DE2106280A1 - Light metal pistons for rotary piston internal combustion engines - Google Patents
Light metal pistons for rotary piston internal combustion enginesInfo
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Description
KARL SCHMIDT GMBH 6 Frankfurt (Main), 8.2.1971KARL SCHMIDT GMBH 6 Frankfurt (Main), February 8, 1971
Ctoristian-Schmidt-Str. 8/12.Ctoristian-Schmidt-Str. 8/12.
Prov. Nr0 6478 KSProv. No. 0 6478 KS
Leichtmetallkolben für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen Light metal pistons for rotary piston internal combustion engines
Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen insbesondere für solche in Trochoidenbauart, mit \ auf einer Seite befestigtem aus einem Eisenwerkstoff, vorzugsweise Stahl, bestehenden Hohlrad mit Innenverzahnung zur Steuerung des Kolbenumlaufs0 The invention relates to a light metal piston, preferably made of an aluminum alloy, for rotary-piston internal combustion engines, in particular for those in trochoidal with \ on one side attached from a ferrous material, preferably steel, existing ring gear with internal teeth for controlling the piston circulation 0
Das Hohlrad eines Rotationskolbens ist in der Regel ein vom Kolben getrennt gefertigter aus einem Eisenwerkstoff, vorzugsweise Stahl, bestehender Teil, der durch Verschrauben, Verstiften oder auch durch Verschweißen mit dem Kolben kraft-.schlüssig verbunden ist«. Eine derartige Verbindung führt dazu, daß bedingt durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Kolbenwerkstoff einerseits und Hohlradwe.rk~ stoff andererseits das Hohlrad im Betrieb mehr oder weniger { stark deformiert wird. Bas hat zur,Folge, daß durch die im Betrieb ständig wechselnden Eingriffverhältnisse zwischen Hohlrad und Exzenterwelle Wechselspannungen in der Innenverzahnung des Hohlrades hervorgerufen werden, die im Bereich überhöhter Spannungskohzentrationen zum Bruch des Hohlrades führen können.The ring gear of a rotary piston is usually a part made of an iron material, preferably steel, which is manufactured separately from the piston and which is non-positively connected to the piston by screwing, pinning or welding. Such a connection results in that more or less is caused {greatly deformed by the different thermal expansion coefficient from the piston material on the one hand and on the other hand material Hohlradwe.rk ~ the ring gear in operation. The consequence of this is that the constantly changing engagement conditions between ring gear and eccentric shaft during operation cause alternating voltages in the internal toothing of the ring gear, which can lead to breakage of the ring gear in the area of excessive stress concentrations.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es aus der DT-OS 1 817 bekannt, bei Kolben für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen zur Drosselung des Wärmeflusses das Hohlrad entweder unter Zwischenschaltung einer wärmedämmenden IsolierscheibeIn order to avoid these disadvantages, it is known from DT-OS 1 817 to either use the ring gear in pistons for rotary piston internal combustion engines to throttle the flow of heat with the interposition of a heat-insulating insulating washer
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am Kolben zu befestigen oder mit einem wärmedämmenden Überzug zu versehen oder aus einem Keramik-, Sinter- oder Kunststoffmaterial zu fertigen, -to be attached to the piston or with a heat insulating cover to be provided or made of a ceramic, sintered or plastic material to manufacture, -
Da sich herausgestellt hat, daß durch diese Maßnahmen die bestehenden Mängel nicht vollständig behoben werden können, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Verbindung zwischen Hohlrad und Kolben so zu gestalten, daß Deformationen oder Brüche des Hohlrades als Folge überhöhter Spannungskonzentrationen, hervorgerufen durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kolben- und Hohlradwerkstoff, vermieden werden,, ' * 'Since it has been found that the existing deficiencies cannot be completely remedied by these measures, the invention has set itself the task of designing the connection between the ring gear and piston so that deformations or breaks in the ring gear as a result of excessive stress concentrations caused by the different Thermal expansion coefficients of piston and ring gear material, are to be avoided ,, '*'
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst,, daß auf einem Lochkreis im Nabenteil des Rotationskolbens entsprechend der Zahl der Ecken des Kolbens mehrere axial verlaufende unter gleichen Winkeln zueinander liegende Paßbohrungen mit -darin befestigten Bolzen angeordnet sind» Die hohlradseitigen Enden der Bolzen ragen über die Stirnfläche des Nabenteils mit engstem Gleitsitz in entsprechend gestaltete 'Ausnehmungen des Hohlrades hinein, wobei das Hohlrad durch eine der Anzahl der Bolzen entsprechende Zahl von im Nabenteil des Kolbens unter gleichen Winkeln zueinander angeordneten Schrauben, vorzugsweise Dehnschrauben, am Kolben befestigt ist«,This object is achieved according to the invention in such a way that on a bolt circle in the hub part of the rotary piston corresponding to the number of corners of the piston several axially extending fitting bores with bolts fastened therein are arranged at equal angles to one another »The ring gear side Ends of the bolts protrude over the face of the hub part with a tight sliding fit in appropriately designed 'Recesses of the ring gear into it, the ring gear through a number corresponding to the number of bolts and arranged in the hub part of the piston at equal angles to one another Screws, preferably expansion screws, is attached to the piston «,
