ZRIP/Po C56033WO

Einsatz für eine Zylinderlaufbuchse oder einem Zylinder eines

Verbrennungsmotors

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einsatz für eine Zylinderlaufbuchse oder einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, zur Verengung des Durchmessers der Zylinderlaufbuchse im Bereich des Feuerstegs bei oberen Totpunktlage eines in der Zylinderlaufbuchse geführten Kolbens.

Ein derartiger Einsatz dient dazu, die sich auf dem Feuersteg des Kolbens anlagernde ölkohle abzustreifen und einen Kontakt der ölkohle mit den Laufflächen der Zy- linderiaufbuchse bzw. des Zylinders zu vermeiden.

Ein gattungsgemäßer Einsatz ist z.B. aus der US-A 3,489,130 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Kolben-Zylinderanordnung für Brennkraftmaschinen, der zur Bildung eines verengten Abschnitts der Innenwand des Zylinders ein ringförmiger Einsatz zugeordnet ist.

Eine kombinierte Vorrichtung bestehend aus Abdichtelement zum Zylinderkopf und ölkohleabstreifer wird in US-A 4,474,147 beschrieben. Dazu wird der geschlossene Ringeinsatz zum Zylinderkopf hin abgewinkelt ausgeführt.

Ein ähnlicher Einsatz ist aus der DE 35 43 668 A1 bekannt. In diesem Fall wird der als Tiefziehteil oder Drehteil ausgebildete Einsatz durch einen radialen Bund gehalten, der vom Zylinderkopf an das Zylinderkurbelgehäuse gepresst wird.

Ein gattungsgemäßer Einsatz ist aus der DE 103 21 034 B3 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderkurbelgehäuse mit einer Laufbuchse, der ein ringförmiger Einsatz zugeordnet ist. Der Einsatz überragt die Laufbuchse an ihrem zylinderkopfseitigen Ende

und ist zwischen der Laufbuchse und dem Zylinderkopf vorzugsweise spielfrei einge- passt. Der Einsatz wird nach der Montage des Zylinderkopfes auf Druck beansprucht und so in der Laufbuchse gehalten.

Ein ähnlicher Einsatz ist aus der DE 35 43 668 A1 bekannt. In diesem Fall wird der als Tiefziehteil oder Drehteil ausgebildete Einsatz durch einen radialen Bund gehalten, der vom Zylinderkopf an das Zylinderkurbelgehäuse gepresst wird. Derartige Einsätze sind aufgrund der engen Toleranzen bei der Fertigung und der Montage nur schwer herzustellen und in die Laufbuchse einzupassen und daher für eine Serienfertigung nicht optimal geeignet.

Weitere Einsätze sind aus der DE 10321 043 B3 und der DE 198 11780 C1 bekannt.

Allen in oben zitierten Druckschriften beschriebenen Einsätzen ist gemein, dass diese stets aus geschlossenen Ringen gebildet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Einsatz für eine Zylinderlaufbuchse oder einem Zylinder eines Verbrennungsmotors zu schaffen, der einfach und kostengünstig herzustellen und zu montieren ist, dabei eine zuverlässige Wirkung erzielt und vielfältig einsetzbar ist.

Die Lösung besteht in einem Einsatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Einsatz als offener, vorgespannter Ring mit einem Ringstoß ausgebildet ist, der im vorgespannten Zustand, d.h. eingesetzt in die Zylinderlaufbuchse oder Zylinder, radial durch seine nach außen wirkenden Radialkräfte und axial durch eine in der Zylinderlaufbuchse oder im Zylinder eingebrachte Ausnehmung gehalten wird.

Das Verhältnis von Ringwanddicke (d) zu Innendurchmesser (D) der Zylinderlaufbuchse oder des Zylinders beträgt zwischen 0,001 und 0,02. Die Form des ungespannten Rings ist derart gestaltet, dass die radiale Flächenpressung umfangsseitig beim im Zylinder oder Zylinderlaufbuche eingesetzten Zustand annähernd gleich ist.

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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Zylinderlaufbuchse mit einem als offener, vorgespannter Ring mit einem Ringstoß ausgebildeten Einsatz, der von nach außen wirkenden Radialkräften und axial durch seine Lage in einer Ausnehmung in der Zylinderlaufbuchse gehalten ist.

