DE2151184B2 - Kolben für Kraft- oder Arbeitsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Kraft- oder Arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, mit einem Kolbenoberteil, der mittels einer Befestigungsschraube :nit dem im Pleuelstangenkopf gelagerten, kürzer als ein Drittel der Zylinderdurchmessers bemessenen Kolbenbolzen fest verbunden ist und mit einem sich am Kolbenbolzen bev eglich abstützenden Gleitschuh.

Ein derartiger Kolben ist aus der DE-OS 15 76013 bekannt Die Gleitflächen von dessen Gleitschuh sind durch einen relativ schmalen Steg miteinander verbunden, der im Kopf der Pleuelstange zwischen zwei Stützflanschen seitlich geführt und durch den Kolbenbolzen gehalten ist Der Kolbenbolzen durchdringt dabei fluchtende Bohrungen in den beiden Stützflanschen und im Steg des Gleitschuhes. Da der Kolbenbolzen, an dem mittels einer Schraube das Kolbenoberteil lösbar befestigt ist, somit praktisch nur in zwei relativ schwach dimensionierten Lagerstellen im Kopf der Pleuelstange gelagert ist, treten in diesen Lagerflächen extrem hohe Flächenbelastungen auf. Letztere können schon nach relativ kurzer Zeit zu Verformungen der Lagerstellen in der Pleuelstange führen, so daß sich bei dieser bekannten Lösung der Verbindung von Pleuelstange, Gleitschuh und Kolbenoberteil mit Kolbenbolzen systembedingt eine relativ kurze Standzeit ergibt. Tritt nun ein Lagerschaden auf, so ist bei der bekannten Kolbenlösung neben dem Kolbenoberteil und dem Gleitschuh auch noch die Pleuelstange auszubauen, was in der Regel eine Reihe von Manipulationen an der Maschine erfordert. Außerdem ist es fraglich, ob bei einem Pleuelschaden dieser noch repariert werden kann und nicht ohnehin das Pleuel vollständig ersetzt werden muß. Darüber hinaus treten im Falle eines Lagerschadens in der Pleuelstange durch die in diesem Falle nicht mehr gewährleistete exakte Verbindung zum Kolbenoberteil an diesem und der Zylinderbuchsenwand erhöhte Verschleißerscheinungen auf, die ebenfalls die Standzeit der Gesamtanordnung negativ beeinflussen.

Ein anderes Verbindungsprinzip zwischen einem gattungsfremden, einteiligen Kolben und einer Pleuelstange ist durch die US-PS 19 59 279 bekannt Dabei ist die Pleuelstange über einen rohrförmigen Kolbenbolzen s durch zwei beidseitig desselben angeordnete Kolbenbolzenhalter mit dem Kolben verbunden. Die Kclbenbolzenhalter tauchen mit relativ kurzen Achsstummeln in die Querbohrung des Kolbenbolzens ein und stützen sich an der Innenfläche einer Kolbenquerbohiing mit

to relativ schmalen Lagerflanschen ab. Der lichte Abstand der Achsstummel der Kolbenbolzenhalter, die in der Querbohrung lediglich durch Preßsitz gehalten sind, ist dabei um ein nicht unerhebliches Maß größer als die Breite des Pleuelstang^nkopfes. Durch diese Art der Kolben-Pleueistangen-Verbindung tritt am Kolben im Bereich der relativ schmalen Lagerflansche der Kolbenbolzenhalter eine sehr hohe Flächenpressung auf; dies kann sowohl zu Verformungen der Lagerflansche als auch des Kolbens im Lagerbereich derselben führen. Außerdem ist der rohrförmige Kolbenbolzen durch die freitragende Lagerung ständigen Biege- und Scherbeanspruchungen ausgesetzt die relativ frühzeitig zu Materialermüdungen führen können. Die nicht vermeidbaren Verbiegungen des rohrförmigen Kolben bolzens werden auch auf die beidseitig desselben angeordneten Kolbenbolzenhalter übertragen, wodurch diesen Pendelbewegungen senkrecht zu ihrer Achse aufgezwungen sind. Dies führt zu Relativbewegungen am Ort ihrer Lagerstellen im Kolben, wobei sie in ihrem Sitz mehr oder weniger verkantet werden und außerdem mit ihren Außenflächen gegen die Zylinderwand drücken. Dies führt letztendlich zum erhöhten Abrieb sowohl am Ort der Lagerstellen mit allmählicher Auflösung der Preßsitzverbindung zwischen Kolbenbol zenhalter und Kolben und außerdem in zunehmendem Maße auch zur Beschädigung der Zylinderwand. Diese Art der Verbindung zwischen Kolben und Pleuelstange kann dem Fachmann daher wegen der erkennbaren Nachteile derselben keinen Hinweis auf eine Lösung nach der Erfindung bei eineiTi demgegenüber noch dazu gattungsfremden Pendelschaftkolben geben.

Darüber hinaus ist es aus der US-PS 17 24 985 bekannt, einen einteiligen Kolben mittels zweier in ihn eingeschraubter, gegen Verdrehung gesicherte Lager schrauben an einem durchgehenden Kolbenbolzen zu befestigen.

