DE2203847B2 - Pistons for an internal combustion engine or a compressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht steh auf einen Kolben der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a piston in the Preamble of claim 1 specified genus.

Ein solcher Kolben für eine Brennkraftmaschine ist aus der GB-PS 8 51 322 bekannt Hierbei sind auf diametral gegenüberliegenden Seiten der Kolbenbolzenwandung je eine mondsichelförmige Ausnehmung derart angeordnet, daß sich eine im Querschnitt im wesentlichen elliptische Kolbenbolzenbohrung ergibt wobei die große Hauptachse der Ellipse die Kolbenbolzenachse einschließt und senkrecht zur Kolbenachse verläuft Hierdurch soll erreicht werden, daß sich der Kolbenbolzen der sich unter den in Richtung der Kolbenachse wirkenden Kompressionsbelastungen periodisch elliptisch verformt, in diese elliptischen Ausnehmungen hinein deformieren kann, ohne eine Querkraft auf die Kolbenbolzenaugen auszuüben, die so bei kreiszylindrischer Gestalt der Kolbenbolzenbohrung zu einer Rissebildung und sogar zum Bruch führen kann. Durch diese Ausbildung werden jene Kräfte berücksichtigt, die in Kolbenlängsrichtung verlaufend sich symmetrisch zur Kolbenachse aufspalten.Such a piston for an internal combustion engine is from GB-PS 8 51 322 known Here are each a crescent moon-shaped recess on diametrically opposite sides of the piston pin wall arranged in such a way that a piston pin bore which is essentially elliptical in cross section results the major major axis of the ellipse including the piston pin axis and perpendicular to the piston axis This is to ensure that the piston pin is located under the in the direction of Piston axis acting compression loads periodically deformed elliptically, in this elliptical Can deform recesses into it without exerting a transverse force on the piston pin bosses, which so in the case of a circular cylindrical shape of the piston pin bore lead to the formation of cracks and even to breakage can. This design takes into account those forces that run in the longitudinal direction of the piston split symmetrically to the piston axis.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Rißbildung nicht symmetrisch zu der die Kolbenachse und die Kolbenbolzenachse einschließenden Ebene erfolgt, sondern der Einsatz der Rißbildung einseitig einsetztHowever, it has been found that the cracking does not occurs symmetrically to the plane including the piston axis and the piston pin axis, but rather the plane Use of crack formation begins on one side

Der Erfindung Hegt die Erkenntnis zugrunde, daß der &o Einsatz der Rißbildung nicht durch zufällige Werkstoffeigenschaften bedingt oder daß der Beginn der Rißbildung einmal auf dieser und einmal auf jener Seite der genannten Ebene einsetzt, sondern stets auf einer Seite, die bezüglich der Drehrichtung der Kurbelwelle definiert ist, auf die die am Kolbenbolzen ansetzende Pleuelstange einwirkt.The invention is based on the knowledge that the & o Use of crack formation is not due to random material properties or that the beginning of the Crack formation begins once on this and once on that side of the plane mentioned, but always on one Side that is defined with respect to the direction of rotation of the crankshaft on which the one attaching to the piston pin Acting connecting rod.

Der Erfindung liegt daher weiter die ErkenntnisThe invention therefore further lies in the knowledge

zugrunde, daß durch die Drehung der Kurbelwelle und die seitlich hin und hergehende Bewegung der Pleuelstange unsymmetrische Krlfte eingeführt werden, wpbei die seitlichen Kräfte wahrend des Expansionshube? naturgemäß höher sind als die seitlichen Kräfte während des Kompressionshubes, sofern es sich um eine Brennkraftmaschine- handelt Bei einem Kompressor sind demgegenüber die seitlichen Kräfte während des Kompressionshubes höher -als während der Rückbewegung.based on that by the rotation of the crankshaft and the lateral reciprocating movement of the connecting rod asymmetrical forces are introduced, where the lateral forces during the expansion stroke? are naturally higher than the lateral ones Forces during the compression stroke, provided it is an internal combustion engine Compressor, on the other hand, the lateral forces during the compression stroke are higher than during the return movement.

