-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Kolbenelements mit einer Kurbelwelle einer Kolbenmaschine.
-
Bei einer Kolbenmaschine werden lineare Bewegungen von Kolbenelementen in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle um eine Drehachse umgewandelt. Zur Kraftübertragung zwischen einem Kolbenelement und der Kurbelwelle wird ein Pleuel verwendet.
-
Ein Pleuel umfasst einen Pleuelkopf, ein Verbindungselement, das den Pleuelkopf mit einem Pleuelfuß verbindet, sowie den Pleuelfuß. Der Pleuel ist über den Pleuelkopf mit einem am Kolbenelement angebrachten Kolbenbolzen drehbar verbunden. Über den Pleuelfuß ist der Pleuel mit einem Kurbelwellenhubzapfen der Kurbelwelle drehbar verbunden.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Pleuel zur Verfügung zu stellen, welcher eine verbesserte Übertragung von Kräften und Momenten vom Kolben zur Kurbelwelle ermöglicht.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch Anspruch 1 sowie durch Anspruch 8 gelöst.
-
Eine Vorrichtung zum Verbinden eines Kolbenelements mit einer Kurbelwelle einer Kolbenmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist über eine Kolbenbolzenaufnahme mit dem Kolbenelement und über eine Kurbelzapfenaufnahme mit der Kurbelwelle drehbar verbindbar. Die Vorrichtung weist ein Verbindungselement auf, das sich von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme erstreckt, wobei sich der Querschnitt des Verbindungselements in Richtung von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme verändert.
-
Der Querschnitt weist einen vorderen verbreiterten Querschnittsbereich auf, der einen vorderen Materialstrang festlegt, der zur Kraftleitung entlang der Vorderseite des Verbindungselements von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme ausgelegt ist. Der Querschnitt weist einen mittleren verbreiterten Querschnittsbereich auf, der über einen ersten Stegbereich mit dem vorderen verbreiterten Querschnittsbereich in Verbindung steht und einen mittleren Materialstrang festlegt, der zur Kraftleitung von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme ausgelegt ist, wobei sich der mittlere verbreiterte Querschnittsbereich in Richtung von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme innerhalb des Querschnitts immer weiter zum vorderen verbreiterten Querschnittsbereich hin verlagert und über den mittleren Materialstrang übertragene Kräfte und Momente in Richtung hin zum vorderen Materialstrang lenkt. Der Querschnitt weist außerdem einen hinteren verbreiterten Querschnittsbereich auf, der über einen zweiten Stegbereich mit dem mittleren verbreiterten Querschnittsbereich in Verbindung steht und einen hinteren Materialstrang festlegt, der dazu ausgelegt ist, bei der Kraftleitung entstehende Schwingungen oder Verwindungen aufzunehmen. Dabei sind die über den vorderen Materialstrang und über den mittleren Materialstrang übertragene Kräfte und Momente an der Kurbelzapfenaufnahme in Rotationsrichtung versetzt außermittig angelenkt.
-
Durch die außermittige Anlenkung der Kräfte und Momente wird eine besonders effiziente Übertragung der Kräfte und Momente auf die Kurbelwelle ermöglicht.
-
Eine Vorrichtung zum Verbinden eines Kolbenelements mit einer Kurbelwelle einer Kolbenmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist über eine Kolbenbolzenaufnahme mit dem Kolbenelement und über eine Kurbelzapfenaufnahme mit der Kurbelwelle drehbar verbindbar. Die Vorrichtung weist ein Verbindungselement auf, das sich von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme erstreckt, wobei sich der Querschnitt des Verbindungselements in Richtung von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme verändert.
-
Der Querschnitt des Verbindungselements weist einen vorderen verbreiterten Querschnittsbereich auf, der einen vorderen Materialstrang festlegt, der zur Kraftleitung entlang der Vorderseite des Verbindungselements von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme ausgelegt ist. Der Querschnitt des Verbindungselements weist einen hinteren verbreiterten Querschnittsbereich auf, der über einen Stegbereich mit dem vorderen verbreiterten Querschnittsbereich in Verbindung steht und einen hinteren Materialstrang festlegt, der dazu ausgelegt ist, bei der Kraftleitung entstehende Schwingungen oder Verwindungen aufzunehmen. Dabei ist der vordere verbreiterte Querschnittsbereich größer als der hintere verbreiterte Querschnittsbereich, und der vordere Materialstrang ist kräftiger ausgebildet als der hintere Materialstrang. Über den vorderen Materialstrang übertragene Kräfte und Momente sind an der Kurbelzapfenaufnahme in Rotationsrichtung versetzt außermittig angelenkt.
