DE10103161A1

DE10103161A1 - Kolbenstiftanordnung

Info

Publication number: DE10103161A1
Application number: DE10103161A
Authority: DE
Inventors: James J Billimack; Neil E Johnston; Mark W Jarrett
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2001-11-15
Also published as: US6364565B1; US20020034415A1; GB2358901A; US6550138B2; GB2358901B; GB0100743D0

Abstract

Ein Verfahren zum Verringern des Auftretens des Versagens eines Kolbenstiftes durch Vorsehen einer Halteranordnung für Kolbenstiftstopfen, sodass die Stopfen während des Betriebs nicht entfernt oder losgeschüttelt werden können. Eine Kunststoffstange wird in den Kolbenstift eingeführt, und die Stange wird mit Ultraschall an die Schäfte von pilzförmigen Kunststoffkolbenstopfen geschweißt, sodass die Stopfen die offenen Enden des Stiftes abdecken und an ihrer Stelle gehalten werden durch die Strukturzusammenwirkung zwischen den Stopfen und der Stange. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Schaft jedes Stiftstopfens hohl und ein entsprechender Messingeinsatz mit Innengewinde ist in dem Schaft angeordnet und mit Ultraschall darin verschweißt. Eine Stange mit Außengewinde wird dann mit den zwei Einsätzen mit Innengewinde in Eingriff gebracht, um die Stopfen auf dem Kolbenstift zu halten.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeugmotoren und insbeson dere auf Kolbenstifte.

Stand der Technik

Bei Verbrennungsmotoren sind die unteren Enden der Kolbenstangen mit einer Kurbel welle gekoppelt, und die oberen Enden sind mit jeweiligen Kolbenböden gekoppelt, so dass eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolbenböden in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Entsprechend müssen die oberen Enden der Stangen mit den Kolbenböden gekoppelt werden, welche sich mit nur einem einzigen Freiheits grad bewegen, und zwar derart, dass sich die unteren Enden der Stangen in zwei Frei heitsgraden bewegen können.

Der Haupt- bzw. Schlüsselmechanismus beim Koppeln einer Kolbenstange an einen Kolbenboden ist der Kolbenstift, welcher durch eine Kolbenschürze und den Kolbenbo den und weiter durch die Kolbenstange hindurchgeht. Mittels des Kolbenstiftes werden der Kolbenboden und die Kolbenstange fest miteinander verbunden. Es ist leicht er kennbar, dass ein Versagen des Kolbenstiftes eine Fehlausrichtung und/oder Trennung dieser Komponenten ergeben könnte, was einen ernsthaften Motorschaden verursa chen könnte.

Es kommt vor, dass Kolbenstifte üblicherweise mit Metallclips gehalten werden, die ver sagen können. Wie hier erkannt wurde, ist es entsprechend wünschenswert, Mittel zum Halten der Kolbenstifte in Eingriff mit der Kolbenstange vorzusehen. Die vorliegende Erfindung wurde gemacht in dem Verständnis, dass dies erreicht werden kann unter Verwendung von Kolbensteckern bzw. -stopfen, die in die Stifte eingesetzt werden, aber dass es möglich ist, dass sich die Stecker bzw. Stopfen von den Stiften während des Betriebs lösen und dadurch möglicherweise einen Schaden am Motor verursachen. Die vorliegende Erfindung geht ferner vom Verständnis aus, dass einfaches Kleben der Stopfen bzw. Stecker an die Stifte weniger effektiv wäre, da der Klebstoff in der harten bzw. rauhen Motorumgebung seine Wirksamkeit möglicherweise verlieren könnte. Ent sprechend sieht die vorliegende Erfindung die hier offenbarten Lösungen vor zum Hal ten von Kunststoffkolbensteckern bzw. -stopfen in Kolbenstiften.

Offenbarung der Erfindung

Eine Kolbenstiftanordnung umfasst einen hohlen Kolbenstift, welcher erste und zweite Enden definiert. Ein erster Stiftstecker bzw. -stopfen ist in dem ersten Ende angeordnet und ein zweiter Stiftstecker bzw. -stopfen ist in dem zweiten Ende angeordnet. Eine Stange verbindet die Stopfen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst jeder Stiftstopfen einen au ßerhalb des Kolbenstifts angeordneten Kopf und einen innerhalb des Stifts angeordne ten Schaft. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel kann der Schaft jedes Stiftstopfens massiv sein und sowohl die Schäfte der Stiftstopfen als auch die Stange können aus Kunststoff bestehen. Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel werden die Schäfte per Ultraschall mit der Stange verschweißt.

