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Patent Searching and Data


Title:
CONNECTING ROD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/012625
Kind Code:
A1
Abstract:
A connecting rod is provided, particularly for use in refrigerant compressors, comprising a first (1) and a second connecting rod eye (2), wherein the two connecting rod eyes (1, 2) are connected to each other by a connecting rod shank (3), which has at least one aperture (4), which is disposed closer to the second connecting rod eye (2) than the first connecting rod eye (1), and wherein the aperture (4) substantially widens toward the second connecting rod eye (2) and the contour of the connecting rod shank (3) transitions substantially tangentially into the outer circumference of the second connecting rod eye (2). In order to reduce the surface pressure at the second, larger connecting rod eye (2), or at the bearings thereof, in the region around the longitudinal axis of the connecting rod shank, and enable production by sintering, the aperture (4) is surrounded along the entire contour (5, 6) by the connecting rod shank (3), so that the aperture (4) substantially has the shape of a isosceles triangle and the connecting rod is produced by sintering.

Inventors:
SCHWEIGHOFER ALFRED (AT)
SCHOELLAUF PETER (AT)
Application Number:
EP2010/060900
Publication Date:
February 03, 2011
Filing Date:
July 27, 2010
Export Citation:
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Assignee:
ACC AUSTRIA GMBH (AT)
SCHWEIGHOFER ALFRED (AT)
SCHOELLAUF PETER (AT)
International Classes:
F16C7/02; F16J7/00
Domestic Patent References:
WO2002027200A12002-04-04
Foreign References:
JP2009148792A2009-07-09
DE8330799U11985-10-17
EP1015777A12000-07-05
DE102007000762A12008-04-24
EP1015777B12004-04-21
DE202005021279U12007-09-13
DE8330799U11985-10-17
Attorney, Agent or Firm:
KLIMENT & HENHAPEL PATENTANWÄLTE OG (Zusammenschluss 202, Singerstrasse 8/3/9, Wien, A-1010, AT)
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Pleuel, insbesondere zum Einsatz in Kältemittelkompressoren, umfassend ein erstes Pleuelauge (1) zur Anlenkung des Pleuels an einem innerhalb eines Zylinders geführten Kolben, sowie ein zweites Pleuelauge (2) zur Anlenkung des Pleuels an einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle, wobei die beiden Pleuelaugen (1, 2) durch einen Pleuelschaft (3) miteinander verbunden sind, welcher zumindest einen Durchbruch (4) aufweist, der näher beim zweiten Pleuelauge (2) angeordnet ist als beim ersten Pleuelauge (1) und wobei sich der Durchbruch (4) zum zweiten Pleuelauge (2) hin im Wesentlichen erweitert und die Kontur des Pleuelschafts (3) im Wesentlichen tangential in den äußeren Umfang des zweiten Pleuelauges (2) übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (4) entlang seiner gesamten Kontur (5, 6) vom Pleuelschaft (3) umgeben ist, dass der Durchbruch (4) im Wesentlichen die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist und dass das Pleuel durch Sinterung hergestellt wird.

2. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der

Durchbruch (4) symmetrisch zur Längsachse des Pleuelschafts (3) angeordnet ist. 3. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (4) - in Längsrichtung des Pleuels gesehen - eine Länge von 15- 200%, insbesondere von 20-120%, des Innendurchmessers des zweiten Pleuelauges (2) hat.

4. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (5) des Durchbruches (4) parallel zur Längskontur des Pleuelschaftes (3) im Bereich des Durchbruchs verläuft.

5. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Durchbruchs (4) die Breite eines verbleibenden Pleuelstegs (11), gemessen in der Ebene der Pleuelaugen (1, 2), zwischen Kontur des Pleuelschafts (3) und Längskontur (5) des Durchbruchs (4) zwischen 10% und 100%, insbesondere zwischen 30% und 60%, der Gesamtbreite des Pleuelschafts (3) an der Stelle seiner geringsten Breite beträgt.

6. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Pleuelschafts (3) im Bereich des Durchbruchs (4) und bis zum zweiten Pleuelauge (2) gerade ist.

7. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkontur (6) des Durchbruchs im Wesentlichen gerade ist.

8. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des zweiten Pleuelauges (2) am äußeren Umfang geringer ist als am inneren Umfang.

9. Pleuel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

Dicke des zweiten Pleuelauges (2) am äußeren Umfang durch eine oder mehrere Fasen (8) verringert ist.