-
Durch die außermittige Anlenkung der Kräfte und Momente wird eine besonders effiziente Übertragung der Kräfte und Momente auf die Kurbelwelle ermöglicht.
-
Es zeigen:
-
1 einen Pleuel entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der ein profiliertes Verbindungselement umfasst;
-
2A–2C drei Querschnittsansichten des in 1 gezeigten Verbindungselements, die den Querschnitt an verschiedenen Stellen des Verbindungselements zeigen;
-
3 eine schematische Darstellung der Übertragung von Kräften und Momenten bei einem Pleuel entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
-
4 eine weitere Ausführungsform eines Pleuels, bei der der Pleuelkopf und das obere Pleuelauge versetzt gegenüber der Mittenlinie angeordnet sind;
-
5 eine weitere Ausführungsform eines Pleuels, welcher ein profiliertes Verbindungselement mit insgesamt vier Materialsträngen aufweist;
-
6 eine alternative Ausführungsform eines Pleuels, der ein profiliertes Verbindungselement umfasst; und
-
7A, 7B zwei Querschnittsansichten des in 6 gezeigten Verbindungselements, die den Querschnitt an verschiedenen Stellen des Verbindungselements zeigen.
-
In 1 ist ein Pleuel entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Pleuel umfasst einen Pleuelkopf 100 mit einem Pleuelauge 101. Über den Pleuelkopf 100 und das Pleuelauge 101 kann der Pleuel mit dem Kolbenbolzen eines Kolbens verbunden werden.
-
Der Pleuelkopf 100 ist über ein Verbindungselement 102 mit einem Pleuelfuß 103 verbunden. Der Pleuelfuß 103 umfasst ein Pleuelauge 104. Über den Pleuelfuß 103 und das Pleuelauge 104 kann der Pleuel mit einem Kurbelwellenhubzapfen einer Kurbelwelle verbunden werden. Der Pleuel ist dazu ausgelegt, die lineare Bewegung des Kolbens in eine entsprechende Rotationsbewegung der Kurbelwelle umzusetzen. Dazu müssen die auf Seiten des Kolbens auftretenden Kräfte und Momente in geeigneter Weise auf die Kurbelwelle gelenkt werden.
-
Entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Pleuelkopf 100 und dem Pleuelfuß 103 ein profiliertes Verbindungselement 102 vorgesehen.
-
Das profilierte Verbindungselement 102 umfasst drei Materialstränge, einen vorderen Materialstrang 105, einen mittleren Materialstrang 106 und einen hinteren Materialstrang 107, welche über Stegbereiche 108, 109 miteinander verbunden sind. Der vordere Materialstrang 105 ist über den Stegbereich 108 mit dem mittleren Materialstrang 106 verbunden, und der mittlere Materialstrang 106 ist über den Stegbereich 109 mit dem hinteren Materialstrang 107 verbunden.
-
Wenn man das profilierte Verbindungselement 102 in Richtung vom Pleuelkopf 100 zum Pleuelfuß 103 hin betrachtet, also in Richtung des Pfeils 110, dann ist zu erkennen, dass der mittlere Materialstrang 106 relativ zum vorderen Materialstrang 105 und zum hinteren Materialstrang 107 geneigt verläuft. In Richtung des Pfeils 110 betrachtet nähert sich der mittlere Materialstrang 106 immer weiter dem vorderen Materialstrang 105 an und entfernt sich dabei immer mehr vom hinteren Materialstrang 107. An der unteren Lageraufnahme, also am Übergang vom Verbindungselement 102 zum Pleuelfuß 103, vereinigt sich der mittlere Materialstrang 106 mit dem vorderen Materialstrang 105. Der vordere Materialstrang 105 bildet zusammen mit dem mittleren Materialstrang 106 die Form eines „V”.