Bei einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schaft jedes Stiftstopfens hohl und die Stange besitzt ein Außengewinde. Ein entsprechender Messingeinsatz mit Innengewinde ist in jedem Schaft angeordnet zum Gewindeeingriff mit der Stange. Um ein Drehen des Kopfes von mindestens einem der Stopfen durch Betätigung mit einem Werkzeug zu gestatten, ist der Kopf mit mindestens einer Eingriffsoberfläche ausgebil det, die zum Eingriff mit dem Werkzeug konfiguriert ist. Die Eingriffsoberfläche kann durch mindestens eine Nut bzw. Kerbe vorgesehen sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine Kolbenstiftstopfen-Halteranordnung eine Stange, die in einem hohlen Kolbenstift mit entgegengesetzten offenen Enden ange ordnet werden kann, sowie erste und zweite Kunststoffstecker bzw. -stopfen, die an entgegengesetzten Enden der Stange befestigt sind, um die offenen Enden des Kol benstifts abzudecken.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zum Halten erster und zweiter Kunststoffstiftstopfen in ersten und zweiten Enden eines Kolbenstifts das Kop peln des ersten Stifts an eine Stange, und das Voranbewegen bzw. Schieben der Stan ge in den Kolbenstift. Der zweite Stopfen wird mit der Stange gekoppelt. Falls ge wünscht, können beide Stopfen an die Stange gekoppelt werden, nachdem die Stange in den Stift geschoben wurde.

Die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung, sowohl hinsichtlich ihrer Struktur als auch des Betriebs, können am Besten verstanden werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile bezeichnen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Explosionsansicht einer Kolbenanordnung mit den vorliegenden Kolben stiftstopfen, wobei Teile aus Gründen der Klarheit entfernt sind;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Stifthalteranordnung der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht einer alternativen Kolbenstift halteranordnung.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Bezugnehmend anfangs auf Fig. 1 stehen linke und rechte Kolbenstiftstopfen 10, 12 in Eingriff mit entgegengesetzten offenen Enden eines Kolbenstifts 14 und werden an ihrer Stelle gehalten unter Verwendung von Strukturen, die nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Der Kolbenstift 14 ist durch Bügel 16, 18 eines Kolbenbodens 20, sowie durch gegenüberliegende Öffnungen 22 einer Kolbenschürze 24 aufgenom men. Der Kolbenstift 14 ist auch durch ein Lager 26 und ein Stift-Fitting 28 einer Kol benstange 30 aufgenommen. Die Kolbenstange 30 ist ihrerseits mit einer Motorkurbel welle gekoppelt gemäß bekannter Prinzipien. Mit dieser Struktur wird eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in einem Zylinder in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt.

Die Einzelheiten des vorliegenden Stifthalters sind ersichtlich bei Bezugnahme auf Fig. 2, wobei eine massive oder hohle Kunststoff-Kolbenstiftstange 32, die vorzugsweise aus Polyäthersulfon (PES) oder einem anderen geeigneten Kunststoff hergestellt ist, innerhalb eines Kolbenstifts 14 liegt, wobei die Kunststoffkolbenstecker bzw. -stopfen 10 und 12 die Enden dieses Kolbenstifts abdichten. Jeder Stecker bzw. Stopfen 10, 12 ist gemäß der Abbildung pilzförmig. Wenn der linke Stopfen 10 als Beispiel genommen wird, umfasst der linke Stopfen 10 entsprechend einen vorzugsweise massiven zylindri schen Schaft 10s und einen massiven kuppelförmigen Kopf 10t. Falls gewünscht, kann der Schaft 10s jedoch hohl sein. Vorzugsweise können die Stopfen 10, 12 auch aus PES bestehen.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung wird hergestellt durch Einführen des Schafts 10s des Kolbenstopfens 10 in das linke Ende des Kolbenstifts 14, wie es gezeigt ist, und dann durch Schieben der Kunststoffkolbenstiftstange 32 in das rechte Ende des Stifts 14. Der Kolbenstecker bzw. -stopfen 10 und die Kolbenstiftstange 32 werden dann aneinander befestigt, vorzugsweise indem sie per Ultraschall mit ihren Enden verschweißt werden, wie es gezeigt ist. Dann wird der Schaft des rechten Stopfens 12 in das rechte Ende des Kolbenstifts 14 eingeführt und per Ultraschall an seinem Ende mit der Stange 32 verschweißt, wodurch eine massiv geschweißte einzige Einheit gebildet wird.

