DE29923503U1 - Kolbenbolzen zur Verbindung des Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Pleuel - Google Patents

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Kolbenbolzen zur Verbindung des Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Pleuel

Zur Verbindung der Kolben mit den Pleueln von Verbrennungskraftmaschinen dienende Kolbenbolzen sind in vielfacher Ausgestaltung bekannt.

Sie können z.B. aus Vollmaterial bestehen und auch in eine Schlitzhülse eingebettet sein (DE-PS 9 56 551). Derartige Kolbenbolzen bestehen mithin aus einem dauerelastischen Kern und einer verschleißfesten Außenhülse. Nachteilig ist das große Gewicht der Kolbenbolzen, da sowohl bei Otto- als auch bei Dieselmotoren üblicherweise Kolbengeschwindigkeiten von im Durchschnitt 20m/sec erreicht werden. Die Massenbeschleunigung der Kolbenbolzen ist aufgrund der Hubbewegung dabei enorm hoch.

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Ferner können sie hülsenartig gestaltet sein (DE-OS 35 25 577) .

Des Weiteren zählen mehrlagige Kolbenbolzen zum Stand der Technik (DE-PS'n 30 09 424 und 30 23 204). Auch derartige Kolbenbolzen besitzen ein vergleichsweise hohes Gewicht mit der damit verbundenen zwangsläufig hohen Massenbeschleunigung.

Alle diese Kolbenbolzen weisen die Eigenschaft auf, dass ihr Herstellungsaufwand groß ist. Es sind insbesondere Zerspanungsarbeiten durchzuführen, und zwar sowohl, wenn aus einem Vollmaterial ein Kolbenbolzen hergestellt, als auch wenn ein Kolbenbolzen aus einem Rohrabschnitt gefertigt wird. Zerspanungsarbeiten erfordern aber die Bereitstellung von entsprechenden Maschinen sowie Schmier- und Kühlmittel. Ferner ist es erforderlich, das abgetragene Material sowie die Schmier- und Kühlmittel in geeigneter Weise zu entsorgen. Der Energieaufwand hierfür sowie auch die Belastungen der Umwelt sind hoch.

Im Umfang der US 1,477,622 ist darüberhinaus ein geschlitzter hohler Kolbenbolzen bekannt, bei dem im Längsverlauf des an der äußeren Oberfläche eine gleich bleibende Breite aufweisenden Schlitzes sich in der Bolzenwand ein Längskanal erstreckt, der von einer Stirnseite des Kolbenbolzens aus in Richtung zur anderen Stirnseite im Querschnitt kleiner wird. In diesen Längskanal wird ein Spreizelement getrieben, das sich gegebenenfalls an dem dem Schlitz gegenüberliegenden inneren Umfangsbereich des Kolbenbolzens geführt abstützt. Nach dem Einsetzen des Kolbenbolzens in den Kolben und das Pleuel wird das Spreizelement in Längsrichtung des Längskanals verlagert, so dass sich der Schlitz erweitert und der Kolbenbolzen örtlich lagefixiert wird. Ein derartiger Kolbenbolzen ist

folglich zweiteilig ausgeführt und erfordert einen hohen Bearbeitungs- sowie Montageaufwand.

Aus der US 1,435,406 geht schließlich hervor, einen längsgeschlitzten hohlen Kolbenbolzen am Innenumfang mit gegenläufigen Gewinden zu ersehen. In die Innengewinde werden Muttern gedreht, so dass der Längsschlitz sich verbreitern kann, wodurch der Kolbenbolzen in Aufnahmebohrungen des Kolbens festgelegt wird. Im. mittleren Längenbereich wird der Kolbenbolzen von dem geschlitzten Pleuel umschlossen. Die beiden Hälften des Pleuels werden mit Hilfe eines Schraubbolzens gegeneinander und fest um den mittleren Längenbereich des Kolbenbolzens gezogen. Als Verdrehsicherung dienen den Längsschlitz querende umfangsseitige Aussparungen am Kolbenbolzen, die auch von dem Schraubbolzen tangiert werden. Dieser Kolbenbolzen ist ebenfalls mehrteilig und erfordert somit einen hohen Herstellungs- und Montageaufwand.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenbolzen zu schaffen, der bei deutlich verringertem Energie- und Fertiqjungsaufwand unter Schonung der Umwelt wirtschaftlich hergestellt werden kann, im Hinblick auf die Massenbeschleunigungskräfte ein geringes Gewicht besitzt und ein geringeres Verformungsverhalten aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.

