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Gabelpleuelstange mit einem Innenpleuel
Die Erfindung betrifft eine Gabelpleuelstange mit einem Innenpleuel unter Verwendung von in den
Pleuelstangenköpfen festsitzenden Hauptlagerschalen für je zwei auf eine Kröpfung arbeitende Zylinder, wobei die Pleuelstange einen doppel-T-förmigen Querschnitt aufweist, dessen Flanschen in Ebenen senkrecht zur Kolbenbolzenlängsachse verlaufen.
Die Erfindung bezweckt ausser einer Verbesserung der Klemmfiächenverhältnisse zwischen dem Kur- belzapfenauge der Pleuelstange und den Lagerschalen eine vereinfachte Bearbeitung der Pleuelstangen, insbesondere von grossen und schnellaufenden Dieselmotoren.
Der Schaft der bekannten Pleuelstangen, die am kurbelseitigen Ende gabelförmig ausgebildet sind, weist einen doppel-T-förmigen Querschnitt auf, wobei die Flanschen des Schaftes entweder senkrecht oder parallel zu den Stirnflächen des Kolbenbolzenauges verlaufen und nach innen versetzt sind. Daraus ergeben sich für die Pleuelköpfe, zwischen denen auch ein Innenpleuel sich einwandfrei bewegen soll, Abmessungen und Ausbildungsformen, die sich als nachteilig erwiesen haben. Infolge der verhältnismässig eng aneinanderliegenden Flanschen sowie der nur nach aussen gerichteten Pleuelköpfe treten aussermittig wirkende Kräfte an den Klemmflächen auf, die zu Ausweichbewegungen der Pleuelköpfe, dem sogenannten Atmen, fahren.
Dadurch entstehen an den den Klemmflächen der Pleuelköpfe zugekehrten Lagerschalenflächen Reibkorrosionsstellen, wodurch bei fortgeschrittener Reibkorrosion an den stark auf Biegung be- anspruchten Übergängen der Flanschen nach den Pleuelköpfen und in den Pleuelköpfen selbst die Gefahr der Rissbildung besteht, die zum Bruch der Pleuelstangen und-köpfe fahrt. Spannungsoptische Untersuchungen haben nachgewiesen, dass bei diesen Pleuelstangenausführungen schädlich sich auswirkende Biegespannungen, die zum Ausknicken der Flanschen führen, und eine ungleiche Spannungsverteilung über die Breite des Schaftes auftreten.
Dabei wurde festgestellt, dass die ermittelten übermässigen Beanspruchungen mit denen der beim Motorbetrieb gefundenen starken Reibkorrosionsstellen genau übereinstimmen.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die erwähnten Mängel zu beheben. Sie besteht darin, dass die Klemmflächen der Pleuelstangenköpfe für die biegungssteifen Hauptlagerschalen in an sich bekannter Weise von der Flanschmitte des jeweiligen Kopfes aus beidseitig gleich bemessen sind und dass sich die Flansche der Pleuelstange von den Stirnflächen des Kolbenbolzenauges aus bis zu einer durch eine kreisförmige Aussparung im Steg der Pleuelstange gebildete Gabelung erstrecken, wobei im Bereich der grössten lichten Weite der Aussparung der Abstand zwischen den äusseren Begrenzungsflächen der Flansche annähernd gleich der Breite des Kolbenbolzenauges ist und der Abstand zwischen den inneren Begrenzungsflächen der Flansche dem Durchmesser der Aussparung entspricht.
Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Gabelpleuelstange wird ein gleichmässiger Druckverlauf an den Klemmflächen erreicht. Ausserdem wird gewährleistet, dass einerseits keine einseitigen Belastungen an den Klemmflächen auftreten, so dass keine Reibkorrosionen an den Lagerschalen auftreten können, da das sogenannte Atmen der Pleuelköpfe unterbleibt, wodurch Brüche in den Pleuelköpfen vermieden werden. Anderseits tritt eine wesentliche Spannungsminderung am Übergang der Flansche nach den Pleuelköpfen ein, so dass auch am Übergang vom Schaft nach den Pleuelköpfen keine Brüche mehr entstehen können.
Da ferner die Breite des Kolbenbolzenauges mit der Breite des Schaftes bis zum Übergang der Flansche in die Pleuelköpfe übereinstimmt, wird die Bearbeitung des Schaftes zugleich mit der der Stirn-
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seiten der Kolbenbolzenaugen in einem Arbeitsgang vorgenommen.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt : Fig. l einen Schnitt eines bekannten Pleuelkopfes mit der Darstellung des Druckverlaufes in den Klemmflächen und Fig. 2 einen Schnitt einer Schubstange nach der Erfindung, wobei der Druckverlauf in den Klemmflächen am rechten Pleuelkopf eingezeichnet ist.