Man sollte verstehen, dass der rechte Stopfen 12 zuerst in den Stift 14 eingeführt wer den könnte, dann die Stange 32 in den Stift 14 geschoben, und dann der linke Stopfen 10 gegen die Stange 32 geschoben werden könnte. Oder die Stange 32 könnte in dem Stift 14 angeordnet werden, und dann könnten beide Stopfen 10, 12 an die Stange 32 geschweißt werden.

Bezugnehmend nunmehr auf Fig. 3 ist ein alternativer Kolbenstifthalter gezeigt, welcher allgemein mit 120 bezeichnet ist. In diesem alternativen Ausführungsbeispiel sind linke und rechte Kunststoffstiftstopfen 122, 124 vorgesehen, die in allen wesentlichen Punk ten identisch sind zu den oben beschriebenen Stopfen 10, 12 mit den folgenden Aus nahmen.

Die Schäfte 126, 128, der Stopfen 122, 124 sind hohl, und ein jeweiliger hohler, zylin drischer Einsatz 130, 132 mit Innengewinde ist in jedem Schaft 126, 128 angeordnet. Die Einsätze 130, 132 können aus Messing bestehen. Falls gewünscht, können die Einsätze 130, 132 mit Ultraschall an die Innenseite des jeweiligen Stopfenschaftes 126, 128 geschweißt sein.

Wie auch in Fig. 3 gezeigt ist, steht eine hohle oder vorzugsweise massive zylindrische Kunststoff- oder Metallstange 134 mit Außengewinde in Gewindeeingriff mit einem der Einsätze 130, 132, um die Stange 134 mit dem jeweiligen Stopfen 122, 124 zu koppeln. Die Stange 134 wird in einen Kolbenstift, wie beispielsweise den in Fig. 1 und 2 ge zeigten Stift 14, geschoben, und dann wird der zweite Einsatz 132, 130 mit der Stange 134 in Schraubgewindeeingriff gebracht, um die Stange 134 an den entsprechenden Stopfen 124, 122 zu koppeln.

Falls gewünscht, kann der Kopf 136, 138 jedes Stopfens 122, 124 mit einer Eingriffs oberfläche ausgebildet sein, die konfiguriert ist zum Eingriff mit einem Werkzeug, um das Drehen des Kopfes 136, 138 durch Betätigen des Werkzeugs zu gestatten. Bei ei nem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Eingriffsoberflächen durch Nuten 140, 142 auf den jeweiligen Köpfen 136, 138 der Stopfen 122, 124 vorgesehen sein, um einen Greif- bzw. Angriffspunkt vorzusehen, um beim Festziehen der Anordnung 120 zu helfen. Eine Schraubverriegelung kann verwendet werden, um die Integrität der Anord nung zu erhalten.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Beim Betrieb wird eine der oben beschriebenen Stopfenhalteranordnungen mit jeweili gen Kolbenstiften in Eingriff gebracht, nachdem die Stifte mit den Kolbenanordnungen gekoppelt wurden, wie es oben beschrieben wurde. Aufgrund der oben offenbarten Strukturkombination halten die Stopfenhalteranordnungen die Stopfen 10, 12, 122, 124 während des Motorbetriebs in den jeweiligen Kolbenstiften.

