DE2203847A1

DE2203847A1 - Kolben für Verbrennungskraftmaschinen oder Kompressoren

Info

Publication number: DE2203847A1
Application number: DE19722203847
Authority: DE
Inventors: Harold Taylor Eastwoods Sway; Fletcher-j ones David Francis The Dell New Milton; Hampshire Hill (England). F16J9-2O
Original assignee: Wellworthy Ltd
Current assignee: Wellworthy Ltd
Priority date: 1971-02-09
Filing date: 1972-01-27
Publication date: 1972-08-24
Also published as: US3745889A; JPS5147809B1; DE2203847B2; IT950589B; FR2126711A5; GB1362262A

Description

Wellworthy Limited, Ampress Works, Lymington, Hampshire, England.

Kolben für Verbrennungskraftmaschinen oder Kompressoren

Die Erfindung einen Kolben für Verbrennungskraftmaschinen oder für Kompressoren.

Im Betrieb wird der Kolben einer Verbrennungskraftmaschine oder eines Kompressors periodisch einer hohen Kompressivbelastung in Richtung der Kolbenachse unterworfen. Diese Last ruht auf dem Kolbenbolzen, der seinerseits die Last im wesentlichen senkrecht sowohl zur Kolbenachse als auch zur Achse der Bohrung des Kolbenbolzens auf die normalerweise zylindrischen Wände der Kolbenbolzenbohrung überträgt. Diese Bohrungswände werden daher hoch belastet und können schließlich brechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Gefahr zu beseitigen.

Gemäß der Erfindung ist ein Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Kompressor in der Weise ausgebildet, daß ein ' Segment der im übrigen zylindrischen Wandung der Kolbenbolzenbohrung nur auf einer Seite einer Ebene ausgenommen ist, die die Achse der Kolbenbolzenbohrung enthält und parallel zur Kolbenachse verläuft.

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Diese eine Seite liegt vorzugsweise benachbart zu der nicht schubbeaufschlagten Seite des Kolbens.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig.l,

Fig. 3 einen der Fig.2 ähnlichen Schnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Kolben ist zylindrisch und umfaßt einen Kolbenkopf 10 mit einer Verbrennungsausnehmung 12 in der oberen Oberfläche. Die zylindrische Oberfläche des Kopfteiles 10 enthält mehrere ringsum laufende Ringnuten 14. Eine mit offenem Ende versehene Hülse erstreckt sich vom Kolbenkopf 10 nach unten und 1st vorzugsweise einstückig mit dem Kolbenkopf hergestellt. Zwei im Abstand zuei nand erliegende Kolbenbolzenlageransätze Ij5, die ebenfalls einstückig mit dem Kolbenkopf 10 hergestellt sind, stehen diametral nach innen ein.

Der Kolbenkopf 10, die Hülse 16 und die Lageransätze 18 sind in herkömmlicher Weise einstückig aus Aluminium oder einer Aluminium-Legjemng gegossen·

Jeder der Kolbenbolzen~lageransätze 18 ist mit einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung 20 versehen, wie weiter unten im einzelnen ausgeführt wird. Die Bohrungen 20 sind koaxial aufeinander ausgerichtet und bilden gemeinsam die Kolbenbolzenbohrung· Die Achse der Kolbenbolzenbohrung 20 ist mit 21 bezeichnet und schneidet die Kolbenachse 22.

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Der Kolben ist im Zylinder (nicht dargestellt) einer Verbrennungskraftmaschine (oder eines Kompressors) hin- und hergehend gelagert und mit der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors über einen zylindrischen Kolbenbolzen 23 und eine nicht-dargestellte Pleuelstange verbunden. Der Kolbenbolzen 23 wird von der Kolbenbolzenbohrung 20 gelagert und das obere Ende der Pleuelstange greift um den Kolbenbolzen 23 zwischen den Kolbenbolzenlageransätzen 18. Das untere Ende der Pleuelstange ist auf einem exzentrischen Kurbelzapfen der Kurbelwelle gelagert.

