEN D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 92-94 I 4 7 6 0 0 9

19. August 1968 Ca./L

Az.: P H 76 059.9

Anmelder: Hepworth und Grandage Ltd., Bradford St. John's Yorks, England

Kolben für Verbrennungskraftaaschlnen

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen oder Kompressoren, bei dem nur eine Kolbenbolzennabe unmit- Jj telbar an der Kolbenbodenunterseite mit Abstand vom Kolbenschaft vorgesehen ist.

Kolben der üblichen Bauart weisemnim allgemeinen im Kolbenschaft zwei sich diametral gegenüberliegende Kolbenbolsennaben zur Aufnahme des Kolbenbolzens auf, wobei die Kolbenbolzennaben eine unvermeidliche Materialanhäufung bilden.

Die mechanischen und thermischen Belastungen werden bei derartigen Kolben vom Kolbenboden über die Kolbenringzone auf den Kolbenschaft übertragen. Die mechanischen Kräfte werden | dann weiter über die seitlichen Kolbenbolzenlager und den Kolbenbolzen auf das Pleuel übertragen, während die thermischen Belastungen im wesentlichen über die Kolbenringzone und den Kolbenachaft auf die Zylinderwandung übertragen werden. Bei diesen Kolben ist nachteilig, daß die mechanischen Kräfte einen verhältnismäßig dicken Kolbenboden und kräftige Kolbenbolzennaben bedingen, abgesehen davon, daß der Kräftefluß im Kolben zum Pleuel wegen der verzweigten und weitläufigen

Übertragungsstrecke ungünstig ist ,ad daß die thermischen Be-

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lastungen im Bereich der Kolbenbolzennaben wegen der dortigen Materialanhäufing eine ungleiche radiale Dehnung des Kolben-

schaftes hervorrufen, so daß dem Kolbenschaftquerschnitt in Anpassung an den Kreisquerschnitt des Kolbens im Betriebszustand eine ovale Querschnittsform im Kaltzustand gegeben werden muß.

Es sind zwar Kolben bekannt, bei denen ein zusätzlichen, gegabeltes Kolbenteil zwischen dem Kolbenboden und dem kleinen Pleuelende vorgesehen 1st, wobei die aussarhalb der Kolbenlängsmitte liegenden Ga^belarme das kleine Pleuelende zwischen sich aufnehmen, aber durch diese Kolben sind die vorgenannten Nachteile nur in sehr geringem Maße beseitigt. Außerdem ist das zusätzliche, gegabelte Kolbenteil kompliziert im Aufbau und verteuert daher die Fertigung und Montage des Kolbens beträchtlich, ist weiter mit dem Kolbenboden durch Verschraubun g verbunden und seine Gabelarme liegen außerhalb der Kolbenlängemitte und auch nicht in Nähe des Kolbenbodens.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kolbens für Kolbenmaschinen,insbesondere Brennkraftmaschinen, dessen Schaft weitgehend von thermischen und mechanischen Belastungen frei ist, wobei der Kolben Insgesamt einfach im Aufbau und billig in der Herstellung ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei dem eingangs genannten, aus einer Metallegierung bestehende Kolben mit einer einzigen ungeteilten, mit der Kolbenbodenunterseite mittig oder etwa mittig zusammenhängenden Kolbenbolzennabe (1) vorgesehen ist, die allseitig vom Kolbenschaft (5) einen etwa gleichmäßigen Abstand aufweist und mit einer einzigen Durchbohrung (3) versehen ist, welche das Lager zur Aufnahme des

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Kolbenbolzens (4) bildet, dessen beidseitig aus der Durchbohrung herausragende Enden mit dem Gabelende (8) eines Pleuels (7) verbindbar ist, und daß der Kolbenschaft (5) Ausnehmungen (6) aufweist, durch dfe der Kolbenbolzen (4) in die Kolbenbolzennabe (1) einsetzbar ist.

Durch diese Lösung ist ein Kolben geschaffen, bei dem der Kräftefluß im Kolben äußerst günstig, weil gradlinig, auf das Pleuel übertragen wird und bei dem der Kolbenschaft nunmehr eine gleichmäßige Wandungsdicke aufweist, da die Materialanhäufungen fortfallen, so daß der Schaft mit Kreis- ^ querschnitt gefertigt werden kann, der sich im Betriebszustand des Kolbens nicht ändert, denn der Schaft dehnt sich nunmehr radial gleichmäßig aus. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der einarmigen mittigen Kolbenbolzenlagerung des Kolbens sind die Herstellungs- und Montagekosten beim Kolben nach der Erfindung gegenüber ähnlichen Kolben wesentlich herabgesetzt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den anliegenden Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher ä erläutert, und zwar zeigt:

Fig.l einen vertikalen Schnitt eines Kolbens, eines Kolbenbolzens und einer Kolbenstange gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer parallel zur Kolbenbolzenachse liegenden Ebene gesehen,

Fig.2 einen vertikalen Schnitt der in Fig. 1 gezwigten Anordnung in einer quer zur Kolbenbolzenachse liegenden Ebene gesehen,

Fig.3 einen vertikalen Schnitt eines Kolbens, eines

Kolbenbolzene und einer Kolbenstange gemäß einer zweiten Ausführungeform der Erfindung in einer parallel zur Kolbenbolzenachse liegenden Ebene gesehen.