Der erfindungsgemäße Einsatz ist erstmals als offener vorgespannter Ring ausgeführt, der so geformt ist und bemessen ist, dass er in der Zylinderlaufbuchse alleine durch radial nach außen wirkende Kräfte gehalten ist. Hierfür soll der Außendurchmesser des erfindungsgemäßen Einsatzes so bemessen sein, dass er in dem Bereich der Zylinderlaufbuchse, in dem er montiert werden soll, mit einer umfangsseitig annähernd gleichen radialen Flächenpressung an die Innenfläche der Zylinderlaufbuchse gepresst wird und axial in einer Ausnehmung geführt ist. Die Ausführungen für den erfindungsgemäßen Einsatz umfassen dabei ein Verhältnis von Wandstärke d zu Zylinderdurchmesser D zwischen 0,003 und 0,01

Dieses erfindungsgemäße Gestaltungsprinzip erlaubt für den erfindungsgemäßen Einsatz wesentlich geringere Baugrößen, als sie bisher möglich waren. Insbesondere kann die Wanddicke des Einsatzes deutlich gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden. Damit bleibt die Stabilität der Zylinderlaufbuchse gewahrt, denn die Wandung der Zylinderlaufbuchse wird nicht durch eine übermäßig tiefe Nut geschwächt. Die reduzierte Baugröße des erfindungsgemäßen Einsatzes erlaubt auch die Verwendung nicht nur in großen Dieselmotoren für Nutzfahrzeuge, sondern in praktisch allen Motortypen einschließlich PKW-Motoren und Kleinmotoren wie bspw. Zweizylindermotoren. Der erfindungsgemäße Einsatz kann einfach und kostengünstig hergestellt und bequem montiert werden, wobei die Toleranzen so bemessen sind, dass eine Serienfertigung möglich und auch wirtschaftlich ist.

Der erfindungsgemäße Einsatz kann insbesondere mit einem Verfahren hergestellt werden, das ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Streifen mit einer definierten Breite aus einem Blechteil ausgestanzt wird und im gleichen Arbeitsgang oder anschließend zu einem offenen, vorgespannten Ring mit einem Ringstoß geformt wird, der anschließend in die Zylinderlaufbuchse oder Zylinder eingebracht wird, derart,

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dass die radiale Flächenpressung umfangsseitig annähernd gleich ist, wobei ein Verhältnis von Ringwanddicke zu Innendurchmesser der Zylinderlaufbuchse von 0,001 bis 0,02 erreicht wird.

Dieses Verfahren ist besonders einfach und wirtschaftlich in eine Serienfertigung umzusetzen.

Gegenstand der Erfindung sind außerdem ein Zylinderkurbelgehäuse und ein Verbrennungsmotor, die jeweils mit einen erfindungsgemäßen Einsatz aufweisenden Zylinderlauf buchsen versehen sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Des weiteren wird der Ring vorteilhaft mit einem geeigneten Ringstoßspiel ausgeführt, um bei Betrieb des Verbrennungsmotors, infolge thermischer Ausdehnung, das sich Berühren der Stoßflächen zu vermeiden.

Die einander zugekehrten Stoßenden des Ringstoßes verlaufen in vorteilhafter Weise unter einem definierten Winkel (W) parallel zueinander. Bei dieser Ausgestaltung wird sichergestellt, dass auch im Bereich des Ringstoßes die ölkohle so vollständig wie möglich vom Feuersteg des Kolbens entfernt wird.

Der erfindungsgemäße Einsatz kann insbesondere bei großen Zylinderdurchmessern einen sich radial erstreckenden umlaufenden Flansch aufweisen, um seine Stabilität und die radial wirkenden Kräfte noch weiter zu erhöhen. Der Flansch kann im montierten Zustand auf der Stirnfläche der Zylinderlaufbuchse oder in einer in der Stirnfläche der Zylinderlaufbuchse vorgesehenen Ausnehmung liegen.

Die Wanddicke des erfindungsgemäßen Einsatzes kann bspw. 0,5mm bis 0,8mm betragen. Wenn der erfindungsgemäße Einsatz in einer in der Zylinderlaufbuchse vorgesehenen Ausnehmung gehalten ist, kann die für den Einsatz benötigte Auflagefläche (Wanddicke abzüglich überstand, bspw. 0,1 mm bis 0,4mm) in der Zylinderlaufbuchse stark reduziert, so dass die Wandung der Zylinderlaufbuchse nicht über-

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mäßig geschwächt wird. Stattdessen kann aber auch der in der Zylinderlauf buchse angeordnete Kolben entlang seines Feuerstegs eine Ausnehmung aufweisen, in die der Einsatz ragt.

