-
Die Erfindung betrifft einen Pleuel für einen Hubkolbenmotor, wobei der Pleuel Folgendes aufweist:
ein kleines Pleuelauge konzentrisch zu einer Kolbenbolzenachse,
ein großen Pleuelauge konzentrische zu einer Pleuellagerachse, die parallel zur Kolbenbolzenachse ausgerichtet ist, sowie
einen Schaft, der das kleine Pleuelauge und das große Pleuelauge verbindet,
wobei der Schaft in einem ersten Bereich entlang einer Pleuelachse, die die Kolbenbolzenachse und die Pleuellagerachse rechtwinklig schneidet, ausgehend vom großen Pleuelauge relativ zu einer Mittelebene, die von der Kolbenbolzenachse und der Pleuellagerachse aufgespannt ist, asymmetrisch gestaltet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Hubkolbenmotor mit einem solchen Pleuel.
-
Ein solcher Pleuel und ein solcher Hubkolbenmotor sind aus der
DE 10 2007 041 679 A1 bekannt. Der dort gezeigte Pleuel weist einen Schaft auf, der über seine gesamte Länge zwischen dem kleinen Pleuelauge und dem großen Pleuelauge gebogen ausgebildet ist. Der dort beschriebene Hubkolbenmotor weist einen geschränkten Kurbeltrieb auf, bei dem die Kurbelwellenmitte aus der Zylindermitte verschoben ist. Das bedeutet, dass die Kurbelwelle relativ zu den Zylindern derart verschoben angeordnet ist, dass die Längsachsen der Zylinder die Drehachse der Kurbelwelle mit Abstand kreuzen, also nicht schneiden. Hierdurch wird der Bewegungsablauf derart im Vergleich zu nicht geschränkten Kurbeltrieben verändert, dass die Strecklage des Triebwerks nicht in der Zylinderlängsachse liegt. Hierdurch können Reibkräfte zwischen dem Kolben und der Zylinderwandung reduziert werden oder bei V-Motoren ein erforderlicher Freigang der sich gegenüberliegenden Zylinder erzielt werden. Bei einem Versatz der Drehachse der Kurbelwelle in Richtung zur Druckseite des Zylinders, also zu der Seite, die im Arbeits- bzw. Expansionshub vom Kolben mit Druck beaufschlagt wird, ergibt sich eine geringere Kraft, die vom Kolben auf die Zylinderwandung ausgeübt wird und somit eine geringere Reibung und Verschleiß.
-
Bei einer solchen Schränkung ist jedoch darauf zu achten, dass im Kompressionshub der Pleuel nicht mit der Zylinderwand kollidiert, was häufig dadurch erzielt wird, dass im Kurbelgehäuse eine entsprechende Ausnehmung vorgesehen wird, oder, sofern der Zylinder eine Laufbuchse aufweist, die Laufbuchse an dem Ende, das der Kurbelwelle zugewandt ist, in Umfangsrichtung eine Ausnehmung vorgesehen ist, in die der Pleuel eintauchen kann. Gemäß der
DE 10 2007 041 679 A1 wird eine Kollision mit der Zylinderwandung ferner dadurch vermieden, dass der Schaft gebogen gestaltet ist, wobei eine konkave Seite des Schafts in die Richtung zeigt, in die die Drehachse der Kurbelwelle zu den Längsachsen der Zylinder versetzt angeordnet ist.
