DE2106280A1

DE2106280A1 - Leichtmetallkolben für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2106280A1
Application number: DE19712106280
Authority: DE
Inventors: Johannes 7101 Kirchhausen; Frese Hans-Jürgen 7107 Bad-Friedrichshall Reitz
Original assignee: Karl Schmidt Gmbh, 7107 Neckarsulm
Priority date: 1971-02-10
Filing date: 1971-02-10
Publication date: 1972-08-17
Also published as: BR7200793D0; US3802810A; FR2126694A5; GB1316728A; IT947293B

Description

KARL SCHMIDT GMBH 6 Frankfurt (Main), 8.2.1971

Ctoristian-Schmidt-Str. 8/12.

Prov. Nr₀ 6478 KS

Leichtmetallkolben für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen insbesondere für solche in Trochoidenbauart, mit \ auf einer Seite befestigtem aus einem Eisenwerkstoff, vorzugsweise Stahl, bestehenden Hohlrad mit Innenverzahnung zur Steuerung des Kolbenumlaufs₀

Das Hohlrad eines Rotationskolbens ist in der Regel ein vom Kolben getrennt gefertigter aus einem Eisenwerkstoff, vorzugsweise Stahl, bestehender Teil, der durch Verschrauben, Verstiften oder auch durch Verschweißen mit dem Kolben kraft-.schlüssig verbunden ist«. Eine derartige Verbindung führt dazu, daß bedingt durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Kolbenwerkstoff einerseits und Hohlradwe.rk~ stoff andererseits das Hohlrad im Betrieb mehr oder weniger { stark deformiert wird. Bas hat zur,Folge, daß durch die im Betrieb ständig wechselnden Eingriffverhältnisse zwischen Hohlrad und Exzenterwelle Wechselspannungen in der Innenverzahnung des Hohlrades hervorgerufen werden, die im Bereich überhöhter Spannungskohzentrationen zum Bruch des Hohlrades führen können.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es aus der DT-OS 1 817 bekannt, bei Kolben für Rotationskolben-Verbrennungskraftmaschinen zur Drosselung des Wärmeflusses das Hohlrad entweder unter Zwischenschaltung einer wärmedämmenden Isolierscheibe

- 2 209834/0498

ORIGINAL INSPECTED

am Kolben zu befestigen oder mit einem wärmedämmenden Überzug zu versehen oder aus einem Keramik-, Sinter- oder Kunststoffmaterial zu fertigen, -

Da sich herausgestellt hat, daß durch diese Maßnahmen die bestehenden Mängel nicht vollständig behoben werden können, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, die Verbindung zwischen Hohlrad und Kolben so zu gestalten, daß Deformationen oder Brüche des Hohlrades als Folge überhöhter Spannungskonzentrationen, hervorgerufen durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kolben- und Hohlradwerkstoff, vermieden werden,, ' * '

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst,, daß auf einem Lochkreis im Nabenteil des Rotationskolbens entsprechend der Zahl der Ecken des Kolbens mehrere axial verlaufende unter gleichen Winkeln zueinander liegende Paßbohrungen mit -darin befestigten Bolzen angeordnet sind» Die hohlradseitigen Enden der Bolzen ragen über die Stirnfläche des Nabenteils mit engstem Gleitsitz in entsprechend gestaltete 'Ausnehmungen des Hohlrades hinein, wobei das Hohlrad durch eine der Anzahl der Bolzen entsprechende Zahl von im Nabenteil des Kolbens unter gleichen Winkeln zueinander angeordneten Schrauben, vorzugsweise Dehnschrauben, am Kolben befestigt ist«,

In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sind die Schrauben durch die hülsenförmig ausgebildeten Bolzen geführt, wobei die hohlradseitigen über die Stirnflächen des Nabenteils des Rotationskolbens hinausragenden Enden der Bolzen jeweils mit einem als Gleitstein wirkenden Bund'versehen sinde

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Bolzen in den vergleichsweise kältesten Bereichen des Nabenteils des Rotatio'nskolbens angeordnet sind,

