DE3516506C2

DE3516506C2 -

Info

Publication number: DE3516506C2
Application number: DE3516506A
Authority: DE
Inventors: Ernst 8901 Koenigsbrunn De Pfleiderer; Wolfram Dipl.-Ing. 8900 Augsburg De Lochbichler
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1985-05-08
Filing date: 1985-05-08
Publication date: 1989-09-14
Also published as: FI80135C; NO162356B; FI80135B; NO162356C; FR2581721B1; NO861827L; NL192347C; FR2581721A1; FI861904A0; FI861904A; NL8601143A; NL192347B; DE3516506A1

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrteiliges, das Verbindungsglied zwischen einer Kurbelwelle eines Großdieselmotors und einem Tauchkolben bildendes Pleuel, mit einer ersten Trennstelle im Bereich des Kurbelzapfenlagers, wobei ein die untere Lagerhälfte bildender Lagerdeckel mittels Spannschrauben an einer oberen, am unteren Teil der zweiteiligen Pleuelstange angeordneten Lagerhälfte befestigt ist, und mit einer zweiten nahe beim Übergang von der Pleuelstange zum Pleuelkopf liegenden Trennstelle, wobei der obere, den Pleuelkopf tragende Teil mit dem unteren Teil über eine zwei drehsinngleiche Außengewinde mit unterschiedlichen Steigungen an den beiden Teilen und eine die beiden Teile beim Anziehen aufeinander zu bewegende Verbindungsmutter aufweisende Schraubverbindung verbunden ist und beide Pleuelstangenteile über plane, senkrecht zur Pleuellängsachse stehende Anlageflächen miteinander in Verbindung stehen, sowie Einrichtungen zum Ansetzen von Montagewerkzeugen und zwischen den Pleuelstangenteilen Mittel zur Zentrierung und Verdrehsicherung vorgesehen sind.

Aus der US-PS 14 17 307 ist ein derartiges Pleuel bekannt, dessen unteres Pleuelstangenteil einen in das als Hülse ausgebildete untere Ende des oberen Pleuelstangenteiles eingreifenden Zapfen trägt. Durch Anziehen der Verbindungsmutter wird mit dem Zapfen die untere Lagerschale im Pleuelkopf gegenüber der oberen Lagerschale eingestellt. Die Verbindungsmutter muß dann anschließend mittels zweier Konterschrauben festgelegt werden. Dieses Pleuel kann kraftschlüssig nur Druckkräfte, also z. B. Zündkräfte, aufnehmen. Zum Einsatz bei Großdieselmotoren, die nach dem Viertaktverfahren arbeiten, bei denen also bei jedem zweiten Abwärtsgang des Kolbens den Pleuel auf Zug beanspruchende Massenkräfte auftreten, ist dieser Pleuel nicht geeignet, da dann zwischen dem Zapfen und der unteren Lagerschale Spiel auftritt, das zu einem nicht tolerierbaren Verschleiß führt. Weiterhin wirken sich Verformungen des oberen Pleuelstangenteiles, die durch Zündkräfte hervorgerufen werden, unmittelbar auf das Außengewinde aus.

Aus der DD-PS 1 11 965 ist ein für Viertakt-Großdieselmotoren geeignetes Pleuel bekannt. Die zweite Trennstelle liegt etwa in der Mitte der Pleuelstange. Die Verbindung der beiden Pleuelstangenteile erfolgt über mehrere rings um die Pleuelstange angeordnete, einen Verbindungsflansch durchdringende Befestigungsschrauben. Abgesehen davon, daß bei diesem Pleuel eine Mehrzahl von Schrauben angezogen werden müssen, ist auch ein ausreichender Ausbauraum für die Verbindungsschrauben nach oben vorzusehen. Die Trennstelle muß daher in einem hinreichenden Abstand vom Pleuelkopf angeordnet sein. Weiterhin wird der Durchmesser des Pleuels im Bereich der Schrauverbindung groß, so daß nur ein verhältnismäßig geringer Winkel zwischen der Zylinderlängsachse und der Pleuellängsachse realisierbar ist, ohne daß der Pleuel im Bereich der Schraubverbindung an die Unterkante der Zylinderbuchse anstößt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebssichere, einfach montierbare, geringe bauliche Abmessungen aufweisende Schraubverbindung für einen mehrteiligen Pleuel zu schaffen, mit dem ausreichende Vorspannkräfte aufgebracht werden können, um die auftretenden Wechselbeanspruchungen sicher zu beherrschen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Pleuel bietet eine sehr kleine Kolbenausbauhöhe, da die Trennstelle unmittelbar unter dem Pleuelkopf angeordnet ist. Infolge der Verwendung einer Verbindungsmutter ist in diesem Bereich der Außendurchmesser des Pleuels klein. Bei einem vorgegebenen Hub ist daher der zulässige Winkel zwischen der Zylinderlängsachse und der Pleuellängsachse größer als bei der Anordnung nach der DD-PS 1 11 965. Das Pleuel kann daher kurz gehalten werden. Infolgedessen ergibt sich auch eine kleine Motorhöhe. Durch die im Vergleich zum Pleuel nach der DD-PS 1 11 965 geringe Masse der Teile der oberen Pleuelstangenverbindung ergeben sich auch kleinere rotierende und oszillierende Massenkräfte.

