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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle,
die wenigstens einen Hubzapfen aufweist, auf dem zumindest ein Pleuel
mit einem Pleuelauge drehbar gelagert ist, wobei das Pleuelauge
zumindest eine axial Kontaktfläche aufweist.
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Brennkraftmaschinen
der eingangs genannten Art sind bekannt. Ein auf einer Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine drehbar gelagertes Pleuel überträgt
die in einem Brennraum der Brennkraftmaschine durch die Zündung
eines Luft-Kraftstoff-Gemischs erzeugte Energie auf die Kurbelwelle.
Dazu ist das Pleuel mit einem „großen" Pleuelauge
(im Folgenden nur Pleuelauge) auf einem Hubzapfen der Kurbelwelle,
der exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle ausgebildet/angeordnet
ist, drehbar gelagert. An seinem anderen Ende ist das Pleuel mit
einem weiteren, dem sogenannten kleinen Pleuelauge, mit einem in dem
Zylinder verschiebbar gelagerten Kolben beweglich verbunden. Durch
die exzentrische Anordnung an der Kurbelwelle wird die Linearbewegung des
Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle umgesetzt. Das
Pleuelauge weist üblicherweise zumindest eine axiale Kontaktfläche
auf, die zur axialen Lagerung beziehungsweise Abstützung
des Pleuels auf dem Hubzapfen dient. Dabei wirkt die Kontaktfläche
beispielsweise mit einer Gegenkontaktfläche des Hubzapfens
zusammen. Üblicherweise ist die Kontaktfläche,
die eine axiale Stirnseite des Pleuelauges bildet, flach ausgebildet.
Darüber hinaus ist aus der
DE 40 15 536 C1 ein Pleuel bekannt, das eine
ballige Kontaktfläche zum Verbessern eines Verschleißverhaltens
des Pleuels aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Brennkraftmaschine zu
schaffen, die ein weiter verbessertes Verschleißverhalten
am Pleuel aufweist.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die zumindest bereichsweise gehärtete Kontaktfläche
ballig ausgebildet ist und/oder wenigstens einen Auslaufradius aufweist. Es
ist also vorgesehen, dass die Kontaktfläche – im Querschnitt
gesehen – ballig ausgebildet ist und zusätzlich
oder alternativ wenigstens einen Auslaufradius aufweist, der sich
beispielsweise von einem mittleren Bereich der Kontaktfläche
zu ihrem äußeren Bereich erstreckt. Mit anderen
Worten läuft die Kontaktfläche beispielsweise
mit einem Radius nach außen aus (Auslaufradius), wobei
der mittlere Bereich ballig oder eben ausgebildet ist. Bei einem
eben ausgebildeten Bereich der Kontaktfläche ist dieser zweckmäßigerweise
parallel zur Mittelebene des Pleuels ausgerich tet. Hierdurch wird
das Verschleißverhalten des Pleuels bereits verbessert.
Zusätzlich ist zumindest ein Bereich der Kontaktfläche
gehärtet. Hierdurch wird das Verschleißverhalten
der Kontaktfläche weiter verbessert und die Gefahr eines
Pleuel-Ausfalls im Betrieb der Brennkraftmaschine verringert. Der
gehärtete Bereich kann beispielsweise ein durch Laser-
oder Elektronenstrahl gehärteter Bereich sein.
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Vorteilhafterweise
ist die Kontaktfläche im mittleren Bereich oder vollständig
gehärtet ausgebildet. Ist die Kontaktfläche lediglich
im mittleren Bereich gehärtet ausgebildet, so hat dies
den Vorteil, dass bei einem Kippen des Pleuels auf dem Hubzapfen
anstelle eines „harten" Kontaktflächenbereichs ein „weicher"
Kontaktflächenbereich mit der Gegenkontaktfläche
in Berührung kommt und somit eine Anpassung stattfindet.
Vorteilhafterweise reicht der gehärtete Bereich/die gehärteten
Bereiche bis maximal 1,5 mm in das Material des Pleuelauges beziehungsweise
des Pleuels hinein. Durch diese relativ geringe Tiefe des gehärteten
Bereichs bleibt die ansonsten vorteilhafte Materialkonfiguration
des Pleuels erhalten.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind auf dem Hubzapfen zwei Pleuels,
die wie das oben beschriebene Pleuel ausgebildet sind, drehbar gelagert,
wobei ihre Kontaktflächen miteinander in einem Anlagekontakt
stehen. Durch die vorteilhafte, oben beschriebene Ausbildung der
Kontaktfläche(n) wird ein Verschleiß zwischen
den aneinander reibenden Pleuels wirksam vermindert.
