DE3416011A1

DE3416011A1 - Pleuelstange aus faserverbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE3416011A1
Application number: DE19843416011
Authority: DE
Inventors: Hans 3170 Gifhorn Beckmann; Dieter 7900 Ulm Roeper
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo Patente 5600 Wuppertal De GmbH
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1984-04-30
Publication date: 1985-05-09
Also published as: DE3416011C2

Description

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Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange und nach diesem Verfahren hergestellte Pleuelstange

A k ζ ο GmbH
Wuppertal

Die Erfindung betrifft· ein Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange, welche aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen (Kurbelzapfenauge und Kolbenbolzenauge) außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten flexiblen Spannband besteht, wobei das Spannband mit vorgegebener Vorspannkraft verspannt wird. Ebenso betrifft die Erfindung eine nach diesem Verfahren hergestellte -Pleuelstange. ⁷

Eine Pleuelstange gattungsgemäßer Art sowie ein Verfahren zu deren Herstellung sind aus der DE-OS 32 04 093 bekannt. Diese bekannte Pleuelstange wird unter Berücksichtigung der im betrieblichen Einsatz dieser Pleuelstange auftretenden Zug- und»Druckkräfte derart gestaltet, daß diese Pleuelstangen insbesondere aus Faserverbundwerkstoffe:n hergestellt werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß Pleuelinnenteil und Spannband derart gegeneinander verspannt werden.-daß bei betrieblichem Einsatz einer solchen Pleuelstange das Spannband immer im Zugbereich und das Pleuelinnenteil immer im Druckbereich belastet werden. Die Herstellung dieser bekannten Pleuelstange erfolgt derart, daß ein endloses Spannband auf die auf das Pleuelinnenteil abgestützten Pleuelaugen aufgezogen wird, wobei entweder das Pleuelinnenteil

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auf Druck oder das Spannband auf Zug belastet ist. Die Vorspannung des Spannbandes und des Pleuelinnenteils kann bei der beikannten Pleuelstange lediglich über eine eigens für diesen Zweck konstruierte Spannvorrichtung bewerkstelligt werden. Außerdem sind bei der Herstellung von Pleuelinnenteil und Spannband die Einhaltung von sehr engen Maßtoleranzen erforderlich, um eine definierte Vorspannung des Spannbandes und des Pleuelinnenteils zu gewährleisten. Die Art der Aufbringung der Vorspannung bei den bekannten Pleuelstangen ist für eine Serienfertigung ungünstig, weil die Herstellung der Einzelteile wegen der notwendigen Einhaltung von sehr engen Maßtoleranzen aufwendig ist, die Nachprüfung der tatsächlich aufgebrachten Vorspannung nur über für diesen speziellen Einsatzzweck entwickelte Meßinstrumente in einem getrennten Arbeitsgang möglich ist, und das Spannband beim Aufziehen auf die am Pleuelinnenteil abgestützten Pleuelaugen verletzt werden kann.

Eine Verbesserung hinsichtlich der Herstellung dieser bekannten Pleuelstangen ist aus der DE-OS 33 13 365 bekannt geworden. Bei dieser bekannten Pleuelstange wird das Spannband im spannungslosen Zustand über die beiden Pleuelaugen und das Pleuelinnenteil geschoben, wonach eine Hülse über das Kolbenbolzenauge zur Verspannung des Spannbandes und des Pleuelinnenteils auf das Spannband aufgeschoben wird, welches in einer im Pleuelinnente.il vorgesehenen Nut einrastet. Auch bei dieser bekannten Pleuelstange ist das Aufbringen einer definierten Vorspannung nur durch Einhalten sehr enger Maßtoleranzen bei Pleuelinnentei-1, Spannband und Hülse möglich. Auch die Nachprüfung der tatsächlich aufgebrachten Vorspannung auf Spannband und Pleuelinnenteil ist

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nur durch einen zusätzlichen Meßvorgang möglich, wozu wiederum eine speziell für diesen Einsatzweck hergestellte Meßvorrichtung erforderlich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile Verfahren zur Herstellung von Pleuelstangen zur Verfügung zu stellen, bei welchen die speziellen Probleme der Serienfertigung berücksichtigt sind, und bei welchen die Vorspannung beim Aufbringen in einfacher Weise kontrolliert werden kann. Die erfindungsgemäße Pleuelstange soll werkstoff- und fertigungsgerechte Bauform aufweisen. ·

Er findung s gemäß, wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Enden eines flexiblen Spannbandes endlicher Länge, dessen Enden Mittel zum Verbinden mit einer mechanischen Spanneinrichtung aufweisen, mit einer mechanischen Spanneinrichtung verbunden werden, wonach das Spannband mit Hilfe der mechanischen Spanneinrichtung mit vorgegebener Kraft verspannt wird. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den Zusammenbau der Pleueleinzelteile bei der Montage im Motorblock vorzunehmen. Dadurch, daß das Spannband mit Hilfe der mechanischen Spanneinrichtung, welche an dar Pleuelstange verbleibt, mit vorgegebener, kontrollierbarer Kraft verspannt wird, ist gewährleistet, daß die für den betrieblichen Einsatz erforderliche Vorspannung von Pleuelinnenteil und Spannband kontrollierbar aufgebracht wird.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es besonders günstig, wenn als Spanneinrichtung ein Getriebe eingesetzt wird.