Der erfindungsgemäße Einsatz kann insbesondere aus Blech hergestellt sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes in Ansicht,

Figur 2 der Einsatz gemäß Figur 1 in einer Ansicht in Richtung des Pfeils P1 in Figur 1 ,

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes in Ansicht,

Figur 4 der Einsatz gemäß Figur 3 in einer Ansicht in Richtung des Pfeils P3 in Figur 3,

Figur 5 eine vergrößerte Teildarstellung des Einsatzes gemäß Figur 1 im eingebauten Zustand mit einer Ausnehmung in der Zylinderlaufbuchse im Schnitt,

Figur 6 eine vergrößerte Teildarstellung des Einsatzes gemäß Figur 3 im eingebauten Zustand mit einer Ausnehmung in der Zylinderlaufbuchse im Schnitt,

Figur 7 eine vergrößerte Teildarstellung des Einsatzes gemäß Figur 3 im eingebauten Zustand im Schnitt mit einem Kolben mit einer Ausnehmung im Feuersteg,

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Fig. 8 eine vergrößerte Teildarstellung des Einsatzes gemäß Figur 1 im eingebauten Zustand in einem Zylinder mit einer Ausnehmung im Zylinder im Schnitt,

Fig. 9 eine vergrößerte Teildarstellung des Einsatzes gemäß Figur 3 im eingebauten Zustand in einem Zylinder mit einer Ausnehmung im Zylinder im Schnitt,

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes 10. Bezugszeichen 10a zeigt den ungespannten Ring. Der Einsatz 10 ist im Ausführungsbeispiel ein Stanzteil aus einem Stahlblech mit einer Blechdicke d von 0,4 bis 0,7mm. Der Einsatz 10 ist im Ausführungsbeispiel für eine Zylinderlaufbuchse 20 mit einem Innendurchmesser von 130mm gefertigt. Der Einsatz 10 wird als Blechstreifen ausgestanzt und entweder im gleichen Arbeitsgang oder anschließend zu einem offenen vorgespannten Ring 10 geformt. Der fertige Einsatz 10 weist einen Ringstoß 11 auf, der bestimmt ist durch dessen Stoßenden 12, 13. Im montierten Zustand ist der Ringstoß S so bemessen, dass dieser nicht vollständig geschlossen ist, sondern ein gewisses Stoßspiel verbleibt, so dass sich die Stoßenden 12, 13 des Einsatzes 10 auch bei einer Wärmeausdehnung im Betrieb nicht berühren. Die einander zugekehrten Stoßenden 12, 13 des Ringstoßes 11 verlaufen unter einem definierten Winkel (W) parallel zueinander (vgl. Figur 2). Damit wird eine geschlossene Kontur des Einsatzes 10 erzielt, so dass der Feuersteg des in der Zylinderlaufbuchse 20 geführten Kolbens möglichst über seine gesamte Mantelfläche von ölkohle befreit wird. Der Einsatz 10 ist in der Innenfläche der Zylinderlaufbuchse oder in Zylinder nach Fig. 8 durch nach außen wirkenden Radialkräfte gehalten, axial wird er durch eine Ausnehmung in der Zylinderlaufbuchse bzw. Zylinder fixiert. Bevorzugt dabei wird ein Verhältnis von Ringwandstärke d und Innendurchmesser D der Zylinderlaufbuchse (s. Fig. 10) von 0,003 bis 0,01 angestrebt.

Für einen Zylinder mit einem nominalen Durchmesser von 130 mm wurde ein Einsatz aus Stahlblech mit einer Wandstärke von 0,8mm ausgeführt. Um den Einsatz nach Einbau in den Zylinder ausreichend vorzuspannen, wurde eine Maulweite M am ungespannten Einsatz von 20 mm eingestellt. Die Außenform wurde so gestaltet, dass

sich über den Umfang des eingebauten Einsatzes eine gleichmäßige Flächenpressung ergibt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einsatzes 110. Der Einsatz 110 gleicht im Wesentlichen dem Einsatz 10 gemäß den Figuren 1 und 2 und ist ebenfalls ein Stanzteil aus einem Stahlblech mit einer Blechdicke d von 0,7mm, für eine Zylinderlaufbuchse mit einem Innendurchmesser von 130mm gefertigt. Zur Herstellung des Einsatzes 110 wird ebenfalls ein Blechstreifen ausgestanzt, dessen eine Längskante zu einem Flansch 114 abgekantet wird. Dann wird der Blechstreifen zu einem offenen vorgespannten Ring geformt. Der fertige Einsatz 110 weist ebenfalls einen Ringstoß 111 auf, der im montierten Zustand ein gewisses Stoßspiel erlaubt. Die einander zugekehrten Stoßenden 112, 113 des Ringstoßes 11 verlaufen unter einem definierten Winkel (W) parallel zueinander (vgl. Figur 4). Damit wird auch beim Einsatz 110 eine geschlossene Kontur erzielt, so dass der Feuersteg des in der Zylinderlaufbuchse geführten Kolbens möglichst über seine gesamte Mantelfläche von ölkohle befreit wird.

Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Verbrennungsmotor 30 mit einem Zylinderkurbelgehäuse 31 und einem Zylinderkopf 32. Zwischen dem Zylinderkurbelgehäuse 31 und dem Zylinderkopf 32 ist eine Zylinderkopfdichtung 35 eingelegt. In Zylinderbohrungen des Zylinderkurbelgehäuses 31 sind Zylinderlaufbuchsen 20 aufgenommen, in deren Innenraum 22 ein Kolben 33 geführt ist. Analog dazu kann der Kolben 33 auch in einem Zylinder, wie in den Figuren 8 bis 10 dargestellt, geführt sein. Der Kolben 33 ist mit Kolbenringen 34 versehen, die den Brennraum (nicht dargestellt) abdichten. Oberhalb der Kolbenringe 34 befindet sich der umlaufende Feuersteg 36 des Kolbens 33.

