DE3933103A1 - Pleuel, insbesondere leichtmetallpleuel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pleuel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wie beispielsweise in der DE-OS 36 27 767 ausgeführt, ist es für das Betriebsverhalten eines Pleuels günstig, durch Vergrößerung seiner Massenanteile auf der bezüglich des Kolbenbolzenlagers abgekehrten Seite des großen Pleuelauges den Schwerpunkt des Pleuels möglichst "tief" zu legen. Durch diese Maßnahme wird der oszillierende Massen­ anteil des Pleuels verringert, was eine Reduzierung der aus den Massenkräften resul­ tierenden Momente zweiter Ordnung zur folge hat. Dies wiederum bedeutet eine erheb­ liche Verminderung des Vibrationsniveaus an den Lagern der mit dem Pleuel ausgerüste­ ten Maschine, wobei vornehmlich an eine ein Kraftfahrzeug antreibende Brennkraftma­ schine gedacht ist.

Der zitierte Stand der Technik bezieht sich auf den Sonderfall eines gebauten Pleuels mit einem einen Pleuelschaft umschlingenden, nur zugbeanspruchten Spannband und ei­ ner brückenartigen, die beschriebene Verlagerung des Schwerpunkts des Pleuels begün­ stigenden Spannvorrichtung für das Spannband. Die Reduzierung der Momente zweiter Ordnung ist also lediglich eine Nebenwirkung der Spannvorrichtung. Den Zusammenhalt zwischen den verschiedenen Bestandteilen des bekannten Pleuels einschließlich der Spannvorrichtung besorgt dasselbe Element, nämlich das Spannband.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Pleuel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem der Pleuellagerdeckel eigene Befestigungsmittel am Pleuel­ schaft aufweist, eine Möglichkeit zur Reduzierung der Momente zweiter Ordnung zu schaffen, ohne daß in den grundlegenden Aufbau des Pleuels eingegriffen oder die vor­ nehmlich unter festigkeitsgesichtspunkten erfolgende Materialwahl für seine verschie­ denen Bestandteile beeinträchtigt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteran­ sprüche.

Zum einen ermöglicht die Erfindung in vorteilhafter Weise die Verwendung von Werk­ stoffen für die verschiedenen Bestandteile des Pleuels, insbesondere für Pleuelschaft und Lagerdeckel, die für die Beanspruchungen in diesen Teilen besonders günstig sind. Zum anderen vermeidet die Erfindung durch Vorsehen separater Befestigungsmittel für die Ausgleichsmasse eine insbesondere für die Standzeit des Pleuels nachteilige Beein­ flussung der Befestigungen des Lagerdeckels. Üblicherweise erfolgt die Befestigung des Lagerdeckels mittels Schrauben, und es hat sich gezeigt, daß eine Vergrößerung der An­ zahl der Trennfugen im Zuge einer Schraubverbindung, also im vorliegenden Falle durch Bildung einer zusätzlichen Trennfuge zwischen Pleuellagerdeckel und Ausgleichsmasse bei Verwendung der Befestigungsschrauben des Pleuellagerdeckels auch für die Halterung der Ausgleichsmasse, zu Setzerscheinungen führen kann, die die Festigkeit der Schraub­ verbindung beeinträchtigt.

Die Erfindung ermöglicht mithin eine Reduzierung der Momente zweiter Ordnung auch dann, wenn ein Leichtmetallpleuel vorliegt, also beispielsweise ein Aluminiumpleuel­ schaft mit keramischer Langfaserverstärkung und ein Pleuellagerdeckel aus hoch festem Leichtbauwerkstoff, gegebenenfalls auch einem Aluminiumwerkstoff. Die Ausgleichs­ masse kann aus einem Schwermetall oder Stahl bestehen.

Was die Fertigung anbelangt, so können bereits existierende Pleuel leicht mit der Aus­ gleichsmasse nachgerüstet werden. Da in den Aufbau des eigentlichen Pleuels durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen praktisch nicht eingegriffen wird, kann das Pleuel mit bereits vorhandenen Maschinen und Fertigungsstraßen montiert werden. Zum Montieren der Ausgleichsmasse müssen die Fertigungsanlagen gegebenenfalls ergänzt werden. Die Ausführung der Erfindung gemäß Anspruch 6 gestattet die Herstellung aller Schraubver­ bindungen von einer Seite des Pleuels.

Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Axialschnitte bzw. Stirnansichten wiedergeben.

Die wesentlichen Bestandteile des Pleuels in Fig. 1 sind der Pleuelschaft 1, beispiels­ weise ein Aluminiumpleuelschaft mit keramischer Langfaserverstärkung, und der Pleuel­ lagerdeckel 2, der aus einem anderen Werkstoff, vornehmlich einem hochfesten Leicht­ bauwerkstoff, bestehen kann. Man erkennt bei 3 das Kolbenbolzenauge und bei 4 das große Pleuelauge, das einen Kurbelzapfen einer nicht dargestellten Kurbelwelle um­ schließt. Der Pleuellagerdeckel 2 ist in an sich bekannter Weise mittels Schrauben 5 befestigt, die unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften der Schrauben, insbe­ sondere der Streckgrenze, mit einem vorgegebenen Drehmoment angezogen sind.

