DE7605527U1 - Leichtmetallkolben - Google Patents
LeichtmetallkolbenInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
- F16J1/10—Connection to driving members
- F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
- F16J1/16—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with gudgeon-pin; Gudgeon-pins
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
- F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof
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- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
KARL SCHMIDT GMBE 6 Ffm., 23.2.1976
Christian-Schmidt-Straße 8/12 DrQ/GKp
7107 Neckarsulm
Prove Nr. 7861 KS
Leichtmetallkolben
Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen
in Kompaktbauweise, vorzugsweise mit kleiner Innenhöhe und massiver Blockabstützung der Bolzennaben.
Über die Bolzennaben werden alle am Kolben angreifenden Kräfte an den Kolbenbolzen und d&init an das Triebwerk
weitergeleitet. Die Bolzennaben müssen deshalb einerseits sehr kräftig ausgebildet sein, um der wechselenden--Beanspruchung
zu genügen, andererseits aber auch elastisch genug sein, um Durchbiegung und Ovalverformung des
Kolbefiböizeris ohne Äuxtr'eTien örtlicher, unzulässig
honer Spannungen auinenmen zu Können. Aus diesen Urunden
sind die Bolzennaben in der Regel in ihrem oberen Scheitel starkwandiger als unten- und haben im Längsquerschnitt
gegen den Schaft zu einen ansteigenden konischen Verlauf. An geeigneter Stelle vorgesehene Stützrippen oder
Stützwulste zum Kolbenboden hin wie auch entsprechend konstruiert zum Schaft und Ringfeld sind für die Übertragung
der Kräfte besonders wichtig.
Da der Kolbenbolzen sich in den Bolzennaben drehen können soll, sind diese als hochbelastete Lager anzusprechen.
Die periodische Verformung des Kolbenbolzens belastet die Bolzennaben sowohl in der waagerechten als auch
in der senkrechten Ebene. Letztere kann in ungünstigen
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Fällen zum sogenannten Spaltbruch der Bolzennaben führen. Die festigkeitsgerechte Bemessung des Kolbenbolzens
selbst führt in der Regel auch zu einer erträglichen mittleren Lagerbelastung. In den Bolzenaugen sollte bei
Leichtmetall eine mittlere Lagerbelastung mit Rücksicht
auf die meist ungenügende Schmierung von ca. 500 kp/cm bei maximalem Zünddruck nicht überschritten werden.
Dessen ungeachtet, erzeugt die Durchbiegung des Kolbenbolzens im inneren oberen Bereich der Bolzennaben
Drücke, die um ein Mehrfaches über dem genannten Mittelwert liegen können und dann den gefürchteten
Spaltbruch verursachen können, der seinen Anfang meist am inneren oberen Scheitel der Bolzennabe nimmt und
zum vollständigen Bruch des Kolbens führen kann. Um diese Gefahren zu vermeide??, ist es bekannt, im Bereich
des oberen inneren Randes der Bolzenbohrung die Kante mit 1 mm r zu verrunden oder mit 1/100 mm konisch
zu gestalten oder auch durch Anbringen von Hinter- -schneidungen nachgiebig auszubilden (Bensinger; W.-D-
laufenden Verbrennungsmotoren, Springer-Verlag I96I,
Seite 10).
Diese herkömmlichen Maßnahmen reichen bei thermisch und mechanisch hochbelasteten Leichtmetallkolben, wie sie
in modernen Brennkraftmaschinen mit hoher spezifischer Leistung und vergleichsweise geringer Motorbauhöhe,
wodurch auch eine reduzierte Kolbenhöhe bedingt ist, eingesetzt sind, zur Vermeidung von Spaltbrüchen allein
nicht aus. Kurze Kompressionshöhen und Brennraummulden im Kolbenboden führen zu einer vergleichsweise - für
Dieselmotoren von Lastkraftwagen typischen - kleinen Innenhöheο Dieser Abstand zwischen Kolbenbolzen und
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Boden, auch als Dehnlänge bezeichnet, ist zu gering, um eine elastische Bolzennabe mit Hinterschneidung und
Rippenabstützung auszuführen, weil die Radien zu klein und die Kerbspannungen damit zu hoch werden. Daher
werden diese Kolben meist mit massiver Blockabstützung der Bolzennaben ausgeführt. Die Problematik der massiven
Bolzenabstüzung liegt in ihrer hohen Steifigkeit, die eine Angleichung an die Bolzenverformung weitgehend
verhindert und somit hohe Kontaktspannungen hervorruft. Dadurch ergibt sich die Gefahr von Spaltrissen. Diese
gehen vom oberen Nabenscheitel aus und verlaufen mehr oder weniger senkrecht zum Kolbenboden hin. Obwohl eine
gewisse Abhilfe mit Hilfe eines größeren Bolzenspiels, eines steiferen Kolbenbolzens oder einer schrägen Bolzennabe
möglich ist, reichen diese Maßnahmen nicht aus, um den Forderungen nach weiterer Leistungssteigerung
und kompakterer Bauweise gerecht zu werden.