Es ergeben sich daher auf den beiden Seiten jener Ebene; die durch Kolbenbolzenachse und Kolbenachse definiert ist unterschiedliche Seitendruckverhältnisse, d. h. es ergibt sich eine Druckseite, die bezüglich der .Drehrichtung vor der genannten Ebene Hegt und eine ,Gegendruckseite, die bezüglich der Drehrichtung hinten liegt und demgemäß vom Druck entlastet istIt therefore arises on both sides of that plane; the through piston pin axis and piston axis different side pressure ratios are defined, i. H. it results in a print page, which with respect to the .Direction of rotation in front of the above-mentioned level and one, counter-pressure side, which is behind with respect to the direction of rotation and is accordingly relieved of pressure

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese einseitig wirkenden Kräfte zu berücksichtige;! und die einseitig einsetzende Rissebildung zu verhindern.The invention is based on the object unilaterally acting forces to be taken into account! and the to prevent unilateral cracking.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungslei! des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.The task at hand is solved by the labeling section! of claim 1 specified Characteristics.

Dadurch, daß die Ausnehmung nur auf der Gegendruckseite vorgesehen ist ergibt sich eine bessere Passung des Kolbenbolzens in der Bohrung, was wiederum der Lebensdauer zugute kommtThe fact that the recess is only provided on the counterpressure side results in a better one Fit of the piston pin in the bore, which in turn benefits the service life

Es hat sich gezeigt daß besonders günstige Ergebnisse dann erlangt werden können, wenn die Anordnung der einzigen Ausnehmung gemäß Anspruch 2 bzw. 3 gewählt wird.It has been shown that particularly favorable results can be achieved when the Arrangement of the single recess according to claim 2 or 3 is selected.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 4.A further expedient embodiment of the invention results from claim 4.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigtExemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawing. In the Drawing shows

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Kolbens einer Brennkraftmaschine;1 shows an axial section of a piston of an internal combustion engine;

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß F i g. 1;F i g. 2 shows a section along the line 2-2 according to FIG. 1;

Fig.3 einen der Fig.2 ähnlichen Schnitt einer weiteren Ausführungsform eines Kolbens mit abgewandelter Form der Kolbenbolzenbohrung.3 shows a section similar to that of FIG Another embodiment of a piston with a modified shape of the piston pin bore.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Kolben weist eine Kolbenkrone 10 mit einer Kolbenoberfläche 12 und einen zylindrischen Kolbenmantel 16 auf, der von der Kolbenkrone 10 vorsteht Die zylindrische Oberfläche der Kolbenkrone 10 weist mehrere Ringnuten 14 zum Einsatz von Kolbenringen auf.The piston shown in Figs. 1 and 2 has a piston crown 10 with a piston surface 12 and a cylindrical piston skirt 16 protruding from the piston crown 10 The cylindrical surface the piston crown 10 has several annular grooves 14 for the use of piston rings.

Ferner weist die Kolbenkrone 10 zwei diametral gegenüberliegende Kolbenbolzenaugen 18 auf. Kolbenkrone, Kolbenmantel 16 und Kolbenbolzenaugen 18 sind in herkömmlicher Weise einteilig aus Aluminium <y\er einer Aluminiumlegierung gegossen.The piston crown 10 also has two diametrically opposite piston pin bosses 18. Piston crown, piston skirt 16 and piston pin bosses 18 are molded in a conventional manner in one piece from aluminum <y \ he an aluminum alloy.

Jedes Kolbenbolzenauge 18 weist eine Kolbenbolzenbohrung 20 auf, die koaxial aufeinander ausgerichtet sind. Die Achse 21 der Kolbenbolzenbohrung 20 schneidet die Kolbenachse 22.Each piston pin boss 18 has a piston pin bore 20 which is coaxially aligned with one another are. The axis 21 of the piston pin bore 20 intersects the piston axis 22.

