-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Pleuel für einen Verbrennungsmotor,
mit einem Pleuelschaft, einem kleinen Pleuelauge zur Aufnahme eines
Kolbenbolzens und einem großen
Pleuelauge zur Aufnahme eines Kurbelzapfens, wobei das große Pleuelauge
teilweise durch einen Pleuellagerdeckel gebildet ist.
-
Der
Pleuel verbindet den Kolben eines Verbrennungsmotors mit der Kurbelwelle.
Das kleine Pleuelauge nimmt hierbei den Kolbenbolzen auf, während das
große
Pleuelauge einen Kurbelzapfen umschließt. Der Pleuel ist insbesondere
unter der durch oszillierende Bewegungen verursachten Massenkraftbelastung
sehr stark mechanisch beansprucht.
-
Die
DE 10 2004 039 262
A1 beschreibt ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, bei
dem zwischen den Pleuelaugen ein Druckstück angeordnet ist und ein Spannband
sich zwischen den beiden Pleuelaugen erstreckt. Damit soll erreicht
werden, dass der Pleuel bei verringertem Gewicht hoch belastbar
ist. Dieser bekannte Pleuel weist jedoch einen komplexen Aufbau
aus zahlreichen Einzelbauteilen auf.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Pleuel bereitzustellen,
der bei möglichst
einfacher konstruktiver Ausgestaltung ein gegenüber dem Stand der Technik verringertes
Gewicht und eine möglichst
hohe Belastbarkeit aufweist.
-
Die
Lösung
besteht in einem Pleuel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass ein Spannelement zumindest teilweise um das große Pleuelauge
herum gelegt und unter Vorspannung am großen Pleuelauge befestigt ist.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird
erreicht, dass der Pleuellagerdeckel vollständig unter eine Vorspannung
gesetzt ist. Damit wird die Möglichkeit
eröffnet,
den Pleuel selbst aus einem leichten Werkstoff von ggf. verringerter
Festigkeit herzustellen, weil das Spannelement alle auf den Pleuel
wirkenden Zugkräfte
aufnimmt und somit die Massenkraftbelastung des Pleuels selbst erheblich reduziert
wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Pleuels wird eine Verringerung seines Gewichts bei gleichzeitig
hoher Belastbarkeit erreicht. Der erfindungsgemäße Pleuel ist zugleich sehr
einfach aufgebaut und damit auch in der Serienfertigung wirtschaftlich
herstellbar.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Das
Spannelement kann am großen
Pleuelauge in seinem dem Pleuelschaft zugewandten Bereich befestigt
sein. Es kann aber auch durch eine im Pleuelschaft vorgesehene Durchlassöffnung hindurch
geführt
und am Pleuellagerdeckel befestigt sein. Beide Ausgestaltungen haben
die erfindungsgemäße Wirkung,
die Massenkraftbelastung des Pleuels durch Aufnahme der Zugkräfte zu reduzieren.
-
Die
Befestigung des Spannelements am großen Pleuelauge kann auf eine
beliebige Art und Weise je nach den Anforderungen des Einzelfalls
erfolgen. Eine besonders praktikable Lösung besteht darin, mindestens
ein Befestigungsmittel vorzusehen. Das Spannelement kann bspw. durch
mindestens eine im großen
Pleuelauge vorgesehene Bohrung geführt und mittels des mindestens
einen Befestigungsmittels gehalten sein. Dies ist eine besonders einfache
konstruktive Ausgestaltung, die auch in der Serienfertigung wirtschaftlich
eingesetzt werden kann. Geeignete Befestigungsmittel sind bspw.
Muttern oder Schrauben.
-
Das
mindestens eine Befestigungsmittel kann seitlich am großen Pleuelauge
oder stirnseitig am Pleuellagerdeckel vorgesehen sein. Beide Ausgestaltungen
haben den Vorteil, dass das mindestens eine Befestigungsmittel in
montiertem Zustand, insbesondere bei eingebauter Kurbelwelle, zugänglich ist.
