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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrteiligen Pleuel, wobei ein Pleuelschaft mit einem ersten Pleuelauge fest und weiter mit einem zweiten Pleuelauge mittels einer Verbindungseinrichtung lösbar fest verbunden ist.
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Stand der Technik
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Bei Großmotoren als Hubkolbenmotoren werden mehrteilige Pleuel eingesetzt. Diese mehrteiligen Pleuel weisen eine Trennstelle im Bereich des Pleuelschafts zwischen großem Pleuelauge einer Kurbelzapfenlagerung und kleinem Pleuelauge einer Kolbenbolzenlagerung auf, um den Kolben entgegengesetzt zur Kurbelwelle ausbauen zu können, ohne das große Pleuelauge öffnen zu müssen. Außerdem kann so das große Pleuelauge größer als der Zylinderdurchmesser ausgeführt werden, was Steifigkeit und Festigkeit von Pleuel und Kurbelwelle erhöht. Die Trennstelle wird üblicherweise mittels einer Gewindebolzenverschraubung geschlossen. Häufig befindet sich die Trennstelle in der Nähe des großen Pleuelauges, kann aber auch in Bereich des kleinen Pleuelauges ausgeführt sein.
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Aus der Patentschrift
US 2,033,601 A ist ein mehrteiliger Pleuel bekannt. Der Pleuel ist oberhalb des Kurbelzapfenlagers teilbar, indem Verschraubungen gelöst werden. Dadurch kann der obere Pleuelteil mit dem Kolben für eine einfache Demontage nach oben aus dem Zylinder gezogen werden, ohne dass das Kurbelzapfenlager am Pleuel geöffnet werden muss.
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Aus der Patentschrift
US 10,001,160 B2 ist ein mehrteiliger Pleuel für einen Luftkompressor bekannt. Der mehrteilige Pleuel weist ein Kolbenbolzenlager zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und ein Kurbelzapfenlager zur Aufnahme eines Kurbelzapfens sowie ein zwischen Kolbenbolzenlager und Kurbelzapfenlager angeordneten Pleuelschaft auf. Der Pleuelschaft ist mit dem Kolbenbolzenlager einteilig fest verbunden und weiter mit dem Kurbelzapfenlager mittels Verschraubungen lösbar fest verbunden. Die Trennung zwischen Pleuelschaft und Kurbelzapfenlager befindet sich dabei außerhalb des Kurbelzapfenlagers.
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Aus der Offenlegungsschrift
CN 108006057 A ist ein mehrteiliger Pleuel zur Verbindung eines Kolbens mit einer Kurbelwelle bekannt, welche aus einem ersten Pleuelteil mit einem Kolbenbolzenlager und einem zweiten Pleuelteil mit einem Kurbelzapfenlager zusammengesetzt sind. Über eine lösbare T-Nut-Verbindung sind die beiden Pleueleile zwischen den beiden Lagern miteinander verbunden, wobei zusätzlich eine Spannklammer in die T-Nut-Verbindung zu dessen Sicherung eingebracht wird.
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Aus der Patentschrift
DE 22 48 133 C3 ist ein mehrteiliger Pleuel zur Verbindung eines Kolbens mit einer Kurbelwelle bekannt, welche aus einem ersten Pleuelteil mit einem Kolbenbolzenlager und einem zweiten Pleuelteil mit einem Kurbelzapfenlager zusammengesetzt sind. Das Kurbelzapfenlager des zweiten Pleuelteils ist wiederum aus zwei Lagerhälften mittels Verschraubungen lösbar zusammengesetzt. Über lösbare Verschraubungen sind weiter die beiden Pleuelteile zwischen den beiden Lagern miteinander verbunden, wobei zusätzlich eine Einlage zur Bereitstellung einer Vorspannung auf diese Verschraubung zwischen ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil eingesetzt ist.
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Aus der Patentschrift
DE 38 42 766 C2 ist eine zweiteilige Kolbenstange bekannt, wobei ein erstes Kolbenstangenteil mit einem Kolbenbolzenlager und ein zweites Kolbenstangenteil mit einem Kurbelzapfenlager miteinander lösbar verbunden sind. Die Verbindung der beiden Kolbenstangenteile ist mittels einer Keil- Keilnutverbindung ausgeführt, welche mittels einer Klammer gesichert ist. Die als Federklammer ausgeführte Sicherungsklammer ist in beiden Kolbenstangenteilen im Bereich der Keil-Keilnutverbindung in Nuten geführt, um somit eine formschlüssige Sicherung zu gewährleisten.