209834/0498 ~ ³ ~

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist auf der dem Hohlrad abgewandten Stirnfläche des Nabenteils des Rotationskolbens eine mit entsprechenden Bohrungen für die der Befestigung des Hohlrades dienenden Schrauben versehene vorzugsweise aus Stahl bestehende auf den Enden der Bolzen aufliegende Platte angeordnet, gegen die die Köpfe der Schrauben gezogen sind, um eine Bewegung der hülsenf örmigen Bolzen in axialer Richtung zu begrenzen_e _

Zwe_;ckmäßigerweise besteht zwischen der jeweils zugehörigen Stirnfläche des Nabenteils und dem Hohlrad einerseits sowie der Platte andererseits ein Abstand, der wenigstens der Größe λ der axialen "Warmeausdehnung des Nabenteils entspricht, so daß in jedem Betriebszustand ein ausreichendes Spiel vorhanden ist. Dadurch wird es möglich, die Schrauben nur schwach anzuziehen, so daß ein Gleiten zwischen Hohlrad bzw_e Platte und den Bolzen möglich ist.

Die erfindungsgemäß gestaltete nur formschlüssige Verbindung zwischen dem aus Leichtmetall gefertigten Rotationskolben und dem aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere Stahl, bestehenden Hohlrad, gestattet eine unabhängige radiale und axiale Ausdehnung von Kolben und Hohlrad im Betrieb, ohne daß dabei die gemeinsame Achse beider Bauteile verändert und in dem Hohlrad unerwünscht hohe Spannungsfeonzentrationen auftreten ' würden. Durch die in* dem Nabenteil des Rotationskolbens befestigten über die hohlradseitige Stirnfläche des Kolbens hinausragenden Bolzen, werden die axialen Kräfte, die infolge ungleichmäßiger Druckverteilung auf den Kolbenflächen bzw. durch die äußere Beschleunigung auf das System kommen»' aufgenommen, so daß im Betrieb eine einwandfreie Verbindung von Kolben und Hohlrad gewährleistet ist. Ferner wird durch die Bolzen die thermische Ausdehnung von Kolben und Hohlrad in axialer Richtung ausgeglichen. Die Befestigung des Hohlrads am Kolben mittels Dehnschrauben hat den Vorteil, daß die in

209834/0498 ~ ⁴ ~

axialer Richtung erfolgende thermische Ausdehnung des Kolbens von den Dehnschrauben aufgenommen wird_e Gleichzeitig wirken die Dehnschrauben selbstsichernd und verbinden auch bei geringem Anzugsmoment Kolben und Hohlrad fest mit-einander, ohne jedoch ihre unabhängig voneinander erfolgende thermische Ausdehnung zu behindern, da das Anzugsmoment so eingestellt werden kann, daß die beiden Bauteile im Bereich ihrer Berührungsflächen unabhängig voneinander gleiten können_o Die Kraftübertragung von dem Kolben auf das'Hohlrad erfolgt durch die Bolzen über die radial verlaufenden Flanken der Ausnehmungen des Hohlrades·

In den Zeichnungen ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden.

In Fig» 1, von der Fig_e 2 einen Querschnitt entlang der Linie

I - I wiedergibt, ist die Seitenansicht eines Leichtmetall-Rotationskolbens 1 in Trochoidenbauart dargestellt, in dessen Nabenteil 2 drei axial verlaufende Paßbohrungen 3 mit darin befestigten Bolzen 4 auf einem Lochkreis unter gleichen Winkeln zueinander angeordnet sind. Die hohlradseitigen über die Stirnfläche des Nabenteils 2 hinausragenden Enden der Bolzen 4 ragen mit engstem Gleitsitz in entsprechenden Ausnehmungen 5 des Hohlrades 6 mit Innenverzahnung hinein. Das Hohlrad 6 ist über drei auf dem gleichen Lochkreis wie die Bolzen 4 unmittelbar neben diesen angebrachten Dehnschrauben 7 gegen die Stirnfläche des Nabenteils 2'des Kolbens 1 gezogen.

