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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Pleuelstange für einen
Verbrennungsmotor, wie sie im allgemeinen zum Verbinden einer Kurbelwelle
eines Verbrennungsmotors mit einem Kolben benutzt wird.
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Normalerweise
sind Pleuelstangen zum Verbinden einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit
einem Kolben allgemein einer Druckbelastung ausgesetzt, so daß die Pleuelstangen
eine ausreichende Stabilität
gegen Knickung aufweisen sollten. Dies gilt besonders für moderne
Dieselmotoren mit hohem Zylinderdruck und mit gleichzeitig relativ
geringen Motordrehzahlen. Allerdings können im Fall von hohen Rotationsgeschwindigkeiten
aufgrund von Massenkräften
signifikante Zugbelastungen auftreten.
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Bei
speziellen Verbrennungsmotoren können
die Pleuelstangen jedoch noch höheren
Zugbelastungen oder vorrangig Zugbelastungen unterliegen. Aus der
US 6 170 443 ist ein Zweitaktverbrennungsmotor
mit gegenüberliegenden
Zylindern bekannt. Jeder Zylinder weist ein Paar gegenüberliegender
Kolben auf, wobei alle Kolben über
Pleuelstangen mit einer gemeinsamen zentralen Kurbelwelle verbunden
sind. Die Lasten werden von den äußeren Kolben über Pleuelstangen
von beachtlicher Länge
an die gemeinsame Kurbelwelle übertragen, und
diese Pleuelstangen sind hauptsächlich
Zugbelastungen ausgesetzt. Aufgrund ihrer Länge weisen diese Pleuelstangen
ein beträchtliches
Gewicht auf.
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Außerdem ist
es aus der
DE 34 16
011 C2 bekannt, ein endloses Spannband zu benutzen, das sich
um eine gesamte Pleuelstange herum erstreckt. Das Spannband ist
in einer Einbuchtung derart aufgenommen, daß zwischen dem Band und dem
großen
Auge ein Zwischenraum übrigbleibt,
der zu Spannzwecken mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt wird,
die nach ihrem Einbringen in einen Festzu stand gebracht wird. Das
Spannband ist nicht auf den Schaftteil der Pleuelstange beschränkt, so
daß die
Pleuelstange einen entsprechenden Raum einnimmt.
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Außerdem ist
es aus der
DE 37 20
065 A1 bekannt, einen Schaft aufzubauen, der den mittleren Teil
und eine Hälfte
des großen
Auges einer Pleuelstange aus Laminatplatten bildet, und ein Spannband zu
benutzen, das sich um den Schaft herum erstreckt. Das Spannband
wird mittels einer entsprechenden Kappe, die durch Manschetten gesichert
ist, nahe an dem Schaft gehalten. Die Enden des Spannbands werden
von einem zusätzlichen
Halteelement an der Seite des großen Auges gegenüber dem Schaft
aufgenommen, und das Spannen erfolgt mittels eines Spannkeils, der
von Schrauben betätigt wird.
Dieses Halteelement und sein Keil nehmen zusätzlichen Raum ein.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pleuelstange für einen
Verbrennungsmotor bereitzustellen, die ein wesentlich reduziertes
Gewicht aufweist.
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Die
Erfindung stellt also eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor bereit,
umfassend:
eine Mittelstange mit einem ersten und zweiten Ende, wobei
das erste Ende mit einem großen
Auge, und das zweite Ende mit einem Verbindungsstück ausgestattet
ist;
wobei das große
Auge eine erste Kappe und eine zweite Kappe zum Aufnehmen eines
Lagers dazwischen aufweist, wobei die erste Kappe an der Mittelstange
angeordnet ist;
wenigstens eine endlose Faserschlaufe, die
um die gesamte Pleuelstange gewickelt ist; und
ein Spannelement,
das über
der ersten Kappe angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Faserschlaufe zwischen
dem Spannelement und der ersten Kappe angeordnet ist, wobei das
Spannelement durch Befestigungselemente mit der zweiten Kappe verbunden
wird, wodurch die erste Kappe und die zweite Kappe montiert werden
und die wenigstens eine Faserschlaufe gespannt wird.