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Aus der Patentschrift
US 7,895,919 B2 ist eine mehrteilige Pleuelstange bekannt. Die mehrteilige Pleuelstange ist aus einem Pleuelschaft, einem Kurbelzapfenlagergehäuse und einem Kolbenbolzenlagergehäuse zusammengebaut. An dem Pleuelschaft ist an den beiden entgegengesetzten Enden jeweils einem Montageflansch ausgebildet, über welchen das Kurbelzapfenlagergehäuse und das Kolbenbolzenlagergehäuse am Pleuelschaft montiert werden. Insbesondere ist der Montageflansch für das Kolbenbolzenlagergehäuse zylinderförmig ausgebildet, um das zylinderförmige Kolbenbolzenlagergehäuse aufzunehmen. Die Befestigung der Lagergehäuse am Pleuelschaft erfolgt mittels Verschraubungen. Zudem sind Führungspins vorgesehen, um eine bestimmte Ausrichtung der Lagergehäuse gegenüber der Pleuelstange sicherzustellen.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen mehrteiligen Pleuel mit verbesserter Verbindung der Pleuelteile bereitzustellen.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird durch eine mehrteilige Pleuelstange nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung stellt einen erfindungsgemäß vorteilhaften mehrteiligen Pleuel bereit, bei welchem die Verbindung der Pleuelteile verbessert ist. Der mehrteilige Pleuel weist einen ersten Pleuelteil mit einem ersten Pleuelauge und einem Pleuelschaft, sowie einen zweiten Pleuelteil mit einem zweiten Pleuelauge auf.
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Im ersten Pleuelteil ist der Pleuelschaft einerseits mit den ersten Pleuelauge fest verbunden und insbesondere mit dem ersten Pleuelauge einteilig ausgeführt. Das erste Pleuelauge ist zur Bereitstellung eines Kolbenbolzenlagers bestimmt und definiert eine erste Drehachse des Kolbenbolzenlagers, welche zu einer Längsachse des Pleuelschaftes senkrecht ausgerichtet ist. Im zweiten Pleuelteil ist das zweite Pleuelauge zur Bereitstellung eines Kurbelzapfenlagers bestimmt und definiert eine zweite Drehachse des Kurbelzapfenlagers, welche zur Längsachse des Pleuelschaftes senkrecht ausgerichtet ist. Entsprechend einem Pleuel für Hubkolbenmotoren sind die erste Drehachse und die zweite Drehachse zueinander parallel orientiert. Die Trennung zwischen ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil befindet sich außerhalb des Kurbelzapfenlagers, insbesondere in Bereich des Übergangs von Pleuelschaft zu zweiten Pleuelauge.
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Der Pleuelschaft ist mit dem ersten Pleuelauge fest verbunden und weiter mit dem zweiten Pleuelauge mittels einer Verbindungseinrichtung lösbar fest verbunden. Dazu weist der mehrteilige Pleuel eine Einrichtung zur sicheren Verbindung des ersten Pleuelteils und des zweiten Pleuelteils auf. Die Verbindungseinrichtung umfasst zwei Verbindungselemente und wenigstens eine Verschraubung, welche im Sinne von Spannklammern das erste Pleuelteil und das zweite Pleuelteil miteinander verbinden. Die zwei Verbindungselemente sind zueinander entgegengesetzt mit dazwischenliegendem ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil über die wenigstens eine Verschraubung miteinander verbunden, so dass das erste Pleuelteil, insbesondere der Pleuelschaft und das zweite Pleuelteil zwischen den Verbindungselementen eingespannt sind. Die zwei Verbindungselemente sind dazu seitlich neben dem ersten Pleuelteil und dem zweiten Pleuelteil angeordnet, so dass diese das erste Pleuelteil und das zweite Pleuelteil teilweise über eine gemeinsame Trennebene zwischen ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil hinweg überdecken. Diese Trennebene verläuft dabei hauptsächlich senkrecht zur Längsachse des Pleuelschaftes. Die zwei Verbindungselemente weisen im Wesentlichen die gleiche Breite auf, wie das zweite Pleuelteil. Die Verschraubung ist senkrecht zur Längsachse des Pleuelschaftes und weiter senkrecht zur ersten Drehachse und zweiten Drehachse ausgerichtet, um eine komfortable Montage und Demontage innerhalb eines Kurbelgehäuses zu ermöglichen.