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Hierbei wird über das Getriebe solange das Spannband verspannt, bis ein vorgegebenes Drehmoment beim Drehen des Getriebes erreicht :_st. Hierbei hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn die Verspannung des Spannbandes mit Hilfe einer mechanischen Spanneinrichtung erfolgt, die auf den außenliegonden Teil des Kurbelzapfenauges einwirkt.

Die Verbindung zwischen Spanneinrichtung und Spannband läßt sich besonders günstig dadurch bewerkstelligen, daß ein endloses flexibles Spannband unter Bildung von Endschlingen doppelläufig zusammengelegt wird, und die Endschlaufen in die Spanneinrichtung eingehängt werden, wonach die Vorspannung auf das flexible Spannband aufgebracht wird.

Bei dem aus der DE-OS 33 13 365 bekannten Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange, welche aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil, welches zwischen den beiden Pleuelaugen Einbuchtungen aufweist, und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen im wesentlichen außen umschließenden, von Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten, flexiblen, endlosen Spannband besteht, bei dem das flexible, endlose Spannband mit vorgegebener Vorspannkraft mit Hilfe einer mechanischen Spanneinrichtung durch Hineinziehen in die Einbuchtungen des Pleuelinnenteils verspannt wird, hat es sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die das Spannband berührende, den Kurvenverlauf des Spannbandes im Bereich der Ausbuchtung bestimmende Oberfläche der Spanneinrichtung derart ausgebildet ist, daß die Länge der beim Verspannen des Spannbandes erfolgten Verbiegung in die eine Richtung gleich groß ist wie die Länge der beim Verspannen des Spannbandes erfolgten

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Verbiegung in die andere Richtung.

Beim Verspannen des Spannbandes über Einbuchtungen ist es charakteristisch/ daß das Spannband aus einem geraden Bereich heraus verbogen wird, indem es in die Einbuchtungen hineingezogen wird. Hierbei erfolgen eine Biegung des Spannbandes in eine Krümmungsrichtung, und zwar im Bereich der das Spannband berührenden Oberfläche der Spanneinrichtung, und zwei Biegungen in der entgegengesetzten Biegungsricfrrung, und zwar jeweils eine vor und hinter der Oberfläche der Spanneinrichtung welche das Spannband beührt. Bei solchen Verbiegungen des Spannbandes ergibt sich, daß längs des gebogenen Abschnittes des Spannbandes auf der Innenseite Druckspannungen und auf der Außenseite Zugspannungen entstehen. Wenn nun die Länge der Verbiegung des Spannbandes in der einen Biegerichtung möglichst gleich groß gewählt wird wie die Länge der Verbiegungen in der entgegengesetzten Biegerichtung, wird günstigerweise gewährleistet, daß die durch die Biegung des Spannbandes entstehenden Druck- und Zugspannungen auch* in den AußenLagen des Spannbandes sich gegenseitig wieder aufheben. Insofern ist dann auch die im Spannband infolge der Vorspannkraft erzeugte Vorspannung über die gesamte Länge des Spannbandes im Querschnitt gleichmäßig verteilt.

Um die Vorspannung des Spannbandes definiert aufbringen zu können ist es hierbei günstig, wenn die Versparnung des Spannbandes über mindestens ein Druckstück über jeweils mindestens eine im Pleuelinnenteil verankerte Schraube erfolgt. Eine vorgegebene Vorspannung des Spannbcindes kann bei diesem Verfahren auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die Schraube (ή)' bis zu einem vorgegebenen Drehmoment angezogen wird.

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Um die gleichmäßige Verteilung der infolge der Vorspannkraft erzeugten Vorspannung über den Querschnitt des Spannbandes günstig gewährleisten zu können, hat es sich erfindungsgemäß als besonders günstig herausgestellt, wenn zum Verspannen ein Spannband eingesetzt wird, welches mindestens im Bereich der Verbiegungen mehrschichtig ist, wobei die einzelnen Schichten voneinander getrennt sind und von der Pleuellängsachse aus gesehen von innen nach außen nebeneinander liegen. Hierdurch können sich die einzelnen Schichten des Spannbandes im Bereich der Verbiegungen gegeneinander verschieben, wodurch beispielsweise eine Schicht, die im Bereich der Verbiegung in der einen Richtung eine Außenlage darstellt, im Bereich der Verbiegungen in die andere Richtung jedoch eine Innenlage darstellt, ein Längenausgleich durch Verschieben derart erfolgt, daß in jeder Schicht derselbe Anteil an Vorspannung enthalten ist.

Das Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange gattungsgemäßer Art läßt sich erfindungsgemäß auch dadurch günstig durchführen, daß die Vorspannung- des flexiblen endlosen Spannbandes nach dem Hydraulikprinzip erfolgt, wobei als Hydraulikmedium eine hochvikose Flüssigkeit oder eine Paste eingesetzt wird. Es hat sich dabei bewährt, wenn das Spannband in eine im äußeren Teil des Kubelzapfenauges in Umfangsrichtung eingearbeitete Nut derart eingelegt wird, daß zwischen Kurbelzapfenauge und Spannband ein Hohlraum entsteht, wenn zum Verspannen des Spannbandes durch eine in dem Lagerschalenträger befindliche Einspritzöffnung das Hydraulikmedium unter Druck in den vom Spannband und der Nut gebildeten Hohlraum eingepreßt wird, wonach die Einspritzöffnung verschlossen wird. Es hat sich dabei besonders bewährt, wenn das Hydraulikmedium nach dem Einspritzen in einen festen Zustand überführt wird. Als fester Zustand

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des Hydraulikmediums wird verstanden, daß das Hydraulikmedium von der Konsistenz ist, daß es von den in der Pleuelstange auftretenden Betriebsdruck- und Zugkräften nicht mehr verformt werden kann. Ein Verschließen der Einspritzöffnung ergibt sich durch das Festwerden des Hydraulikmediums von selbst.

