DE3814384A1 - Kolben-pleuel-verbindung bei brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolben-Pleuel-Ver­ bindung bei Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen Kolben-Pleuel-Verbindungen mit am großen Pleuelauge axial geführtem Pleuel muß im Hinblick auf die unvermeidlichen Herstellungstoleranzen ein axiales Spiel von mehreren Millimetern zwischen dem kleinen Pleuelauge und den Kolbenbolzenaugen am Kolben vorgesehen werden. Dieses unvermeidliche Axialspiel vergrößert den Abstand zwischen den Kolbenbolzenaugen und damit den Abstand zwischen den kolbenseitigen Lagerbüchsen des Kolbenbolzens. Dadurch entstehen bei Hochleistungs-Brennkraftmaschinen, insbesonders aufgeladenen Diesel-Brennkraftmaschinen mit Spitzendrücken von weit über 100 bar, Probleme hinsicht­ lich der Festigkeit des Kolbens. Um diese Probleme zu meistern, ist es bekannt (DE-PS 10 16 062), die einander zugekehrten Seitenflächen der Kolbenbolzenaugen stufen­ förmig auszubilden, derart, daß die Lagerfläche des Kolben­ bolzens in den Kolbenbolzenaugen auf der oberen Hälfte des Kolbenbolzens wesentlich größer ist als auf der unteren Hälfte, also der Abstand der einander zugewandten Seiten­ flächen der Kolbenbolzenaugen in der oberen Hälfte kleiner ist als in der unteren Hälfte. In entsprechen­ der Weise ist das kleine Pleuelauge und die in diesem angeordnete Lagerbüchse für den Kolbenbolzen ebenfalls stufenförmig ausgebildet. Obgleich bei dieser Konstruk­ tion die aufzunehmenden Kräfte beherrscht werden können, ergibt sich der Nachteil einer unrationellen Fertigung sowohl des Kolbens als auch des Pleuels durch die stufen­ förmige Ausbildung der einander gegenüberliegenden Flächen. Außerdem ergeben sich durch die unterschiedliche Breite der Lagerbüchse zwischen dem oberen Pleuelauge und dem Kolbenbolzen erhebliche Schmierprobleme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs­ gemäße Kolben-Pleuel-Verbindung zu schaffen, mit der ein kleiner Abstand zwischen den Lagerstellen des Kolbenbolzens in den Kolbenbolzenaugen in dem durch den Verbrennungsdruck beaufschlagten Bereich erreicht wird und die rationell hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das Merkmal a) wird die gleichzeitige Bearbeitung der Seitenflächen des großen und des kleinen Pleuel­ auges ermöglicht und eine sichere Auflage des Pleuels beim Einbringen der Kolbenbolzenbohrung gewährleistet. Durch die Abschrägung des kleinen Pleuelauges und dem entsprechenden Verlauf der einander zugewandten Seiten­ flächen der Kolbenbolzenaugen gemäß dem Merkmal b) wird in dem von dem Verbrennungsdruck beaufschlagten Bereich ein kleinstmöglicher Abstand zwischen den Lagerstellen des Kolbenbolzens in den Kolbenbolzenaugen ermöglicht. Dadurch, daß die dem kleinen Pleuelauge gegenüber­ liegenden Stirnflächen der Lagerbüchsen nicht dem Verlauf der Seitenflächen der Kolbenbolzenaugen fol­ gen sondern entsprechend dem Merkmal c) senkrecht zur Längsmittelachse der Kolbenbohrung verlaufen, können normale Lagerbüchsen verwendet werden, die nicht wie Lagerbüchsen mit einer schrägen Stirnfläche gegen Verdrehung in den Kolbenbolzenaugen gesichert werden müssen. Durch das Merkmal d) schließlich wird erreicht, daß trotz des Verlaufes der Stirnflächen der Lagerbüchsen gemäß Merkmal c) das notwendige Axialspiel zwischen dem kleinen Pleuelauge und dem Kolben gewahrt ist.