Hierbei wird ein wesentlicher Gesichtspunkt zunächst darin gesehen, dass der Kolbenbolzen aus einer spanlos gerollten Hülse gefertigt wird, welche aufgrund des Rollens einen sich über die Länge der Hülse erstreckenden Schlitz aufweist. Die Herstellung eines derartigen Kolbenbolzens bedarf keine zerspanenden Maschinen und folg-

lieh auch keine hierauf abgestellten Schmier- und Kühlmittel. Der entsprechend aufwendige Bereitstellungs- und Investitionsaufwand wird folglich deutlich reduziert. Zum Rollen einer Hülse ist auch ein deutlich geringerer Energieaufwand erforderlich. Die Umwelt wird merklich weniger belastet.

Die Wanddicke der außen zylindrischen Hülse wird im mittleren Längenbereich gleich bemessen, während sie zu den Stirnseiten hin gleichmäßig abnimmt. Dadurch wird in ihrem mittleren Längenbereich ein zylindrischer Längenabschnitt geschaffen, an den sich zu den Stirnseiten hin konisch erweiternde Abschnitte anschließen.

Die Schlitzkanten werden nach dem Rollen mindestens abschnittsweise im Rahmen einer Stoffvereinigung fest aneinander gefügt. Demzufolge können die einander gegenüberliegenden Schlitzkanten keine Relativbewegungen ausführen. Das Fügen der Schlitzkanten erlaubt es, dass ein Motor mit einem derartigen Kolbenbolzen im Vergleich zu einem Motor mit einem geschlitzten Kolbenbolzen spezifisch höher belastet werden kann. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass auch Motoren mit höherer Leistung mit dem erfindungsgemäßen taillierten Bolzen ausgerüstet werden können.

Durch das auf dem Wege einer Stoffvereinigung mindestens abschnittsweise feste Aneinanderfügen der Schlitzkanten ist im betrieblichen Einsatz die Relativlage des Kolbenbolzens zum Kolben und zum Pleuel völlig vernachlässigbar. Selbst bei einem hoch belasteten Kolbenbolzen kann stets ein identisches Verformungsverhalten bei gleichem Widerstandsmoment gewährleistet werden .

Die Form des Schlitzes der Hülse kann beliebig sein. Der Schlitz kann sich geradlinig parallel zur Längsachse der Hülse erstrecken. Auch eine wellenförmige Konfiguration des Schlitzes ist denkbar. Ferner kann eine sogenannte Verclinchung der Schlitzkanten erfolgen, und zwar dadurch, dass Vorsprünge an der einen Schlitzkante in entsprechend angepasste Ausnehmungen an der anderen Schlitzkante gepresst werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Grundgedankens der Erfindung sind nach Schutzanspruch 2 die Schlitzkanten miteinander verschweißt. Das Verschweißen ist mit dem Vorteil verbunden, dass Grate, die an den Schlitzkanten vorkommen können, beseitigt werden. Folglich wird an jedem fertig bearbeiteten Kolbenbolzen ein hoher Qualitätsstandard erreicht.

Unabhängig davon, ob nun der Schlitz über seine gesamte Länge oder lediglich abschnittsweise zugeschweißt ist, kann die Schweißnaht nur an der Oberfläche oder über die gesamte Wanddicke der Hülse durchgeführt werden.

Eine weitere Fügeverbindung der Schlitzkanten besteht in den Merkmalen des Schutzanspruchs 3. Danach sind die Schlitzkanten mindestens abschnittsweise miteinander verlötet. Die Art der Verlötung wird hierbei zweckmäßig an den späteren Einsatz des Kolbenbolzens angepasst.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kolbenbolzens kann z.B. wie folgt durchgeführt werden:

Zunächst wird Bandstahl mit einer der Rohlänge des Kolbenbolzens entsprechenden Breite an einer Bandseite unter Belassung eines mittleren ebenen Stegs zu einem Formband doppelkonisch gewalzt. Dieses Formband wird dann zu einem Coil gewickelt. Beim Abziehen des Formbands vom

Coil werden nacheinander Formbandstreifen mit einer der Umfangslänge eines Kolbenbolzens entsprechenden Länge vom Formband abgetrennt und danach spanlos zu geschlitzten Hülsen gerollt. Hierbei ist der mittlere Steg des Formbands nach innen, d.h. zur Längsachse einer Hülse, gerichtet. Jede Hülse wird sodann durch eine mindestens abschnittsweise Fügung der Schlitzkanten hinsichtlich des Schlitzes verschlossen. Eine Relativverlagerung der Schlitzkanten ist nicht mehr möglich. Nunmehr wird jede Hülse an beiden Stirnseiten exakt bearbeitet und anschließend in der erforderlichen Weise gehärtet und letztlich umfangsseitig im vorgesehenen Toleranzbereich geschliffen.