Als Hydraulikmedien, welche in den festen Zustand überführt werden können/ eignen sich besonders physikalisch oder chemisch härtende Werkstoffe, beispielsweise Thermoplaste oder Duromere, wobei es sich als zweckmäßig herausgestellt hat, wenn diesen Hydraulikmedien in noch verformbarem Zustand Fasermaterial zugemischt wird.

Die erfindungsgemäßen Verfahren weisen den Vorteil auf, daß die einzelnen Bauteile der Pleuelstange einzeln und spannungsfrei hergestellt werden können und erst nach dem Aushärten unter erst dann erzeugter Vorspannung zur Pleuelstange zusammengesetzt werden. Da durch die Verspannung des Spannbandes mit geeigneter, vorgegebener Vorspannkraft gewährleistet wird, daß das Pleuelinnenteil lediglich noch auf Druck und das Spannband lediglich auf Zug beansprucht wird, können daher Pleuelinnenteil und Spannband in Faserstruktur und Matrix optimal auf die ihnen spezifischen reinen Druckbzw. Zugbeanspruchungen ausgelegt werden. Insbesondere kann das Spannband zunächst spannungsfrei hergestellt und erst nach der Aushärtung, wenn die volle Zugfestigkeit erreicht ist, mit der gewünschten hohen Vorspannung am Pleuelinnenteil montiert werden. Dabei sind ohne Gefahr so große Vorspannungen möglich, daß sich das Spannband unter den im Betrieb auftretenden Zugbeanspruchungen nicht mehr

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nennenswert dehnen kann und also der Form- und Kraftschluß zwischen Spannband und Pleuelinnenteil voll erhalten bleibt. Auch ist ohne Veränderung der erfindungsgemäßen Verfahren möglich, üine Teilung der Pleuelaugen vorzunehmen, soweit eine solche Teilung konstruktiv gewünscht wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Pleuelstange, insbesondere für Zylinder-Kolben-Motoren, aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft, bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen mit definierter Vorspannung im wesentlichen außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten, flexiblen Spannband dadurch gelöst, daß das Spannband endliche Länge aufweist, und die Enden des Spannbandes über eine Spanneinrichtung verbunden sind.

Eine günstige Ausführurigsform für diese Pleuelstange ergibt sich, wern das Spannband Endschlingen aufweist und damit an der Spanneinrichtung eingehängt ist. Das Spannband wird im Filament-Winding-oder UD-Tape-Laying-Verfahren hergestellt und kann daher mit in sich geschlossenen Endschlingen, versehen und damit an der Spanneinrichtung eingehängt werden. Das Spannband kann aber auch aus einer endlos gefertigten, unter Bildung der Endschlingen doppelläufig zusammengelegten Schlaufe bestehen.

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In jedem Fall ergibt sich eine hohe Zugfestigkeit des Spannbandes bis hinein in seine Befestigung an der Spanneinrichtung. Im Falle der letztgenannten Ausbildung des Spannbandes als doppelläufig zusammengelegte Endlosschlaufe ist vorzugsweise das Pleuelinnenteil scheibenartig ausgebildet und verläuft die das Zugband bildende Schlaufe beidseitig des Pleuelinnenteils. Dabei können im übrigen die Lagerschalenträger Nuten zur Aufnahme des Pleuelinnenteils und der Schlaufe aufweisen, wodurch die Montage der Pleuelstange sehr einfach wird, und gleichzeitig die Abstützung der Schlaufe in axialer Richtung im Bereich von Verbiegungen gewährleistet ist.

Die Spanneinrichtung ist vorzugsweise an der"~Lägerschale bzw. Lagerbrücke des Kurbelzapfenauges an der dem Pleuelinnenteil gegenüberliegenden Seite vorgesehen, so daß die Masse der Spanneinrichtung nur: im hierfür günstigsten Teil : der Pleuelstange wirksam wird.

Die Spanneinrichtung selbst kann verschieden ausgebildet sein. Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung einen quer zur Pleuellängsachse verlaufenden Spannbolzen aufweist, an dessen beiden Enden je ein Ende des Spannbandes angeschlossen bzw. eingehängt ist,und daß ein Spanngetriebe vorgesehen ist, mit dem der Spannbolzen quer zu sich selbst und in Richtung der Pleuellängsachse verstellbar ist. Im einzelnen kann die Anordnung zweckmäßig so getroffen werden, daß der Spannbolzen mit einer zu seiner Achse"leicht geneigten Keilfläche versehen und dann mit einer entsprechend geneigten Keilgegenfläche an der Lagerschale bzw. Lagerbrücke anliegt, und daß auf Gewindeabschnitten des Spannbolzens geführte Spannmuttern vorgesehen sind, mittels welchen der Spannbolzen längs der Keil- und Keilgegenfläche verstellbar angeordnet ist. .

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Wie bereits eingangs erwähnt, ist eine weitere vorgespannte Pleuelstange in der DE-OS 33 13 365 beschrieben. Eine solche Pleuelstange zeichnet sich durch ihre Kompaktheit aus. Erfindungsgemäß kann diese Pleuelstange dadurch verbessert werden, daß die mechanische Spanneinrichtung mittels Schrauben in der Einbuchtung des Pleuelinnenteils verankert ist.

