DE3627767A1 - Gebautes pleuel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein gebautes Pleuel gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Aus einem druckbeanspruchten Pleuelschaft und einem diesen mit Hubzapfenauge und Kolbenbolzenauge umschlingenden endlosen metallenen Schlaufenband bestehende gebaute Pleuel sind aus der EP-Patentanmeldung 00 68 424, F 16C 7/00, grundsätzlich bekannt. Dort wird das endlose Schlaufenband auf den mit den Augen versehenen Pleuelschaft aufgeschrumpft.

Eine Konstruktion, bei der mehrere, dort aus Faserverbundwerkstoff bestehende Schlaufenbänder den Pleuelschaft einschließlich des Kolbenbolzens umschlingen, ist aus der DE-OS 33 26 467, F 16J 1/16, in der Weise bekannt, daß das am Pleuel­ schaft vorgesehene Kolbenbolzenauge den Bolzen nicht vollständig umschlingt, sondern lediglich eine Abstützung für diesen vorsieht. Gegen diese Abstützung wird der Kolbenbolzen, der im übrigen den Kolbenboden zwecks praktisch biege­ momentenfreier Abstützung berührt, durch die beiden Schlaufenbänder gezogen. Für die Schlaufenbänder sind im Bereich der Bodenberührung des Kolbenbolzens im Kolbenboden Vertiefungen vorgesehen, die in nachteiliger Weise eine verhältnismäßig "tiefe" Lage der Achse des Kolbenbolzens und damit der Schwenkachse des Pleuels bedingen. Man ist aber daran interessiert, diese Achse möglichst hoch zu legen, um die im Betrieb vom Pleuel auf den Kolben übertragenen Querkräfte möglichst klein zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gebautes Pleuel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Wahrung seiner Vorteile - Aufteilung der Druck­ und Zugkräfte auf getrennte Bestandteile, nämlich Pleuelschaft und Schlaufenband, geringes Gewicht - dahingehend zu verbessern, daß die beschriebene Schwenkachse zur Minimierung der auf den Kolben wirkenden Querkräfte weiter nach "oben", d.h. bei einer Brennkraftmaschine weiter in Richtung auf den jeweiligen Brennraum, verlegt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

In Abkehr vom Stand der Technik, bei dem - siehe die europäische Patentanmeldung - im Pleuelschaft ein allseits geschlossenes Hubzapfenauge vorgesehen und von dem Schlaufenband umschlungen ist, so daß das Pleuel in Richtung auf den Kolben relativ große Materialstärken aufweist, und in Abweichung von der Konstruktion nach der zitierten Offenlegungsschrift, bei der die Materialstärke des Kolbenbodens durch die Tiefe der zur Unterbringung der Schlaufenbänder vorgesehenen Nuten vergrößert wird, nutzt die Erfindung also einen Oberflächenbereich des Schlaufenbands zur Gewinnung des druckübertragenden (oberen) Bestandteils des definierten Schwenk­ lagers aus, so daß der Kolbenbolzen lediglich zur Übertragung der Massenkräfte, die den vom Kolben ausgeübten Druckkräften entgegengerichtet sind, ausgelegt und gestaltet zu werden braucht. Im Querschnitt liegen demgemäß der erwähnte gekrümmte Oberflächenbereich des Schlaufenbands und der zur Übertragung der Massenkräfte dienende Bereich des Kolbenbolzens auf einem Kreisbogen.

Da demgemäß irgendwelche Nuten oder dergleichen im Kolbenboden zur druckkraft­ freien Aufnahme des Schlaufenbandes fortfallen, das Schlaufenband ferner relativ flach gestaltet werden kann, ist es möglich, gegenüber dem zitierten Stand der Technik die Achse des Schwenklagers unter relativ dünnwandiger Ausbildung des Kolbenbodens hoch zu legen.