Zur Reduzierung der durch die oszillierenden Massenkräfte hervorgerufenen Momente durch Verlagerung des Pleuelschwerpunkts in den Figuren nach unten ist auf der Außen­ seite der Pleuellagerbrücke 2 die Ausgleichsmasse 6 aus einem schweren Werkstoff, bei­ spielsweise Stahl, in Fig. 1 durch Schrauben 7 befestigt, also durch Befestigungsmittel, die zusätzlich zu den Befestigungsmitteln 5 für den Pleuellagerdeckel 2 vorhanden sind. Demgemäß wird die Anzahl der Trennfugen im Zuge der Befestigungsschrauben 5 nicht vergrößert, so daß keine zusätzlichen Setzerscheinungen eintreten. Außerdem bietet die Lösung die Möglichkeit des nachträglichen Ansetzens der Ausgleichsmasse 6 beispiels­ weise bei bereits bestehenden Pleueln oder aber einen Austausch der Ausgleichsmassen zur Optimierung der angestrebten Ausgleichswirkung.

Bei 8 ist in Fig. 1 eine Führung bzw. Zentrierung für die Ausgleichsmasse 6 angedeu­ tet, die auch zur Herstellung eines Reibschlusses zwischen Ausgleichsmasse 6 und Pleuellagerdeckel 2 dienen kann. Während in Fig. 1 bei 8 eine reine Führung darge­ stellt ist, zeigt Fig. 2 eine Ausführung der Erfindung mit schwalbenschwanzförmiger Ausbildung 20 von ineinandergreifenden Bereichen des Pleuellagerdeckels 21 und der Ausgleichsmasse 22; die Schraube 23 bedeutet demgemäß lediglich eine Sicherung gegen Relativverschiebungen zwischen den Teilen 21 und 22. Im übrigen ist das Pleuel in be­ reits anhand Fig. 1 beschriebener Weise aufgebaut, das heißt der Pleuellagerdeckel 21 ist mittels Schrauben 24 an dem Pleuelschaft 25 gehalten.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 le­ diglich dadurch, daß die Relativverschiebungen zwischen Ausgleichsmasse 30 und Pleuel­ lagerdeckel 31 verhindernde Schraube 32 von der Seite her den schwalbenschwanzförmi­ gen Bereich 33 durchsetzt. Gegenüber der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 erfordert diejenige nach Fig. 3 zwei zueinander senkrecht stehende Schraubrichtungen für die Sicherungsschraube 32 einerseits und die Lagerdeckelschrauben 34 andererseits.

ln der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 schließlich besitzt das Pleuel wie­ derum den bereits mehrfach beschriebenen Aufbau mit Pleuelschaft 40, Pleuellagerdeckel 41, Befestigungsschrauben 42 für diesen sowie Ausgleichsmasse 43, jedoch ist diese jetzt bei 44 durch Verschweißung an dem Pleuellagerdeckel 41 gehalten. Zur Zentrierung rung können Schrauben bzw. Stifte 45 vorgesehen sein, deren Achsen in diesem Aus­ führungsbeispiel wieder parallel zu den Achsen der Befestigungsschraube 42 verlaufen.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine Möglichkeit zur Verringerung der aus Massenkräf­ ten resultierenden Momente zweiter Ordnung auch bei solchen Pleueln geschaffen, die an sich aus für diese Aufgabe ungeeigneten Materialien, insbesondere Leichtmetallen bestehen. Dabei greift die Erfindung weder in den konstruktiven Aufbau der Pleuel noch in die Materialwahl für die verschiedenen Bestandteile des Pleuels ein; außerdem ist die Ausgleichsmasse nachrüstbar.

Claims (7)

1. Pleuel, insbesondere Leichtmetallpleuel, mit einem lösbar befestigten Pleuellager­ deckel, dadurch gekennzeichnet, daß am Pleuellagerdeckel (2) außenseitig eine aus einem anderen Material bestehende Ausgleichsmasse (6) zum Ausgleich von Massen­ kräften zweiter Ordnung durch von den Befestigungsmitteln (5) für den Pleuellager­ deckel (2) unabhängige Befestigungsmittel (7) gehalten ist.

2. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (22) durch Hinterschnitte (bei 20) in benachbarten Bereichen von Pleuellagerdeckel (21) und Ausgleichsmasse (22) befestigt ist.

3. Pleuel nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch schwalbenschwanzartige Gestaltung (20) der Hinterschnitte.

4. Pleuel nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Relativverschiebungen zwischen Ausgleichsmasse (22) und Pleuellagerdeckel (21) verhindernde Mittel, wie Schrauben (23).

5. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel Schrau­ ben (7) sind.

6. Pleuel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (7) parallel zu Befestigungsschrauben (5) für den Pleuellagerdeckel (2) verlaufen.

7. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (43) durch Materialschluß, wie Verschweißung (44), befestigt ist.