In einer Ausnehmung 21 der Zylinderlaufbuchse 20 ist ein Einsatz 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 aufgenommen. Dabei beträgt im Ausführungsbeispiel die Auflagefläche für den Einsatz 10, die der Tiefe der Ausnehmung 21 entspricht, 0,4mm. Das bedeutet, dass bei einer Blechdicke von 0,7mm der Einsatz 10 mit einem überstand (L)) von 0,3mm in den Innenraum 22 der Zylinderlaufbuchse 20 hineinragt. Der Einsatz 10 ist im Bereich der oberen Totpunktlage des

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Kolbens 33 in der Zylinderlaufbuchse 20 aufgenommen, d.h. im Bereich der Bewegungsumkehr des Kolbens 33 im Betrieb. Damit wird der gesamte Bereich des Feuerstegs 36 vom Einsatz 10 überstrichen, wenn sich der Kolben 33 während des Betriebs bewegt. So ist gewährleistet, dass etwa sich ablagernde ölkohle vollständig und zuverlässig vom Feuersteg 36 entfernt wird.

Figur 6 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 130, der im Wesentlichen wie der in Figur 5 gezeigte Verbrennungsmotor 30 aufgebaut ist. übereinstimmende Bauteile sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In einer Ausnehmung 121 der Zylinderlaufbuchse 120 ist ein Einsatz 110 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 aufgenommen. Zusätzlich ist die Zylinderlaufbuchse 120 an ihrer oberen, dem Zylinderkopf 32 zugewandten Stirnfläche mit einem umlaufenden Ausnehmung 123, in dem der umlaufende Flansch 114 des Einsatzes 110 aufgenommen ist. Dabei beträgt im Ausführungsbeispiel die Auflagefläche für den Einsatz 110, die der Tiefe der Ausnehmung 121 entspricht, 0,4mm. Das bedeutet, dass bei einer Blechdicke von 0,7mm der Einsatz 110 mit einem überstand (ü) von 0,3mm in den Innenraum 122 der Zylinderlaufbuchse 120 hineinragt. Der Einsatz 110 ist im Bereich der oberen Totpunktlage des Kolbens 33 in der Zylinderlaufbuchse 120 aufgenommen, d.h. im Bereich der Bewegungsumkehr des Kolbens 33 im Betrieb. Damit wird der gesamte obere Bereich des Feuerstegs 36, der dem Brennraum am nächsten liegt und daher am meisten der Anlagerung von ölkohle ausgesetzt ist, vom Einsatz 110 überstrichen, wenn sich der Kolben 33 während des Betriebs bewegt. Damit ist gewährleistet, dass etwa sich ablagernde ölkohle vollständig und zuverlässig vom Feuersteg 36 entfernt wird.

Figur 7 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel, wie ein Einsatz 110 gemäß dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel in einem Verbrennungsmotors 230 aufgenommen sein kann. übereinstimmende Bauteile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Einsatz 110 ist nun mit seinem Flansch 114 lediglich in einem umlaufenden Falz 223 aufgenommen, der in der oberen, dem Zylinderkopf 32 zugewandten Stirnfläche der Zylinderlaufbuchse 220 vorgesehen ist. Der Einsatz 110 ragt in eine Ausnehmung 237 im Feuersteg 236

des Kolbens 233. Dabei beträgt im Ausführungsbeispiel dieTiefe der Ausnehmung 237 0,4mm. Der Einsatz 110 ist ebenfalls im Bereich 221 der oberen Totpunktlage des Kolbens 233 in der Zylinderlaufbuchse 220 angeordnet, d.h. im Bereich der Bewegungsumkehr des Kolbens 33 während des Betriebs. Damit wird der gesamte Bereich der im Feuersteg 236 vorgesehenen Ausnehmung 237, der dem Brennraum am nächsten liegt und daher am meisten der Anlagerung von ölkohle ausgesetzt ist, vom Einsatz 110 überstrichen, wenn sich der Kolben 233 während des Betriebs bewegt. Damit ist gewährleistet, dass etwa sich ablagernde ölkohle vollständig und zuverlässig vom Feuersteg 236 entfernt wird.

Die Figuren 8, 9 und 10 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Zylinderlaufbuchse 20, 120, 220 entfallen ist, jedoch die gleichen vorgenannten Bedingungen entsprechend den Darlegungen zu den Figuren 5 bis 7 für einen Zylinder eines Verbrennungsmotors gelten.