DE3733982A1 - Trapezoidal connecting rod - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Pleuel-Verbindung für Kolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piston-connecting rod connection for Piston engines, especially internal combustion engines according to the Preamble of claim 1.
Bei modernen Brennkraftmaschinen mit hohen Verbrennungs spitzendrücken und relativ niedriger Nenndrehzahl sind die auf die Kolben-Pleuel-Verbindung wirkenden Druckkräfte deutlich höher als die massenkraftbedingten Zugkräfte. Diesem Sachverhalt trägt die heute weit verbreitete Aus bildung des Pleuels als sogenanntes Trapezpleuel Rech nung.In modern internal combustion engines with high combustion peak presses and relatively low nominal speed are the compressive forces acting on the piston-connecting rod connection significantly higher than the tensile forces caused by the mass force. Today's widespread answer to this issue formation of the connecting rod as a so-called trapezoidal connecting rod nung.
Ein Trapezpleuel entsteht aus einem normalen "Parallel"- Pleuel durch Abschrägen der Seitenflächen des kleinen Pleuelauges zum kolbenseitigen Ende der Pleuelstange hin. Dadurch bleibt die druckaufnehmende Lagerfläche des klei nen Pleuelauges im wesentlichen unverändert, während des sen zugkraftaufnehmende Lagerfläche deutlich verkleinert wird.A trapezoidal connecting rod arises from a normal "parallel" - Conrod by chamfering the side surfaces of the small one Connecting rod eye towards the piston end of the connecting rod. This keeps the pressure-bearing surface of the klei NEN connecting rod eye essentially unchanged during the sen traction-bearing area significantly reduced becomes.
Die Kolbenbolzenaugen sind der veränderten Kontur des kleinen Pleuelauges angepaßt, wodurch deren druckaufneh mende Lagerflächen entsprechend vergrößert werden. Bei gleicher Flächenpressung kann der Kolbenbolzen entspre chend verkürzt werden. Außerdem tritt eine teilweise Über deckung der druckaufnehmenden Lagerflächen von Kolbenbol zenaugen und kleinem Pleuelauge ein, wodurch die Biegebe anspruchung des Kolbenbolzens gesenkt wird und dieser schwächer dimensioniert werden kann. Ein verkürzter, schwächer dimensionierter und damit leichterer Kolbenbol zen ermöglicht ein leichteres Triebwerk und damit einen leichteren Motor.The piston pin eyes are the changed contour of the adapted to the small connecting rod eye, causing their pressure to be absorbed increasing storage areas are increased accordingly. At the piston pin can correspond to the same surface pressure be shortened accordingly. In addition, a partial over occurs coverage of the piston bol's pressure-bearing surfaces eyes and a small connecting rod eye, causing the bending stress on the piston pin is reduced and this can be dimensioned weaker. A shortened weaker dimensioned and therefore lighter piston pin Zen enables a lighter engine and therefore one lighter engine.
Diese Vorteile des Trapezpleuels werden jedoch teilweise wieder aufgehoben durch die bei der Schwenkbewegung des Pleuels auftretende scheinbare Verbreiterung des kleinen Pleuelauges im Bereich der Medianebene des Kolbenbolzens. Der notwendige Freiraum zwischen den zugeordneten Seiten flächen von Kolbenbolzenaugen und kleinem Pleuelauge muß entweder durch einen größeren Abstand zwischen den Seiten flächen von Kolbenbolzenauge und kleinem Pleuelauge ge schaffen werden oder durch geringere Schräge des kleinen Pleuelauges bzw. der Kolbenbolzenaugen. Beide Maßnahmen vermindern die wirksame Lagerfläche bzw. deren Überdeckung.However, these advantages of the trapezoidal connecting rod are partial canceled by the swiveling movement of the Connecting rods appearing widening of the small one Connecting rod eye in the area of the median plane of the piston pin. The necessary space between the assigned pages areas of piston pin eyes and small connecting rod eyes either by a larger distance between the pages areas of the piston pin eye and small connecting rod eye be created or by lower slope of the small one Connecting rod eyes or the piston pin eyes. Both measures reduce the effective storage area or its coverage.