Für den betrieblichen Einsatz als besonders zweckmäßig hat sich eine. Pleuelstange herausgestellt/ bei der das Pleuelinnenteil zwei symmetrisch zur Pleuellängsachse angeordnete Einbuchtungen zwischen den Pleuelaugen aufweist/ und daß jeweils eine mechanische Spanneinrichtung mittels Schrauben indan beiden Einbuchtungen verankert ist. Die Verankerung der Schrauben in der jeweiligen, dafür vorgesehenen Einbuchtung, geschieht in einfacher Weise dadurch, daß im Pleuelinaenteil im Bereich der Einbuchtung von der 'Pleuelinnenteilaußenseite her auf die Pleuellängsachse zu Gewindesacklöcher vorgesehen sind, in welche die durch die mechanische Spanneinrichtung hindurchgehenden Schrauben eingeschraubt sind.

Im Sinne der Erfindung weist das Pleuelinnenteil immer dann Einbuchtungen auf, wenn das Pleuelinnenteil gegenüber der zwischen den beiden Pleuelaugen verlaufenden gemeinsamen tangentialen Verbindungslinie in Richtung der Pleuellängsachse Ausnehmungen aufweist. Das Pleuelinnenteil weist also auch dann Einbuchtungen auf, wenn das Pleuelinnenteil gegenüber der zwischen den beiden Pleuelaugen verlaufenden gemeinsamen tangentialen Verbindungslinie verjüngt ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ergibt

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Wie bereits eingangs erwähnt, ist eine weitere vorgespannte Pleuelstange in der DE-OS 33 13 365 beschrieben. Eine solche Pleuelstange zeichnet sich durch ihre Kompaktheit aus. Erfindunc sgemäß kann diese Pleuelstange dadurch verbessert werden, c.aß die mechanische Spanneinrichtung mittels Schrauben in der Einbuchtung des Pleuelinnenteils verankert ist. ' ,

Für den betrieblichen Einsatz als besonders zweckmäßig hat sich eino Pleuelstange herausgestellt, bei der das Pleuelinnenteil zwei symmetrisch zur Pleuellängsachse angeordnete Einbuchtungen zwischen den Pleuelaugen aufweist, und daß jeweils eine mechanische Spanneinrichtung mittels Schrauben in den be.tden Einbuchtungen verankert ist. Die Verankerung der Schrauben in der jeweiligen, dafür vorgesehenen Einbuchtung, geschieht in einfacher Weise dadurch, daß im Pleuelin:ienteil im Bereich der Einbuchtung von der PleuelinnenteiLaußenseite her auf die Pleuellängsachse zu Gewindesacklöcher vorgesehen sind, in welche die durch die mechanische Spanneinrichtung hindurchgehenden Schrauben eingeschraubt sind.

Im Sinne der Erfindung weist das Pleuelinnenteil immer dann Einbuchtungen auf, wenn das Pleuelinnenteil gegenüber der zwischen den beiden Pleuelaugen verlaufenden gemein- = samen tangentialen Verbindungslinie in Richtung der Pleuellängsachse Ausnehmungen aufweist. Das Pleuelinnenteil weist also auch dann Einbuchtungen auf, wenn das Pleuelinnenteil gegenüber der zwischen den beiden Pleuelaugen verlaufenden gemeinsamen tangentialen Verbindungslinie verjüngt ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ergibt

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innenteil und den Pleuelaugen getrennten flexiblen Spannband zechnet sich erfindungsgemäß dadurch aus/ daß die Lagerbrücke/ auf der vom Pleuelinnenteil abgewandten Seite eine in ümfangsrichtung verlaufende Nut aufweist, innerhalb welcher das Spannband angeordnet ist, und daß in dem von der Nut und dem Spannband gebildeten Raum eine unter Druck gehaltene hochviskose Flüssigkeit oder Paste eingefüllt ist. Es hat sich dabei als besonders zweckmäßig erwieser, wenn die hochviskose Flüssigkeit oder Paste in den festen Zustand überführt ist. Hierzu eignen sich besonders physikalisch oder chemisch härtende Werkstoffe, beispielsweise Thermoplaste, Duromere oder härtbare oder selbst aushärtende Kunststoffe.

Um die Abdichtung zwischen Spannband und Nut zu begünstigen, ist das Spannband im Bereich der Nut der Lagerbrücke vorteilhaft versteift. Diese Versteifung des Spannbandes besteht beispielsweise aus einem auf der der ,NutJ.zugewandtej\_Seite des Spannbandes angeordneten, etwa die Breite der Nut ausfüllenden Blechstreifen. Zweckmäßig ist der Blechstreifen in . seinem Querschnitt U-förmig ausgebildet, in dessen U-förmige Ausbildung das Spannband eingelegt ist. Für die Abdichtung zwischen Spannband und Nut hat sich besonders bewährt, wenn der Blechstreifen in seinem Querschnitt doppel-U-förmig ausgebildet 'ist, wobei in der einen U-förmigen Ausbildung das Spannband eingelegt ist und die Seiten der zweiten U-förmigen Ausbildung die Wände der Nut berührend in die" Nut hineinragen. Auf diese Weise wird einerseits das Spannband günstig versteift, andererseits die in die Nut hineinragenden Seiten des Blechstreifens infolge des unter Druck eingespritzten Hydraulikmediums an die Wände der Nut

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angedrückt, so daß der von der Nut, dem Blechstreifen und dem Spannband gebildete, von dem Hydraulikmedium befüllte Raum günstig abgedichtet ist.