-
Der Verlauf der drei Materialstränge 105, 106, 107 sowie der Zwischenstege 108 und 109 ergibt sich insbesondere auch aus den drei in 2A–2C gezeigten Querschnittsansichten, die den Querschnitt an verschiedenen Stellen des profilierten Verbindungselements 102 zeigen.
-
Die in 2A gezeigte Querschnittsansicht zeigt den Querschnitt durch das Verbindungselement 102 entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie A-A. In 2A ist ein vorderer verbreiterter Querschnittsbereich 200 zu erkennen, der dem vorderen Materialstrang 105 entspricht. Der vordere verbreiterte Querschnittsbereich 200 ist über einen dünneren Stegbereich 201 mit einem mittleren verbreiterten Querschnittsbereich 202 verbunden, der dem mittleren Materialstrang 106 entspricht. Der mittlere Materialstrang 202 ist über einen Stegbereich 203 mit dem hinteren verbreiterten Querschnittsbereich 204 verbunden, der dem hinteren Materialstrang 107 entspricht. Die in 2A zu erkennenden Stegbereiche 201, 203 entsprechen den in 1 gezeigten Stegbereichen 108, 109.
-
2B zeigt den Querschnitt durch das Verbindungselement 102 entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie B-B, die sich etwas näher an der unteren Lageraufnahme befindet als die Schnittlinie A-A. In der in 2B gezeigten Querschnittsansicht sind ein vorderer verbreiterter Querschnittsbereich 205, ein Stegbereich 206, ein mittlerer verbreiterter Querschnittsbereich 207, ein Stegbereich 208 sowie ein hinterer verbreiterter Querschnittsbereich 209 zu erkennen. Der vordere verbreiterte Querschnittsbereich 205 entspricht dem vorderen Materialstrang 105, der mittlere verbreiterte Materialbereich 207 entspricht dem mittleren Materialstrang 106, und der hintere verbreiterte Querschnittsbereich 209 entspricht dem hinteren Materialstrang 107. Es ist zu erkennen, dass sich die Position des mittleren verbreiterten Querschnittsbereichs 207 im Vergleich zu 2A weiter in Richtung auf den vorderen verbreiterten Querschnittsbereich 205 zu bewegt hat und sich dabei von dem hinteren verbreiterten Querschnittsbereich 209 entfernt hat. Dies entspricht dem in 1 erkennbaren schrägen Verlauf des mittleren Materialstrangs 106.
-
In 2C ist eine weitere Querschnittsansicht dargestellt, die den Querschnitt durch das Verbindungselement entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie C-C zeigt. Zu erkennen sind ein vorderer verbreiterter Querschnittsbereich 210, ein mittlerer verbreiterter Querschnittsbereich 211, ein Stegbereich 212 sowie ein hinterer verbreiterter Querschnittsbereich 213. Der vordere verbreiterte Querschnittsbereich 210 entspricht dem vorderen Materialstrang 105, der mittlere verbreiterte Querschnittsbereich 211 entspricht dem mittleren Materialstrang 106, und der hintere verbreiterte Querschnittsbereich 213 entspricht dem hinteren Materialstrang 107. Anhand von 2C ist zu erkennen, dass sich der mittlere verbreiterte Querschnittsbereich 211 verglichen mit 2B noch weiter auf den vorderen verbreiterten Querschnittsbereich 210 zu bewegt hat und sich dabei noch weiter vom hinteren verbreiterten Querschnittsbereich 213 entfernt hat. In 2C überlappt der mittlere verbreiterte Querschnittsbereich 211 mit dem vorderen verbreiterten Querschnittsbereich 210. Dies bedeutet, dass in Richtung zur unteren Lageraufnahme hin der mittlere Materialstrang 106 mit dem vorderen Materialstrang 105 zusammenläuft.
-
Anhand von 1 ist zu erkennen, dass sowohl der vordere Materialstrang 105 als auch der mittlere Materialstrang 106 außermittig versetzt auf dem Pleuelfuß 103 auftreffen.
