DE4433252C2

DE4433252C2 - Pleuelstange mit knicksteifigkeitsoptimiertem Querschnitt

Info

Publication number: DE4433252C2
Application number: DE19944433252
Authority: DE
Inventors: Xaver Stemmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: DE4433252A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange mit knicksteifigkeitsoptimiertem Querschnitt für eine Hubkolbenmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Pleuelstange zeigt die DE 261 869 C, bei der die Knickstei figkeit gegenüber einem Ausknicken primär in der Ebene, die durch die Mit telachsen der beiden Pleuelaugen gebildet wird, ausgehend von der Pleuel schaftmitte zu den Pleuelaugen kontinuierlich durch abnehmende Pleuel schaftquerschnitte verringert ist. Damit kann in Anpassung an die tatsächli che Bauteilbelastung das Gewicht an der zu den bewegten Massen der Hubkolbenmaschine zählenden Pleuelstange verringert werden. Jedoch ist die bekannte Pleuelstange im Bereich der Pleuelaugen noch nicht festig keitsoptimiert.

Weitere gewichtsoptimierte Pleuelstangen zeigen die DE 28 07 298 A1 und die DE 41 14 488 C1.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pleuelstange der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei gleichem oder vermindertem Herstellungsaufwand und ohne Verringerung deren Festigkeit gewichtsgünstig ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wir erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Patentansprüchen.

Erfindungsgemäß wird das Querschnittsprofil derart gestaltet, dass die Knicksteifigkeit ausgehend von der Pleuelstangenmitte I_K/2 jeweils nur auf ca. 1/4 bis 3/8 I_K abnimmt und dann ggf. sogar wieder zur Erzielung einer gleichmäßigen Krafteinleitung von den Pleuelaugen auf den Pleuelschaft zunimmt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch eine dem tatsächlichen Belas tungsprofil entsprechende, gleichmäßige Bauteilbelastung erreichbar ist.

Obwohl diese Auslegung der Knicksteifigkeit auf jedes Querschnittsprofil anwendbar ist, wird bevorzugt für gegossene und/oder geschmiedete Pleu elstangen vorgeschlagen, im Bereich der größeren Knicksteifigkeit - also bei I_K/2 - ein H-Querschnittsprofil und im Bereich der geringeren Knicksteifigkeit zumindest annähernd ein I-Querschnittsprofil auszubilden, wobei die Quer stege des H-Querschnittes sich in einem stetigen Radienübergang entspre chend verschmälern.

Ferner kann zur Erzielung einer steifen Anbindung des großen Pleuelauges unter gleichmäßiger Werkstoffbelastung der I-förmige Profilquerschnitt des Pleuelschaftes mit einem stetigen Radienübergang in das große Pleuelauge übergehen, wobei dieser Übergang bis zu Gewindebohrungen für den La gerdeckel des geteilten Pleuelauges fortgesetzt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der beiliegenden Zeich nung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Pleuelstange für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine in einer Ansicht senkrecht zur Schwenkebene;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Pleuelstange entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Pleuelschaft entsprechend Linie III-III der Fig. 1;

Fig. 4 einen weiteren Schnitt gemäß Linie IV-IV der Fig. 1;

Fig. 5 einen weiteren Schnitt gemäß Linie V-V der Fig. 1 durch den Pleuel schaft;

Fig. 6 einen Schnitt entlang Linie VI-VI im Übergangsbereich zwischen Pleuelschaft und großem Pleuelauge; und

Fig. 7 eine Draufsicht X gemäß Fig. 1 auf die Pleuelstange.

Die in der Zeichnung dargestellte Pleuelstange 10 für eine Hubkolben- Brennkraftmaschine setzt sich im wesentlichen aus einem kleinen Pleuel auge 12, einem Pleuelschaft 14 und einem großen Pleuelauge 16 zusam men. In herkömmlicher Weise ist das kleine Pleuelauge 12 mit einer ent sprechenden Lagerbohrung 18 über einen nicht dargestellten Kolbenbolzen mit einem Kolben der Hubkolben-Brennkraftmaschine verbindbar, während das große, geteilte Pleuelauge 16 mit einer Grundbohrung 20 über eine nicht dargestellte Lagerschale auf dem Hubzapfen einer Kurbelwelle lager bar ist. Die dargestellte Pleuelstange 10 besteht aus Stahl in geschmiedeter Ausführung.

