AT520724B1 - Piston of a piston engine - Google Patents

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AT520724B1 ATA50411/2018A AT504112018A AT520724B1 AT 520724 B1 AT520724 B1 AT 520724B1 AT 504112018 A AT504112018 A AT 504112018A AT 520724 B1 AT520724 B1 AT 520724B1
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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

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben einer Kolbenmaschine mit einem auf einem Kolbenbolzen gelagerten Pleuel, mit wenigstens einer elektrischen Leitung zur Signal- oder Energieübertragung zwischen dem Pleuel und dem Kolben und mit einer den hohlen Kolbenbolzen durchsetzenden Führung für die elektrische Leitung in Form einer Schraubenfeder.Description: [0001] The invention relates to a piston of a piston engine with a connecting rod mounted on a piston pin, with at least one electrical line for signal or energy transmission between the connecting rod and the piston and with a guide for the electrical line passing through the hollow piston pin Shape of a coil spring.

[0002] Um Messgrößen beispielsweise am Pleuel eines Kolbens 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 Biege- und Torsionsbeanspruchungen bedingen die Gefahr von Ermüdungsbrüchen der Leitungen. Dies gilt auch, wenn die Leitungen in einer Schutzhülle in Form einer Schraubenfeder geführt sind (KR 2001-0059047 A), die in einer axialen Nut des Pleuels angeordnet ist, durch eine radiale Bohrung in den hohlen Kolbenbolzen und durch den Hohlraum des Kolbenbolzens stirnseitig aus dem Kolbenbolzen zu im Kolben angeordneten Sensoren geführt wird, weil diese die Schutzhülle bildende Schraubenfeder und damit die von der Schutzhülle umschlossenen, axial zur Schutzhülle verlaufenden Leitungen die Relativbewegungen zwischen Pleuel und Kolben aufnehmen müssen.In order to detect measured variables, for example, on the connecting rod of a piston of a piston engine, it requires a measuring device on the connecting rod and a wireless measurement data transmission. The measurement and transmission equipment required for this purpose are usually distributed to the connecting rod and the piston, so that electrical lines for signal or energy transmission between these components must record the relative movement between the connecting rod and piston. The associated alternating loads of the lines by bending and torsional stresses cause the risk of fatigue fractures of the lines. This is true even if the lines are guided in a protective cover in the form of a helical spring (KR 2001-0059047 A), which is arranged in an axial groove of the connecting rod, through a radial bore in the hollow piston pin and through the cavity of the piston pin frontally the piston pin is guided to the piston arranged in the sensor, because this protective sleeve forming the coil spring and thus the enclosed by the protective sheath, extending axially to the protective cover lines must absorb the relative movements between the connecting rod and piston.

[0003] 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 Bruchgefahr weitgehend ausgeschaltet werden kann.The invention is therefore based on the object to lead the lines between the connecting rod and piston of a piston engine so that only a relatively low line load occurs and therefore the risk of breakage can be largely eliminated.

[0004] Ausgehend von einem Kolben der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die den hohlen Kolbenbolzen von Stirnseite zu Stirnseite axial durchsetzende Schraubenfeder 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 kommende Leitung auf der Innenseite der Schraubenfeder entlang der Schraubenwindungen verläuft.Starting from a piston of the type described, the invention solves the problem set by the fact that the hollow piston pin from end to end axially extending coil spring at one end rotatably supported on the piston and rotatably connected to the other end with a connecting rod arranged on the line bridge is connected and that the coming of the line bridge line runs on the inside of the coil spring along the screw turns.

[0005] 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 Biegeoder 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.Because of these measures between the line bridge and the bridge-side end of the coil spring no relative movement occurs and the clamped between the pipe bridge and the piston coaxially extending through the piston pin coil spring receives the relative rotation between the piston and the connecting rod, which is on the inside the coil spring along the turns guided line no changing bending or torsional stress, but only subjected to a relatively low tensile stress, because yes the line follows the helical spring. It only has to be taken care of for a suitable connection of the line with the coil spring, which can be advantageously ensured by gluing.

[0006] 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 leadership conditions for the line in the coil spring arise when the coil spring has on its inside a along the screw turns extending receiving groove for the line, so that the line engages in the receiving groove.

[0007] 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 center pin to the piston pin support of the coil spring on the opposite end of the cable bridge can be solved constructively in different ways, particularly simple construction conditions arise when the coil spring at this end in an axial position of the piston pin defining, in an annular groove Bearing bore of the piston pin engaging spring ring is held so that no additional component is required for this. The coaxial to the piston pin holder of the coil spring on the side of the line bridge can be ensured in a simple manner by the line bridge itself.

[0008] 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. 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.The occurring during operation of a piston engine in the coil spring, usually high-frequency vibrations can be used to generate electrical voltages and thus to power the measuring or transmission devices when the spring body of the coil spring is constructed either of piezocrystals or a coating of piezocrystals having. The coating with a piezoceramic can be done both on the inside and on the outside of the spring.