Ein weiterer Nachteil des Trapezpleuels besteht darin, daß beim Ansenken der in der senkrechten Aufsicht elliptischen Form der Lager- bzw. Lagerbuchsen-Bohrung des kleinen Pleuelauges eine ungleich breite Ansenkfase entsteht.Another disadvantage of the trapezoidal connecting rod is that when lowering the elliptical in the vertical view Shape of the bearing or bearing bush bore of the small one Conrod eyes have an unevenly wide chamfer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trapezpleuel zu schaffen, das bei Sicherstellung des für die Schwenkbe wegung benötigten Freiraumes die gewünschte große Lager fläche des kleinen Pleuelauges und der Kolbenbolzenaugen zur Aufnahme der auftretenden Druck- und Zugkräfte auf weist, das außerdem eine möglichst große Überdeckung der druckbeanspruchten Lagerflächen des kleinen Pleuelauges und der Kolbenbolzenaugen verwirklicht und das eine gleichmäßige Anfasung der Lager- bzw. Lagerbuchsen-Bohrung des kleinen Pleuelauges ermöglicht.The invention has for its object a trapezoidal connecting rod to create that while ensuring that for the Schwenkbe the required large warehouse area of the small connecting rod eye and the piston pin eyes to absorb the pressure and tensile forces that occur indicates that also the greatest possible coverage of the bearing surfaces of the small connecting rod eye under pressure and the piston pin eyes realized and the one Uniform chamfering of the bearing or bearing bush bore of the small connecting rod eye.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Die Seitenflächen des kleinen Pleuel auges und der Kolbenbolzenaugen können doppelt oder ein fach gekrümmt sein, und zwar konvex oder konkav. Dadurch werden diese im Bereich der Meridianebene des Kolbenbol zens gegenüber dessen Scheitelbereichen zurückgenommen. Damit wird an gewünschter Stelle Raum für die Schwenkbewe gung des Pleuels gewonnen, ohne die für die Lagerbelastung entscheidenden Lagerflächen und ohne die für die Biegebe anspruchung des Kolbenbolzens entscheidende Lagerüber deckung zu vermindern. Außerdem ist eine Vergleichmäßigung der Ansenkfase der Lagerbohrung des kleinen Pleuelauges möglich.This task is carried out by the characteristic part of the Claim 1 solved. The side faces of the small connecting rod eyes and the piston pin eyes can be double or one be curved, convex or concave. Thereby these are in the area of the meridian plane of the piston pin zens withdrawn from its apex. This creates space for the swivel movement at the desired location The connecting rod won without the bearing load crucial storage areas and without those for bending stress on the piston pin decisive bearing reduce coverage. There is also an equalization the countersink chamfer of the bearing bore of the small connecting rod eye possible.
Anspruch 2 beschreibt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, wodurch die Seitenflächen des kleinen Pleuel auges ohne Mehrkosten im Vergleich zum Parallelpleuel geräumt werden können. Die Seitenflächen der Kolbenbolzen augen können ebenfalls kostenneutral in der gewünschten Form gegossen werden.Claim 2 describes an advantageous development of Invention whereby the side surfaces of the small connecting rod eye without additional costs compared to the parallel connecting rod can be cleared. The side faces of the piston pins eyes can also be cost-neutral in the desired Mold to be cast.
Die Anordnung nach Anspruch 3 bietet den Vorteil, daß die Kanten der Lagerbohrung bzw. der Lagerbüchse des kleinen Pleuelauges gleichmäßig angefast werden.The arrangement according to claim 3 offers the advantage that the Edges of the bearing bore or the bearing bush of the small one Conrod eyes are chamfered evenly.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 gestattet, zugleich den erforderlichen Bewegungsfreiraum und die gleichmäßige Ansenkung des kleinen Pleuelauges zu verwirklichen.The advantageous embodiment of the invention according to claim 4 allowed, at the same time the necessary freedom of movement and the even lowering of the small connecting rod eye realize.
Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist sichergestellt, daß der auf Zug beanspruchte Teil des kleinen Pleuelauges und der Kolbenbolzenaugen einen größt möglichen Querschnitt aufweist.Through the development of the invention according to claim 5 ensured that the part of the small connecting rod eyes and the piston pin eyes one largest possible cross section.