Das Pleuelinnenteil und/oder Spannband und/ode:: die Lagerschalen sind vorteilhaft aus Faserverbundwerks".:off hergestellt. Sind auch die Lagerschalenträger aus Faserverbundwerkstoff hergestellt, so sollten wenigstens die den Kurbelzapfen und den Kolbenbolzen umschließenden GleLtflachen von einem metallischen Werkstoff gebildet sein. Hierzu können entweder metallische Lagerschalen in die Lagerschalenträger aus Faserverbundwerkstoff eingesetzt werden, oder der Faserverbundwerkstoff metallisch beschichtet werden, wobei die metallische Beschichtung beispielsweise galvanisch, durch Plasmaspritzen oder durch Aufdampfen, erfolgen kann.

Als Fasern für den Faserverbundwerkstoff eignen sich bei zug- und druckbeaufschlagten Teilen besonders Kohlenstofffasern. Bei zugbeänspruchten Teilen eigenen sich auch Bor.- und Aramidfäden. .

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen: „

Figur 1 eine erfindungsgemäße Pieuelstange mit·, mechanischer Spanneinrichtung, und zwar in der Iin3;en Figurenhälfte eine Ansicht, in der rechten F:.gurenhälfte einen Längsschnitt, jeweils gesehen in Axialrichtung der Pleuelaugen,

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Figur 2 eiine Seitenansicht der Pleuelstange nach Figur 1, und zwar in der rechten Figurenhälfte wiederum :.m Längsschnitt,

Figur 3 das Spannband der Pleuelstange nach den Figuren 1 und 2 in einer perspektivischen Einzeldarstellung,

Figur 4 »jine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pleuelstange mit verjüngtem Pleuelinnenteil, und zwar in der linken Figurenhälfte einen Längsschnitt, Ln der rechten eine Ansicht, jeweils gesehen in Axialrichtung der Pleuelaugen,

Figur 5 sine Seitenansicht der Pleuelstange nach Figur 4, and zwar in der rechten Figurenhälfte wiederum im Längsschnitt, ■ ■

Figur 6 sine Ansicht eines.bei der Pleuelstange gemäß Figur 4 und 5 eingesetzten Spannbandes/ und zwar in der linken Figurenhälfte in ungespanntem Zustand, und der rechten Figurenhälfte in vorgespanntem Zustand,

Figur 7 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pleuelstange, vorgespannt nach dem Hydraulikprinzip, und zwar in der linken -Figurenhälfte eine Ansicht, in der rechten Figurenhälfte einen Längsschnitt, jeweils gesehen in Axialrichtung der Pleuelaugen,

Figur 8 eine Seitenansicht der Pleuelstange nach Figur 7, und zwar wiederum in der rechten Figurenhälfte im Längsschnitt.

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Die Fig. Γ und 2 zeigen eine Pleuelstange, bei .. der die Enden des Spannbandes 4 über eine konir.trulctiv an der Pleuelstange vorgesehene und an ihr auch nach erfolgter Fertigmontage verbleibende: Spanneinrichtung verbunden sind. Dabei ist das Spannband 4 in die Spanneinrichtung mit Endschlingen 10 eingehängt/ die im Ausführungsbeispiel durch das doppelläufige Zusammenlegen einer endlos gefertigten Schlaufe entstehen. Diese Schlaufe ist in Fig. 3 für sich dargestellt. Sie verläuft, wie die Fig I und 2 erkennen lassen, beidseits des scheibenartig ausgebildeten Pleuelinnenteiles 1. Die Lagerschalen 7, 6 an Beiden Pleuelaugen 2,3 besitzen zwischen Ringflanschen gebildete Nuten 12 sowohl zur Aufnahme des Pleuelinnenteils 1 als auch des Spannbandes 4, wobei am Kurbelzapfeniager 2 die Nuten 13 für.das Spannband 4 zwischen der Lagerbrücke 9 anliegenden Ringflanschen 11 und einem Flanschsektor 14 gebildet wird. Die Spanneinrichtung befindet sich an der Lagerbrücke 9 des Kurbelzapfenauges 2 äft der dem Pleuelinnenteil 1 gegenüberliegenden Seite. Sie enthält einen quer zur Pleuellängsachse verlaufenden Spannbolzen 15, an dessen beiden Enden die Erdschlingen des Spannbandes 4 eingehängt sind. Der Spannbolzen 15 kann

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quer zu-sich selbst und in Richtung der Pleuellängsachse, also in Richtung des Pfeiles 16, mittels eines Spanngetriebes verstellt werden, das als Keilflächengetriebe ausgebildet ist. Im einzelnen ist dazu der Spannbolzen 15 mit einer zu seiner Achse leicht geneigten Keilfläche 17 versehen und liegt damit einer entsprechend geneigten Keilgegenfläche 18 an der Lagerbrücke 9 an. Der Spannbolzen 3 5 trägt an beiden Enden Gewindezapfen 19 und darauf ceführte Spannmuttern 20, die über Druckbeilagen gegen dde Lagerbrücke 9 und die Endschlingen 10 des Spannbandes 4 abgestützt sind, so daß mit Hilfe dieser Spannmuttern 20 der Spannbolzen 15 längs der Keil- und Keil-■ gegenfliichen 17, 18 verstellbar ist. Wird der Spannbolzen 15 in F:.g. 1 nach links verstellt, bewegt er sich gleichfalls in Richtung des Pfeiles 16 und" erhöht dadurch die Vorspannung des Spannbandes 4. - .