Ferner ist durch die DE-PS 5 25 455 ein mehrteiliger Kolben bekannt, bei dem ein Kolbenboden mittel? mehrerer Schrauben an einem Kolbenmantel lösbar

so befestigt ist. Dieser Kolben ist mittels mehrerer Schrauben lösbar an einem Kolbenbolzen befestigt, der wiederum an einer Pleuelstange mittels mehrerer Schrauben befestigt ist. Dabei durchdringen diese Schrauben sowohl die Lagerwanne als auch diametral gegenüberliegende Lagerschilde und sind — wie die Abbildung 4 zeigt — von der dem Kolbenboden abgewandten Seite aus lösbar. Der zweiteilige Kolben ist daher nur in seiner Gesamtheit nach Lösen dieser Schrauben bei Bedarf aus dem Zylinder zusammen mit dem Kolbenbolzen und den Lagerschilden nach oben herausnehmbar. Die Lösung der Verbindung der beiden Kolbenteile innerhalb des Zylinders ist nicht möglich, da man innerhalb des Zylinders nicht an die die beiden Kolbenteile zusammenhaltenden Schrauben herankom men kann. Abgesehen von der Vielzahl der bei dieser bekannten Lösung notwendigen Schraubverbindungen zum Zusammenhalt der Kolbenteile und der Befestigung des Kolbens an der Pleuelstange tritt an letzterer

wegen der großen Auflagefläche des Kolbenbolzens in vorteilhafter Weise nur eine relativ kleine Flächenpressung auf. Nachteilig ist dabei jedoch die mehrteilige Ausbildung des Kolbenbolzenlagers am Pleuelstangenkopf und die hierfür benötigten Verbindungsschrauben; Schraubenverbindungen an derart hochbelasteten Teilen stellen in der Regel immer Schwachstellen dar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem Kolben der eingangs genannten Gattung eine Verbindung zwischen Pleuelstange, Kolbenbolzen und Gleitschuh zu schaffen, durch die innerhalb des Lagers der Pleuelstange nur eine niedrige Flächenbelastung auftritt, außerdem eine stabile, jedoch einfache Halterung des Gleitschuhes und eine Ausbaubarkeit aller Kolbenteile im Bedarfsfalle von der Zylinderkopfseite her und ohne Lösen des unteren Endes der Pleuelstange innerhalb des Zylinders möglich ist

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an beiden Enden des Kolbenbolzens je ein zur Lagerung des Gleitschuhes dienender Gleitschuhträger über eine zentrale, nicht durchgehende, jedem Gleitschuhträger zugeordnete, lösbare Schraubverbindung angeschlossen und am Kolbenbolzen gelagert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Kolben ist die Verwendung eines massiv ausgebildeten Kolbenbolzens und einer im Bereich ihres Kopfes ebenfalls relativ massiv ausgebildeten Pleuelstange möglich, da der Kolbenbolzen im Kopf der Pleuelstange bis auf eine schmale Aussparung für die Anbringung des Kolbenoberteiles in einer ansonsten durchgehenden Querbohrung gelagert ist. Durch diese Art der Verbindung zwischen Kolbenbolzen und Pleuelstange triit in deren Lagerstelle, nämlich der Querbohrung, nur eine niedrige, gleichmäßig verteilte Flächenbelastung auf. Die Gefahr eines Lagerausschlages und damit eines frühzeitigen Verschleißes des Pleuels ist daher auf ein Minimum reduziert. Da außerdem der Gleitschuh außerhalb des Pleuelstangenkopfes am Lagerbolzen angeordnet ist, bleibt die Festigkeit des Kolbenbolzens innerhalb seines Verbindungsbereiches mit der Pleuelstange unbeeinflußt. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine Verwendung eines in sich stabilen Gleitschuhes. Darüber hinaus erweist sich auch die beidseitige Aufhängung des Gleitschuhes am Kolbenbolzen zum Erhalt einer stabilen Lagerung desselben als sehr vorteilhaft, da hierdurch sowohl eine exakte Kolbenführung als auch die weitgehende Kompensation auftretender Querkräfte realisiert ist. Die Einzelteile des erfindungsgemäß ausgestalteten Kolbens lassen sich mit wenigen Handgriffen innerhalb des Zylinders und ohne vorheriges Lösen des unteren Endes der Pleuelstange nach oben ausbauen.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es ze-gt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch den Kolben und

Fi g. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1.

