DE102007026312A1

DE102007026312A1 - Pleuelstange für Hubkolbenmotore

Info

Publication number: DE102007026312A1
Application number: DE102007026312A
Authority: DE
Inventors: Karl Richter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2008-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft Veränderungen an einer mit einem Energiespeicher ausgerüsteten Pleuelstange, die der Übertragung der Energie zwischen einem Kolben und einer Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine dient, wobei die Pleuelstange zwei voneinander getrennte, dem Kolben und der Kurbelwelle zugeordnete Pleuelstangenteile aufweist. Aufgabe war es, eine Anordnung zu entwickeln, bei der der Energiespeicher so auszubilden ist, dass bisher übliche Massenkräfte abgebaut werden und ein bisher notwendiger Massenausgleich verringert wird. Die Aufgabe wird gelöst durch die Ausbildung eines Energiespeichers in unmittelbarer Nähe des Kurbelzapfens sowie tangential zu dessen Mittellinie eines Zusatzenergiespeichers.

Description

Die Erfindung betrifft Veränderungen an einer mit einem Energiespeicher ausgerüsteten Pleuelstange, die der Übertragung der Energie zwischen einem Kolben und einer Kurbelwelle eines Hubkolbenmotors dient, wobei die Pleuelstange zwei voneinander getrennte, dem Kolben und der Kurbelwelle zugeordnete Pleuelstangenteile aufweist.
Nach DE 195 30 191 A1 ist eine Pleuelstange bekannt, die in ihrer Längsrichtung zwei zueinander verschiebliche Hälften aufweist. Beide Teile stehen über einen in Längsrichtung wirksamen Energiespeicher miteinander in Verbindung, wobei der kolbenbolzenartige Pleuelteil ein Kolbenbolzenlager mit einem Kolbenbolzenauge und der einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle zugewandte Pleuelteil ein Kurbelzapfenauge aufweist. Der Energiespeicher ist als ein- oder mehrstufige Fluidfeder ausgebildet.
In der Schrift DE 33 39 360 A1 ist eine Pleuelstange beschrieben, die aus einer oberen und aus einer unteren Hälfte bestehend ausgeführt ist. Beide Hälften sind teleskopartig zueinander wirkend ausgebildet. Zwischen beiden Hälften ist ein in Längsrichtung wirkender Energiespeicher vorhanden.
In beiden Fällen erstrecken sich die hydraulischen und mechanischen Bauteile über die gesamte Länge der Pleuelstange, sodass eine hohe Masse des integrierten Energiespeichers sich ebenfalls in einer hohen Masse der hin- und hergehenden Bauteile äussert, was letztlich zu einer relativen Trägheit und damit hohem Energieverbrauch des Hubkolbenmotors führt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung zu entwickeln, bei der in einem Hubkolbenmotor die vom Kolben über die Pleuelstange aufgebrachte Energie in einer günstigen Stellung der Kurbelwelle in diese eingeleitet wird.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den im Patentanspruch 1 genannten kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den nachgeordneten Patentansprüchen.
Mit der Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lösung wird eine masse- und und schwingungsreduzierte Bauweise erreicht. Durch die Verschiebung der Schwerpunkte des Energiespeichers in Richtung des Kurbelzapfens werden die aus der Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine hin- und hergehende Bewegung und umgekehrt resultierenden Massenkräfte abgebaut. Daraus resultiert eine größere Laufruhe der Maschine, ein geringerer Kraftstoffverbrauch und eine Reduzierung des Bauteilverschleißes. Die Anordnung ist auch ohne wesentliche Änderungen in vorhandenen üblichen Hubkolbenmotoren nachrüstbar.
Die Erfindung soll im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 den Längsschnitt durch eine erfindungsgemäss veränderte Pleuelstange mit einem in Längsrichtung angeordneten Energiespeicher, wobei die linke Seite neben der Mittellinie die Ausgangsstel lung vor der Energiespeicherung und die rechte Seite die Pleuelstange nach der Energiespeicherung mittels einer Druckfeder zeigt,