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführurigsform der erfindungsgemäßen Pleuelstange, bei welcher das . Pleuelinnenteil 22 verjüngt ist, also zwei symmetrisch angeordnete Einbuchtungen aufweist, und das Spannband 23 mit Hilfe zweier, symmetrisch angeordneter Spanneinrichtungen 24, 25 an das Pleuelinnenteil 22 herangezogen ist, also in die beiden' Einbuchtungen hineingezogen ist. Das Spannband 22 umschlingt die beiden Pleuelaugen 2 und 3 sowie das Pleuelinnenteil 22. Die beiden Spanneinrichtungen bestehen jeweils aus einer Kurvenscheibe 24 _f welche über eine Schraube 25 in einem Gewindesackloch 26 im Pleuelinnenteil 22 verankert ist. In der durch Figur 4 und 5 veranschaulichten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pleuelstange sind zwei Spannbänder 23 mit

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definierter Vorspannung angeordnet, wobei die Schraube 25 der Spanneinrichtung 24,jeweils zwischen d?n beiden Spannbändern 23 in das Pleuelinnenteil 22 eingeschraubt und somit verankert ist, wodurch vermieden wird, daß die Schraube 25 durch ein im Spannband vorgeseheres Loch geführt werden muß und somit im Spannband 23 ein besonders günstiger Kraft-Spannungs-Verlauf gegeben ist. Ein Sicherungsring 27 verhindert ein Abrutschen des Spannbe.ndes 23 vom Pleuelaugenlager 3 und die beim ungestützten Spannband im Krümmungsbereich sonst auftretende Verformung durch seitliches Fließen. Durch Abnehmen des Sicherungsrings 27. kann das Spannband 22 besonders günstig montiert bzw. demontiert werden.

In Figur 6 ist das für die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pleuelstange gemäß Figur 4 und 5 eingesetzte Spannband separat dargestellt, und zwar in der linken Bildhälfte in ungespanntem Zustand (4) und in der rechten Figurenhälfte im vorgespannten Zustand (23). In ungnspanntem Zustand (4) umschlingt das Spannband die beiden Pleuelaugenlager mit Radius Rl bzw. R2 und verläuft zwischen den beiden Pleuelaugenlagern auf deren gemeinsamen tangontialen Verbindungslinie. Die den Pleuelaugen gemeinsame tangentiale Verbindungslinie ist gegenüber den Teilungsflächen 5-5 bzw. 6-6 um den Winkel °o geneigt. Mit Hilfe ler Spannvorrichtung 24, 25 wurde nun das. Spannband 2 2 in die durch die rechte Figurenhälfte charakterisierte Lage (23) der Figur 6 gezwungen. Die Kurvenscheibe 24 weist eine dem Spannband 22 zugewandte Oberfläche aus, welche kreisförmia aeboaen ist und den'Radius R3 aufweist. Durch diese Kurvenscheibe wird das Soannband 23 in die eine Richtuna aeboaen. und zwar in einem Bereich der hier mit f bezeichnet

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ist. Die Länge der Biegelinie der Biegung in die eine Richtung wird begrenzt durch die beiden Punkte E und F. Durch diase Verbiegung des Spannbandes in die eine Richtung wird das Spannband im Bereich der Pleuelaugen in die entgegengesätzte Richtung verbogen, und zwar um die Bereiche /S bzw. «/" . Die Länge der Biegelinie der Biegung der entgegengesetzten Richtung ist im Bereich/3 durch die Punkte A und B, im Bereich <f durch die Punkte C und D begrenzt. Für das Spannband 23 ist es nun besonders vorteilhaft, wenn die Länge E-F (Biegung in der einen Richtung) möglichst gleich groß ist wie die Summe der Längen A-B und C-D (Biegung in entgegengesetzter Richtung). Beispielsweise wird nämlich im Bereich jr die innenliegende, der Pleuellengsachse zugewandte Seite des Spannbandes 23 gedehnt, während die gleiche Seite des Spannbandes 23 im Bereich,^ bzw. (/"gestaucht wird. Wenn nun die Bedingung E-F = A-B + C-C erfüllt ist, ist auch die Summe der auf der Sparnbandinnenseite wirkenden Schubspannungen (Bereich /S und Eereich/") und Dehnspannungen (Bereich/·) = 0, so deß bei Einhalten der oben genannten Bedingungen ein über den Querschnitt gleichmäßiger Spannungs- und Kräfteverlauf gewährleistet ist. .

Hierbei ist es besonders günstig, wenn das Spannband mindestens im Bereich der Verbiegungen (Bereiche /S ,Tfund cO mehrschichtig ist, wobei die einzelnen Schichten voneinander getrennt sind und von der Pleuellängsachse aus gesehen von innen nach außen nebeneinander liegen. Die einzelnen Schichten erstrecken sich also parallel zu den Linien, die in Figur 6 mit A-B, E-F und C-D bezeichnet sind, und senkrecht zur Zeichnungsebene der Figur 6.

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Die mehrschichtige Ausführungsform des Spannbandes ist in den Figuren 4, 5 und 6 nicht dargestellt.