10. Pleuel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des zweiten Pleuelauges (2) am äußeren Umfang durch eine oder mehrere Abstufungen verringert ist.

11. Pleuel nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des zweiten Pleuelauges (2) am äußeren Umfang durch eine Stufe normal zur Ebene des Pleuels, durch eine anschließende Fase und eine daran anschließende senkrechte Stufe, die am Pleuelschaft endet, verringert wird.

12. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Pleuelschaft (3) ein weiterer Durchbruch (7) vorgesehen ist, der näher beim ersten Pleuelauge (1) liegt.

13. Pleuel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Durchbruch (7) sich im Wesentlichen zum ersten Pleuelauge (1) hin erweitert.

14. Pleuel nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Durchbruch (7) entlang seiner gesamten Kontur vom Pleuelschaft (3) umgeben ist.

15. Pleuel nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Durchbruch (7) symmetrisch zur Längsachse des Pleuelschafts (3) angeordnet ist.

16. Pleuel nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Durchbruch (7) im

Wesentlichen die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks oder eines Kreises aufweist.

17. Pleuel nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Pleuelschafts (3) im

Bereich des weiteren Durchbruchs (7) parallel zur Längskontur des Durchbruchs (7) verläuft.

18. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest das zweite Pleuelauge (2) umlaufender Steg (10) vorgesehen ist, dessen Dicke geringer als die Dicke des zweiten Pleuelauges (2) ist.

19. Pleuel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (10) die gleiche Dicke wie der Pleuelschaft (3) aufweist und diesen um das zweite Pleuelauge (2) herum fortsetzt.

20. Pleuel nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (10) eine Breite von 105-150%, insbesondere von 110%-140%, des Durchmessers des zweiten Pleuelauges aufweist.

21. Kältemittelkompressor, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 20 enthält .

Description:
Pleue l

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pleuel, insbesondere zum Einsatz in Kältemittelkompressoren, umfassend ein erstes Pleuelauge zur Anlenkung des Pleuels an einem innerhalb eines Zylinders geführten Kolben, sowie ein zweites Pleuelauge zur Anlenkung des Pleuels an einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle, wobei die beiden Pleuelaugen durch einen Pleuelschaft miteinander verbunden sind, welcher zumindest einen Durchbruch aufweist, der näher beim zweiten Pleuelauge angeordnet ist als beim ersten Pleuelauge und wobei sich der Durchbruch zum zweiten Pleuelauge hin im Wesentlichen erweitert und die Kontur des Pleuelschafts im Wesentlichen tangential in den äußeren Umfang des zweiten Pleuelauges übergeht .

Kolben-/Zylinder-Anordnungen, welche mittels eines Pleuels eine Kurbelwelle antreiben, sind aus der Verbrennungskraftmaschinen- und Kompressorentechnologie bereits hinreichend bekannt. Das Pleuel eines Kolbenkompressors überträgt die rotierend angreifenden Kraft- Komponenten der Kurbelwelle auf den linear bewegten Arbeitskolben zur Erzeugung der Verdichtung.

Ein derartiges Pleuel gemäß dem Stand der Technik weist zwei jeweils mit einer kreisförmigen Öffnung bzw. einem „Pleuelauge" versehene Endabschnitte auf, wobei der erste Endabschnitt bzw. das erste, in der Regel kleinere, Pleuelauge (auch Pleuelkopf genannt) mittels eines Kolbenbolzens am Kolben angelenkt ist, während der zweite Endabschnitt bzw. das zweite, in der Regel größere, Pleuelauge (auch Pleuelfuß genannt) mit der Kurbelwelle verbunden bzw. an einem korrespondierenden Hubzapfen der Kurbelwelle angelenkt ist. Der Durchmesser des kurbelwellenseitigen zweiten Pleuelauges entspricht dann im Wesentlichen dem Durchmesser des Hubzapfens, sodass also der Hubzapfen vom zweiten Pleuelauge allseitig umgriffen wird.

Die beiden Pleuelaugen sind durch den Pleuelschaft verbunden, der standardmäßig I-förmig ausgebildet ist (siehe Fig. 1). Die Breite des Pleuelschafts ist zudem in der Regel geringer als der Durchmesser des zweiten, größeren Pleuelauges, er beträgt etwa nur ein Drittel des äußeren Durchmessers des zweiten Pleuelauges. Am Übergang zwischen I-förmigem Pleuelschaft und zweitem (größerem) Pleuelauge treten dadurch sehr hohe Spannungen und somit Verformungen im Bauteil auf, die zu einem Durchdrücken des Stegs des zweiten Pleuelauges führen können und auf jeden Fall das Lager im zweiten Pleuelauge stark beanspruchen .

