Koblingsstang
En forbindelsesstang , også en forbindelsesstang , skyvestang eller drivstang , er forbindelsen mellom veivakselen eller veivstiften og det frem- og tilbakegående stempelet eller tverrhodet i en veivakseldrift av motorer og maskiner . Koblingsstangen konverterer den lineære bevegelsen til kraften eller arbeidsstemplet til den sirkulære bevegelsen til veivakselen (lineær oscillerende aksial bevegelse) eller omvendt en sirkulær bevegelse til en lineær bevegelse.
Lignende innretninger finnes i skjelettet til virveldyr, men her blir selvfølgelig bare deler av buen omgjort til lineær bevegelse (se f.eks. Os quadratum ).
I henhold til Duden og andre tyske ordbøker, den grammatiske kjønn av "Pleuel" er en mann ( den Pleuel), i det tekniske område ordet blir også brukt som en intetkjønn ( den Pleuel). Denne kjønns tvetydigheten kan unngås med "koblingsstangen" . Begrepet er etymologisk avledet fra Bleuel .
Skjemaer / konstruksjon
I begge ender (koblingsstanghodet, forbindelsesstang) til det generelt H-formede støpte koblingsstangskaftet ligger endelager . Stempelstiften skyves gjennom på det mindre stangøyet .
På det større forbindelsesstangøyet (eller koblingsstangfoten) er forbindelsesstangen vanligvis delt med to skrueforbindelser; spesielle ekspansjonsskruer brukes vanligvis til skruing . Skrueprinsippet til differensialtråden er beskrevet i litteraturen, men finnes nesten aldri i praksis.
Vektstenger i ett stykke uten avtakbart stangdeksel krever veivaksler som kan demonteres for montering. De finnes hovedsakelig i motorer med rullelagre veivaksler, for eksempel små apparater, mopeder og noen motorsykkelmotorer.
Stagene er av og til benyttet for å forkorte den totale lengde av V-motorer, og for å hindre at sylinderrekke forskyvning . Siden sylinderbankene ikke har nøyaktig samme slag på grunn av kinematikk , kan kompresjonen måtte kompenseres for med forskjellige høye stempler per sylinderbank eller med litt forskjellige fresede eller planlagte bankhøyder.
På grunn av skiftende belastninger må forbindelsesstenger være utformet for utmattelsesstyrke .
Materialer
Vanlige materialer for forbindelsesstenger i dag er C70 eller mikrolegerte stål og sintrede metaller . For spesielle bruksområder som sportsmotorsektoren brukes spesielle varmebehandlede stål eller, på grunn av sin lavere vekt, titan . Støpejernstenger brukes også .
produksjon
Store seriestenger er smidd eller sintret . Smidde forbindelsesstenger har et bedre styrke / vekt-forhold enn sintrede forbindelsesstenger til lavere kostnader, men dypproduksjonen er veldig dyr og er bare verdt for store serier. I store motorer er koblingsstengene smidd eller støpt . Når det gjelder små serier, blir stengene bearbeidet av metallbiter.
Sprekker
Separate fraksjon ( sprukne ) forbindelsesstenger produseres i ett stykke, utstyrt med bruddhakk (Sinterpleuel) eller laserskår (stålkoblingsstenger) og deretter brutt ved de hakkede punktene i to deler. Bruddflatene passer nøyaktig sammen, og forbindelsesstangen og forbindelsesstangdekselet kan skrus på veivstiften på veivakselen under montering. Avskjedslinjen er nesten ikke lenger synlig på den monterte forbindelsesstangen. På grunn av den individuelle bruddgeometrien hører begge deler av en forbindelsesstang sammen og kan ikke byttes ut hver for seg. Brytbare koblingsstenger gir fordeler når det gjelder styrke, produksjonsnøyaktighet og produksjonskostnader. En nøyaktig passform er garantert, og kraftoverføringen er bedre enn med to separat produserte komponenter.
For første gang i 1977 brukte Porsche splittstenger av sintret stål i Type 928 V8-motoren . Fra 1992 brukte BMW også denne teknologien - opprinnelig i den åttesylindrede BMW M60- motoren - som nå er introdusert over hele verden.
Skjæring / saging
Andre metoder for å skille forbindelsesstengene (saging med påfølgende fresing, eventuelt sliping av skilleplatene) og montering (monteringsskruer eller dyvelpinner) brukes bare til små serier eller veldig store koblingsstenger (lastebiler, marine dieselmotorer osv.).
brukstilfeller
Den første kjente maskinen der en rotasjonsbevegelse ble omgjort til en lineær bevegelse ved hjelp av en stang og veivaksel er det romerske sagbruket i Hierapolis (3. århundre e.Kr.). Siden da har forbindelsesstenger blitt brukt i et bredt utvalg av maskintyper.
Bøyepunch
I tilfelle av en bøyestans , brukes forbindelsesstangen til å konvertere den hovedsakelig overliggende rotasjonsenheten til bøynings- eller stanseanordningen, som vanligvis betjenes vertikalt. Som en spesiell funksjon er det etablert mange leddstenger i denne sektoren, som gjør at kraft og bane kan velges fritt innen visse grenser, og at maskinslaget i stor grad kan tilpasses arbeidsstykket og behandlingen.