Beim Verspannen des Spannbandes wird zunächst das Spannband ■in die Nuten der Pleuellager hineingezogen, wordurch sich das Spannband um den Betrag Z kürzt. Erst bei weiterem Verspannen wird die Vorspannung auf das Spannband aufgegeben. Bei der durch die Figuren 4, 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pleuel.stange ist es ebenfalls möglich, das' Lager des Kurbelzap::enauges 2 geteilt auszuführen, wobei zur Montage die Schlaufen über die Wangen der Kurbelwelle zu fädeln sind. In den Figuren 7 und 8 ist eine erfindungsgemäße Pleuelstange mit einer Spanneinrichtung nach dem Hydraulik-Prinzip dargestellt. Das Spannband 29 umschlingt wiederum die beiden Pleuelaugenlager 2 und 3, welche aaf dem Pleuelinnenteil 28 abgestützt sind. Das Kurbelzapf e:iauge 2 ist geteilt in eine innere Lagerschale 35 und ein<ä äußere Lagerbrücke 34. Im äußeren Bereich des Kurbel sapfenaugenlagers 2 ist eine Nut 31 in ümfangsrichtung angeordnet. In diese Nut 31 ist das Spannband 29 mit sein sr Versteifung, einem U-förmig gebogenen Blech 30, eingesetzt. Von der Nut 31 und dem Spannband 29 mit seiner Versteifung 30 wird ein Raum gebildet, in welchem eine hochviskosä Flüssigkeit oder Paste eingefüllt ist. Die Einfüllung bzw. Einspritzung der hochviskosen Flüssigkeit oder Paste erfolgt über die Einspritzöffnung 32. Es ist von Vorteil, wenn die Flüssigkeit oder Paste in festem Zustand in der fertigen Pleuelstange vorliegt. Lagerbrücke 34 und Lagerschale 35 sich durch eine Nutfederkombination 36 gegen seitliches Verschieben gesichert.

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Claims

I—- *"::": ;-" \ ".··* : 3416014—, A3GW32O64-i Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange, welche aus ^y einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen im wesentlichen außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten, flexiblen Spannband besteht, wobei das flexible Spannband mit vorgegebener Vorspannkraft verspannt wird, •dadurch gekennzeichnet, daß die Enden eines flexiblen Spannbandes endlicher Länge, dessen Enden Mittel zum Verbinden mit einer mechanischen Spanneinrichtung aufweisen, mit einer mechanischen Spanneinrichtung verbunden werden, wonach das Spannband mit Hilfe der mechanischen Spanneinrichtung mit vorgegebener Kraft verspannt wird. ,;

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• daß als Spanneinrichtung ein Getriebe eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspannung des Spajinbandes mit Hilfe einer mechanischen Spanneinnichtung erfolgt, die auf den außenliegenden Teil des Kurbelζapfenauges einwirkt.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein endloses flexibles Spannband unter Bildung von Endschlingen doppelläufig zusammengelegt wird, und die Endschlaufen in die Spanneinrichtung eingehängt werden, wonach die Vorspannung auf das flexible Spannband aufgebracht wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange, welche aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil, welches zwischen den beiden Pleuelaugen Einbuchtungen aufweist, und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen im wesentlichen außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten, flexiblen, endlosen Spannband besteht,wobei das flexible, endlose Spannband mit vorgegebener Vorspannkraft mit Hilfe einer mechanischen Spanneinrichtung durch Hineinziehen in die Einbuchtungen des Pleuelinnenteils verspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die das Spannband berührende, den Kurvenverlauf des Spannbandes im Bereich der Einbuchtung bestimmende Oberfläche der Spanneinrichtung derart ausgebildet ist, daß die Länge des beim Verspannen des Spannbandes erfolgten ·> Verbiegung in die eine Richtung gleich groß ist wie die Länge der beim Verspannen des Spannbandes erfolgten Verbiegungen in die andere Richtung.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspannung über jeweils mindestens eine im Pleuelinnenteil verankerte Schraube erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zitrn Verspannen ein Spannband eingesetzt wird, welcheis mindestens im Bereich der Verbiegungen mehrschichtig ist, v/obei die einzelnen Schichten voneinander getrennt sind und von der Pleuellängsachse aus gesehen von innen nach außen nebeneinander liegen.

8. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange, welche aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil ' und den Pleuelaugen getrennten, flexiblen endlosen Spannband besteht, wobei das flexible, endlose Spannband mit vorgegebener Vorspannkraft verspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß.die Verspannung des flexiblen endlosen Spannbandes nach dem Hydraulikprinzip erfolgt, wobei als Hydraulikmedium eine hochviskose. Flüssigkeit oder eine Paste eingesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband in eine im äußeten Teil des Kurbelzapfenauges in Umfangsrichtung eingearbeitete Nut derart eingelegt wird, daß zwischen Kurbelzapfenauge und Spannband ein Hohlraum entsteht, daß zum Verspannen des Spannbandes durch eine in der Lagerschale befindliche EinspritzÖffnung das Hydraulikmedium unter Druck

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in den vom Spannband und der Nut gebildeten Hohlraum eingepreßt wird/ wonach die Einspritzöffnung verschlossen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikmedium nach dem Einspritzen in den. festen Zustand überführt wird.

11. Pleuelstange/ insbesondere für Zylinder-Kolben-Motoren, aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinneriteil und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen mit definierter Vorspannung im wesentlichen außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten, flexiblen Spannband, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche X bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband. (4) endliche

. Länge aufweist und die Enden des Spannbandes (4) über eine Spanneinrichtung verbunden sind.

12. Pleuelstange nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband (4) Endschlingen (10) aufweist und damit an der Spanneinrichtung eingehängt ist.

