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Mehrteiliger Brennkraftmaschinenkolben
Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrteiligen Brennkraftmaschinenkolben mit einem vorzugsweise aus Leichtmetall bestehenden Kolbenhauptkörper und einem an ihm lösbar befestigten Bodenteil, wobei als Befestigungsmittel Schrauben, insbesondere Dehnschrauben, Verwendung finden, welche an ihrem einen Ende Köpfe und an ihrem entgegengesetzten Ende Muttern aufweisen, die sich gegen Schultern ent- sprechender Ausnehmungen im Bodenteil bzw. über von den Schraubenschäften durchsetzte Druckbüchsen gegen den Kolbenhauptkörper abstützen.
Bei derartigen Kolben sind die Schraubverbindungen, insbesondere wenn es sich um Kolben für schnell- laufende Brennkraftmaschinen handelt, durch Massenkräfte und ausserdem gegebenenfalls durch die ver- hältnismässig grosse Wärmeausdehnung des aus Leichtmetall bestehenden Kolbenhauptkörpers ausserordent- lich stark belastet. Sie müssen daher kräftig ausgebildet werden. Anderseits wünscht man aber ihr Gewicht klein zu halten, um die Belastung der Pleuel- und Kurbelwellenlager nicht unnötig zu steigern und ein günstiges Leistungsgewicht zu erreichen.
Um diesem Ziel näher zu kommen ist es bereits bekannt, solche Schraubenverbindungen derart aus- zubilden, dass die von den Schrauben durchsetzten Druckbüchsen einen Teil der Dehnlänge der
Schrauben ersetzen, wodurch sich kürzere Baulängen und damit Gewichtsersparn1sse erzielen lassen. Ferner ist es auch bereits bekannt, die Abstützflächen der Druckbüchsen solcher Schraubver- bindungen kugelig zu gestalten, um sie von Querkräften zu entlasten, was ebenfalls dazu beiträgt, dass man bei gleicher Sicherheit schwächere Schrauben verwenden und dadurch Gewicht sparen kann.
Die vorliegende Erfindung bezweckt bei Kolben der eingangs erwähnten Art eine weitere Verbesserung der Schraubverbindungen. Sie besteht in erster Linie darin, dass die Schrauben sich mit ihren Köpfen gegen die vom Bodenteil abgewendeten Stirnflächen der in bekannter Weise in axialen Bohrungen des Kol- benhauptkörpers befestigtenDruckbüchsen abstützen und dass die in den Bodenteil hineinragenden gewindetragenden Schaftenden der Schrauben an ihren Stirnseiten zum Einführen eines Haltewerkzeuges, z. B. eines Vierkantschlüssels, dienende Ausnehmungen aufweisen.
Durch diese Ausgestaltung der Schraubverbindung, welche, wie die zum Stand der Technik gehörenden Konstruktionen, die Anwendung dünnwandiger, einen Teil der Dehnlänge der Schrauben ersetzender Druckhülse ermöglicht, aber nicht erfordert, und welche auch Massnahmen zum Fernhalten von Belastungen durch Querkräfte ermöglicht, sowie die Herstellung und das Lösen der Verbindung von der Kolbenbodenseite her zulässt, wird erreicht, dass man die Verbindung durch Anziehen der Muttern herstellen kann, ohne dass dabei ein Drehmoment auf die Schraubenschäfte oder auf die Büchsen ausgeübt wird, so dass in diesen Teilen das Auftreten von Tdrsionsspannungen, welche die Belastbarkeit der Verbindung vermindern, mit Sicherheit vermieden wird.
Bei den bisher bekannten Schraubverbindungen, bei denen die Schrauben während des Anziehens der Muttern am Kopf, also an dem während des Anziehens einem Drehmoment ausgesetztenGewindeteil entgegengesetzten Ende festgehalten werden mussten, war diese Sicherheit nicht gegeben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man die Muttern der Schraubverbindung als Zug- oder Kragenmuttern ausbilden, bei denen die Mehrzahl der Gewindegänge in nur auf Zug beanspruchten Teilen. liegt. Die dadurch erzielte Verbesserung beruht darauf, dass die Belastbarkeit von Schraubverbindungen bekanntlich nicht nur von den Schaftquerschnitten, sondern entscheidend auch von der Haltbarkeit der
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Gewindegänge abhängt. Letztere wird nun bei Zugschrauben, deren Muttern auf Druck beansprucht sind, dadurch ungünstig beeinflusst, dass nicht alle Gänge gleichmässig tragen, weil unter Last die Mutter einer elastischen Dehnung unterliegt, was zur Folge hat, dass nur ganz wenige Gewindegänge eine satte Auflage haben und daher praktisch die ganze Belastung aufnehmen.
