DE3318215A1

DE3318215A1 - Zug- und druckuebertragende gelenkverbindung zwischen zwei gemeinsame bewegungen ausfuehrenden bauteilen

Info

Publication number: DE3318215A1
Application number: DE19833318215
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Ing Danckert
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1982-07-17
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1984-01-26
Also published as: US4544299A; DE3318215C2

Description

VOLKSWAG E N W. ERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfeburg 1

Unsere Zeichen: K 3305 1702pt-hu-kl

Zug- und druckübertragende Gelenkverbindung zwischen zwei gemeinsame Bewegungen ausführenden Bauteilen

Sie Erfindung betrifft eine zug- und druckübertragende Gelenkverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Betrachtet man den. bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung, nämlich für die Herstellung einer Verbindung zwischen Pleuelstange und Kolben einer Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, so sind die entsprechenden Gelenkverbindungen in der Hegel etwa scharnierartig aufgebaut, d. h. der Bolzen durchsetzt in Sichtung seiner Achse abwechselnd aufeinander folgende, ihn umschließende Lagerbereiche an Pleuel und Kolben und ist demgemäß auf Biegung beansprucht. Eine derartige Ausbildung der Gelenkverbindung erfordert demgemäß relativ große oszillierende Hassen, und zwar nicht nur angesichts der Ausbildung der Lagerbereiche gleichsam als den Bolzen umschließende Lageraugen, sondern auch angesichts der relativ hohen Beanspruchung des Bolzen··

Der- Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, allgemein eine zug- und druckübertragende Gelenkverbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß die auf die Gelenkverbindung zurückzuführenden oszillierenden Hassen möglichst klein gehalten werden.

orsiliender Vorstand: Toni Scftmüöeer, Vorsitzender. - i.;.j sc:g.-.t.r4 · ».ori-henz Biuti · Frei. Or. tec-r Er.-iE! f.^:. - L- ..■* -·.:-.· f _t.-·.

ei Aufsichlsrats: Dr.Jjr.wol'gang R.rietAet · Silnie'Har.iv/ic · Herst Mundet · Cr. -c·.. jl.We-nei P.So·;" idi · Foi.ü. ^-ij-.F-e:·,. ■ .er i.·- art Süstäl Seifen Sitz der Gesellschaft: Wolfsburg Arr.tssoilcril VVolisb^rg HkB 2·5

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 j vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Erfindung sind zumindest einzelne der Lagerbereiche also gleichsam sich bezüglich der Achse des Bolzens gegenüberliegende offene Schalen oder Teilzylinder, die sich bevorzugt über jeweils weniger als 180° erstrecken? auf jeden Fall erstrecken sie sich in ihrer Gesamtheit nicht über den gesamten Umfang des Bolzens, so daß zwischen den Lagerbereichen Spalte gewahrt sind, die die gewünschte begrenzte Relatiwerschwenkung" der beiden Bauteile,, also beispielsweise Pleuelstange und Kolben, gegeneinander zulassen.

An dieser Stelle sei eingefügt _t <£aß bei dem bisher als bevorzugt behandelten Beispiel, also Gelenkverbindung zwischen Kolben und Pleuelstange, die Selatiwersctafenkung zwischen diesen beiden Teilen funkt ions bedingt ist.. Es ist aber auch möglich, daß derartige Relativbewegungen bei bestimmtes Sinsatzfällen aus erforderlichen Toleranzen resultieren. Derartige Toleranzen können auch einen gewissen Parallelversatz zwischen den beiden durch die Gelenkverbindung verbundenen Bauteilen erfordern, der sich in Richtung der Bolzenachse und damit senkrecht zur Ebene der Schwenkbewegungen erstreckt. Ein Torteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sich auch diese Bedingung mit einfachen Mitteln berücksichtigen läßt. Dazu genügt es nämlich, gemäß den Patentansprüchen 4 und 6 den Ring und den Bolzen in axialen Richtungen bezüglich der/ beiden au verbindenen Bauteile nicht fest zu lagern, sondern so, daß etwas Spiel vorhanden ist, das den gewünschten Parallelversatg.. suläßt. Auch in diesem lalle bleibt der grundsätzliche Torteil der erfindungsgemäßen Gelenkverbindung gewahrt, nämlich der Torteil· einer-nur geringen oszillierenden Masse, da zumindest einzelne Lagerberaiche keine- geschlossenen Lageraugen bilden und bei der bevorzugten.. Äusführungsform der Erfindung der Bolzen lediglich Druckbeanspruchungen, nicht aber Biegebeanspruchungen auf zunehmen braucht? die Zugbeanspruchungen werden über den Ring

bzw. über mehrere, vorzugsweise zwei Ringe in symmetrischer Anordnung unmittelbar in die einen größeren Querschnitt besitzenden Lagerbereiche eingeleitet.

Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es-zeigen:

die Figuren 1, 2 und 3 in zwei zueinander senkrechten Ansichten,

halbseits im Längsschnitt, bzw. in der in Figur 1 mit III-III bezeichneten Schnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel,

die Figuren 4» 5 und 6 in zwei zueinander senkrechten Ansichten,

teilweise im Schnitt, bzw. in der in Figur 4- bei VI-VI angedeuteten Schnittansicht ein. zweites Ausführungsbeispiel und

die Figuren. 7» 8 und $ in. zwei zueinander senkrechten Ansichten,

halbseits im Längsschnitt, bzw. in der in Figur 7 mit IX-IX bezeichneten Schnittansicht ein drittes Ausführungsbeispiel· der ■ Erfindung.

Betrachtet man zunächst die Figuren 1, 2 und 3, so dient dort die Gelenkverbindung zur Herstellung des Zusammenhalts zwischen dem Kolben 1 einer üblichen Brennkraftmaschine-und der zugehörigen Pleuelstange 2, die in üblicher und daher nicht dargestellter Weise mit ihrem anderen Ende in kraftiibertragender Verbindung mit einer Kurbelwelle steht« Der kolbenseitige Lagerbereich ist mit 3» der pleuelstangenseitige Lagerbereich ist mit 4 bezeichnet. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich, erstreckt sich jeder der beiden Lagerbereiche 3 und 4 Über weniger als einen halben Umfang des hier hülsenförmigen Kolbenbolzens 5» so daS zwischen den sich unmittelbar gegenüberstehenden Stirnflächen der beiden Lagerbereiche 3 und 4 Spalte 6 und f gewahrt sind, die begrenzte Eelatiwerschwenkungen der

beiden Bauteile 1 und 2 um die Bolzenachse 8 zulassen.

Wichtig für die Beanspruchung¹ des Bolzens 5 nur auf Druck, nicht aber auf Biegung ist ferner die Tatsache, daß sich die Lagerbereiche 3 und 4 Bäit ihren eigentlichen, auf dem Umfang des Bolzens aufliegenden Lagerbereichen 9 und 10 bezüglich der Bolzenachse 8 gegenüberstehen. Der Zusammenhalt der beiden Bauteile 1 und 2, die sich - von den Sohwenkbewegungea abgesehen - im wesentlichen längs der gemeinsamen Achse 11 bewegen» und dem Bolzen 5 wird durch in diesem Ausführungsbeispiel zwei Singe 12 und 13 gewährleistet, die die Lagerbereiche 5 und 4 bzw. seitliche Fortsätze desselben sowie die Bolzenachse 8 umschlingen. Wie die Figuren 1 und 3 zeigen, sind die Singe 12 und 13 im Lagerbereich 4 in jeweils einer Hut 14 gegen Axialbewegungen gesichert geführt., dagegen - siehe Figur 3 - im Lagerbereich 3 durch jeweils eine einseitig offene und in ihrer Breite so ausgeführte Hiit 15t d&3 ein erforderlicher begrenzter Parallelversats. zwischen, des. Bso&exlen. 1 und 2 in Richtung der Bolzesxachse· 8 möglich ist.