13. Pleuelstange nach Anspruch 11 oder 12, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband (4) aus einer endlos gefertigten, unter Bildung der Endschlingen (10) doppelläufig zusammengelegten Schlaufe besteht.

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14. Pleuelstange nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuelinnenteil (1) scheibenartig ausgebildet ist, und die das Spannband (4) bildende Schlaufe beidseits des Pleuelinnenteils (1) verläuft.

15.* Pleuelstange nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschalenträger (7,8) Nuten (12, 13) zur Aufnahme des Pleuelinnenteils (1) und des Spannbandes (4) aufweisen.

16. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung an der Lagerschale (8) bzw. Lagerbrücke (9) des Kurbelzapfenauges (2) an der dem Pleuelinnenteil (1) gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist.

17. Pleuelstange nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung einen quer zur Pleuellängsachse verlaufenden Spannbolzen (15) aufweist, an dessen beiden Enden je ein Ende des Spannbandes (4) angeschlossen bzw. eingehängt ist, und daß ein Spanngetriebe vorgesehen ist, mit dem der Spannbolzen (15) quer zu sich selbst und in Richtung der Pleuellängsachse verstellbar ist.

18. Pleuelstange nach Anspruch 1?, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbolzen (15) mit einer zu einer Achse leicht geneigten Keilfläche (17) versehen und damit einer entsprechend geneigten Keilgegenfläche (18) an der Lagerschale (8) bzw. Lagerbrücke (9) anliegt, und daß auf Gewindeabschnitten (19) des Spannbolzens

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(15) geführte Spannmuttern (20) vorgesehen sind, mittels welchen der Spannbolzen (15) längs der Keil- und Keilgegenfläche (17_r 18) verstellbar ist.

19. Pleuelstange, insbesondere für Zylinder-Kolben-Motoren, aus einem im wesentlichen den Pleuelschaffc bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil, welches zwischen den beiden Pleuelaugen mindestens eine Einbuchtung aufweist, mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen mit definierter Vorspannung außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten, flexiblen, endlosen Spannband und mindestens einer mechanischen Spanneinrichtung/ durch welche das Spannband in die Einbuchtungen des Pleuelinnenteils hineingezogen ist, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7,..dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Spanneinrichtung (24) mittels Schrauben (25) in der Einbuchtung des Pleuelinnenteils (22) verankert ist.

20. Pleuelstange nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuelinnenteil zwei symmetrisch zur Pleuellängsachse angeordnete Einbuchtungen zwischen den Pleuelaugen aufweist, und daß jeweils eine mechanische Spanneinrichtung (24) mittels Schrauben (25) in den beiden Einbuchtungen verankert ist.

21. Pleuelstange nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband mindestens zwischen den Punkten der tangentialen Berührungslinie der beiden Pleuelaugen A bzw. B mehrschichtig aufgebaut ist, wobei die einzelnen Schichten voneinander getrennt sind und von

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der PleuellMngsachse aus gesehen von innen nach außen nebeneinander angeordnet sind.

22. Pleuelstange, insbesondere für Zylinder-Kolben-Motoren, aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil, und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen mit definierter Vorspannung außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten flexiblen Spannband, hergestellt nach dem Vorfahren gemäß einem der Ansprüche 8. bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbrücke (34) auf der vom Pleuelinnenteil. (28) abgewandten Seite eine in Umifangsrichtung verlaufende Nut (31) aufweist, innerhalb welcher das Spannband (29) angeordnet ist, und daß in dem von der Nut (31) und dem Spannband (29) gebildeten Raum eine unter Druck gehaltene hochviskose Flüssigkeit oder Paste (33) eingefüllt ist.

23. Pleuelstange nach .Anspruch 22, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbrücke (34) auf der vom Pleuelinnenteil (28). abgewandten Seite eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (3^.) aufweist, innerhalb welcher das Spannbarfd (29) angeordnet ist, und daß in dem von der Nut (31) -und dem Spannband (2.9) gebildeten Raum eine in den festen Zustand überführte Flüssigkeit oder Paste (33) angeordnet ist.

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24. Pleuelstange nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die in den.festen Zustand überführte Flüssigkeit oder Paste (33) ein Thermoplast ist.

25. Pleuelstange nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die in den festen Zustand überführte Flüssigkeit oder Paste (33) ein härtbarer oder selbst aushärtender Kunststoff ist.

26. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband (29) im Bereich der Nut (31) der Lagerbrücke (34) versteift ist.

27. Pleuelstange nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung des Spannbandes (29) aus einem auf der der Nut (31) zugewandten. Seite des Spannbandes β9) angeordneten, etwa die Breite der Nut (31) ausfüllenden Blechstreifen (3O) besteht.

28. Pleuelstange nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechstreifen .(3O) in seinem Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, in dessen U-förmiger Ausbildung das Spannband eingelegt ist.

29. Pleulstange nach Anspruch_N28, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechstreifen (30) in seinem Querschnitt doppel-U-förmig ausgebildet ist, wobei in der einen U-förmigen Ausbildung das Spannband (2 9) eingelegt ist und die Seiten der zweiten U-förmigen Ausbildung die Wände der Nut (31) berührend in die Nut (31) hineinragen.

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30. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 11 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß Pleuelinnenteil (1; 22;

28) und/oder Spannband (4; 23; 29) und/oder Lagerschale (7, 8; 23, 35) aus Faserverbundwerkstoff bestehen.

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