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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolben-Pleuel-Anordnung insbesondere für einen Verbrennungsmotor.
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Ein Pleuel – andere Bezeichnungen sind Pleuelstange, Schubstange oder Treibstange – dient in einem Verbrennungsmotor der Umsetzung der linearen Bewegung des Kraft- oder Arbeits-Kolbens eines Motors in die kreisförmige Bewegung der Kurbelwelle. Ein Pleuel besteht dabei zumeist aus einem Schaft, einem großen Auge (auch Pleuelfuß genannt) und einem kleinen Auge (auch als Pleuelkopf bezeichnet).
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Kolben in Verbrennungsmotoren weisen im Wesentlichen zumindest drei Komponenten auf: einen Kolbenboden, welcher im Zylinder z. B. mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch in Kontakt steht, ein Kolbenhemd als zylindrisches, an den Kolbenboden angrenzendes Bauteil, welches mit Spiel in die Zylinderbohrung passt, und einen Kolbenbolzen, welcher den Kolben mit dem Pleuel verbindet. Um eine axiale Verschiebung des Bolzens zu verhindern, wird dieser beispielsweise durch einen Querpressverband mit dem kleinen Pleuelauge fest verbunden. Eine Alternative ist die Sicherung durch zwei Spreizringe. Das Aufschrumpfen des Kolbenbolzens mit dem Pleuel für das Erzeugen eines Querpressverbandes ist ebenso kostenintensiv wie das Sichern durch Spreizringe. Bei beiden Varianten sind zudem mehrere Teile und Bearbeitungsschritte notwendig. Die Verbindung des Kolbens mit dem Pleuel ist somit im Stand der Technik durchaus aufwändig und durch die Vielzahl der Bauteile mit entsprechenden Kosten verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Pleuel-Anordnung vorzuschlagen, welche sich durch die Verwendung von wenigen Bauteilen auszeichnet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kolben-Pleuel-Anordnung mit einem Kolbenelement, einer Pleuelstange und einem Fixierelement gelöst. Dabei weist das Kolbenelement eine Vertiefung auf. Die Pleuelstange weist einen Pleuelkopf auf, wobei der Pleuelkopf zumindest teilweise eine Kugeloberfläche aufweist und wobei der Pleuelkopf zumindest teilweise in der Vertiefung angeordnet ist. Das Fixierelement hält zudem den Pleuelkopf in der Vertiefung. Der Pleuelkopf ist somit nicht als klassisches Auge ausgeführt, sondern er ist zumindest teilweise in Kugelform ausgeführt. Das Kolbenelement verfügt über eine Vertiefung, welche den Pleuelkopf aufnimmt. Vorteilhafterweise ist auch die Vertiefung zumindest teilweise kugelförmig bzw. als Negativform einer Kugel ausgeführt. Zur Fixierung des Pleuelkopfes ist ein Fixierelement vorgesehen. Vorzugsweise ist insbesondere nur ein Fixierelement vorgesehen, welches je einstückig oder mehrstückig bzw. mehrteilig ausgestaltet ist. Das Fixierelement befindet sich in einer Ausgestaltung gegenüber dem Kolbenboden des Kolbenelements, d. h. im verbauten Zustand in Richtung der Kurbelwelle. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird somit der Pleuelkopf quasi in das Kolbenelement eingehängt und durch ein Fixierelement gegenüber einer Zugbelastung gesichert.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kolbenelement und das Fixierelement zumindest oder nur durch einen Pressverband miteinander verbunden sind.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Fixierelement zumindest teilweise ringförmig ausgestaltet ist und eine Aussparung aufweist. Das Fixierelement ist in dieser Ausgestaltung im Wesentlichen ein Ring, welcher eine Aussparung umschließt. Der Ring kann dabei insbesondere auch einen Kragen oder eine sonstige Erhebung aufweisen, durch welche das Fixierelement ggf. in eine Gegenform des Kolbenelements eingebracht wird.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Aussparung teilweise oval ausgestaltet ist oder teilweise rund und teilweise abgeflacht ausgestaltet ist. Das ringförmige Fixierelement ist somit im Bereich um seine Aussparung nicht vollständig kreisrund, sondern weist eine z. B. ovale oder teilweise abgeflachte Form auf.