Diesem Parallelversatz müssen, natürlich auch etwaige Einrichtungen zur axialen Fixierung des Bolzens 5 innerhalb des Raumes zwischen den Lagerbereichen 3 und 4 angepaßt sein. Sofern hierzu nicht ein Preßsitz oder dergleichen gewählt wird, sondern eine formschlüssige Sicherung durch Torsprünge an d©a Lagerbereichen 3 und/oder 4 bzw. durch Anordnungen nach. Art τοπ Sprengringen 16, darf hierdurch nicht die Möglichkeit einer geringen Eelatiwerschiebung zwischen den Bauteilen 1 und 2 in Sichtung der Bolz«nachse 8 unterbunden werden. Dies kanu. beispielsxf©ise dadurch geschehen, daß der Sprengring 16 in Figur 1 nur örtlich oben uscL unten an den Lagerbereichen 3 und 4 !zurückgehalten wird und daß ein. am. anderen Ende des Bolzens 5 vorgesehener weiterer Sprengring 16' in einem Abstand von dem erstgenannten Sprengring liegt, der den Parallelversatz berücksichtigt. In dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner angenommen, daß zunächst die Singe 12 uad 13 montiert werden,

ehe der Bolzen 5 zwischen die Lagerbereiche 3 und 4 eingeführt wird. Trifft man demgegenüber die Konstruktion, beispielsweise durch Verwendung von Schlössern zum. Positionieren der Hinge, so, daß die Ringe nach der Montage des Bolzens 5 montiert werden, kann man axiale Sicherungen des Bolzens 5 durch nur an einem der Lagerbereiche vorgesehene Torsprünge realisieren.

Dem in den Figuren 4* 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt ein anderer Anwendungsfall der Erfindung zugrunde. Hier geht es um. eine Brennkraftmaschine mit sich praktisch längs einer gemeinsamen Achse 20 gegenüberliegenden» abwechselnd druckbeaufschlagten Kolben 21 und 22, denen individuelle Pleuelstangen 23 und 24 zugeordnet sind. Die beiden Pleuelstangen 23 und 24 müssen so mit einem den Bolzen der Gelenkverbindung bildenden Pleuelzapfen 25 einer Kurbelwelle verbunden werden, daß relative Schwenkbewegungen der beiden Pleuelstangen 23 und 24 in der Zeichenebene der Figur 5 möglich sind. Wiederum, finden sich zwei Lagerbereiche 26 und 27 an den einander augekehrten Enden der Pleuelstangen 25 und 24, die sich jeweils über weniger als den halben Umfang, also über weniger als 180°, des Pleuelzapfens 25 erstrecken» so daß zwischen den beiden Lagerbereichen 26 und 27 Spalte 28 und 2$ gewahrt sind, die die gewünschte Relativschwenkung der beiden Pleuelstangen 23 und 24 ermöglichen.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel· ist der durch den Pleuelzapfen 25 gebildete Bolzen der Gelenkverbindung innerhalb derselben nicht auf Biegung beansprucht, da sich die eigentlichen Lagerflächen gegenüberliegen, und auch hier dienen zwei Binge 31 und 32 aus zugfestem Material zur Wahrung des Zusammenhangs der beiden Bauteile 23 und 24 sowie des Pleuelzapfens 25* Hier sind, die beiden Hinge 31 und 32 aber, wie Figur 4 erkennen läßt, nicht in auf beiden Seiten durch Seitenwände begrenzten Nuten gehalten, sondern lediglich in in Richtung auf die Achse 20 begrenzten. Suten, deren Breite wiederum im. Hinblick auf einen vorbestimmten Parallelversatz zwischen den beiden

Pleuelstangen 23 und 24 gewählt ist. Als Abrutsch3icherung für beide Ringe 31 und 32 dienen auf den Lagerbereich 26 aufgeschraubte Schlösser 33 und 34» die, wie Figur 6 für das Schloß 34 zeigt, mit beidseitig begrenzten Nuten 35 und 36 für die Positionierung der Ringe 31 und 32 versehen sind.

In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt demgemäß die Montage so, daß zunächst die beiden Lagerbereiche 26 und 27 am Pleuelzapfen 25 positioniert und danach die Ringe 31 und 32 aufgezogen werden; anschließend werden die Ringe durch Aufschrauben der Schlösser- 33 und 34 arretiert.

Die Figuren 7» 8 und 9 zeigen wieder eine Gelenkverbindung zwischen dem Kolben 40 und der Pleuelstange 4I einer Brennkraftmaschine. Die Pleuelstange 4I schließt mit ihren beiden etwa halbschalenartigen Lagerbereichen 42 und 43» die ebenfalls "offenen" Lagerbereichen 44 und 45 am Kolben 40 bezüglich des Bolzens 46 gegenüberstehen, den am Kolben 40 vorgesehenen, den Bolzen 46 umschließenden weiteren Lagerbereich 47 seitlich ein. Der Zusammenhalt zwischen Bolzen 46 und Pleuelstange 4I wird durch die beiden den Bolzen 46 umschließenden, stirnseitig an der Pleuelstange 4I festgelegten Ringe 48 und gewahrt, die auch einteilig mit der Pleuelstange 4I sein können.