Um zum Spannen des Schlaufenbands relativ schwierig durchzuführende Schrumpfpro­ zesse zu vermeiden, sehen Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 5 bis 8 die Anordnung von Spannvorrichtungen vor, die auf der dem Hubzapfenauge bezüglich des Kolbenbolzens abgewendeten Seite des Pleuelschafts angeordnet sind und demgemäß in vorteilhafter Weise über eine Verlagerung des Schwerpunkts des Pleuelschafts in dieser Richtung zur Verringerung des oszillierenden Massenanteils beitragen. Die in den Ansprüchen 6 bis 9 beschriebenen Konstruktionen dafür lassen sich auch bei anderen Pleuelausführungen einsetzen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführung,

Fig. 2 eine Stirnansicht einer zweiten Ausführung,

Fig. 3 eine Teilseitenansicht einer dritten Ausführung und

Fig. 4 die in Fig. 3 bei IV-IV angedeutete Schnittansicht wiedergeben.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man in dieser Seitenansicht vor allem das in allen Ausführungsbeispielen als zugfestes Metallband ausgeführte Schlaufen­ band 1, das den gesamten Pleuelschaft, von dem in dieser Figur nur das Hubzapfen­ auge 2 erkennbar ist, sowie den Kolbenbolzen 3 umschlingt. Der Kolben ist bei 4 angedeutet; er besitzt nach innen weisende Lagerfortsätze 5 und 6 für den unteren, im Querschnitt auf einen Kreisbogen um die Schwenkachse 7 verlaufenden Oberflächen­ bereich des Kolbenbolzens 3. Diese Lagerung dient zur Übertragung der Massenkräfte des Kolbens 4 bei seinen Abwärtsbewegungen, die von der das Hubzapfenauge 2 durchsetzenden Kurbelwelle ausgelöst werden.

Der Kolbenbolzen 3 stützt sich nicht direkt auf dem Kolbenboden 8 ab, sondern über den entsprechend oberflächenbearbeiteten Bereich 9 des Schlaufenbands 1, der auf demselben Kreisbogen um die Schwenklagerachse 7 liegt wie das die Bereiche 5 und 6 enthaltende andere Lager. Damit überträgt dieser obere Bereich 9 des Schlaufenbands 1 auf den Kolbenbolzen nicht nur vom Kurbelzapfen ausgehende Zugkräfte, sondern zugleich die im Betrieb vom Kolben ausgeübten Druckkräfte auf den Kolbenschaft, so daß zwecks Gewichtsersparnis der Kolbenbolzen 3 beispiels­ weise in der gezeichneten Weise eine von der Zylinderform abweichende Form erhalten kann.

Wie im einzelnen noch anhand Fig. 2 erläutert wird, kann es zweckmäßig sein, zwecks Erhalts eines schlanken Pleuels mittels eines Formstücks 10 das Schlaufenband gegen die entsprechend gestalteten Seitenwangen des Pleuelschafts zu ziehen.

Betrachtet man nun Fig. 2, so ist dort bei 20 der Pleuelschaft erkennbar, der bei 21 eine schalenartige Stützfläche für den Kolbenbolzen 22 bildet und zusammen mit der Lagerbrücke 23 an seinem in der Figur unteren Ende ein geteiltes Hubzapfen­ auge 24 darstellt. Auch hier ist der Kolbenbolzen 22 entsprechend der Konstruktion nach Fig. 1 zur Übertragung der Massenkräfte an seinem in der Figur unteren Bereich am Kolben 25 abgestützt, von dem in Fig. 2 nur der Kolbenboden 26 gezeichnet ist. Ebenfalls in Übereinstimmung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 erfolgt die Übertragung der vom Kolben 25 ausgeübten Druckkräfte auf das Pleuel mittels der am Kolbenboden 26 vorgesehenen Lager- oder Lauffläche 27 auf den Pleuelschaft über den oberen Bereich des Schlaufenbands 29. Die äußere Oberfläche 28 des Bereichs und damit auch die Kontur des Lagerbereichs 27 liegt auf einem Kreisbogen um die zugleich die Schwenklagerachse darstellende Achse 30 des Kolbenbolzens 22.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erkennt man wiederum ein Formstück 31, das dazu dient, zwecks Erzielung eines schlanken Pleuels die seitlichen Bereiche des Schlaufenbands 29 gegen die Seitenwangen des Pleuelschafts 20 zu ziehen, die gegenüber dem Hubzapfenauge 24 eingezogen sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein "offenes" Schlaufenband 29 verwendet, dessen Enden 32 und 33 in dem einen Bestandteil einer Spannvorrichtung 34 bildenden, brückenartigen Bauteil 35 festgelegt sind. Stell- oder Spannschrauben 36 und 37 stützen das Bauteil 35 an der Lagerbrücke 23 und damit am Pleuelschaft ab; mit ihrer Hilfe läßt sich demgemäß eine vorgegebene Spannung im Schlaufenband 29 einstellen. Damit bietet diese Konstruktion die Möglichkeit, die Montage des Pleuels mit einem entspannten Schlaufenband vorzunehmen und anschließend die vorgegebene Spannung einzustellen sowie gegebenenfalls im Betrieb nachzustellen oder anzupassen. Irgendwelche komplizierten, insbesondere in der Serienfertigung kritischen Schrumpfprozesse werden vermieden.

