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Die Erfindung betrifft ein Pleuel für eine Pleuel-Kolben-Anordnung sowie eine Pleuel-Kolben-Anordnung mit einem solchen Pleuel.
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In Brennkraftmaschinen, insbesondere in Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, werden üblicherweise in Zylindern geführte Kolben eingesetzt, welche je mittels zumindest eines Pleuels mit einer Kurbelwelle antriebsverbunden sind. Ein solches Pleuel weist typischerweise einen Pleuelschaft auf, bei welchem an einem Ende des Pleuels ein Pleuelauge vorgesehen ist. Dieses Pleuelauge begrenzt typischerweise eine Pleuelaugenöffnung, in welcher ein Kolbenbolzen zum Verbinden des Kolbens mit dem Pleuel aufnehmbar ist. Dabei bilden das Pleuelauge und der Kolbenbolzen ein Gleitlager, welches seit geraumer Zeit zur Verbesserung seiner Haltbarkeit und zur Gewährleistung der Beweglichkeit des Kolbens relativ zum Pleuel mittels eines Kühlmittels bzw. eines Schmiermittels zusätzlich gekühlt bzw. geschmiert wird. Solche Kühl- bzw. Schmiermittel werden im Folgenden unter dem Begriff „Kühlschmiermittel“ zusammengefasst.
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Zur Verbesserung der Kühlung bzw. Schmierung des in dem Pleuelauge angeordneten Kolbenbolzens ist es aus der
DE 2 434 902 A1 sowie aus der
GB 1 230 268 und aus der
DE 60 200 6008 164 und aus der
EP 1 334 455 B1 bekannt, außen an dem Pleuel ein Ölreservoir vorzusehen.
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Ebenfalls zur Verbesserung der Kühlung bzw. Schmierung des in dem Pleuelauge aufgenommenen Kolbenbolzens offenbaren die
DE 19647735 C1 und die
DE 10 2013 205 298 A1 Bohrungen, welche radial verlaufend in dem Pleuelauge vorgesehen sind. Mittels solcher Radialbohrungen soll das Kühlmittel bzw. das Schmiermittel von einer Außenoberfläche des Pleuels in Richtung des in der Pleuelaugenöffnung angeordneten Kolbenbolzens geleitet werden.
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Als nachteilig bei den bekannten Lösungen anzusehen ist jedoch, dass diese entweder bezüglich der erwünschten Verbesserung der Schmierung bzw. Kühlung des Kolbenbolzens nur eingeschränkt wirksam sind oder dass sie mit einer vergleichsweise großen Materialschwächung des Pleuelauges einhergehen, was sich bezüglich der mechanischen Belastbarkeit des Pleuels, insbesondere Im Bereich des Pleuelauges, negativ auswirkt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für Pleuel sowie für Pleuel-Kolben-Anordnungen mit einem solchen Pleuel - insbesondere zur Beseitigung der oben genannten Nachteile - neue Wege aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 und den Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 3 gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform ist Gegenstand des abhängigen Patentanspruchs.
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Grundidee der Erfindung ist demnach, lediglich in einem eine Kühlungszone bildenden Abschnitt einer Außenoberfläche eines Pleuels eine Nut zum Aufnehmen oder/und zum Durchströmen mit einem Kühlschmiermittel vorzusehen.
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Eine solche Nut dient vorteilhaft als Reservoir für das Kühlschmiermittel, so dass eine größere Menge an Kühlschmiermittel im Bereich des Pleuelauges gehalten werden kann. Außerdem kann mittels der Nut das Kühlschmiermittel besonders gut in Richtung der Pleuelaugenöffnung geführt werden. Dabei erfordert die Nut nur eine vergleichsweise geringe Materialschwächung des Pleuelauges.