-
Die über den vorderen Materialstrang 105 übertragenen Kräfte und Momente werden an der unteren Lageraufnahme außermittig angelenkt. Dabei trifft der vordere Materialstrang 105 auf dem Pleuelfuß 103 an einem Auftreffpunkt auf, der gegenüber der Mittenlinie 111 in Rotationsrichtung gesehen etwas vorversetzt ist. Die Rotationsrichtung der Kurbelwelle ist in 1 durch einen Pfeil 112 veranschaulicht.
-
Die über den mittleren Materialstrang 106 übertragenen Kräfte und Momente werden ebenfalls außermittig an der unteren Lageraufnahme angelenkt. Dabei trifft der mittlere Materialstrang 106 auf dem Pleuelfuß 103 an einem Auftreffpunkt auf, der gegenüber der Mittenlinie 111 in Rotationsrichtung gesehen (vgl. Pfeil 112) etwas vorversetzt ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der vordere Materialstrang 105 vor Erreichen des Pleuelfußes 103 vollständig mit dem mittleren Materialstrang 106 zusammengeführt werden. Alternativ dazu kann es aber auch von Vorteil sein, wenn die über den vorderen Materialstrang 105 übertragenen Kräfte und Momente etwas weiter außenseitig an der unteren Lageraufnahme angelenkt werden als die über den mittleren Materialstrang 106 übertragenen Kräfte und Momente.
-
Die Übertragung der Kräfte und Momente über das profilierte Verbindungselement ist in 3 noch einmal veranschaulicht. 3 zeigt einen Pleuel entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der in 3 gezeigte Pleuel umfasst einen Pleuelkopf 300 mit einem Pleuelauge 301, ein profiliertes Verbindungselement 302, sowie einen Pleuelfuß 303 mit einem Pleuelauge 304. Das profilierte Verbindungselement 302 umfasst einen vorderen Materialstrang 305, einen mittleren Materialstrang 306 sowie einen hinteren Materialstrang 307. Die Materialstränge 305 bis 307 sind jeweils über Stegbereiche 308, 309 miteinander verbunden.
-
Die Übertragung von Kräften und Momenten vom Pleuelkopf 300 zum Pleuelfuß 303 erfolgt in erster Linie über den vorderen Materialstrang 305 sowie über den mittleren Materialstrang 306, wie dies in 3 durch die Pfeile 310, 311 veranschaulicht ist.
-
Die infolge der Kolbenbewegung an der Kolbenbolzenaufnahme auftretenden Kräfte werden an der vorderen Seite des Pleuelkopfes 300 vom vorderen Materialstrang 305 aufgenommen und zentral vom mittleren Materialstrang 306 aufgenommen. In erster Linie über die beiden Materialstränge 305 und 306 werden die Kräfte und Momente zum Pleuelfuß 303 geleitet. Dabei werden die Kräfte und Momente so an der unteren Lageraufnahme angelenkt, dass sie in Rotationsrichtung gesehen (vgl. Pfeil 312) etwas vorversetzt an der unteren Lageraufnahme angelenkt werden.
-
Dadurch wird eine in Bezug auf die dynamischen Eigenschaften und die Entfaltung des Drehmoments optimale Kraftanlenkung an der unteren Lageraufnahme erreicht. Der schräge Verlauf des mittleren Materialstrangs 306 dient dazu, die Kraft in der Mitte des Pleuelkopfes 300 aufzunehmen und zum vorderen Materialstrang 305 hin zu leiten. An bzw. kurz vor der unteren Lageraufnahme vereinigt sich der mittlere Materialstrang 306 mit dem vorderen Materialstrang 305. Die über die beiden Materialstränge 305, 306 übertragenen Kräfte und Momente fließen zusammen und werden gemeinsam außermittig an der unteren Lageraufnahme angelenkt.
-
Demgegenüber dient der hintere Materialstrang 307 weniger zur Kraftleitung selbst als vielmehr zum Ausgleich der bei der Kraftleitung entstehenden Schwingungen, Verwindungen, Stauchungen oder Vibrationen. Vorzugsweise ist der hintere Materialstrang 307 etwas schmaler ausgebildet als der vordere Materialstrang 305 und der mittlere Materialstrang 306, die in erster Linie für die Kraftleitung zuständig sind. Ähnlich wie ein T-Träger dient der hintere Materialstrang 307 zur Stabilisierung des profilierten Verbindungselements 302.