Aus dem Stand der Technik sind bereits alternative Bauformen des Pleuelschafts, nämlich mit einem Durchbruch (= ein durchgehendes Loch in einem Bauteil) bekannt:

Die EP 1 015 777 Bl zeigt ein Pleuel mit einer kreisförmigen oder ovalen Aussparung nahe dem größeren Pleuelauge, wobei das Verhältnis zwischen der Fläche der Aussparung und der Fläche der Öffnung des Lagers des größeren Pleuelauges 0,1 bis 5% beträgt. Aufgrund der Form der Aussparung und des Pleuelstegs im Bereich der Aussparung erlaubt ein solches Pleuel nur eine geringe Verbesserung der Flächenpressung am größeren Pleuelauge .

Die DE 20 2005 021 279 Ul zeigt ein Pleuel für eine Kolben- Zylindermaschine, bei welchem aus Gründen der Gewichtsersparnis eine rechteckige Ausnehmung oder alternativ ein rechteckiger Durchbruch im Pleuelschaft vorgesehen ist. Allerdings findet aufgrund der Form und der Lage dieser Ausnehmung bzw. dieses Durchbruchs die Einleitung der Kraft in das zweite, größere Pleuelauge wieder im Wesentlichen im Bereich um die Längsachse des Pleuelschafts statt, was dort zu hohen Flächenpressungen führt. Aus der DE 83 30 799 Ul ist ein Pleuel bekannt, dass zur Reduzierung der Flächenpressung einen sich zum zweiten Pleuelauge hin erweiternden Durchbruch aufweist, wobei der V- förmige Pleuelschaft tangential in den äußeren Umfang des zweiten Pleuelauges übergeht.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einerseits ein Pleuel zur Verfügung zu stellen, welches die Flächenpressung am zweiten, größeren Pleuelauge bzw. an dessen Lager im Bereich um die Längsachse des Pleuelschafts reduziert, und welches andererseits in einer Weise gefertigt werden kann, die für Pleuel in Kältemittelkompressoren typisch ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Pleuel gemäß Anspruch 1 gelöst, indem der Durchbruch entlang seiner gesamten Kontur vom Pleuelschaft umgeben ist, der Durchbruch im Wesentlichen die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist und das Pleuel durch Sinterung hergestellt wird.

Die Erweiterung (=Verbreiterung) des Durchbruchs zum zweiten Pleuelauge hin bewirkt, dass die auf den Pleuelschaft wirkende Kraft um den Durchbruch herum und damit zu einem großen Teil über die verbleibenden Pleuelstege auf das zweite Pleuelauge gelenkt wird. Der - in Längsrichtung des Pleuels gesehen - hinter dem Durchbruch befindliche Bereich des zweiten Pleuelauges wird dadurch entlastet. Dies wird durch den im Wesentlichen tangentialen Übergang des Pleuelschafts auf das zweite Pleuelauge noch verstärkt.

Mit dem Ausdruck „im Wesentlichen erweitert" wird zum Ausdruck gebracht, dass es aus Fertigungsgründen in einem relativ kleinen Bereich des Durchbruchs auch zu einer geringen Verringerung der Breite des Durchbruchs zum zweiten Pleuelauge hin kommen kann, etwa, weil die Ecken des Durchbruchs abgerundet werden müssen. Kreisrunde oder ovale Durchbrüche fallen nicht unter den Ausdruck „im Wesentlichen erweitert", da sich diese ja zur Hälfte ihrer Länge zum zweiten Pleuelauge wieder verengen.

Dadurch, dass der Durchbruch entlang seiner gesamten Kontur vom Pleuelschaft umgeben ist (und dass nicht etwa, wie in der DE 83 30 799 Ul, die Kontur teilweise vom Pleuelauge gebildet wird) , ist sichergestellt, dass das Pleuel durch Sinterung hergestellt werden kann. Auch die Ausführung des Durchbruchs im Form eines gleichschenkeligen Dreiecks trägt dazu bei, dass sich das Pleuel leicht ausformen lässt.

