DE102004037969B4

DE102004037969B4 - Pleuelstange, insbesondere für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102004037969B4
Application number: DE102004037969.6A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kerzendorf; Jens Pollak; Thomas HÜTTNER
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2022-09-01
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: DE102004037969A1

Abstract

Pleuelstange mit einem geteilten Pleuelauge für eine Brennkraftmaschine, wobei ein mit einem Pleuelschaft verbundener Pleuelkopf und ein gesonderter Pleueldeckel eine Aufnahmebohrung begrenzen und der Pleuelschaft einen I-förmigen Schaftquerschnitt aufweist und somit durch zwei außen liegende Rippen begrenzt wird, die an der Außenkontur des Schaftes verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (12) zunächst im Bereich des Übergangs vom Pleuelschaft (4) zum Pleuelkopf (6) der Kontur nach außen folgen und dann in einem Bogen in Richtung der Längsebene (13) der Pleuelstange (1) verlaufen.

Description

Eine derartige Pleuelstange ist beispielsweise aus der DE 37 24 498 A1 bekannt. Diese Pleuelstange weist einen I-förmigen Schaftquerschnitt mit außenliegenden Stützrippen auf, wobei die Stützrippen beim Übergang vom Pleuelschaft zum Pleuelkopf und beim Übergang vom Pleuelkopf zum Pleueldeckel jeweils der Außenkontur folgen. Dieser Verlauf dient dazu, den Kraftfluss bei Zugbeanspruchung des Pleuels über die Rippen nach außen zu führen und somit die Schraubenbiegung möglichst gering zu halten. Eine weitere Pleuelstange nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Gebrauchsmuster DE 93 17 323 U1 bekannt.
Allerdings führt diese vor allem im Bereich des Übergangs vom Schaft zum Kopf sehr steife Konstruktion bei Druckbeanspruchung zu einer hohen Flächenpressung mit großen Spannungsspitzen im Bereich der Krafteinleitung zum Hubzapfen, da die Aufnahmebohrung kaum von ihrer Kreisform abweicht und so die gesamte Druckbelastung von einer sehr kleinen Fläche der Aufnahmebohrung aufgenommen wird.
Des weiteren ist ein Pleuel der Firma Honda aus dem PKW-Motor des Modells S 2000 bekannt, bei dem die Rippen beim Übergang vom Pleuelschaft zum Pleuelkopf nicht der Außenkontur folgen, sondern relativ gerade weiter in Richtung Pleuelkopf geführt werden und tangential am seitlichen Anlaufbund des Pleuelauges auslaufen. Bei dieser Rippenführung ist die Flächenpressung bei Druckbelastung im Lager geringer als bei der vorher genannten Pleuelstange, da sich das Pleuel im Übergangsbereich und im Bereich der Aufnahmebohrung so elastisch verformen kann, dass die für die Krafteinleitung zur Verfügung stehende Fläche größer wird und die Kräfte gleichmäßiger verteilt werden. Allerdings werden die Schrauben bei Zugbelastung stark auf Biegung beansprucht, da der Kraftfluss nicht nach außen geführt wird.
Ziel der erfindungsgemäßen Pleuelstange ist es, bei gleichzeitig gewichtsoptimierter Gestaltung, einen Kompromiss zwischen möglichst geringer Schraubenbiegung bei Zugbeanspruchung und möglichst geringer Flächenpressung im Bereich der Krafteinleitung zum Hubzapfen bei Druckbelastung zu finden.
Dies wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführte Rippenführung erreicht.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Pleuelstange bestehen insbesondere in der biegeelastischen Gestaltung des Übergangs von Pleuelschaft zu Pleuelkopf, mit der eine deutlich bessere Kraftverteilung und somit geringere Flächenpressung erzielt werden kann, als bei der Pleuelstange aus dem Stand der Technik. Durch die in Anspruch 1 beschriebene Rippenführung wird jedoch auch die Schraubenbelastung in vertretbaren Grenzen gehalten, da der Kraftfluss bei Zugbeanspruchung über die Rippen, die zunächst der Außenkontur des Kopfes folgen, ausreichend nach außen geführt wird. Es werden somit beide Kriterien, eine geringere Flächenpressung im Druckfall und eine vertretbare Schraubenbiegung bei Zugbelastung, mit der erfindungsgemäßen Rippenführung erfüllt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Beim Übergang von Pleuelkopf zu Pleuelschaft teilen sich die Rippen in zwei stirnseitig gegenüberliegende Rippenabschnitte auf.
Zweckmäßigerweise können die Rippenabschnitte in den seitlichen Anlaufbunden der Pleuelstange auslaufen.
Des weiteren können sich die Achsen der auslaufenden Rippenabschnitte schneiden, vorzugsweise im Bereich der Längsebene des Pleuels.
Besonders günstig ist es, wenn sich die Achsen in der Aufnahmebohrung, insbesondere im Bereich der Mittelachse der Aufnahmebohrung oder unterhalb dieser Achse schneiden.
Alternativ können sich die Achsen der auslaufenden Rippenabschnitte auch unterhalb der Aufnahmebohrung schneiden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in Draufsicht und
2 eine isometrische Ansicht der Pleuelstange.

