DE4314892A1

DE4314892A1 - Bolzenstopfen zur Verwendung in einer Kolbenanordnung

Info

Publication number: DE4314892A1
Application number: DE4314892A
Authority: DE
Inventors: Willibald G Berlinger
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1992-05-05
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: DE4314892B4; BR9301043A; US5289758A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Kol benanordnung zur Verwendung in einem internen Verbren nungsmotor, Kompressor oder ähnlichem und insbesondere auf die Sicherung oder Halterung eines Kolbenbolzens in nerhlb einer Kolbenanordnung während des Betriebs des Mo tors.

Ausganspunkt der Erfindung

Die letzten Jahre haben gezeigt, daß eine erhöhte Beto nung auf die Bauart von Motoren gelegt wurde, um sie kom pakter, leichter und trotzdem mit einer verbesserten Treibstoffwirtschaftlichkeit, Effizienz, reduzierten Ab gasen, einer größeren Lebensdauer und einer erhöhten Lei stungsabgabe pro Zylinder herzustellen. Wenn heutige Mo toren umgewandelt oder aufgewertet werden, dann ist die Kolbenanordnung noch höheren Verbrennungskammerdrücken und Temperaturen ausgesetzt.

Es wurden Versuche unternommen, die Wirkungen von höheren Verbrennungskammerdrücken zu beseitigen, und zwar durch Abändern der Bauart des Kolbenglieds und seinen dazugehö rigen Bauteilen, wie zum Beispiel dem Kolbenbolzen und der Haltevorrichtung bezüglich des Kolbenglieds. Ein Bei spiel ist in der GB-Patentanmeldung Nr. 2 225 087 ge zeigt. Die Veröffentlichung zeigt eine Gelenkkolbenanord nung, die folgendes aufweist: einen Kolbenkopf oder Boden mit einem Paar Bolzennaben, einen Schaft- oder Mantelteil und einen Gelenkbolzen, der in den Naben- und dem Schaft teil angeordnet ist. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin ein Rückhalteglied, um eine seitliche Verformung der Bolzen naben zu verhindern. Die Naben sind gespalten und werden an den Bolzen mittels Schrauben und Muttern festgeklemmt. Somit wird Axialbewegung des Bolzens verhindert. Weiter hin stehen die Rückhalteglieder in Kontakt mit den Bol zennaben, und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge.

Ein weiteres Beispiel einer Kolbenanordnung ist in der GB-Patentanmeldung Nr. 0 222 359 veröffentlicht. Die Ver öffentlichung zeigt eine Gelenkkolbenanordnung, die fol gendes aufweist: einen Kranzteil mit Zapfenbolzenlagern, einen Schaftteil und einen Zapfenbolzen. Ein Paar von Stummel- oder Stumpfstiften oder Bolzen sind fest in dem Kranzteil positioniert und verhindern die Axialbewegung des Zapfenbolzens. Die Stumpfstifte sind aus einem Pla stikmaterial. Weiterhin stehen die Stumpfstifte in Kon takt mit den Bolzennaben, und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge.

Ein weiteres Beispiel einer Kolbenanordnung ist in dem US-Patent Nr. 2 797 135 gezeigt. Das Patent zeigt eine Kolbenanordnung, die einen Kolben und einen rohrförmigen Zapfenbolzen aufweist. Der Bolzen wird innerhalb des Kol bens durch zwei Expansions- oder Ausdehnungsglieder er halten, die aus einem Material bestehen, das einen Aus dehnungskoeffizienten besitzt, der größer ist als der des Bolzens und vorzugsweise gleich oder größer ist als der Ausdehnungskoeffizient des Kolbens. In diesem Patent sind die Ausdehnungsglieder innerhalb des zylindrischen Bol zens positioniert. Eine Befestigungsvorrichtung positio niert den Bolzen axial fest innerhalb des Kolbens. Wei terhin stehen die Ausdehnungsglieder in Kontakt mit dem zylindrischen Bolzen und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge.