Beim Härten des Kolbenbolzens ist der zu erwartende Verzug des Kolbenbolzens bei zumindest abschnittsweise geschlossenem Schlitz gering. Das Schleifaufmaß, das zur Bearbeitung erforderlich ist, kann mithin gering bemessen werden. Damit sinkt der Fertigungsaufwand für das Schleifen. Insbesondere können jetzt höhere Rundlaufeigenschaften gewährleistet werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 im vertikalen Längsschnitt eine Kolben-Pleuel -Verbindung;

Figur 2 in der Seitenansicht eine Hülse als Kolbenbolzen für die Verbindung der Figur 1;

Figur 3 eine Stirnansicht auf die Hülse der Figur 2 in Blickrichtung des Pfeils III;

Figur 4 in der Seitenansicht eine weitere Ausführungsform einer Hülse als Kolbenbolzen für die Verbindung gemäß Figur 1;

Figur 5 in der Seitenansicht eine dritte Ausführungsform einer Hülse als Kolbenbolzen für die Verbindung gemäß Figur 1;

Figur 6 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt VI der Figur 3;

Figur 7 in der Draufsicht einen Abschnitt eines Bandstahls ;

Figur 8 einen Querschnitt durch die Darstellung der Figur 7 entlang der Linie VIII-VIII;

Figur 9

in der Draufsicht einen Formbandabschnitt;

Figur 10 einen Querschnitt durch die Darstellung der Figur 9 entlang der Linie X-X und

Figur 11 eine Seitenansicht auf die Darstellung der Figur 10 in Blickrichtung des Pfeils XI.

Mit 1 ist in der Figur 1 ein Kolben einer ansonsten nicht näher veranschaulichten Verbrennungskraftmaschine bezeichnet, der über einen Kolbenbolzen 2 mit einem Pleuel 3 schwenkbeweglich verbunden ist. Dazu fasst der Kolbenbolzen 2 in Bohrungen 4 des Kolbens 1. Das Pleuel 3 ist zum Kolbenbolzen 2 durch eine Buchse 5 distanziert.

Der Kolbenbolzen 2 wird, wie die Figuren 2 und 3 näher erkennen lassen, aus einer geschlitzten Hülse H gebildet, die durch spanloses Rollen hergestellt wird. Die äußere Oberfläche 6 der Hülse H ist zylindrisch ausgebildet. Am

Übergang von der äußeren Oberfläche 6 auf die Stirnseiten 7 sind Fasen 8 vorgesehen.

Durch entsprechende Bemessung der Wanddicke ist im mittleren Längenbereich 24 der Hülse H ein innerer zylindrischer Längenabschnitt 9 vorgesehen, an den sich zu den Stirnseiten 7 hin sich konisch erweiterte Längenabschnitte 10 anschließen. Der Schlitz 11 der Hülse H erstreckt sich in der durch die Längsachse 12 verlaufenden Ebene E-E. Er ist, wie in der Figur 2 durch die verdickt eingezeichneten Bereiche 25 hervorgehoben, abschnittsweise verschlossen. Das heißt, die Schlitzkanten 13 sind durch Schweißen über die gesamte Dicke D der Wand 26 der Hülse 4 aneinander gefügt (Figur 6).

Die in der Figur 4 dargestellte Hülse Hl weist einen wellenförmig verlaufenden Schlitz 11a auf. Auch hierbei sind die Schlitzkanten 13a über eine Teillänge* aneinander geschweißt. Ansonsten entspricht die Hülse Hl der Hülse H der Figuren 1 bis 3.

Im Rahmen der Aus f ührungs form der Figur 5 sind die den Schlitz 11b begrenzenden Schlitzkanten 13b einer Hülse H2 nut- und federartig miteinander verclincht. Dazu werden an den Schlitzkanten 13b Vorsprünge 14 und Hinterschneidungen 15 vorgesehen, die formschlüssig aneinander greifen. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Schlitz 11b teilweise durch Verschweißung der Schlitzkanten 13b verschlossen.