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Die zwei Verbindungselemente, der Pleuelschaft des ersten Pleuelteils und das zweite Pleuelauge des zweiten Pleuelteils weisen Verzahnungen auf, welche hauptsächlich senkrecht zur Längsachse des Pleuelschaftes ausgerichtet sind. Die Verzahnung eines Verbindungselementes greift in eine komplementäre Verzahnung des Pleuelschaftes und in eine komplementäre Verzahnung des zweiten Pleuelauges ein. Bei entsprechender vorteilhafter Ausführung der Verzahnung wird die Verspannung von ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil zueinander durch die Verschraubung bestimmt. Bei entsprechender vorteilhafter Ausführung der Verzahnung ist der Eingriff der Verzahnungen der Verbindungselemente mit erstem Pleuelteil und zweitem Pleuelteil selbsthemmend. Bei entsprechender vorteilhafter Ausführung der Verzahnung wird durch die wenigstens eine Verschraubung der Verbindungselemente und durch die Verzahnung eine kraftschlüssige und formschlüssige Verbindung zwischen ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil hergestellt. Die Montage oder Demontage der Verbindungselemente erfolgt aus einer zur Längsachse, zur ersten Drehachse und zur zweiten Drehachse senkrechten Richtung.
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Die hauptsächlich senkrecht zur Längsachse des Pleuelschaftes ausgerichteten Verzahnungen an den zwei Verbindungselementen, an dem ersten Pleuelteil und an dem zweiten Pleuelteil sind asymmetrisch keilförmig, insbesondere sägezahnförmig ausgeführt, wobei ein erstes Zahnprofil der Verzahnung an dem ersten Pleuelteil einem zweiten Zahnprofil der Verzahnung an dem zweiten Pleuelteil entgegengesetzt ausgerichtet ist. Das jeweilige Zahnprofil verläuft dabei hauptsächlich innerhalb einer senkrecht zur Längsachse des Pleuelschaftes liegenden Ebene. Am ersten Pleuelteil und am zweiten Pleuelteil sind jeweils mehrere in Richtung der Längsachse des Pleuelschaftes beabstandete Zahnprofile vorgesehen. Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft verläuft das jeweilige Zahnprofil gekrümmt um die Längsachse des Pleuelschaftes, insbesondere derart, dass das jeweilige Zahnprofil in einem Radius um die Längsachse des Pleuelschaftes verläuft und ein Bogensegment bildet. Die Zahnprofile am ersten Pleuelteil und am zweiten Pleuelteil sind unterschiedlich weit von der Längsachse des Pleuelschaftes beabstandet. Die ersten Zahnprofile des ersten Pleuelteils sind unterschiedlich weit von der Längsachse des Pleuelschaftes beabstandet. Die zweiten Zahnprofile des zweiten Pleuelteils sind unterschiedlich weit von der Längsachse des Pleuelschaftes beabstandet. Die zwei Verbindungsteile weisen die dazu ausgerichteten komplementären Zahnprofile auf, wobei demnach jedes Verbindungselement wenigstens zwei entgegengesetzt ausgerichtete Zahnprofile aufweist.
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Jedes Zahnprofil weist einen Zahnkopf, einen Zahnfuß, eine Tragflanke und eine Nebenflanke auf. Die als hauptsächlich gerade Ebenen ausgeführten Oberflächen der Tragflanken der Zahnprofile des ersten Pleuelteils und des zweiten Pleuelteils weisen voneinander weg und sind nicht parallel, sondern zueinander geneigt ausgerichtet. Über die Verschraubung der Verbindungselemente kann somit eine vordefinierte Spannung in die Verbindung eingebracht werden, welche in der Trennebene wirkt. Über diese Tragflanken am ersten Pleuelteil und am zweiten Pleuelteil und den dazu komplementären Tragflanken an den jeweiligen Verbindungselementen wird die Spannung zwischen dem ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil aufgebaut und gestützt. Ausgehend von einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Pleuelschaftes sind dabei die ersten Tragflanken der ersten Zahnprofile gegenüber dieser Ebene weniger stark geneigt als die zweiten Tragflanken der zweiten Zahnprofile. Demnach ist der spitze Winkel zwischen Längsachse des Pleuelschaftes und den ersten Tragflanken größer als der spitze Winkel zwischen Längsachse des Pleuelschaftes und der zweiten Tragflanken.