Die Basis des Dreiecks weist zum zweiten Pleuelauge, die Spitze des Dreiecks zum ersten Pleuelauge. Die Symmetrieachse wird sich - aus Symmetriegründen - in der Regel mit der Längsachse des Pleuels decken. Mit dem Ausdruck „im Wesentlichen die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks" wird zum Ausdruck gebracht, dass aus Fertigungs- und Festigkeitsgründen die Ecken des Dreiecks mehr oder weniger abgerundet werden müssen. Sodass die Idealform eines Dreiecks mit spitzen Ecken verloren geht.

Das Dreieck hat eine Länge von 15-200%, insbesondere von 20- 120%, des Durchmessers des zweiten Pleuelauges (=Lagerauges) und eine Breite von 20-150% des Durchmessers des zweiten Pleuelauges (=Lagerauges) .

Der Öffnungswinkel des Dreiecks, also der Winkel zwischen den gleich langen Schenkeln, beträgt etwa 6-36°.

Aus Gründen der Symmetrie des Pleuels wird der Durchbruch bevorzugt symmetrisch zur Längsachse des Pleuelschafts angeordnet .

Versuche haben ergeben, dass für eine möglichst hohe Reduzierung der höchsten Flächenpressung der Durchbruch - in Längsrichtung des Pleuels gesehen - eine Länge von 15-200%, insbesondere von 20-120%, des Durchmessers des zweiten Pleuelauges haben sollte. Es kann vorgesehen sein, dass die Kontur des Pleuelschafts im Bereich des Durchbruchs parallel zur Längskontur des Durchbruchs verläuft. Der Pleuelschaft teilt sich also in diesem Bereich in zwei Pleuelstege, die sich außerhalb des Bereichs des Durchbruchs wieder zu einem Pleuelschaft vereinigen, der keine Unterbrechung zwischen seinen Längskonturen aufweist. Ein Pleuelsteg weist in diesem Fall über seine Länge die gleiche Breite auf.

Es kann aber ebenso ein Pleuel mit sich zum zweiten Pleuelauge hin erweiternden oder verjüngenden Pleuelstegen verwendet werden. Dies ermöglicht die Steuerung des Bereichs, wo die maximalen Spannungen im Lager des zweiten Pleuelauges auftreten .

Generell ist zu sagen, dass im Bereich des Durchbruchs die Breite eines verbleibenden Pleuelstegs, gemessen in der Ebene der Pleuelaugen, zwischen Kontur des Pleuelschafts und Längskontur des Durchbruchs zwischen 10% und 100%, insbesondere zwischen 30% und 60%, der Gesamtbreite des Pleuelschafts an der Stelle seiner geringsten Breite beträgt. Eine geometrisch einfache Ausführung des Pleuels besteht darin, dass die Kontur des Pleuelschafts im Bereich des Durchbruchs und bis zum zweiten Pleuelauge gerade ist. Dies führt zu einer Gewichtsersparnis, zudem wirkt der Pleuelschaft in diesem Bereich dann wie eine Schubstange in Kraftrichtung. Ebenso geometrisch einfach ist die Ausführung, wo die

Querkontur des Durchbruchs im Wesentlichen gerade ist, wie dies ja bei der Basis eines gleichschenkeligen Dreiecks der Fall ist.

Um auch eine Entlastung des ersten Pleuelauges bzw. dessen Lagers zu erzielen, kann ein weiterer Durchbruch vorgesehen werden, der näher beim ersten Pleuelauge liegt.

Hier gilt es - ebenso wie beim Durchbruch nahe dem zweiten Pleuelauge - als vorteilhaft, wenn der weitere Durchbruch sich im Wesentlichen zum ersten Pleuelauge hin erweitert und/oder wenn der weitere Durchbruch entlang seiner gesamten Kontur vom Pleuelschaft umgeben ist und/oder wenn der weitere Durchbruch symmetrisch zur Längsachse des Pleuelschafts angeordnet ist und/oder wenn der weitere Durchbruch im Wesentlichen die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist und/oder die Kontur des Pleuelschafts im Bereich des weiteren Durchbruchs parallel zur Längskontur des Durchbruchs verläuft.

Selbstverständlich kann aber der Durchbruch nahe dem ersten Pleuelauge der Einfachheit halber auch einfach als kreisrunde Bohrung ausgeführt sein.