Mit dem erfindungsgemäßen Pleuel sind alle aufgabengemäßen Forderungen erfüllbar. Es ist bei kleinstmöglicher Kolbenausbauhöhe nach Lösen der Verbindungsmutter 23 ein Ausbau des Tauchkolbens aus dem Zylinder nach oben leicht möglich. Die Pleuelverbindung baut relativ kurz und im Durchmesser relativ klein, so daß ein großer Ausschlagwinkel erreicht und damit bei kleiner Pleuellänge und einem vorgegebenen Hub auch eine relativ kleine Motorbauhöhe möglich ist. Dadurch, daß die zweite Trennstelle des Pleuels und die Schraubverbindung der beiden Pleuelstangenteile relativ nahe zum Pleuelkopf hin liegt, treten während des Motorbetriebes in Folge des relativ kurzen Hebels auch relativ kleine rotierende und oszillierende Massenkräfte auf. Die Schraubverbindung für die beiden Pleuelstangenteile liegt außerdem außerhalb von Zündkrafteinflüssen. Das erfindungsgemäße Pleuel ist sehr robust gebaut und erlaubt deshalb die Übertragung größter Zünddrücke in der Größenordnung von über 150 bar. Bedingt durch die relativ kurze Länge des erfindungsgemäßen Pleuels erlaubt dieses auch die Realisierung eines größtmöglichen Hub-Bohrungsverhältnisses in Verbindung mit dem erreichten relativ großen Ausschlagwinkel und damit einen Langhubmotor, was wiederum günstige Motorwirkungsgrade ermöglicht.

Nachstehend sind Einzelheiten der erfindungsgemäßen Lösung und deren Vorteile anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein nach der Erfindung gestalteter Pleuel eines Großdieselmotors im Bereich der Verbindung der beiden Pleuelstangenteile,

Fig. 2 das Pleuel nach Fig. 1 in Gesamt-Seiten-Ansicht vor Verbindung der beiden Pleuelstangenteile und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Pleuels von Fig. 2 nach Verbindung der beiden Pleuelstangenteile.

In den Figuren ist ein mehrteiliger, das Verbindungsglied zwischen einer Kurbelwelle eines Großdieselmotors und einem Tauchkolben bildender Pleuel dargestellt und dort insgesamt mit 1 bezeichnet. Dieser Pleuel 1 ist im Bereich einer mit 2 bezeichneten ersten Trennstelle (siehe Fig. 3) im Bereich des Kurbelzapfenlagers geteilt. Dabei ist ein die untere Lagerhälfte 3 bildender Lagerdeckel mittels Spannschrauben 4 an einer oberen Lagerhälfte 5 befestigt, die an einem unteren Pleuelstangenteil 6 angeordnet ist.

Die Lagerhälften 3 und 5 des Pleuels 1 umfassen über eine in einer Querbohrung 7 eingesetzte, aus zwei Hälften bestehende Gleitlagerhülse 8 einen Kurbelzapfen 9 der des weiteren nicht dargestellten Kurbelwelle des Großdieselmotors. Die zweite, mit 10 bezeichnete Trennstelle des Pleuels 1 ist zwischen dem unteren Pleuelstangenteil 6 und einem oberen Pleuelstangenteil 11 vorgesehen. Der obere Pleuelstangenteil 11 trägt einen Kolbenbolzen über eine Gleitlagerbuchse 13 umfassenden Pleuelkopf 14. Die beiden Pleuelstangenteile 6 und 11 sind über eine nachstehend näher beschriebene Schraubverbindung verbunden. Beide Pleuelstangenteile 6 und 11 weisen an ihren einander zugewandten Stirnseiten plane, senkrecht zur Pleuellängsachse stehende Anlageflächen 15, 16 auf, über die die beiden Pleuelstangenteile 6 und 11 nach Anzug der Schraubverbindung aneinander anliegen.