Ein weiteres Beispiel einer Kolbenanordnung ist in dem "Overhaul Manual AVCO Lycoming Direct Drive Engine" ge zeigt, wobei die Veröffentlichung der fünfte Druck des Teils Nr. 60294-7 vom Dezember 1974 ist. AVCO′s Lycoming Division ist in Williamsport, Pennsylvania 17701 ansäs sig. Das Handbuch zeigt auf den Seiten 1-12 einen Zy linder, Kolben und Ventilbauteile. Der Bolzen innerhalb der Kolbenanordnung wird an seinem Platz gehalten durch einen Stopfen, der in der Kolbenbohrung positioniert ist, und zwar ähnlich zu der obigen Veröffentlichung. Wie in dem optionalen Beispiel gezeigt ist, könnte der Stopfen innerhalb des zylindrischen Bolzens positioniert sein. So wie er gezeigt ist, ist der Kopf des Stopfens jedoch recht lang und reduziert die Oberfläche zwischen dem Bolzen und dem Kolben, das hohe Belastungen zur Folge hat, die zwischen den entsprechenden Oberflächen des Bol zens und des Kolbens übertragen werden. Weiterhin stehen die Stopfen in Kontakt mit dem zylindrischen Bolzen, und zwar entlang ihrer gesamten axialen Länge.

Ein weiteres Beispiel eines Halters ist in dem US-Patent Nr. 1 923 717 gezeigt. Ein Paar von Stopfen werden auf ge genüberliegende Enden einer Hülse geschraubt und jeder besitzt einen ausdehnbaren Ring darinnen positioniert, der die Oberfläche einer Bohrung durch einen Gelenkbolzen kontaktiert und gegen diesen abdichtet. Der Kopf oder Flansch jedes Stopfens ist größer als der Außendurchmes ser des Gelenkbolzens und kontaktiert den Kolben, wodurch der Gelenkbolzen dazwischengehalten wird. Dieser Aufbau ermöglicht keine Voranordnung der Stopfen und des Gelenk bolzens, der nur zu der Zeit zusammengebaut werden kann, während der Kolben, die Stange, der Gelenkbolzen und die Stopfen zusammengesetzt werden. Weiterhin ist der Vor gang, der benötigt wird, um die obigen Bauteile zusammen zusetzen zeitaufwendig, erhöht die Kosten und erhöht die Gesamtzahl der zusammenzusetzenden Teile.

In einem Teil der oben beschriebenen Veröffentlichungen sind die Zurückhalteglieder und die Stummelstifte inner halb der Kolbenbohrung positioniert, durch die der Zap fenbolzen positioniert ist. In diesen Anwendungen wird die Oberfläche der Kolbenbohrung durch die Oberfläche des Zapfenbolzens und die Oberfläche der Rückhalteglieder oder Stummelstifte geteilt. Dies hat eine höhere Last zur Folge, die an die Kolbenbohrungsoberfläche und die Zap fenbolzenoberfläche angelegt wird. Das oben genannte US- Patent und das optionale Beispiel des Handbuches zeigen, daß Ausdehnungsglieder innerhalb des zylindrischen Bol zens positioniert sind oder positioniert werden können. Darüber hinnaus besitzen die meisten Offenbarungen Halte glieder und Stummelstifte, die mit dem Paarungs- oder zu sammenpassenden Teil über ihre gesamt axiale Länge in Kontakt stehen.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu beseitigen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Kolbenanord nung folgendes auf: einen im allgemeinen zylindrischen Hauptkörper mit einem Paar von radial eingesetzten Schen kelgliedern, die sich von dem Hauptkörper erstrecken und voneinander mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind. Jedes der Schenkelglieder besitzt eine Bohrung, die darinnen positioniert ist, und eine Oberfläche bildet. Ein im allgemeinen zylindrischer Kolben- oder Gelenkbol zen wird innerhalb der Bohrungen positioniert. Der Ge lenkbolzen besitzt weiterhin eine Außenoberfläche, die einen vorbestimmten Durchmesser definiert, eine Innen oberfläche, die einen vorbestimmten Durchmesser definiert und ein Paar von Enden, die eine vorbestimmte Länge defi nieren. Die Kolbenanordnung weist weiterhin ein Paar von Gelenkbolzenstopfen auf, wobei jeder zumindest teilweise innerhalb der Innenoberfläche an jedem Ende des Gelenk bolzens positioniert ist, um eine Gelenkbolzenanordnung zu bilden. Die Gelenkbolzenstopfen umfassen einen Kopf teil mit einem vorbestimmten Durchmesser, der kleiner ist als der vorbestimmte Durchmesser der Außenoberfläche und eine vorbestimmte Länge. Die Gelenkbolzenstopfen umfassen weiterhin einen Schenkel- oder Schaftteil, der sich über gehend von dem Kopfteil erstreckt. Der Schaftteil defi niert eine Wand mit einer abgestuften Außenoberfläche. Die Außenoberfläche besitzt daran einen Innenteil und einen Außenteil. Der Außenteil ist der einzige Teil, der in einer kontaktierenden Beziehung mit der Innenoberflä che steht. Die Gelenkbolzenanordnung ist frei sich axial innerhalb des Rückhalteparameters, der durch den vorbe stimmten Durchmesser der Bohrung bestimmt wird, zu bewe gen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist eine Ge lenkolbenanordnung einen im allgemeinen zylindrischen Ge lenkbolzen auf, der eine Außenoberfläche mit einem vor bestimmten Durchmesser, eine Innenoberfläche mit einem vorbestimmten Durchmesser und ein Paar von Enden umfaßt. Die Gelenkbolzenanordnung weist weiterhin ein Paar von Gelenkbolzenstopfen auf, von denen je einer zumindest teilweise innerhalb der Innenoberfläche an jedem Ende po sitioniert ist. Die Gelenkbolzenstopfen umfassen einen Kopfteil mit einem vorbestimmten Durchmesser, der gerin ger ist als der vorbestimmte Durchmesser der Außenober fläche und eine vorbestimmte Länge. Die Gelenkbolzenstop fen umfassen weiterhin einen Schaftteil, der sich über gehend von dem Kopfteil erstreckt. Der Schaftteil defi niert eine Wand mit einer abgestuften Außenoberfläche. Die abgestufte Außenoberfläche besitzt daran einen Innen teil und einen Außenteil. Der Außenteil ist der einzige Teil, der in einer kontaktierenden Beziehung mit der In nenoberfläche steht.