Wenn das Brennstoffluftgemisch in dem Zylinderraum über dem Kolben gezündet wird und die Verbrennung stattfindet, dann wird der Kolben in Richtung seiner Achse 22 nach unten verschoben und er wird infolgedessen einer hohen Kompressivlast längs der Achse 22 unterworfen. Unter der Annahme, daß der in Pig.l dargestellte Kolben seine Kurbelwelle, deren Achse senkrecht zur Zeichenebene nach Pig.l verläuft, im Uhrzeigersinn antreibt, dann ist die linke Seite 24 der Hülse 16 gemäß Pig.l die Schuboberfläche, während die rechte Seite 25 die nicht-schubbelastete Fläche ist.

Die Kompressivlast des Kolbens wird über die Kolbenbolzenansätze l8 auf den Kolbenbolzen 23 übertragen, der seinerseits eine querverlaufende Last, d.h. senkrecht zu den Achsen 21 und 22 auf die Wände der Kolbenbolzenbohrung 20 überträgt. Diese querverlaufende Last erzeugt eine Verzerrung der Kolbenbolzenlageransätze 18 und des Kolbenbolzens 23. Die Verzerrung ist insbesondere vorherrschend bei leichten hohlen Kolbenbolzen, wie diese in der Zeichnung dargestellt sind, da diese die Neigung haben, unter der Kompressivlast in eine elliptische Form überzugehen. Außerdem übt die Wandung des Zylinders eine beträchtliche Kraft auf die Schuboberfläche 24 der Hülse 16 aus und diese Kraft wird ebenfalls auf den Kolbenbolzen 23 übertragen. Die Hauptachse der elliptischen bzw. ovalen Gestalt, die der Kolbenbolzen unter Belastung annimmt, kann daher etwas gegenüber einer senkrecht zur Kolbenachse 22 und zur Achse 21 der

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Kolbenbolzenbohrung 20 geneigt sein, wobei die Neigung nach oben von links nach rechts gemäß Fig.l verläuft.

Um eine überbeanspruchung der Wände der Kolbenbolzenbohrung 20 zu vermeiden, ist ein Segment 26 ater eine sonstige zylindrische Wand auf nur einer Seite einer Ebene, die die Achse 21 der Kolbenbolzenbohrung 20 enthält und parallel zur Kolbenachse 22 verläuft, mit einer Ausnehmung versehen. Dieser ausgenommene Abschnitt schafft einen Raum für die Hauptachse des in die ovale Gestalt übergehenden Kolbenbolzens und es wird dadurch die Tendenz des Kolbens vermindert,oberhalb der Kolbenbolzenbohrung nach dem Kopfteil 10 des Kolbens zu reißen.

Bei der in Pig.l und 2 veranschaulichten AusfUhrungsform liegt das ausgenommene Segment 26 der nicht mit Schub belasteten Oberfläche 25 der Hülse 16 näher als der Schubfläche 24 und erstreckt sich über einen Winkel von etwa 6O°~8o°. Die Mittellinie der Segmentausnehmung 26 ist nach dem Kolbenkopf 10 gegenüber der Normalen zu den Achsen 21 und 22 um ungefähr 50° angestellt, so daß die Segmentausnehmung 26 näher der Oberseite der Kolbenbolzenbohrung liegt als dem Unterteil dieser Bohrung.

Das Ausmaß der Ausnehmung 26 ist in Richtung der Achse 22 der Kolbenbolzenbohrung 20 im wesentlichen konstant,wie aus Fig.2 ersichtlich. Die Segmentausnehmung 26 kann zweckmäßigerweise mittels eines Fingerfräsers hergestellt werden, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 20, wobei dieser Fräser mit seiner Achse etwas versetzt zur Achse 21 angesetzt wird«

Die Kolbenbolzen zeigen außerdem die Neigung, sich etwas unter dem Einfluß der Last zu krümmen, die auf ihre Endabschnitte über die Lageransätze bzw. die entgegengesetzt gerichtete Kraft, die im Mittelabschnitt über die Pleuelstange angreift, aufgebracht wird.

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Diese Krümmung beansprucht ebenfalls die Kolbenbolzenbohrung, wobei die Wirkung am größten in jenen Abschnitten der Bohrung ist, die der Kolbenachse am nächsten liegen.

