DE102008038208A1

DE102008038208A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Einbau von Pleuelstangen

Info

Publication number: DE102008038208A1
Application number: DE102008038208A
Authority: DE
Inventors: Brent Clarkston Kemmer; Marc L. Clarkston Huffman; Scott M. Clarkston Kociba; Christopher W. Grand Blanc Zwolensky; Quintin A. Commerce Wilson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2009-04-16
Also published as: CN101372094B; US20110061220A1; US7836571B2; US20090049618A1; CN101372094A; US8484826B2

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbauen einer Kolben- und Pleuelstangenanordnung in einem Zylinder eines Motorblocks umfassen einen Rahmen, eine Einbaustange und eine Führung, die einen Kanal definiert, der zu der Stange komplementär ist. Der Rahmen wird um eine Öffnung an der Unterseite des Motorblocks herum angeordnet und die Führung wird an dem Rahmen in Ausrichtung mit einem Zylinder positioniert. Die Einbaustange wird mit der Pleuelstange gekoppelt und die Stange und die Kolben- und Pleuelstangenanordnung werden in den Zylinder geschoben. Die Einbaustange wird innerhalb des Führungskanals aufgenommen und hält die Pleuelstange rechtwinklig zu der Kurbelwelle und weg von der Zylinderwand. Wenn sich die Pleuelstange in Richtung der Kurbelwelle bewegt, bewegen die Führung und die Stange die Pleuelstange in eine/n korrekte/n Ausrichtung und Kontakt mit der Kurbelwelle.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbau von Pleuelstangen in Motoren und im Spezielleren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbau einer Kolben- und Pleuelstangenanordnung an der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Der Einbau von Pleuelstangen- und Kolbenanordnungen in die Zylinder von Verbrennungsmotoren ist ein anspruchsvoller und arbeitsintensiver Vorgang. Zuerst müssen die Pleuelstange und der Kolbenschaft bzw. Kolbenmantel sorgfältig mit dem Zylinder ausgerichtet werden. Dann wird die Anordnung axial in den Zylinder geschoben. Während dieses gesamten Schrittes ist es unerlässlich, dass die Pleuelstange nicht die Wand des Zylinders berührt, um zu vermeiden, dass dieser beschädigt wird. Gleichzeitig ist es notwendig, die Kolbenringe radial zusammenzudrücken, um den Kolben in den Zylinder zu schieben. Wenn das Pleuelstangenlager sich der Kurbelwelle nähert, muss sie genau mit dem entsprechenden Kurbelwellenabschnitt ausgerichtet sein, sodass sie damit, vorzugsweise beim ersten Versuch, zusammengepasst werden kann. Wiederum ist es notwendig sicherzustellen, dass kein anderer Abschnitt der Pleuelstange mit Ausnahme des Laufabschnitts die Kurbelwelle berührt, um zu vermeiden, dass diese beschädigt wird.
Im Stand der Technik sind verschiedene Ansätze im Hinblick auf das Problem des Einbauens von Kolben und Pleuelstangen offenbart.
In dem US-Patent Nr. 4 480 363 wird eine neue Lösung für die Reparatur eines beschädigten Kolbens/Zylinders angeboten, die den Austausch der gesamten Zylinderlaufbüchsen-, Kolben- und Pleuelstangenanordnung beinhaltet. Die Verwendung dieses vormontierten Pakets, so wird argumentiert, beschleunigt und vereinfacht den Reparaturvorgang.
Das US-Patent Nr. 6 609 299 konzentriert sich auf den Einbau von Gleitlager in der Pleuelstange, bevor sie an einer Motorkurbelwelle montiert wird.
Ein Einbauwerkzeug, das annähernd die Form einer Pleuelstangenendkappe annimmt, ist in dem US-Patent Nr. 6 954 972 offenbart. Das Werkzeug schützt die Lauffläche während der Montage und des Anbringens einer Pleuelstange an einer Kurbelwelle.