-
US 8 371 263 B2 zeigt einen Pleuel für einen Hubkolbenmotor, der im Bereich des großen Pleuelauges in eine Pleuelstange und einen Pleueldeckel geteilt ausgebildet ist. Die Trennfuge zwischen der Pleuelstange und dem Pleueldeckel verläuft nicht-rechtwinklig zur Pleuelachse, wobei die Pleuelachse dadurch definiert ist, dass sie eine Kolbenbolzenachse des kleinen Pleuelauges und eine Pleuellagerachse des großen Pleuelauges im rechten Winkel schneidet. Hierdurch ist eine der Verschraubungen zwischen dem Pleueldeckel und der Pleuelstange in einem geringeren Abstand zum kleinen Pleuelauge angeordnet als eine weitere Verschraubung auf einer gegenüberliegenden Seite des großen Pleuelauges. Die näher angeordnete Verschraubung bedingt einen größeren Platzbedarf, wobei zur Vermeidung einer Kollision mit einer Laufbuchse des Zylinders eine Ausnehmung bzw. ein Fenster in der Laufbuchse vorgesehen ist. Die Ausnehmung ist an dem Ende der Laufbuchse angeordnet, das der Kurbelwelle zugewandt ist. Die Verschraubung des Pleuels kann bei der Umlaufbewegung in diese Ausnehmung eintauchen.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfach konstruierten Pleuel vorzuschlagen, der derart gestaltet ist, dass er bei geschränktem Kurbeltrieb und/oder schräg geteiltem großen Pleuellager eine Kollision zwischen Pleuel und Zylinderwandung vermeidet.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Pleuel für einen Hubkolbenmotor gelöst, wobei der Pleuel ein kleines Pleuelauge konzentrisch zu einer Kolbenbolzenachse und ein großes Pleuelauge konzentrisch zu einer Pleuellagerachse, die parallel zur Kolbenbolzenachse ausgerichtet ist, aufweist. Ferner weist der Pleuel einen Schaft auf, der das kleine Pleuelauge und das große Pleuelauge verbindet, wobei der Schaft in einem ersten Bereich entlang einer Pleuelachse, die die Kolbenbolzenachse und die Pleuellagerachse rechtwinklig schneidet, ausgehend vom großen Pleuelauge relativ zu einer Mittelebene, die von der Kolbenbolzenachse und der Pleuellagerachse aufgespannt ist, asymmetrisch gestaltet ist, wobei der Schaft in einem zweiten Bereich, entlang der Pleuelachse ausgehend vom kleinen Pleuelauge, relativ zur Mittelebene symmetrisch ausgebildet ist.
-
Durch diese Ausgestaltung des Pleuels mit einem symmetrischen Bereich des Schafts und einem asymmetrischen Bereich des Schafts wird gewährleistet, dass sich die Ausgestaltung des Pleuels im Bereich des kleinen Pleuelauges nicht von herkömmlichen Pleueln unterscheiden muss. Hierdurch wird insbesondere eine gleichmäßige Kraftverteilung der auf den Pleuel, insbesondere während des Arbeits- bzw. Expansionshubs, wirkenden Kräfte gewährleistet. Der Pleuel ist lediglich in dem Bereich, in dem eine Kollision mit der Zylinderwand stattfinden könnte, asymmetrisch ausgestaltet, nämlich im Bereich des großen Pleuelauges. Die Asymmetrie beginnt hierbei unmittelbar im Übergang zwischen großem Pleuelauge und Schaft.
-
Vorzugsweise beträgt hierbei die Länge des ersten Bereichs entlang der Pleuelachse höchstens die Hälfte der Gesamtlänge des Schaftes.
-
Insbesondere bei geteiltem Pleuel wirkt sich eine solche Gestaltung positiv aus, wobei der Pleuel im Bereich des großen Pleuelauges in eine Pleuelstange und einen Pleueldeckel geteilt ausgebildet ist. Dies schließt die Anwendung bei ungeteilten Pleuels jedoch nicht aus. Die Trennfuge kann zwischen der Pleuelstange und dem Pleueldeckel rechtwinklig oder nicht-rechtwinklig zur Pleuelachse angeordnet sein.