Während die besondere Kolbenstiftanordnung, wie sie hier gezeigt und in Einzelheiten beschrieben wurde, völlig in der Lage ist, die oben beschriebenen Ziele der Erfindung zu erreichen, ist verständlich, dass dies das derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist und somit repräsentativ für einen Gegenstand ist, welcher von der vorliegenden Erfindung in einem weiten Sinne in Betracht gezogen wird, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung andere Ausführungsbeispiele vollständig um fasst, die dem Fachmann offenbar werden können, und dass der Umfang der vorlie genden Erfindung entsprechend durch nichts anderes als die beigefügten Ansprüche beschränkt sein soll, in denen die Bezugnahme auf ein Element im Singular nicht be deuten soll "eines und nur eines", außer, wenn es ausdrücklich so angegeben ist, son dern "eines oder mehrere".

Claims

1. Kolbenstiftanordnung mit:
einem hohlen Kolbenstift, der erste und zweite Enden definiert;
einem ersten Stiftstopfen, der in dem ersten Ende angeordnet ist;
einem zweiten Stiftstopfen, der in dem zweiten Ende angeordnet ist; und einer Stange, die die Stopfen miteinander verbindet.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei jeder Stiftstopfen einen außerhalb des Kol benstifts angeordneten Kopf und einen innerhalb des Stifts angeordneten Schaft umfasst.

3. Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Stange massiv oder hohl ist.

4. Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei der Schaft jedes Stiftstopfens massiv oder hohl ist.

5. Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Schäfte der Stiftstopfen und die Stange aus Kunststoff bestehen.

6. Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei die Schäfte per Ultraschall an die Stange geschweißt sind.

7. Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei der Schaft jedes Stiftstopfens hohl ist und die Stange ein Außengewinde besitzt und wobei die Anordnung ferner Folgendes aufweist:
einen jeweiligen Einsatz mit Innengewinde, welcher in jedem Schaft angeordnet ist zum Gewindeeingriff mit der Stange.

8. Anordnung gemäß Anspruch 7, wobei die Einsätze aus Messing bestehen.

9. Anordnung gemäß Anspruch 7, wobei der Kopf von mindestens einem Stiftstopfen mit mindestens einer Eingriffsoberfläche ausgebildet ist, die konfiguriert ist zum Eingriff mit einem Werkzeug, um das Drehen des Kopfes durch Betätigen des Werkzeugs zu gestatten.

10. Anordnung gemäß Anspruch 9, wobei die Eingriffsoberfläche durch mindestens eine Nut bzw. Kerbe gebildet wird.

11. Kolbenstiftstopfenhalteranordnung mit:
einer Stange, die in einem hohlen Kolbenstift mit entgegengesetzten offenen En den angeordnet werden kann; und
ersten und zweiten Kunststoffstopfen, die an entgegengesetzten Enden der Stan ge befestigt sind, um die offenen Enden des Kolbenstifts abzudecken.

12. Anordnung gemäß Anspruch 11, wobei die Schäfte mit Ultraschall an die Stange geschweißt sind.

13. Anordnung gemäß Anspruch 11, wobei der Schaft jedes Stiftstopfens hohl ist und die Stange ein Außengewinde besitzt, und wobei die Anordnung ferner Folgendes aufweist:
einen jeweiligen Einsatz mit Innengewinde, welcher in jedem Schaft angeordnet ist zum Gewindeeingriff mit der Stange.

14. Anordnung gemäß Anspruch 13, wobei der Kopf von mindestens einem Stiftstop fen mit mindestens einer Eingriffsoberfläche ausgebildet ist, die konfiguriert ist zum Eingriff mit einem Werkzeug, um das Drehen des Kopfes durch Betätigen des Werkzeugs zu gestatten.

15. Verfahren zum Haften erster und zweiter Kunststoffstiftstopfen in ersten und zweiten Enden eines Kolbenstifts, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Koppeln des ersten Stopfens an eine Stange;
Schieben der Stange in den Kolbenstift; und
Koppeln des zweiten Stifts mit der Stange.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei beide Stopfen mit der Stange gekoppelt werden, nachdem die Stange in den Stift geschoben wurde.

17. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Koppelungsschritte Ultraschallschwei ßen umfassen.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Stopfen mit ihren Enden an die Stange geschweißt sind.

19. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Verfahren ferner das Anordnen eines jeweiligen Einsatzes in jedem Stopfen und das Ultraschallschweißen des Einsat zes an den Stopfen aufweist, wobei der Einsatz konfiguriert ist zum Eingriff mit der Stange.