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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Brennkraftmaschinen dessen Kolbenhemd oberhalb des Kolbenbolzens mit seinem Kolbenringteil endet und dessen Kolbenbolzen über seine Enden den Seitendruck der Pleuelstange auf die Lauffläche der Laufbüchse überträgt.
Eine der grössten Reibungen in der Brennkraftmaschine wird durch den Kolben verursacht.
Diese Reibung besteht im wesentlichen aus zwei Teilen : Aus der Reibung der Kolbenringe infolge der Anpressung der Kolbenringe durch den Gasdruck an die Laufbüchse des Motors und durch den Seitendruck der Pleuelstange, der über den Kolbenbolzen an der Laufbüchse ausgeübt wird.
Nach der DE-AS 2151184 ist es bekannt, die Gleitreibung eines eingangs genannten Kolbens an der Laufbüchse dadurch zu verringern, dass an den Enden des Kolbenbolzens ein Gleitschuh gelagert ist, der sich an der Laufbüchse abstützt. Dabei müssen jedoch immer noch beträchtliche Reibungsverluste beim Betrieb der Brennkraftmaschine überwunden werden.
Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diese letztere Reibung weiter zu vermindern. Gemäss der Erfindung geschieht dies dadurch, dass an den Enden des Kolbenbolzens oder zentral dazu Rollen gelagert sind und dass das Spiel der Rollen zur Lauffläche der Laufbüchse kleiner ist, als das Spiel des Kolbenringteils in der Laufbüchse, und die beiden Spiele so aufeinander abgestimmt sind, dass die Rollen zufolge der durch den Seitendruck der Pleuelstange hervorgerufenen zusätzlichen geringen Kippbewegungen des Kolbens an die Lauffläche der Laufbüchse angedrückt werden. Dadurch wird der Seitendruck der Pleuelstange während des Arbeitshubes des Kolbens über die Rollen übertragen, wodurch eine wesentliche Herabsetzung der Reibung erfolgt.
Wesentlich für diese Funktion ist es, dass die Rollen während sie auf der kraftführenden Seite an der Laufbüchse abrollen, an der diametral gegenüberliegenden Seite zur Laufbüchse hin genügend Spiel aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolbenbolzen in vom Kolbenboden ausgehenden zwei Wänden gelagert ist, die parallel zur Kolbenachse und senkrecht zur Achse des Kolbenbolzens verlaufen. Diese Ausbildung ergibt eine relativ einfache Gestaltung des Kolbens.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können aber auch die vom Kolbenboden ausgehenden zwei Wände Teil eines rohrförmigen Ansatzes am Kolbenboden sein, welcher das Pleuelauge umgreift. Damit ergibt sich eine biegesteife Verbindung zwischen den Kolbenbolzenlagern und dem Kolbenboden, welche in der Herstellung unproblematisch ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass je eine Rolle auf den Enden des Kolbenbolzens gelagert ist, wodurch die vom Kolbenboden ausgehenden Wände zur Lagerung des Kolbenbolzens gleichzeitig auch zur Abstützung der Rollen in Achsrichtung des Kolbenbolzens dienen können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Aussenprofil der Rollen der Lauffläche der Laufbüchse an die Streifen angepasst sein, an denen die Rollen abrollen. Auf diese Weise können grössere Flächenpressungen zwischen Rollen und Laufbüchse vermieden werden, weil die Rollen nahezu über ihre ganze Breite an der Laufbüchse anliegen können.
Im Rahmen der Erfindung kann der Innendurchmesser des Lagers der Rollen kleiner sein als der Durchmesser des Kolbenbolzens an dessen Lagerstelle. Dadurch kann die Reibung noch vermindert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rollen und die Laufbüchse gehärtet sind, wobei die Härten zur Erzielung einer möglichst geringen Abnützung einander angepasst sind.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. l einen erfindungsgemässen Kolben im Axialschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-I-I in Fig. l und Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie 111-111 in Fig. 2.
In der in den Zylinder --1-- eingesetzten Zylinder-Laufbüchse --2-- ist der hin- und hergehende Kolben --3-- gleitbar angeordnet. Die Lauffläche der Laufbüchse --2-- ist mit --2'-- bezeichnet. Der Kolben --3-- besitzt im Bereich der rotationskörperförmigen Brennraummulde-4-- einen zylindrischen Teil --5--, der vom Kolbenboden --3'-- ausgeht und mit Kolbenringen-6versehen ist.
Die Pleuelstange --7-- greift am Kolbenbolzen --8-- an, der seinerseits in zwei Wänden --9-- gelagert ist, die ein Teil des rohrförmigen Ansatzes --15-- sind, der vom Kolben-
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boden --3'-- ausgeht und sich über das Pleuel auge --16-- erstreckt. Die beiden Wände ---9-- verlaufen parallel zur Kolbenachse --12-- und senkrecht zur Achse --13-- des Kolbenbolzens - -8--. Sie bilden die Lager für den Kolbenbolzen --8-- und ausserdem dienen sie zur axialen Abstützung der Rollen --10--, welche an den aus den Wänden --9-- herausragenden Enden des Kolbenbolzens --8-- gelagert sind.
