DE3243838C2

DE3243838C2 - Pleuel mit einer aus faserverstärktem Verbundwerkstoff bestehenden Bandage

Info

Publication number: DE3243838C2
Application number: DE19823243838
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. Huether; Axel Ing.(Grad.) 8047 Karlsfeld Rossmann
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1984-11-08
Anticipated expiration: 2002-11-26
Also published as: DE3243838A1

Description

lenseitiges Lager 3 und ein kolbenseitiges Lager 4. Beide Lager 3,4 befinden sich in einem Pleuelkern 2 aus Keramik, wobei das kurbelwellenseitige Lager 3 für eine Montage auf der Kurbelwelle zweigeteilt ist Der Pleuelkern 2 besteht gemäß Ausführungsbeispiel aus einem Karbid mit guten Gleiteigenschaften der Lager 3,4.

Der keramische Pleuelkern 2 ist unter Einschließung beider Lager 3,4 umfangsmäßig fest durch eine Fp.serwerkstoff-Bandage 10 umwickelt Die Bandage 10 ist als ein geschlossenes Band ausgebildet steht in einem Preßsitz mit der Keramik und übt bevorzugt eine Vorspannkraft auf die Keramik aus. Dadurch wird ein fester Halt und große Stabilität eines Pleuels trotz zweigeteiltem kurbelwellenseitigen Lager 3 geschaffen: Die Keramik nimmt Druck-, die Faserwerkstoff-Bandage 10 Zugkräfte auf, die insbesondere bei höheren Drehzahlen auftreten. Als Faserwerkstoff verwendet das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Glasfaser mit einer Kunststoffmatrix.

Obwohl nicht erforderlich, können die Lager 3,4 metallische oder Kunststoff-Lagerbüchsen aufweisen.

Das in F i g. la gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 besitzt eine Faserwerkstoff-Bandage 10, die umfangsmäßig in einer Vertiefung 5 des keramischen Pleuelkerns 2 eingelassen ist Dadurch ergibt sich ein sicherer Halt einer Bandage 10 in Axialrichtung der Lager 3, 4, auch wenn die Bandage 10 nicht unter Vorspannung auf den keramischen Pleuelkern 2 aufgezogen ist was die Herstellung vereinfacht.

Das in F i g. 2 veranschaulichte Ausführungsbetepiel kennzeichnet sich durch zwei Verstärkungsbandagen JO lediglich im Bereich des kurbelwellenseitigen Lagers 3, das zweigeteilt ist Beide Verstärkungsbandagen 10 sind in Form geschlossener Bänder umfangsmäßig um das Kurbelwellenlager in einem Preßsitz zum Keramikkern angeordnet Die Verstärkungsbandagen 10 können aus Faserwerkstoffen bestehen, die zusätzlich mit einer Bandwicklung aus einem Metall versehen sind (nicht gezeigt). Die Wärmedehnung der Faserwerkstoffe (und des Metalls) stimmt mit der Wärmedehnung der Keramik überein. Ein derartig gefertigtes Pleuel ist besonders leicht, gleichwohl aber verstärkt im Bereich des kurbelwellenseitigen Lagers 3.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 sieht schließlich eine Faserwerkstoff-Bandage 10 vor, die vollständig (wie im erstgenannten Ausführungsbeispiel) um den keramischen Pleuelkern 2 umwickelt ist. Die Bandage 10 ist im Gegensatz zum erstgenannten Beispiel jedoch hinter dem kurbelwellenseitigen Lager 3 »zusammengezogen«, um eine schlanke Ausführungsform zu schaffen. Das Zusammenziehen der Faserwerkstoff-Bandage 10 erfolgt mit Hilfe von Nocken, die auf der Keramik hinter dem kurbelwellenseitigen Lager ausgebildet sind.

Ähnliche Nocken können im Bereich des kolbenseitigen Lagers 4 vorgesehen sein, um auch dort eine eng am keramischen Pleuelkern 2 anliegende Faserwerkstoff-Bandage 10 hervorzurufen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen w>

Claims

1 2 Aus der DE-AS 12 87 868 ist schließlich ein Pleuel Patentansprüche: bekannt, bei dem die Druckbeanspruchungen von ei nem Gußteil aus Aluminium oder ähnlichen Legierun-

1. Pleuel mit einem Druckbelastungen aufnehmen- gen aufgenommen werden sollen, während für die Zugden Kern zwischen den Lageraugen für den Kurbel- 5 beanspruchungen ein Stahlkern vorgesehen ist. Mit eiwellenzapfen und den Kolbenbolzen und mit einer nem solchen Pleuel kann gegenüber einer homogenen aus faserverstärktem Verbundwerkstoff gewickel- Bauweise Gewicht eingespart werden, die Einsparunten, auf Zug beanspruchten Bandage, welche den gen an Baugewicht sind jedoch sicher geringer als bei Kern und die Lageraugen zumindest teilweise um· einem Pleuel mit einer faserverstärkten Bandage,
schließt, dadurchgekennzeichnet, daß der ι ο Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Kern einschließlich der Lageraugen vollständig aus ausgehend von der eingangs beschriebenen Gattung, Keramikwerkstoff besteht ein Pleuel von geringem Baugewicht zu schaffen, wel-

2. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- ches hohe Zug- und Druckkräfte ohne unzulässige elanet daß die Bandage den Keramikkern und die La- stische Verformungen dauerhaft, auch bei hohen Temgeraugen vollständig umschließt 15 peraturen, ertragen kann.

3. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Kern net, daß die Bandage nur das Kurbelwellenlsgerau- einschließlich der Lageraugen vollständig aus Keramikgt umschließt werkstoff besteht

4. Pleuel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch Ein wesentlicher Vorteil eines erfindungsgemäß ausgekennzeichnet, daß als Faserverbundwerkstoff 20 gebildeten Pleuels mit Keramikkern und faserverstärk-Glasfaser, C-Faser, Borfaser, Stahldraht oder eine tcr Bandage liegt im außerordentlich geringen Baugeorganische Faser vorgesehen ist, wobei der Faser- wicht Dabei wird aufgrund der hohen Druckfestigkeit verbundwerkstoff eine Matrix aus Kunststoff, Koh- des Kerasaikkerns höchste Druckfestigkeit des Pleuels lenstoff oder Metall aufweist erzielt.

5. Pleuel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch 25 Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß aufgekennzeichnet daß als Keramik für den Pleuelkern grund der Hochtemperatureigenschaften von Keramik-(2) ein Karbid, Nitrid oder ein Oxid auf Aluminium- material a<if metallische Lagerschalen vollständig ver- oder Siliziumbasis vorgesehen ist ziehtet werden kann, was sowohl zu weiterer Bauge-

6. Pleuel nach den Ansprüchen 1, 2, 4 und 5, da- wichtseinsparung als auch zur Vereinfachung der Herdurch gekennzeichnet, daß die Bandage (10) in einer 30 stellung beiträgt

Umfangsvertiefung (5) des Pleuelkerns (2) eingelas- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfin-

sen ist dungsgemäßen Pleuels umschließt die Bandage den Ke-

7. Pleuel! nach den Ansprüchen 1, 2, 4 bis 6, da- ramikkern und die Lageraugen vollständig. Dabei ist durch gekennzeichnet, daß die Bandage (10) zumin- also der gesamte Keramik-Pleuelkern längs seines Umdest hinter dem kurbelwellenseitigen Lager (3) zur 35 fangs mit einer Umwicklung versehen.

Längsachse des Pleuels hin zusammengezogen ist Alternativ kann die Bandage auch nur das Kurbelwel

lenlagerauge umschließen.

Vorzugsweise ist als Faserverbundwerkstoff Glasfaser, Kohlefaser, Borfaser, Stahldraht oder eine organi-40 sehe Faser vorgesehen, wobei der Faserverbundwerk-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pleuel mit einem stoff eine Matrix aus Kunststoff, Kohlenstoff oder Me-Druckbelastungen aufnehmenden Kern zwischen den tall aufweist Bei der Auswahl des Faserwerkstoffs ist Lageraugen für den Kurbelwellenzapfen und den KoI- auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramik benbolzen und mit einer aus faserverstärktem Verbund- Rücksicht zu nehmen.

werkstoff gewickelten, auf Zug beanspruchten Bandage, 45 Als Keramik für den Pleuelkern kommen bevorzugt welche den Kern und die Lageraugen zumindest teilwei- Karbide, Nitride. Oxide auf Aluminium- oder Siliziumse umschließt basis in Frage.

Ein Pleuel der vorbezeichneten Gattung ist aus der In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorge-

DE-OS 29 51 112 bekannt. Bei dem aus dieser Druck· schlagen, daß die Bandage in einer Umfangsvertiefung schrift vorbekannten Pleuel besteht der Kern aus Plat- 50 des Pleuelkerns eingelassen ist wodurch sich ein absolut ten und Druckstücken, die vollständig aus faserverstärk- sicherer Halt der Bandage ergibt.
tem Kunststoff bestehen. Aufgrund dieser Ausbildung Um eine den Raumverhältnissen in üblichen Kurbel-

des Kerns ausschließlich aus faserverstärktem Kunst- gehäusen angepaßte Form des Pleuels zu erhalten, ist es stoff ist die zu erzielende Druckfestigkeit des Pleuels vorteilhaft, wenn die Bandage zumindest hinter dem begrenzt Auch die Eigensteifigkeit des Pleuelkerns ge- 55 kurbelwellenseitigen Lager zur Längsachse des Pleuels nügt den hohen Anforderungen, die an die Formgenau- hin zusammengezogen ist.

igkeit der Lageraugen gestellt werden, nicht, so daß bei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Pleu-

dem vorbekannten Pleuel metallische Lagerschalen not- ein werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung nachwendig sind. Hierdurch sind auch der Gewichtseinspa- folgend erläutert. In der Zeichnung zeigt
rung durch die Anwendung von faserverstärkten Kunst- bo F i g. 1 ein erfindungsgemäß gefertigtes Pleuel in eistoffen Grenzen gesetzt ner Seiten-und in einer Schnittansicht,

Aus der US-PS 36 98 264 ist eine Zug-und Druckstre- Fig. la einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes

be bekannt, bei der ein aus keramischem Material beste- Pleuel anderer Ausgestaltung,

hendes Druckstück durch eine metallische Verschrau- F i g. 2 ein anderes Pleuel der Erfindung in einer Sei-

bung vorgespannt ist, wodurch eine Aufteilung der Zug- 65 ten- und in einer Schnittansicht, und
und Druckkräfte erreicht werden soll. Für ein Pleuel Fig.3 ein anderes erfindungsgemäßes Pleuel im

eignet sich ein solcherart aufgebautes Bauteil schon auf- Schnitt,
grund der Verschraubung nicht. Das in F i g. 1 gezeigte Pleuel 1 besitzt ein kurbelwel-