1 und 2 zeigen jeweils eine Pleuelstange 1 insbesondere für eine nicht dargestellte Verbrennungskraftmaschine, wie zum Beispiel einen PKW-Reihen- oder V-Motor, mit einem kleinen Pleuelauge 2 und einem großen Pleuelauge 3, die durch einen Pleuelschaft 4 mit I-förmigem Schaftquerschnitt und außen liegenden Stützrippen 12 miteinander verbunden sind. Das große Pleuelauge 3 ist in einer Trennebene 5 in Pleuelkopf 6 und Pleueldeckel 7 unterteilt, welche die Aufnahmebohrung 8 begrenzen und durch zwei Schrauben 9 miteinander verbunden sind. Die Teilung des großen Pleuelauges 3 in Pleuelkopf 6 und Pleueldeckel 7 erfolgt bevorzugt über Bruchtrennen.
Ferner weist das Pleuelauge 3 an beiden Stirnseiten 10 zur Aufnahmebohrung 8 ebene axial vorstehende Anlaufbunde 11 auf, die so bearbeitet sind, dass ihre Anlaufflächen parallel sind.
In der Aufnahmebohrung 8 sind üblicherweise im wesentlichen hälftig geteilte, nicht dargestellte Lagerschalen zur Lagerung an einem Hubzapfen der Kurbelwelle (ebenfalls nicht dargestellt) angeordnet.
Das kleine Pleuelauge 2 ist über den Kolbenbolzen mit dem Kolben verschwenkbar verbunden. Mit Hilfe des Pleuels 1 wird die lineare Bewegung des Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt. Dabei wird das Pleuel 1 durch Gaskräfte vor allem auf Druck und durch Massekräfte vorwiegend auf Zug belastet.
Bei der Druckbelastung ist vor allem die im Bereich der Krafteinleitung zum Hubzapfen auftretende Flächenpressung ein kritischer Punkt für die Lebensdauer der Lagerung.
Bei der Zugbelastung des Pleuels 1 durch Massekräfte muss vor allem die Beanspruchung der Schrauben 9 beachtet werden. Aufgrund
der Zugbelastung verformen sich Pleuelkopf 6 und Pleueldeckel 7 derart, dass die Schrauben 9 zusätzlich auf Biegung belastet werden, was im Extremfall zum Schraubenversagen führen kann.
Um diese Probleme zu beheben, weisen die erfindungsgemäßen Stützrippen 12 beim Übergang vom Pleuelschaft 4 zum Pleuelkopf 6 einen derart S-förmigen Verlauf auf, dass sie zunächst der Außenkontur folgen, sich dann von dieser lösen, indem sie sich in je zwei stirnseitig gegenüberliegende Rippenabschnitte 12a, 12b aufteilen und in einem Bogen in Richtung der Längsebene 13 und in Richtung der Anlaufbundebene verlaufen. Unter einem S-förmigen Verlauf wird in diesem Fall nicht eine Kurvenform im engeren Sinne verstanden, es ist durchaus möglich, dass die Bogenform durch Aneinanderreihen von mehreren, auch geradlinigen Teilstücken erzeugt wird und/oder mehrere Wendepunkte aufweist. Entscheidend ist der Ort und die Richtung der Krafteinleitung sowohl bei Druck- als auch bei Zugbelastung.
Aus Gründen der Gewichtsersparnis sind sowohl der Querschnitt des Pleuelschaftes 4 als auch der des Pleuelkopfes 6 nach innen bzw. um die Anlaufbundebene herum verjüngt, nehmen aber beide beim Einlaufen in die Anlaufbundebene wieder zu.
Die Außenkontur des Pleuelkopfes 6 verläuft ab der Ablösestelle um die beiden gegenüberliegenden Rippenabschnitte 12a, 12b verjüngt bis in die Schraubenpfeifen hinein, um dort wieder in etwa auf die ursprüngliche Breite zuzunehmen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Rippenabschnitte 12a, 12b weiterhin so angeordnet, dass sie in den Anlaufbunden 11 des Pleuelauges 3 auslaufen und sich die Achsen 14 der auslaufenden Rippenabschnitte 12a, 12b im Bereich der Mittelachse 15 der Aufnahmebohrung 8 schneiden. Unter der Achse 14 der Rippenabschnitte 12a, 12b versteht man in diesem Fall die generelle Linienführung des Verlaufs der Stützrippenabschnitte 12a, 12b. Sie stellt üblicherweise die Mittellinie der Rippen dar, wobei Ausbuchtungen oder einseitige Verdickungen aus zum Beispiel fertigungstechnischen Gründen dabei nicht berücksichtigt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Rippenführung wird eine geringe Flächenpressung im Bereich der Krafteinleitung zum Hubzapfen bei Druckbeanspruchung und außerdem gleichzeitig eine geringe Schraubenbelastung bei Zugbelastung erreicht.
Zum einen bewirkt die Rippenführung eine biegeelastische Gestaltung des Übergangsbereiches von Pleuelschaft zu Pleuelkopf und dadurch eine Verteilung der bei Druckbelastung auftretenden Kräfte auf eine größere Fläche, was folglich zu der geringeren Flächenpressung führt.
Zum anderen wird der Kraftfluss bei Zugbeanspruchung über die Rippen zunächst nach außen geführt, so dass auch die Schraubenbiegung in vertretbaren Grenzen gehalten wird.

