AT520724A4 - Piston of a piston engine - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Kolben (1) einer Kolbenmaschine mit einem auf einem hohlen Kolbenbolzen (3) gelagerten Pleuel (4), mit wenigstens einer elektrischen Leitung (9) zur Signal- oder Energieübertragung zwischen dem Pleuel (4) und dem Kolben (1) und mit einer den hohlen Kolbenbolzen (3) durchsetzenden Führung für die elektrische Leitung (9) in Form einer Schraubenfeder (10) beschrieben. Um eine vorteilhafte Leitungsführung zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die die den hohlen Kolbenbolzen (3) von Stirnseite zu Stirnseite axial durchsetzende Schraubenfeder (10) an einem Ende drehfest am Kolben (1) abgestützt und mit dem anderen Ende drehfest mit einer am Pleuel (4) angeordneten Leitungsbrücke (12) verbunden ist und dass die von der Leitungsbrücke (12) kommende Leitung (9) auf der Innenseite der Schraubenfeder (10) entlang der Schraubenwindungen verläuft.It is a piston (1) of a piston engine with a hollow piston pin (3) mounted on a connecting rod (4), with at least one electrical line (9) for signal or energy transmission between the connecting rod (4) and the piston (1) and with a hollow piston pin (3) passing through the guide for the electrical line (9) in the form of a coil spring (10) described. In order to provide an advantageous routing, it is proposed that the the hollow piston pin (3) from end to end axially penetrating coil spring (10) at one end rotatably supported on the piston (1) and with the other end against rotation with a on the connecting rod ( 4) arranged line bridge (12) is connected and that of the line bridge (12) coming line (9) extends on the inside of the coil spring (10) along the screw turns.
Description
ZusammenfassungSummary
Es wird ein Kolben (1) einer Kolbenmaschine mit einem auf einem hohlen Kolbenbolzen (3) gelagerten Pleuel (4) und mit einer Führung für wenigstens eine elektrische Leitung (9) zur Signal- oder Energieübertragung zwischen dem Pleuel (4) und dem Kolben (1) beschrieben. Um eine vorteilhafte Leitungsführung zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Führung eine den hohlen Kolbenbolzen (3) axial durchsetzende Schraubenfeder (10) aufweist, die an einem Ende drehfest am Kolben (1) abgestützt und mit dem anderen Ende drehfest mit einer am Pleuel (4) angeordneten Leitungsbrücke (12) verbunden ist, und dass die von der Leitungsbrücke (12) kommende Leitung (9) auf der Innenseite der Schraubenfeder (10) entlang der Schraubenwindungen verläuft.A piston (1) of a piston machine with a connecting rod (4) mounted on a hollow piston pin (3) and with a guide for at least one electrical line (9) for signal or energy transmission between the connecting rod (4) and the piston ( 1). In order to create an advantageous cable routing, it is proposed that the guide have a helical spring (10) which penetrates the hollow piston pin (3) axially and which is supported on the piston (1) in a rotationally fixed manner at one end and with the other end in a rotationally fixed manner on the connecting rod ( 4) arranged line bridge (12) is connected, and that the line (9) coming from the line bridge (12) runs on the inside of the coil spring (10) along the screw turns.
(Fig. 2)(Fig. 2)
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben einer Kolbenmaschine mit einem auf einem hohlen Kolbenbolzen gelagerten Pleuel und mit einer Führung für wenigstens eine elektrische Leitung zur Signal- oder Energieübertragung zwischen dem Pleuel und dem Kolben.The invention relates to a piston of a piston machine with a connecting rod mounted on a hollow piston pin and with a guide for at least one electrical line for signal or energy transmission between the connecting rod and the piston.
Um Messgrößen beispielsweise am Pleuel eines Kobens einer Kolbenmaschine erfassen zu können, bedarf es einer Messeinrichtung auf dem Pleuel und einer drahtlosen Messdatenübertragung. Die hierfür erforderlichen Mess- und Übertragungseinrichtungen sind üblicherweise auf den Pleuel und den Kolben verteilt, sodass elektrische Leitungen zur Signal- oder Energieübertragung zwischen diesen Bauteilen die Relativbewegung zwischen Pleuel und Kolben aufnehmen müssen. Die damit verbundenen Wechselbelastungen der Leitungen durch Biegeund Torsionsbeanspruchungen bedingen die Gefahr von Ermüdungsbrüchen der Leitungen.In order to be able to record measured variables, for example on the connecting rod of a piston in a piston machine, a measuring device on the connecting rod and a wireless measurement data transmission are required. The measurement and transmission devices required for this are usually distributed between the connecting rods and the pistons, so that electrical lines for signal or energy transmission between these components must absorb the relative movement between the connecting rods and the pistons. The associated alternating loads on the lines due to bending and torsion stresses cause the lines to fatigue.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Leitungen zwischen Pleuel und Kolben einer Kolbenmaschine so zu führen, dass nur eine vergleichsweise geringe Leitungsbelastung auftritt und demzufolge die Bruchgefahrweitgehend ausgeschaltet werden kann.The invention is therefore based on the object of guiding the lines between the connecting rod and the piston of a piston engine in such a way that only a comparatively low line load occurs and, consequently, the risk of breakage can be largely eliminated.