Der Kolben ist im Zylinder (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine (oder eines Kompressors) hin* und hergehend gelagert und mit der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors über einen zylindrischen Kolbenbolzen 23 und eine nicht-dargestellte Pleuelstange verbunden. Der Kolbenbolzen 23 wird von der Kolbenbolzenbohrung 20 gelagert, und das obere Ende der Pleuelstange greift um den Kolbenbolzen 23 zwischen den Kolbenbolzenlageraugen 18. Das untere Ende der Pleuelstange ist auf einem exzentrischen Kurbelzapfen der Kurbelwelle gelagert.The piston is in the cylinder (not shown) of an internal combustion engine (or a compressor) back and forth mounted and connected to the crankshaft (not shown) of the engine via a cylindrical Piston pin 23 and a connecting rod, not shown, connected. The piston pin 23 is of the Piston pin bore 20 is supported, and the upper end of the connecting rod engages piston pin 23 between the piston pin bearing eyes 18. The lower end of the connecting rod is on an eccentric The crank pin of the crankshaft is supported.

Wenn das Brennstpfftoftgemjsch in dem Zylinderraum Ober deni Kolben gebondet wird und die Verbrennung stattfindet, dann wird der Kolben in Richtung seiner Achse 22 nach unten verschoben, und er wird infolgedessen einer hohen Kompressivlast längs der Achse 22 unterworfen, Unter der Annahme, daß der in Fig. 1 dargestellte Kolben seine Kurbelwelle, deren Achse senkrecht zur Zeichenebene nach Fig, I verläuft, im Uhrzeigersinn antreibt, dann bildet die linke Seite 24 des Mantels 16 gemäß Fig. 1 die Druckseite, während die rechte Seite 25 die Gegendruckseite istWhen the fuel is often in the cylinder space Is bonded over the piston and the Combustion takes place, then the piston is displaced downwards in the direction of its axis 22, and he is consequently subjected to a high compressive load along the axis 22, assuming that the Piston shown in Fig. 1 its crankshaft, whose Axis runs perpendicular to the plane of the drawing according to FIG. drives clockwise, then the left side forms 24 of the jacket 16 according to FIG. 1, the pressure side, while the right side 25 is the counter pressure side

Die Kompressivlatät des Kolbens wird fiber die Kolbenbolzenaugen 18 auf den Kolbenbolzen 23 übertragen, der seinerseits eine querverlaufende Last, d. h. senkrecht zu den Achsen 21 und 22 auf die Wände der Kolbenbolzeribohrung 20 überträgt Diese querverlaufende Last erzeugt eine Verzerrung der Kolbenbolzenaugen -18 und des Kolbenbolzens 23. Die Verzerrung ist insbesondere vorherrschend bei leichten hohlen Kolbenbolzen, wie diese in der Zeichnung dargestellt sind, da diese die Neigung haben, unter der Kompressivlast in eine elliptische Form überzugehen. Außerdem übt die Wandung des Zylinders eine beträchtliche ,Kraft auf die Druckseite 24 des Mantels 16 aus, und diese Kraft wird ebenfalls auf den Kolbenbolzen 23 übertragen. Die Hauptachse der elliptischen bzw. ovalen Gestalt, die der Kolbenbolzen unter Belastung annimmt kann daher etwas gegenüber einer senkrecht zur Kolbenachse 22 und zur Achse 21 der Kolbenbolzenbohrung 20 geneigt sein, wobei die Neigung nach oben von links nach rechts gemäß F i g. 1 verläuftThe compressive latency of the piston is determined by the The piston pin bosses 18 are transferred to the piston pin 23, which in turn carries a transverse load, d. H. perpendicular to the axes 21 and 22 on the walls the piston pin bore 20 transmits this transverse Load creates a distortion of the piston pin bosses -18 and the piston pin 23. The distortion is particularly prevalent in the case of light, hollow piston pins, as shown in the drawing as these tend to change into an elliptical shape under the compressive load. Also practice the wall of the cylinder a considerable force the pressure side 24 of the jacket 16, and this force is also transmitted to the piston pin 23. the The main axis of the elliptical or oval shape that the piston pin can assume under load somewhat inclined with respect to a perpendicular to the piston axis 22 and to the axis 21 of the piston pin bore 20 be, the inclination upwards from left to right according to FIG. 1 runs