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Die Verschraubung der zwei Verbindungselemente ist als durchgehende Schraubverbindung ausgeführt. In einem Verbindungselement ist eine Durchgangsbohrung mit konischer Kopfauflage für den Schraubenkopf und im gegenüberliegenden Verbindungselement ein Gewinde eingebracht. Die Verschraubung verläuft dabei nicht durch die Trennebene, sondern ist zu dieser in Richtung des zweiten Pleuelauges versetzt. Die Verschraubung ist senkrecht zur Längsachse des Pleuelschaftes und weiter senkrecht zur ersten Drehachse und zweiten Drehachse ausgerichtet. Für eine besonders sichere Verbindung von ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil sind zwei entgegengesetzte Verschraubungen vorgesehen, welche zueinander parallel verlaufen.
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Am Pleuelschaft des ersten Pleuelteils ist andererseits zum ersten Pleuelauge eine erste Ausrichthilfe vorgesehen. Komplementär dazu ist am zweiten Pleuelauge des zweiten Pleuelteils eine zweite Ausrichthilfe vorgesehen. Die erste Ausrichthilfe und die zweite Ausrichthilfe wirken im Bereich der Trennebene zusammen, um eine Lagepositionierung von ersten Pleuelteil und zweiten Pleuelteil zueinander zu gewährleisten. Mittels der Ausrichthilfe ist Positionierung in die drei Raumrichtungen sowie eine Verdrehsicherung um die Längsachse des Pleuelschaftes gewährleistet.
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Ausführungsbeispiel
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Beispielhaft wird hier eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen mehrteiligen Pleuels (1) dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des mehrteiligen Pleuels (1),
- 2 eine schematische Explosionsdarstellung des mehrteiligen Pleuels (1),
- 3 eine schematische Detaildarstellung der Verbindungseinrichtung (2),
- 4 eine schematische Detaildarstellung der Verzahnungen (3), und
- 5 zwei schematische Detaildarstellungen eines Verbindungselementes (2a, 2b).
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Die vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen mehrteiligen Pleuels (1), dargestellt in 1 und 2, weist einen ersten Pleuelteil (1a) mit einem eine erste Drehachse (5a) definierenden ersten Pleuelauge (5) und einem eine Längsachse (6a) definierenden Pleuelschaft (6), sowie einen zweiten Pleuelteil (1b) mit einem eine zweite Drehachse (7a) definierenden zweiten Pleuelauge (7) auf. Die erste Drehachse (5a) und die zweite Drehachse (7a) sind zueinander parallel und senkrecht zur Längsachse (6a) orientiert.
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Der Pleuelschaft (6) ist einerseits mit dem ersten Pleuelauge (5) einteilig fest verbunden und andererseits mit dem zweiten Pleuelauge (7) mittels einer Verbindungseinrichtung (2) lösbar fest verbunden.
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Die Verbindungseinrichtung (2) umfasst zwei zueinander entgegengesetzt ausgerichtete Verbindungselemente (2a, 2b) und eine Verschraubung (2c, 2d), welche zwei zueinander entgegengesetzt ausgerichtete Schraubverbindungen umfasst. Die zwei Verbindungselemente (2a, 2b) sind dazu seitlich neben dem ersten Pleuelteil (1a) und dem zweiten Pleuelteil (1b) angeordnet, so dass diese das erste Pleuelteil (1a) und das zweite Pleuelteil (1b) teilweise über eine gemeinsame Trennebene (1c) zwischen ersten Pleuelteil (1a) und zweiten Pleuelteil (1b) hinweg überdecken und das erste Pleuelteil (1a) sowie das zweite Pleuelteil (1b) einspannen. Diese Trennebene (1c) verläuft senkrecht zur Längsachse (6a). Die Verschraubung (2c, 2d) ist senkrecht zur Längsachse (6a) ausgerichtet und durch entgegengesetzt orientierte, durchgehende Schraubverbindungen umgesetzt. Die Verschraubung (2c, 2d) verläuft hauptsächlich durch das zweite Pleuelteil (1b).