Es sei erwähnt, daß in der EP-PS 1 03 880 eine Kolben-Pleuel- Verbindung dargestellt ist, bei welcher die Dicke des kleinen Pleuelauges fortschreitend in Richtung auf den Kolben abnimmt, um so durch Verringerung der Länge und des Durchmessers des Kolbenbolzens das Gewicht des Kolbens zu verringern. Die Breite des großen Pleuel­ auges ist erheblich größer als die größte Breite des kleinen Pleuelauges. Dadurch gestaltet sich die Be­ arbeitung des Rohlings eines derartigen Pleuels sehr aufwendig, denn es sind keine miteinander fluchtenden Seitenflächen des kleinen und des großen Pleuelauges vorhanden, die gemeinsam bearbeitet und als Auflage bei der Einbringung der Kolbenbolzenbohrung verwendet werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Pleuels,

Fig. 2 die Verbindung des in Fig. 1 gezeigten Pleuels mit einem Kolben in Teilansicht und in stark vergrößertem Maßstab, wobei der Kolbenbolzen weggelassen ist, und

Fig. 3 eine Seitenansicht des kleinen Pleuelauges.

Das in Fig. 1 gezeigte Pleuel 1 ist mit seinem großen Pleuelauge 2 auf dem Kurbelzapfen einer nicht darge­ stellten Kurbelwelle axial zwischen den Kurbelwangen geführt. Das kleine Pleuelauge 3 ist mit einer Bohrung 4 zur Aufnahme eines nicht gezeigten Kolbenbolzens versehen, der in den aus Fig. 2 ersichtlichen Kolbenbolzenaugen 5 des nur teilweise dargestellten Kolbens 6 über Lager­ büchsen 7 gelagert ist.

Durch die axiale Führung des Pleuels 1 über das große Pleuelauge 2 muß zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen zwischen dem Pleuel 1 und dem Kolben 6 ein axiales Spiel von mehreren Millimetern vorgesehen werden. Um trotz dieses notwendigen Axialspiels den Abstand zwischen den Lagerbüchsen 7 so klein wie nur möglich zu halten und dadurch die Aufnahme hoher Verbrennungsdrücke zu er­ möglichen, ohne die Herstellung bzw. Bearbeitung des Pleuels zu erschweren, weisen die Seitenflächen des kleinen Pleuelauges 3 jeweils eine erste Fläche 8 auf, die mit der entsprechenden Seitenfläche 9 des großen Pleuelauges 2 fluchtet und sich über die Mittelachse 10 der Kolbenbolzenbohrung 4 hinaus bis zu der aus Fig. 3 ersichtlichen Linie 11 erstreckt und an die sich eine schräg nach innen in Richtung auf die Pleuel-Längs­ achse 12 verlaufende Schrägfläche 13 anschließt. Die dem kleinen Pleuelauge 3 gegenüberliegenden Seiten­ flächen der Kolbenbolzenaugen 5 verlaufen im wesent­ lichen parallel zu den Seitenflächen des kleinen Pleuel­ auges, setzen sich also ebenfalls aus einer senkrecht zur Mittelachse 10 der Kolbenbolzenbohrung 4 bzw. des nicht dargestellten Kolbenbolzens verlaufenden Fläche 14 und einer parallel zur Schrägfläche 13 verlaufenden Schrägfläche 15 zusammen, wobei allerdings die Linie 11′, von der die Schrägfläche 15 ausgeht, wegen der Pendel­ bewegung des Pleuels nicht mit der Linie 11 fluchtet, sondern etwa in der dargestellten Weise verläuft. Der Abstand zwischen den Seitenflächen des kleinen Pleuel­ auges 3 und den Seitenflächen der Kolbenbolzenaugen 5 entspricht dem erforderlichen Axialspiel.

Die Lagerbüchsen 7 in den Kolbenbolzenaugen 5 haben senkrecht zu ihrer Längsachse verlaufende Stirnflächen 16. Dadurch ergibt sich, daß die Lagerbüchsen 7 wegen des beschriebenen Verlaufs der Seitenflächen der Kolben­ bolzenaugen 5 über einen beträchtlichen Teil ihres Um­ fanges von den Lageraugen 5 vorstehen, wie dies aus Fig. 2 bei 18 ersichtlich ist. Um trotzdem das erforder­ liche Axialspiel einhalten zu können, sind in den Seiten­ flächen des kleinen Pleuelauges 8 die Kolbenbolzen­ bohrung 4 umgebende Ansenkungen 19 vorgesehen, deren Durchmesser etwas größer sind als die Außendurchmesser der Lagerbüchsen 7 und deren Tiefe mindestens so groß ist wie das halbe Axialspiel zwischen dem Pleuel 1 und dem Kolben 6, so daß die Lagerbüchsen 7 mit ihren von den Kolbenbolzenaugen 5 vorstehenden Stirnflächen 16 in diese Ansenkungen 19 eintauchen können, wenn sich der Kolben 6 relativ zum Pleuel 1 entsprechend seit­ lich verschiebt.