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In den Fig. 1 und 2 ist ein Kolben, z.B. aus einer Aluminiumlegierung, gezeigt, der mit einem einteilig an der Unterseite des Kolbenbodens 2 in dessen Mitte angegeoosenen Kolbenbolzenhalteansatz 1 bzw. einer Kolbenbolzennabe versehen ist, Der Ansatz 1 weist eine sich durch ihn erstreckende Bohrung 3 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens 4 auf. Im Kolbenschaft 5 sind zwei axial ausgerichtete öffnungen 6 vorgesehen, die einen größeren Durchmesser als die Bohrung 3 haben, um das Einführen und Entfernen dee Kolbenbolzens in und aus dem Ansatz 1 zu gestatten. Eine Kolbenstange 7 ist mit dem Kolben verbunden und weist ein gegabeltes kleines Ende 8 auf, das auf den äußeren Enden des Kolbenbolzens 4 beiderseits des Ansatzes mittels ausgebuchster Bohrungen 9 gelagert ist. Die axiale Sicherung des Kolbenbolzens erfolgt durch Sicherungsringe 10, die in Nuten an jedem Ende des Kolbenbolzens benachbart zu den äußeren Enden der Bohrungen angeordnet sind.

In der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform sind die beiden Stirnflächen des Kolbenbolzenhalteansatzes 1a bzw. der mittigen Kolbenbolzennabe und das gegabelte kleine Ende 8a der Kolbenstange vom Kolbenboden fortgerichtet konvergierend ausgebildet. Diese Konstruktion hat gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform den Vorteil, daß eine größere wirksame Lagerfläche gebildet wird, über welche die vom Kolbenboden ausgeübte , nach unten gerichtete Kraft verteilt^ wird, so daß die Beanspruchung je Flächeneinheit der Kolbenbolzenlagerung reduziert wird.

Da in den beiden beschriebenen Ausführungsformen der auf den Kolbenboden wirkende Gasdruck unmittelbar auf den Kolbenbodenhalteansatz und den Kolbenbolzen übertragen wird, sind

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zusätzliche Rippen nicht erforderlich und der Kolbenschaft kann, da er im wesentlichen unbeansprucht ist, einen gleichmäßigen Umfangequerschnitt aufweisen» der nur durch die öffnungen 6 unterbrochen ist. In diesem Fall ist die radiale Ausdehnung des Kolbens im wesentlichen gleichmäßig und der Kolben kann daher kreisförmig oder angenähert kreisförmig geschliffen werden.

Es wird betont, daß verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Beispielsweise kann der Kolbenbolzen einen Festsitz in der Kolbenbolzennabe aufweisen^s«daß die Sicherungsringe in Fortfall kommen können. Wahlweise kann die Kolbenbolzennabe ausgebuchst und der Kolbenbolzen drehbar darin gelagert sein, während ein Festsitz im kleinen Ende der Kolbenstange bzw. des Pleuels vorgesehen ist. Weiterhin kann eine öffnung oder es können auch beide öffnungen 6 in Fortfall kommen, wobei in letzterem Falle die Innenfläche der Seitenwand ausgespart ist, um genügend gpiel zum Einsetzen und Entfernen des Kolbenbolzens vorzusehen.

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Claims

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. TH. WILCKEN D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE S2-S4 19. August 1968 Cz./I Az.: P 14 76 059.9 Anmelder: Hepworth & Grandage Ltd., Bradford, St. John's Works, England Patentansprüche

1. Kolben für Brennkraftmaschinen oder Kompressoren, bei dem nur eine Kolbenbolzennabe unmittelbar an der Kolbenbodenunterseite mit Abstand vom Kolbenschaft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dee aus einer Leichtmetallegierung bestehende Kolben mit einer einzigen ungeteilten, mit der Kolbenbodenunterseite mittig oder etwa mittig zusammenhängenden Kolbenbolzennabe (1) vergossen ist, die allseitig vom Kolbenschaft (5)einen etwa gleichmäßigen Abstand aufweist und mit einer einzigen Durchbohrung (3) versehen ist, welche das Lager zur Aufnahme des Kolbenbolzens (4) bildet, dessen beidseitig aus der Durchbohrnng herausragende Enden mit dem Gabelende (8) eines Pleuels (7) verbindbar sind, und daß der Kolbenschaft (5) Ausnehmungen (6) aufweist, durch die der Kolbenbolzen (4) in die Kolbenbolzennabe (1) einsetzbar ist.

2. Kolben nach Anspruch 1 mit einer Kolbenbolzennabe zur Aufnahme des das Pleuelgabelende mit der Nabe verbindenden KoI-

° benbolzens, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Flä- ££ chen der Kolbenbolzen (1a) und des gegabelten kleinen Pleuel-

^ endes (8a) vom Kolbenboden (2) fortgerichtet konvergieren.

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Neu· Unterlagen m.7V^**-i^*^m%nMgmt'^%*'⁹

9 Uabvk (0451) 7 58 88, Privat: Dr. H. Wilcken, Curau (04505) JlO · Dfpl.-Ine. Th. Wlldten, LOb»ck (0451) 40 81 84 Banki Commtrzbank A. G., FiI. LOb»ck, Kfo.-Nr. »0187 PMtadracki Hamburg 1381 19

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschaft (5) auf seiner ganzen Länge im wesentlichen gleichförmigen Umfangsquerschnitt aufweist, der nur durch den oder die den Ein- und Ausbau des Kol bens ermöglichenden ausgesparten Abschnitte (6) unterbrochen ist, und daß der Kolben kreisförmig bearbeitbar ist.

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