Die Ausbildung der Seitenflächen des kleinen Pleuelauges nach Anspruch 6 bietet den Vorteil eine Form des Zugbandes des kleinen Pleuelauges, die durch keine Kerbstelle ge schwächt ist.The formation of the side surfaces of the small connecting rod eye according to claim 6 offers the advantage of a shape of the drawstring of the small connecting rod eye, which ge through no notch is weak.
Die Anordnung nach Anspruch 7 gestattet die zum Bearbeiten der Bohrung des kleinen und großen Pleuelauges vorteil hafte Bearbeitungs-Auflage, wie sie beim Parallelpleuel üblich ist, auch beim Trapezpleuel anzuwenden.The arrangement according to claim 7 allows for editing the bore of the small and large connecting rod eye Adherent machining support, as is the case with parallel connecting rods It is common to also use the trapezoidal connecting rod.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungs beispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:Further features of the invention result from the fol ing description and the drawing, in the execution examples of the invention are shown. Show it:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Kolben-Pleuel-Verbin dung mit kleinem Pleuelauge, dessen Seitenflächen zylindrisch-konkav gekrümmt sind; Figure 1 is a partial section through a piston-connecting rod connec tion with a small connecting rod eye, the side surfaces are cylindrical-concave curved.
Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Kolben-Pleuel-Verbin dung mit kleinem Pleuelauge, dessen Seitenflächen eben sind; Figure 2 is a partial section through a piston-connecting rod connec tion with a small connecting rod eye, the side surfaces are flat.
Fig. 3 einen Schnitt durch das kleine Pleuelauge mit Lager buchse, die angesenkt ist. Fig. 3 shows a section through the small connecting rod eye with bearing bush, which is countersunk.
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Zylindereinheit. Fig. 4 shows a section through a cylinder unit.
In Fig. 1 ist die Kolben-Pleuel-Verbindung, bestehend aus dem kleinen Pleuelauge 1 und den Kolbenbolzenaugen 2, ohne Kolbenbolzen dargestellt. Die linke, geschnittene Hälfte 3 des kleinen Pleuelauges 1 befindet sich in gerader Posi tion, die rechte, nicht geschnittene Hälfte 4 in Stellung maximaler Ausschwenkung des Pleuels 8. Die Seitenflächen 5 a des kleinen Pleuelauges 1 sind einfach zylindrisch-konkav gekrümmt, während die Seitenflächen 6 der Kolbenbolzenaugen 2 eben sind. Die Seitenflächen 5 a und 6 stehen bei gerader Position des kleinen Pleuelauges 1 senkrecht auf der Zeichenebene. Die Krümmung der Seiten flächen 5 a des kleinen Pleuelauges 1 wurde so gewählt, daß der zulässige Abstand a zwischen den Seitenflächen 5 a und 6 der rechten Hälfte 4 des kleinen Pleuelauges 1 in der Stellung maximaler Ausschwenkung des Pleuels 8 dargestellt nirgends unterschritten wird.In Fig. 1 the piston-connecting rod connection, consisting of the small connecting rod eye 1 and the piston pin eyes 2 , is shown without piston pin. The left, cut half 3 of the small connecting rod eye 1 is in a straight position, the right, not cut half 4 in the position of maximum pivoting out of the connecting rod 8 . The side surfaces 5 a of the small connecting rod eye 1 are simply cylindrically concave, while the side surfaces 6 of the piston pin eyes 2 are flat. The side surfaces 5 a and 6 are perpendicular to the plane of the drawing when the small connecting rod eye 1 is in a straight position. The curvature of the side surfaces 5 a of the small connecting rod eye 1 was chosen so that the permissible distance a between the side surfaces 5 a and 6 of the right half 4 of the small connecting rod eye 1 in the position of the maximum pivoting out of the connecting rod 8 is never exceeded.
