WO1999050576A1 - Verbindung eines kolbens mit einem pleuel und spannring hierfür - Google Patents
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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
Definitions
- the invention relates to the connection of a piston to a connecting rod by means of a tension ring for transmitting tensile forces, the tension ring encompassing a piston pin mounted in the piston and a tension pin mounted in the connecting rod.
- Such a piston-connecting rod connection is known from DE-PS 37 14 079 and represents a space-saving variant of a piston-connecting rod arrangement.
- FIGS. 1 and 2 of DE-PS 37 14 079 are considered to be part of the present disclosure.
- the light joint connection between piston and connecting rod disclosed in the figures is briefly described below. It is based on the knowledge that much smaller cross sections or areas are required to transmit the tensile forces occurring between the piston and the connecting rod than to transmit the compressive forces.
- the contact surface of the connecting rod, which receives the pressure forces from the piston pin, is designed as a half-shell, as is the surface of the piston opposite the connecting rod.
- Piston pin 3 and the dowel pin 11 engages.
- the connecting rod itself does not grip the piston pin.
- a comparison of the force-transmitting cross-sections shows that this construction enables the cross-sections required to transmit the tensile stresses to be minimized.
- the dimensions of the piston pin, conical dowel pin and clamping ring are designed so that the clamping ring is subjected to tension when the dowel pin is pressed in, as a result of which the piston pin is pressed against the connecting rod.
- the present invention is therefore concerned with the problem of reducing the stress on the clamping ring during assembly and operation in the case of generic piston-connecting rod connections and minimizing permanent deformations.
- the angle W to be set according to the characteristic feature a), in which the clamping pin contacts the clamping ring, is determined as a function of the diameter ratio of the piston pin and the clamping pin, the optimum angle in each case being able to be determined by comparison tests and typically being between 90 and 120.
- the inner contour of the clamping ring following the angular range specified by feature b) is either defined by a second, larger radius or by a logarithmic or hyperbolic function.
- the second radius is approximately 1.2 to 2.5 times larger than the first radius.
- the contact area between the clamping ring and the clamping pin is reduced and the forces occurring when the clamping pin is pressed in are reduced. Since the inner leg surface line of the clamping ring does not directly pass into the radius of the dowel pin as a tangent, a pressure peak to be expected at this point is avoided and the bending moment acting on the leg is also reduced.
- the width B of the clamping ring in the area around the clamping pin should be between 40% and 100% of the diameter of the clamping pin.
- the width of the clamping ring should decrease continuously towards the piston pin, the wall thickness transition being described by a continuous function.
- Fig. 1 is a view of the clamping ring according to the invention.
- a clamping ring 1 for connecting a piston to a connecting rod engages with its larger end a piston pin 2 and with its smaller end a slightly conical clamping pin 3 which is pressed into a connecting rod (not shown).
- the width B of the tension ring in the area of the tension pin is larger than the width of the tension ring in the - 4 -
- FIG. 1 A straight connection tangent to the piston pin and the dowel pin is shown in broken lines in FIG. 1.
- a dimensioning example that can be used for car pistons is 22 mm in diameter for the piston pin, approx. 11 mm in diameter for the conical dowel pin and a material thickness of 5 mm that is constant over the circumference of the clamping ring.
- the width of the clamping ring in the radial direction - based on the bolt axis or on the axis of the clamping pin, is variable as shown in FIG. 1.
Landscapes
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Abstract
Bei einer Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel durch einen Spannring zur Übertragung von Zugkräften sollen Deformationen des Spannrings beim Einpressen des Spannstifts vermieden werden. Hierzu weist der Spannstift einen das Spannband kontaktierenden Winkelbereich auf, der kleiner ist, als er sich normalerweise aufgrund des Aussendurchmessers des Kolbenbolzens und des Spannstifts bei einer beide tangierenden, geradlinigen Verbindung ergeben würde.
Description
Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel und Spannring hierfür
Die Erfindung betrifft die Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel durch einen Spannring zur Übertragung von Zugkräften, wobei der Spannring einen im Kolben gelagerten Kolbenbolzen und einen im Pleuel gelagerten Spannstift umgreift .