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Pleuelkopf teilweise oval ausgestaltet ist und/oder mindestens eine Abflachung aufweist. Verfügen sowohl das Fixierelement als auch der Pleuelkopf über eine teilweise ovale Form bzw. über Abflachungen und sind die Ausformungen jeweils aufeinander abgestimmt, so ergibt sich eine relative Anordnung von Fixierelement und Pleuelkopf, die ein Einführen des Pleuelkopfs erlaubt, und zumindest eine Anordnung, bei welcher der Pleuelkopf nicht wieder aus dem Fixierelement gezogen werden kann. Somit gibt es eine Anordnung, welche bei der Montage der Kolben-Pleuel-Anordnung dem Verbinden von Fixierelement und Pleuel dient, indem beide mit ihrer nicht vollständig runden Ausgestaltung fluchtend zueinander angeordnet sind. Ist der Pleuelkopf in das Kolbenelement eingebracht, so kann durch ein relatives Verdrehen zwischen Pleuelkopf und Fixierelement der Pleuelkopf gegenüber einem Herausziehen aus dem Fixierelement gesichert werden, da die Asymmetrien der Kugelformen des Pleuelkopfs und des Fixierelements sich jeweils gegenseitig hemmend relativ zueinander positioniert sind. Diese Ausgestaltung geht vorteilhafterweise mit der Variante einher, dass das Kolbenelement eine zumindest teilweise ovale Form aufweist. Weist das Kolbenelement eine teilweise ovale oder abgeflachte Form auf, so kann ein Verdrehen des Kolbens im Zylinder verhindert werden. Durch diese Ausgestaltung wird somit auch verhindert, dass das Kolbenelement das Fixierelement dreht und dass somit eine Stellung zwischen Fixierelement und Pleuelkopf erreicht werden könnte, bei welchem ein Herausrutschen des Pleuelkopfs aus dem Fixierelement möglich wäre.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Pleuelstange einstückig ausgestaltet ist, oder dass es sich bei der Pleuelstange um eine mehrstückige gebaute Pleuelstange handelt. Im Stand der Technik sind einstückige und mehrstückige, sog. gebaute Pleuelstangen bzw. Pleuel bekannt.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Vertiefung zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet ist.
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In einer Variante sind in der Vertiefung und/oder im Pleuelkopf Ölnuten und/oder Öltaschen vorgesehen. Um die Relativbewegung von Pleuelkopf und Kolbenelement zu optimieren, kann ggf. eine Einheit zur Einbringung von Öl in den Zwischenraum zwischen Pleuelkopf und Kolbenelement vorgesehen sein. Hierfür weisen die Komponenten Nuten bzw. Taschen für das Öl auf. Ggf. sind auf dem Pleuelkopf oder auf dem Kolbenelement die Reibung reduzierende Beschichtungen vorgesehen.
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Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: einen Schnitt durch eine schematische Kolben-Pleuel-Anordnung.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Kolben-Pleuel-Anordnung dargestellt. Dabei ist der Pleuelkopf 20 der Pleuelstange 2 zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet. Die Pleuelstange 2 ist im gezeigten Beispiel eine mehrstückige gebaute Pleuelstange, wobei der Pleuelfuß 21 ein separates Bauteil ist, in welches der zylindrische Schaft 22 der Pleuelstange 2 eingepresst ist. Das Kolbenelement 1 weist eine Vertiefung 10 auf, welche auf den Pleuelkopf 20 abgestimmt, d. h. insbesondere teilweise (hohl-)kugelartig ausgestaltet ist, so dass die Vertiefung 10 den Pleuelkopf 20 aufnehmen kann. Zur Sicherung des Pleuelkopfes 20 in der Vertiefung 10 des Kolbenelements 1 ist ein ringförmiges Fixierelement 3 vorgesehen, welches über einen Pressverband mit dem Kolbenelement 1 verbunden ist. Das ringförmige Fixierelement 3 umschließt dabei eine Aussparung 30.
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In einer Ausgestaltung weisen der Pleuelkopf 20 – für die Aufnahme ist auch die Vertiefung 10 des Kolbenelements 1 passend ausgestaltet – und das Fixierelement 3 jeweils eine ovale Form bzw. Abflachungen auf. Dabei sind die Dimensionierungen der Aussparung 30 und des Pleuelkopfs 20 derartig aufeinander abgestimmt, dass bei einer fluchtenden Ausrichtung von Pleuelkopf 20 und Fixierelement 3 der Pleuelkopf 20 durch die Aussparung 30 des Fixierelements 3 geführt werden kann und dass bei einem Verdrehen von Pleuelkopf 20 und Fixierelement 3 gegeneinander der Pleuelkopf 20 nicht mehr aus dem Fixierelement 3 gezogen werden kann. Dies ist insbesondere für den Fall relevant, dass es sich um eine Pleuelstange 2 mit bereits an dem Schaft 22 angebrachten Pleuelfuß 21 handelt. Hierfür ist es ggf. auch vorgesehen, dass der Pleuelkopf der z. B. einstückigen Pleuelstange und das Fixierelement derartig ausgestaltet sind, dass das Fixierelement für die Montage im elastischen Bereich über den Pleuelkopf gezogen werden kann. Lässt sich – wie im gezeigten Beispiel – das Fixierelement 3 auf den Schaft 22 aufbringen, bevor der Schaft 22 mit dem Pleuelfuß 21 verbunden wird, so kann auch eine im Wesentlichen vollständig runde Form der Aussparung 30 des Fixierelements 3 bzw. des Pleuelkopfes 20 vorgesehen sein.