DE2360410A1

DE2360410A1 - Pleuelstange

Info

Publication number: DE2360410A1
Application number: DE2360410A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Bauer Kompressoren GmbH
Current assignee: Bauer Kompressoren GmbH
Priority date: 1973-12-04
Filing date: 1973-12-04
Publication date: 1975-06-05

Description

Dipl.-lng. Peter Socha _{8 München 71}

Patentanwalt Wilhelm-Busch-Straße 8

Telefon (0811) 798291

Telegramm SOPATENT

23C0410

Bauer-Kompressoren, Hans Bauer 8 München 7o, Wolfratshauserstraße 34-36

Pleuelstange

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pleuelstange zur mechanischen Kraftübertragung von der Kurbelwelle auf den gerade geführten Teil eines Schubkurbeltriebs, insbesondere von Kolbenmaschinen.

Eine Pleuelstange ist das Verbindungsglied zwischen dem gerade geführten Teil des Kurbeltriebwerkes (Kreuzkopf bzw. Tauchkolben) und der Kurbelwelle. Demgemäß führt das eine Ende der Pleuelstange schwingende Bewegungen aus, das andere bewegt sich mit dem Kurbelzapfen im Kurbelkreis. Di» Pleuelstange besteht in der Regel im wesentlichen aus dem Pleuelschaft und zwei Lagern (Pleuelauge und Pleuelkopf), die den Kreuzkopfzapfen bzw. Kolbenbolzen einerseits und den Kurbelzapfen andererseits umschließen. Der Pleuelkopf kann dabei geschlossen

S03Ö23/Ö2Ö1

OWGlNAL INSPECTiD

oder geteilt sein. Im übrigen kann es bei Einbau eines Kreuzkopfes erforderlich sein, das eine Pleuelende gabelförmig zur Aufnahme des Kreuzkopfzapfene auszubilden. Bei V-Motoren und gegenüberliegenden Zylindern werden auch Gabelpleuel*- stangen verwendet. Das Kurbelwellenlager wird dabei von der gegabelten Pleuelstange festgehalten, während die andere Pleuelstange zwischen der Gabel läuft. Schließlich ist noch zu erwähnen, daß, wenn zwei oder mehr Zylinder in einer Ebene senkrecht zur Kurbelwelle liegen, an den vergrößerten Hauptpleuelkopf sogenannte Nebenpleuel angelenkt werden. Der Hauptpleuelkopf ist dann mit entsprechenden zusätzlichen Aussparungen zur Anlenkung des oder der Nebenpleuel versehen.

Es ist leicht einzusehen, daß eine Pleuelstange den verschiedensten Belastungen ausgesetzt ist. Insbesondere wird der Pleuelschaft durch die Arbeite- und Massenkräfte «uf Zug und Druck und auf Knickung, durch die Massenkraft· des Schaftes auch auf Biegung beansprucht. Ferner ergeben sich große Lagerdrücke auf das Pleuelauge und den Pleuelkopf. Bei sämtlichen Belastungen handelt es sich somit um ständig wechselnde relativ große Beanspruchungen. Aus diesem Grunde werden die Pleuelstangen In der Regel aus Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl entsprechender Festigkeit geschmiedet oder im Gesenk geschlagen. Gelegentlich werden auch Stahlguß und Leichtmetall verwendet. Di« Verwendung von metallischen Pleuelstangen ermöglicht zwar dl· Beherrschung von im Betrieb auftretenden relativ großen Beanspruchungen, sie hat jedoch wesentliche Nachteile. Zunächst ist darauf hinzuweisen, daß vor alle» bei Stahlpleuelstangen deren relativ hohes Gewicht entsprechend erhöhte Massenkraft· herbeiführt, die wiederum nur durch entsprechend starke Pleui.-dimensionierung oder Auswahl eines besonders hochwertigen Werkstoff·· SU beherrschen sind. Im übrigen sind die bekannten metallischen Pleuel infolge der Werkstoff- und Bearbeitungekosten relativ teuer. Schließlich wirkt sich ihr hohes Gewicht grundsätzlich auch ungünstig im Hinblick auf Beförderungskosten aus.

™* 3 ■***

SO9823/Q2Q1

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pleuelstange xur mechanischen Kraftübertragung von der Kurbelwell auf den gerade geführten Teil eines Schubkurbeltriebs, insbesondere von Kolbenmaschinen, au schaffen, welche nicht die Nachteile der bekannten Pleuelstangen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst* daß die Pleuelstange aus, vorzugsweise glasfaserverstärktem, Kunststoff besteht. Gemäß einer besonders bevorzugten Auebildung der Erfindung ist der Kunststoff ein warmfestes Polyamid, insbesondere PoIySthylenterephtalat.