Für die Verwendung des Pleuels in einem Kältemittelkompressor kann dieses einfach durch Sinterung hergestellt werden. Das Pleuel könnte aber auch als sogenanntes gebautes Pleuel ausgeführt sein, also aus mehreren separat gefertigten Bauteilen zusammengefügt sein.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass es bei Ausführung des zweiten Pleuelauges als Hohlzylinder mit gleicher Dicke an der kreisförmigen Innenkante zu einer starken Beanspruchung mit hohen Flächenpressungen und Verschleiß kommen kann.

Dies liegt daran, dass das zweite Pleuelauge am Kurbelwellenzapfen nicht mit der gesamten Fläche, sondern nur im Bereich der Kante den Kurbelwellenzapfen kontaktiert.

Es hat sicher daher als sinnvoll herausgestellt, das Pleuel so zu fertigen, dass die Dicke des zweiten Pleuelauges am äußeren

Umfang geringer ist als am inneren Umfang. Das zweite

Pleuelauge ist dadurch am äußeren Umfang weniger steif, es wird am zweiten Pleuelauge eine Deformierung im Bereich der

Kante erzielt. Durch diese elastische Verformung wird ein größerer Tragbereich im Lager bewirkt, sodass die

Flächenpressung am inneren Umfang abnimmt.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, wie die Dicke des zweiten Pleuelauges am äußeren Umfang verringert werden kann: - durch Abfasen (=Abschrägen der Kante, in der Regel in einem Winkel von 20-70°, etwa in einem Winkel von 45°, wobei der Winkel die elastische Verformbarkeit steuert); die Fase kann dabei eine gerade Kontur, aber auch eine konkave, konvexe oder eine beliebig geformte Kontur aufweisen

- durch Abstufen (eine oder mehrere rechteckige Stufen)

- durch eine Kombination von Abfasen und Abstufen

Wenn das Pleuel durch Sintern hergestellt wird, ist die Herstellung einer Fläche, die in einem Winkel zum Sinterwerkzeug auf dieses auftreffen soll, eher schwierig. Die Ausführung einer Fase allein wird in diesem Fall schwer möglich sein. Hier bietet sich eher das Abstufen an, wobei eine oder mehrere Stufen mit gleicher oder unterschiedlicher Länge der waagrechten und senkrechten Stufenabschnitte möglich sind.

Wenn man dennoch beim Sintern auf das Abfasen nicht verzichten will, so kann die Dicke des zweiten Pleuelauges am äußeren Umfang durch eine Stufe normal zur Ebene des Pleuels, durch eine anschließende Fase und eine daran anschließende senkrechte Stufe, die am Pleuelschaft endet, verringert werden. Dabei ist die Fase also von zwei Abschnitten begrenzt, die in normalem Winkel auf das Sinterwerkzeug bzw. den Pleuelschaft treffen.

Um eine gute Angriffsfläche für den Sinterstempel zu schaffen, kann vorgesehen werden, dass ein zumindest das zweite Pleuelauge umlaufender Steg vorgesehen ist, dessen Dicke geringer als die Dicke des zweiten Pleuelauges ist.

Dies kann etwa so ausgeführt werden, dass der Steg die gleiche Dicke wie der Pleuelschaft aufweist und diesen um das zweite Pleuelauge herum fortsetzt. Der Steg ist somit eine Verlängerung des Pleuelschafts in der gleichen Ebene um das zweite Pleuelauge herum.

Dabei ist der Steg so dimensioniert, dass er eine Breite von 105-150%, insbesondere von 110%-140%, des Durchmessers des zweiten Pleuelauges aufweist. Unter der Breite des Stegs soll hier der Durchmesser des Pleuelauges plus Steg verstanden werden .

Auch ein entsprechender Steg um das erste Pleuelauge ist möglich .

Durch das erfindungsgemäße Pleuel kann nicht nur die maximal auftretende Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge bzw. dessen Lager reduziert werden, es kann auch die Tragfähigkeit des zweiten Pleuelauges erhöht werden. Durch eine unterschiedliche Ausgestaltung des Durchbruchs und der Pleuelstege kann die Lage der Spannungen im und damit die elastische Verformung des zweiten Pleuelauges verändert bzw. gesteuert werden. Der Durchbruch bewirkt letztlich auch eine Material- und Gewichtsersparnis.

