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Die vorliegende Erfindung betrifft ein, welches ein kleines Pleuelauge, ein großes Pleuelauge und einen zwischen den Pleuelaugen angeordneten Pleuelschaft aufweist.
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Im Stand der Technik sind beispielsweise aus der
DE 10 141 653 A1 Hubkolbenmotoren mit einem Kurbeltrieb bekannt, bei denen ein Pleuel mit seinem kleinen Pleuelauge am Kolbenbolzen eines Kolbens angelenkt ist und mit seinem großen Pleuelauge an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle angelenkt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leichtes Pleuel mit hoher Steifigkeit, sowie eine Hubkolbenmaschine und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Pleuel nach Anspruch 1, einer Hubkolbenmaschine nach Anspruch 10 sowie einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Pleuel umfasst ein kleines Pleuelauge, ein großes Pleuelauge und einen zwischen den Pleuelaugen angeordneten Pleuelschaft. Der Pleuelschaft weist erfindungsgemäß eine Aussparung auf, die in einer sich entlang einer Pleuelmittelachse und einer Tiefenachse aufspannenden Ebene achssymmetrisch zu der Pleuelmittelachse ausgebildet ist.
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Durch die Aussparung weist das Pleuel vorteilhaft weniger Material und damit eine Masseersparnis auf. Durch die Symmetrie der Aussparung in der sich entlang der Pleuelmittelachse und der Tiefenachse aufspannenden Ebene wird das Pleuel bei auf ihn wirkenden Kräften gleichmäßig beansprucht. Das Material des Pleuels kann dadurch effektiver ausgenutzt werden. Hierdurch ist dieselbe Widerstandsfestigkeit gegen Knickung sowie gegen Zug- und Druckspannungen möglich wie bei einem massiven und damit schwereren Pleuel.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels ist das Pleuel einstückig ausgebildet.
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Dadurch ist die Masse des Pleuels weiter gesenkt, da auf Befestigungsmittel, wie Schrauben zum Befestigen eines Pleueldeckels verzichtet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels umfasst die Aussparung eine Öffnung.
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Die Ausgestaltung der Aussparung als Öffnung verursacht die größtmögliche Masseersparnis.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels umfasst die Aussparung eine Aushöhlung.
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Durch das im Randbereich vorhandene Material kann eine hohe Knicksteifigkeit beibehalten werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels liegt der geometrische Schwerpunkt der Aussparung näher an dem großen Pleuelauge als an dem kleinen Pleuelauge.
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Damit ist die Aussparung im Bereich größerer Abmessungen des Pleuels stärker ausgebildet. Hier kann bei einer vorgegebenen Restwandstärke mehr Material ausgespart werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels ist der Pleuelschaft aus zwei Stegen gebildet. Die die Stege sind insbesondere zumindest bereichsweise massiv ausgeführt.
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Auch diese Maßnahme dient der Optimierung der auf die Masse bezogenen spezifischen Knicksteifigkeit des Pleuels.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels ist der Pleuelschaft in der sich entlang der Pleuelmittelachse und der Breitenachse aufspannenden Ebene konkav ausgebildet.
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Mit dieser Konstruktion kann bei ausreichender Pleuel-Masse der für das oszillierende Pleuel benötigte Bauraum gering gehalten werden.
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Das erfindungsgemäße Pleuel ist in allen Ausgestaltungen bevorzugt in eine Hubkolbenmaschine integriert. Die Hubkolbenmaschine ist bevorzugt zur Verdichtung und/oder Verbrennung und/oder Entspannung eines Fluides beziehungsweise eines Gases ausgebildet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Pleuel sind die im Betrieb beweglichen Massen der Hubkolbenmaschine verringert. Die Hubkolbenmaschine kann leichter ausgeführt werden.
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Die Hubkolbenmaschine wiederum ist bevorzugt in ein Kraftfahrzeug integriert. Die Vorteile des Pleuels und der Hubkolbenmaschine kommen so dem Kraftfahrzeug zugute. Insbesondere ist die Hubkolbenmaschine als Verbrennungsmotor ausgebildet. Durch die Reduktion der Pleuelmasse werden die Reibung und der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors verringert.
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Ausgestaltungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung;
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2 eine erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine in einer beispielhaften Ausgestaltung;
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3 ein erfindungsgemäßes Pleuel in einer beispielhaften Ausgestaltung; und
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4 das Pleuel in einer Schnittdarstellung.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung in einer Schnittdarstellung skizziert. Das Kraftfahrzeug 10 weist eine Hubkolbenmaschine 11 auf, die insbesondere als Verbrennungsmotor 11 ausgebildet ist und als Antriebsmotor oder auch als Reichweitenverlängerer vorgesehen sein kann.
