DE3341364C2 - Pleuelstangen-Anordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schafft eine Pleuelstangen-Anordnung, die zur Verbindung eines Kolbens mit einer Kurbelwelle verwendet wird. Sie stellt insbesondere Mittel für ein genaues Ausrichten und Befestigen der Pleuellagerschale mit bzw. an der Pleuelstange bereit. Die Pleuelstangen-Anordnung verwendet Bolzen, die sich durch die Lagerschale erstrecken und in Innengewinde in der Stange zum Halten der Lagerschale an Ort und Stelle eingreifen. Konische Außengewinde sind in der Lagerschale vorgesehen, um in die Gewinde an den Bolzen einzugreifen und diese zu verformen, wenn die Bolzen zwecks Ausrichtens der Stange mit der Lagerschale und zwecks Sicherns der Bolzen an Ort und Stelle angezogen werden.

Description

den Bolzen zentrierende Kraft, die zur Ausrichtung der Bohrungen und damit der Pleuelstange zur Lagerschale dient. Eine weitere Folge ist ein der Lockerung des Bolzens entgegenwirkender Sicherungseffekt.

Das Merkmal des Anspruches 2 dient der Verstärkung der genannten Effekte.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines KoI-bens und einer Pleuelstange gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine teilgeschnittene vergrößerte Darstellung des Kurbelwellenendes der Pleuelstange nach Fig. 1, und

Fig.3 eine wdter vergrößerte Darstellung im Schnitt, die Einzelheiten des Pleuelstangenbolzens und der in Eingriff stehenden Gewinde zeigt

Die in der Zeichnung dargestellte Pleuelstangen-Anordnung 10 ist zur Verbindung eines Kolbens 11 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle eines Zwei-Takt-Motors bestimmt Die Pleuelstangen-Anordnung 10 umfaßt eine Pleuelstange 12 mit einem an dem Kolbenende geformten Lager. Ein Kolbenbolzen 13 erstreckt sich durch den Kolben 11 und das Lager, um die Pleuelstange 12 gelenkig an dem Kolben 11 zu befestigen. An dem Kurbelwellenende der Pleuelstange 12 ist ein Sattelabschnitt 14 geformt Eine Pleuellagerschale 15 weist zwei Ansätze 16 auf, die mit zwei Ansätzen 17 an dem Sattel 14 ausgerichtet sind, und ist an der Stange 12 mittels Bolzen 18 befestigt, die in Gewindebohrungen 19 in der Pleuelstange 12 und der Lagerschale 15 eingreifen. Rollen- oder Nadellager 20 sind zum Abrollen an der durch die Pleuelstange 12 und die Lagerschale 15 gebildeten kreisrunden Lagerfläche 21 und an der Außenfläche des nicht dargestellten Kurbelzapfens vorgesehen.

Die Schraubgewinde in der Stange 12 und der Lagerschale 15 sind vorgesehen, die Lagerschale 15 an der Pleuelstange 12 festzuhalten und ein präzises Ausrichten der Lagerschale 15 mit der Stange 12 zu erzielen. Um diesen Zweck zu erfüllen, sind Innengewinde 22 mit voller Tiefe in den Bohrungen in den Pleuelstangen-Ansätzen 17 und konische Innengewinde 23 in den Bohrungen in den Pleuellagerschalen-Ansätzen 16 vorgesehen. Die konischen Gewinde 23 in der Lagerschale 15 haben den gleichen Außendurchmesser wie die Gewinde in der Stange und sind kontinuierlich mit den Gewinden in der Stange ausgebildet. Der Kerndurchmesser der konischen Gewinden 23 ist jedoch wesentlich größer als derjenige der Gewinde in der Stange 12, wodurch sehr flache konische Gewinde in der Lagerschale 15 geschaffen werden.

