DE2828402B2 - Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer den zur Befestigung des Pleuels dienenden Kolbenbolzen aufnehmenden Kolbenbolzenbohrung, bei welchem zwischen Bolzen und Bohrung an oder nahe den beiden Bolzenenden zylindrische Büchsen angeordnet sind, die mit Spiel in der Bohrung sitzen.

Bei Kolben, insbesondere für hochbelastbare Brennkraftmaschinen und insbesondere für hochbelastete Dieselmotoren mit Zylinderdurchmessern von mehr als 90 mm, besteht seit längerem das Problem, daß durch die beim Betrieb des Kolbens auftretende Bolzenverformung an der Wand der Kolbenbolzenbohrung stellenweise eine sehr große Flächenpressung auftritt, die zur Gefahr der Rißbildung bzw. der Entstehung von Brüchen führt. Bisher wurde versucht, dieses Problem entweder durch Auskleidung der Bolzenbohrung mit Hartmaterial oder durch Vergrößerung des Bolzendurchmessers und damit Erzielung einer geringeren Bolzenverformung sowie Erreichung einer größeren Kontaktfläche zwischen Bolzen und Bolzenbohrung zu beheben bzw. zu reduzieren. Um die dabei auftretende Gewichtserhöhung des Kolbens möglichst gering zu halten, ist ein Kolben der eingangs genannten Gattung bekannt geworden, bei dem die zur Vergrößerung des Bolzendurchmessers dienenden zylindrischen Büchsen nur an den beiden Bolzenenden angeordnet sind, wo sie undrehbar befestigt sind (DE-AS 12 91955). Hiermit wird jedoch der Bolzen gerade in seinem durch die Kolbenarbeit am meisten auf Biegung beanspruchten Bereich nicht verstärkt, so daß die hierdurch eintretende Beanspruchung der Kolbenbolzenbohrung allenfalls nur geringfügig und nicht ausreichend reduziert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kolben der eingangs genannten Gattung das vorgenannte Problem der Vermeidung zu großer Flächenpressungen in der Kolbenbolzenbohrung ohne wesentliche Gewichtserhöhung des Kolbens in zufridenslellen-

der Weise zu lösen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Büchsen schwimmend auf dem Kolbenbolzen angeordnet sind. Diese schwimmende Lagerung ermöglicht eine Dämpfung ungleichmäßiger Flächenpressungen durch das zwischen Bolzen und Buchse befindliche öl.

Es ist zwar bereits ein Kolben der eingangs genannten Gattung bekannt geworden, bei welchen die Büchsen von Außenringen von Rollenlagern gebildet, über welche der Kolbenbolzen in der Bohrung drehbar ist (DE-PS 6 89 074). Da derartige Lageraußenringe möglichst dünnwandig sein sollen, um den Lagerdurchmesser möglichst gering zu halten, müssen diese in der Kolbenbolzenbohrung fest eingebaut sein. Eine schwimmende Lagerung dieser Außenringe ist daher nicht gegeben. Abgesehen davon haben derartige Rollenlager als Kolbenbolzenlagerung im Motorenbau, insbesondere bei hochbelasteten Dieselmotoren, praktisch durchwegs versagt, was darauf zurückgeführt werden kann, daß sich eine auftretende Spitzenlast, z. B. der Zünddruck beim Dieselmotor, im Lager nicht verteilt, sondern nur auf eine oder eventuell zwei Rollen auswirkt, die somit der Gefahr der Überlastung und des Bruches unterliegen. Im Hinblick darauf konnte die bekennte Kolbenbolzenlagerung mit Hilfe von Rollenlagern keine Anregung in Richtung der Erfindung geben.

Um b<;i dem erfindungsgemäßen Kolben die gewünschte Axiallage der Büchsen auf dem Bolzen zu garantieren, kann es zweckmäßig sein, in Achsrichtung des Kolbenbolzens wirkende Federelemente vorzusehen, die sich zwischen dem auf dem Kolbenbolzen sitzenden Pleuel und dem diesem Pleuel zugewandten Stirnende der Büchsen in Axialrichtung abstützen. Es ist zwar bereits bei einem aus zwei Teilen bestehenden Kolbenbolzen, von welchem jeder an einer anderen Seite des Pleuels im Kolben angeordnet ist und sich mit einem pilzartigen Kopf in eine entsprechende geformte Ausnehmung im Pleuelkopf eindrückt, bekannt, in Axialrichtung des Kolbenbolzenteils wirkende Druckfedern vorzusehen. Diese Federn dienen bei der im übrigen ganz anders ausgebildeten Kolbenbolzenlagerung ak derjenigen der Erfindung dazu, die Köpfe der Bolzenteile bei Abrieb an den Kontaktflächen des Pleuelkopfes automatisch nachzudrücken.

Ferner kann es bei dem erfindungsgemäßen Kolben vorteilhaft sein, daß sich die zylindrische Wand der Büchsen an ihrem zur Kolbenachs·; hin gerichteten Ende im Büchsenlängsschnitt konisch verjüngt. Hierdurch wird zwischen der Kolbenbolzenbohrung und den zylindrischen Büchsen ein zur Kolbenachse hin zunehmend größerer Zwischenraum geschaffen, der bei Betriebsbelastung infolge der dabei auftretenden Durchbiegung und Ovalverformung des Kolbenbolzens und der thermischen und mechanischen Verformung des Kolbens selbst eine Vergleichmäßigung der Flächenpressung zwischen Kolbenbolzen und Kolbenbolzenbohrung über die Länge der Kolbenbolzenbohrung gewährleistet. Dabei sollte die Abnahme des Außendurchmessers der Büchsen den örtlichen Verformungen des Bolzens und des Kolbens unter der maximalen Betriebslast entsprechen.