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Ein erfindungsgemäßes Pleuel, welches für eine einen Kolben umfassende Pleuel-Kolben-Anordnung geeignet ist, umfasst einen sich entlang einer Schaftrichtung erstreckenden Pleuelschaft. Der Pleuelschaft geht entlang der Schaftrichtung zu einem bezüglich eines mit dem Pleuel antriebsverbindbaren Kolbens proximalen Ende des Pleuels hin in ein Pleuelauge über, welches eine Pleuelaugenöffnung einfasst. Das proximale Ende bezeichnet dabei insbesondere jenen Bereich des Pleuelauges des Pleuels, welcher am weitesten von dem Pleuelschaft entfernt ist. In einem Längsschnitt entlang der Schaftrichtung des Pleuelschafts ist durch eine Außenoberfläche des Pleuels zwischen dem proximalen Ende und einem Übergang von dem Pleuelauge zum Pleuelschaft eine Kühlungszone festgelegt. Innerhalb dieser Kühlungszone ist auf der Außenoberfläche des Pleuels wenigstens eine Nut zum Aufnehmen oder/und zum Durchströmen mit dem Kühlschmiermittel ausgebildet. Zweckmäßig weist die Außenoberfläche abseits der Kühlungszone keine solche Nut auf. Vorteilhaft kann mittels einer solchen Nut das Kühlschmiermittel besonders gut der Pleuelaugenöffnung bzw. einem in dieser Pleuelaugenöffnung aufgenommenen Kolbenbolzen zugeführt werden. Außerdem erfordert die nur bereichsweise an der Außenoberfläche gebildete Nut auch nur eine bereichsweise Schwächung des Materials des Pleuelauges, so dass eine mechanische Belastbarkeit des Pleuels nur geringfügig beeinträchtigt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Pleuels ist in dem Pleuelauge eine sich entlang einer senkrecht zu einer Pleuelaugenachse verlaufenden radialen Richtung erstreckende Durchgangsöffnung vorhanden. Diese Durchgangsöffnung dient zum Führen des Kühlschmiermittels von der Außenoberfläche zur Pleuelaugenöffnung. Insbesondere dient diese Durchgangsöffnung zum Führen des Kühlschmiermittels von der an der Außenoberfläche angeordneten Nut zur Pleuelaugenöffnung. In dem Längsschnitt entlang der Schaftrichtung ist die Durchgangsöffnung am proximalen Ende des Pleuels angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist die bzw. eine weitere Durchgangsöffnung am Übergang von dem Pleuelauge in dem Pleuelschaft angeordnet. Zweckmäßig ist also sowohl am proximalen Ende des Pleuels als auch am Übergang von dem Pleuelauge in den Pleuelschaft eine solche Durchgangsöffnung vorhanden. Dies bietet den Vorteil, dass das Kühlschmiermittel noch besser der Pleuelaugenöffnung zugeführt werden kann, so dass ein in dieser Pleuelaugenöffnung aufnehmbarer Kolbenbolzen besonders gut gekühlt bzw. geschmiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Pleuel-Kolben-Anordnung, welche für einen Einsatz in einer Brennkraftmaschine geeignet ist. Die Pleuel-Kolben-Anordnung umfasst ein erfindungsgemäßes Pleuel wie voranstehend beschrieben. Außerdem weist die Pleuel-Kolben-Anordnung einen Kolben auf, welcher zweckmäßig mittels eines Kolbenbolzens mit dem Pleuel antriebsverbunden ist. Der Kolben weist einen ringförmigen Kühlkanal zum Führen eines Kühlschmiermittels auf, welcher mittels eines Verschlussblechs teilweise verschlossen ist. Dabei ist an dem Verschlussblech ein Ablenkelement angeordnet, mittels welchem das Kühlschmiermittel aus dem Kühlkanal über einen zumindest teilweise von dem Verschlussblech begrenzten Auslass in Richtung der Nut des Pleuels leitbar ist. Die zuvor aufgezeigten Vorteile des erfindungsgemäßen Pleuels übertragen sich in analoger Weise auch auf die erfindungsgemäße Pleuel-Kolben-Anordnung mit einem solchen Pleuel, wobei besagte Vorteile mittels des Kühlkanals des Kolbens und des Ablenkelements des den Kühlkanal verschließenden Verschlussblechs noch verstärkt werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Figurenliste
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- 1 in einem Längsschnitt entlang einer Schaftrichtung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Pleuel-Kolben-Anordnung mit einem beispielhaften erfindungsgemäßen Pleuel,
- 2 in einem Längsschnitt entlang der Schaftrichtung ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Pleuel-Kolben-Anordnung mit einem beispielhaften erfindungsgemäßen Pleuel,
- 3 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels in einem Teilschnitt entlang einer Schnittlinie B-B.