Kurze Figurenbeschreibung

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Teilseitenansicht eines Motors, der die vor liegende Erfindung beinhaltet, wobei Teile für Darstellungszwecke im Schmitt gezeigt sind;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht von nur der Kol benanordnung; die Ansicht ist entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 geschnitten;

Fig. 3 eine vergrößerte Endansicht eines Gelenkbolzen stopfens; und

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des Gelenkbolzen stopfens entlang der Linie 4-4 in Fig. 3.

Die beste Art die Erfindung auszuführen Unter Bezugnahnme auf Fig. 1 umfaßt ein interner Ver brennungsmotor 10 einen Block 12 und einen Zylinderkopf 14, der starr an dem Block 12 befestigt ist, und zwar in einer herkömmlichen Art und Weise durch eine Vielzahl von Befestigern oder Schrauben 16. Der Block 12 besitzt da rinnen eine Vielzahl von ersetzbaren Zylinderauskleidun gen 18, von denen nur eine gezeigt ist. Jede der Zylin derauskleidungen 18 besitzt darinnen eine Bohrung 19 mit einem vorbestimmten Durchmesser. Der Block 12 könnte eine Vielzahl von maschinell bearbeiteten Zylinderbohrungen umfassen, ohne das Ziel der Erfindung zu verändern. Der Motor 12 umfaßt weiterhin eine Kurbelwelle 20, die in ei ner herkömmlichen Art und Weise drehbar darinnen posi tioniert ist. Eine Verbindungsstange 22 ist drehbar an der Kurbelwelle 20 an einem gespaltenen Ende 24 befe stigt, und zwar in einer herkömmlichen Art und Weise. Ein oberes Augenende 26 der Verbindungsstange 22 ist an einem Kolbenbolzen oder Gelenkbolzen 28 befestigt. Der Gelenk bolzen 28 ist weiterhin innerhalb einer Kolbenanordnung 30 positioniert, wie dies am besten in Fig. 2 gezeigt ist. In dieser Anwendung ist die Kolbenanordnung 30 der Gelenkbauart und umfaßt ein oberes Kolbenglied 32, das aus Stahl oder einem äquivalenten Material hergestellt ist und einen unteren Kolbenschaft 34, der aus Aluminium oder äquivalentem Material hergestellt ist, die abnehmbar und schwenkbar auf dem gemeinsamen Gelenkbolzen 28 ange ordnet sind. Die Kolbenanordnung 30 könnte von der ein stückigen Bauart sein, ohne von dem Ziel der Erfindung abzuweichen.

