DE3813854A1

DE3813854A1 - Connecting rod with a pressure body and a strap retainer

Info

Publication number: DE3813854A1
Application number: DE19883813854
Authority: DE
Inventors: Eugen Bochskanl; Franz Maier; Willibald Birzl; Andreas Luedtke; Dieter Zink; Edgar Heck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1988-04-23
Filing date: 1988-04-23
Publication date: 1989-11-02

Abstract

In the case of a connecting rod with a strap retainer, the tightening device for the strap retainer is manufactured from a memorious alloy. The tightening device is designed in such a way that assembly before heating to the transition temperature is a simple matter and does not require additional holding elements for the tightening device after the structural transformation. The superelastic effect of memorious alloys is advantageously exploited at the same time.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise in der gattungsbildenden DE 33 13 365 A, aber auch in der DE 35 42 071 A oder der DE 34 16 011 C beschrieben ist.The invention relates to a connecting rod according to the Preamble of claim 1, as for example in the generic DE 33 13 365 A, but also in the DE 35 42 071 A or DE 34 16 011 C is described.

Insbesondere im Rahmen von Leichtbaumaßnahmen finden derartige Pleuelstangen zunehmenden Einsatz. Keramische oder Faserverbund-Werkstoffe bilden dabei einen Druck körper zur Aufnahme der zwischen den beiden Pleuelaugen übertragenen Druckkräfte, während die auftretenden Zugkräfte von einem beispielsweise ebenfalls aus Faser verbundwerkstoffen oder auch aus Stahl gefertigten, vorzugsweise die gesamten Pleuelstange umhüllenden Spannband aufgenommen werden. Dazu muß diesem Spannband eine gewisse Vorspannung aufgeprägt werden, welche beispielsweise mittels eines Druckstückes oder einer Spannhülse, welche ihrerseits durch Stifte oder Schrau ben mit dem Druckkörper verbunden sind, aufgebracht wird. Alternativ ist ein sogenanntes Injektionspleuel bekanntgeworden, bei welchem zwischen Druckkörper und Spannband eine Kammer vorgesehen ist, welche durch Einspritzen einer plastischen Masse eine Volumenver größerung erfährt und somit die erforderliche Vorspan nung des Spannbandes erzeugt. Especially in the context of lightweight construction such connecting rods increasing use. Ceramic or fiber composite materials form a pressure body to accommodate the between the two connecting rod eyes transmitted pressure forces while the occurring Tensile forces from a fiber, for example composite materials or also made of steel, preferably enveloping the entire connecting rod Tension strap can be included. This must be this strap a certain preload is applied, which for example by means of a pressure piece or Adapter sleeve, which in turn by pins or screw ben connected to the pressure body, applied becomes. Alternatively, there is a so-called injection rod became known, in which between the pressure body and A strap is provided through a chamber Injecting a plastic mass a volume ver experienced enlargement and thus the required preload voltage of the strap.

Jene bekannten Spannvorrichtungen können jedoch nicht voll befriedigen. Zum einen ist die Spannung im Spann band stark von den Maßabweichungen der Einzelteile abhängig. Diese Maßabweichungen ergeben sich dabei aus Bauteiltoleranzen, aber auch aus Wärmedehnungen und Setzerscheinungen. Da die Vorspannung entsprechend dem ungünstigsten Fall gewählt werden muß und dabei durch Wärmedehnung noch weiter ansteigen kann, wird das Spannband meistenfalls unnötig stark beansprucht. Darüber hinaus benötigen die bekannten Spannhülsen zusätzliche Sicherungselemente, welche aufgrund der erforderlichen Verbindung mit dem Druckkörper in diesem nicht nur Kerbspannungen verursachen, sondern auch den Kraftfluß sowohl im Spannband als auch im Druckkörper empfindlich stören und darüber hinaus das Gewicht einer gattungsgemäßen Pleuelstange erheblich vergrößern.However, those known tensioners cannot fully satisfy. First, there is tension in the instep tied strongly from the dimensional deviations of the individual parts dependent. These dimensional deviations result from Component tolerances, but also from thermal expansion and Signs of settlement. Since the preload corresponds to that worst case must be chosen and by Thermal expansion can increase even further, it will Tension straps mostly unnecessarily stressed. In addition, the known adapter sleeves are required additional security elements, which due to the required connection with the pressure body in this not only cause notch stresses, but also that Power flow both in the tension band and in the pressure body and disturb the weight of a person Enlarge the connecting rod of the generic type considerably.