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Bevorzugt
weist der Hupzapfen mindestens einen Winkelversatz auf, wobei auf
einem Hubzapfenteil das erste Pleuel mit seinem Pleuelauge und auf
dem zweiten, dazu winkelversetzten Hubzapfenteil das zweite Pleuel
mit seinem Pleuelauge drehbar gelagert ist. Bei einer derartigen
Konfiguration der Brennkraftmaschine mit der sogenannten „Split-Pin-Kurbelwelle",
ergibt sich im Betrieb anstelle einer kreisförmigen Berührungsfläche
ein komplizierter kinematischer Berührungsablauf der beiden
in Anlagekontakt stehenden Kontaktflächen der Pleuels.
Durch die vorteilhafte Form und aufgrund des vorteilhaften gehärteten
Bereichs der Kontaktfläche wird insbesondere bei dieser
Konfiguration ein (axialer) Verschleiß der Pleuels an den
in Anlagekontakt stehenden Kontaktflächen verringert. Natürlich
ist es auch denkbar, dass die mit den entsprechenden Gegenkontaktflächen
des Hubzapfens zusammenwirkenden Kontaktflächen des Pleuelauges
ebenfalls zumindest bereichsweise gehärtet sind und gegebenenfalls
eine ballige Form aufweisen und/oder wenigstens einen Auslaufradius.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Pleuel mit einem mindestens eine axiale
Kontaktfläche aufweisenden Pleuelauge, insbesondere für
einen Hubzapfen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wie sie
oben beschrieben wurde. Die zumindest bereichsweise gehärtete
Kontaktfläche des erfindungsgemäßen Pleuels
ist vorteilhafterweise ballig ausgebildet und/oder weist wenigstens
einen Auslaufradius auf. Hierdurch ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuels,
insbesondere wie es obenstehend beschrieben wurde, mit folgenden Schritten:
zunächst wird eine axiale Kontaktfläche mit einer
Balligkeit und/oder mit mindestens einem Auslaufradius an einem
Pleuelauge des Pleuels, insbesondere an dem, einem Hubzapfen einer
Kurbelwelle zugeordneten Pleuelauge, erstellt; anschließend
wird zumindest ein Bereich der Kontaktfläche gehärtet.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Kontaktfläche durch eine Dreh-
und/oder Schleifbearbeitung erstellt wird. Dies ermöglicht
eine besonders günstige und einfache Art und Weise zur
Herstellung der Balligkeit und/oder des mindestens einen Auslaufradius.
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Vorteilhafterweise
wird der gehärtete Bereich der Kontaktfläche mit
mindestens einem Laser- und/oder Elektronenstrahl gehärtet.
Diese Art des Härtens ermöglicht auf einfache
Art und Weise ein zielgenaues Härten des gewünschten
Bereichs der Kontaktfläche, wobei bevorzugt die Kontaktfläche
im mittleren Bereich oder vollständig gehärtet
wird.
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Schließlich
ist vorgesehen, dass der gehärtete Bereich auf eine Tiefe
von 0,2 bis 3 mm, insbesondere 0,5 bis 1,5 mm gehärtet
wird.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Figuren näher
erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein
vorteilhaftes Pleuel in einer perspektivischen Darstellung,
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2A und 2B unterschiedliche
vorteilhafte Ausbildungen einer axialen Kontaktfläche des Pleuels
und
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3 eine
vorteilhafte Brennkraftmaschine mit zwei auf einem Hubzapfen drehbar
gelagerten Pleuels.
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Die 1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung ein Pleuel 1 für
eine als Hubkolbenmaschine ausgebildete Brennkraftmaschine. Das
Pleuel 1 weist an seinem einen Ende ein kleines Pleuelauge 2 auf,
das zum beweglichen Befestigen des Pleuels 1 an einem in
einem Zylinder linear beweglich gelagerten Kolben der Brennkraftmaschine
dient. An dem dem kleinen Pleuelauge 2 gegenüberliegenden
Ende weist das Pleuel 1 ein großes Pleuelauge 3,
im Folgenden nur noch Pleuelauge 3 genannt, auf, mit dem das
Pleuel 1 drehbar auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine gelagert werden kann. Das Pleuelauge 3 ist
dazu kreisförmig ausgebildet und weist zur axialen Lagerung
beziehungsweise Abstützung des Pleuels 1 beidseitig
eine axiale Kontaktfläche 4, 5 auf, die
das Pleuelauge 3 umgibt. Die Kontaktflächen 4, 5 wirken
im eingebauten Zustand mit den entsprechenden Gegenkontaktflächen des
Hubzapfens oder eines zweiten auf dem Hubzapfen drehbar gelagerten
Pleuels zusammen. Vorteilhafterweise ist zumindest eine der Kontaktflächen 4, 5 ballig
ausgebildet und/oder weist wenigstens einen Auslaufradius auf, wobei
sie zumindest bereichsweise gehärtet ist.