Weitere Merkmale und Vorzüge des Erfindungsgegenstandes sind an Hand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben, auf dessen aus Leichtmetall bestehendem Haupt- körper 1 eine z. B. aus Gussstahl bestehende Bodenplatte 2 aufgesetzt ist. Die Verbindung zwischen diesen Teilen ist durch Schrauben 3 und Muttern 4, welche aus einem im wesentlichen auf Druck beanspruchten Kragen 41 und einem nicht druckbelästeten Teil 42 bestehen, bewerkstelligt. Die Köpfe 31 der Schrauben 3 stützen sich gegen in den Kolbenhauptkörper 1 eingeschraubte Druckbüchsen 5 ab, u. zw. sind die Berührungsflächen der Büchsen und Schraubenköpfe kugelig ausgebildet. Die Schraubengewinde 51 der Druckbüchsen befinden sich an deren dem Kolbenboden zugekehrten Enden. Durch die höhere Wärmeausdehnung des aus Leichtmetall bestehendenKolbenhauptkörpers werden nur diese verhältnismässig kurzen Endteile der Büchsen betroffen.
Der dadurch bedingte geringfügige Unterschied der Gesamtwärmeausdehnung der Büchsen 5 von derjenigen der Schrauben 3 kann dadurch ausgeglichen werden, dass man Büchsen aus einem Werkstoff mit etwas kleinerem Wärmeausdehnungsbeiwert als dem des Schraubenwerkstoffes verwendet. Es ergibt sich dann der Vorteil, dass auch bei hohen Betriebstemperaturen keine zusätzlichen Spannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung in den Büchsen und Schrauben auftreten, oder mit andem Worten, dass die Abmessungen der Schrauben und Büchsen bei gleicher Sicherheit der Verbindung kleiner gewählt werden können.
Die Räume oberhalb der Muttern 4 sind durch Abdeckkappen 6 ausgefüllt, welche auf die Schrauben 3 aufgeschraubt sind. Dabei sind zwischen diesen Abdeckkappen und Schrauben noch Dichtungen 7 vorgesehen.
Zum Herstellen der Verbindung setzt man zunächst die Schrauben 3 und Büchsen 5 in den Kolbenhauptkörper 1 ein und verschraubt die Büchsen mit diesem. Hierauf wird der Bodenteil 2 aufgesetzt und es werden die Muttern 4 und die Schrauben 3 aufgeschraubt. Dabei können letztere mittels eines in Ausnehmungen 32 an ihrer Stirnseite eingeführten Vierkantschlüssels festgehalten werden. Auf den Schaft der Schrauben und auf die Büchsen 5 werden dabei keinerlei Drehmomente übertragen, so dass diese Teile frei von Torsionsspannungen bleiben. Hierauf werden die Dichtungen 7 und Abdeckkappen 6 aufgebraucht.
Wegen der kugeligen Auflageflächen der Muttern 4 und Schraubenköpfe 31 treten in der so geschaffenen Verbindung auch bei unterschiedlicher radialer Wärmedehnung des Bodenteiles 2 und des Kolbenhauptkörpers l keine Biegebeanspruchungen auf, da sich die Schrauben entsprechend schräg einstellen kön- nen. Die Verbindung ist also ausser durch die Vorspannung der Schrauben nur durch Massenkräfte beansprucht.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 findenZugmuttern 4'Verwendung, deren das Gewinde tragende Teile 42'von den den Druck aufnehmenden Kragenteilen 41'weitgehend getrennt sind. Die die Ausnehmungen des Bodenteiles 2 vollständig ausfüllenden Köpfe dieser Muttern weisen zentrale Bohrungen auf, durch welche ein Werkzeug zum Festhalten der Schrauben 3 eingeführt werden kann.
Diese Bohrungen sind, wie die Zeichnung zeigt, durch Schrauben 8 abgeschlossen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Mehrteiliger Brennkraftmaschinenkolben mit einem vorzugsweise aus Leichtmetall bestehenden Kolbenhauptkörper und einem an ihm lösbar befestigten Bodenteil, wobei als Befestigungsmittel Schrauben, insbesondere Dehnschrauben dienen, welche an ihrem einen Ende Köpfe und an ihrem entgegengesetzten Ende Muttern aufweisen, die sich gegen Schultern entsprechender Ausnehmungen im Bodenteil bzw.
über von den Schraubenschäften durchsetzte Druckbüchsen gegen den Kolbenhauptkörper abstützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenköpfe (31) sich gegen die vom Bodenteil (2) abgewendeten Stirnflächen der in bekannter Weise in axialen Bohrungen des Kolbenhauptkörpers (1) befestigten Druckbüchsen (5) abstützen und dass die in den Bodenteil hineinragenden, gewindetragenden Schaftenden der Schrauben (3) an ihren Stirnseiten zum Einführen eines Haltewerkzeuges, z. B. eines Vierkantschlüssels, dienende Ausnehmungen (32) aufweisen.