Die Erfindung wird nun anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Pleuel nach dem Stand der Technik mit I-förmigem

Pleuelschaft ohne Durchbruch

Fig. 2 die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge aus Fig. 1

Fig. 3 ein Pleuel mit kreisförmigem Durchbruch beim zweiten

(größeren) Pleuelauge

Fig. 4 die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge aus Fig. 3

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Pleuel mit dreieckigem

Durchbruch und gleich breiten Pleuelstegen Fig. 6 die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge aus Fig. 5

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Pleuel mit kleinem dreieckigem

Durchbruch und gleich breiten Pleuelstegen Fig. 8 die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge aus Fig. 9

Fig. 9 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen zweiten

(größeren) Pleuelauges mit Fase

Fig. 10 die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge aus Fig. 11

Fig. 11 die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge ohne Fase

In Fig. 1 ist ein Standardpleuel nach dem Stand der Technik mit I-förmigem Pleuelschaft 3 ohne Durchbruch dargestellt. Die Breite des Pleuelschafts 3 beträgt etwa nur ein Drittel des äußeren Durchmessers des zweiten (größeren) Pleuelauges 2 bzw. etwa die Hälfte des Durchmessers des ersten (kleineren) Pleuelauges 1. Der Pleuelschaft 3 erweitert sich nur geringfügig, wenn er in das zweite (größere) Pleuelauge 2 übergeht . Dadurch treten dort am Übergang sehr hohe Flächenpressungen auf, die zu einem Durchdrücken des Stegs des zweiten Pleuelauges 2 führen können und auf jeden Fall das Lager im zweiten Pleuelauge 2 stark beanspruchen.

Die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge aus Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist auf der waagrechten Achse die auf 1 normierte Breite des zweiten Pleuelauges 2 dargestellt (von 0% bis 100%) , die entlang der in die Ebene projizierten (Lager ) Fläche des zweiten Pleuelauges 2 gemessen wird. Es wird also die Kraftverteilung entlang jenes halben Innenumfangs des zweiten Pleuelauges 2 gemessen, der dem Pleuelschaft 3 zugewandt ist. Auf der senkrechten Achse ist die auf 1 normierte Höhe bzw. Dicke des zweiten Pleuelauges 2 dargestellt (von 0% bis 100%) , die entlang der in die Ebene projizierten (Lager ) Fläche des zweiten Pleuelauges 2 gemessen wird. Der Wert „x" stellt einen vorgegebenen Wert der Flächenpressung dar, die mit ,,x" oder Bruchteilen von ,,x" bezeichneten Linien stellen Linien gleicher Flächenpressung dar .

In der Mitte der Fig. 2 ist ein fast kreisrunder Bereich mit höchster Flächenpressung zu erkennen, der von konzentrischen Ringen abnehmender Flächenpressung umgeben ist. Der Bereich höchster Flächenpressung entspricht im Wesentlichen der Projektion des Pleuelschafts 3 auf die projizierte (Lager ) Fläche des zweiten Pleuelauges 2.

In Fig. 3 ist ein Pleuel abgebildet, welches einen kleinen kreisförmigem Durchbruch 4 nahe dem zweiten Pleuelauge 2 und einen weiteren Durchbruch 7 nahe dem ersten Pleuelauge 1 aufweist. Der Durchbruch 4 ist hier nicht erfindungsgemäß ausgebildet, der tangentiale Übergang des Pleuelschafts 3 in das zweite Pleuelauge 2 hingegen schon. Das zweite Pleuelauge 2 wird von einem Steg 10 umschlossen, dessen Dicke jener des

Pleuelschafts 3 entspricht und diesen gleichsam um das

Pleuelauge 2 fortsetzt.

In Fig. 4 ist die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge 2 aus Fig. 3 dargestellt, wobei die Art der Darstellung jener in Fig. 2 entspricht. Der Bereich höchster Flächenpressung, hier 6/8 x, ist hier im Vergleich zu Fig. 2 flächenmäßig bereits deutlich kleiner geworden. Die Bereiche abnehmender Flächenpressung umgeben den Bereich höchster Flächenpressung in Form annähernd konzentrischer Rechtecke. Der Bereich höchster Flächenpressung konnte also mit dem kleinen runden Durchbruch 4 und dem tangentialen Übergang des Pleuelschafts 3 in das zweite Pleuelauge 2 bereits deutlich reduziert werden. In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Pleuel mit dreieckigem Durchbruch 4 und gleich breiten Pleuelstegen 11 dargestellt. Der Durchbruch 4 hat eine Länge von 15-200% (hier ca. 110%), des Durchmessers der Lagerbohrung des zweiten Pleuelauges 2, die Querkontur 6 hat eine Länge von 20-150% (hier 75%) des Durchmessers der Lagerbohrung des zweiten Pleuelauges 2, der Öffnungswinkel des Dreiecks beträgt 6-50° (hier ca. 30°). Die Ecken des Durchbruchs 4 sind abgerundet. Die Pleuelstege 11 haben eine Breite (Normalabstand zwischen Kontur des Pleuelschafts 3 und der Längskontur 5 des Durchbruchs 4) von 10-100%, insbesondere zwischen 30-60%, (hier ca. 50%) der Gesamtbreite des Pleuelschafts 3 im Bereich der geringsten Breite .