Das obere Augenende 26 der Verbindungsstange 22 bildet darinnen eine Bohrung 38 und ein zylindrisch geformtes stahlverstärktes Hülsenlager 40 aus Bronze ist fest in der Bohrung 38 positioniert und besitzt darinnen eine Innenbohrung 42, die so bemessen ist, daß sie drehbar den Gelenkbolzen 28 aufnimmt.

Das obere Kolbenglied 32 umfaßt einen im allgemeinen zy lindrischen Hauptkörper 50 und ein Paar von radial einge setzten Schenkelgliedern 76, die von dem Hauptkörper 50 abstehen. Jedes der Schenkelglieder 76 besitzt eine im allgemeinen kreisförmige Bohrung 78, die darinnen defi niert ist. Jede der Bohrungen 78 bildet eine Oberfläche 80 innerhalb jedes der Schenkelglieder 76 und sie sind koaxial zueinander ausgerichtet. Das Paar von Schenkel gliedern 76 ist mit einem vorbestimmten Abstand voneinan der angeordnet.

Der untere Kolbenschaft 34 umfaßt ein hohles im allgemei nen elliptisches Glied 100 mit einem Paar von koaxial ausgerichteten Bohrungen 110, die sich dorthindurch er strecken. Jede der Bohrungen 110 bildet eine Oberfläche 112 innerhalb des Schaftes oder Mantels 34.

Der Gelenkbolzen 28 besitzt in dieser Anwendung einen hohlen im wesentlichen zylindrischen Aufbau, der um eine Achse herum zentriert ist. Der Gelenkbolzen 28 definiert eine Innenoberfläche 120 mit einem im allgemeinen vorbe stimmten Durchmesser, eine Außenoberfläche 122, die im allgemeinen symmetrisch um die Achse ist, und zwar mit einem vorbestimmten Durchmesser und ein Paar von Enden 124, die eine vorbestimmte Länge des Gelenkbolzens 28 de finieren. Während des normalen Herstellens, das verwendet wird, um den Gelenkbolzen 28 herzustellen, wurde her ausgefunden, daß die Innenoberfläche 120 einen im allge meinen verjüngten Aufbau besitzt. Zum Beispiel besitzt die Innenoberfläche 120 einen maximalen Durchmesser in der Nähe des Paars von Enden 124 und einen minimlen Durchmesser, der im allgemeinen zwischen dem Paar von En den 124 liegt. Wie am besten in Fig. 2 in einer etwas übertriebenen Form gezeigt ist, wird die Innenoberfläche 120 definiert durch ein Paar von Verjüngungen, die sich von jedem des Paars von Enden 124 erstrecken und sie en den an einem Scheitelpunkt 126 in der Nähe der Mitte zwi schen dem Paar von Enden 124.