Es wurde gefunden, daß eine Pleuelstange gemäß der vorliegenden Erfindung bei entsprechender erfindungsgemäßer Kunststoffwahl nicht nur den im Betrieb der Kolbenmaschine auftretenden vielfältigen Beanspruchungen stand-hält, sondern darüberhinaus noch weitere wesentliche Vorteile hat. Hier sind vor allem die geringen Kosten su erwähnen, die sich vor allem aus den gegenüber den Metallwerketoffkosten wesentlich niedrigeren Kunststoffkosten ergeben. Im übrigen ist die erfindungsgesiMße Kunststoffe Pleuelstange durch Spritzen besonders rationell und billig in höchsten Stucksahlen herstellbar. Das gegenüber den metallischen Werkstoffen geringe Gewicht des verwendeten Kunststoffe ergibt im Betrieb entsprechend niedrige MassenkrHfte, was sich günstig auf die erforderliche Dimensionierung der Pleuelstange auswirkt. Aus dem geringen Gewicht resultieren ferner niedrige Beförderungskosten. Der erfindungegeraSß verwendbare Kunststoff hält auch den im Betrieb auftretenden Temperaturen und Tamperaturschwankungen besonder» gut stand. Die verschiedenen Vorteile ergeben insgesamt, daß eine erfindungsgeaäß® Pleuelstange auch unter Berücksichtigung der Forderung eines hohen Sicherheitsfaktors beim Betrieb der betreffenden Kolbenmaschine mit Erfolg verwendbar ist. Insbesondere wegen der geforderten hohen Sicherheit, vor allem bei Kolbenmaschinen für die Personenbeförderung, hielt man es bisher nicht für möglich, von der metallischen Pleuelstangen abzugehen. X» übrigen 1st darauf hinzuweisen, daß sich der Schute des Srfindungsgedankens grundsätzlich auf sämtliche

$03823/0201 - 4 -

Pleuelstangenarten erstreckt, von denen verschiedene eingangs bereits beschrieben wurden.

Mit Vorteil beträgt der Glasfaseranteil des erfindungsgemäß verwendbaren Kunststoffs 2o bis 45 %, vorzugsweise 3o %. Der jeweilige Glasfaseranteil ist dabei entsprechend der Pleuelstangenausbildung und den auftretenden Beanspruchungen wählbar.

Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Aussparungen von Pleuelauge und/oder Pleuelkopf als Kunststoff-Gleitlager ausgebildet. Eine derartige Pleuelstange ist somit sogar einschließlich der Pleuellager einstückig aus Kunststoff ausgebildet.

Bei einer anderen besonders vorteilhaften erfindungsgemMßen Ausführungsform sind in den Aussparungen von Pleuelauge und/oder Pleuelkopf metallische Lagerringe, insbesondere die Außenringe von Wälzlagern, eingespritzt. Anstelle der Wälzlagerringe können jedoch erfindungsgemäß in den Aussparungen von P.leuelauge und/oder Pleuelkopf metallische Gleitlagerbuchsen eingespritzt sein. Diese beiden Ausführungsformen der Erfindung sind bei einfacher Herstellung besonders betriebssicher. Bei der Fertigung brauchen die metallischen Wälzlagerringe baw. die metallischen Gleitlagerbuchsen vor dem Spritzen des Kunststoffpleuels lediglich in den Formhohlraum eingelegt werden, wonach sie durch Umspritzen mit den Kunststoff besonders genau und sicher in der Pleuelstang« angeordnet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Ss zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäfle Pleuelstange im Aufriß und

Figur 2 im vertikalen Axialsehnltt die Pleuelstange gemäß Figur 1 im Grundriß.

SÖ3823/02Ö1

~⁵~ 23G0410

Die in den Zeichnungsfiguren dargestellte erfindungsgemäße Kunststoff-Pleuelstange besteht im wesentlichen aus einem Pleuelschaft 1, einem Pleuelauge 2 und einem Pleuelkopf 3. Das Pleuelauge 2 ist ungeteilt ausgeführt und dient zur Anlenkung dar Pleuelstange an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kolben einer Hubkolbenmaschine, in welchem es mittels eines durch seine Aussparung 4 hindurchgesteokten Bolzens drehbar befestigt wird. Der Pleuelkopf 3 ist ebenfalls geschlossen ausgeführt und dient zur Anlenkung der Pleuelstange an der zeichnerisch ebenfalls nicht dargestellten Kurbaiwelle der Schubkolbenmaschine. Hierzu wird der Kurbelzapfen durch die entsprechende Aussparung 5 hindurchgesteckt, was bei der vorliegenden Pleue!kopfausbildung bei Stirnkurbeln oder geteilten Kurbelwellen möglich ist.