Um eine Überbeanspruchung der Wände der Kolbenbolzenbohrung 20 zu vermeiden, ist eine Ausnehmung 26 auf nur einer Seite einer Ebene, die die Achse 21 der Kolbenbolzenbohrung 20 enthält und 3a parallel zur Kolbenachse 22 verläuft vorgesehen. Diese Ausnehmung schafft einen Raum für die Hauptachse des in die ovale Gestalt übergehenden Kolbenbolzen, und es wird dadurch die Tendenz des Kolbens vermindert oberhalb der Kolbenbolzenbohrung nach der Kolbenkrone 10 des Kolbens zu reißen.In order to avoid overstressing the walls of the piston pin bore 20, one is Recess 26 on only one side of a plane which contains the axis 21 of the piston pin bore 20 and 3a parallel to the piston axis 22 is provided. This recess creates a space for the main axis of the into the oval shape merging piston pin, and it is thereby the tendency of the piston is reduced to tear above the piston pin bore after the piston crown 10 of the piston.

Bei der in Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsform liegt die Ausnehmung 26 der Gegendruckseite 25 des Mantels 16 näher als der Druckseite 24 und erstreckt sich über einen Winkel von etwa 60°— 80°. Die Mittellinie der Ausnehmung 26 ist nach der Kolbenkrone 10 gegenüber der Kormalen zu den Achsen 21 und 22 um ungefähr 30" angestellt, so daß die Ausnehmung 5» näher der Oberseite der Kolbenbolzenbqhnwg liegt als dem Unterteil dieser Bohrung,In the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the recess 26 is on the counterpressure side 25 of the jacket 16 closer than the pressure side 24 and extends over an angle of approximately 60 ° -80 °. The center line of the recess 26 is after the piston crown 10 opposite the normal to the Axles 21 and 22 adjusted by about 30 "so that the Recess 5 »closer to the top of the piston pin bracket lies as the lower part of this hole,

Das Ausmaß der Ausnehmung 26 ist in Richtung der Achse 22 der Kolbenbolzenbobrung 20 im wesentlichen konstant, wie aus F ig, 2 ersichtlich. Die Ausnehmung 26 kann mittels eines Fingerfräsers hergestellt werden, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 20, wobei dieser Fräser mit seiner Achse etwas versetzt zur Achse 21 angesetzt wird.The extent of the recess 26 is in the direction of Axis 22 of the piston pin bore 20 essentially constant, as can be seen from FIG. The recess 26 can be made using an end mill, the diameter of which is slightly smaller than the diameter the bore 20, this milling cutter being set with its axis slightly offset from the axis 21.

Die Kolbenbolzen zeigen außerdem die Neigung, sich etwas unter dem Einfluß der Last zu krümmen, die auf ihre Endabschnitte über die Lageransätze bzw, die entgegengesetzt gerichtete Kraft die im Mittelabschnitt über die Pleuelstange angreift aufgebracht wird.The piston pins also show a tendency to bend slightly under the influence of the load that arises their end sections over the bearing lugs or the oppositely directed force in the middle section attacks on the connecting rod is applied.

Diese Krümmung beansprucht ebenfalls die Kolbenbolzenbohrung, wobei die Wirkung am größten in jenen Abschnitten der Bohrung ist die de? Kolbenachse am nächsten liegen.This curvature also stresses the piston pin bore, with the greatest effect in those Sections of the hole is the de? Closest to the piston axis.

Diese weitere Beanspruchung wird bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 vermindert. In F i g. 3 sind die den F i g, 1 und 2 entsprechenden Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, an das ein »a« angehängt ist Es ist ersichtlich, daß die Tiefe der Ausnehmung 26a in den beiden Kolbenbolzenbohrungen 20a in jedem Kolbenbolzenauge 18a axial von außen nach der Achse 22a des Kolbens hin zunimmt Die Ausnehmung 26a kann von außen her mittels eines Fingerfräser hergestellt werden, der einen Durchmesser besitzt welcher etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 20, und der in einem kleinen Winkel, im typischen Falle in einem Winkel von Γ gegenüber der Achse 21 a angestellt istThis further stress is in the embodiment according to FIG. 3 decreased. In Fig. 3, the parts corresponding to FIGS. 1 and 2 are provided with the same reference numerals, to which an "a" is appended. It can be seen that the depth of the recess 26a in the two piston pin bores 20a in each piston pin boss 18a axially from the outside to the Axis 22a of the piston increases. The recess 26a can be made from the outside by means of an end mill, which has a diameter which is slightly smaller than the diameter of the bore 20, and which is at a small angle, typically at an angle of Γ opposite the axis 21 a is employed