Der im Allsführungsbeispiel wiedergegebene Kolben weist ein Kolbenoberteil 1 mit einem Kolbenboden 2 und einem ringförmigen Ansatz 3 für die Nuten 4 zur Aufnahme der Kolbenringe auf. Im Kolbenoberteil 1 ist weiterhin eine am oberen Ende erweiterte Bohrung 5 zur Aufnahme einer als Dehnschraube ausgebildeten Befestigungsschraube 6 vorgesehen. Der Kopf 7 der Befestigungsschraube 6 liegt an einem Absatz 8 der Bohrung 5 auf, während das untere Ende der Befestigungsschraube 6 in ein Gewinde 9 eines Kolbenbolzens 10 eingeschraubt ist Das obere Ende der

s Bohrung 5 ist durch eine in den Kolbenboden 2 eingesetzte Scheibe U abgedeckt und somit gegen den Zutritt des Arbeitsmediums abgesichert

Der Kolbenbolzen 10 ist in einem im Kopf 12 einer Pleuelstange 13 angeordneten Lager 14 gehalten. Das

ίο Lager i.4 umgreift den Kolbenbolzen 10 mit Ausnahme eines kurzen Schlitzes 27 zum Durchtritt der Befestigungsschraube 6 und eines sich am Kolbenbolzen 10 abstützenden Halses 15 des Kolbenoberteiles 1 vollständig. Die insbesondere bei Brennkraftmaschinen

is beim Abwärtsgang des Kolbens auftretenden erheblichen Kräfte können somit vom Kolbenbolzen 10 auf die nicht unterbrochene untere Hälfte des Lagers 14 unter Vermeidung hoher spezifischer Flächenbelastungen übertragen werden. Zur Aufnahme der Kräfte beim Aufwärtsgang des Kolbens steht eine nur unwesentlich geringere Lagerfläche zur Verfügv..;g, die jedoch den Beanspruchungen voll gewachsen ist, ό einerseits die Belastungen in diesem Fall geringer sind und andererseits der Kolben ohnehin verhältnismäßig leicht ausgeführt werden kann.

Der Kolbenbolzen 10 weist an sehien beiden Stirnseiten Aussparungen 16 von kreisförmigem Querschnitt auf. !n jede der beiden Aussparungen 16 ist mit Schiebesitz ein Abschnitt eines zylindrischen Gleitschuhträgers 17 eingesetzt An einem zweiten aus dem Kolbenbolzen 10 axial herausragenden Abschnitt jedes Gleitschuhträgers 17 ist je ein Lagerauge 18 eines insgesamt mit 19 bezeichneten Gleitschuhes gelagert. Der Gleitschuh 19 umfaßt zwei einander gegenüberliegende Gleitflächen 20, die an der Innenwandung des nicht dargestellten Zylinders anliegen. Die Gleitflächen 20 sind mit den Lageraugen 18 über Streben 21 verbunden, die von den beiden Enden jeder Gleitfläche 20 ausgehen und deren gegenseitiger Abstand größer als die Länge des Kolbenbolzens 10 ist.

Jeder Gleitschuhträger 17 weist eine zentrale mit eii.em Gewinde versehene Bohrung 22 auf. Bei zusammengebauten Kolben dringt durch die Bohrung 22, wie aus der linken Hälfte der beiden Figuren ersichtlich ist, eine Halteschraube 23 frei hindurch. Die Halteschraube 23 ist in °in Gewinde 24 im Kolbenbolzen 10 eingeschraubt und hält mit ihrem Kopf 25 den Gleitschuhträger 17 gegen axiale Bewegung gesichert.
Zum Ausbau des Kolbens wird nach Abnehmen der Scheibe 11 zunächst die Befestigungsschraube 6 aus dem Gewinde 9 des Kolbenbolzens herausgedreht. Nunmehr kann das Kolbenoberteil 1 nach oben abgenommen werden. \nschließend werden die beiden Schrieben 23, die die Gleitschuhträger 17 halten, ebenfalls herausgeschraubt. Nunmehr wird, wie aus der rechten Seite de beiden Figuren hervorgeht, eine Druckschraube 26 in die mit Gewinde versehene Bohrung 22 eingeschraubt. Bei diesem Vorgang stützt sich das innere Ende der Druckschraube 26 am Kolbenbolzen 10 ab, so daß bei einer weiteren Drehung der Gleitschuhträger 17 nach außen aus der Aussparung 16 herausgedrückt 'vird. Ist dies erreicht, so kann der Gleitschuh 19 zusamrien mit den Glcitsthuhträgern 17 ebenfalls nach oben a js dem Zylinder herausgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kolben für Kraft- oder Arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, mit einem Kolbenoberteil, der mittels einer Befestigungsschraube mit dem im Pleuelstangenkopf gelagerten, kürzer als ein Drittel des Zylinderdurchmessers bemessenen Kolbenbolzen fest verbunden ist, und mit einem sich am Kolbenbolzen beweglich abstützenden Gleitschuh, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Kolbenbolzens (10) je ein zur Lagerung des Gleitschuhes (19) dienender Gleitschuhträger (1) über eine zentrale, nicht durchgehende, jedem Gleitschuhträger zugeordnete, lösbare Schraubverbindung (23, 24, 25) angeschlossen und am Kolbenbolzen gelagert ist

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitschuhträger (17) ein zylindrischer Körper durchgehend gleichen Durchmessers ist

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) des Gleitschuhträgers (17) ein Gewinde Für eine zur Demontage einschraubbare, sich am Kolbenbolzen (10) abstützende Druckschraube (26) aufweist