[0009] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0010] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben einer Kolbenmaschine in einer schematischen Ansicht in Richtung des Kolbenbolzens und [0011] Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben nach der Linie II-II der Fig. 1.In the drawing, the subject invention is illustrated, for example. 1 shows a piston according to the invention of a piston engine in a schematic view in the direction of the piston pin, and [0011] FIG. 2 shows a section through the piston along the line II-II of FIG.

[0012] 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 axial securing of the piston pin 3, two spring rings 5, 6 are provided, which engage in annular grooves 7, 8 of the piston 1.

[0013] 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 the piston 1 and connecting rod 4 no unacceptable stresses, in particular torsional stresses, the line 9 condition, the line 9 is guided on the inside of a coaxial to the piston pin 3 coil spring 10, and along the screw turns, as shown in FIG. 2 can be removed. For this purpose, the helically wound spring body may be formed with a substantially rectangular cross-section and provided with a receiving groove 11 extending on the inside of the helical spring 10 for the line 9.

[0014] 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 coaxial mounting of the coil spring 9 with respect to the piston pin 3 on the one hand attached to the connecting rod 4 line bridge 12 and on the other hand a rotatably connected to the piston 1 support 13 are provided. The attached to a console-like projection 14 of the connecting rod 4 line bridge 12 forms a bearing fork 15 for a hollow connector 16 of the coil spring 10 which is rotatably connected by means of two diametrically opposite connecting flanges 17 with the bearing fork 15 of the line bridge 12.

[0015] Die Abstützung 13 am gegenüberliegenden Ende der Schraubenfeder 10 wird vorzugsweise durch 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 coil spring 10 is preferably formed by the piston pin 3 axially locking spring ring 6, which has at a radial web 18 an annular receptacle 19 for an annular terminal end 20 of the coil spring 10. This connection end 20 is comparable to the connecting piece 16 with two mutually with respect to the helical spring axis diametrically opposite connecting flanges 21 rotatably connected to the annular receptacle 19 of the support 13.

[0016] 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.Due to the described structural specifications, the connecting piece 16 of the coil spring 10 is held immovable relative to the line bridge 12 and thus relative to the connecting rod 4. Since the opposite terminal end 20 of the coil spring 10 is rotatably supported relative to the piston 1, the coil spring 10 compensates for the relative rotation between the piston 1 and the connecting rod 4. This means for the guided along the turns of the coil spring 10 line 9 that this line 9 is not claimed to bending or torsion, but only to train or pressure, with the result that the otherwise leading to line breaks changing bending and torsional stresses are avoided , which is associated with a corresponding increase in the service life of the lines 9. The emerging from the annular terminal end 20 of the coil spring 10 line section 22 can be continued in any direction along the piston 1 without risk of additional burden due to the relative movement between the piston 1 and connecting rod 4, because yes between the terminal end 20 of the coil spring 10 and the piston. 1 no relative movement occurs.

[0017] 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.As a result of the clamping of the helical spring 10 between the connecting rod 12 associated with the connecting rod 12 and the piston 1, the helical spring 10 is subjected to vibrations about the helical spring axis, which can be utilized for energy generation, if the spring body is constructed either from piezocrystals or on the inside. or outside of the coil spring 10 is provided with a piezoelectric ceramic layer.

Claims (4)

Patentansprücheclaims 1. Kolben (1) einer Kolbenmaschine mit einem auf einem 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), dadurch gekennzeichnet, dass 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.1. piston (1) of a piston engine with a on a piston pin (3) mounted connecting rod (4), with at least one electrical line (9) for signal or energy transfer between the connecting rod (4) and the piston (1) and with a the hollow piston pin (3) passing through the guide for the electrical line (9) in the form of a helical spring (10), characterized in that the hollow piston pin (3) from end to end axially passing coil spring (10) at one end against rotation on the piston (1) supported and non-rotatably connected to the other end with a connecting rod (4) arranged line bridge (12) and that of the line bridge (12) coming line (9) extends on the inside of the coil spring (10) along the screw turns , 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (10) an ihrem der Leitungsbrücke (12) gegenüberliegenden Ende mit einem die axiale Lage des Kolbenbolzens (3) festlegenden, in eine Ringnut (8) der Lagerbohrung (2) für den Kolbenbolzen (3) eingreifenden Federring (6) verbunden ist.2. Piston according to claim 1, characterized in that the coil spring (10) at its the line bridge (12) opposite end with a the axial position of the piston pin (3) defining, in an annular groove (8) of the bearing bore (2) for the Piston pin (3) engaging the spring ring (6) is connected. 3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (10) auf ihrer Innenseite eine entlang der Schraubenwindungen verlaufende Aufnahmenut (11) für die Leitung (9) aufweist.3. Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the helical spring (10) has on its inside a along the screw turns extending receiving groove (11) for the line (9). 4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Federkörper der Schraubenfeder (10) entweder aus Piezokristallen aufgebaut ist oder eine Beschichtung aus Piezokristallen aufweist.4. Piston according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring body of the coil spring (10) is constructed either of piezocrystals or having a coating of piezocrystals.
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