2 den Längsschnitt einer erfindungsgemäss veränderten Pleuelstange mit einem in Längsrichtung angeordneten Energiespeicher und einem im seitlichen Bereich neben diesem schräg angebrachten Zusatzenergiespeicher, wobei auf der linken Seite neben der Mittellinie befindlich die Stellung vor und auf der rechten Seite befindlich die Stelllung nach der mechanisch-hydraulisch wirkenden Energiespeicherung dargestellt ist,
3 den Längsschnitt einer erfindungsgemäss veränderten Pleuelstange mit einem tangential und assymetrisch zum Pleuelstangenlager angeordneten Energiespeicher und einem in axialer Richtung dazu Angebrachten Zusatzenergiespeicher, wobei links der Mittellinie befindlich die Stellung vor und rechts neben der Mittellinie befindlich die Stellung nach der Energiespeicherung dargestellt ist.
I.
Die in 1 dargestellte zweiteilige Pleuelstange 1 besteht aus einem kolbenseitigen Pleuelstangenteil 2, das am Kolbenbolzen 3 des Kolbens eines Hubkolbenmotors um die Mittelachse des Kolbenbolzenauges schwenkbar gelagert ist und des weiteren aus einem kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteil 4, das an einer Lagerbuchse 5 und im unteren Bereich an einer Lagerschale 6 am Kurbelzapfen 7 einer Kurbelwelle gelagert ist. Zum Massenausgleich gegenüber der Pleuelstange 1 weist die Lagerschale 6 vorzugsweise eine größere Wandstärke auf. Beide Pleuelstangenteile 2; 4 stehen über einen in Längsrichtung wirksamen Energiespeicher 8 in Verbindung. Das kolbenseitige Pleuelstangenteil 2 ist in axialer Richtung in Bezug auf das kurbelwellenseitige Pleuelstangenteil 4 beweglich angeordnet. Es ist im Bereich des Kolbenbolzens 3 an einer Längsführung 9 und im unteren Bereich an der Innenwandung 10 des kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteils 4 gleitend geführt. Das dem Kurbelzapfen 7 der Kurbelwelle zugewandte untere Ende des kolbenseitigen Pleuelstangenteiles 2 ist mit einem profilierten Boden 11 versehen, dessen nach außen überstehender Führungsansatz 12 gleichzeitig als Gleitfläche für das kolbenseitige Pleuelstangenteil 2 an der Innenwandung 10 des kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteiles 4 dient. Oberhalb der Lagerbuchse 5 ist eine Abdeckung 13 angebracht. Zwischen der Abdeckung 13 und dem Boden 11 ist in dem dadurch gebildeten Druckraum mit einem gegenüber dem oberen Bereich des kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteils 4 größeren Durchmessers der Energiespeicher 8 mit einer mitwirkenden vorgespannten Druckfeder 14 angeordnet.
Nach dem Zündvorgang des Kraftstoffes im Zylinder des Hubkolbenmotors und dem dadurch ausgelösten Druck drückt das kolbenseitige Pleuelstangenteil 2 durch die Abwärtsbewegung gegen die Druckfeder 14 im Energiespeicher 8. Dadurch wird die Druckfeder 14 zusammengedrückt und die Federspannung entsprechend erhöht. Die durch die Druckspitze freiwerdende Energie wird im Energiespeicher 8 zum Teil gespeichert und zeitversetzt bei der Abwärtsbewegung des Kolbens über den Kurbelzapfen 7 an die Kurbelwelle abgegeben. Dies geschieht dadurch, dass die Druckfeder 14 das kolbenseitige Pleuelstangenteil 2 wieder in die Ausgangsstellung zurückbewegt, sobald der Druck auf die Pleuelstange 1 nachlässt. Um beim Entspannen der Druckfeder 14 einen gedämpften Anschlag zu erreichen, ist oberhalb des Energiespeichers 8 ein Dämpfungsglied 15 angeordnet. Die Schmierung des Lagers des Kurbelzap fens 7 erfolgt über die Motorumlaufschmierung. Hierbei gelangt das Oel über eine radiale Bohrung 16 im Kurbelzapfen 7 und eine Ringnut 17 an die Lagerstelle zwischen Kurbelzapfen 7 und Lagerbuchse 5. Da sich die durch die Anordnung des Energiespeichers 8 bedingte Massenerhöhung in unmittelbarer Nähe des Lagers des Kurbelzapfens 7 befindet, ist der dafür erforderliche Massenausgleich entsprechend gering. Außerdem ermöglicht diese Bauweise für die beiden Pleuelstangenteile 2; 4 einen reduzierten Materialeinsatz. Neben der damit zusammenhängenden Kostensenkung bei der Herstellung tritt neben einer verbesserten Laufruhe des Motors eine Kraftstoffeinsparung ein.
