WRIST-PIN BEARINGS FOR A LIGHT-WEIGHT PISTON OF AN INTERNAL-COMBUSTION ENGINE

Abstract: 1. Gudgeon pin mounting in the boss bore of a light metal piston (3) having, extending in the direction of the gudgeon pin axis and in the region of the zenith of the boss nore (1), an aperture (4) in a zone disposed peripherally at an angle of alpha = 30 degrees max. on either side of the zenith, characterised in that the total width of the recesses (4) is 1 to 10% of the diameter of the boss bore (1) and in that the recess or recesses (4) is or are of constant depth and width over the total length of the boss bore (1).

Description: Kolbenbolzenlagerung für einen Leichtmetall kolben von Verbrennungsmotoren Bei der Lagerung eines Kolbenbolzens in der Nabenbohrung eines Leichtmetallkolbens sind bei hochbelasteten Motoren besondere Massnahmen zu ergreifen, um die Ausbildung von Rissen in der Nabenbohrung im Motorbetrieb zu vermeiden. Die kritischen Nabenrisse treten in der Regel im ZeniVereich der Nabenbohrung auf. Die Ursache für diese Nabenrisse sind Zug Umfangsspannungen in diesem Berei ir Nabenbohrungen. Für deren Entstehen gibt es verschiedene Hypothesen. Bei allen diesen Hypothesen spielt die unter Last erfolgende Durchbiegung des Kolbenbolzens und die unter Last ebenfalls einsetzende Ovalisierung des Kolbenbolzens eine wesentliche Rolle. Zur Neutralisierung dieser beiden als Hauptursache für die Nabenrisse angesehenen Störfaktoren wurde im Stand der Technik unter anderem vorgeschlagen, in dem zum Kolbeninneren liegenden Bereich der Nabenbohrungen, in dem die Nabenrisse zuerst auftreten, zwischen Nabenbohrung und Kolbenbolzen einen sich erst im Lastzustand schliessenden Spalt vorzusehen. Dieser Spalt kann durch Aufweitung der Nabenbohrung in diesem Bereich oder auch durch eine in diesem Bereich vorgesehene Einschnürung im Kolbenbolzen oder durch Summierung dieser beiden Massnahmen erreicht werden. Im einzelnen sind diese Massnahmen z.B. in der US-PS 2,387,634 und der DE-AS 26 15212 beschrieben. Andere Massnahmen bestehen darin, die Bolzennabe von vornherein derart oval zu formen, dass diese Form der sich im Motorbetrieb einstellenden Ovalform des Kolbenbolzens angepasst ist. Zur Berücksichtigung der Ovalverformung des Kolbenbolzens unter Last wurden darüberhinaus auch sogenannte Taschen in den Seitenwandungen der Nabenbohrung vorgesehen. Derartige Massnahmen sind z.B. bekannt aus DE-AS 21 52 462, DE-OS 22 03 847 und US-PS 2,990,226. Aus DE-PS 13 01 677 ist es bei einem mit einem geschlossenen Kühlkanal im Bodenbereich versehenen Kolben noch bekannt, das bl durch einen mehrteiligen Bolzen und die Kontaktfläche zwischen Bolzenaussenfläche und Nabenbohrung hindurch in den Kühlkanal zu führen. Im Bereich der Nabenbohrungen ist der Bolzen durch aussen aufgeschrumpfte Ringe, deren Aussenflächen jeweils in der Nabenbohrung anliegen, verstärkt. Durch die Verstärkungs-Ringe hindurch wird über senkrecht zur Bolzenachse verlaufende Bohrungen das Kühlöl in den Kühikanal geleitet. Nachteilig sind hierbei die auf den Rohrbolzen aufgeschrumpften Ringe, da diese einen grossen Nabenbohrungsdurchmesser bedingen, der häufig aus Platzgründen nicht zur Verfügung steht. Ausserdem setzt eine solche Ausführung eine blkühlung mittels eines Kühlkanals voraus, was nicht immer gegeben ist. Bei grossen Nabenbohrungsdurchmessern ist die Gefahr von Nabenrissen ohnehin meist nicht vorhanden, da in diesen Flächen die spezifische Flächenpressung zwischen Bolzen und Nabe noch zu keiner Uberbeanspruchung der Nabe führt. Daher ist dort schon die Nabenbohrungsvergrösserung allein als eine Massnahme zur Nabenrissvermeidung anzusehen. Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrundc, eine wirksamere und konstruktiv einfachere Lösung zu finden. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausführung der Nabenbohrung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Die vorgeschlagene Lösung geht von der Uberlegung aus,dass die die Nabenrisse im wesentlichen bewirkenden Zug-Umfangsspannungen durch den Druck des Schmieröles in dem Zenitbereich der Nabenbohrung mit erzeugt werden. Denn bei unter dem Druck der Verbrennungsgase stehendem Kolben wird der Zenitbereich der Nabenbohrung gegen den Kolbenbolzen gedrückt. Das zwischen Kolbenbolzen und Nabenbohrungswand dort beim Ubergang zum Arbeitstakt vorhandene Spiel wird dabei unter Verdrängung des dort befindlichen Schmieröles abgebaut. Ist das bei grossem Spiel vorhandene blpolster nun nicht in der Lage, ausreichend schnell aus dem Zenitbereich der Nabenbohrung, in dem das Lagerspiel abgebaut werden soll zu entweichen, baut sich in diesem Bereich in dem Schmieröl ein Druck auf. Dieser Druck wirkt bezüglich der Nabe aufweitend und erzeugt dadurch die zu den Nabenrissen im Nabenbohrungszenit führenden Zuq-Umfangsspannun- gen. Durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene im Zenitbereich druckentlastend wirkende Massnahme lassen sich die aefährlichen Zug-Umfangsspannungen besonders wirksam vermeiden. Da die Nabenrisse häufig nur in dem zum Kolbeninneren liegenden Bereich der Nabenbohrungen entstehen, reicht es häufig aus, die erfindungsgemässe druckentlastende Massnahme nur dort vorzusehen. Wichtig ist allerdings, dass die druckentlastende Massnahme in Bolzenrichtunq auch tatsächlich über den gesamten rissgefährdeten Bereich verläuft. So hat es sich gezeigt, dass z.B. eine einzelne radial zur Kolbenbolzenachse durch den Nabenbohrungszenit verlaufende Bohrung, wie sie unter anderem aus der GB-PS 200 718 bekannt ist, nicht zur Vermeidung von Nabenrissen in dem gesamten rissgefährdeten Zenitbereich der Nabenbohruno ausreicht. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig.1 einen Längsteilschnitt durch einen Kolben, Fig.2 einen Schnitt nach Linie II-II In die Nabenbohrungen 1 der Bolzennaben 2 des Kolbens 3 ist ein nicht dargestellter Kolbenbolzen eingesetzt. Als druckentlastende Massnahme im Zenit der Nabenbohruna 1 sind zwei parallel zur Kolhenbolzenachse verlaufende Längsnuten 4 in einem Winkel von 6;=300 zur Senkrechten vorgesehen. Der Durchmesser des aus Leichtmetall bestehenden Kolbens beträgt 125 mm. Der Durchmesser der Nabenbohrung 1 beträgt 46 mm. Die Nuten 4 haben eine Breite von 2 mm und eine Tiefe von 0,4 mm. Cegebenenfalls können zusätzlich zu den den bl- druck entlastenden Nuten 4 auch noch alle anderen im Stand der Technik bekannten Nabenriss vermindernden Massnahmen getrennt oder untereinander kombiniert angewendet werden.