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Die
Benutzung einer endlosen Faserschlaufe ermöglicht es, Zugbelastungen von
der Faserschlaufe aufnehmen zu lassen, während die Mittelstange Druckbelastungen
so weit wie nötig
aufnimmt. Dies ermöglicht
es, das Gewicht der Pleuelstange im Vergleich zu einer soliden Pleuelstange
wesentlich zu senken. Außerdem
er möglicht
es die Erfindung, eine schlanke Form der Pleuelstange zu erzielen,
indem das Spannelement benutzt wird, um die Faserschlaufe am großen Auge
einzuengen, während gleichzeitig
z.B. die verschiedenen Teile der Pleuelstange montiert werden, und
die benötigte
Klemmkraft für
die Lagerschalen bereitgestellt wird.
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Hiermit
wird eine Pleuelstange für
einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die beträchtlichen Zugbelastungen ausgesetzt
werden kann.
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Insbesondere
wird eine Pleuelstange für
einen Zweitakt-Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Pleuelstange
ein wesentlich reduziertes Gewicht aufweist und beträchtlichen
Zugbelastungen ausgesetzt werden kann.
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Ein
besonderer Vorteil liegt darin, daß die Pleuelstange der Form üblicher
Pleuelstangen entspricht.
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Ein
anderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Pleuelstange leicht montiert
und demontiert werden kann.
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Schließlich ist
als Vorteil zu benennen, daß die
Pleuelstange eine zuverlässige
Befestigung des Lagers für
ihr großes
Auge sicherstellt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung mit ihren Wirkungen und Vorteilen kann der folgenden
Beschreibung entnommen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
FIGUREN
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Die
Erfindung soll nun im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung genauer erläutert
werden, wie es in den beiliegenden Figuren dargestellt ist.
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1 zeigt
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Endes einer
Pleuelstange gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt
eine vergrößerte Seitenansicht des
Endes der Pleuelstange aus 1.
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3 zeigt
auf der linken Seite eine vergrößerte Vorderansicht
und auf der rechten Seite eine Schnittansicht des Endes der Pleuelstange
aus 1 entlang der Linie A-A.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Ausführungsform
der in den Figuren gezeigten Pleuelstange umfaßt eine Mittelstange 1 in Form
einer Vollstange oder einer Hohlstange, d.h. eines Rohres mit kreisförmigem oder
nicht-kreisförmigem
Querschnitt. Die Mittelstange 1 kann aus einem üblichen
Material bestehen, wie z.B., aber nicht beschränkt auf, Stahl, Aluminium oder
Titan. Allerdings wird ein leichtes Material in der Form eines faserverstärkten Verbundmaterials
bevorzugt.
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Die
Pleuelstange umfaßt
außerdem
eine erste Kappe 2 und eine zweite Kappe 3. Die
Kappen 2 und 3 sind im wesentlichen halbkreisförmig, um
ein Lager 4 aufzunehmen, gemäß dieser Ausführungsform
zwei Lagerschalenhälften
eines Pleuellagers. Die erste Kappe 2 ist mit einem hohlen
Führungszapfen 5 ausgestattet,
der eine zentrale Öffnung
oder Bohrung 6 aufweist, welche die Mittelstange 1 aufnimmt.
Federelemente 7 und/oder Distanzscheiben 7a können vor
dem Einführen
der Mittelstange 1 in die Bohrung 6 eingeführt werden.
Der Führungszapfen 5 weist
vorzugsweise einen Querschnitt mit einer polygonalen Außenkontur
auf.
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Die
erste Kappe 2, die zweite Kappe 3 und das Lager 4 bilden
ein großes
Auge an dem entsprechenden Ende der Pleuelstange.
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Eine
der Kappen 2, 3 weist Vorsprünge oder Stifte 8 auf,
die von Öffnungen 9 der
anderen Kappe aufgenommen werden, um die Kappen 2, 3 zueinander
zu zentrieren.