Wie am besten in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, umfassen Mittel 128 zum Positionieren des Gelenkbolzens 28 inner halb der Bohrungen 78 in dem oberen Kolbenglied 32 und dem Paar von Bohrungen 110 in dem Schaft 34 folgendes: eine Gelenkbolzenanordnung 129 mit einem Paar von Gelenk bolzenstopfen 130, die in dem Gelenkbolzen 28 positio niert sind. Jeder der Stopfen 130 besitzt eine Achse 132 und einen undurchlässigen Kopfteil 134 mit einem vorbe stimmten Durchmesser, der kleiner ist als der vorbe stimmte Durchmesser der Außenoberfläche 122 des Gelenk bolzens 28. Der Kopfteil 134 besitzt eine im allgemeinen konvexe sphärische Außenoberfläche 136 und eine im allge meinen konkave sphärische Innenoberfläche 138. Der Kopf teil 134 besitzt weiterhin eine Innenkontaktoberfläche 140, an dessen Seite die der sphärischen Außenoberfläche 136 gegenüberliegt. Der Kopfteil 134 jedes Stopfens 130 besitzt eine vorbestimmte Länge. Die vorbestimmte Länge wird von dem Höhepunkt der sphärischen Außenoberfläche 136 zu der Innenkontaktoberfläche 140 gemessen. In dieser Anwendung ist der Durchmesser des Kopfteils 134 ungefähr 47 mm und die Länge ist ungefähr 8 mm. Die Länge der Ge lenkbolzenanordnung 129 umfaßt die vorbestimmte Länge des Gelenkbolzens 28 zusammen mit der vorbestimmten Länge je der der Kopfteile 134 der Gelenkbolzenstopfen 130. Die Länge der Gelenkbolzenanordnung 129 ist nicht größer als der vorbestimmte Durchmesser der Bohrung 19 innerhalb der Zylinderauskleidung 18. Jeder der Stopfen 130 umfaßt wei terhin einen Schaftteil 142, der sich übergehend von der konkaven sphärischen Innenoberfläche 136 erstreckt, an einem Ende 144 endet und konzentrisch zu der Achse 132 liegt. Der Schaftteil 142 besitzt einen im allgemeinen zylindrischen Aufbau definiert durch eine Wand 146 mit einer Innenoberfläche 128 mit einem im allgemeinen kon stanten Durchmesser und einer abgestuften Außenoberfläche 150, die einen Innenteil 152 eines vorbestimmten Durch messers und einen Außenteil 154 mit einem vorbestimmten Durchmesser besitzt, der größer ist als der Durchmesser des Innenteils 152. Der Innenteil 152 besitzt eine vor bestimmte Länge, die von ihrem Übergang oder Schnittpunkt mit dem Außenteil 154 zu der inneren Kontaktoberfläche 140 des Kopfteils 134 gemessen wird. In dieser Anwendung ist der Durchmesser des Innenteils 152 ungefähr 24 mm und die Länge beträgt ungefähr 10 mm. Der Außenteil 154 be sitzt einen vorbestimmten Durchmesser und eine vorbe stimmte Länge, die von seinem Schnittpunkt mit dem Innen teil 152 zu dem Ende 144 gemessen wird. In dieser Anwen dung ist der Durchmesser des Außenteils 154 ungefähr 28 mm und die Länge beträgt ungefähr 10 mm. Nur der Außenteil 154 des Stopfens 130 steht in Kontakt mit der Innenoberfläche 120 des Gelenkbolzens 28, und zwar in dem installierten Zustand. Der Außenteil 154 besitzt eine ab geschrägte Kante oder Fase 156, die daran an dem Ende 144 gebildet ist. Es wird theoretisch überlegt, daß, wenn die Länge des Außenteils 154 nicht größer ist als die vorbe stimmte Länge des Innenteils 151, daß dann eine geeignete Verbindung und Befestigungseffekt zwischen dem Stopfen 130 und dem Gelenkbolzen 28 auftritt. Durch Experimente wurde herausgefunden, daß die Position des Außenteils 154 bezüglich des Kopfteils 134 wichtig ist, um effektiv die Stopfen 130 innerhalb des Gelenkbolzens 28 zu halten. Zum Beispiel wurde herausgefunden, daß der bevorzugte vorbe stimmte Abstand von dem Kopfteil 134 zu dem Außenteil 154 relativ zu dem Durchmesser der Innenoberfläche 120 des Gelenkbolzens 28 ist. Das effizienteste Verhältnis des Durchmessers der Innenoberfläche 120 zu der Länge von dem Kopfteil 134 zu dem Außenteil 154 oder der Länge des In nenteils 152 ist in dem Bereich von ungefähr 2 : 1 bis 4 : 1. Das bevorzugte Verhältnis ist 3 : 1. Ein Paar von Schlitzen sind in der Wand 146 definiert und erstrecken sich von dem Ende 144 durch den äußeren Teil 154 und in den Innen teil 152. Die Schlitze 158 besitzen eine vorbestimmte Breite und Länge in dieser Anwendung zum Beispiel ist die Breite ungefähr 2 mm und die Länge beträgt ungefähr 18 mm. Als eine Alternative kann jede Anzahl von Schlit zen und eine unterschiedliche Breite und/oder Länge ver wendet werden, ohne das Ziel der Erfindung abzuändern. Die Gelenkbolzenstopfen 130 sind in dieser Anwendung aus einem Plastikmaterial, wie zum Beispiel Victrex 4800FC30 hergestellt. Victrex ist ein registriertes Warenzeichen. Dieses Material besitzt einen Elastizitätsbereich, der wünschenswert ist für diese Verwendung; jedoch können an dere Materialien mit ähnlichen Charakteristiken verwendet werden, ohne das Ziel der Erfindung abzuändern.