Die zweite Trennstelle 10 des Pleuels 1 liegt - wie aus den Figuren ersichtlich - nahe beim Übergang von der Pleuelstange 6, 11 zum Pleuelkopf 14. Oberhalb der zweiten Pleuel-Trennstelle 10 ist etwas abgesetzt von dieser am oberen Pleuelstangenteil 11 ein erster, gegenüber dem Schaft 17 dieses Teiles durchmessergrößerer Bund 18 mit einem Außengewinde 19 vorhanden. Unterhalb der zweiten Pleuel-Trennstelle 10 ist etwas abgesetzt von dieser am unteren Pleuelstangenteil 6 ein zweiter, gegenüber dem Schaft 20 dieses Teiles durchmessergrößerer Bund 21 mit einem Außengewinde 22 vorhanden. Das Außengewinde 22 am Bund 21 weist eine andere Steigung als das Außengewinde 19 am Bund 18 auf.

Beide Pleuelstangenteile 6 und 11 sind durch eine Verbindungsmutter 23 lösbar miteinander verbunden. Die Verbindungsmutter 23 weist ein oberes Innengewinde 24 und ein davon durch einen Steg 25 getrenntes unteres Innengewinde 26 auf. Die Verbindungsmutter 23 greift dabei mit ihrem oberen Innengewinde 24 am Außengewinde 19 des oberen Bundes 18 und mit ihrem unteren Innengewinde 26 am Außengewinde 22 des unteren Bundes 21 an. Infolge der unterschiedlichen, jedoch drehsinngleichen Gewindesteigungen werden beim Anziehen der Verbindungsmutter 23 beide Pleuelstangenteile 6 und 11 aufeinander zu bewegt, bis diese mit ihren stirnseitigen Anlageflächen 15 und 16 aneinander zur Anlage kommen. Der zwischen den beiden Innengewinden 24 und 26 der Verbindungsmutter 23 angeordnete Steg 25 besitzt eine Wandstärke, die geringer als im Gewindebereich ist. Der Steg 25 bildet somit eine Dehnzone für die Gewährleistung einer auch im Motorbetrieb verbleibenden hohen Anpreßkraft bei einem vorgegebenen Anzugsmoment, mit der beide Pleuelstangenteile 6, 11 über ihre stirnseitigen Anlageflächen 15, 16 aneinander anpreßbar sind.

Um eine lagerichtige Zuordnung der beiden Pleuelstangenteile 6 und 11 während des Verbindungsvorganges und während des Betriebes zu gewährleisten, sind im Bereich der zweiten Pleuel-Trennstelle 10 Mittel zur Zentrierung und Verdrehsicherung der beiden Pleuelstangenteile 6 und 11 vorhanden.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Mittel zur Zentrierung beider Pleuelstangenteile 6, 11 an einem derselben, hier dem Pleuelstangenteil 6, ein zentrischer, die Anlagefläche 15 überragender Zentrierzapfen 27 (siehe Fig. 2) vorgesehen, der in eine am anderen Pleuelstangenteil, hier dem Pleuelstangenteil 11, vorhandene zentrische Sacklochbohrung 28 formschlüssig eingreift. Als Mittel zur Verdrehsicherung beider Pleuelstangenteile 6, 11 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel in beiden Pleuelstangenteilen 6, 11 exzentrische, zueinander fluchtende, achsparallele Sacklochbohrungen 29, 30 sowie ein in diese formschlüssig eingreifender Verdrehsicherungsstift 31 vorgesehen. Hierdurch ist gewährleistet, daß einerseits eine Durchgangsbohrung 32 für den Kolbenbolzen 12 und eine Druchgangsbohrung 33 für den Kurbelzapfen 9 achsparallel zueinander und andererseits plane Seitenflächen 34, 35 am Pleuelkopf 14 parallel zu Seitenflächen 36, 37 an der Pleuelstange 1 im Bereich des Kurbelzapfenlagers 3, 5 angeordnet sind.

Die Steigung des Außengewindes 19 am oberen Bund 18 und die Steigung des oberen Innengewindes 24 der Verbindungsmutter 23 sind um etwa 50% größer als die Steigung des Außengewindes 22 am Bund 21 und des unteren Innengewindes 26 der Verbindungsmutter 23. Im praktischen Fall können Feingewinde mit einer Steigung von 6 mm einerseits und 4 mm andererseits realisiert sein.