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Die
zweite Kappe 3 ist mit wenigstens einer Nut 10 versehen,
die nach außen
offen ist (in der gezeigten Ausführungsform
zwei Nuten 10). Außerdem weist
die zweite Kappe 3 zwei oder mehr Vorsprünge 11 mit
Bohrungen 12 auf, die sich zur mittleren Ebene zwischen
der ersten Kappe 2 und der zweiten Kappe 3 hin öffnen. Jede
Bohrung 12 nimmt einen Zapfen oder Bolzen 13 auf.
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Die
Pleuelstange umfaßt
weiterhin wenigstens eine endlose Faserschlaufe 14 (in
der gezeigten Ausführungsform
zwei Faserschlaufen 14). Die Faserschlaufen 14 sind
um die gesamte Pleuelstange gewickelt, d.h. um das große Auge
an dem gezeigten Ende der Pleuelstange, und an einem (nicht dargestellten)
Verbindungsstück
an dem anderen Ende der Pleuelstange. Das Verbindungsstück kann
ein kleines Auge oder ein Verbindungskopf oder eine Verbindungsbrücke zwischen
zwei miteinander verbundenen Pleuelstangen sein. In dem Bereich
der zweiten Kappe 3 sind die Faserschlaufen von den Nuten 10 aufgenommen.
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Die
Faserschlaufe kann aus Stahl sein, allerdings wird ein leichtes
Material in der Form einer Faserstruktur oder einer faserverstärkten Verbundstruktur,
insbesondere einer kohlefaserverstärkten Verbundstruktur, bevorzugt.
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Außerdem ist
ein solides Spannelement 15 vorgesehen. Das Spannelement 15 weist
eine Öffnung 16 auf,
in dieser Ausführungsform
eine rechteckige Öffnung,
um den Führungszapfen 5 der
ersten Kappe 2 aufzunehmen. An der Innenfläche des
im wesentlichen halbkreisförmigen
Spannelements 15 sind Nuten 17 vorgesehen. Die
Nuten 17 nehmen teilweise die Faserschlaufen 14 auf,
die aus den Nuten 10 der zweiten Kappe 3 austreten.
Die Faserschlaufen 14, die aus einer Öffnung 16, die benachbart
zu der Mittelstange 1 angeordnet ist, austreten, werden
außerdem
teilweise durch Nuten 18 des Führungszapfens 5 aufgenommen.
Die Nuten 18 sind vorzugsweise entlang den Kanten des Führungszapfens 5 angeordnet.
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Das
Spannelement 15 weist außerdem zwei oder mehr Gewindebohrungen 19 auf,
die mit der zweiten Kappe 3 durch Schrauben 13 verschraubt werden
können.
Alternativ können
die Schrauben 13 durch Bolzen und Muttern ersetzt werden.
Das Spannelement 15 weist dann zwei oder mehr blinde Gewindebohrungen
auf, um die Bolzen aufzunehmen.
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Indem
das Spannelement 15 während
der Montage der Pleuelstange angezogen wird, werden die erste Kappe 2 und
die zweite Kappe 3 gegeneinander verspannt, wobei sie das
Lager 4 einspannen. Gleichzeitig werden die Faserschlaufen 14,
die den größten Teil
der axialen Zugbelastung auf die Pleuelstange aufnehmen, gespannt.
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Anstelle
mehrerer separater Faserschlaufen 14 gemäß der gezeigten
Ausführungsform
kann auch nur eine Faserschlaufe benutzt werden, die geteilt wird,
wenn sie in die erste Kappe 2, die zweite Kappe 3 und
das Spannelement 15 eintritt und diese durchläuft.