Industrielle Anwendbarkeit

In diesem spezifischen Beispiel ist die Kolbenanordnung 30 von der Gelenkbauart und ist in der Zylinderbohrung 19 eines Motors 10 positioniert. Die Kolbenanordnung 30 wird vor dem Einsetzen in den Motor 10 zusammengesetzt. Zum Beispiel wird in einem Unterzusammensetzungsvorgang einer der Gelenkbolzenstopfen 130 in jedes Ende des Gelenkbol zens 28 eingeführt. Während dieses Vorgangs werden die Fasen 156 an den Enden 144 der Stopfen 130 in Kontakt mit der Innenoberfläche 120 des Gelenkbolzens 28 positio niert, und zwar an dessen gegenüberliegenden Enden. Wenn die Stopfen 130 in den Gelenkbolzen 28 gedrängt werden, drängt der Preßsitz zwischen der Innenoberfläche 120 und den Außenteilen 154 die Schlitze 158 dazu, ihre Breite zu reduzieren. Somit widersteht die Elastizität des Mate rials, aus dem der Stopfen 130 hergestellt ist, der Grö ßenreduktion der Schlitze 158. Diese Widerstandskraft wird direkt auf die Innenoberfläche 120 angelegt, und zwar durch die Außenteile 154 und hält den Stopfen 130 innerhalb des Gelenkbolzens 28. Das 3 : 1-Verhältnis des Innenoberflächendurchmessers des Gelenkbolzens zu der Länge des Innenteils 152 des Stopfens 130 wird kombiniert mit dem vorbestimmten Durchmesser und Länge des Außen teils 154, was eine Oberfläche zu Kraftbeziehung vor sieht, die den Stopfen 130 am besten innerhalb des Ge lenkbolzens 28 hält.

Während des Betriebs des Kolbenglieds 30 in dem Motor 10 hält die vorbestimmte kombinierte Länge des Gelenkbolzens 28 und die Länge des Kopfteils 134 jedes Stopfens 130 den Gelenkbolzen 28 in einer ordnungsgemäßen Ausrichtung in den Bohrungen 78 in dem Kolbenglied 32 und den Bohrungen 110 in dem Schaft 34. Der Gelenkbolzen 28 und die befe stigten Stopfen 130 sind frei zur axialen Bewegung inner halb der Bohrungen 78 und 110. Beim Betrieb kann die kon vexe sphärische Außenoberfläche 138 in Kontakt mit der Oberfläche der Bohrung 19 kommen. Experimente haben ge zeigt, daß ein solcher Kontakt zu einer Materialüber tragung von dem Stopfen 130 zu der Zylinderauskleidung 18 führen kann. Experimente haben auch gezeigt, daß die Übertragung dieses Materials nicht die Abdicht- oder Ab nutzrate der Kolbenringe beeinflußt.

Die Kolbenanordnung 30 der vorliegenden Erfindung sieht eine verbesserte Wartung, Instandhaltung und Verläßlich keit vor. Zum Beispiel versichert das 3 : 1-Verhältnis des Durchmessers der Innenoberfläche 120 zu der Länge von dem Kopfteil 134 zu dem Außenteil 154 eine verläßliche Ver bindung zwischen dem Stopfen 130 und dem Gelenkbolzen 28. Experimente haben gezeigt, daß sogar mit einer verjüngten Kontur innerhalb des Durchmessers der Innenoberfläche 120 die Stopfen 130 in ihrer richtigen Position bezüglich des Gelenkbolzens 28 bleiben. Das Hinzufügen der Schlitze 158 erhöht weiterhin die Stabilität der Vorrichtung, und zwar durch Hinzufügen eines allgemeinen Federeffekts zu der Elastizität des Materials. Darüber hinaus wird die Wider standskraft direkt an die Innenoberfläche 120 durch die Außenteile 154 angelegt, was eine Oberflächen-zu-Kraftbe ziehung vorsieht, die die Stopfen 130 am besten innerhalb des Gelenkbolzens 28 hält. Da die Gelenkbolzenanordnung 129 zusätzlich frei zur axialen Bewegung innerhalb der Bohrungen 78 in dem Kolbenglied 32 und den Bohrungen 110 innerhalb des Schafts 34 ist, stellt die Axialbewegung und die Größenabmessung zwischen den Bohrungen 78 und 110 und der Außenoberfläche 122 des Gelenkbolzens 28 eine an gemessene Schmierung, Kühlung und Lebensdauer während der Betriebsbewegung der Bauteile vor.

Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung er geben sich aus Studie der Zeichnung, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor: Der Aufbau und die Konstruktion von bekannten Kolbenanord nungen besitzen einen Gelenkbolzen, der durch ein Paar von Schnappringen, die in einer Nut positioniert sind, gehalten wird. Andere bekannte Kolbenanordnungen besitzen einen Stummelstift oder Kappe, die innerhalb einer Boh rung eines Kolbenglieds oder Gelenkbolzens positioniert ist. Bei diesen Anwendungen ist der Stummelstift oder die Kappe in einem kontinuierlichen Kontakt entlang des Über gangs oder der Schnittstelle zwischen der Bohrung und des Stummelstiftes oder der Kappe. Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Halten eines Gelenkbolzens in nerhalb eines Paars von Bohrungen eines Kolbengliedes während des Betriebs eines Motors vor. Die Vorrichtung umfaßt einen Schaftteil mit einem Außenteil daran und nur der Außenteil des Schaftteils steht in Kontakt mit einer Innenoberfläche des Gelenkbolzens. Die Vorrichtung und der Gelenkbolzen bilden eine Gelenkbolzenanordnung. Somit bleibt die Vorrichtung innerhalb der Innenoberfläche po sitioniert und positioniert die Gelenkbolzenanordnung ordnungsgemäß innerhalb der Bohrungen während des Be triebs eines Motors innerhalb einer Bohrung einer Zy linderauskleidung. Dieser Aufbau erhöht auch die Kontakt fläche zwischen dem Gelenkbolzen und dem Kolbenglied, was die Lebensdauer und Verläßlichkeit des Motors erhöht.

Claims

1. Eine Kolbenanordnung, die folgendes aufweist:
einen im allgemeinen zylindrischen Hauptkörper mit einem Paar von radial eingesetzten Schenkelgliedern, die sich von dem Hauptkörper erstrecken und die mit einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, wobei jedes der Schenkelglieder darinnen eine Bohrung positioniert besitzt, die eine Oberfläche bildet;
einen im allgemeinen zylindrischen Kolben- oder Ge lenkbolzen, der innerhalb der Bohrungen positioniert ist und der folgendes umfaßt: eine Außenoberfläche, die einen vorbestimmten Durchmesser definiert, eine Innenoberfläche, die einen vorbestimmten Durchmesser definiert, und ein Paar von Enden, die eine vorbe stimmte Länge definiert;
ein Paar von Gelenkbolzenstopfen, von denen je einer zumindest teilweise innerhalb der Innenoberfläche an jedem Ende des Gelenkbolzens positioniert ist, um eine Gelenkbolzenanordnung zu bilden;
die Gelenkbolzenstopfen umfassen einen Kopfteil mit einem vorbestimmten Durchmesser, der geringer als der vorbestimmte Durchmesser der Außenoberfläche und einer vorbestimmte Länge ist;
die Gelenkbolzenstopfen umfassen weiterhin einen Schaftteil, der sich übergehend von dem Kopfteil er streckt, wobei der Schaftteil eine Wand mit einer abgestuften äußeren Außenoberfläche mit einem In nenteil und einem Außenteil daran definiert, wobei der Außenteil der einzige Teil ist, der in einer kontaktierenden Beziehung mit der Innenoberfläche steht; und
die Gelenkbolzenanordnung ist frei zur axialen Be wegung innerhalb der Bohrungen.

2. Kolbenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Kopfteil eine im allgemeinen konvexe sphärische Außenoberflä che umfaßt und wobei während des Betriebs der Kol benanordnung innerhalb eines Motors die Außenober fläche in Kontakt mit einer Zylinderbohrung, in der die Kolbenanordnung positioniert ist, kommen kann.

3. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gelenkbolzenstopfen weiterhin eine im allgemeinen konkave sphärische Innenoberfläche umfaßt und wobei sich der Schaftteil übergehend von der konkaven sphärischen Innenoberfläche erstreckt.

4. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der In nenteil eine vorbestimmte Länge besitzt.

5. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis des vorbestimmten Durchmessers der Innen oberfläche des Gelenkbolzens zu der vorbestimmten Länge des Innenteils des Gelenkbolzenstopfens in dem Bereich von ungefähr 4:1 zu 2:1 steht.

6. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis des vorbestimmten Durchmessers der Innen oberfläche des Gelenkbolzens zu der vorbestimmten Länge des Innenteils des Gelenkbolzenstopfens bei ungefähr 3 : 1 liegt.

7. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Außenteil einen vorbestimmten Durchmesser und eine vorbestimmte Länge besitzt.

8. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Länge des Außenteils nicht größer ist als die vorbestimmte Länge des Innenteils.

9. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Durchmesser des Außenteils größer ist als der vorbestimmte Durchmesser der Innenoberfläche des Gelenkbolzens.

10. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stopfen weiterhin ein Ende und mindestens einen Schlitz umfaßt, der sich axial von dem Ende durch den Außenteil und in einen Teil des Innenteils er streckt.

11. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schlitz eine vorbestimmte Breite und Länge besitzt.

12. Kolbenanordnung nach Kolbenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kolbenanordnung einen Gelenkkolbenaufbau besitzt und einen Hauptkörper und einen Schaft oder Mantel um faßt.

13. Gelenkkolbennordnung, die folgendes aufweist:
einen im allgemeinen zylindrischen Gelenkbolzen, der eine Außenoberfläche mit einem vorbestimmten Durch messer, eine Innenoberfläche mit einem vorbestimmten Durchmesser und ein Paar von Enden umfaßt;
ein Paar von Gelenkbolzenstopfen, von denen je einer zumindest teilweise innerhalb der Innenoberfläche an jedem Ende positioniert ist;
wobei die Gelenkbolzenstopfen einen Kopfteil mit ei nem vorbestimmten Durchmesser, der geringer ist als der vorbestimmte Durchmesser der Außenoberfläche und eine vorbestimmte Länge umfassen; und
wobei die Gelenkbolzenstopfen weiterhin einen Schaftteil umfassen, der sich übergehend von dem Kopfteil erstreckt, wobei der Schaftteil eine Wand definiert mit einer abgestuften Außenoberfläche, die einen Innenteil und einen Außenteil daran besitzt, wobei der Außenteil der einzige Teil ist, der in ei ner kontaktierenden Beziehung mit der Innenober fläche steht.

14. Gelenkbolzenanordnung nach Anspruch 13, wobei der Kopfteil eine im allgemeinen konvexe sphärische Au ßenoberfläche umfaßt und während des Betriebs der Gelenkbolzenanordnung in einem Motor die Außenober fläche in Kontakt mit einer Zylinderbohrung des Mo tors kommen kann.

15. Gelenkbolzenanordnung nach Anspruch 13, wobei der In nenteil eine vorbestimmte Länge besitzt.

16. Gelenkbolzenanordnung nach Anspruch 15, wobei das Verhältnis des vorbestimmten Durchmessers der Innen oberfläche des Gelenkbolzens zu der vorbestimmten Länge des Innenteils des Gelenkbolzensstopfens in dem Bereich von ungefähr 4 : 1 bis 2 : 1 liegt.

17. Gelenkbolzenanordnung nach Anspruch 16, wobei das Verhältnis des vorbestimmten Durchmessers der Innen oberfläche des Gelenkbolzens (28) zu der vorbestimm ten Länge des Innenteils des Gelenkbolzenstopfens bei ungefähr 3 : 1 liegt.

18. Gelenkbolzenanaordnung nach Anspruch 15, wobei der Außenteil einen vorbestimmten Durchmesser und eine vorbestimmte Länge besitzt.

19. Gelenkbolzenanordnung nach Anspruch 18, wobei die vorbestimmte Länge des Außenteils nicht größer ist als die vorbestimmte Länge des Innenteils.

20. Gelenkbolzenanordnung nach Anspruch 18, wobei der vorbestimmte Durchmesser des Außenteils größer ist als der vorbestimmte Durchmesser der Innenoberfläche des Gelenkbolzens.

21. Gelenkbolzenanordnung nach Anspruch 20, wobei die Stopfen weiterhin ein Ende und zumindest einen Schlitz umfassen, der sich axial von dem Ende durch den Außenteil und in einen Teil des Innenteils er streckt.

22. Gelenkbolzenanordnung nach Anspruch 21, wobei der Schlitz eine vorbestimmte Breite und Länge besitzt.