-
Um im asymmetrischen Bereich des Schaftes eine optimale Übertragung der Kräfte vom Schaft auf das große Pleuelauge zu gewährleisten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Außenkontur im ersten Bereich des Schafts entlang der Pleuelachse auf einer Seite der Mittelebene einen geringeren Abstand zur Mittelebene aufweist als auf der anderen Seite. Hierdurch wird zum einen gewährleistet, dass auf einer Seite gegenüber herkömmlichen Pleuelgestaltungen weniger Material vorgesehen ist, um eine Kollision mit der Zylinderwandung zu vermeiden, wobei gleichzeitig auf der anderen Seite im Vergleich zu herkömmlichen Pleuelausgestaltungen mehr Material vorhanden ist, um Kräfte optimal in das große Pleuelauge und damit auf die Kurbelwelle übertragen zu können.
-
Die Aufgabe wird ferner durch einen Hubkolbenmotor mit einem solchen Pleuel gelöst, wobei der Hubkolbenmotor ein Kurbelgehäuse aufweist, in dem eine Kurbelwelle um eine Drehachse drehbar gelagert ist und in dem mehrere Zylinder angeordnet sind.
-
Hierbei können die Zylinder jeweils eine Zylinderachse aufweisen, die die Drehachse der Kurbelwelle mit Abstand kreuzen. Dies bedeutet, dass der Kurbeltrieb geschränkt ausgebildet ist.
-
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Zylinder Zylinderlaufbuchsen aufweisen, die an einem zur Kurbelwelle weisenden Ende in Umfangsrichtung unterbrechungsfrei ausgeführt sind. Somit wird eine Ausnehmung in der Zylinderlaufbuchse vermieden, in die der Pleuel eintaucht. Vielmehr weist der Pleuel durch seine asymmetrische Ausgestaltung im Bereich des großen Pleuelauges eine Ausnehmung auf, um somit eine Kollision mit der Zylinderlaufbuchse zu vermeiden.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.
-
Die Figur zeigt einen Kurbeltrieb eines Hubkolbenmotors mit einem Pleuel 1, der ein kleines Pleuelauge 2, ein großes Pleuelauge 3 sowie einen Schaft 4 umfasst, wobei der Schaft 4 das kleine Pleuelauge 2 und das große Pleuelauge 3 einstückig miteinander verbindet. Der Pleuel 1 ist im Bereich des großen Pleuelauges 3 in eine Pleuelstange 5 und einen Pleueldeckel 6 geteilt. Die Pleuelstange 5 und der Pleueldeckel 6 bilden zusammen eine Pleuellagerbohrung 8 des großen Pleuelauges 3. Der Pleuel 1 ist mit der Pleuellagerbohrung 8 drehbar auf einem Kurbelzapfen einer hier nur schematisch dargestellten Kurbelwelle 15 drehbar gelagert.
-
Das kleine Pleuelauge 2 bildet eine Kolbenbolzenlagerbohrung 7 zum Lagern eines Kolbenbolzens, über den der Pleuel 1 mit einem hier nicht dargestellten Kolben verbunden ist.
-
Zwischen der Pleuelstange 5 und dem Pleueldeckel 6 ist eine Trennfuge 9 gebildet, die in der gezeigten Ausführungsform des Pleuels 1 schräg zu einer Pleuelachse P verläuft, das heißt, nicht-rechtwinklig zur Pleuelachse P angeordnet ist. Die Pleuelachse P steht senkrecht auf einer Kolbenbolzenachse 11 des kleinen Pleuelauges 2 und einer Pleuellagerachse 12 des großen Pleuelauges 3.
-
Der Pleueldeckel 6 ist über Schrauben 10 mit der Pleuelstange 5 verbunden.