Der Plöuelschaft 1 ist gemäß der in Figur 1 eingezeichneten Querschnittsdarstellung zur Werkstoffersparnis in der Mitte derart rippenartig ausgebildet, daß sich ein I-Profil ergibt. Im Übrigen ist am Pleuelkopf 3 eine Isase 6 vorgesehen, die bei Betrieb der Kolbenmaschine in den im Kurbelraum befindlichen ölspiegel eintaucht und infolge der entstehenden Spritzwirkung Schmieröl aus dem Kurbelkasten bis hinauf zum Kolben befördert.

Die dargestellte Pleuelstange wird erfindungsgemäß aus einem glasfaserverstärkten Warmfesten Polyamid in einer entsprechenden Form gespritzt. Es wurde gefunden, daß sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Pleuelstange der Kunststoff Hostadur K VP 8o22 GV 1 der Farbwerke Hoechst (chemische Bezeichnung; Polyäthylenterephtalat) besonders gut eignet. Der Glasfaseranteil beträgt dabei 25 bis 4o %. Ein ebenfalls geeigneter Kunststoff ist Ultradur KR 4o3o/3o der Firma BASF. Der Glasfaseranteil dieses Werkstoffes beträgt 3d %. Beide Werkstoffe haben eine Dichte von etwa 1,5 g/cm , ihr Elastizitätsmodul liegt zwischen 80.000

2
und 100.000 kg/cm . Die genannten Kunststoffe besitzen eine den auftretenden Beanspruchungen voll entsprechende Festigkeit· Das Rohmaterial wird in fertiger Zusammensetzung als Granulat geliefert. Es wird unter Druck und Hitze in die Form eingespritzt.

509823/0201'

Vor dem Spritzen werden in den vom Hohlraum an entsprechenden Stellen je ein stählerner Außenring 7 bzw. 8 eines Nadellagers eingelegt und anschließend vom Kunststoff umspritzt. Auf diese Weise erhält man eine erfindungsgemäße Pleuelstange mit im Pleueiauge 4 und Pleuelkopf 5 bereits endgültig eingebauten Wäialageraußenringen, welche bei der Montage des Pleuels ledig lich durch die übrigen ftadellagerteile {Nadeln, üadelkäfig und Innenring) ergänzt zu v/erden brauchen. Die so hergestellte erfindungsgemäße Pleuelstange ist ohne waiters Nachbearbeitung niittelbar verwendbar.

Der Ordnung halber sei noch erwähnt, daß die in der Zeichnung dargestellte A-usbildun^ des Pleuelsehafts als I-Profil nur beispielhaft sein soll» Vielmehr kann der Pletielschaft jede beliebige werkstoffgerechte Querschnittsform, beispielsweise auch eine elliptische oder korbbo&enartige, aufweinen·

-T-

503323/0201

Claims

-J-

1. Pleuelstange ssur mechanischen Kraftübertragung von der Kurbelwelle auf den gerade geführten Teil eines Schubkurbeltriebs, insbesondere von Kolbenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange aus , vorzugsweise glasfaserverstärktere, Kunststoff üesteht.

2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein warmfestes Polyamid, insbesondere Polyäthylenterephtalat, ist.

3. Pleuelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet _t daß der Glasfaseranteil 2o bis 45 %, vorzugsweise 3o %, beträgt.

4. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3/ dadurch' gekennzeichnet, daß die Aussparungen (4, 5) von Pleuelstange (2) und/oder Pleuelkopf (3) als Kunststoff-Gleitlager ausgebildet sind.

5. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 1_S dadurch gekennzeichnet, daß in den Aussparungen (4, 5) von Pleuelauge U) und/oder Pleuelkopf (3) metallische Lagerringe, insbesondere die Außenringe (7, β) von Wälzlagern, eingespritzt sind. .

6. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet «r daß in den Aussparungen (4, 5) von Pleuelauge (2) und/oder Pleuelkopf (3) metallische Gleitlagerbuchsen eingespritzt sind.

5008,23/0201

Leerseite