II.
In 2 ist eine zweiteilige Pleuelstange 1 mit einem zwischen dem kolbenseitigen Pleuelstangenteil 2 und dem kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteil 4 angeordneten Energiespeicher 8 dargestellt. Die Ausführung der beiden Pleuelstangenteile 2; 4 sowie deren obere und untere Lagerung stimmen mit dem in der 1 beschriebenen Aufbau und dessen Funktionsweise überein. Darüber hinaus ist zur funktionellen Unterstützung der mechanischen Wirkung des Energiespeichers 8 ein Hydrauliksystem vorhanden. Zu diesem Zweck ist der Energiespeicher 8 mit einem Zusatzenergiespeicher 18 hydraulisch verbunden, wobei beide in mechanisch-hydraulisch wirkend aufgebaut sind. Die Mittelachse des Zusatzenergiespeichers 18 ist beispielhaft unter Berücksichtigung spezifischer Einbauverhältnisse abweichend von der Mittelachse des Energiespeichers 8 und tangential zur Lagerschale 6 angeordnet.
Durch die Ausbildung eines Zusatzenergiespeichers 18 wird die Kapazität zur Speicherung von Energie erhöht. Der Zusatzenergiespeicher 18 weist in einem Druckraum 19 einen gleitenden und durch eine Druckfeder 20 vorgespannten Kolben 21 sowie ein am unteren Ende angebrachtes Rückschlagventil 22 auf. Die Oelversorgung für das Hydrauliksystem erfolgt über die Umlaufschmierung des Motors. Das Oel gelangt dabei über die Bohrung 16, die Ringnut 17 sowie die Zuführbohrung 23 mit Rückschlagventil 24 in den Druckraum des Energiespeichers 8. Von hier aus wird das Oel in den Zusatzenergiespeicher 18 gedrückt. Nach dem Zündvorgang wird zunächst das kolbenseitige Pleuelstangenteil 2 mit der Druckfeder 14 nach unten bewegt, wodurch sich im Energiespeicher 8 der Oeldruck erhöht. Infolgedessen wird der Kolben 21 des Zusatzenergiespeichers 18 nach unten gedrückt und die Druckfeder 20 entsprechend gespannt. Durch die unterhalb des Kolbens 21 befindliche komprimierte Luft wird das Rückschlagventil 22 selbsttätig geschlossen. Bei der Aufwärtsbewegung des kolbenseitigen Pleuelstangenteils 2 wird das Rückschlagventil 22 geöffnet und der Kolben 21 bis an einen Anschlag am oberen Ende des Druckraumes 19 bewegt. Die dabei frei werdende Energie wird über den Druckraum des Energiespeichers 8 an das kolbenseitige Pleuelstangenteil 2 abgegeben. In der Wandung des Energiespeichers 8 sind am Umfang verteilt mehrere Druckregulierungsbohrungen 25 höhenversetzt angeordnet. Dadurch tritt bei der Abwärtsbewegung des kolbenseitigen Pleuelstangenteils 2 ein kontinuierlicher Anstieg des Oeldruckes auf. Bei der Aufwärtsbewegung des kolbenseitigen Pleuelstangenteils 2 sorgen die an der Wandung des Energiespeichers 8 angeordneten Überströmkanäle 26 und die zugehörigen Überströmbohrungen 27 für einen gedämpften Anschlag zwischen dem Führungsansatz 12 des kolbenseitigen Pleuelstangenteils 2 und dem am kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteil 4 angebrachten Dämpfungsgliedes 15. Durch einen einstellbaren oder drehzahlabhängigen Öldruck der Umlaufschmierung des Motors kann die Vorspannung des Oeldruckes im Energiespeicher 8 so reguliert werden, dass die optimale Wirkungsweise der Energiespeicherung erreicht wird.
III.
Die in 3 dargestellte zweiteilige Pleuelstange 1 ist mit einem Energiespeicher 8 und einem in axialer Richtung dazu angeordneten Zusatzenergiespei cher 18 versehen, wobei die Längsrichtung der Pleuelstange 1 unsymmetrisch zum Lager des Kurbelzapfens 7 verläuft, weil die Mittelachse des Zusatzenergiespeichers 18 fluchtend zur Mittelachse des Energiespeichers 8 angeordnet ist.
Der prinzipielle Aufbau und die mechanisch-hydraulische Funktionsweise stimmen mit der in 2 beschriebenen Ausführung überein. Abweichend davon ist lediglich die unsymmetrische Anordnung der Pleuelstange 1 zum Lager des Kurbelzapfens 7 sowie die Anordnung des Zusatzenergiespeichers 18 in axialer Richtung zum Energiespeicher 8. Durch diese geradlinige Anordnung des Energiespeichers 8 und des Zusatzenergiespeichers 18 wird der für die Herstellung erforderliche Kostenaufwand verringert.