Ausgehend von einem Kolben der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Führung eine den hohlen Kolbenbolzen axial durchsetzende Schraubenfeder aufweist, die an einem Ende drehfest am Kolben abgestützt und mit dem anderen Ende drehfest mit einer am Pleuel angeordneten Leitungsbrücke verbunden ist, und dass die von der Leitungsbrücke kommendeStarting from a piston of the type described at the outset, the invention achieves the object in that the guide has a helical spring axially penetrating the hollow piston pin, which is non-rotatably supported on the piston and at the other end rotatably connected to a connecting bridge arranged on the connecting rod , and that the one coming from the lead bridge
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Leitung auf der Innenseite der Schraubenfeder entlang der Schraubenwindungen verläuft.Cable runs on the inside of the coil spring along the coil turns.
Da zufolge dieser Maßnahmen zwischen der Leitungsbrücke und dem brückenseitigen Ende der Schraubenfeder keine Relativbewegung auftritt und die zwischen der Leitungsbrücke und dem Kolben eingespannte, koaxial durch den Kolbenbolzen verlaufende Schraubenfeder die Relativdrehung zwischen dem Kolben und dem Pleuel aufnimmt, wird die auf der Innenseite der Schraubenfeder entlang deren Windungen geführte Leitung keiner wechselnden Biege- oder Torsionsbeanspruchung, sondern lediglich einer vergleichsweise geringen Zugbeanspruchung unterworfen, weil ja die Leitung der Schraubung der Feder folgt. Es muss lediglich für eine geeignete Verbindung der Leitung mit der Schraubenfeder gesorgt werden, was vorteilhaft durch eine Klebung sichergestellt werden kann.As a result of these measures, no relative movement occurs between the line bridge and the end of the coil spring on the bridge side, and the coil spring clamped between the line bridge and the piston and coaxially extending through the piston pin absorbs the relative rotation between the piston and the connecting rod, which is along the inside of the coil spring whose turns guided line are not subject to changing bending or torsional stress, but only to a comparatively low tensile stress, because the cable follows the screwing of the spring. It is only necessary to ensure a suitable connection of the line to the helical spring, which can advantageously be ensured by gluing.
Vorteilhafte Führungsbedingungen für die Leitung im Bereich der Schraubenfeder ergeben sich, wenn die Schraubenfeder auf ihrer Innenseite eine entlang der Schraubenwindungen verlaufende Aufnahmenut für die Leitung aufweist, sodass die Leitung in die Aufnahmenut eingreift.Advantageous guiding conditions for the line in the area of the coil spring arise if the inside of the coil spring has a receiving groove for the line running along the screw turns, so that the line engages in the receiving groove.
Obwohl die zum Kolbenbolzen zentrische Abstützung der Schraubenfeder auf dem der Leitungsbrücke gegenüberliegenden Ende konstruktiv auf unterschiedliche Art gelöst werden kann, ergeben sich besonders einfache Konstruktionsverhältnisse, wenn die Schraubenfeder an diesem Ende in einem die axiale Lage des Kolbenbolzens festlegenden, in eine Ringnut der Lagerbohrung des Kolbenbolzens eingreifenden Federring gehalten ist, sodass hierfür kein zusätzlicher Bauteil erforderlich wird. Die zum Kolbenbolzen koaxiale Halterung der Schraubenfeder auf der Seite der Leitungsbrücke kann in einfacher Weise durch die Leitungsbrücke selbst sichergestellt werden.Although the central support of the coil spring relative to the piston pin can be solved structurally in different ways on the end opposite the line bridge, particularly simple constructional relationships result when the coil spring at this end in an annular groove of the piston pin bearing bore in an annular groove in the bearing bore of the piston pin engaging spring ring is held so that no additional component is required for this. The coaxial mounting of the coil spring on the side of the cable bridge to the piston pin can be ensured in a simple manner by the cable bridge itself.