Die Pleuelstangenbolzen 18 sind mit Außengewinde 24 für den Eingriff in die Innengewinde in der Stange 12 und der Lagerschale 15 versehen. Da die konischen Gewinde 23 in der Lagerschale 15 kontinuierlich mit den Gewinden in der Stange 12 ausgebildet sind, muß die Lagerschale 15 genau mit der Stange 12 ausgerichtet sein, bevor die Bolzen 18 in die Gewindebohrungen in der Stange 12 eingreifen können. Somit können die Stange 12 und die Lagerschale 15 montiert werden, ohne Hilfseinrichtungen oder Klemmen zu benutzen, die die Stange 12 und die Lagerschale 15 während der Montage in Ausrichtung halten.

Nach der Montage der Stange 12 und der Lagerscha-Ie 15 stehen die Außengewinde 24 an den Bolzen 18 mit den konischen Gewinden 23 in der Lagerschale 15 über eine Länge von etwa 3/4 des Bolzendurchmessers im Eingriff. Obwohl der Bolzen 18 ohne Gewinde an seinem oberen Abschnitt dargestellt ist, könnte ein ähnlicher Effekt durch Wegfall des Gewindes in der Lagerschalenbohrung erzielt werden. Wenn die Bolzen 18 zwecks Zusammenklemmen der Stange 12 und der Lagerschale 15 angezogen werden, wird der Teil des Bolzens innerhalb der Lagerschalenbohrung gedehnt, wodurch das konische Gewinde 23 in der Lagerschaienbohrung das korrespondierende, im Eingriff stehende Gewinde am Bolzen 18 verformt Da die Gewinde einen allgemein dreieckigen Querschnitt aufweisen, rufen Bolzendehnung und die Gewindeverformung eine bedeutende Kraft hervor, welche den Bolzen in der Bohrung zur genauen Ausrichtung der Bohrungen in der Stange und der Lagerschale zentriert und dabei die Stange 12 und die Lagerschale 15 zueinander ausrichtet Die Verformung der Gewinde verursacht ferner eine dem Entfernen des Bolzen 18 widerstehende Sicherungskraft

Die Bolzen 18 sind aus einem etwas weicheren Materia) als die Stange 12 und die Lagerschale 15 hergestellt, wodurch Beschädigungen der Gewinde in der Stange 12 und der Lagerschale 15 verhindert werden. Infolgedessen können die Stange 12 und die Lagerschale 15 demontiert und, falls erforderlich, unter Verwendung neuer Bolzen wieder montiert werden und doch die durch die gegenseitige Einflußnahme der Schraubgewinde hervorgerufene genaue Ausrichtung aufrechterhalten. Selbstverständlich muß der Eingriff der konischen Gewinde in die Bolzengewinde ausreichend klein sein, um eine wesentliche Verringerung der durch den Bolzen erzeugten Klemmkraft zu verhindern.

Die Pleuelstange 12 und die Lagerschale 15 werden aus einem einzelnen geschmiedeten Pleuelstangen-Rohling durch Auseinanderspalten des Rohlings hergestellt. Vor dem Spalten wird der Pleuelstangen-Rohling roh bearbeitet. Die Bolzenlöcher werden zuerst mit einem Stufenbohrer gebohrt, um eine erste Bohrung durch die Pleuelstange und eine zweite konzentrische Bohrung mit größerem Durchmesser durch die Lagerschale und etwas in den Stangenabschnitt des Rohlings hinein herzustellen. Schraubgewinde werden dann in die Bohrungen mittels eines Gewindebohrers geschnitten. Die gebohrten Löcher werden geglättet, um Gewinde mit voller Tiefe in der ersten Bohrung und ein sehr flaches konisches Gewinde in der zweiten Bohrung herzustellen. Das konische Gewinde muß tief genug zum Eingreifen in das Bolzengewinde zwecks genauer Positionierung des Bolzens sein, jedoch nicht so tief, daß die durch den Bolzen hervorgerufene Klemmkraft wesentlich reduziert wird. Nach der Bearbeitung werden die Stange und die Lagerschale einsatzgehärtet, vergütet und dann getrennt Die Stange und die Lagerschale werden mittels eines in die Kurbelwellenlager-Bohrung eingesetzten Spreizdorns getrennt Während des Spreizens des Dorns bricht der Pleuelstangenrohling entlang einer Trennebene, die durch die an jeder Seite des Rohlings ausgebildeten Rillen definiert ist. Die somit an der Stange und der Lagerschale gebildeten zusammenpassenden Flächen unterstützen darin, die Stange und und die Lagerschale in der Ausrichtung zu halten.