In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sind die Schrauben durch die hülsenförmig ausgebildeten Bolzen geführt, wobei die hohlradseitigen über die Stirnflächen des Nabenteils des Rotationskolbens hinausragenden Enden der Bolzen jeweils mit einem als Gleitstein wirkenden Bund'versehen sindeIn an advantageous embodiment of the inventive concept, the screws are through the sleeve-shaped bolts out, wherein the ring gear side protruding beyond the end faces of the hub part of the rotary piston ends of the Bolts are each provided with a collar that acts as a sliding block
Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Bolzen in den vergleichsweise kältesten Bereichen des Nabenteils des Rotatio'nskolbens angeordnet sind,A special feature of the invention is the fact that the bolts in the comparatively coldest areas of the Are arranged on the hub part of the rotary piston,
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist auf der dem Hohlrad abgewandten Stirnfläche des Nabenteils des Rotationskolbens eine mit entsprechenden Bohrungen für die der Befestigung des Hohlrades dienenden Schrauben versehene vorzugsweise aus Stahl bestehende auf den Enden der Bolzen aufliegende Platte angeordnet, gegen die die Köpfe der Schrauben gezogen sind, um eine Bewegung der hülsenf örmigen Bolzen in axialer Richtung zu begrenzene _According to a further feature of the invention, on the end face of the hub part of the rotary piston facing away from the ring gear, a plate provided with corresponding bores for the screws used to fasten the ring gear, preferably made of steel, is arranged on the ends of the bolts, against which the heads of the screws are drawn are to limit a movement of the sleeve-shaped bolts in the axial direction e _
Zwe;ckmäßigerweise besteht zwischen der jeweils zugehörigen Stirnfläche des Nabenteils und dem Hohlrad einerseits sowie der Platte andererseits ein Abstand, der wenigstens der Größe λ der axialen "Warmeausdehnung des Nabenteils entspricht, so daß in jedem Betriebszustand ein ausreichendes Spiel vorhanden ist. Dadurch wird es möglich, die Schrauben nur schwach anzuziehen, so daß ein Gleiten zwischen Hohlrad bzwe Platte und den Bolzen möglich ist.Zwe ; There is usually a distance between the respective associated end face of the hub part and the ring gear on the one hand and the plate on the other hand, which corresponds at least to the size λ of the axial "thermal expansion of the hub part, so that there is sufficient play in every operating state only weakly to tighten screws, so that sliding between the ring gear or e plate and the bolt is possible.
Die erfindungsgemäß gestaltete nur formschlüssige Verbindung zwischen dem aus Leichtmetall gefertigten Rotationskolben und dem aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere Stahl, bestehenden Hohlrad, gestattet eine unabhängige radiale und axiale Ausdehnung von Kolben und Hohlrad im Betrieb, ohne daß dabei die gemeinsame Achse beider Bauteile verändert und in dem Hohlrad unerwünscht hohe Spannungsfeonzentrationen auftreten ' würden. Durch die in* dem Nabenteil des Rotationskolbens befestigten über die hohlradseitige Stirnfläche des Kolbens hinausragenden Bolzen, werden die axialen Kräfte, die infolge ungleichmäßiger Druckverteilung auf den Kolbenflächen bzw. durch die äußere Beschleunigung auf das System kommen»' aufgenommen, so daß im Betrieb eine einwandfreie Verbindung von Kolben und Hohlrad gewährleistet ist. Ferner wird durch die Bolzen die thermische Ausdehnung von Kolben und Hohlrad in axialer Richtung ausgeglichen. Die Befestigung des Hohlrads am Kolben mittels Dehnschrauben hat den Vorteil, daß die inThe inventively designed only positive connection between the rotary piston made of light metal and the ring gear made of a ferrous material, especially steel, allows an independent radial and axial expansion of the piston and ring gear during operation without changing the common axis of both components and in the Ring gear undesirably high stress concentrations would occur '. The axial forces that come to the system as a result of the uneven pressure distribution on the piston surfaces or due to the external acceleration are absorbed by the bolts that are fastened in the hub part of the rotary piston and protrude beyond the end face of the piston on the ring gear side, so that proper operation Connection of piston and ring gear is guaranteed. In addition, the bolts compensate for the thermal expansion of the piston and ring gear in the axial direction. The fastening of the ring gear on the piston by means of expansion screws has the advantage that the in
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axialer Richtung erfolgende thermische Ausdehnung des Kolbens von den Dehnschrauben aufgenommen wirde Gleichzeitig wirken die Dehnschrauben selbstsichernd und verbinden auch bei geringem Anzugsmoment Kolben und Hohlrad fest mit-einander, ohne jedoch ihre unabhängig voneinander erfolgende thermische Ausdehnung zu behindern, da das Anzugsmoment so eingestellt werden kann, daß die beiden Bauteile im Bereich ihrer Berührungsflächen unabhängig voneinander gleiten könneno Die Kraftübertragung von dem Kolben auf das'Hohlrad erfolgt durch die Bolzen über die radial verlaufenden Flanken der Ausnehmungen des Hohlrades·axial expansion of the piston is absorbed by the expansion screws e At the same time, the expansion screws have a self-locking effect and connect the piston and ring gear firmly to one another even with a low tightening torque, but without hindering their independent thermal expansion, as the tightening torque can be set in this way in that the two components can slide independently of each other in the area of their contact surfaces o the power transmission from the piston to das'Hohlrad carried by the bolts through the radially extending edges of the recesses of the ring gear ·
In den Zeichnungen ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. In the drawings, the invention is illustrated in two exemplary embodiments, which are explained in more detail below.