Die beim Betrieb einer Kolbenmaschine im Bereich der Schraubenfeder auftretenden, meist hochfrequenten Schwingungen können zur Erzeugung elektrischer Spannungen und damit zur Energieversorgung der Mess- bzw.The mostly high-frequency vibrations occurring in the operation of a piston machine in the area of the coil spring can be used to generate electrical voltages and thus to supply power to the measuring or
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Übertragungseinrichtungen genützt werden, wenn der Federkörper der Schraubenfeder entweder aus Piezokristallen aufgebaut ist oder eine Beschichtung aus Piezokristallen aufweist. Die Beschichtung mit einer Piezokeramik kann sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Feder erfolgen.Transmission devices are used if the spring body of the coil spring is either made up of piezo crystals or has a coating of piezo crystals. Piezoceramic can be coated on the inside as well as on the outside of the spring.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigenThe subject matter of the invention is shown in the drawing, for example. Show it
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben einer Kolbenmaschine in einer schematischen Ansicht in Richtung des Kolbenbolzens undFig. 1 shows a piston according to the invention of a piston machine in a schematic view in the direction of the piston pin and
Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben nach der Linie ll-ll der Fig. 1.2 shows a section through the piston along the line II-II of FIG. 1st
Der Kolben 1 weist eine Lagerbohrung 2 für einen hohlen Kolbenbolzen 3 auf, auf dem ein Pleuel 4 gelagert ist. Zur axialen Sicherung des Kolbenbolzens 3 sind zwei Federringe 5, 6 vorgesehen, die in Ringnuten 7, 8 des Kolbens 1 eingreifen.The piston 1 has a bearing bore 2 for a hollow piston pin 3 on which a connecting rod 4 is mounted. For axially securing the piston pin 3, two spring rings 5, 6 are provided which engage in ring grooves 7, 8 of the piston 1.
Um wenigstens eine elektrische Leitung 9 zur Signal- oder Energieübertragung zwischen Kolben 1 und Pleuel 4 für Mess- und Übertragungseinrichtungen so zu führen, dass die Relativbewegungen zwischen Kolben 1 und Pleuel 4 keine unzulässigen Beanspruchungen, insbesondere Torsionsbeanspruchungen, der Leitung 9 bedingen, wird die Leitung 9 auf der Innenseite einer zum Kolbenbolzen 3 koaxialen Schraubenfeder 10 geführt, und zwar entlang der Schraubenwindungen, wie dies der Fig. 2 entnommen werden kann. Zu diesem Zweck kann der schraubenförmig gewundene Federkörper mit einem im Wesentlichen rechtwinkeligen Querschnitt ausgebildet und mit einer auf der Innenseite der Schraubenfeder 10 verlaufenden Aufnahmenut 11 für die Leitung 9 versehen sein.In order to lead at least one electrical line 9 for signal or energy transmission between piston 1 and connecting rod 4 for measuring and transmission devices so that the relative movements between piston 1 and connecting rod 4 do not cause inadmissible stresses, in particular torsional stresses, on the line 9, the line becomes 9 on the inside of a helical spring 10 coaxial with the piston pin 3, along the screw turns, as can be seen in FIG. 2. For this purpose, the helically wound spring body can be designed with a substantially rectangular cross section and can be provided with a receiving groove 11 for the line 9 which runs on the inside of the coil spring 10.
Zur koaxialen Halterung der Schraubenfeder 9 bezüglich des Kolbenbolzens 3 sind einerseits eine am Pleuel 4 befestigte Leitungsbrücke 12 und anderseits eine mit dem Kolben 1 drehfest verbundene Abstützung 13 vorgesehen. Die an einem konsolenartigen Ansatz 14 des Pleuels 4 befestigte Leitungsbrücke 12 formt eine Lagergabel 15 für ein hohles Anschlussstück 16 der Schraubenfeder 10, das mittels zweier einander diametral gegenüberliegender Anschlussflansche 17 drehfest mit der Lagergabel 15 der Leitungsbrücke 12 verbunden ist.For the coaxial mounting of the coil spring 9 with respect to the piston pin 3, on the one hand a connecting bridge 12 attached to the connecting rod 4 and on the other hand a support 13 connected to the piston 1 in a rotationally fixed manner are provided. The line bridge 12 fastened to a bracket-like extension 14 of the connecting rod 4 forms a bearing fork 15 for a hollow connecting piece 16 of the helical spring 10, which is rotatably connected to the bearing fork 15 of the line bridge 12 by means of two diametrically opposite connection flanges 17.