Es hat sich gezeigt daß durch die Anordnung der Ausnehmung 26 oder 26a in der Wandung der Kolbenbolzenbohrung 20 bzw. 20a und zwar nur in einer Seite der Ebene, die die Achse der Bohrung enthält und parallel zur Kolbenachse verläuft die Risse erzeugenden Beanspruchungen wesentlich vermindert werden können, denen die Bohrung durch den Kolbenbolzen 23 oder 23a ausgesetzt ist Außerdem ist die Anordnung eine- Ausnehmung nur auf einer Seite dieser Ebene einfach und wirtschaftlicher herzustellen, als z. B. Segmentausnehmungen auf beiden Seiten der Ebene vorzusehen und zusätzlich wird eine bessere Lagerung des Kolbenbolzens unter zeitlichen Lastbedingungen erhalten.It has been shown that the arrangement of the recess 26 or 26a in the wall of the Piston pin bore 20 or 20a and only in one side of the plane that contains the axis of the bore and running parallel to the piston axis, the stresses causing cracks are significantly reduced to which the bore through the piston pin 23 or 23a is exposed. In addition, the arrangement a recess to produce easily and economically only on one side of this level than z. B. To provide segment recesses on both sides of the plane and in addition, a better storage of the piston pin obtained under temporal load conditions.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (4)

Patentansprüche;Claims; ι. Kolben für eine Brennkraftmaschine oder einen Kompressor mit einer die Kolbenoberfläche aufweisenden KolbenJcrone und einem zylindrischen s Kolbenmantel, der von der Kolbenkrone vorsteht und eine Druck- und eine diametral gegenüberliegende Gegendruckseite aufweist, und mit radial aufeinander ausgerichteten Kolbenbolzenaugen, die eine im wesentlichen zylindrische Bohrung zwischen der Druckseite und der Gegendruckseite aufweisen, wobei die Bohrungen zum Lagern eines zylindrischen Kolbenbolzens jeweils eine seitliche Ausnehmung aufweisen, die sich über einen Bogenabschnitt erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß is eine einzige Ausnehmung (26) auf der Gegendruckseite vorgesehen istι. Pistons for an internal combustion engine or a Compressor with a piston crown having the piston surface and a cylindrical s Piston skirt protruding from the piston crown and having a pressure side and a diametrically opposite counterpressure side, and with radial aligned piston pin bosses having a substantially cylindrical bore between the pressure side and the counter pressure side, the bores for mounting a cylindrical piston pin each having a lateral recess that extends over an arcuate section extends, characterized in that a single recess (26) is provided on the counterpressure side 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige Ausnehmung im wesentlichen auf der der Kolbenkrone (10) zugewandten -Seite jener Ebew^verläuft, die sich durch die Kolbenbolzenachse (2?) normal zur Kolbenachse (22) erstreckt2. Piston according to claim 1, characterized in that the single recess is substantially on the side facing the piston crown (10) that Ebew ^ runs which extends through the piston pin axis (2?) normal to the piston axis (22) 3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (26) der Wandung der Kolbenbolzenbohrung (20) über einen Winkel zwischen 60° und 80° verläuft3. Piston according to claims 1 and 2, characterized in that the recess (26) of the Wall of the piston pin bore (20) extends over an angle between 60 ° and 80 ° 4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Ausnehmung (2Sa) axial von außen her nach der Kolbenachse (22a) hin zunimmt (Fig.3).4. Piston according to claim 1, characterized in that the depth of the recess (2Sa) increases axially from the outside towards the piston axis (22a) (Fig.3).