Bei Betrachtung der vorhergehenden Erläuterung und des Standes der Technik wird offensichtlich, dass Verbesserungen auf dem Gebiet des Pleuelstangen- und Kolbeneinbaus wünschenswert sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Vorrichtung zum Einbauen einer Kolben- und Pleuelstangenanordnung in einen Zylinder eines Motorblocks eines Verbrennungsmotors umfasst einen Rahmen, eine Einbaustange und eine Einbauführung, die einen Kanal definiert, der zu der Stange komplementär ist. Es ist auch ein Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung offenbart. Die Vorrichtung und das Verfahren sind für den Einbau von gebrochenen Pleuelstangen, d. h. solcher Stangen, deren Endkappen von dem Hauptkörper der Pleuelstange abgebrochen sind, wie auch von herkömmlichen Pleuelstangen mit maschinell bearbeiteten Passflächen zwischen der Pleuelstange und der Endkappe geeignet. In dem Verfahren wird der Rahmen um eine Öffnung an einer Unterseite des Motorblocks herum angeordnet und die Führung wird an dem Rahmen in Ausrichtung mit einem Zylinder positioniert. Die Einbaustange wird mit der Pleuelstange gekoppelt und die Einbaustange und die Kolben- und Pleuelstangenanordnung werden in den Zylinder geschoben. Die Einbaustange wird innerhalb Kanals in der Führung aufgenommen und hält die Pleuelstange rechtwinklig zu der Kurbelwelle und weg von der Zylinderwand. Wenn sich die Pleuelstange in Richtung der Kurbelwelle bewegt, bewegen die Führung und die Einbaustange die Pleuelstange in eine/n korrekte/n Ausrichtung und Kontakt mit der Kurbelwelle. Dann können die Endkappe und Befestigungsbolzen eingebaut werden.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung vorzusehen, die den Einbau von Kolben- und Pleuelstangenanordnungen in die Zylinder von Verbrennungsmotoren erleichtert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung vorzusehen, die den Einbau von gebrochenen Pleuelstangen- und Kolbenanordnungen in die Zylinder von Verbrennungsmotoren erleichtert.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einbau von Pleuelstangen- und Kolbenanordnungen in die Zylinder von Verbrennungsmotoren vorzusehen.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einbau von gebrochenen Kolben- und Pleuelstangenanordnungen in die Zylinder von Verbrennungsmotoren vorzusehen.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und beigefügten Zeichnungen offensichtlich, wobei gleiche Bezugsziffern die/dasselbe Komponente, Element oder Merkmal bezeichnen.
ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines Abschnittes eines Verbrennungsmotorblocks und der Pleuelstangeneinbauvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
1A ist eine vergrößerte Vollquerschnittsansicht eines Endabschnittes einer Einbaustange gemäß der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 1A-1A von 1;
2 ist eine graphische Darstellung der Pleuelstangeneinbauvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu Beginn des Einbauvorganges;
3 ist eine graphische Darstellung der Pleuelstangeneinbauvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung während des Einbauvorganges; und
4 ist eine perspektivische Darstellung der Pleuelstangeneinbauvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung am Ende des Einbauvorganges.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist ein Abschnitt eines Verbrennungsmotorblocks veranschaulicht und durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet. Der Motorblock 10 ist ein großes, komplexes Metallgussteil, das, gemeinsam mit weiteren Merkmalen, Durchgänge, Öffnungen und maschinell bearbeitete Flächen aufweist, die verschiedene Komponenten des Verbrennungsmotors aufnehmen, stützen und sichern. Es wird einzusehen sein, dass, wie veranschaulicht und während des anschließend beschriebenen Einbauvorganges, der Motorblock 10 vorzugsweise in einer umgedrehten Orientierung angeordnet ist, die die Verwendung der Vorrichtung und Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erleichtert. Der Motorblock 10 umfasst eine Vielzahl von Zylindern 12, die typischerweise durch Zylinderlaufbüchsen 14 definiert sind. In seiner umgedrehten Orientierung definiert der Motorblock 10 eine nach oben gewandte Öffnung 16, um die herum sich ein/e Planare/r, maschinell bearbeitete/r Fläche oder Flansch 18 erstreckt. Eine Dichtung und eine Ölwanne (beides nicht veranschaulicht) werden an der/dem Planaren Fläche oder Flansch 18 durch eine Vielzahl von Schraubverbindern (nicht veranschaulicht) befestigt sein, die innerhalb einer gleichen Vielzahl von Gewindegrundöffnungen 22 aufgenommen sind. Auch umfasst die maschinell bearbeitete Fläche oder der Flansch 18 vorzugsweise zumindest zwei beabstandete Passlöcher oder -bohrungen 24.
Eine Pleuelstangeneinbauvorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Komponenten: einen starren, typischerweise rechteckigen Rahmen 32, eine längliche Einbaustange 34 und eine Einbauführung 36.
Der rechteckige Rahmen 32 kann entweder aus einem Kastenprofil oder einem festen Stab hergestellt sein und definiert eine Länge und Breite, die etwas größer sind als die Länge und Breite der Öffnung 16 in der Unterseite des Motorblocks 10. Wenngleich er als rechteckig gekennzeichnet ist, was typischerweise seine Form sein wird, kann der Rahmen 32 jede Form aufweisen, die mit der Form des Flansches 18 an dem Motorblock 10 mit dem er verwendet wird übereinstimmt oder dieser entspricht. Der Rahmen 32 umfasst zumindest zwei Stifte oder Nasen 38 die derart angeordnet sind, dass sie mit den Passlöchern oder -bohrungen 24 in dem Flansch 18 des Motorblocks 10 ausgerichtet und in diesen ausgenommen sind.
Wie in den 1 und 1A veranschaulicht, ist die längliche Einbaustange 34 ein/e gerade/r Stab oder Stange vorzugsweise aus Metall, der/die entgegengesetzte parallele Abflachungen 42 definiert. Somit kann die Einbaustange 34 rechteckig, wie veranschaulicht, oder z. B. quadratisch, sechseckig oder achteckig sein. An einem Ende der Einbaustange 34 befindet sich ein Einraststift 44. Der Einraststift 44 umfasst eine starre mittlere Säule 46, vorzugsweise aus Metall, die in der Einbaustange 34 sitzt und darin gesichert ist, und an ihren Seiten und dem Ende in einer Abdeckung oder Schicht 48 aus einem steif elastischen Material wie z. B. Nylon oder Polyethylen beschichtet oder eingekapselt ist.
Wie in den 1A und 2 veranschaulicht, ist der Einraststift 44 in Bezug auf die Langsachse der Einbaustange 34 derart orientiert, dass die Einbaustange 34, wenn sie an eine Pleuelstange 66 montiert ist, sich entlang einer Achse erstreckt, die im Wesentlichen parallel zu der Langsachse der Pleuelstange 66 steht. Wenn die Passflächen der Endkappe (nicht veran schaulicht) und der Pleuelstange 66 z. B. unter einem Winkel von 45 Grad zu der Längsachse der Pleuelstange 66 angeordnet sind, wird der Einraststift 44 unter oder annähernd unter einem entsprechenden Winkel von 45 Grad orientiert sein, sodass die Längsachsen der Einbaustange 34 und der Pleuelstange 66 parallel oder im Wesentlichen parallel sind. Ebenso wird, wenn die Passflächen der Endkappe und der Pleuelstange 66 rechtwinklig zu der Längsachse der Pleuelstange 66 stehen, der Einraststift 44 parallel oder annähernd parallel zu der Längsachse der Einbaustange 34 orientiert sein. Selbstverständlich wird dazwischen liegenden Winkeln der Passflächen der Endkappe und der Pleuelstange 66 durch eine entsprechende Winkelorientierung des Einraststiftes 44 in Bezug auf die Längsachse der Einbaustange 34 Rechnung getragen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 1 und 2 ist die Einbauführung 36 allgemein U-förmig und definiert einen durchgehenden Schlitz oder Kanal 52, der durch parallele, beabstandete Seitenwände 54 definiert ist. Der Kanal 52 weist eine Breite auf, die nur geringfügig größer ist als der Abstand zwischen den Abflachungen 42 der Einbaustange 34, sodass er sie