-
Der Schaft 4 weist entlang der Pleuelachse P, ausgehend von dem großen Pleuelauge 3, einen ersten Bereich 13 sowie, ausgehend vom kleinen Pleuelauge 2, einen zweiten Bereich 14 auf. Im ersten Bereich 13 ist der Schaft asymmetrisch zu einer Mittelebene M ausgebildet, wobei die Mittelebene M die Kolbenbolzenachse 11 und die Pleuellagerachse 12 beinhaltet bzw. durch diese aufgespannt ist. Die Außenkontur des Schafts 4 im ersten Bereich 13 weist, betrachtet in einer Ebene, die senkrecht zur Kolbenbolzenachse 11 und zur Pleuellagerachse 12 liegt, auf einer Seite der Mittelebene M einen Abstand a zur Mittelebene M auf, der stets kleiner ist als ein Abstand b der Außenkontur auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelebene M. In der gezeigten Ausführungsform vergrößert sich der Abstand b, ausgehend vom zweiten Bereich 14 in Richtung zum großen Pleuelauge 3 kontinuierlich, wohingegen der Abstand a über den größten Abschnitt des ersten Bereichs 13 konstant ist. Lediglich im Übergang zum großen Pleuelauge 3 weist die Außenkontur im ersten Bereich 13 eine Abrundung auf.
-
Im zweiten Bereich 14 sind die Abstände der Außenkontur zur Mittelebene M auf beiden Seiten der Mittelebene M identisch, da der Schaft 4 in diesem Bereich spiegelsymmetrisch zur Mittelebene M ausgebildet ist.
-
Der Pleuel 1 ist, wie oben bereits beschrieben, auf einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle 15 drehbar gelagert, wobei die Kurbelwelle 15 um eine Drehachse 16 in einem Kurbelgehäuse 17 drehbar gelagert ist. In dem Kurbelgehäuse 17 ist zudem eine Mehrzahl von Zylindern 18 angeordnet, von denen ein Zylinder 18 dargestellt ist. In den Zylindern 18 sind jeweils Zylinderlaufbuchsen 19 angeordnet, in denen nicht dargestellte Kolben entlang einer Zylinderlängsachse Z beweglich angeordnet sind.
-
Der Kurbeltrieb ist als geschränkter Kurbeltrieb ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Drehachse 16 der Kurbelwelle 15 seitlich versetzt zur Zylinderlängsachse Z angeordnet ist, diese also mit Abstand kreuzt. Der Betrag der Schränkung (Offset) ist mit dem Bezugszeichen e gekennzeichnet.
-
In der Figur ist der Pleuel 1 in einer maximal der Zylinderlaufbuchse 19 angenäherten Position dargestellt. Es ist erkennbar, dass aufgrund der asymmetrischen Gestaltung des Schafts 4 im ersten Bereich 13 eine Kollision mit der Zylinderlaufbuchse 19 verhindert wird. Die maximale Annäherung des Pleuels 1 in der gezeigten Stellung ist insbesondere durch den geschränkten Kurbeltrieb kritisch, da auf der Seite, zu der die Drehachse 16 der Kurbelwelle 15 von der Zylinderlängsachse Z versetzt angeordnet ist, die Außenkontur des Pleuels 1 eine maximale Annäherung zur Zylinderlaufbuchse 19 einnimmt. Auf dieser Seite ist jedoch der Abstand der Außenkontur im ersten Bereich 13 des Schafts 4 geringer als auf der anderen Seite, so dass eine Kollision verhindert wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Pleuel
- 2
- kleines Pleuelauge
- 3
- großes Pleuelauge
- 4
- Schaft
- 5
- Pleuelstange
- 6
- Pleueldeckel
- 7
- Kolbenbolzenlagerbohrung
- 8
- Pleuellagerbohrung
- 9
- Trennfuge
- 10
- Schraube
- 11
- Kolbenbolzenachse
- 12
- Pleuellagerachse
- 13
- erster Bereich
- 14
- zweiter Bereich
- 15
- Kurbelwelle
- 16
- Drehachse
- 17
- Kurbelgehäuse
- 18
- Zylinder
- 19
- Zylinderlaufbuchse
- M
- Mittelebene
- P
- Pleuelachse
- Z
- Zylinderlängsachse
- a
- Abstand
- b
- Abstand
- e
- Schränkung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007041679 A1 [0002, 0003]
- US 8371263 B2 [0004]