Claims: Ansprüche 1. Kolbenbolzenlagerung in der Nabenbohrung eines Leicht metallkolbens mit Ausnehmungen im Bereich des Zenites der Nabenbohrung,dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass diese Ausnehmungen (4) im wesentlichen parallel zur Bolzenachse zum Kolbeninneren hin verlaufen. 2. Kolbenbolzenlagerung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ausnehmungen (4) um fangsmässig maximal JC = 30d beidseitig des Zenites angeordnet sind. 3. Kolbenbolzenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gek e n n z e i c h ne t , dass die Ausnehmungen (4) sich nur über einen Teil der Gesamtlänge der Nabenboh rungen (1) vom Kolbeninneren aus erstrecken. 4. Kolbenbolzenlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,dass nur eine Ausnehmung (4) vorhanden ist. 5. Kolbenbolzenlagerung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausnehmung (4) zumindest mit einem Teil ihrer Breite direkt im Zenith der Nabenbohrung (1) liegt. 6. Kolbenbolzenlagerung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Breite der Ausnehmungen (4) 1 bis 10 % des Durchmessers der Nabenbohrung (1) beträgt, und zwar in dem Sinne, dass dieser Wert bei Vorhandensein nur einer Ausnehmung (4) allein deren Breite und bei mehreren Ausnehmungen (4) die addierten Breiten der einzelnen Ausnehmungen (4) betrifft. 7. Kolbenbolzenlagerungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Tiefe der Ausnehmungen (4) 0,5 bis 2 % des Durch messers der Nabenbohrung (1) beträgt.

Inventors: DALLEF, JURGEN, DIPL.-ING., Dallef, Jürgen, Dipl.-Ing.
Applicants: MAHLE GMBH
Application year: 1982
Main classification: F16J1
IPC codes: F16J1