Beim sogenannten Injektionspleuel besteht zum einen die Gefahr eines Spannungsverlustes durch Relaxation der plastischen Masse, zum anderen ist der Fügevorgang nicht reversibel.On the one hand, there is the so-called injection-rod Risk of loss of tension due to relaxation of the plastic mass, on the other hand, the joining process is not reversible.

Aufgabe der Erfindung ist es, an einer gattungsgemäßen Pleuelstange Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer ein einfaches, reversibles sowie gewichtsoptimiertes Spannen des Spannbandes möglich ist.The object of the invention is to a generic Connecting rod to demonstrate measures with the help of which one simple, reversible and weight-optimized clamping of the strap is possible.

Zur Lösung der Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebenen Merkmale vorgesehen; vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen beschreiben die Unteransprüche.To solve the problem are those in the characterizing part of the features specified in the first claim; advantageous training and development describe the Subclaims.

Ist die Spannvorrichtung im wesentlichen aus einer Memory-Legierung gefertigt, so ist durch Ausnutzung des Memory-Effektes eine einfache Montage der im martensi tischen Zustand, d. h. vor Erwärmung auf die Sprung temperatur nahezu keine Vorspannung auf das Spannband aufbringenden Spannvorrichtung möglich. Bei Erwärmung auf den Sprungtemperaturbereich nimmt die Spannvorrich tung dann die zum Aufbringen der Vorspannkraft vorge sehene Form bzw. maßhaltige Ausdehnung an. Vorteilhaf terweise zeichnen sich Memory-Legierungen darüber hinaus durch ein superelastisches Verhalten aus. Dies bedeutet, daß innerhalb eines bestimmten Dehnungsbereiches einer aus dieser Legierung gefertigten Spannvorrichtung die von der Spannvorrichtung auf das Spannband übertragene Kraft unverändert bleibt. Jener sogenannte superelasti sche Bereich eignet sich somit hervorragend zum Aus gleich von Maßabweichungen in einer erfindungsgemäßen Pleuelstange, welche sich wie oben erläutert insbeson dere durch Toleranzen, Wärmedehnungen und Setzerschei nungen einstellen.Is the jig essentially of one Memory alloy is manufactured by using the Memory effects a simple assembly of the martensi table condition, d. H. before warming up on the jump temperature almost no pretension on the strap applying clamping device possible. When warming the tensioning device takes on the step temperature range then the pre-applied to apply the preload seen shape or dimensionally accurate expansion. Advantageous Memory alloys also excel through a super elastic behavior. This means, that within a certain stretch range made of this alloy the clamping device transferred from the tensioning device to the tensioning band Force remains unchanged. That so-called superelasti The area is therefore ideal for off equal to dimensional deviations in an inventive Connecting rod, which is particularly as explained above due to tolerances, thermal expansions and setters settings.

Im einzelnen ist eine erfindungsgemäß aus einer Memory- Legierung gefertigte Spannvorrichtung in prinzipiell verschiedenartigen Ausführungsvarianten realisierbar. Dabei wird jeweils sowohl die Aufgabe gelöst, als auch die genannten Vorteile erzielt.In detail, according to the invention, a memory Alloy made jig in principle Different types of designs can be implemented. Both the task is solved as well achieved the advantages mentioned.