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Die 2A und 2B zeigen
hierzu mögliche Ausführungsformen der vorteilhaften
Kontaktfläche 4 und 5 am Beispiel der
Kontaktfläche 4. Die 2A zeigt
dazu den Querschnitt der Kontaktfläche 4 des Pleuels 1.
Die Kontaktfläche 4 ist ballig ausgebildet und
weist an ihren Enden jeweils einen Auslaufradius 6 auf.
Die Balligkeit der Kontaktfläche 4 wird hierbei
durch einen bogenförmigen Abschnitt 7 im mittleren
Bereich der Kontaktfläche 4 gebildet. Im Ausführungsbeispiel
der 2A ist die Kontaktfläche 4 vollständig
mit einer relativ geringen Tiefe gehärtet, wie durch den
schraffierten Bereich 8 angedeutet. Hierbei sind also sowohl
der ballige Bereich (Abschnitt 7) als auch die die Auslaufradien 6 aufweisenden
Bereiche der Kontaktfläche 4 gehärtet.
Hierdurch wird insbesondere in Bezug auf einen Abrieb ein besonders
verschleißarmes Pleuel 1 bereitgestellt.
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Die 2B zeigt
die Kontaktfläche 4 aus der 2A,
mit dem Unterschied, dass die Kontaktfläche 4 der 2B nur
im mittleren Bereich, gekennzeichnet durch einen schraffierten Bereich 9,
gehärtet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass wenn das
Pleuel 1 auf dem Hubzapfen verkippt, ein weniger steifer
Bereich mit der Gegenkontaktfläche zusammenwirkt, sodass
eine Anpassung stattfinden kann. Die Kontur der Kontaktfläche 4 (oder 5)
wird vorteilhafterweise mittels einer Dreh- und/oder Schleifbearbeitung
erstellt. Gehärtet werden die Bereiche 8 und/oder 9 vorteilhafterweise
mittels mindestens eines Laser- und/oder Elektrodenstrahls auf eine
bevorzugte Tiefe zwischen 0,5 bis 1,5 mm.
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Alternativ
zu der in den 2A und 2B dargestellten
Kontur der Kontaktfläche 4 ist es denkbar, anstelle
des bogenförmigen Abschnitts 7 einen ebenen, parallel
zur Mittelebene des Pleuels 1 ausgerichteten Abschnitt
(hier nicht dargestellt) vorzusehen.
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Die 3 zeigt
in einer Schnittdarstellung einen Abschnitt einer Kurbelwelle 10 einer
Brennkraftmaschine, auf der zwei der oben beschriebenen Pleuels 1 angeordnet
sind. Die Kurbelwelle 10 besitzt einen Hubzapfen 11,
der einen Winkelversatz aufweist, wobei auf dem einen Hubzapfenteil 12 das
erste Pleuel 1 und auf dem zweiten Hubzapfenteil 13, das
zum Hubzapfenteil 12 winkelversetzt ausgebildet/angeordnet
ist, das zweite Pleuel 1 angeordnet ist. Bei dieser sogenannten „Split-Pin-Kurbelwelle" sind
insbesondere die in Anlagekontakt miteinander stehenden Kontaktflächen 5 der
beiden Pleuels 1 verschleißanfällig.
Durch die vorteilhafte, oben beschriebene Ausbildung der miteinander
in Anlagekontakt stehenden Kontaktflächen 5, wird
das Verschleißverhalten der Pleuel 1 verbessert.
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- 1
- Pleuel
- 2
- Pleuelauge
- 3
- Pleuelauge
- 4
- Kontaktfläche
- 5
- Kontaktfläche
- 6
- Auslaufradius
- 7
- Abschnitt
- 8
- Bereich
- 9
- Bereich
- 10
- Kurbelwelle
- 11
- Hubzapfen
- 12
- Hubzapfenteil
- 13
- Hubzapfenteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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