In die Kolbenbolzenbohrung 4 des kleinen Pleuelauges 3 ist eine Lagerbüchse 20 für den Kolbenbolzen einge­ setzt, deren Breite in etwa der kleinsten Länge der Kolbenbolzenbohrung 4 entspricht und entsprechend den auftretenden Gas- und Fliehkraftbeanspruchungen aus­ gelegt ist. Obgleich die Länge der Kolbenbolzenbohrung 4, bedingt durch die Abschrägung 13, nach unten zu, d.h. zum großen Pleuelauge 2 hin größer wird, ist die Breite der Lagerbüchse 20 gleichbleibend, was ferti­ gungstechnische Vorteile bietet und eine zuverlässige Schmierung ermöglicht.

Die Abschrägungen 13 der Stirnflächen des kleinen Pleuel­ auges 3 gehen von der Linie 11 aus, die zwischen der Mittelachse 10 der Kolbenbolzenbohrung und dem freien Ende 21 des kleinen Pleuelauges 3 liegt. Dadurch wird eine sichere Auflage des Pleuels 1 erreicht, wenn die Kolbenbolzenbohrung 4 eingebracht wird. Vorzugsweise liegt diese Linie 11 im ersten Drittel des Abstandes zwischen der Längsmittelachse 10 der Kolbenbolzen­ bohrung 4 und dem freien Ende 21 des kleinen Pleuel­ auges 3.

Claims (4)

1. Kolben-Pleuelverbindung bei Brennkraftmaschinen, bei der das Pleuel (1) mit seinem großen Pleuelauge (2) auf dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle axial zwischen den Kurbelwangen geführt ist und das kleine Pleuel­ auge (3) mit einer Bohrung (4) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens versehen ist, der in Kolbenbolzen­ augen (5) des Kolbens (6) über Lagerbüchsen (7) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Seitenflächen (8, 13) des kleinen Pleuel­ auges (3) mindestens bis zur Mittelachse (10) der Kolbenbolzenbohrung (4) mit den Seitenflächen (9) des großen Pleuelauges fluchten und von da an zum freien Ende (21) des kleinen Pleuelauges (3) hin schräg nach innen in Richtung auf die Pleuel- Längsachse (12) verlaufen,
• - daß die dem kleinen Pleuelauge (3) gegenüberliegen­ den Seitenflächen (14, 15) der Kolbenbolzenaugen (5) des Kolbens (6) im wesentlichen parallel zu den Seitenflächen des kleinen Pleuelauges (3) verlaufen,
• - daß die dem kleinen Pleuelauge (3) gegenüberliegen­ den Stirnflächen (16) der Lagerbüchsen (7) senk­ recht zu ihren Längsmittelachsen verlaufen und
• - daß in den mit den Seitenflächen (9) des großen Pleuelauges (2) fluchtenden Abschnitten (8) der Seitenflächen des kleinen Pleuelauges (3) die Kolben­ bolzenbohrung (4) umgebende Ansenkungen (18) vorge­ sehen sind, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Lagerbüchsen (7) und deren Tiefe mindestens so groß ist wie das halbe Axialspiel zwischen dem Pleuel (1) und dem Kolben (6) .

2. Kolben-Pleuel-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung (13) der Stirn­ flächen des kleinen Pleuelauges (3) von einer Stelle (11) zwischen der Längsmittelachse (10) der Kolben­ bolzenbohrung (4) und dem freien Ende (21) des kleinen Pleuelauges (3) ausgeht.

3. Kolben-Pleuelverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle (11), von der die Ab­ schrägung (13) ausgeht, im ersten Drittel des Ab­ standes zwischen der Längsmittelachse (10) der Kolbenbolzenbohrung (4) und dem freien Ende (21) des kleinen Pleuelauges (3) liegt.

4. Kolben-Pleuelverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kolben­ bolzenbohrung (4) des kleinen Pleuelauges (3) eine Lagerbüchse (20) eingesetzt ist, deren gleichbleibende Breite in etwa der kleinsten Länge der Kolbenbolzen­ bohrung (4) entspricht.