Ausgehend vom ersten Pleuelauge 1 verringert sich die Breite des Pleuels vorerst in Richtung zweites Pleuelauge 2 und erreicht nach etwa einem Drittel der Gesamtlänge des Pleuels seine geringste Breite. Dann erweitert sich der Pleuelschaft 3 linear, bis er im Wesentlichen tangential am äußeren Umfang des zweiten Pleuelauges 2, genauer gesagt, an dessen kreisringförmigem Steg 10, anschließt.

Das Pleuel weist auch einen weiteren Durchbruch 7 beim ersten Pleuelauge 1 auf, der sich zum ersten Pleuelauge 1 hin ebenfalls linear erweitert und durch eine halbkreisförmige Kontur abgeschlossen wird. Er hat eine Länge von 20-200% (hier ca. 65%) des Durchmessers der Lagerbohrung des ersten Pleuelauges 1 und an seiner breitesten Stelle die Breite von 20-150% (hier ca. 40%) des Durchmessers der Lagerbohrung des ersten Pleuelauges 1. Er ist vom Pleuelschaft 3 umgeben und weist zum ersten Pleuelauge 1 etwa einen Abstand von der Dicke des ersten Pleuelauges 1 auf. In einer verschlechterten Ausführung, welche jedoch bei sehr kleinen Lagerdurchmessern Fertigungstechnische Vorteile bringen kann, kann dieser Durchbruch auch kreisförmig ausgeführt sein. In Fig. 6 ist die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge 2 aus Fig. 5 dargestellt, wobei die Art der Darstellung jener in Fig. 2 entspricht. Die Werte der Flächenpressung sind wieder in Relation zur höchsten Flächenpressung x in Fig. 2 angegeben. In Fig. 6 beträgt der größte vorkommende Wert der Flächenpressung nur 4/8x, also etwa der Hälfte des Werts in Fig. 2. Zudem ist das Maximum nicht mehr rund um die Längsachse des Pleuels angesiedelt, sondern es sind zwei Maxima abseits der Längsachse des Pleuels ausgebildet. Rund um die Längsachse des Pleuels beträgt der größte Wert der Flächenpressung nur 2/8 bis 3/8 des höchsten Werts aus Fig. 2.

Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Pleuel mit kleinem dreieckigem Durchbruch 4 und gleich breiten Pleuelstegen 11. Der Durchbruch 4 hat hier nur eine Länge von ca. 50% des Durchmessers der Lagerbohrung des zweiten Pleuelauges 2, die Querkontur 6 hat eine Länge von ca. 50% des Durchmessers der Lagerbohrung des zweiten Pleuelauges 2, der Öffnungswinkel des Dreiecks beträgt ca. 45°, ist also größer als jener in Fig. 5. Die Ecken des Durchbruchs 4 sind abgerundet. Die Pleuelstege 11 haben eine Breite (Normalabstand zwischen Kontur des Pleuelschafts 3 und der Längskontur 5 des Durchbruchs 4) von 10-100%, insbesondere zwischen 30-60%, (hier ca. 50%) der Gesamtbreite des Pleuelschafts 3 im Bereich der geringsten Breite.

Ausgehend vom ersten Pleuelauge 1 verringert sich die Breite des Pleuels vorerst in Richtung zweites Pleuelauge 2 und erreicht nach etwa einem Drittel der Gesamtlänge des Pleuels seine geringste Breite und behält diese bis etwa zur Hälfte der Länge des Pleuels bei. Erst dann erweitert sich der Pleuelschaft 3 linear, bis er tangential am äußeren Umfang des zweiten Pleuelauges 2, genauer gesagt, an dessen kreisringförmigem Steg 10, anschließt. Das Pleuel weist auch einen weiteren Durchbruch 7 beim ersten Pleuelauge 1 auf, der so wie in Fig. 5 ausgebildet ist.