In gerader Position 3 des kleinen Pleuelauges 1 besteht im Bereich der Meridianebene des Kolbenbolzens ein Abstand b zwischen den Seitenflächen 5 a und 6, während im Bereich des oberen und unteren Scheitels des Kolbenbolzens unver ändert der Mindestabstand a zwischen den Seitenflächen 5 a und 6 bestehen bleibt. Damit ist die Lagerbreite des klei nen Pleuelauges 1 im Bereich der Scheitelpartien, die am höchsten beanspruchten sind, erhalten und wird nur im Bereich der gering belasteten Meridianpartie verringert.In a straight position 3 of the small connecting rod eye 1 there is a distance b between the side surfaces 5 a and 6 in the area of the meridian plane of the piston pin, while in the area of the upper and lower crown of the piston pin the minimum distance a between the side surfaces 5 a and 6 remains unchanged . The bearing width of the small connecting rod eye 1 is thus obtained in the region of the apex parts that are most stressed and is only reduced in the region of the lightly loaded meridian part.
Im Falle der üblicherweise ebenen Seitenflächen von Kol benbolzenaugen und kleinem Pleuelauge müßte der vergrößer te Abstand b überall zwischen den Seitenflächen 5 und 6 bestehen. Demnach wird durch die erfindungsgemäße Krümmung mindesens eines der zugeordneten Seitenflächen die Breite des Pleuelaugenlagers um die Differenz der Abstände b und a verbreitert. Um das gleiche Maß wird die Überdeckung der Druckseiten von Pleuelaugen- und Kolbenbolzenlager ver größert und dadurch das Biegemoment im Kolbenbolzen ver kleinert.In the case of the usually flat side surfaces of Kol benbolzenaugen and small connecting rod eye, the enlarged te distance b should exist anywhere between the side surfaces 5 and 6 . Accordingly, the curvature according to the invention widens the width of the connecting rod eye bearing by at least one of the associated side faces by the difference between the distances b and a . The overlap of the pressure sides of the connecting rod and piston pin bearings is increased by the same amount, thereby reducing the bending moment in the piston pin.
Aus Fig. 1 geht ebenfalls hervor, daß die nicht gekrümmten Abschnitte der Seitenflächen 5 a des kleinen Pleuelauges 1 und der Seitenflächen 6 der Kolbenbolzenaugen 2 parallel zur Bewegungsebene der Pleuelstange 8 angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß der auf Zug beanspruchte Teil des kleinen Pleuelauges 1 und der Kolbenbolzenaugen 2 im jeweiligen Scheitelbereich einen größtmöglichen Quer schnitt aufweist.From Fig. 1 also shows that the non-curved portions of the side surfaces 5 a of the small connecting rod eye 1 and the side surfaces 6 of the piston pin eyes 2 are arranged parallel to the plane of movement of the connecting rod 8 . It is thereby achieved that the claimed train on part of the small connecting rod 1 and the piston pin bosses 2 in the respective apex portion having a maximum cross-section.
In Fig. 2 ist ebenfalls das kleine Pleuelauge 1 in gerader Position 3 geschnitten und in maximaler Schwenkposition 4 in Ansicht dargestellt. Die Seitenflächen 5 des kleinen Pleuelauges 1 sind in diesem Fall eben, während die Sei tenflächen 6 a der Kolbenbolzenaugen 2 einfach zylin drisch-konkav gekrümmt sind. Auch hier wurde der Krüm mungsradius so gewählt, daß der Mindestabstand a zwischen den Seitenflächen 5 und 6 a bei maximalem Ausschwenken des Pleuels 8 an keiner Stelle unterschritten wird. Die daraus folgenden Gewinne an Lagerbreite der Kolbenbolzenlager und an Überdeckung der Druckflächen von Pleuelaugen- und Kol benbolzenlagern entsprechen denen in Fig. 1 dargestellten.In Fig. 2, the small connecting rod eye 1 is also cut in a straight position 3 and shown in the maximum pivot position 4 in view. The side faces 5 of the small connecting rod eye 1 are flat in this case, while the side faces 6 a of the piston pin eyes 2 are simply cylindrically curved concave. Here too, the radius of curvature was chosen so that the minimum distance a between the side surfaces 5 and 6 a is not exceeded at any point when the connecting rod 8 is pivoted out to the maximum. The resulting gains in the bearing width of the piston pin bearing and coverage of the pressure surfaces of connecting rod and Kol benbolzenlager correspond to those shown in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt das kleine Pleuelauge 1 im Schnitt mit einer ebenen Seitenfläche 5 und einer gekrümmten Seitenfläche 5 a. Der Krümmungsradius wurde so gewählt, daß die Ansenk fase 9 a am gesamten Lagerumfang gleich breit ist. Im Ge gensatz dazu ist die Ansenkfase 9 bei der ebenen Seiten fläche 5 ungleich breit. Das ist eine Folge der ellipti schen Form der Lagerkante, die im Bereich der kleinen Achse der Ellipse tiefer angesenkt wird, als der in der Schnittebene liegenden großen Achse der Ellipse. Fig. 3 shows the small connecting rod eye 1 in section with a flat side surface 5 and a curved side surface 5 a . The radius of curvature was chosen so that the countersink chamfer 9 a is the same width over the entire circumference of the bearing. In contrast, the countersink 9 at the flat side surface 5 is unevenly wide. This is a consequence of the elliptical shape of the bearing edge, which is lowered deeper in the area of the small axis of the ellipse than the large axis of the ellipse lying in the cutting plane.