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für Brennkraftmaschinen in Kompaktbauweise der eingangs
genannten Batiart zu erhöhen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß in den Bohrungen der Bolzennaben in an sich bekannter Weise
jeweils eine aus einem metallischen Lagerwerkstoff mit höherer Festigkeit und Dehnung bestehende Lagerbüchse
eingepreßt und zwischen dem Innenrand der Bohrungen der Bolzennaben und dem in diesem Bereich gegenüberliegenden
Außenrand der Lagerbüchse ein Spalt angeordnet ist, der ganz oder teilweise umläuft.
Der Spalt kann entweder am Innenrand der Bohrungen der Bolzennaben oder an dem diesem Bereich gegenüberliegenden
Außenrand der Lagerbüchse oder an der Bohrung der Bolzennabe und am Außenrand der Lagerbüchse angebracht sein.
Der Spalt kann sowohl durch gerade als auch durch gekrümmte
Linien begrenzt sein. Auch ist es möglich, den Spalt auf der einen Seite durch eine gerade und auf der
anderen Seite durch eine gekrümmte Linie zu begrenzen.
Der Spalt besitzt eine Tiefe von 2 bis 5 % des Kolbendurchmessers
und weist einen Öffnungswinkel von größer 0 bis 6°, vorzugsweise 3°, auf.
In den meisten Fällen reicht es aus,*wenn der Spalt nur
im oberen Bereich der Bohrung der Bolzennabe oder an dem diesem Bereich gegenüberliegenden Außenumfang der Lagerbüchse
angeordnet ist und sich beidseitig des Bohrungsscheitels jeweils bis zu 45° erstreckt, wobei der
Öffnungswinkel gegen Null verläuft.
Es ist zwar bekannt, die Bohrung der Bolzennabe mit stark bemessenen eingegossenen oder eingepreßten Büchsen,
zu verstärken, doch wird das nur als Notbehelf angesehen (Becker, G.: Vervollkommnung der Kraftfahrzeugmotoren
durch Leichtmetallkolben, München und Berlin '1922, Seiten 93/94).
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt,
die im folgenden näher erläutert werden:
In Fig. 1 ist der Längsschnitt durch Leichtmetallkolben entlang der Bolenebene mit im Kolbenkopf befindlicher
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Brennraummulde 2 dargestellt. Die Bolzennaben 3 sind mit massiver BiockabStützung ausgeführt. In die Bohrungen
der Bolzennaben sind die Lagerbüchsen 5, 6 eingepreßt. Die Innenhöhe bzw. Dehnlänge 7 des Kolbens ist vergleichsweise
gering.
Die Fig. 2 zeigt die ausschnittsweise Darstellung des Längsschnitts durch die Bolzenebene des Kolbens 8 im
Bereich der einen Bolzennabe 9, in die die Lagerbüchse eingepreßt ist, wobei der Innenrand der Bolzennabe unter
Bildung des Spalts 11 mit der Lagerbüchse konisch gestaltet ist.
Bei Fig. 3, die ausschnittsweise den Längsschnitt durch die Bolzenebene des Kolbens 12 im Bereich der einen
Bolzennabe 13 wiedergibt, ist der dem Innenrand der Bolzennabe gegenüberliegende Bereich der Lagerbüchse
unter Bildung eines Spaltes 15 mit der Bolzennabe konisch ausgebildet.