Vorteilhafterweise ist am unteren Pleuelstangenteil 6 unterhalb des Bundes 21 etwas abgesetzt von diesem ein demgegenüber etwas durchmessergrößerer Fangbund 38 für die Verbindungsmutter 23 vorgesehen. Dabei ist der Abstand zwischen der Unterseite 39 des Bundes 21 und der Oberseite 40 des Fangbundes 38 etwas größer als die axiale Länge des oberen Innengewindes 24 der Verbindungsmutter 23. Hierdurch ist gewährleistet, daß nach Lösen der Verbindungsmutter 23 und Abschrauben derselben soweit, bis diese am Fangbund 38 zur Anlage kommt - wie in Fig. 2 gezeigt - keine Gewindeverbindung mehr zwischen dem oberen Innengewinde 24 der Verbindungsmutter 23 und dem Außengewinde 19 am Bund 18 am oberen Pleuelstangenteil 11 besteht und damit der Tauchkolben samt oberen Pleuelstangenteil 6 durch den zugehörigen Zylinder nach oben aus diesem ausbaubar ist. Der Fangbund 38 ist mit Vorkehrungen, z. B. Flächen 41 (siehe Fig. 3), ausgestattet, die zum verdrehungsgesicherten Ansetzen eines Anziehwerkzeuges für die Verbindungsmutter 23 dienen. Die Verbindungsmutter 23 besitzt ebenfalls von außen zugängliche Vorkehrungen für ein formschlüssiges Ansetzen eins Anzieh- bzw. Lösewerkzeuges und eine schlupffreie Drehung.

Am Umfang des Pleuelkopfes 14 sowie an der Oberseite 40 des Fangbundes 38 können senkrecht zur Pleuellängsachse stehende Meßflächen 42, 43 vorgesehen sein, die zum Ansetzen eines Kontrollgerätes für ein Messen des Abstandes nach Anziehen bzw. Lösen der Verbindungsmutter 23 dienen.

In bevorzugter Ausgestaltung weisen sowohl der Bund 18 am oberen Pleuelstangenteil 11 als auch der Bund 21 am unteren Pleuelstangenteil 6 einen gleichen Außendurchmesser auf.

Der Fußkreisdurchmesser der beiden Außengewinde 19 und 22 besitzt eine Größe, die etwa dem 0,4fachen des Durchmessers des zugehörigen Tauchkolbens entspricht.

Die Verbindungsmutter 23 weist eine Länge auf, die etwa dem 0,4fachen des Durchmessers des zugehörigen Tauchkolbens entspricht. Der Außendurchmesser der Verbindungsmutter 23 besitzt eine Größe, die etwa dem 0,5- bis 0,6fachen des Durchmessers des zugehörigen Tauchkolbens entspricht.

Bei vollständig aneinander anliegenden Pleuelstangenteilen 6 und 11 sowie vollständig angezogener Verbindungsmutter 23 ist zwischen deren Unterkante 44 und der Mittelachse des Kolbenbolzens 12 ein Abstand gegeben, der etwa dem 0,8- bis 0,9fachen des Durchmessers des zugehörigen Tauchkolbens entspricht.

Claims

1. Mehrteiliges, das Verbindungsglied zwischen einer Kurbelwelle eines Großdieselmotors und einem Tauchkolben bildendes Pleuel,
mit einer ersten Trennstelle im Bereich des Kurbelzapfenlagers, wobei ein die untere Lagerhälfte bildender Lagerdeckel mittels Spannschrauben an einer oberen, am unteren Teil der zweiteiligen Pleuelstange angeordneten Lagerhälfte befestigt ist,
und mit einer zweiten nahe beim Übergang von der Pleuelstange zum Pleuelkopf liegenden Trennstelle, wobei der obere, den Pleuelkopf tragende Teil mit dem unteren Teil über eine zwei drehsinngleiche Außengewinde mit unterschiedlichen Steigungen an den beiden Teilen und eine die beiden Teile beim Anziehen aufeinander zu bewegende Verbindungsmutter aufweisende Schraubverbindung verbunden ist und beide Pleuelstangenteile über plane, senkrecht zur Pleuellängsachse stehende Anlageflächen miteinander in Verbindung stehen, sowie Einrichtungen zum Ansetzen von Montagewerkzeugen und zwischen den Pleuelstangenteilen Mittel zur Zentrierung und Verdrehsicherung vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß oberhalb der zweiten Trennstelle (10) etwas abgesetzt von dieser am oberen Pleuelstangenteil (11) ein erster, gegenüber dem Schaft (17) durchmessergrößerer Bund (18) mit dem einen Außengewinde (19) vorhanden ist,
daß unterhalb der zweiten Trennstelle (10) etwas abgesetzt von dieser am unteren Pleuelstangenteil (6) ein zweiter, gegenüber dem Schaft (20) durchmessergrößerer Bund (21) mit dem anderen Außengewinde (22) vorhanden ist,
daß die Verbindungsmutter (23) zwischen den beiden Innengewinden (24, 26) einen eine Dehnzone bildenden Steg (25) mit einer geringeren Wandstärke als im Gewindebereich aufweist und
mittels der Verbindungsmutter (23) die beiden stirnseitig fest an den Pleuelstangenteilen (6, 11) angeordneten Anlageflächen (15, 16) unter Vorspannung aneinander zur Anlage bringbar sind.