-
In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines profilierten Kolbens gezeigt. Der in 4 gezeigte Pleuel umfasst einen Pleuelkopf 400 mit einem Pleuelauge 401, ein profiliertes Verbindungselement 402 sowie einen Pleuelfuß 403 mit einem Pleuelauge 404. Entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist das profilierte Verbindungselement 402 einen vorderen Materialstrang 405, einen mittleren Materialstrang 406 sowie einen hinteren Materialstrang 407 auf, die über Stegbereiche 408, 409 miteinander verbunden sind. Die am Pleuelkopf 400 anliegenden Kräfte und Momente werden über das profilierte Verbindungselement 402 zum Pleuelfuß 403 übertragen.
-
Entsprechend der in 4 gezeigten Ausführungsform sind der Pleuelkopf 400 mit dem Pleuelauge 401 gegenüber der Mittenlinie 410 um einen Abstand 411 versetzt angeordnet. Dabei ist die Rotationsrichtung durch den Pfeil 412 gegeben. In Rotationsrichtung gesehen ist der Pleuelkopf 400 mit dem Pleuelauge 401 also gegenüber dem Verbindungselement 402 etwas nach vorne versetzt angeordnet. Dadurch wird eine noch weiter verbesserte Übertragung von Kräften und Momenten durch den Pleuel erzielt.
-
Insbesondere wird durch die vorversetzte Anordnung des Pleuelauges 401 erreicht, dass der Pleuelkopf 400 beim Passieren des oberen Totpunkts eine Nickbewegung ausführt. Infolge dieser Nickbewegung wird die Verweilzeit des Pleuelkopfes 400 am oberen Totpunkt verlängert. Durch die verlängerte Verweilzeit am oberen Totpunkt wird die Effizienz der Kraftübertragung auf die Kurbelwelle verbessert.
-
Bei den in 1, 2A–2C und 3 gezeigten Ausführungsformen weist das Verbindungselement des Pleuels drei Materialstränge auf, nämlich einen vorderen Materialstrang und einen mittleren Kraftstrang zur Kraftübertragung sowie einen hinteren Materialstrang zur Stabilisierung des Pleuels. Allerdings sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen zusätzlich zu diesen drei Materialsträngen noch weitere Materialstränge zur Kraftübertragung oder zur Stabilisierung vorgesehen sind.
-
In 5 ist eine Ausführungsform eines Pleuels gezeigt, bei der das profilierte Verbindungselement vier Materialstränge umfasst.
-
Der in 5 gezeigte Pleuel umfasst einen Pleuelkopf 500 mit einem Pleuelauge 501, ein Verbindungselement 502 sowie einen Pleuelfuß 503 mit einem Pleuelauge 504. Das Verbindungselement 502 ist als profiliertes Verbindungselement ausgebildet und umfasst insgesamt vier Materialstränge. Das Verbindungselement 502 umfasst einen vorderen Materialstrang 505, einen mittleren Materialstrang 506, einen weiteren Materialstrang 507 und einen hinteren Materialstrang 508. Die Materialstränge 505 bis 508 sind jeweils über Stegbereiche 509, 510, 511 miteinander verbunden.
-
Der vordere Materialstrang 505 verläuft entlang der Vorderseite des Pleuels. Die an der Kolbenbolzenaufnahme auftretenden Kräfte und Momente werden über den vorderen Materialstrang 505 von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme übertragen.
-
Der mittlere Materialstrang 506 verläuft schräg geneigt zum vorderen Materialstrang 505. In Richtung von der Kolbenbolzenaufnahme zur unteren Lageraufnahme gesehen bewegt sich der mittlere Materialstrang 506 immer weiter auf den vorderen Materialstrang 505 zu und konvergiert schließlich mit dem vorderen Materialstrang 505. Dadurch werden die über den mittleren Materialstrang 506 geleiteten Kräfte und Momente in Richtung zum vorderen Materialstrang 505 hin geführt.