Diese weitere Beanspruchung wird bei dem Ausführungsbeispiel nach PigO vermindert. In PigO sind die den Pig.l und 2 entsprechenden Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, an das ein a angehängt ist. Bs ist ersichtlich, daß die Tiefe der Segmentausnehmung 26a in den beiden Kolbenbolzenlagerbohrungen 20a in jedem Lageransatz l8a axial von außen nach der Achse 22a des Kolbens hin zunimmt. Die Ausnehmung 26a kann zweckmäßigerweise von außen her mittels eines Pingerfräsers hergestellt werden, der einen Durchmesser besitzt, welcher etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 20 und der in einem kleinen Winkel, im typischen Falle in einem Winkel von 1° gegenüber der Achse 21a angestellt ist.

Bs hat sich gezeigt, daß durch die Anordnung der Segmentausnehmung 26 oder 26a in der Wandung der Kolbenbolzenbohrung 20 bzw. 20a und zwar nur in einer Seite der Ebene,die die Achse der Bohrung enthält und parallel zur Kolbenachse verläuft, die Risse erzeugenden Beanspruchungen wesentlich vermindert werden können, denen die Bohrung durch den Kolbenbolzen 2j5 oder 2Ja ausgesetzt ist. Außerdem ist die Anordnung einer Segraentausnehmung nur auf einer Seite dieser Ebene einfacher und wirtschaftlicher herzustellen, als z.B. Segmentausnehmungen auf beiden Seiten der Ebene vorzusehen und zusätzlich wird eine bessere Lagerung des Kolbenbolzens unter seitlichen Lastbedingungen erhalten.

Es können zahlreiche Abwandlungen im Rahmen der Erfindung getroffen werden. So könnten diese Segmentausnehmungen 26 oder 26a beispielsweise symmetrisch zwisohen der oberen und unteren Oberfläche der

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Kolbenzapfenbohrungen angeordnet werden oder sie könnten auf der anderen Seite der Ebene liegen, die die Achse der Kolbenbolzenbohrung enthält und parallel zur Kolbenachse verläuft (d.h. auf jener Seite, 'die benachbart zur Schubfläche 24 oder 24a der Hülse 16 oder 16a liegt). Außerdem könnten die Kolbenbolzenbohrungen der Kolben in anderer Weise als beschrieben mit Ausnehmungen gemäß der Erfindung versehen sein, z.B. bei Kolben, bei denen die Achsen der Kolbenzapfenbohrungen etwas versetzt zur Kolbenachse verlaufen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :

Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Kompressor mit einem Kolbenkopf und einer Kolbenbolzenbohrung, dadurch gekennzei chnet, daß eine Segmentausnehmung (26,26a) in der im übrigen zylindrisehen Wandung der Kolbenbolzenbohrung (20,2GeJ) nur auf jener Seite einer Ebene vorgesehen ist, die die Achse(21,21a) der Kolbenbolzenbohrung enthält und parallel zur Kolbenachse (22, 22a) verläuft.
2. Kolben nach Anspruch 1,

dadurch gekennzei chnet, daß die besagte Seite benachbart zur nicht-schubbelasteten Seite (25) des Kolbens liegt.
3. Kolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzei chnet, daß die Segmentausnehmung der Wandung über einen Winkel zwischen 60° und 80° verläuft.
4. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzei chnet, daß der größte Teil der Segmentausnehmung auf der Kopfseite einer Ebene durch die Kolbenbolzenachse (21,21a) und normal zur Kolbenachse (22,22a) verläuft.
5. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im Abstand zueinander liegende Kolbenbolzenlageransätze (I8,l8a) diametral vom Kopfteil nach innen stehen und

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daß die Kolbenbolzenbohrung aus zwei axial aufeinander ausge-Sichteten Bohrungsebschnitten besteht, die in den Kolbenbolzenlageransätzen ausgebildet sind.
6. Kolben nach Anspruch 5*

dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ausnehmung in jedem Bohrungsabschnitt in Richtung der Achse der Bohrung im wesentlichen gleich ist.
7. Kolben nach Anspruch 5*

dadurch gekennzei chnet, daß die Tiefe der Ausnehmung in jedem Bohrungsabschnitt axial von außen nach der Kolbenachse zunimmt.

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