In Fig. 1 ist ein Pleuelkopf eines bekannten Pleuels dargestellt. Die während des Betriebes auf die Lagerschale 6 durch die Klemmfläche 7 des Pleuelkopfes 5 übertragenen Drücke verlaufen, wie die graphische Darstellung des Druckverlaufes aufweist, nach einer sehr steilen Kurve, wobei die Klemmfläche 7 in der Zeichnung die Abszissenachse darstellt. Der grösste Druck herrscht fast an der Innenfläche 8 der Verlängerung des Flansches 9 und der kleinste Druck an der äusseren Begrenzungskante der Klemmfläche 7.
Infolge der seitlichen Verschiebung der grössten Druckkomponente von der Mitte der Klemmfläche 7 - dargestellt durch den Abstand a zwischen den entgegengesetzt gerichteten Pfeilen - sowie durch die Ausweichbewegungen der Flanschen 9 entstehen einerseits Reibkorrosionsstellen auf der der Klemmfläche 7 zugekehrten Fläche der Lagerschale 6. Bei stark fortgeschrittener Reibkorrosion wird der sowieso schon stark beanspruchte Querschnitt des Flansches 9 bei x - x noch stärker auf Biegung beansprucht, so dass Brüche in den Pleuelköpfen und bei x-x auftreten. Anderseits werden bei der Bewegung des Pleuelkopfes 5 in Richtung auf den Bund 10 der Lagerschale 6 bedeutende Kräfte übertragen-waagrechter Pfeil-, so dass der Bund 10 entsprechend stark bemessen sein muss. Die Klemmfläche 7 verringert sich durch diesem Massnahme, wodurch sich der spezifische Flächendruck erhöht.
Ferner entstehen durch die Bearbeitung der Innenflächen 8 an dem die Flanschen 9 miteinander verbindenden Steg scharf ausgebildete Bearbeitungskanten, von denen schädlich sich auswirkende Kerbspannungen ausgehen.
In Fig. 2 ist dagegen aus der graphischen Darstellung des Druckverlaufes an den Klemmflächen 12 ersichtlich, dass eine gleichmässige Belastung auf die Lagerschale ausgeübt wird. Die nach der Erfindung hergestellte, in Fig. 2 gezeigte Schubstange weist an ihrem einen Ende das Kolbenbolzenauge 13 und an dem andern ein geteiltes Kurbelzapfenauge 14 auf, wobei die Breite des Kolbenbolzenauges 13 der Breite des sich von den Stirnseiten 15,16 in geradliniger Richtung nach dem Kurbelzapfenauge 14 bis zur Höhe der Gabelung 17 erstreckenden Pleuelschaftes 18 entspricht. Der einen doppel-T-förmigen Querschnitt aufweisende Pleuelschaft 18 besteht aus den Flanschen 19,20, deren Verlängerungen auf die Mitte 22 der Klemmflächen 12 gerichtet sind.
Die Flansche 19, 20 weisen von der Gabelung 17 aus T-förmig ausgebildete Pleuelköpfe 23,24, in die die Flansche 19,20 allmählich übergehen, und einen diese miteinander verbindenden Steg 21 auf. An seinem der Lagerschale 25 zugekehrten Ende ist eine kreisförmige, das Kurbelzapfenauge eines nicht dargestellten Innenpleuels aufnehmende Aussparung 26 vorgesehen, deren Durchmesser dem oder nahezu dem Abstand zwischen den einander zugekehrten Flächen 27, 28 der Flansche 19,20 entspricht. Ferner stimmt der Abstand zwischen den beiden einander zugewendeten Seitenflächen 29, 30 der Pleuelköpfe 23, 24 mit der Breite des zwischen diesen vorgesehenen Innenpleuels überein.
An den äusseren Begrenzungsflächen 31,32 der Pleuelköpfe 23,24 sind lediglich zur Halterung der Lagerschalen 25 dienende ringförmige Aussparungen 33,34 vorgesehen, in denen entsprechend ausgebildete Bunde 35,36 der Lagerschalen 25 geführt werden. Bei der Bearbeitung der einander gegenüberliegenden Seitenflächen 29,30 der Pleuelköpfe 23,24 können durch die Anordnung der Aussparung 26 am Steg 21 keine scharfen Bearbeitungskanten während des Bearbeitungsauslaufes des Drehstahles und somit keine Kerbspannungen an den Übergängen von den Flanschen 19,20 nach den Pleuelköpfen 23,24 entstehen.
Die ebenfalls bei der nach der Erfindung hergestellten Schubstange vorgenommenen spannungsoptischen Untersuchungen haben ergeben, dass die Spannungsverteilung in den Klemmflächen gunstiger verläuft als die bei den bekannten Schubstangen, und dass die Biegebeanspruchung am Querschnitt x'-x' (Fig. 2) durch die Ausbildung der Pleuelköpfe 23, 24 und der Anordnung der ringförmigen Aussparung bedeutend herabgesetzt wurde, so dass Bruche bei x'-x'und in den Pleuelköpfen nicht auftreten können.