-
Der weitere Materialstrang 507 verläuft ebenfalls schräg geneigt zum vorderen Materialstrang 505. In 5 verläuft der weitere Materialstrang 507 sogar etwas stärker geneigt als der mittlere Materialstrang 506. In Richtung von der Kolbenbolzenaufnahme zur Kurbelzapfenaufnahme gesehen nähert sich der weitere Materialstrang 507 in seinem Verlauf dem vorderen Materialstrang 505 immer weiter an und konvergiert an bzw. kurz vor der unteren Lageraufnahme mit dem vorderen Materialstrang 505. Dadurch werden Kräfte und Momente, die über den weiteren Materialstrang 507 geleitet werden, in Richtung zum vorderen Materialstrang 505 hin geführt.
-
Der hintere Materialstrang 508 verläuft am hinteren Ende des Verbindungselements und dient in erster Linie zur Stabilisierung des Pleuels. Der hintere Materialstrang 508 ist dazu ausgelegt, Schwingungen, Verwindungen, Stauchungen oder Vibrationen zu absorbieren, die bei der Bewegung des Pleuels auftreten.
-
Die an der Kolbenbolzenaufnahme auftretenden Kräfte werden vorne am Pleuelkopf 500 von dem vorderen Materialstrang 505 aufgenommen und im Zentrum des Pleuelkopfes 500 von dem mittleren Materialstrang 507 und von dem weiteren Materialstrang 508 aufgenommen. Die Kräfte und Momente werden in erster Linie über die Materialstränge 505, 506 und 507 zum Pleuelfuß 504 geleitet, wie dies in 5 durch die Pfeile 512, 513, 514 dargestellt ist. Die Kräfte und Momente werden so zur unteren Lageraufnahme geleitet, dass sie in Rotationsrichtung gesehen (vgl. Pfeil 515) etwas vorversetzt an der unteren Lageraufnahme angelenkt werden. Die Kräfte und Momente werden also außermittig am Pleuelfuß 504 angelenkt, was in Bezug auf den wirksamen Hebelarm von Vorteil ist.
-
Dadurch wird eine in Bezug auf die dynamischen Eigenschaften und die Entfaltung des Drehmoments optimale Kraftanlenkung an der unteren Lageraufnahme erreicht. Der schräge Verlauf des mittleren Materialstrangs 506 und des weiteren Materialstrangs 507 dient dazu, die Kraft in der Mitte des Pleuelkopfes 301 aufzunehmen und zum vorderen Materialstrang 505 hin zu leiten.
-
Neben der in 5 gezeigten Ausführungsform gibt es noch weitere Möglichkeiten zur Gestaltung eines profilierten Verbindungselements für einen Pleuel, das vier oder sogar noch mehr Materialstränge aufweist. Beispielsweise können anstelle des vorderen Materialstrangs zwei parallel zueinander verlaufende Materialstränge vorgesehen sein. In ähnlicher Weise können anstelle des hinteren Materialstrangs zwei parallel zueinander verlaufende Materialstränge vorgesehen sein. Mit Hilfe derartiger Maßnahmen kann beispielsweise die Stabilität des vorderen Materialstrangs bzw. des hinteren Materialstrangs verbessert werden.
-
In 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Pleuels gezeigt, die im Vergleich zu konventionellen Pleueln ebenfalls eine verbesserte Übertragung von Kräften und Momenten ermöglicht. Der in 6 gezeigte Pleuel umfasst einen Pleuelkopf 600 mit einem Pleuelauge 601, ein Verbindungselement 602 sowie einen Pleuelfuß 603 mit einem Pleuelauge 604. Das Verbindungselement 602 umfasst einen vorderen Materialstrang 605, der sich entlang der vorderen Seite des Pleuels vom Pleuelkopf 600 zum Pleuelfuß 603 erstreckt. Darüber hinaus umfasst das Verbindungselement 602 einen hinteren Materialstrang 606, der sich entlang der hinteren Seite des Pleuels vom Pleuelkopf 600 zum Pleuelfuß 603 erstreckt. Der vordere Materialstrang 605 ist über einen Stegbereich 607 mit dem hinteren Materialstrang 606 verbunden. Dabei zeigt der untere Teil des Stegbereichs 607 einen abgewinkelten Verlauf 608.