Die Figo 3 - Fig. 4 stellt einen Querschnitt entlang der Linie

II - II dar - zeigt die vorzugsweise Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotationskolbens 8 in Trochoidenbauart', wobei in den kältesten Bereichen des Nabenteils 9 drei axiale Paßbohrungen 10 mit darin befestigten hülsenförmigen Bolzen 11 auf einem Lochkreis unter gleichen Winkelη zueinander angebracht sind. Die hülsenförmigen Bolzen 11 sind auf ihren dem Hohlrad

209834/0498

mit Innenverzahnung zugewandten über die Stirnfläche des Nabenteils 9 hinausragenden Enden mit einem in entsprechenden Ausnehmungen 16 des Hohlrades 12 mit engstem Sitz gleitenden Bund 13 versehen,, Das Hohlrad 12 wird über drei in den hülsenförmigen Bolzen 11 befindliche Dehnschrauben 14 gegen die Stirnfläche des Bundes 13 des Bolzens 11 gezogen«, Auf der dem Hohlrad 12 abgewandten Stirnfläche des Nabenteils 9 ist eine Stahlplatte 15 unter den Köpfen der Dehnschrauben 14 befestigt, die auf der dem Bund gegenüber liegenden Stirnfläche des hülsenförmigen Bolzens 11 aufliegt.

- 6 Patentansprüche

209834/0A98

Claims

PATENTANSPRÜCHE '

/ T) ,Leichtmetallkolben, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, ^— für Rotationskolben-Verbrennimgskraftmaschinen, insbesondere für solche in Trochoidenbauart, mit auf einer Seite fest angeordnetem, aus einem Eisenwerkstoff» vorzugsweise Stahl, gefertigten Hohlrad mit Innenverzahnung zur Steuerung des Kolbenumlaufs, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Lochkreis im Nabenteil (2, 9) des Kolbens (1, 8) entsprechend der Zahl seiner Ecken mehrere axial verlaufende unter gleichen Winkeln zueinander «liegende Paßbqhrungen (3j 10) mit darin befestigten Bolzen (4, 11) angeordnet sind, wobei die hohlradseitigen Enden der Bolzen über die Stirnfläche des Nabenteils (2, 9). des Kolbens mit engstem Gleitsitz in entsprechend gestaltete Ausnehmungen (5> 16) des Hohlrades (6, 12) hineinragen und das Hohlrad durch eine der Anzahl der Bolzen (4, 11)" entsprechende Zahl von im Nabenteil des Kolbens unter gleichen Winkeln zueinander angeordneten Schrauben (7 j 14) mit dem Kolben (1, 8) verbunden ist.

.2) Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (14) durch die hülsenförmig ausgebildeten Bolzen (11) geführt und die hohlradseitigen über die Stirnfläche des Nabenteils (9) hinausragenden Enden der Bolzen (11) jeweils mit einem als Glei$stein wirkenden Bund (15) versehen sind. '", - ^x

3) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (4, 11) in den vergleichsweise kältesten Bereichen des Nabenteils (2, 9) angeordnet sind.

4) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Hohlrad (12) abgewandten Stirnfläche des Nabenteils (9) eine mit entsprechenden Bohrungen für die der Befestigung des Hohlrades dienenden

— 7 — 209814/0498

Schrauben (14) versehene vorzugsweise aus Stahl bestehende auf den Enden der Bolzen (11) aufliegende Platte (15) unter den Köpfen der Schrauben befestigt ist*

5) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des axialen Abstandes zwischen der jeweils zugehörigen Stirnfläche des Nabenteils (9) und dem Hohlrad (12) einerseits sowie der Platte (15) andererseits wenigstens der Größe der axialen Wärmeausdehnung

des Nabenteils entspricht,, ' '

6) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 bis 5$ dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (6, 12) über Dehnschrauben (7, 14) mit dem Kolben (1, 8) verbunden ist«.

209834/0498