frei, verschiebbar aufnehmen wird, während er verhindert, dass sie sich in Bezug auf die Führung 36 dreht. Die Seitenwände 54 definieren gemeinsam eine gegabelte Stirnfläche oder Fläche 56. Die zwei Abschnitte der durch die Seitenwände 54 gebildeten Stirnfläche oder Fläche 56 sind vorzugsweise parallel. Die Stirnflächen 56 sind allgemein gekrümmt oder gebogen und sind derart geformt, dass sie eine Pleuelstange in die/den korrekte/n Ausrichtung und Kontakt mit einer Kurbelwelle drängen, wie nachfolgend genauer beschrieben wird. Schließlich umfasst die Einbauführung 36 eine flache Lauffläche 62, die geeignet ist, um auf der oberen Fläche des rechteckigen Rahmens 32 zu ruhen und die Einbauführung 36 an dem Motorblock 10 korrekt zu positionieren und zurückzuhalten.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 2, 3 und 4 wird nun der Einbau einer Pleuelstangen- und Kolbenanordnung auf einer Kurbelwelle in einem Motorblock 10 mithilfe der Pleuelstangeneinbauanordnung 30 beschrieben. Wie in 2 veranschaulicht, wird die längliche Einbaustange 34 an einer Pleuelstange 66 befestigt, indem der Einraststift 44 in eine Gewindeöffnung gedrückt wird, von denen eine in 4 veranschaulicht ist. Die Pleuelstange 66 (mit eingebauter Lagerschale) wird selbstverständlich an einem Kolben 64 montiert, der Kolbenringe umfasst und bereit zum Einbau in einen Zylinder 12 ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der rechteckige Rahmen 32 an der maschinell bearbeiteten Fläche oder dem Flansch 18 eingebaut, indem die Stifte oder die Nasen 38 in die Passlöcher oder -bohrungen 24 eingesetzt werden. Die Einbauführung 36 und insbesondere die Lauffläche 62 wird auf der oberen Fläche des rechteckigen Rahmens 32 in Ausrichtung mit einem der Zylinder 12 angeordnet. Der Kolben 64, die Pleuelstange 66 und die Einbaustange 34 werden dann mit dem Zylinder 12 ausgerichtet und axial in diesen geschoben. Wenn die Einbaustange 34 sich der Einbauführung 36 nähert, wird sie mit dem Schlitz 52 ausgerichtet und durch diesen hindurch geschoben.
Wie in 3 veranschaulicht, wird der Einbau fortgesetzt, während der Kolben 64 in den Zylinder 12 eintritt, die Lauffläche der Pleuelstange 66 sich der Kurbelwelle 68 nähert und der Abschnitt des Joches der Pleuelstange 66, der an der Einbaustange 34 befestigt ist, mit den gekrümmten Flächen 56 der Einbauführung 36 in Eingriff tritt.
Wie in 4 veranschaulicht, ist der Einbau des Kolbens 64 und der Pleuelstange 66 an der Kurbelwelle 68 im Wesentlichen abgeschlossen. Der Kontakt zwischen den gekrümmten Flächen 56 der Einbauführung 36 und dem Äußeren der Seite des Joches der Pleuelstange 64, die an der Einbaustange 34 befestigt ist, drängt die Pleuelstange 66 und im Speziel leren die Lauffläche der Pleuelstange 66 in eine/n exakte/n und korrekte/n Ausrichtung und Kontakt mit der entsprechenden Lauffläche an der Kurbelwelle 68. Schließlich kann die Einbaustange 34 entfernt werden und, während die montierte Position der Pleuelstange 66 und der Kurbelwelle 68 beibehalten wird, kann eine Endkappe (nicht veranschaulicht) mithilfe von Schraubverbindern wie z. B. Bolzen an der Pleuelstange 66 befestigt werden.