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Zum
Montieren der Pleuelstange werden die Faserschlaufen 14 über die
Kurbelwelle des zugehörigen
Verbrennungsmotors gezogen. Dann werden die erste Kappe 2,
die zweite Kappe 3 und die Lagerschalen des Lagers 4 auf
dem Kurbelzapfen angeordnet. Nun wird die Mittelstange 1 in
den Führungszapfen 5 der
ersten Kappe 2 gesteckt. Sie kann auch zuvor mit der ersten
Kappe 2 verbunden worden sein oder sogar einstückig mit
der ersten Kappe 2 ausgebildet sein. Als nächstes werden
die Faserschlaufen um den Kurbelzapfen und die vormontierten Teile
herum etwa netzförmig
angeordnet. Das Spannelement 15 gleitet nun über die
Faserschlaufen 14 und die Mittelstange 1. Alle
zusätzlichen
Teile, die das Verbindungsstück
an dem anderen Ende der Pleuelstange bilden, wie beispielsweise
ein kleines Auge, werden dann angeordnet und die Faserschlaufen 14 werden
in ihre endgültige
Position gebracht. Wenn das Spannelement 15 über das
Verbindungsstück paßt, kann
das Verbindungsstück
auch zuvor mit der Mittelstange 1 verbunden worden sein,
oder kann sogar einstückig
mit der Mittelstange 1 ausgebildet sein. Das Spannelement 15 gleitet
nun in Richtung des großen
Auges. Sobald die Spannung der Faserschlaufen 14 es verhindert,
daß das
Spannelement 15 manuell weiter verschoben werden kann,
sollten die Schrauben 13 in das Spannelement zum abschließenden Spannen
eingeschraubt werden können.
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Für ein optimales
Verspannen des Lagers 4 und eine optimale Festigkeit der
Pleuelstange sollte die Länge
der Faserschlaufen 14 es genau zulassen, das Spannelement 15 und
die zweite Kappe 3 zusammenzuziehen. Toleranzen können kompensiert werden,
indem die geeignete Steifigkeit für die Mittelstange 1 und
die Faserschlaufe 14 ausgewählt wird. Federelemente 7,
z.B. Federscheiben, können
eingebaut sein, um Toleranzen zu kompensieren. Auch Distanzscheiben 7a von
geeigneter Stärke
können eingeführt werden,
anstelle von oder zusammen mit den Federelementen 7. Federelemente
oder Distanzscheiben können
auch zwischen der Mittelstange 1 und dem Verbindungsstück oder
zwischen der Faserschlaufe und der Kappe 3 oder dem Verbindungsstück eingesetzt
werden.
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So
ermöglicht
die Erfindung es, Pleuelstangen bereitzustellen, die aufgrund eines
soliden Spannelements 15 dazu in der Lage sind, Druck-
und Zugbelastungen aufzunehmen. Auch im Falle moderner Dieselmotoren,
bei denen hohe Verbrennungskräfte als
Druckbelastungen auf die Pleuelstangen einwirken, ist die Erfindung
anwendbar. Das Montieren und Demontieren kann erfolgen, ohne daß zusätzliche Vorrichtungen
oder spezielle Werkzeuge benötigt werden.
Die Form der Pleuelstange entspricht der Form einer üblichen
Pleuelstange, da das Spannelement 15 die Faserschlaufen 14 entsprechend
einengt. Deshalb entstehen im Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors
keine Platzprobleme. Die Spannkraft, die zum Verspannen des Lagers 4 des
großen Auges
der Pleuelstange benötigt
wird, wird durch die Schrauben 13 oder entsprechende Bolzen
bereitgestellt, so daß also
eine zuverlässige
und bewährte Lösung eingesetzt
wird.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben worden ist, sollte es für den Durchschnittsfachmann
offensichtlich sein, daß viele Änderungen und
Modifikationen möglich
sind, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er
in den Ansprüchen
definiert ist.
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- 1
- Mittelstange
- 2
- Kappe
- 3
- Kappe
- 4
- Lager
- 5
- Führungszapfen
- 6
- Bohrung
- 7
- Federelement
- 7a
- Distanzscheibe
- 8
- Vorsprung,
Stift
- 9
- Öffnung
- 10
- Nut
- 11
- Vorsprung
- 12
- Bohrung
- 13
- Zapfen,
Bolzen
- 14
- Faserschlaufe
- 15
- Spannelement
- 16
- Öffnung
- 17
- Nut
- 18
- Nut
- 19
- Gewindebohrung