-
Das Profil des Verbindungselements 602 geht insbesondere auch aus den beiden in 7A und 7B gezeigten Querschnittsansichten hervor, die den Querschnitt an verschiedenen Stellen des profilierten Verbindungselements 602 zeigen.
-
Die in 7A gezeigte Querschnittsansicht zeigt den Querschnitt durch das Verbindungselement 602 entlang der in 6 eingezeichneten Schnittlinie A-A. In 7A ist ein vorderer verbreiterter Querschnittsbereich 700 zu erkennen, der dem vorderen Materialstrang 605 entspricht. Der vordere verbreiterte Querschnittsbereich 700 ist über einen dünneren Stegbereich 701 mit einem hinteren verbreiterten Querschnittsbereich 702 verbunden, der dem hinteren Materialstrang 607 entspricht. Der Stegbereich 701 entspricht dem in 1 gezeigten Stegbereich 606.
-
7B zeigt den Querschnitt durch das Verbindungselement 602 entlang der in 6 eingezeichneten Schnittlinie B-B, die sich näher an der unteren Lageraufnahme befindet als die Schnittlinie A-A. In der in 7B gezeigten Querschnittsansicht sind ein vorderer verbreiterter Querschnittsbereich 703, ein Stegbereich 704 sowie ein hinterer verbreiterter Querschnittsbereich 705 zu erkennen. Der vordere verbreiterte Querschnittsbereich 704 entspricht dem vorderen Materialstrang 605, und der hintere verbreiterte Querschnittsbereich 705 entspricht dem hinteren Materialstrang 607. Der Stegbereich 704 entspricht dem in 6 gezeigten Stegbereich 606.
-
Anhand von 7A und 7B ist zu erkennen, dass der vordere verbreiterte Querschnittsbereich 700 bzw. 703 größer ist als der hintere verbreiterte Querschnittsbereich 702 bzw. 705. Der vordere Materialstrang 605 ist also deutlich kräftiger ausgebildet als der hintere Materialstrang 607.
-
Die am Pleuelkopf 600 anliegenden Kräfte und Momente werden in erster Linie über den vorderen Materialstrang 605 zum Pleuelfuß 604 geleitet, wie dies in 6 durch den Pfeil 609 veranschaulicht ist. Die über den vorderen Materialstrang 605 übertragenen Kräfte und Momente treffen auf dem Pleuelfuß 604 an einem Punkt auf, der gegenüber der Mittenlinie 610 in Rotationsrichtung gesehen etwas vorversetzt ist, wobei die Rotationsrichtung der Kurbelwelle durch den Pfeil 611 veranschaulicht ist. Daher werden die über den vorderen Materialstrang 605 übertragenen Kräfte und Momente an der unteren Lageraufnahme außermittig angelenkt.
-
Die Kraftleitung entlang dem vorderen Materialstrang 605 wird noch unterstützt durch den abgewinkelten Verlauf 608 im unteren Teil des Stegbereichs 607. Durch diesen abgewinkelten Verlauf 608 wird erreicht, dass die über den vorderen Materialstrang 605 übertragenen Kräfte und Momente noch weiter außen auf dem Pleuelfuß 603 auftreffen.
-
Der hintere Materialstrang 607 dient weniger zur Kraftleitung selbst als vielmehr zum Ausgleich der bei der Kraftleitung entstehenden Schwingungen, Verwindungen, Stauchungen oder Vibrationen. Der hintere Materialstrang 607 dient in erster Linie zur Stabilisierung des bewegten Pleuels. Vorzugsweise ist der hintere Materialstrang 607 etwas schmaler ausgebildet als der vordere Materialstrang 605, der in erster Linie für die Kraftleitung zuständig ist.
-
Insgesamt wird durch die Form des in 6, 7A und 7B gezeigten Pleuels eine in Bezug auf die dynamischen Eigenschaften und die Entfaltung des Drehmoments optimale Kraftanlenkung an der unteren Lageraufnahme erreicht.