Es wird einzusehen sein, dass der Einbau einer Kolben- 64 und einer Pleuelstangen- 66 Anordnung in einen Zylinder 12 gemäß der vorliegenden Erfindung schnell und im Wesentlichen sehr einfach ist. Außerdem hält er die Pleuelstange 66 von der Wand der Zylinderlaufbüchse 14 weg und bringt die Pleuelstange 66 in eine/n korrekte/n Ausrichtung und Kontakt mit der Kurbelwelle 68, wodurch Schaden an diesen beiden Komponenten durch Stoßen oder Kratzen vermieden wird.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich von beispielhafter Natur und Abwandlungen, die nicht von dem wesentlichen Inhalt der Erfindung abweichen, sollen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4480363 [0004]
- US 6609299 [0005]
- US 6954972 [0006]

Claims

Vorrichtung zum Einbau einer Kolben- und Pleuelstangenanordnung in einen Zylinder eines Motorblocks, die in Kombination umfasst: einen Rahmen zum Anordnen an einem Motorblock, eine Einbaustange mit einem elastischen Stift zum Eingreifen in einer Durchbrechung in einer Pleuelstange, und eine Einbauführung mit einem Mittel zum Eingreifen in den Rahmen, die einen Kanal zum Aufnehmen der Einbaustange definiert, wobei der Kanal der Einbauführung ein Paar Seitenwände, die beabstandet sind, um die Einbaustange nicht-drehbar und verschiebbar aufzunehmen, und ein Paar Flächen aufweist, die durch das Paar Seitenwände definiert sind und ausgebildet sind, um eine Lauffläche einer Pleuelstange in Eingriff mit einer Lauffläche einer Kurbelwelle zu bewegen, wenn die Pleuelstange sich translatorisch in Richtung der Kurbelwelle bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rahmen eine Vielzahl von Stiften umfasst, die geeignet sind, um in eine gleiche Vielzahl von Durchbrechungen in dem Motorblock einzugreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einbaustange einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elastische Stift einen starren Zentralabschnitt und einen elastischen Abdeckabschnitt umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Eingreifen in den Rahmen der Einbauführung eine flache Fläche ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Flächen der Führung gekrümmt sind.
Vorrichtung zum Einbau einer Kolben- und Pleuelstangenanordnung in einen Zylinder eines Motorblocks, die in Kombination umfasst: einen Rahmen mit einer Vielzahl von in Löcher eingreifenden Stiften zum Anordnen an einem Motorblock, eine Einbaustange mit einem Stift zum Eingreifen in eine Gewindedurchbrechung in einer Pleuelstange, und eine Einbauführung mit einem Mittel zum Eingreifen in den Rahmen, die einen Kanal zum Aufnehmen der Einbaustange definiert, wobei der Kanal der Einbauführung ein Paar Seitenwände, die beabstandet sind, um die Einbaustange nicht-drehbar und verschiebbar aufzunehmen, und vordere Flächen aufweist, die durch die Seitenwände definiert sind und ausgebildet sind, um eine Lauffläche der Pleuelstange mit einer Lauffläche einer Kurbelwelle auszurichten, wenn die Pleuelstange sich translatorisch in Richtung der Kurbelwelle bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Rahmen rechteckig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Pleuelstange zwei parallele Seitenwände definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Stift steif elastisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der steif elastische Stift ein starres Zentrum und eine elastische Beschichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vorderen Flächen der Führung gekrümmt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vorderen Flächen der Führung koplanar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Stift unter einem Winkel zu einer Längsachse der Einbaustange orientiert ist, der einem Winkel einer Passfläche der Pleuelstange entspricht.
Verfahren zum Einbauen einer Kolben- und Pleuelstangenanordnung in einen Zylinder eines Motorblocks, welches die Schritte umfasst, dass ein Rahmen vorgesehen wird und an einer unteren Öffnung des Motorblocks angebracht wird, eine Führung mit einem Kanal an dem Rahmen positioniert wird, wobei der Kanal mit einem Zylinder des Motorblocks ausgerichtet ist, eine Einbaustange vorgesehen wird und an einer Durchbrechung in der Pleuelstange angebracht wird, die Einbaustange in die Führung und die Pleuelstangen- und Kolbenanordnung in den Zylinder geschoben werden, und die Pleuelstange in Eingriff mit einer Lauffläche einer Kurbelwelle geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Führens umfasst, dass die Pleuelstange translatorisch entlang einer Fläche der Führung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend den Schritt, dass zumindest eine gekrümmte Fläche an der Führung vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend den Schritt, dass die Einbaustange von der Pleuelstange entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend den Schritt, dass die Pleuelstange an der Kurbelwelle befestigt wird.