Es ist auch denkbar, das mindestens eine Befestigungsmittel in dem
dem Pleuelschaft benachbarten Bereich des großen Pleuelauges anzuordnen. Eine
solche Anordnung hat ebenfalls die erfin dungsgemäße Wirkung, die Massenkraftbelastung
des Pleuels durch Aufnahme der Zugkräfte zu reduzieren und ist daher
ebenfalls praktikabel, aber weniger komfortabel für die Montage
und Demontage des Pleuels im Motor.
-
Es
ist denkbar, das Spannelement zumindest teilweise in einer im großen Pleuelauge
angeordneten Nut zu führen
und somit besonders zuverlässig
ortsfest auf der Außenfläche des
großen
Pleuelauges zu halten.
-
Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass der Werkstoff des Pleuels eine geringere Festigkeit aufweist als
der Werkstoff des Spannelements. Damit können sowohl das Gewicht als
auch ggf. die Material- und Herstellungskosten für den Pleuel reduziert werden. Mit
der Gewichtsreduktion geht auch eine Verringerung der Massenkräfte einher.
Zugleich bewirkt das erfindungsgemäß vorgesehene Spannelement,
dass der Pleuel dennoch besonders hoch belastbar ist.
-
Es
ist von Vorteil, wenn das Spannelement aus einem hochfesten Werkstoff
hergestellt ist, um alle auf den Pleuel wirkenden Zugkräfte besonders zuverlässig aufzunehmen.
-
Das
Spannelement kann insbesondere eine beliebige lang gestreckte Form
mit allen geeigneten Querschnittformen aufweisen, bspw. mit rundem,
elliptischem, rechteckigem oder quadratischem Querschnitt. Das Spannelement
kann zweckmäßigerweise
als biegeschlaffes Seil oder als gebogener Zuganker ausgebildet
sein.
-
In
einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann zur Versorgung
des kleinen Pleuelauges mit Schmieröl zusätzlich ein Rohr vorgesehen
sein, welches im einer Ausnehmung des Pleuelschafts geführt ist
und in je eine am großen bzw.
am kleinen Pleuelauge vorgesehene Öffnung mündet. Dabei kann das Rohr im
kleinen Pleuelauge in montiertem Zustand entweder bündig an
der Umfangsfläche
des Kolbenbolzens oder an der Mantelfläche einer im kleinen Pleuelauge
angeordneten Gleitlagerschale anliegen, wobei die Gleitlagerschale eine
mit dem Rohr fluchtende Bohrung aufweist. Das Rohr kann ferner im
Bereich der Öffnungen
zusätzlich
fixiert sein, insbesondere durch Schrumpfsitz, Aufweiten, Kleben,
Löten und/oder
Einschrauben.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
-
1 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Pleuels
in einer teilweise geschnittenen Ansicht;
-
2 einen
Schnitt entlang der Linie II-II in 1;
-
3 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Pleuels
in einer teilweise geschnittenen Ansicht;
-
4 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Pleuels
in einer teilweise geschnittenen Ansicht;
-
5 einen
Schnitt entlang der Linie V-V in 4.
-
1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Pleuels 10.
Der Pleuel 10 besteht in an sich bekannter Weise aus einem
metallischen Werkstoff. Der Pleuel 10 weist einen Pleuelschaft 11,
ein kleines Pleuelauge 12 und ein großes Pleuelauge 13 auf.
Das kleine Pleuelauge 12 nimmt den Kolbenbolzen eines Kolbens
auf (nicht dargestellt), während
das große
Pleuelauge 13 einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle aufnimmt
(nicht dargestellt). Sowohl im kleinen Pleuelauge 12 als
auch im großen
Pleuelauge 13 sind in an sich bekannter Weise Gleitlagerschalen 14, 15 vorgesehen.
-
Das
große
Pleuelauge 13 wird durch einen mit dem Pleuelschaft 11 einstückig ausgebildeten Pleuelfuß 16 und
einen Pleuellagerdeckel 17 gebildet. Zur festen Verbindung
von Pleuelfuß 16 und Pleuellagerdeckel 17 ist
erfindungsgemäß ein Spannelement 20 vorgesehen.