Sollte der zur Erzielung einer gleichmäßigen Ansenkfase erforderliche Krümmungsradius der Seitenflächen 5 a des kleinen Pleuelauges 1 nicht ausreichen, bei maximaler Ausschwenkung des Pleuels 8 den erforderlichen Mindestab stand a zwischen den Seitenflächen zu gewährleisten, so kann die noch erforderliche Krümmung als einfach-konkave oder erforderlichenfalls auch als einfach-konvexe Zylin derkrümmung in die Seitenflächen der Kolbenbolzenaugen gelegt werden. Somit können beide Forderungen, nämlich gleicher Mindestabstand der Seitenflächen bei maximaler Ausschwenkung des Pleuels 8 und gleich breite Ansenkfase des Lagers des kleinen Pleuelauges 1 durch die erfindungs gemäßen Maßnahmen zugleich verwirklicht werden.If the radius of curvature of the side faces 5 a of the small connecting rod eye 1 required to achieve a uniform countersink bevel is not sufficient to guarantee the required minimum distance a between the side faces 8 when the connecting rod 8 is swiveled out to the maximum, then the curvature still required can be a simple concave or, if necessary, also be placed as a single convex cylinder curvature in the side surfaces of the piston pin eyes. Thus, both requirements, namely the same minimum distance between the side surfaces with maximum pivoting of the connecting rod 8 and the same wide chamfer of the bearing of the small connecting rod eye 1 can be realized at the same time by the measures according to the invention.
Aus der rechten Schnitthälfte von Fig. 3 ist ersichtlich, daß der zylindrisch-konkav gekrümmte Teil der Seitenfläche 5 a übergangslos in den dem Schaft der Pleuelstange 8 fern liegenden, nicht gekrümmten Abschnitt der Seitenfläche 5 a übergeht. Dadurch wird eine gute, kerbspannungsfreie Ein leitung der Zugkräfte in den schmalen Scheitelbereich des kleinen Pleuelauges 1 erreicht.From the right half of the section of Fig. 3 it can be seen that the cylindrical-concave curved part of the side surface 5 a seamlessly remote in the shank of the connecting rod 8, not curved portion of the side surface 5a passes. As a result, a good, notch-stress-free transmission of the tensile forces into the narrow apex area of the small connecting rod eye 1 is achieved.
In Fig. 4 ist ein Teil einer Zylindereinheit geschnitten dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die dem Schaft der Pleuelstange 8 nächstliegenden, nicht gekrümmten Abschnit te der Seitenflächen des kleinen Pleuelauges 1 in der Ebene der zugehörigen Seitenflächen des großen Pleuelauges 7 liegen. Sie bilden damit eine vorteilhafte, dem Paral lelpleuel entsprechende Bearbeitungsauflage für das Bohren des kleinen und großen Pleuelauges.In FIG. 4, a portion of a cylinder unit is shown in section. It can be seen that the closest to the shaft of the connecting rod 8 , not curved portions of the side faces of the small connecting rod eye 1 lie in the plane of the associated side faces of the large connecting rod eye 7 . They thus form an advantageous machining support for drilling the small and large connecting rod eyes, corresponding to the parallel connecting rod.
Claims (7)
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