Nach ihrem Auseinanderspalten werden die Lagerschale und die Stange wieder montiert, wobei die Pleuelstangenbolzen gemäß ihrer Konstruktionspezifikation angezogen werden. Die durch die Stange und die Lagerschale gebildete kreisrunde Lagerfläche und die Kolbenbolzenbohrung werden dann zu ihrer endgültigen Konfiguration gehont. Anschließend wird die Lagerschale entfernt, gesäubert und mit eingesetztem Rollen-

lager auf die Kurbelwelle wieder montiert.

Zur Durchführung eines Testes wurden sechs Pleuelstangen gemäß der Erfindung hergestellt. Ausgehend von geschmiedeten Pleuelstangen-Rohlingen für den Einsatz in einem Mercury-Außenbordmotor des Bau-Jahres 1982 mit 150 oder 200 PS, wurden die Stangen zuerst roh bearbeitet. Dann wurden die Bolzenlöcher mittels eines Stufenbohrers mit einem großen Durchmesser von 0300/0,302" und einem kleinen Durchmesser von 0,270/0,275" gebohrt. Anschließend wurden Gewinde in die Bolzenlöcher mit einem 5/16-24 UNF-Gewindebohrer eingeschnitten. Nach ihrer Bearbeitung wurden die Pleuelstangen-Rohlinge einsatzgehärtet und vergütet Dann wurden die Lagerschalen, wie oben beschrieben, durch Abspalten von den Stangen abgetrennt Nach dem Abspalten wurden die Stange und die Lagerschale unter Benutzung von Bolzen mit einer Länge von einem Zoll und mit UNF 5/16-24, Klasse 3-Gewinde wieder zusammengebaut. Die Gewinde wurden von dem dem Bolzenkopf angrenzenden oberen 0,3" entfernt, so daß etwa 0,2" der Gewinde für den Eingriff mit den konischen Gewinden in der Lagerschale verblieben. Die Bolzen wurden dann mit 300 foot-pounds angezogen und die Kurbelwellenbohrung wurde gehont Die Stange und die Lagerschale wurden anschließend demontiert, gesäubert und wieder zusammengesetzt Für den Zusammenbau wurden keine Hilfseinrichtungen oder andere Halteeinrichtungen verwendet, sondern man verließ sich auf die durch die Schraubgewinde hervorgerufene Ausrichtung. Die Bolzen wurden dann mit einem Drehmomentenschlüssel mit 30 foot-pounds angezogen.

Nach diesen Verfahrensschritten wurde der Rundlauf der Kurbelweilenbohrungen der sechs Pleuelstangen mit einer Bendix-Indyron-Rundlauf-Meßvorrichtung gemessen. Die Meßvorrichtung hatte eine Genauigkeit von 0,000050" und zeigte keine Abweichung im Rundlauf an den Fugen der Lagerschale und der Stange an irgendeinem der sechs Test-Pleuel-Stangen. Auch konnten die Fugen durch Überfahren derselben mit dem Fingemagel oder einem Bleistift nicht entdeckt werden.

Vergleichsweise erfordert die Montage der auseinandergespaltenen Stange und Lagerschale für den 200 PS-Mercurymotor unter Produktionsbedingungen, daß der Ausrichtfehler der Stange und der Lagerschale weniger als 0,00015" beträgt, und dieser ist normalerweise etwa 0,00010". Die normale Stangenfuge kann leicht durch Überfahren der Fuge entdeckt werden.