2. Mehrteiliges Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Außengewindes (19) am oberen Bund (18) um etwa 50% größer ist als die Steigung des Außengewindes (22) am unteren Bund (21).

3. Mehrteiliges Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Bund (18) am oberen Pleuelstangenteil (11) als auch der Bund (21) am unteren Pleuelstangenteil (6) einen gleichen Außendurchmesser aufweisen.

4. Mehrteiliges Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußkreisdurchmesser der beiden Außengewinde (19, 22) eine Größe besitzt, die etwa dem 0,4fachen des Durchmessers des zugehörigen Tauchkolbens entspricht.

5. Mehrteiliges Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmutter (23) eine Länge besitzt, die etwa dem 0,4fachen des Durchmessers des zugehörigen Tauchkolbens entspricht.

6. Mehrteiliges Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Verbindungsmutter (23) eine Größe besitzt, die etwa dem 0,5- bis 0,6fachen des Durchmessers des zugehörigen Tauchkolbens entspricht.

7. Mehrteiliges Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei vollständig aneinander anliegenden Pleuelstangenteilen (6, 11) und vollständig angezogener Verbindungsmutter (23) zwischen deren Unterkante (44) und der Mittelachse des den Pleuelkopf (14) durchsetzenden Kolbenbolzens (12) ein Abstand gegeben ist, der etwa dem 0,8- bis 0,9fachen des Durchmessers des zugehörigen Tauchkolbens entspricht.

8. Mehrteiliges Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zentrierung beider Pleuelstangenteile (6, 11) einen an einem derselben angebrachten zentrischen, die Anlagefläche (15 bzw. 16) überragenden Zentrierzapfen (27) und am anderen Pleuelstangenteil eine zentrische Sacklochbohrung (28), in die der Zentrierzapfen (27) formschlüssig eingreift, aufweisen, und daß die Mittel zur Verdrehsicherung beider Pleuelstangenteile (6, 11) in beiden Teilen angeordnete exzentrische, zueinander fluchtende, achsparallele Sacklochbohrungen (29, 30) sowie einen in diese formschlüssig eingreifenden Verdrehsicherungsstift (31) umfassen.

9. Mehrteiliges Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Pleuelstangenteil (6) unterhalb des unteren Bundes (21) etwas abgesetzt von diesem ein demgegenüber geringfügig durchmessergrößerer Fangbund (38) für die Verbindungsmutter (23) vorgesehen ist, wobei der Abstand zwischen Unterseite (39) des Bundes (21) und Oberseite (40) des Fangbundes (38) etwas größer als die axiale Länge des oberen Innengewindes (24) der Verbindungsmutter (23) ist, so daß nach Lösen der letzteren und Abschrauben derselben bis zum Fangbund (38) keine Gewindeverbindung mehr zwischen oberem Innengewinde (24) Verbindungsmutter (23) und Außengewinde (19) oberer Bund (18) besteht und dann der angeschlossene Tauchkolben samt oberen Pleuelstangenteil (11) durch den zugehörigen Zylinder nach oben aus letzterem ausbaubar ist.

10. Mehrteiliges Pleuel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangbund (38) mit Vorkehrungen, vorzugsweise Flächen (41) zum Ansetzen eines Anzieh- bzw. Lösewerkzeuges für die Verbindungsmutter (23) ausgestattet ist.

11. Mehrteiliges Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmutter (23) von außen zugängliche Vorkehrungen für ein formschlüssiges Ansetzen eines Drehgliedes eines Anzieh- bzw. Lösewerkzeuges und eine schlupffreie Übertragung der Drehbewegung beim Lösen oder Anziehen aufweist.

12. Mehrteiliges Pleuel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Pleuelkopfes (14) und an der Oberseite (40) des Fangbundes (38) senkrecht zur Pleuellängsachse stehende Meßflächen (42, 43) zum Ansetzen eines Kontrollgerätes für ein Messen des Abstandes nach Anziehen bzw. Lösen der Verbindungsmutter (23) vorhanden sind.