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In der 1 ist in einem Längsschnitt entlang einer Schaftrichtung S ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Pleuel-Kolben-Anordnung 3 gezeigt, welche ein ebenfalls beispielhaft gezeigtes und erfindungsgemäßes Pleuel 1 umfasst. Die Pleuel-Kolben-Anordnung 3 umfasst außerdem einen Kolben 2. Das Pleuel 1 ist also für eine einen Kolben 2 umfassende Pleuel-Kolben-Anordnung 3 geeignet. Das Pleuel 1 weist einen Pleuelschaft 4 auf, welcher sich entlang der Schaftrichtung S erstreckt. Das Pleuel 1 umfasst außerdem ein zur Aufnahme eines nicht dargestellten Kolbenbolzens eingerichtetes Pleuelauge 6, in welches der Pleuelschaft 4 entlang der Schaftrichtung S zu einem bezüglich des Kolbens 2 proximalen Ende 5 des Pleuels 1 hin übergeht. Dieses bezüglich des Kolbens 2 proximale Ende 5 des Pleuels 1 ist an einem dem Pleuelschaft 4 gegenüberliegenden Ende des Pleuelauges 6 angeordnet. Das Pleuelauge 6 fasst eine Pleuelaugenöffnung 7 ein. Das Pleuel 1 weist eine Außenoberfläche 8 auf. In dem gezeigten Längsschnitt entlang der Schaftrichtung S ist durch die Außenoberfläche 8 des Pleuels 1 zwischen dem proximalen Ende und einem Übergang 9 von dem Pleuelauge 6 zum Pleuelschaft 4 eine Kühlungszone 10 festgelegt. Zweckmäßig ist der Übergang 9 in dem gezeigten Längsschnitt entlang der Schaftrichtung S in einem Bereich eines Wendepunkts vorhanden, an welchem sich ein Vorzeichen einer Krümmung der Außenoberfläche 8 des Pleuels 1 ändert. In diesem Bereich des Wendepunkts geht die zum Pleuelauge 6 im Wesentlichen konzentrische Außenoberfläche 8 in eine Seitenfläche des im Wesentlichen geraden, länglichen Pleuelschafts 4 über. Die Kühlungszone 10 kann sich in Umfangsrichtung beispielsweise über 60°-120°, bevorzugt etwa 90° erstrecken. Zweckmäßigerweise beginnt sie in der Nähe des proximalen Endes 5 und erstreckt sich bis zum Äquator des Pleuelauges 6, d.h. der zur Schaftrichtung S senkrechten, die Pleuelaugenachse A enthaltenden Ebene, oder pleuelschaftseitig noch darüber hinaus. Wird das in 1 und 2 gezeigte Pleuelauge 6 als Zifferblatt einer Uhr betrachtet, so kann sich die Kühlungszone 10 demnach vorzugsweise von einem Ende bei 11 bis 12 Uhr zum anderen Ende bei 8 bis 9 Uhr erstrecken. Innerhalb dieser Kühlungszone 10 ist auf der Außenoberfläche 8 des Pleuels 1 wenigstens eine Nut 11 zum Aufnehmen bzw. zum Durchströmen mit einem Kühlschmiermittel K ausgebildet. Die Nut 11 kann sich in Umfangsrichtung als längliche Vertiefung beispielsweise über 60°-120°, bevorzugt etwa 90° erstrecken. Eine so gestaltete Nut 11 ermöglicht die Aufnahme von Kühlschmiermittel K aus einem vorzugsweise etwa tangential auftreffenden Strahl und mit Hilfe der Schwenkbewegung des Pleuels 1 die Weiterleitung des Kühlschmiermittels K bis über die Kolbenachse A hinaus in den auf der rechten Seite von 1 und 2 gezeigten Teil des Zwischenraums zwischen Kolben 2 und Pleuel 2.
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Es ist in dem gezeigten Beispiel ferner erkennbar, dass in dem Pleuelauge 6 eine sich entlang radialen Richtung R, welche senkrecht zu einer Pleuelaugenachse A verläuft, erstreckende Durchgangsöffnung 12 zum Führen des Kühlschmiermittels K vorhanden ist. Mittels der Durchgangsöffnung 12 ist das Kühlschmiermittel K von der Außenoberfläche 8 des Pleuels 1 zur Pleuelaugenöffnung 7 führbar.
In der 2 ist ebenfalls in einem Längsschnitt entlang der Schaftrichtung S ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel einer Pleuel-Kolben-Anordnung 3 mit einem ebenfalls beispielhaft gezeigten erfindungsgemäßen Pleuel 1 gezeigt. Gemäß dem Beispiel der 2 ist die Durchgangsöffnung 12 in dem gezeigten Längsschnitt entlang der Schaftrichtung S am proximalen Ende 5 des Pleuels 1 angeordnet.