Die Erfindung schafft somit eine bedeutende Verbesserung in der Pleuelstangen- und Lagerschalen-Ausrichtung und es wird eine wesentlich verlängerte Lebensdauer der Lager bei bedeutend verringerten Herstellungskosten erwartet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (15)

1 2 Ordnung aus der Gattung des Anmeldungsgegenstandes Patentansprüche: bekannt Um mit dem Einführen und Anziehen des Verbindungsbolzens beidseitig eine Ausrichtung zwischen

1. Pleuelstangen-Anordnung zum Verbinden eines der Pleuelstange und der Lagerschale zu erreichen, wei-

Kolbens mit einer Kurbelwelle, mit einer Pleuelstan- 5 sen die jeweiligen Bohrungen Führungsflächen auf zum

ge, welche eine erste Gewindebohrung mit einem Zusammenwirken mit entsprechenden Führungsflächen

Innengewinde aufweist, einer Pleuellagerschale, wel- am Umfang des Bolzens.

ehe eine auf die erste Gewindebohrung ausgerichte- Die Lagerschale weist eine abgestufte Bohrung auf,

te zweite Bohrung aufweist, wobei die Pleuelstange deren Abschnitt mit größerem Innendurchmesser sich

und die Pleuellagerschale zum Bilden einer kreisrun- 10 von der Einführungsöffnung des Bolzens bis über die

den Lagerfläche zusammengefügt sind, und mit ei- Hälfe der Bohrungslänge erstreckt Der anschließende

nem Bolzen mit Außengewinde, wobei ein Abschnitt Bohrungsabschnitt mit kleinerem Innendurchmesser er-

des Außengewindes in das Innengewinde der ersten streckt sich bis zu der gegen die Pleuelstange gerichte-

Gewindebohrung eingreift, dadurch gekenn- ten Bohrungsöffnung. Die zylindrische Wandfläche des

zeichnet, daß die zweite Bohrung (19) der Pleu- 15 zweiten Bohrungsabschnittes bildet die Führungsfläche.

ellagerschale (15) ein Innengewinde und der Bolzen Die Pleuelstangenbohrung weist von ihrem der Lager-

(18) einen zweiten Abschnitt mit Außengewinde (24) schale zugekehrten Ende an einen weniger als die Hälfte zum Eingriff in das Innengewinde der zweiten Boh- der Bohrungslänge betragenden Abschnitt mit einer zyrung (19) aufweist, daß eine der Gewindebohrungen lindrischen Wandung auf. Dessen Durchmesser ist

(19) oder einer der Abschnitte des Außengewindes 20 gleich dem Durchmesser des anschließenden Bohrungs-(24) ein konisches Gewinde (23) aufweist zum Ver- abschnittes in der Lagerschale. In der Pleuelstangenringern der Eingriffstiefe des korrespondierenden bohrung schließt sich an den zylindrischen Bohrungsab-Gewindes (24) mit dem konischen Gewinde (23), und schnitt eir· Gewindeabschnitt an mit einem Gewindedaß der Bolzen (18) einen Kopf aufweist, der an einer durchmesser, der dem Durchmesser der zylindrischen Fläche an der mit einem konischen Gewinde (23) 25 Führungs-Bohrungsdurchmesser entspricht Dieses Geversehenen oder in ein solches eingreifenden Pleuel- winde endet im Abstand von der der Lagerschale abgestange (12) oder Lagerschale (15) anliegt. wandten öffnung der Bohrung in der Pleuelstange.