Das Spannelement 20 hat im Ausführungsbeispiel eine lang gestreckte
Form mit hier kreisförmigem
Querschnitt (siehe 2) und kann bspw. als biegeschlaffes
Seil oder als gebogener Zuganker ausgebildet sein. Das Spannelement 20 ist
in einer sowohl in der Außenfläche des
Pleuelfußes 16 als
auch in der Außenfläche des
Pleuellagerdeckels 17 ausgebildeten Nut 18 geführt und
ortsfest gehalten (siehe 2). Das Spannelement 20 ist im
Ausführungsbeispiel
durch eine im Pleuelschaft 11 angeordnete Durchlassöffnung 19 hindurch
geführt,
vollständig
um die Außenfläche 16' des Pleuelfußes 16 und
die Seitenfläche 17' des Pleuellagerdeckels 17 herum
gelegt. Die freien Enden 21, 22 des Spannelements 20 durchgreifen
je ein am unteren Ende der Seitenfläche 17' angeordnetes und mit einer Bohrung
versehenes Lagerauge 23, 24 und sind an der Stirnfläche 26 des
Pleuellagerdeckels 17 mittels je einer Mutter 25 befestigt.
Dazu weisen die freien Enden 21, 22 des Spannelements 20 ein
hierfür geeignetes
Gewinde auf. Das Spannelement 20 wird mittels der Muttern 25 auf
die im Einzelfall erforderliche Vorspannkraft vorgespannt.
-
Das
Spannelement 20 kann in einer weiteren, hier nicht dargestellten
Ausführungsform
vollständig
um die Stirnfläche 26 und
die Seitenfläche 17' des Pleuellagerdeckels 17 sowie
teilweise um die Außenfläche 16' des Pleuelfußes 16 herum
gelegt und am Pleuelfuß 16 benachbart
zum Pleuelschaft 11 in vergleichbarer Weise mittels Muttern 25 befestigt sein.
Diese hier nicht dargestellte Ausgestaltung hat uneingeschränkt die
erfindungsgemäße Wirkung,
die Massenkraftbelastung des Pleuels 10 durch Aufnahme
der Zugkräfte
zu reduzieren. Die Anordnung der Muttern 25 in der Nähe des Pleuelschafts 11 führt allerdings
dazu, dass die Montage und Demontage des Pleuels im Motor weniger
komfortabel ist.
-
3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Pleuels 110 mit
einem Pleuelschaft 111, einem kleinen Pleuelauge 112 und einem
großen
Pleuelauge 113. Auch bei dieser Ausgestaltung wird das
große
Pleuelauge 113 durch einen mit dem Pleuelschaft 111 einstückig ausgebildeten
Pleuelfuß 116 und
einen Pleuellagerdeckel 117 gebildet. Zur festen Verbindung
von Pleuelfuß 116 und
Pleuellagerdeckel 117 ist erfindungsgemäß ebenfalls ein Spannelement 120 vorgesehen.
Das Spannelement 120 hat im Ausführungsbeispiel ebenfalls eine
lang gestreckte Form mit beliebigem Querschnitt und kann bspw. als
biegeschlaffes Seil ausgebildet sein. Das Spannelement 120 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
in einer in der Stirnfläche
des Pleuellagerdeckels 117 ausgebildeten Nut 118 geführt und
ortsfest gehalten. Sowohl im Pleuellagerdeckel 117 als
auch im Pleuelfuß 116 sind
jeweils miteinander fluchtende als Durchgangsöffnungen 127a, 127b bzw. 128a, 128b ausgebildete
Bohrungen vorgesehen. Das Spannelement 120 ist durch diese Durchgangsöffnungen 127a, 127b bzw. 128a, 128b hindurch
geführt.