Beispielsweise ist es möglich, eine der gattungsbilden den DE 33 13 365 A ähnliche Spannhülse in einer Memory- Legierung zu fertigen. Diese kann wie bislang üblich befestigt sein. Stützt sich jedoch die Spannhülse im Betriebszustand an zumindest einem Vorsprung entweder des Druckkörpers oder des Spannbandes ab, so ist es möglich, die Spannhülse derart zu gestalten, daß sie im martensitischen Zustand über jenen Vorsprung auf die erfindungsgemäße Pleuelstange aufschiebbar ist. Ist dabei das Spannband im Bereich der Spannhülse von dem Druckkörper beabstandet, so sind die bereits oben angesprochenen Maßabweichungen der Einzelteile ohne Beeinflussung der tatsächlichen Spannkraft ausgleichbar, da die Spannhülse aufgrund des superelastischen Effektes innerhalb des superelastischen Bereiches bei variabler Dehnung stets eine konstante Spannkraft auf das Spann band aufbringt.For example, it is possible to use one of the generic types DE 33 13 365 A similar sleeve in a memory To manufacture alloy. As usual, this can be done be attached. However, the adapter sleeve is supported in the Operating condition on at least one ledge either of the pressure body or the tensioning strap, so it is possible to design the adapter sleeve so that it in martensitic state over that head start on the connecting rod according to the invention can be pushed on. Is thereby the clamping band in the area of the clamping sleeve from the Pressure bodies spaced, so they are already above mentioned dimensional deviations of the individual parts without Influence on the actual clamping force can be compensated, because the adapter sleeve due to the super elastic effect within the super elastic range with variable Elongation always a constant tension force on the tension band applies.

Alternativ ist es möglich, die aus einer Memory-Legie rung gefertigte Spannvorrichtung als ein zwischen Druckkörper und Spannband angeordnetes Spannelement auszubilden. Auch hier bringt die durch die Temperatur änderung hervorgerufene Formänderung des Spannelementes auf das Spannband die erforderliche Spannkraft auf. Wenngleich jene Lösung ähnlich ist dem in der DE 34 16 011 C gezeigten Injektionspleuel, so ist sie dennoch von erfinderischem Gehalt und weist darüber hinaus den Vorteil auf, daß keine separate mit einer plastischen Masse zu füllende Druckkammer erforderlich ist.Alternatively, it is possible to use a memory alloy tion manufactured jig as an intermediate Pressure element and clamping band arranged clamping element to train. Here, too, brings the temperature Change caused change in shape of the clamping element the required clamping force on the strap. Although that solution is similar to that in DE 34 16 011 C. shown connecting rod, it is still from inventive content and also has the Advantage on that no separate with a plastic Mass pressure chamber to be filled is required.

Nach Anspruch 5 ist es aber auch möglich, das Spannband in Zugkraftrichtung in zumindest zwei hintereinander angeordnete Teilbänder zu unterteilen, welche durch die Spannvorrichtung miteinander verbunden sind. In diesem Falle kann die Spannvorrichtung selbst bandartig ausge bildet und mit den Enden der beiden Teilbänder bei spielsweise durch Explosionsschweißung verbunden sein. Alternativ ist es möglich, eines der beiden Teilbänder selbst als bandförmige Spannvorrichtung auszubilden. Durch gezielten Einsatz des Memory-Effektes ist es auch hier wieder möglich, das Spannband in martensitischem Zustand der Memory-Legierung auf einfache Weise zu montieren, wohingegen nach Erwärmung auf den Sprungtem peraturbereich die erfindungsgemäße Spannvorrichtung dem Spannband die erforderliche Vorspannkraft aufprägt. Auch hierbei tritt der weitere Vorteil des superelastischen Effektes wieder deutlich zum Vorschein.According to claim 5, it is also possible, the strap in the tensile force direction in at least two in a row arranged sub-bands to subdivide by the Clamping device are connected to each other. In this Trap the tensioning device itself out like a band forms and with the ends of the two subbands for example, be connected by explosion welding. Alternatively, it is possible to use one of the two subbands train themselves as a band-shaped tensioning device. Through the targeted use of the memory effect, it is too again possible here, the strap in martensitic Condition of the memory alloy in a simple way assemble, whereas after warming up to the jump temp temperature range the tensioning device according to the invention Tensioning strap impresses the required pretensioning force. Also here comes the further advantage of the super elastic Effects clearly appear again.

Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier nur skiz zenhaft dargestellter Ausführungsbeispiele näher be schrieben. Im einzelnen zeigt: In the following, the invention is only sketched on the basis of three examples shown in a Zen manner wrote. In detail shows:

Fig. 1 eine Pleuelstange nach Anspruch 3, Fig. 1 a connecting rod according to claim 3,

Fig. 2 die Ansicht X aus Fig. 1, sowie Fig. 2 shows the view X from Fig. 1, and

Fig. 3 eine Pleuelstange mit zwei Spannvorrichtungen nach den Ansprüchen 4 und 5. Fig. 3, a connecting rod with two tensioning devices according to claims 4 and 5.

Eine in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Pleuelstange besteht jeweils aus den beiden Pleuelaugenteilen 2, 3, einem dazwischen angeordneten Druckkörper 4, sowie einem den Druckkörper umhüllenden Spannband 5. Während der Druckkörper 4 insbesondere zur Aufnahme von zwischen den beiden Pleuelaugenteilen 2, 3 übertragenen Druckkräften ausgelegt ist, dient das Spannband 5 zur Aufnahme von Zugkräften. Dazu muß diesem Spannband 5 bei der Montage jedoch eine gewisse Vorspannung aufgeprägt werden. Zu diesem Zwecke ist eine allgemein mit 6 bezeichnete Spannvorrichtung vorgesehen.A connecting rod denoted in its entirety by 1 each consists of the two connecting rod eye parts 2 , 3 , a pressure element 4 arranged between them, and a tension band 5 enveloping the pressure element. While the pressure element 4 is designed in particular to absorb pressure forces transmitted between the two connecting rod eye parts 2 , 3 , the tensioning band 5 serves to absorb tensile forces. For this purpose, however, this tension band 5 must be subjected to a certain preload during assembly. For this purpose, a tensioning device, generally designated 6, is provided.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausfüh rungsbeispiel ist diese Spannvorrichtung 6 als Spann hülse ausgebildet, welche bei der Montage vom kleinen Pleuelaugenteil 2 in Richtung des großen Pleuelaugen teiles 3 auf die Pleuelstange 1 aufgeschoben wird und somit das zunächst relativ locker den Druckkörper 4 umschlingende Spannband 5 unter Vorspannung setzt. Erfindungsgemäß ist jene Spannhülse (Spannvorrichtung 6) aus einer Memory-Legierung gefertigt, so daß sie bei der Montage in martensitischem Zustand auch über die am Druckkörper 4 abseits des Spannbandes 5 vorgesehenen Vorsprünge 7 a, 7 b geschoben werden kann. Alternativ ist es auch möglich, den mit 7 c, 7 d bezeichneten, lediglich grob skizzierten Vorsprung am Spannband 5 selbst vorzu sehen. Bei Erwärmung auf die Sprungtemperatur dagegen verformt sich die Spannhülse derart, daß sie unter Einwirkung der dann herrschenden Vorspannkraft im Spannband 5 unverrückbar an den Vorsprüngen 7 a, 7 b bzw. 7 c, 7 d anliegt. Somit erübrigen sich aufgrund des Memory-Effektes weitere Befestigungselemente für eine derartige Spannhülse. Da das Spannband 5 darüber hinaus im Bereich