2. Pleuelstangen-Anordnung nach Anspruch l,da- Der zugehörige Bolzen weist anschließend an einen

durch gekennzeichnet, daß sämtliche Schraubgewin- Kopf einen zylindrischen Schaftabschnitt und daran ei-

de (22, 23, 24) einen im wesentlichen dreieckigen 30 nen Gewindeabschnitt bis zu einem kopffernen Ende

Querschnitt aufweisen. auf. Das Gewinde ist, dem Erfindungsgedanken der

US-PS 36 03 174 entsprechend, durch Rollen und an-

schließendes Abschleifen der Gewindegänge zu einer

spiraligen Führungsfläche hergestellt Der Durchmesser

35 der Spirale entspricht dem Durchmesser der Bohrungs-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pleuelstangen- abschnitte mit Führungsflächen. Die Anlage dieser Spi-Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patent- ralflächen bereits an dem zylindrischen Führungsabanspruches 1. schnitt in der Bohrung der Lagerschale, dem entspre-Genaue Ausrichtung der Pleuelstange und Pleuella- chenden Abschnitt in der Bohrung der Pleuelstange und gerschale ist unerläßlich, da dadurch die Ausrichtung 40 beim Einschrauben in die spiralige Führungsfläche im der zwei inneren Lagerflächen des Kurbelwellenendes Gewindeabschnitt der Pleuelstangenbohrung erzwingt der Pleuelstange bestimmt wird. Diese Ausrichtung ist ein Ausrichten der Bohrungen und damit der entsprekritisch, insbesondere dann, wenn Rollenlager zwischen chenden Lagerteile. Dies wird jedoch durch einen erden inneren Lagerflächen und der Kurbelwelle verwen- heblichen Herstellungsaufwand erreicht. In einer Bohdet werden, da jeder Ausrichtfehler zu einer Stufe zwi- 45 rung muß eine zylindrische Führungsfläche und eine sehen den Lagerflächen führt, die von dem Rollenlager spiralförmige Führungsfläche ausgebildet werden, in eiüberquert werden muß. Die Ausrichtung ist in einem ner zweiten Bohrung eine weitere zylindrische Füh-Zwei-Takt-Kurbelgehäusekompressions-Motor noch rungsfläche, alles mit exakt gleichem Durchmesser. Am kritischer, da hier die Schmierung der Lager von einer Bolzen ist eine spiralige Führungsfläche mit exakt pas-Luft-Brennstoff-Öl-Mischung abhängt. 50 sendem Außendurchmesser herzustellen. Kleinste Ab-Aus dem US-Patent 39 94 054 sind eine Pleuelstange weichungen bedeuten ungenaue Ausrichtung und/oder und eine Lagerschale bekannt, die aus einem einteiligen behindern die Montage.

Rohling gebildet werden, welcher auseinandergespalten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pleuwird, um die Stange und die Lagerschale zu formen und elstangen-Anordnung der eingangs beschriebenen Art genau zusammenpassende Flächen herzustellen. Ob- 55 zu schaffen, die bei wirtschaftlichem Herstellungsverwohl im allgemeinen zufriedenstellend, können die zu- fahren eine einwandfreie Ausrichtung der Lagerhälften sammenpassenden Flächen auch zusammengeklemmt und damit eine hohe Lebensdauer des Lagers gewährwerden, wenn sie etwas fehlerhaft ausgerichtet sind, wo- leistet.

durch die Pleuelstange und die Lagerschale zerstört Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merk-

werden. 60 male des Anspruches 1 gelöst.

Eine andere Anordnung der Pleuelstange und der La- Die Ausbildung der Bohrungen mit ihren Innengegerschale ist aus der am

15. September 1980 angemelde- winden und des Bolzengewindes erfordert nicht mehr ten US-Patentanmeldung 1 87 110 bekannt. Diese An- als den für solche Bauteile üblichen Herstellungsaufordnung verwendet zur Befestigung der Lagerschale an wand. Die Ausrichtung erfolgt beim Anziehen des Bolder Stange einen Bolzen, der zu Ausrichtzwecken einen 65 zens und dessen dabei erfolgender Dehnung innerhalb mit der Stange und der Lagerschale im Eingriff stehen- der Bohrung. Der in ein konisches Gewinde eingreifenden Rändelabschnitt aufweist, de Gewindebereich wird dabei verformt. Die Bolzen-Aus dem US-PS 36 03 174 ist eine Pleuelstangen-An- dehnung und die Gewindeverformung erzeugen eine