In der ausschnittsweisen Wiedergabe des Längsschnitts gemäß Fig. 4 durch den Kolben 16 im Bereich der einen
Bolzennabe 17 ist unter Bildung des Spaltes 18 der Innenrand der Bolzennabe verrundet und der gegenüberliegende
Bereich der Lagerbüchse 19 konisch gestaltet.
In Fig. 5 ist der Ausschnitt aus dem durch den Kolben durch die Bolzenebene gelegte Längsschnitt dargestellt,
wobei die Bolzennabe 21 im Bereich des oberen Innenrandes unter Bildung des Spalts 22 mit der eingepreßten Lagerbüchse
23 konisch geformt ist. Der Spalt 22 erstreckt sich vom Scheitel der Bolzennabe nach beiden Seiten
um 45° und gleichzeitiger Spaltverengung gegen Null.
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Fig. 6 zeigt die Stirnansicht der Innenseite der eingepreßten
Lagerbüchse 23 mit dem am oberen Innenrand der Bolzennabe 21 angeordneten Spalt 22.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Oberflächenspannungen im kritischen Dehnbereich
verringert werden, indem durch den Spalt die Beanspruchungsmaxima entsprechend der axialen Erstreckung
von der Innenkante der Bolzennaben fortverlagert s±nd.
- 7 -S ehutz ansprücne
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Claims (9)
1) Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen in Kompaktbauweise, vorzugsweise mit kleiner Dehnlänge und
massiver BiockabStützung der Bolzennaben, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Bohrungen der Bolzennaben (3, 9, 13, 17, 21) in an sich bekannter Weise jeweils
eine aus einem metallischen Lagerwerkstoff bestehende Lagerbüchse (5, 6, 10, 14, 19, 23) eingepreßt und
zwischen dem Innenrand der Bohrungen der Bolzennaben und dem in diesem Bereich gegenüberliegenden Außenrand
der Lagerbuchse ein Spalt (11, 15, 18, 22) angeordnet
ist.
2) Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Spalt über den ganzen oder über einen Teil des Umfangs angeordnet ist.
3) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt am Innenrand
der Bohrung der Bolzennabe und/oder dem in diesem Bereich gegenüberliegenden Außenrand der Lagerbüchse
angeordnet ist.
4) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt durch gerade
Linien begrenzt ist.
5) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt durch gekrümmte
Linien begrenzt ist.
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6) Leichtmetallkolben nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt auf der einen Seite durch eine gerade und auf der anderen Seite
durch eine gekrümmte Linie begrenzt ist.
7) Leichtmetallkolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Spalt eine Tiefe von 2 bis 5 % des Kolbondurchmessers aufweist.
8) Leichtmetallkolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Öffnungswinkel des Spalts mehr als 0 bis 6°, vorzugsweise 3°, beträgt.
9) Leichtmetallkolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Spalt nur im oberen Bereich der Bohrung der Bolzennabe angeordnet ist und sich beidseitig des Bohrungsscheitels jeweils bis zu 45° erstreckt, wobei der
Öffnungswinkel nach beiden Seiten gegen Null verläuft.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE7605527U DE7605527U1 (de) | 1976-02-25 | 1976-02-25 | Leichtmetallkolben |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE7605527U DE7605527U1 (de) | 1976-02-25 | 1976-02-25 | Leichtmetallkolben |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7605527U1 true DE7605527U1 (de) | 1976-06-24 |
Family
ID=6662431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE7605527U Expired DE7605527U1 (de) | 1976-02-25 | 1976-02-25 | Leichtmetallkolben |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7605527U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004008097A1 (de) * | 2004-02-18 | 2005-09-08 | Mahle Gmbh | Kolbenbolzenlager für Kolben eines Verbrennungsmotors |
-
1976
- 1976-02-25 DE DE7605527U patent/DE7605527U1/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004008097A1 (de) * | 2004-02-18 | 2005-09-08 | Mahle Gmbh | Kolbenbolzenlager für Kolben eines Verbrennungsmotors |
US7647863B2 (en) | 2004-02-18 | 2010-01-19 | Mahle Gmbh | Piston pin bearing for pistons of an internal combustion engine |
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