Das Querschnittsprofil des die beiden Pleuelaugen 12, 16 verbindenden Pleuelschaftes 14 und dessen Querschnittsverlauf ist den Fig. 2-5 ent nehmbar. Dabei ist die Knicksteifigkeit des Pleuelschaftes 14 aufgrund des gewählten Querschnittsprofiles über die Knicklänge I_K unterschiedlich ge staltet. So ist bei I_K/2 (= Pleuelstangenmitte) entsprechend Fig. 4 ein H- Querschnittsprofil ausgeführt, mit einem Basissteg 22 und zwei Querstegen 24, 26. Die Querstege 24, 26 bzw. das Querschnittsprofil nehmen jeweils auf eine Länge von ca. 1/4 bis 3/8 I_K bis hin zu einem nahezu I-Querschnitts profil (vgl. Fig. 5) oder zu einem verschmälerten H-Querschnittsprofil (Fig. 3) ab, wodurch die Knicksteifigkeit entsprechend der tatsächlichen Bauteilbe lastung verringert ist.

Im Übergangsbereich bzw. ab den eingezeichneten Querschnitten III-III bzw. V-V nimmt das Querschnittsprofil mit einem stetigen Radienübergang von R₁ zu R₂ wieder zu, so dass eine gleichmäßige Krafteinleitung von den Pleuelaugen 12, 16 zum Pleuelschaft 14 sichergestellt ist.

Der in das größere Pleuelauge 16 einlaufende Bereich des Pleuelschaftes 14 mit dem I-förmigen Profilquerschnitt 22" (vgl. Fig. 5) ist an seinen Schmalseiten 22a, 22b im wesentlichen kreisabschnittsförmig verrundet, wo bei diese Schmalseiten mit einem relativ großen Radius R₃ (vgl. auch Fig. 1) in das große Pleuelauge 16 übergehen. Dabei sind diese verrundeten Schmalseiten 22a, 22b (vgl. Fig. 6 und Fig. 7) bis zu den Gewindebohrungen 28 in der oberen Hälfte des geteilten, großen Pleuelauges 16 geführt, um eine steife Anbindung auch des unteren Lagerdeckels 30 des geteilten, großen Pleuelauges 16 über die nicht dargestellten Befestigungsschrauben sicherzustellen.

Claims

1. Pleuelstange mit knicksteifigkeitsoptimiertem Querschnitt für eine Hubkolbenmaschine, mit einem kleinen und einem großen Pleuelauge und einem Pleuelschaft mit einem Querschnittsverlauf mit ausgehend von der Pleuelstangenmitte, die durch die halbe Knicklänge (I_K/2) definiert ist, in Richtung der Pleuelaugen hin abnehmender Knicksteifigkeit der jeweiligen Pleuelschaftquerschnitte, dadurch gekennzeichnet, dass die Knicksteifigkeit der Pleuelschaftquerschnitte, die ausgehend von der Pleuelschaftmitte in einer Entfernung ≦ 1/4 bis 3/8 I_K liegen, abnimmt.

2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Knicksteifigkeit im Anschlussbereich an die beiden Pleuelaugen (12, 16) wieder ansteigt.

3. Pleuelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Pleuelschaftmitte I_K/2 ein H-Querschnittsprofil (22, 24, 26) vorliegt, das in der definierten Entfernung 1/4 bis 3/8 I_K zumindest annähernd in ein I-Querschnittsprofil (22") übergeht.

4. Pleuelstange nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Knicksteifigkeitsübergänge verrundet sind.

5. Pleuelstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Knick steifigkeitsübergänge stetige Radienübergänge R₁, R₂ sind.

6. Pleuelstange nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, das zumindest der in das große Pleuelauge (16) einlau fende Bereich des Pleuelschaftes (14) ein I-förmiges Querschnittsprofil (22") aufweist, das an den Schmalseiten (22a, 22b) im wesentlichen kreisabschnittsförmig verrundet ist, wobei diese Schmalseiten (22a, 22b) mit einem großen Radius R₃ in das Pleuelauge (16) einlaufen.