Eine derartige Kolben-Pleuel-Verbindung ist aus der DE- PS 37 14 079 bekannt und stellt eine platzsparende Variante einer Kolben-Pleuel-Anordnung dar.
Auf die Figuren 1 und 2 der DE-PS 37 14 079 wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen und sie werden als zu der vorliegenden Offenbarung gehörend angesehen. Die in den Figuren offenbarte Leichtgelenkverbindung zwischen Kolben und Pleuel wird im folgenden kurz beschrieben. Sie basiert auf der Erkenntnis, daß zur Übertragung der zwischen Kolben und Pleuel auftretenden Zugkräfte wesentlich geringere Querschnitte bzw. Flächen benötigt werden als zur Übertragung der Druckkräfte. Die die Druckkräfte vom Kolbenbolzen aufnehmende Kontaktfläche des Pleuels ist als Halbschale ausgebildet, ebenso die dem Pleuel gegenüberliegende Fläche des Kolbens .
Im oberen Teil des Pleuels 2 ist ein konischer Spannstift 11 eingepreßt. Die Übertragung von Zugkräften zwischen Kolben 1 und Pleuel 2 erfolgt durch einen Spannring 8, der den
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Kolbenbolzen 3 und den Spannstift 11 umgreift. Das Pleuel selbst umgreift den Kolbenbolzen nicht. Bei einem Vergleich der kraftübertragenden Querschnitte wird deutlich, daß durch diese Konstruktion eine Minimierung der zur Übertragung der Zugspannungen erforderlichen Querschnitte möglich ist.
Die Abmessungen von Kolbenbolzen, konischem Spannstift und Spannring sind so ausgelegt, daß der Spannring beim Einpressen des Spannstifts auf Zug belastet wird, wodurch der Kolbenbolzen gegen das Pleuel gepreßt wird.
Es hat sich allerdings gezeigt, daß es beim Einpressen des Spannstifts im Kontaktbereich zu Deformationen des Spannrings kommt. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, bei gattungsgemäßen Kolben-Pleuel-Verbindungen die Beanspruchung des Spannrings bei der Montage und im Betrieb zu erniedrigen und bleibende Deformationen zu minimieren.
Dieses Problem wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der gemäß kennzeichnendem Merkmal a) einzustellende Winkel W, in dem der Spannstift den Spannring kontaktiert, wird in Abhängigkeit des Durchmesserverhältnisses von Kolbenbolzen und Spannstift festgelegt, wobei der jeweils optimale Winkel durch Vergleichsversuche ermittelt werden kann und ty- o o pischerweise zwischen 90 und 120 beträgt.
Die Innenkontur des Spannrings im Anschluß an den durch Merkmal b) vorgegebenen Winkelbereich ist entweder durch einen zweiten, größeren Radius definiert oder durch eine logarithmische oder hyperbolische Funktion. Der zweite Radius ist etwa 1,2 bis 2,5-fach größer als der erste Radius.
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Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Spannrings wird die Kontaktfläche zwischen Spannring und Spannstift verkleinert und die beim Einpressen des Spannstifts auftretenden Kräfte werden verringert. Da die innere Schenkelmantellinie des Spannrings nicht direkt als Tangente in den Spannstiftradius übergeht, wird eine an dieser Stelle zu erwartende Druckspitze vermieden und auch das am Schenkel wirkende Biegemoment gesenkt .
Prinzipiell ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen, zu einer kleineren Kontaktfläche führenden Merkmale ebenfalls im Bereich des Kolbenbolzens vorzusehen.
Die Breite B des Spannrings im Bereich um den Spannstift soll zwischen 40 % und 100 % des Durchmessers des Spannstifts betragen. Zum Kolbenbolzen hin soll die Breite des Spannrings kontinuierlich abnehmen, wobei der Wandstärkenübergang durch eine stetige Funktion beschrieben sein soll.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Auf die Darstellung der zu verbindenden Teile - Kolben und Pleuel - wurde dabei verzichtet. Auf die Figuren 1 und 2 der DE-PS 37 14 079 wird verwiesen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Spannrings .