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Am ersten Pleuelteil (1a) ist eine erste Ausrichthilfe (4a) und am zweiten Pleuelteil (1b) eine komplementäre zweite Ausrichthilfe (4b) vorgesehen, so dass erste Ausrichthilfe (4a) und die zweite Ausrichthilfe (4b) zusammenwirken, um eine Lagepositionierung von ersten Pleuelteil (1a) und zweiten Pleuelteil (1b) zueinander zu gewährleisten.
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Die zwei Verbindungselemente (2c, 2d), das erste Pleuelteil (1a) und das zweite Pleuelteil (1b) weisen im Bereich der Trennebene (1c) mit einem sägezahnförmigen Zahnprofil (8) ausgeführte Verzahnungen (3) auf, welche hauptsächlich senkrecht zur Längsachse (6a) ausgerichtet sind, dargestellt in 3 und 4. Die Verzahnung (3a, 3b) eines Verbindungselementes (2c, 2d) greift in eine komplementäre Verzahnung (3c) des ersten Pleuelteils (1a) und in eine komplementäre Verzahnung (3d) des zweiten Pleuelteils (1b) ein, wobei das Zahnprofil (8) der Verzahnung (3c) am ersten Pleuelteil (1a) und das Zahnprofil (8) der Verzahnung (3d) am zweiten Pleuelteil (1b) entgegengesetzt ausgerichtet sind. Am ersten Pleuelteil (1a) und am zweiten Pleuelteil (1b) sind jeweils mehrere, insbesondere beiderseits jeweils drei Zahnprofile (8) vorgesehen, welche zueinander in Richtung der Längsachse (6a) beabstandet sind. Das jeweilige Zahnprofil (8) verläuft gekrümmt in einem Kreisbogen um die Längsachse (6a), wobei die Zahnprofile (8) unterschiedlich von der Längsachse (6a) beabstandet sind.
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Jedes Zahnprofil (8) weist eine Tragflanke (8a) auf, dargestellt in 4. Die als hauptsächlich gerade Ebenen ausgeführten Oberflächen der Tragflanken (8a) der Zahnprofile (8) des ersten Pleuelteils (1a) und des zweiten Pleuelteils (1b) weisen voneinander weg und sind zueinander geneigt ausgerichtet, wobei ausgehend von einer Ebene senkrecht zur Längsachse (6a) die Tragflanken (8a) des ersten Pleuelteils (1a) gegenüber dieser Ebene weniger stark geneigt sind als die Tragflanken (8a) des zweiten Pleuelteils (1b). Über die Tragflanken (8a) der komplementären Verzahnungen (8) an den Verbindungselementen (2a, 2b) werden der erste Pleuelteil (1a) und der zweite Pleuelteil (1b) zusammengespannt.
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In dem Verbindungselement (2a, 2b) ist eine Durchgangsbohrung (9) mit konischer Kopfauflage (9a) für den Schraubenkopf und ein Gewinde (10) für die beiden parallel verlaufenden und entgegengesetzten Schraubverbindungen der Verschraubung (2c, 2d) eingebracht, dargestellt in 5. In jedem Verbindungselement (2a, 2b) sind die komplementären Verzahnungen (3c, 3d) zu den Verzahnungen (3a, 3b) des ersten Pleuelteils (1a) und des zweiten Pleuelteils (1b) ausgeführt.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
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- 1
- mehrteiliger Pleuel
- 1a, 1b
- erstes Pleuelteil, zweites Pleuelteil
- 1c
- Trennebene
- 2
- Verbindungseinrichtung
- 2a, 2b
- Verbindungselemente
- 2c, 2d
- Verschraubungen
- 3
- Verzahnungen
- 3a, 3b
- Verzahnung
- 3c, 3d
- Verzahnung
- 4a, 4b
- erste Ausrichthilfe, zweite Ausrichthilfe
- 5
- erstes Pleuelauge
- 5a
- erste Drehachse
- 6
- Pleuelschaft
- 6a
- Längsachse
- 7
- zweites Pleuelauge
- 7a
- zweite Drehachse
- 8
- Zahnprofil
- 8a
- Tragflanke
- 9
- Durchgangsbohrung
- 9a
- Kopfauflage
- 10
- Gewinde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2,033,601 A [0003]
- US 10,001,160 B2 [0004]
- CN 108006057 A [0005]
- DE 22 48 133 C3 [0006]
- DE 38 42 766 C2 [0007]
- US 7,895,919 B2 [0008]