Anhand der Figuren 7 bis 11 ist nachfolgend die Herstellung einer Hülse H in der Verwendung als Kolbenbolzen 2 zur Verbindung eines Pleuels 3 mit einem Kolben 1 gemäß Figur 1 erläutert.

Bei diesem Verfahren wird zunächst ein im Querschnitt rechteckiger Bandstahl 16 gemäß den Figurtm 7 und 8 durch Walzen verformt. Durch diese walzende Umformung wird ein Formband 17 entsprechend den Figuren 9 und 10 erzeugt. Dieses Formband 17 besitzt eine untere ebene Bandseite 18. Auf der anderen Bandseite 19 ist durch die walzende Umformung ein mittlerer, ebenflächiger Steg 20 gebildet, an den sich zu beiden Seiten dachartig alifallende Längsbereiche 21 anschließen.

Dieses Formband 17 wird zu einem nicht näher dargestellten Coil gewickelt.

In einer anderen Bearbeitungsstation wird das Formband 17 vom Coil abgezogen und bei diesem Abziehen gemäß den Figuren 9 und 11 in Formbandstreifen 22 unterteilt. Die Länge L der Formbandstreifen 22 entspricht der Umfangslänge einer aus den Figuren 1, 2 und 3 erkennbaren Hülse H. Nach dem Ablängen wird jeder Formbands:treifen 22 entsprechend den Pfeilen 23 der Figur 11 zu der Hülse H gemäß der Figur 3 umgeformt. Bei diesem Umformen ist der Steg 20 zur Längsachse 12 gerichtet. Nach dem spanlosen Umformen zur geschlitzten zylindrischen Hülse H wird der Schlitz 11 durch abschnittsweises Verschweißen der Schlitzkanten 13 geschlossen. Daraufhin worden die beiden Stirnseiten 7 längengenau bearbeitet, wobei gleichzeitig die Fasen 8 mit erzeugt werden.

Durch das Umformen entstehen der innere zylindrische Längenabschnitt 9 sowie die sich daran anschließenden zu den Stirnseiten 7 sich erweiternden konischen Längenabschnitte 10. Nach dem Schließen des Schlitzes 11 und Bearbeitung der Stirnseiten 7 wird die Hülse H gehärtet und letztlich an der äußeren Oberfläche 6 geschliffen.

11 -

Bezuaszeichenaufstellung

1 - Kolben

2 - Kolbenbolzen

3 - Pleuel

4 - Bohrungen in 1

5 - Buchse zw. 2 u. 3

6 - Oberfläche &ngr;. &EEgr;

7 - Stirnseiten &ngr;. &EEgr;

8 - Fasen zw. 6 u. 7

9 - zylindrischer Längenabschnitt

10 - konische Längenabschnitte

11 - Schlitz &ngr;. &EEgr;

lla - Schlitz v. Hl

11b - Schlitz v. H2

12 - Längsachse &ngr;. &EEgr;

13 - Schlitzkanten v. 11

13a - Schlitzkanten v. lla 13b - Schlitzkanten v. 11b

14 - Vorsprünge

15 - Hinterschneidungen

16 - Bandstahl

17 - Formband

18 - untere Bandseite v.

19 - obere Bandseite v.

20 - Steg v. 17

21 - Längsbereiche v. 17

22 - Forrabandstreifen

23 - Pfeile

24 - mittlerer Längenbereich &ngr;. &EEgr;

25 - verschweißte Bereiche

26 - Wand &ngr;. &EEgr;

12 -

H - Hülse Hl - Hülse H2 - Hülse D - Dicke v.

E-E - Ebene L - Länge v.

Claims (3)

1. Kolbenbolzen zur Verbindung des Kolbens (1) einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Pleuel (3), der eine spanlos gerollte Hülse (H, H1, H2) mit einem sich über die Länge der Hülse (H, H1, H2) erstreckenden Schlitz (11, 11a, 11b) umfasst, dessen Schlitzkanten (13, 13a, 13b) mindestens abschnittsweise fest aneinander gefügt sind, wobei die Hülse (H, H1, H2) im mittleren Längenbereich (24) einen inneren zylindrischen Längenabschnitt (9) aufweist, an den sich in Richtung auf die Stirnseiten (7) sich im Durchmesser erweiternde konische Längenabschnitte (10) anschließen.

2. Kolbenbolzen nach Anspruch 1, bei welchem die Schlitzkanten (13, 13a, 13b) miteinander verschweißt sind.

3. Kolbenbolzen nach Anspruch 1, bei welchem die Schlitzkanten (13, 13a, 13b) miteinander verlötet sind.