In Fig» 1, von der Fige 2 einen Querschnitt entlang der LinieIn Figure "1, of the Figure 2 e shows a cross section along line
I - I wiedergibt, ist die Seitenansicht eines Leichtmetall-Rotationskolbens 1 in Trochoidenbauart dargestellt, in dessen Nabenteil 2 drei axial verlaufende Paßbohrungen 3 mit darin befestigten Bolzen 4 auf einem Lochkreis unter gleichen Winkeln zueinander angeordnet sind. Die hohlradseitigen über die Stirnfläche des Nabenteils 2 hinausragenden Enden der Bolzen 4 ragen mit engstem Gleitsitz in entsprechenden Ausnehmungen 5 des Hohlrades 6 mit Innenverzahnung hinein. Das Hohlrad 6 ist über drei auf dem gleichen Lochkreis wie die Bolzen 4 unmittelbar neben diesen angebrachten Dehnschrauben 7 gegen die Stirnfläche des Nabenteils 2'des Kolbens 1 gezogen.I - I represents the side view of a light metal rotary piston 1 shown in trochoid design, in the hub part 2 three axially extending fitting bores 3 with therein fastened bolts 4 are arranged on a bolt circle at the same angles to each other. The ring gear side over the face of the hub part 2 protruding ends of the bolts 4 protrude with a tight sliding fit in corresponding recesses 5 of the Ring gear 6 with internal teeth into it. The ring gear 6 is directly on the same bolt circle as the bolts 4 via three next to these attached expansion screws 7 against the face of the hub part 2 'of the piston 1 pulled.
Die Figo 3 - Fig. 4 stellt einen Querschnitt entlang der LinieFigures 3-4 shows a cross section along the line
II - II dar - zeigt die vorzugsweise Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotationskolbens 8 in Trochoidenbauart', wobei in den kältesten Bereichen des Nabenteils 9 drei axiale Paßbohrungen 10 mit darin befestigten hülsenförmigen Bolzen 11 auf einem Lochkreis unter gleichen Winkelη zueinander angebracht sind. Die hülsenförmigen Bolzen 11 sind auf ihren dem HohlradII - II represent - shows the preferred embodiment of the invention Rotary piston 8 in trochoid design ', with three axial fitting bores in the coldest areas of the hub part 9 10 attached with sleeve-shaped bolts 11 fastened therein on a bolt circle at the same Winkelη to each other are. The sleeve-shaped bolts 11 are on their the ring gear
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mit Innenverzahnung zugewandten über die Stirnfläche des Nabenteils 9 hinausragenden Enden mit einem in entsprechenden Ausnehmungen 16 des Hohlrades 12 mit engstem Sitz gleitenden Bund 13 versehen,, Das Hohlrad 12 wird über drei in den hülsenförmigen Bolzen 11 befindliche Dehnschrauben 14 gegen die Stirnfläche des Bundes 13 des Bolzens 11 gezogen«, Auf der dem Hohlrad 12 abgewandten Stirnfläche des Nabenteils 9 ist eine Stahlplatte 15 unter den Köpfen der Dehnschrauben 14 befestigt, die auf der dem Bund gegenüber liegenden Stirnfläche des hülsenförmigen Bolzens 11 aufliegt.with internal teeth facing over the end face of the hub part 9 protruding ends with a corresponding in Recesses 16 of the ring gear 12 provided with a tight fit sliding collar 13 ,, The ring gear 12 is about three in the sleeve-shaped Bolts 11 located expansion screws 14 pulled against the face of the collar 13 of the bolt 11 «, on the The end face of the hub part 9 facing away from the ring gear 12 is a steel plate 15 under the heads of the expansion screws 14 attached, on the face opposite the collar of the sleeve-shaped bolt 11 rests.
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