ISSLER WOLFGANG (DE)
| DE3714079A1 | 1987-11-12 | |||
| US1627775A | 1927-05-10 | |||
| DE3714079A1 | 1987-11-12 |
MAHLE GMBH (Patentabteilung Pragstrasse 26-46 Stuttgart, DE)
| 1. | Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel durch einen Spannring (1) zur Übertragung von Zugkräften, wobei der Spannring (1) einen im Kolben gelagerten Kolbenbolzen (2) und einen im Pleuel gelagerten Spannstift (3) um greift, gekennzeichnet durch die Merkmale a) der Spannring (1) weist im Bereich der Um schlingung des Spannstifts (3) nur über einen o o Winkelbereich W von 40 bis 120 einen Innen radius auf, der dem Außenradius des Spann stifts (3) entspricht oder nahezu entspricht, b) die an den Winkelbereich W angrenzenden Berei che des Spannrings (1) weisen einen Krümmungs radius auf, der größer ist als der Außenradius des Spannstifts (3), c) der Winkelbereich W, in dem der Spannring (1) den Spannstift (3) kontaktiert, ist kleiner, als er sich normalerweise aufgrund des Außen durchmessers des Kolbenbolzens (2) und des Spannstifts (3) und einer beide tangierenden, geradlinigen Verbindung ergeben würde. |
| 2. | Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite B des Materialquerschnitts des Spann rings (1) im Umschlingungsbereich des Spannstifts (3) größer ist als im Umschlingungsbereich des Kolbenbol zens (2). |
| 3. | Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Montage die Innenkontur des Spannrings (1) überall senkrecht zur Stirnfläche ist und erst bei der Montage des konischen Spannstifts (3) durch Plastifi zierung lokal eine dem Konuswinkel angepaßte Schräge entsteht. |
Eine derartige Kolben-Pleuel-Verbindung ist aus der DE- PS 37 14 079 bekannt und stellt eine platzsparende Variante einer Kolben-Pleuel-Anordnung dar.
Auf die Figuren 1 und 2 der DE-PS 37 14 079 wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen und sie werden als zu der vor- liegenden Offenbarung gehörend angesehen. Die in den Figu- ren offenbarte Leichtgelenkverbindung zwischen Kolben und Pleuel wird im folgenden kurz beschrieben. Sie basiert auf der Erkenntnis, daß zur Übertragung der zwischen Kolben und Pleuel auftretenden Zugkräfte wesentlich geringere Quer- schnitte bzw. Flächen benötigt werden als zur Übertragung der Druckkräfte. Die die Druckkräfte vom Kolbenbolzen auf- nehmende Kontaktfläche des Pleuels ist als Halbschale aus- gebildet, ebenso die dem Pleuel gegenüberliegende Fläche des Kolbens.
Im oberen Teil des Pleuels 2 ist ein konischer Spannstift 11 eingepreßt. Die Übertragung von Zugkräften zwischen Kol- ben 1 und Pleuel 2 erfolgt durch einen Spannring 8, der den Kolbenbolzen 3 und den Spannstift 11 umgreift. Das Pleuel selbst umgreift den Kolbenbolzen nicht. Bei einem Vergleich der kraftübertragenden Querschnitte wird deutlich, daß durch diese Konstruktion eine Minimierung der zur Übertra- gung der Zugspannungen erforderlichen Querschnitte möglich ist.
Die Abmessungen von Kolbenbolzen, konischem Spannstift und Spannring sind so ausgelegt, daß der Spannring beim Ein- pressen des Spannstifts auf Zug belastet wird, wodurch der Kolbenbolzen gegen das Pleuel gepreßt wird.
Es hat sich allerdings gezeigt, daß es beim Einpressen des Spannstifts im Kontaktbereich zu Deformationen des Spann- rings kommt. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich da- her mit dem Problem, bei gattungsgemäßen Kolben-Pleuel-Ver- bindungen die Beanspruchung des Spannrings bei der Montage und im Betrieb zu erniedrigen und bleibende Deformationen zu minimieren.