Verständlicherweise kann der ösenartige weitere Lagerbereich - statt am Kolben- an der Pleuelstange vorgesehen sein? dann muß durch zusätzliche Maßnahmen ein Zusammenhalt zwischen dem. Bolzen und dem Kolben geschaffen werden. Auch eine derartige Konstruktion trägt dem Umstand Rechnung, daß in diesem Einsatzfall die zu übertragenden Druckkräfte· erheblich größer als die Zugkräfte sind, so daß durch weitgehenden Verzicht auf den Bolzen umschließende, äugen— oder ösenförmige Lagerbereiche die oszillierenden Massen kleingehalten werden können.

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Claims

VOLKSWAGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg 1

Unsere Zeichen: K 33O5D 18 Mai IQQQ

1702pt-hu-sch ' ^W

ANSPRÜCHE

J Zug- und druckübertragende Gelenkverbindung zwischen zwei gemeinsame Bewegungen ausführenden Bauteilen, insbesondere an einer Pleuelstange einer Brennkraftmaschine, mit einem senkrecht zur Zug- und Druckrichtung angeordneten Bolzen, auf dem sich Lagerbereiche beider Bauteile, begrenzte Relativschwenkungen derselben um den Bolzen zulassend, abstützen, dadurch gekennzeichnet,, daß Lagerbereiche (3» 4) beider Bauteile (1, 2) sich bezüglich der Bolzenachse (8) gegenüberstehen sowie sich je nur über einen Teil des Bolzenumfangs und zusammen über weniger als 36O° erstrecken, und daß der Zusammenhalt von Bolzen (5) und beiden Bauteilen (1, 2) durch zumindest einen die Bolzenachse (8) umschlingenden Ring (12, 13). gewahrt ist.
2. Gelenkverbindung nach laspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lagerbereiche (5₉ 4) beider Bauteile (1, 2) sich bezüglich der Bolzenachse (8) gegenüberstehen.
3· Gelenkverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (12, I3) die Lagerbsreiche (3» 4) umschlingt.
4. Gelenkverbindung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (12, 13)'zur Srmöglichung eines begrenzten Parallelversatzes zwischen beiden Beuteilen (1, 2) in Richtung der Bolzenachse (8) auf zumindest einem der Lagerbereiche (3) in Richtung der Bolzenachse (8) mit Spiel gelagert ist.
5· Gelenkverbindung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet* daS zur axialen Sicherung des Rings (31* 32) zumindest einer der Lagerbereiche (26) zumindest ein Schloß (33 > 34) trägt.
6. Gelenkverbindung nach Anspruch "4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß innen an. den Lagerbereichen (3* 4) vorgesehene Sicherungen gegen Axialbewegungen des Bolzens (5) jeweils nur an einem der Lagerbereiche (3? 4) vorgesehen sind, so daB sie den Parallelversatz zulassen.
7. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB zwei Ringe (12, 13) den Bolzen (5) in symmetrischer Anordnung umschlingen.
8. Gelenkverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB der Ring durch: einen ösenartigen Bereich eines der Bauteile (2, 3) gebildet ist.
9. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet* daB zumindest eines der Bauteile (40, 41) zumindest einen den Bolzen (46) umschließenden weiteren Lagerbereich (47) besitzt, den Lagerbereiche (42, 43) an dem anderen Bauteil (41) gabelartig zwischen sich einschließen.
10. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (5) hohl ist.
11. Gelenkverbindung nach einem der. Ansprüche' 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet* daB der-Bolzen (5) aus Grauguß besteht.
12. Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet* daß der Bolzen durch einen Pleuelzapfen (25) einer

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Kurbelwelle gebildet ist.

13· Gelenkverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Bauteile im wesentlichen längs einer gemeinsamen Achse (20) verlaufende, an ihren einander abgekehrten Enden wechselweise druckbeaufschlagte Kolben (21, 22) tragende Pleuelstangen (23, 24) sind..

14· Gelenkverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Bauteile ein Kolben (1) und das andere Bauteil eine Pleuelstange (2) ist.