Dieser Vorteil gilt auch für die in den Fig. 3 und 4 beschriebenen Konstruktion mit einem endlosen Schlaufenband 40. Auch hier erkennt man die Spannvorrichtung 41 mit dem in diesem Ausführungsbeispiel vom Schlaufenband 40 außen umschlungenen brückenartigen Bauteil 42, das sich über Stell- oder Spannschrauben 43 und 44 an der Lagerbrücke 45 des im übrigen nicht dargestellten Hubzapfenauges abstützt.

Die als Druckschrauben eingesetzten Spannschrauben 43 und 44 sind mit Sollbruchstellen 46 und 47 versehen, die dafür sorgen, daß bei Erreichen des vorgegebenen Spannungs­ wertes im Schlaufenband 40 die Schraubenköpfe abreißen und dadurch der Spannungs­ wert fixiert wird.

Das Vorsehen derartiger Spannvorrichtungen 37 bzw. 41 hat nicht nur Vorteile hinsichtlich der Montage, sondern auch hinsichtlich des Betriebsverhaltens des Pleuels, da die Masse der Spannvorrichtung den Massenmittelpunkt des Pleuels in den Figuren in Richtung nach unten verlegt und damit den oszillierenden Massen­ anteil verringert. Dies ist ein Vorteil, der zu dem grundsätzlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion hinzukommt, nämlich der Möglichkeit einer "hohen" Lage der Schwenkachse 7 oder 30 im Bereich des Kolbenbodens.

Claims (9)

1. Gebautes Pleuel mit einem im wesentlichen druckbeanspruchten, sich zwischen einem Kolbenbolzen, der einen Bestandteil eines Schwenklagers bildet, und einem Hubzapfenauge erstreckenden Pleuelschaft und einem im wesentlichen zugbeanspruchten, den Kolbenbolzen und das Hubzapfenauge umschlingenden, zumindest bereichsweise metallenen Schlaufenband, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlaufenband (29) mit einem metallenen äußeren gekrümmten Oberflächen­ bereich (28) den Druckkräfte übertragenden Bestandteil des Schwenklagers bildet und der Kolbenbolzen (22) nur den Druckkräften entgegengerichtete Massenkräfte überträgt.

2. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbereich (28) feinbearbeitet ist.

3. Pleuel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlaufenband (29) ein Metallband ist.

4. Pleuel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlaufenband (29) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, der an dem Oberflächenbereich (28) metallbewehrt ist.

5. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kolbenbolzen (22) abgewendeten Seite des Hubzapfenauges (24) eine Spannvorrichtung (34) für das Schlaufenband (29) angeordnet ist.

6. Gebautes Pleuel mit einem im wesentlichen druckbeanspruchten, sich zwischen einem Kolbenbolzen, der einen Bestandteil eines Schwenklagers bildet, und einem Hubzapfenauge erstreckenden Pleuelschaft und einem im wesentlichen zugbeanspruchten, den Kolben­ bolzen und das Hubzapfenauge umschlingenden, zumindest bereichsweise metallenen Schlaufenband, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kolbenbolzen (22) abgewendeten Seite des Hub-Zapfenauges (24) eine Spannvorrichtung (34) für das Schlaufenband (29) angeordnet ist, die ein mit diesem in formschlüssiger Verbindung stehendes, sich über Stellschrauben (36, 37) am eigentlichen Pleuel abstützendes Bauteil (35) enthält.

7. Pleuel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem endlosen Schlaufen­ band (40) dieses auch das Bauteil (42) einseitig umschließt.

8. Pleuel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Bauteil (35) die Enden (32, 33) des Schlaufenbandes (29) festgelegt sind.

9. Pleuel nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellschrauben (43, 44) mit Sollbruchstellen (46, 47) solcher Auslegung versehen sind, daß bei Erreichen eines vorgegebenen Spannungswertes im Schlaufenband (40) die Schraubenköpfe abreißen.