Dieses Problem wird gelöst durch die kennzeichnenden Merk- male des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Ge- genstand der Unteransprüche.
Der gemäß kennzeichnendem Merkmal a) einzustellende Winkel W, in dem der Spannstift den Spannring kontaktiert, wird in Abhängigkeit des Durchmesserverhältnisses von Kolbenbolzen und Spannstift festgelegt, wobei der jeweils optimale Win- kel durch Vergleichsversuche ermittelt werden kann und ty- o o pischerweise zwischen 90 und 120 beträgt.
Die Innenkontur des Spannrings im Anschluß an den durch Merkmal b) vorgegebenen Winkelbereich ist entweder durch einen zweiten, größeren Radius definiert oder durch eine logarithmische oder hyperbolische Funktion. Der zweite Ra- dius ist etwa 1,2 bis 2,5-fach größer als der erste Radius.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Spannrings wird die Kontaktfläche zwischen Spannring und Spannstift ver- kleinert und die beim Einpressen des Spannstifts auftreten- den Kräfte werden verringert. Da die innere Schenkelmantel- linie des Spannrings nicht direkt als Tangente in den Spannstiftradius übergeht, wird eine an dieser Stelle zu erwartende Druckspitze vermieden und auch das am Schenkel wirkende Biegemoment gesenkt.
Prinzipiell ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen, zu einer kleineren Kontaktfläche führenden Merkmale ebenfalls im Bereich des Kolbenbolzens vorzusehen.
Die Breite B des Spannrings im Bereich um den Spannstift soll zwischen 40 % und 100 % des Durchmessers des Spann- stifts betragen. Zum Kolbenbolzen hin soll die Breite des Spannrings kontinuierlich abnehmen, wobei der Wandstärken- übergang durch eine stetige Funktion beschrieben sein soll.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert. Auf die Darstellung der zu ver- bindenden Teile-Kolben und Pleuel-wurde dabei verzich- tet. Auf die Figuren 1 und 2 der DE-PS 37 14 079 wird ver- wiesen.
Es zeigt : Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Spannrings.
Ein Spannring 1 zur Verbindung eines Kolbens mit einem Pleuel umgreift mit seinem größeren Ende einen Kolbenbolzen 2 und mit seinem kleineren Ende einen leicht konischen Spannstift 3, der in ein nicht dargestelltes Pleuel einge- preßt ist. Die Breite B des Spannrings im Bereich des Spannstifts ist größer als die Breite des Spannrings im Be- reich des Kolbenbolzens. Im Anschluß an einen Winkelbereich W, der den Radius R1 aufweist und in dem der Spannstift 3 den Spannring 1 kontaktiert, folgen Bereiche des Spannrings mit einem größeren Radius R2, wobei das Radienverhältnis in Abhängigkeit vom Durchmesser des Kolbenbolzens 2 und des Spannstifts 3 so ausgelegt ist, daß der Winkelbereich W, in dem der Spannring den Spannstift kontaktiert, kleiner ist, als sich normalerweise aufgrund des Außendurchmessers des Kolbenbolzens und des Spannstifts und einer beide tangie- renden, geradlinigen Verbindung ergeben würde.
Eine den Kolbenbolzen und den Spannstift tangierende gerad- linige Verbindung ist in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet.
Ein für PKW-Kolben brauchbares Dimensionierungsbeispiel liegt bei 22 mm Durchmesser für den Kolbenbolzen, ca. 11 mm Durchmesser für den konischen Spannstift und einer, über den Umfang des Spannrings konstanten Materialstärke von 5 mm. Die Breite des Spannrings in radialer Richtung-bezo- gen auf die Bolzenachse bzw. auf die Achse des Spannstifts ist wie in Fig. 1 dargestellt variabel.