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Die Abstützung 13 am gegenüberliegenden Ende der Schraubenfeder 10 wird vorzugsweise durch den den Kolbenbolzen 3 axial sichernden Federring 6 gebildet, der an einem radialen Steg 18 eine ringförmige Aufnahme 19 für ein ringförmiges Anschlussende 20 der Schraubenfeder 10 aufweist. Dieses Anschlussende 20 ist vergleichbar mit dem Anschlussstück 16 mit zwei einander bezüglich der Schraubenfederachse diametral gegenüberliegenden Anschlussflanschen 21 drehfest mit der ringförmigen Aufnahme 19 der Abstützung 13 verbunden.The support 13 at the opposite end of the helical spring 10 is preferably formed by the spring ring 6, which axially secures the piston pin 3 and which has an annular receptacle 19 for an annular connecting end 20 of the helical spring 10 on a radial web 18. This connection end 20 is comparable to the connection piece 16 with two connection flanges 21 diametrically opposite one another with respect to the helical spring axis and connected in a rotationally fixed manner to the annular receptacle 19 of the support 13.
Aufgrund der geschilderten konstruktiven Vorgaben wird das Anschlussstück 16 der Schraubenfeder 10 gegenüber der Leitungsbrücke 12 und damit gegenüber dem Pleuel 4 unbeweglich gehalten. Da das gegenüberliegende Anschlussende 20 der Schraubenfeder 10 drehfest gegenüber dem Kolben 1 abgestützt ist, gleicht die Schraubenfeder 10 die Relativdrehung zwischen Kolben 1 und Pleuel 4 aus. Dies bedeutet für die entlang der Windungen der Schraubenfeder 10 geführte Leitung 9, dass diese Leitung 9 nicht auf Biegung oder Torsion, sondern lediglich auf Zug bzw. Druck mit dem Ergebnis beansprucht wird, dass die sonst zu Leitungsbrüchen führenden wechselnden Biege- und Torsionsbeanspruchungen vermieden werden, was mit einer entsprechenden Erhöhung der Standzeit für die Leitungen 9 verbunden ist. Der aus dem ringförmigen Anschlussende 20 der Schraubenfeder 10 austretende Leitungsabschnitt 22 kann in beliebiger Richtung entlang des Kolbens 1 ohne Gefahr einer zusätzlichen Belastung zufolge der Relativbewegung zwischen Kolben 1 und Pleuel 4 weitergeführt werden, weil ja zwischen dem Anschlussende 20 der Schraubenfeder 10 und dem Kolben 1 keine Relativbewegung auftritt.On the basis of the described structural specifications, the connecting piece 16 of the helical spring 10 is held immovably in relation to the line bridge 12 and thus in relation to the connecting rod 4. Since the opposite connection end 20 of the coil spring 10 is supported in a rotationally fixed manner with respect to the piston 1, the coil spring 10 compensates for the relative rotation between the piston 1 and the connecting rod 4. For the line 9 guided along the turns of the helical spring 10, this means that this line 9 is not subjected to bending or torsion, but only to tension or pressure, with the result that the alternating bending and torsional stresses which otherwise lead to line breaks are avoided , which is associated with a corresponding increase in the service life for the lines 9. The line section 22 emerging from the annular connection end 20 of the coil spring 10 can be continued in any direction along the piston 1 without the risk of an additional load due to the relative movement between the piston 1 and the connecting rod 4, because yes between the connection end 20 of the coil spring 10 and the piston 1 no relative movement occurs.
Zufolge der Einspannung der Schraubenfeder 10 zwischen der dem Pleuel 4 zugeordneten Leitungsbrücke 12 und dem Kolben 1 wird die Schraubenfeder 10 Schwingungen um die Schraubenfederachse ausgesetzt, die zur Energiegewinnung genützt werden können, wenn der Federkörper entweder aus Piezokristallen aufgebaut oder auf der Innen- oder Außenseite der Schraubenfeder 10 mit einer piezoelektrischen Keramikschicht versehen ist.Due to the clamping of the coil spring 10 between the connecting rod 4 assigned to the connecting bridge 4 and the piston 1, the coil spring 10 is exposed to vibrations about the coil spring axis, which can be used for energy generation if the spring body is either made of piezo crystals or on the inside or outside of the Coil spring 10 is provided with a piezoelectric ceramic layer.
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