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Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine 11 ist zur Verdichtung und/oder Verbrennung und/oder Entspannung eines Fluides beziehungsweise eines Gases ausgebildet. Die Hubkolbenmaschine 11 ist beispielsweise ein Kompressor oder ein Motor. In der 2 ist die Hubkolbenmaschine 11 in einer beispielhaften Ausgestaltung als Verbrennungsmotor 11 dargestellt. Die Hubkolbenmaschine 11 umfasst zumindest einen Kolben 12, der mittels eines erfindungsgemäßen Pleuels 14 mit einer Kurbelwelle 13 in üblicher Weise verbunden ist. Die Kurbelwelle 13 ist dabei insbesondere eine gebaute Kurbelwelle 13, also eine aus mehreren Einzelteilen zusammengefügte Kurbelwelle 13.
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In den 3 und 4 ist der erfindungsgemäße Pleuel 14 in einer beispielhaften Ausgestaltung dargestellt. Dabei ist das Pleuel 14 in der 4 in einem Schnitt in einer sich entlang einer Tiefenachse X und einer Pleuelmittelachse Z aufspannenden Ebene dargestellt.
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Die Pleuelmittelachse Z verläuft längs zur Höhe des Pleuels, 14 in der Mitte einer Breite und einer Tiefe des Pleuels 14. Die Pleuelmittelachse Z verläuft dabei durch den Mittelpunkt des großen Pleuelauges 17 und durch den Mittelpunkt des kleinen Pleuelauges 15. Die Pleuelmittelachse Z verläuft mittig durch das Pleuel 14, in der Mitte der sich entlang der Tiefenachse X erstreckenden Tiefe des Pleuels 14 und in der Mitte der sich entlang einer Breitenachse Y erstreckenden Breite des Pleuels 14. Die Pleuelmittelachse Z steht senkrecht zur Tiefenachse X und senkrecht zur Breitenachse Y.
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Das Pleuel 14 weist, wie es üblich ist, zur Anlenkung an einen Kolbenbolzen des Kolbens 12 ein kleines Pleuelauge 15 auf und zur Anlenkung an einen Hubzapfen der Kurbelwelle 13 ein großes Pleuelauge 17 auf. Das kleine Pleuelauge 15 ist auch als oberes Pleuelauge bekannt und das große Pleuelauge 17 ist auch als unteres Pleuelauge bekannt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung weist das große Pleuelauge 17 nicht notwendigerweise einen größeren Durchmesser als das kleine Pleuelauge 15 auf. Ein Pleuelschaft 18 verbindet das kleine Pleuelauge 15 mit dem großen Pleuelauge 17.
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Das Pleuel 14 ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Einstückig im Sinne der vorliegenden Erfindung meint, dass das Pleuel 14 nicht zerstörungsfrei zerlegbar ist. Das Pleuel 14 kann gegossen oder aus einem einzigen Werkstück hergestellt sein. Das Pleuel 14 kann auch aus mehreren fest zusammengefügten Teilen hergestellt sein. Alle Teile des Pleuels 14 sind insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Erfindungsgemäß weist das Pleuel 14 eine Aussparung 16 im Pleuelschaft 18 auf. Die Aussparung 16 ist bevorzugt in einer Weise ausgebildet, Material eher im Innenbereich, nah an der Pleuelmittelachse Z, als im Randbereich des Pleuels 14 auszusparen, um ein optimales Verhältnis zwischen der Masse des Pleuels 14 und seiner Knicksteifigkeit zu erzielen.
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Die Aussparung 16 ist erfindungsgemäß in einer sich entlang der Pleuelmittelachse Z und der Tiefenachse X aufspannenden Ebene (XZ-Ebene) achssymmetrisch zur Pleuelmittelachse Z ausgebildet. Auch der Pleuelschaft 18 ist achssymmetrisch zur XZ-Ebene ausgebildet.
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Die Aussparung 16 ist insbesondere in einer sich entlang der Pleuelmittelachse Z und der Breitenachse Y aufspannenden Ebene (YZ-Ebene) achssymmetrisch zu der Pleuelmittelachse Z ausgebildet. Auch der Pleuelschaft 18 ist dabei achssymmetrisch zur YZ-Ebene ausgebildet.