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Im Vergleich hierzu weist das Pleuel 1 gemäß dem Beispiel der 1 zusätzlich eine weitere Durchgangsöffnung 12 zum Führen des Kühlschmiermittels K von der Außenoberfläche 8 zur Pleuelaugenöffnung 7 auf, welche am Übergang 9 von dem Pleuelauge 6 in den Pleuelschaft 4 angeordnet ist. Es versteht sich, dass gegenteilig zu den in den Figuren gezeigten Beispielen auch lediglich eine Durchgangsöffnung 12 an dem Übergang 9 vorhanden sein kann, wobei an dem proximalen Ende 5 des Pleuels 1 auf eine solche Durchgangsöffnung 12 verzichtet ist.
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In der 3 ist das Pleuel der 1 bzw. der 2 in einem Teilschnitt entlang einer in den 1 und 2 markierten Schnittlänge B-B gezeigt. Die Schnittlinie B-B verläuft dabei entlang der senkrecht zur Pleuelaugenachse A orientierten radialen Richtung R. Die Schnittlinie B-B ist in der Kühlungszone 10 angeordnet. Es ist erkennbar, dass die Nut 11 gerundete Nutwandungen aufweist. Diese gerundeten Nutwandungen weisen in dem Teilschnitt der 3 eine halbkreisförmige Geometrie auf. Eine entlang der radialen Richtung R von der Außenoberfläche 8 abgemessene Nuttiefe der Nut 11 beträgt 3 bis 6 mm. Eine parallel zur Pleuelaugenachse A an der Außenoberfläche 8 gemessene Nutbreite der Nut 11 beträgt ebenfalls 3 bis 6 mm. Es versteht sich, dass auch alternative Querschnittsformen der Nut 11 denkbar sind.
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Die in den 1 und 2 illustrierten Pleuel-Kolben-Anordnungen 3 sind für den Einsatz in einer Brennkraftmaschine geeignet. Die Pleuel-Kolben-Anordnungen 3 weisen wie oben bereits aufgezeigt, ein erfindungsgemäßes Pleuel 1 auf, welches voranstehend beschrieben und in den 1 bis 3 beispielhaft gezeigt ist. Außerdem umfassen die Pleuel-Kolben-Anordnungen 3 der 1 und 2 jeweils einen Kolben 2, welcher einen ringförmigen Kühlkanal 14 zum Führen des Kühlschmiermittels K aufweist. Dieser ringförmige Kühlkanal 14 des Kolbens 2 ist mittels eines Verschlussblechs 13 teilweise verschlossen. Die Pleuel-Kolben-Anordnung 3 kann eine Kühlschmiermitteldüse 17 aufweisen, mittels welcher das Kühlschmiermittel K in Richtung der Kühlzone 10 und, alternativ oder zusätzlich in Richtung des Kühlkanals 14 beschleunigt werden kann.
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Im Beispiel der 1 ist die Kühlschmiermitteldüse 17 in der Art eines Y-Verteilers zweistrahlig ausgebildet. Mittels eines ersten Strahls an Kühlschmiermittel K kann dabei Kühlschmiermittel K in Richtung des Kühlkanals 14 und mittels eines zweiten Strahls an Kühlschmiermittel K in Richtung der Kühlungszone 10 des Pleuels 1 beschleunigt werden.
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Gegenteilig hierzu kann, wie in der 2 ersichtlich, die Kühlschmiermitteldüse 17 einstrahlig ausgebildet sein. Mittels dieser Kühlschmiermitteldüse 17 kann Kühlschmiermittel K in Richtung des Kühlkanals 14 des Kolbens 2 beschleunigt werden, so dass das Kühlschmiermittel K in dem Kühlschmiermittelkanal 14 des Kolbens 2 aufgenommen wird. Das den Kühlkanal 14 teilweise verschließende Verschlussblech 13 weist dem gezeigten Beispiel entsprechend ein Ablenkelement 15 auf. Mittels diesem Ablenkelement 15 ist das Kühlschmiermittel K aus einem zumindest teilweise von dem Verschlussblech 13 begrenzten Auslass 16 aus dem Kühlkanal 14 in Richtung der in der Kühlungszone 10 des Pleuels 1 vorhandenen Nut 11 des Pleuels 1 leitbar.
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Gemäß den Beispielen der 1 und 2 kann die Nut 11 in der Kühlungszone 10 beidenends abflachend auslaufen. Die Durchgangsöffnung 12 kann von der Außenoberfläche 8 des Pleuels 1 her angefast sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2434902 A1 [0003]
- GB 1230268 [0003]
- DE 602006008164 [0003]
- EP 1334455 B1 [0003]
- DE 19647735 C1 [0004]
- DE 102013205298 A1 [0004]