Claims

Pleuelstange mit einem geteilten Pleuelauge für eine Brennkraftmaschine, wobei ein mit einem Pleuelschaft verbundener Pleuelkopf und ein gesonderter Pleueldeckel eine Aufnahmebohrung begrenzen und der Pleuelschaft einen I-förmigen Schaftquerschnitt aufweist und somit durch zwei außen liegende Rippen begrenzt wird, die an der Außenkontur des Schaftes verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (12) zunächst im Bereich des Übergangs vom Pleuelschaft (4) zum Pleuelkopf (6) der Kontur nach außen folgen und dann in einem Bogen in Richtung der Längsebene (13) der Pleuelstange (1) verlaufen.
Pleuelstange nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rippen (12) im Bereich des Übergangs vom Schaft (4) zum Kopf (6) in zwei stirnseitig gegenüberliegende Rippenabschnitte (12a, 12b) aufteilen.
Pleuelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (1) seitliche Anlaufbunde (11) aufweist, in welche die Rippenabschnitte (12a, 12b) auslaufen.
Pleuelstange nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achsen (14) der auslaufenden Rippenabschnitte (12a, 12b) schneiden.
Pleuelstange nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achsen (14) der auslaufenden Rippenabschnitte (12a, 12b) im Bereich der Längsebene (13) schneiden.
Pleuelstange nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achsen (14) innerhalb der Aufnahmebohrung (8) schneiden.
Pleuelstange nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achsen (14) unterhalb der Mittelachse (15) der Aufnahmebohrung (8) schneiden.
Pleuelstange nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achsen (14) im Bereich der Mittelachse (15) der Aufnahmebohrung (8) schneiden.
Pleuelstange nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achsen (14) unterhalb der Aufnahmebohrung (8) schneiden.