Ein Spannring 1 zur Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel umgreift mit seinem größeren Ende einen Kolbenbolzen 2 und mit seinem kleineren Ende einen leicht konischen Spannstift 3, der in ein nicht dargestelltes Pleuel eingepreßt ist. Die Breite B des Spannrings im Bereich des Spannstifts ist größer als die Breite des Spannrings im Be-
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reich des Kolbenbolzens. Im Anschluß an einen Winkelbereich W, der den Radius Rl aufweist und in dem der Spannstift 3 den Spannring 1 kontaktiert, folgen Bereiche des Spannrings mit einem größeren Radius R2 , wobei das Radienverhältnis in Abhängigkeit vom Durchmesser des Kolbenbolzens 2 und des Spannstifts 3 so ausgelegt ist, daß der Winkelbereich W, in dem der Spannring den Spannstift kontaktiert, kleiner ist, als sich normalerweise aufgrund des Außendurchmessers des Kolbenbolzens und des Spannstifts und einer beide tangierenden, geradlinigen Verbindung ergeben würde.
Eine den Kolbenbolzen und den Spannstift tangierende geradlinige Verbindung ist in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet.
Ein für PKW-Kolben brauchbares Dimensionierungsbeispiel liegt bei 22 mm Durchmesser für den Kolbenbolzen, ca. 11 mm Durchmesser für den konischen Spannstift und einer, über den Umfang des Spannrings konstanten Materialstärke von 5 mm. Die Breite des Spannrings in radialer Richtung - bezogen auf die Bolzenachse bzw. auf die Achse des Spannstifts ist wie in Fig. 1 dargestellt variabel.
Claims
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Patentansprüche
Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel durch einen Spannring (1) zur Übertragung von Zugkräften, wobei der Spannring (1) einen im Kolben gelagerten Kolbenbolzen (2) und einen im Pleuel gelagerten Spannstift (3) umgreift, gekennzeichnet durch die Merkmale
a) der Spannring (1) weist im Bereich der Umschlingung des Spannstifts (3) nur über einen o o Winkelbereich W von 40 bis 120 einen Innenradius auf, der dem Außenradius des Spannstifts (3) entspricht oder nahezu entspricht,
b) die an den Winkelbereich W angrenzenden Bereiche des Spannrings (1) weisen einen Krümmungsradius auf, der größer ist als der Außenradius des Spannstifts (3),
c) der Winkelbereich W, in dem der Spannring (1) den Spannstift (3) kontaktiert, ist kleiner, als er sich normalerweise aufgrund des Außendurchmessers des Kolbenbolzens (2) und des Spannstifts (3) und einer beide tangierenden, geradlinigen Verbindung ergeben würde.
Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite B des Materialquerschnitts des Spannrings (1) im Umschlingungsbereich des Spannstifts (3) größer ist als im Umschlingungsbereich des Kolbenbolzens ( 2 ) .
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Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Montage die Innenkontur des Spannrings (1) überall senkrecht zur Stirnfläche ist und erst bei der Montage des konischen Spannstifts (3) durch Plastifi- zierung lokal eine dem Konuswinkel angepaßte Schräge entsteht .
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998113623 DE19813623A1 (de) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel und Spannring hierfür |
| DE19813623.4 | 1998-03-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO1999050576A1 true WO1999050576A1 (de) | 1999-10-07 |
Family
ID=7862595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/DE1999/000604 Ceased WO1999050576A1 (de) | 1998-03-27 | 1999-02-22 | Verbindung eines kolbens mit einem pleuel und spannring hierfür |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19813623A1 (de) |
| WO (1) | WO1999050576A1 (de) |
Citations (2)
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-
1999
- 1999-02-22 WO PCT/DE1999/000604 patent/WO1999050576A1/de not_active Ceased
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE19813623A1 (de) | 1999-09-30 |
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Legal Events
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