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Bevorzugt ist die Aussparung 16 in der Weise ausgebildet, dass der geometrische Schwerpunkt der Aussparung 16 auf der Pleuelmittelachse Z liegt. Insbesondere verläuft die Pleuelmittelachse Z durch die Aussparung 16.
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Die Aussparung 16 weist insbesondere eine kastenförmige Gestalt auf. Insbesondere verjüngt sich die Aussparung 16 vom kleinen Pleuelauge 15 zum großen Pleuelauge 17.
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Die Aussparung 16 kann aus einem oder mehreren Aussparungselementen 21, 22 gebildet sein. Die Aussparungselemente 21, 22 können zusammenhängend oder beabstandet zueinander angeordnet sein.
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In der dargestellten beispielhaften Ausgestaltung des Pleuels 14 ist die Aussparung 16 aus zwei Aussparungselementen 21, 22 gebildet. Die gezeigte Aussparung 16 umfasst eine Öffnung 21 und eine Aushöhlung 22. Die Öffnung 21 und die Aushöhlung 22 sind zusammenhängend angeordnet, zwischen der Öffnung 21 und der Aushöhlung 22 ist kein Material angeordnet. Die Pleuelmittelachse Z verläuft mittig durch die Öffnung 21 und durch die Aushöhlung 22. Die Öffnung 21 reicht von einer ersten Stirnfläche 23 zu einer zweiten Stirnfläche 26. Die Öffnung 21 durchragt das Pleuel 14 somit in seiner gesamten Tiefe. Mit der Aushöhlung 22 ist ein Hohlraum ausgebildet, der zu einer oder mehreren Seiten hin offen sein kann. Die Aushöhlung 22 ist hier zur Öffnung 21 hin offen. Die Aushöhlung 22 ist im Sinne dieser Erfindung eine Materialaussparung, die nicht entlang der gesamten Tiefe des Pleuels 14 verläuft. An den Stirnflächen 23, 26 ist die Aushöhlung 22 geschlossen. Im Bereich der Aushöhlung 22 weisen die Stirnflächen 23, 26 Material auf.
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Erfindungsgemäß ist es vorstellbar, dass die Aussparung 16 weitere, hier nicht gezeigte, Aussparungselemente umfasst. So können auch eine Vertiefung, ein Sackloch oder dergleichen Bestandteil der Aussparung 16 sein.
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Die Aussparung 16 weist insbesondere im Bereich des großen Pleuelauges 17 ein größeres Volumen als im Bereich des kleinen Pleuelauges 15 auf. Der geometrische Schwerpunkt der Aussparung 16 liegt dadurch näher am großen Pleuelauge 17 als am kleinen Pleuelauge 15. In dieser Weise ist es in den 3 und 4 dargestellt.
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In der dargestellten beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels 14 weist die Aussparung 16 entlang der Pleuelmittelachse Z die größte Ausdehnung auf. Die Aussparung 16 erstreckt sich über einen Großteil der Höhe des Pleuelschafts 18. Der Pleuelschaft 18 ist dadurch aus einem ersten Steg 19 und einem zweiten Steg 20 gebildet. Die Stege 19, 20 sind durch die Öffnung 21 und die Aushöhlung 22 voneinander getrennt. Die Stege 19, 20 sind insbesondere massiv ausgebildet.
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In der YZ-Ebene weist der Pleuelschaft 18 insbesondere eine konkave Form auf. In der Weise ist es in der 3 dargestellt. Eine Umfangsfläche 24, die in der YZ-Ebene achssymmetrisch zur Pleuelmittelachse Z ausgeformt ist, beschreibt dabei in der YZ-Ebene im Bereich des Pleuelschafts 18 auf beiden Seiten jeweils eine zur Pleuelmittelachse Z gerichtete Wölbung.
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Der Übergang von den Stirnflächen 23, 26 zu der Umfangsfläche ist insbesondere jeweils durch eine Schräge 25 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Hubkolbenmaschine
- 12
- Kolben
- 13
- Kurbelwelle
- 14
- Pleuel
- 15
- Kleines Pleuelauge
- 16
- Aussparung
- 17
- Großes Pleuelauge
- 18
- Pleuelschaft
- 19
- Erster Steg
- 20
- Zweiter Steg
- 21
- Öffnung
- 22
- Aushöhlung
- 23
- Erste Stirnfläche
- 24
- Umfangsfläche
- 25
- Schräge
- 26
- Zweite Stirnfläche
- X
- Tiefenachse
- X
- Breitenachse
- Z
- Pleuelmittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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