Fig. 8 zeigt die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge 2 aus Fig. 7, wobei die Art der Darstellung jener in Fig. 2 entspricht.

Die Werte der Flächenpressung sind wieder in Relation zur höchsten Flächenpressung x in Fig. 2 angegeben. In Fig. 8 beträgt der größte vorkommende Wert der Flächenpressung ebenfalls 4/8x, also etwa die Hälfte des Werts in Fig. 2, ist also gleich groß wie in Fig. 6. Es haben sich ebenfalls zwei in etwa kreisförmige Maxima abseits der Längsachse des Pleuels ausgebildet, die aber näher beisammen liegen als in Fig. 6 und einander berühren. Rund um die Längsachse des Pleuels beträgt der größte Wert der Flächenpressung 4/8x, also die Hälfte des höchsten Werts x aus Fig. 2. Die Belastung des zweiten Pleuelauges 2 im Bereich der Längsachse des Pleuels konnte um 50% verringert werden.

Fig. 9 zeigt die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen zweiten (größeren) Pleuelauges 2 mit Fase 8 und Stufen 9. Wenn man vom inneren Umfang des zweiten Pleuelauges 2 radial nach außen geht, bleibt die Dicke des Pleuelauges 2 vorerst konstant, nimmt dann aufgrund einer ersten rechtwinkeligen senkrechten Stufe 9 (bei etwa 75% des äußeren Radius des Pleuelauges 2) sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite des Pleuelauges ab, geht in eine 45°-Fase 8 über, welche wiederum an eine senkreche Stufe 9 übergeht, die normal auf die Ebene des Pleuelschafts 3 bzw. des Stegs 10 trifft. Am äußeren Umfang des Pleuelauges 2 hat dieses somit nur mehr eine Dicke von etwa der Hälfte des inneren Umfangs, da oben und unten je etwa ein Viertel der Dicke weggenommen worden ist.

Selbstverständlich kann diese Reduktion der Dicke auch nur durch eine einzige Fase, deren Winkel nicht unbedingt 45° betragen muss, oder durch mehrere rechtwinkelige Stufen oder Kombinationen von Fasen und Stufen erzielt werden. Die Verjüngung könnte auch als konkave, konvexe oder andere Kurve ausgeführt sein.

Fig. 10 zeigt die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge 2 aus Fig. 9, wobei die Art der Darstellung jener in Fig. 2 entspricht.

Fig. 11 zeigt im Vergleich dazu die Flächenpressung im zweiten (größeren) Pleuelauge 2 ohne Fase 8 und Stufen 9, wenn also die Dicke des Pleuelauges 2 zwischen innerem und äußerem Umfang konstant bleibt. Die dargestellten Linien begrenzen Flächen gleicher Flächenpressung, besonders eng aneinander liegende Linien deuten auf eine hohe lokale Änderung der Flächenpressung hin. Hier ist deutlich ein Maximum der Flächenpressung am unteren Ende des Pleuelauges 2 zu erkennen.

Nach Reduzierung der Dicke des Pleuelauges 2 gemäß Fig. 9 kann das Maximum am unteren Ende des Pleuelauges 2 eliminiert werden, wie aus Fig. 10 zu erkennen ist.

Typische Abmessungen eines erfindungsgemäßen Pleuels sind:

Abstand der Pleuelaugen: von 20mm bis 100mm, insbesondere von 25mm bis 50mm

Innendurchmesser des ersten und zweiten Pleuelauges: von 7mm bis 20mm, insbesondere von 9mm bis 14mm.

Typische Dicke des Pleuelschafts: von 1,5mm bis 8mm, insbesondere von 2,5mm bis 5mm

Typische Dicke der Pleuelaugen: von 4mm bis 16mm, insbesondere von 6mm bis 11mm

Bezugszeichenliste :

1 erstes Pleuelauge

2 zweites Pleuelauge

3 Pleuelschaft 4 Durchbruch

5 Längskontur des Durchbruchs 4

6 Querkontur des I )urchbruchs 4

7 Weiterer Durchbruch

8 Fase

9 Abstufung

10 Steg um zweites Pleuelauge 2

11 Pleuelsteg bei Durchbruch 4 b geringste Breite des Pleuelschafts 3 x Wert der höchsten Flächenpressung