der Spannhülse (Spannvorrichtung 6) vom Druckkörper 4 beabstandet ist und die Spannhülse auf grund ihres Materials ein superelastisches Verhalten zeigt, ist unabhängig von Maßabweichungen innerhalb eines Toleranzbandes der Pleuelstange 1 stets eine annähernd konstante Spannkraft sichergestellt. Wie bereits oben erläutert, zeichnet sich das superelasti sche Verhalten durch eine innerhalb eines bestimmten Dehnungsbereiches nahezu konstante Reaktionskraft aus. Dies bedeutet aber auch, daß dem Spannband 5 innerhalb jenes Bereiches eine nahezu konstante Spannkraft auf geprägt wird. Da zusätzlich im Bereich der Spannvor richtung 6 das Spannband 5 nicht auf dem Druckkörper 4 aufliegt, es also sozusagen "frei atmen" kann, gewähr leistet diese Anordnung unabhängig von toleranz- oder wärmedehnungsbedingten Maßabweichungen stets eine annähernd konstante Vorspannkraft im Spannband 5.In the first embodiment shown in FIGS . 1 and 2, this clamping device 6 is designed as a clamping sleeve, which is pushed onto the connecting rod 1 during assembly from the small connecting rod eye part 2 in the direction of the large connecting rod eye part 3 and thus initially relatively loosely Pressure body 4 wrapping strap 5 sets under tension. According to the invention, that clamping sleeve (clamping device 6 ) is made of a memory alloy, so that it can also be pushed over the projections 7 a , 7 b provided on the pressure element 4 off the clamping band 5 during assembly in the martensitic state. Alternatively, it is also possible to see the projection, designated by 7 c , 7 d , which is only roughly sketched, on the tension band 5 itself. When heated to the transition temperature, however, the clamping sleeve deforms such that it rests immovably on the projections 7 a , 7 b and 7 c , 7 d in the clamping band 5 under the action of the then prevailing biasing force. Because of the memory effect, additional fastening elements for such an adapter sleeve are therefore unnecessary. Since the tensioning band 5 is also spaced from the pressure body 4 in the area of the tensioning sleeve (tensioning device 6 ) and the tensioning sleeve exhibits super-elastic behavior due to its material, an approximately constant tensioning force is always ensured regardless of dimensional deviations within a tolerance band of the connecting rod 1 . As already explained above, the superelastic behavior is characterized by an almost constant reaction force within a certain expansion range. However, this also means that the clamping band 5 is embossed with an almost constant clamping force within that range. In addition, since in the area of Spannvor the tensioning band 5 device 6 is not on the pressure body 4 rests, thus "breathe freely" so to speak, can guarantee this arrangement provides independent of tolerance or thermal expansion dimensional deviations always an approximately constant biasing force in the clamping band. 5