Konisch verjüngte Büchsen sind bei einer Kolbenbolzenlagerung für Kolben von Brennkraftmaschinen bereits bekannt (DE-PS 7 29 259). Bei diesen Büchsen handelt es sich jedoch um längsgeschlitzte oder mehrteilige Zwischenbüchsen zwischen dem Kolbenbolzen und in der Kolbenbolzenbohrune fest aneeord-

nete äußere Büchsen. Sie bestehen aus einem im Vergleich zu den äußeren sie umschließenden Büchsen aus einem Werkstoff von großer Wärmedehnung, damil der Kolbenbolzen bei Erreichung der Betriebstemperatur durch die dabei erfolgende radiale Zusammenziehung der Zwischenbüchse festgeklemmt wird. Ein derartiges Festklemmen des Bolzen in der Bolzenbohrung ist jedoch bei dem erfindungsgemäßen Kolben nicht erwünscht

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind nachfolgend zwei besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher beschrieben:

F i g. 1 zeigt eines dieser Ausführungsbeispiele in einem Axialschnitt durch den Kolben mit Kolbenbolzen,

F i g. 2 zeigt das andere Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellungsweise wie F i g. 1.

Bei beiden Ausführungsbeispielen sind der Durchmesser des Kolbenbolzens und derjenige der Kolbenoolzenbohrung jeweils unabhängig voneinander nach den für sie vorhandenen Erfordernissen dimensioniert, wodurch der Durchmesser der Bolzenbohrung 6 im Kolben 4 nicht unerheblich größer als der Außendurchmesser des Kolbenbolzens 3 selbst ist. An den beiden Enden des Kolbenbolzens 3 sind bei beiden Ausführungsbeispielen zwischen dem Kolbenbolzen und der Kolbenbolzenbohrung 6 zylindrische Büchsen 1, 2 vorgesehen, die den Zwischenraum zwischen Kolbenbolzen und Kolbenbolzenbohrung ausfülk n. Diese zylindrischen Büchsen sitzen schwimmend, formschlüssig oder kraftschlüssig auf dem Kolbenbolzen 3. An ihren äußeren Stirnenden sind in der Kolbenbolzerbohrung 6 Spreizelemente 7 vorgesehen, die als Anschlag für die Büchsen dienen und ein Herauswandern der Büchsen aus dem Kolben verhindern. Die Büchsen können aus einem Werkstoff hergestellt sein, der eine höhere Festigkeit aufweist als der Kolbenwerkstoff.

^r> Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispicl erstreckt sich die Bolzenbohrung 6 bis zum Aufnahmeraum 8 für das Pleuel 9 im Kolben 4 achsparallel, wobei ihre Kante an der Einmündung in den Aufnahmeraum 8 lediglich geringfügig ausgerundet ist. Um eine Zentrie-

i" rung bzw. genaue Axiallage der beiden zylindrischen Büchsen 1, 2 in der Bohrung 6 zu erzielen, sind Schraubenfedern 10 vorgesehen, die sich in Axialrichtung zwischen dem Pleuel 9 und den diesem zugewandten Stirnenden der beiden Büchsen 1, 2 in

ι ^r> Axialrichtung abstützen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel fehlen derartige Federn. Dafür nimmt der Außendurchmesser der beiden Büchsen 1, 2 an deren inneren Enden zur Kolbenachse hin kontinuierlich ab, wodurch die

-'» zylindrische Wandung der Büchsen sich in diesem Bereich 5 konisch verjüngt. Hierdurch kann eine selbständige Zentrierung der Büchsen in der Kolbenbolzenbohrung 6 erreicht werden, so daß es hierzu der beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehenen Fe-

-'■"■ dem 10 nicht bedarf.

Diese Konizität des Außenumfanges der Büchsen beträgt zwischen 6 und 20'. Sie kann auch dazu dienen, die Flächenpressung zwischen der Bolzenoberfläche und der Wandung der Kolbenbolzenbohrung, die durch

so die bei Betriebsbelastung auftretende Verformung von Bolzen, Bohrung und Kolben ungleichmäßig wird, zu vergleichmäßigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kolben, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einer den zur Befestigung des Pleuels dienenden Kolbenbolzen aufnehmenden Kolbenbolzenbohrung, bei welchem zwischen Bolzen und Bohrung an oder nahe den beiden Bolzenenden zylindrische Büchsen angeordnet sind, die mit Spiel in der Bohrung sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen (1, 2) schwimmend auf dem Kolbenbolzen (3) angeordnet sind.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Achsrichtung des Kolbenbolzens wirkende Federelemente (10) vorgesehen sind, die sich zwischen dem auf dem Kolbenbolzen sitzenden Pleuel i9) und dem diesem Pleuel zugewandten Stirnende der Büchsen (1, 2) in Axialrichtung abstützen.

3. Kolben nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wand der Büchsen (1, 2) an ihrem zur Kolbenachse hin gerichteien Ende im Büchsenlängsschnitt sich konisch verjüngt.

4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchsen (1, 2) aus einem Werkstoff von höherer Festigkeit als der Kolbenwerkstoff bestehen.