Die freien Enden 121, 122 des Spannelements 120 durchgreifen
je eine seitlich am Pleuelfuß 116 angeordnete
und schräg
in den Pleuelfuß 116 eingebrachte
Bohrungen 129, 130 und sind seitlich am Pleuelfuß 116 mittels
je einer Mutter 125 befestigt. Dazu weisen die freien Enden 121, 122 des Spannelements 120 ein
hierfür
geeignetes Gewinde auf. Das Spannelement 120 wird mittels
der Muttern 125 auf die im Einzelfall erforderliche Vorspannkraft vorgespannt.
-
Die 4 und 5 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Pleuels 210 mit
einem Pleuelschaft 211, einem kleinen Pleuelauge 212 und
einem großen
Pleuelauge 213. Das große Pleuelauge 213 wird
auch bei diesem Ausführungsbeispiel
durch einen mit dem Pleuelschaft 211 einstückig ausgebildeten
Pleuelfuß 216 und
einen Pleuellagerdeckel 217 gebildet. Zur festen Verbindung
von Pleuelfuß 216 und
Pleuellagerdeckel 217 ist erfindungsgemäß ein Spannelement 220 vorgesehen.
Das Spannelement 220 hat im Ausführungsbeispiel eine lang gestreckte
Form mit beliebigem Querschnitt und kann bspw. als biegeschlaffes Seil
oder als gebogener Zuganker ausgebildet sein. Das Spannelement 220 ist
in einer sowohl in der Außenfläche des
Pleuelfußes 216 als
auch in der Außenfläche des
Pleuellagerdeckels 217 ausgebildeten Nut geführt und
ortsfest gehalten. Das Spannelement 220 ist im Ausführungsbeispiel
durch eine im Pleuelschaft 211 angeordnete Durchlassöffnung 219 hindurch
geführt,
vollständig
um die Außenfläche des Pleuelfußes 216 und
die Seitenfläche
des Pleuellagerdeckels 217 herum gelegt. Die freien Enden 221, 222 des
Spannelements 220 durchgreifen je ein am unteren Ende der
Seitenfläche
ausgebildetes und mit einer Bohrung versehenes Lagerauge 223, 224 und sind
an der Stirnfläche 226 des
Pleuellagerdeckels 217 mittels je einer Mutter 225 befestigt.
Dazu weisen die freien Enden 221, 222 des Spannelements 220 ein
hierfür
geeignetes Gewinde auf. Das Spannelement 220 wird mittels
der Muttern 225 auf die im Einzelfall erforderliche Vorspannkraft
vorgespannt.
-
Der
Pleuelschaft
211 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer Ausnehmung
231 versehen, durch
die sich ein Rohr
232 vom großen Pleuelauge
213 zum
kleinen Pleuelauge
212 erstreckt. Das Rohr
232 dient
zur Versorgung des kleinen Pleuelauges
212 mit Schmieröl, wie es
in der
DE 10 2004
048 939 B4 beschrieben und dem Fachmann somit bekannt ist.
Das Rohr
232 mündet
in je eine am großen
Pleuelauge
213 bzw. am kleinen Pleuelauge
212 vorgesehene Öffnung
233,
234.
Hierbei kann das Rohr
232 im kleinen Pleuelauge
212 an
der Mantelfläche
einer darin angeordneten Gleitlagerschale
214 anliegen, wobei
die Gleitlagerschale
214 eine mit dem Rohr
232 fluchtende
Bohrung
235 aufweist.
-
Am
Beispiel des großen
Pleuelauges 213 ist dargestellt, dass das Rohr 232 in
montiertem Zustand bündig
an der Umfangsfläche
des Kurbelzapfens (nicht dargestellt) anliegen kann. In einer anderen
Ausführung
kann das Rohr 232 sich am Rücken der Gleitlagerschale 215 abstützen, die
in diesem Bereich eine Bohrung zur Versorgung des Rohres mit Öl aufweist.
Das Rohr 232 kann im Bereich der Öffnungen 233, 234 zusätzlich fixiert
sein, insbesondere durch Einschrumpfen in die Öffnungen 233, 234 oder durch
Aufweiten, Kleben, Löten
und/oder Einschrauben des Rohrs 232.