Zwei weitere bevorzugte Ausgestaltungen von erfindungs gemäß ausgebildeten Spannelementen sind gemeinsam in Fig. 3 dargestellt. Wenngleich bevorzugt nur eine einzige erfindungsgemäße Spannvorrichtung verwendet wird, so kann es in speziellen Anwendungsfällen dennoch empfehlenswert sein, mehrere erfindungsgemäße Spannvor richtungen miteinander zu kombinieren.Two further preferred embodiments of tensioning elements designed according to the invention are shown together in FIG. 3. Although preferably only a single tensioning device according to the invention is used, it can nevertheless be advisable in special applications to combine a plurality of tensioning devices according to the invention with one another.

Fig. 3 zeigt im Bereich des großen Pleuelaugenteiles 3 eine Spannvorrichtung 6 a gemäß Anspruch 4. Diese Spann vorrichtung 6 a ist als ein zwischen Pleuelaugenteil 3 sowie Spannband 5 angeordnetes Spannelement ausgebildet, welches in martensitischem Zustand einfach zwischen Pleuelaugenteil 3 und Spannband 5 gelegt werden kann, bei Erwärmung auf Sprungtemperatur jedoch seine Form derart ändert, daß dem Spannband 5 eine ausreichende Vorspannung aufgeprägt wird. Vorteilhafterweise kommt auch in dieser Ausgestaltung der bereits oben erläuterte superelastische Effekt voll zum Tragen. Fig. 3 shows in the region of the large Pleuelaugenteiles 3 a tensioning device 6a according to claim 4. Device This Spann 6 a is formed as a valve disposed between Pleuelaugenteil 3 and strap 5 clamping element which can be simply placed in a martensitic state between Pleuelaugenteil 3 and strap 5 , when heated to the transition temperature, however, changes its shape in such a way that sufficient tension is applied to the tensioning strap 5 . Advantageously, the superelastic effect already explained above also comes into its own in this embodiment.

Mit 6 b, 6 c ist eine gemäß Anspruch 5 ausgebildete Spannvorrichtung bezeichnet. Dazu ist das Spannband in zwei in Zugkraftrichtung hintereinander angeordnete Teilbänder 5 a, 5 b unterteilt, welche durch die bandartig ausgebildeten Spannvorrichtungen 6 b, 6 c miteinander verbunden sind. Auch hier sind die Spannvorrichtungen 6 b, 6 c wieder aus einer Memory-Legierung gefertigt, so daß sowohl der zur Lösung der Aufgabe erforderliche Memory-Effekt als auch der zusätzlich vorteilhafte superelastische Effekt ausgenutzt werden können. Die Verbindung zwischen den Teilbändern 5 a, 5 b sowie den Spannvorrichtungen 6 b, 6 c kann dabei auf verschieden artige Weise erfolgen, bevorzugt wird jedoch das Ex plosionsschweißverfahren. 6 b , 6 c denotes a tensioning device designed according to claim 5. For this purpose, the clamping band is divided into two sub-bands 5 a , 5 b arranged one behind the other in the direction of the tensile force, which are connected to one another by the band-like clamping devices 6 b , 6 c . Here, too, the clamping devices 6 b , 6 c are again made of a memory alloy, so that both the memory effect required to solve the task and the additionally advantageous superelastic effect can be used. The connection between the sub-bands 5 a , 5 b and the tensioning devices 6 b , 6 c can be made in various ways, but the explosion welding method is preferred.

Neben den bereits genannten Vorteilen zeichnen sich sämtliche erfindungsgemäßen Lösungen durch niedriges Gewicht aus und haben darüber hinaus den Vorteil, daß im Spannband 5 keinerlei Wechselkraftanteile auftreten.In addition to the advantages already mentioned, all of the solutions according to the invention are notable for their low weight and also have the advantage that no alternating force components occur in the tension band 5 .

Claims

1. connecting rod with a pressure element and at least one tensioning belt that wraps around it and thereby absorbs tensile forces, with a tensioning device, characterized in that the tensioning device ( 6 ) is essentially made of a memory alloy.

2. connecting rod according to claim 1 with a clamping band ( 5 ) substantially transverse to the clamping direction encompassing clamping sleeve, characterized in that the clamping sleeve is supported in the operating state on at least one projection ( 7 ) of the pressure body ( 4 ) or the clamping band ( 5 ) .

3. connecting rod according to claim 2, characterized in that the clamping band ( 5 ) in the region of the clamping sleeve from the pressure body ( 4 ) is spaced.

4. Connecting rod according to claim 1, characterized in that the tensioning device ( 6 ) is designed as a tensioning element arranged between the pressure element ( 4 ) and tensioning band ( 5 ).

5. Connecting rod according to claim 1, characterized in that the clamping band ( 5 ) is divided into at least two sub-bands arranged one behind the other in the direction of the tensile force ( 5 a , 5 b ), which are connected to one another by the clamping device ( 6 b , 6 c ).

6. Connecting rod according to claim 1, characterized in that the clamping band ( 5 ) is divided into at least two sub-bands arranged one behind the other in the direction of the tensile force ( 5 a , 5 b ), one of which represents the band-shaped clamping device.