Der Kolbenbolzen --8-- ist an beiden Enden mit Anschlag- stücken --17-- versehen, welche eine kugelkalottenförmige Oberfläche aufweisen und mit zylindrischen Ansätzen --17'-- in die Bohrung --8'-- des Kolbenbolzens --8-- eingesteckt sind. Die Rollen --10-- sind beispielsweise mittels Nadellager --18-- gelagert und weisen Aussenprofile - auf, die dem Innenprofil der Lauffläche --2'-- angepasst sind. Die Lagerung der beiden Rollen erfolgt so, dass die Rollen nur auf der kraftführenden Seite (in den Zeichnungen oben) an der Lauffläche --2'-- der Laufbüchse --2-- anliegen, an der entgegengesetzten Seite (in Fig. 2 unten) hingegen ein Spiel --14-- haben, welches in Fig. 2 der Anschaulichkeit wegen übertrieben gross dargestellt ist.
In der Praxis wird man vorzugsweise mit einem Spiel, das in der Grössenordnung von mehreren hundertstel mm liegt, zu rechnen haben. Durch die Formgebung der Aussenprofile
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gering gehalten wird.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Kolbenbolzens --8-- durchgehend gleich ; es ist jedoch auch möglich, den Durchmesser für die Lagerung der Rollen --10-- abzusetzen, was zur Verminderung der Reibung von Vorteil sein kann.
Das Kolbenhemd endet oberhalb des Kolbenbolzens --8-- mit seinem Kolbenringteil --5--, welcher gegenüber der Lauffläche --2'-- der Laufbüchse --2-- das übliche grosse Spiel-19aufweist. Dieser Teil weist Ausnehmungen --5'-- auf, welche zur Erleichterung der Montage dienen.
Die Wirkungsweise des Kolbens gemäss der Erfindung ist folgende : Der Seitendruck der Pleuelstange --7-- auf die Laufbüchse --2--, welcher bei allen Stellungen ausserhalb der Totlagen auftritt, bewirkt ein geringes Kippen des Kolbens --8-- im Kolbenringteil --5-- innerhalb von dessen Spiel --19-- gegenüber der Lauffläche --2'--. Dadurch, dass das Spiel --14-- der Rollen - gegenüber der Lauffläche --2'-- der Laufbüchse --2-- im Verhältnis zum Spiel --19-des Kolbenringteils --5-- klein ist, kommen die Rollen --10-- bei der Kippbewegung des Kolbens alsbald zur Anlage auf der Lauffläche --2'-- wodurch der Seitendruck der Pleuelstange --7-durch die Rollen --10-- voll auf die Lauffläche --2'-- der Laufbüchse --2-- übertragen wird.
Auf diese Weise wird die Reibung, die durch den Seitendruck der Pleuelstange entsteht, wesentlich vermindert. Diese Verminderung kann durch verschiedene Massnahmen, wie Lagerung der Rollen --10-- in Nadellagern, entsprechende Wahl der Lagerdurchmesser für die Rollen, Härtung der Rollen und der Laufbüchse und entsprechende Abstimmung dieser Härten, noch weiter verbessert werden. Die auf die Rollen --10-- wirksam werdenden Axialkräfte werden von den Wänden --9-- aufgefangen, welche zusammen mit Ansätzen-10'-der --10'-- der Rollen --10-- Spurlager bilden. Auch für diese Lagerung können entsprechende Kugellager verwendet werden. Die Schmierung der Rollen - wird im allgemeinen in ausreichender und üblicher Weise vom Kurbelraum her erfolgen.
PATENTANSPRCHE :
1. Kolben für Brennkraftmaschinen, dessen Kolbenhemd oberhalb des Kolbenbolzens mit seinem Kolbenringteil endet und dessen Kolbenbolzen über seine Enden den Seitendruck der Pleuelstange auf die Lauffläche der Laufbüchse überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des Kolbenbolzens (8) oder zentral dazu Rollen (10) gelagert sind und dass das Spiel (14) der Rollen (10) zur Lauffläche (2') der Laufbüchse (2) kleiner ist, als das Spiel (19) des Kolbenringteils (5) in der Laufbüchse (2), und die beiden Spiele so aufeinander abgestimmt sind, dass die Rollen (10) zufolge der durch den Seitendruck der Pleuelstange (7) hervorgerufenen zusätzlichen geringen Kippbewegungen des Kolbens an die Lauffläche (2') der Laufbüchse (2) angedrückt werden.