1: Pleuelstange
2: kolbenseitiges Pleuelstangenteil
3: Kolbenbolzen
4: kurbelwellenseitiges Pleuelstangenteil
5: Lagerbuchse
6: Lagerschale
7: Kurbelzapfen
8: Energiespeicher
9: Längsführung
10: Innenwandung
11: profilierter Boden
12: Führungsansatz
13: Abdeckung
14: Druckfeder
15: Dämpfungsglied
16: radiale Bohrung
17: Ringnut
18: Zusatzenergiespeicher
19: Druckraum
20: Druckfeder
21: Kolben
22: Rückschlagventil
23: Zuführbohrung
24: Rückschlagventil
25: Druckregulierungsbohrungen
26: Überströmkanäle
27: Überströmbohrungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19530191 A1 [0002]
- DE 3339360 A1 [0003]

Claims

Pleuelstange für Verbrennungsmotore, bei dem ein Energiespeicher (8) zur Übertragung der Energie zwischen einem Kolben und einer Kurbelwelle eines Hubkolbenmotors, wobei die Pleuelstange zwei voneinander getrennte, dem Kolben und der Kurbelwelle zugeordnete und den Energiespeicher (8) bildende Pleuelstangenteile (2; 4) besteht, dieser die Spitzenenergie nach dem Zündzeitpunkt speichert und zeitversetzt an die Kurbelwelle abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die den Energiespeicher (8) bildenden Elemente unmittelbar in Nähe der rotierenden Bauteile des Lagers des Kurbelzapfens (7) der Kurbelwelle auf der oberen Hälfte der Lagerschale (6) des kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteils (4) beginnend ausgebildet sind.
Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (8) mit einer mitwirkenden Druckfeder (14) zwischen einer oberhalb der Lagerbuchse (5) angebrachten Abdeckung (13) und dem profilierten Boden (11) des kolbenseitigen Pleuelstangenteiles (2) angeordnet ist.
Pleuelstange nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kolbenseitige Pleuelstangenteil (2) im Bereich des Kolbenbolzens (3) an einer Längsführung (9) am kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteil (4) und im unteren Bereich an der Innenwandung (10) des kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteiles (4) in axialer Richtung gleitend geführt ist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kurbelzapfen (7) der Kurbelwelle zugewandte untere Ende des kolbenseitigen Pleuelstangenteiles (2) mit einem profilierten Boden (11) versehen ist, dessen nach aussen überstehender Führungsansatz (12) als Gleitfläche für das kolbenseitige Pleuelstangenteil (2) an der Innenwandung (10) des kurbelseitigen Pleuelstangeteiles (4) ausgebildet ist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energiespeicher (8) im Bereich des Lagers des Kurbelzapfens (7) ein seitlich von diesem die obere Hälfte der Lagerschale (6) des kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteils (4) tangierend ausgebildeter Zusatzenergiespeicher (18) vorhanden ist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (8) und der Zusatzenergiespeicher (18) miteinander in Wirkverbindung stehen und eine mechanisch-hydraulische Funktionsweise aufweisend ausgebildet sind.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzenergiespeicher (18) einen in einem Druckraum (19) gleitenden und durch eine Druckfeder (20) vorgespannten Kolben (21) sowie ein Rückschlagventil (22) aufweist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem des Energiespeichers (8) und des Zusatzenergiespeichers (18) mit der Umlaufschmierung des Hubkolbenmotors verbunden ist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wandung des Energiespeichers (8) am Umfang verteilt und höhenversetzt Druckregulierungsbohrungen (25) angeordnet sind.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wandung der Pleuelstange (1) Überstromkanäle (26) und zugehörige Überströmbohrungen (27) ausgebildet sind.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (8) mit einem in axialer Richtung dazu angeordneten Zusatzenergiespeicher (18) versehen ist, wobei die Achse der Pleuelstange (1) tangential angreifend zum Lager des Kurbelzapfens (7) der Kurbelwelle verlaufend ausgebildet ist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch Oeldruck der Umalufschmierung des Hubkolbenmotors die Vorspannung des Oeldruckes im Energiespiecher (8) regulierbar ist.
Pleuelstange nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Oeldruck der Umlaufschmierung einstellbar ist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse der Lagerschale 6 der zwischen Kolbenbolzen (3) und Kurbelzapfen (7) der Kurbelwelle befindlichen Masse der Pleuelstange (1) angeglichen ist.