Dampmotor
Også i dampmaskiner på dampskip eller andre dampmotorer er det koblingsstenger som brukes til å konvertere den lineære stempelbevegelsen til en roterende bevegelse av veivakselen. I drivsystemet til damplokomotiver kalles denne komponenten drivstangen og virker i de fleste tilfeller direkte på lokomotivets drivaksel .
De tidlige Newcomen- dampmotorene hadde ikke dette elementet; på det meste brukte de en avbøyning ved hjelp av en spak og kunne bare drive lineære forbrukere, f.eks. B. stempelpumper. Bare med utformingen av Watt fant koblingsstangen og senere virkelig (etter utløpet av patentkravene) veivakselen beveget seg inn i teknologien til dampmotorer.
kompressor
Forbindelsesstangen til en stempelkompressor overfører veivakselens roterende kraftkomponenter til det lineært bevegelige arbeidstemplet for å generere kompresjon.
Artikulasjon
Den kunstige koblingen i gruvedrift er basert på oppfinnelsen av den buede tappen (forbindelsesstang), med den for første gang roterende bevegelser til lineær overføring kunne.
symaskin
I en symaskin brukes forbindelsesstenger for å konvertere den roterende bevegelsen til stasjonen til en vertikal bevegelse av sømnålen. Historiske symaskiner drevet av menneskelig kraft fortsatte å bruke en forbindelsesstang for å konvertere fotplatens vippebevegelse til drivakselens rotasjonsbevegelse.
Intern forbrenningsmotor
I forbrenningsmotoren, basert på stempelprinsippet , er koblingsstangen bæreren av den kinetiske energien mellom stempelet og veivakselen , som den er bevegelig forbundet med lagre. Den bruker dette til å overføre gasskreftene i sylinderkammeret til veivakselen. I totaktsmotorer brukes forbindelsesstenger med et udelt nedre lager (forbindelsesstangøye), som også virvler inntaksblandingen og kaster olje på sylinderforingen, i spesielle fanglommer og på veivaksellagrene.
Hvert stempel har en forbindelsesstang som et koblingselement mellom den oscillerende bevegelse av stempelet og rotasjon av veivakselen. Det var to forbindelsesstenger per stempel i V firesylindret motor på Honda NR-modellene med superelliptiske stempler ("ovale stempler"), der det kreves to parallelle forbindelsesstenger på grunn av lengden på disse stemplene, og i dieselmotorer fra produsent Neander Motors med to motroterende veivaksler, hvis to forbindelsesstenger virker på et stempel.
Bruken av trykkstenger i forbrenningsmotoren i Albert Roders ULTRAMAX- kontroll for ventiltoget til motorsykkelmodellene NSU Max , Superfox og Maxi så vel som for de to-sylindrede motorene til personbilmodellen NSU Prinz er av en annen type ; to trykkstenger (med en 90 ° faseforskyvning) brukes til å kjøre overliggende kamaksel .
Annet generelt og spesifikt
Tidligere, spesielt i motorsykkelmotorer, for å spare på en smøreoljepumpe, var rullelager i forbindelsesstangøyene også utbredte konstruksjonsmetoder, som det øvre forbindelsesstanglageret, ofte i form av nålelager . I større og moderne design dominerer glidelager .
I forbrenningsmotorer settes to halv-skall av stål-bly-bronse eller stål-aluminium inn i det store forbindelsesstangøyet på koblingsstangfoten. Lagrene er nå svært komplekse komponenter. De øvre og nedre lagerskallene er ikke lenger symmetriske på grunn av de forskjellige belastningene. De enorme fremskrittene innen materialutvikling har gjort det mulig å ha meget tynnveggede lagre med definerte smørefilmer i mikrometerområdet. Festelapper på halvskallene brukes til å plassere og feste lagrene under montering. I motsetning til den fremdeles utbredte oppfatningen, fungerer ikke festelappene som en beskyttelse mot å gli ut og vri. Lagerskålene sitter godt av overflatetrykket som lagrene mottar når lagerhettene skrus på. I den øvre endelageret er ofte i ett stykke Bronse - busk . Disse stikkontaktene består av en stålkappe som det er påført sintret bronse på. Foringer i det øvre forbindelsesstangøyet er kun tilgjengelig for tungt belastede forbindelsesstenger, f.eks. B. kreves i dieselmotorer. Bruken av blyfrie lagre utvikler seg raskt.
Lagre laget av ikke-jernholdige metaller må smøres og avkjøles av olje under drift: en skade på bærestanglager er nesten alltid et resultat av mangel på olje. For å tilføre olje, pleide stengene å bli forsynt med olje via den borede veivakselen først ved det store forbindelsesstanglageret, hvorfra smøreolje ble tilført til stempelstiftlageret via en indre boring i forbindelsesstangen. Nyere simuleringsteknikker har ført til nye design av motorene, som mange oljebrønner kunne utelates med. Når det gjelder totaktsmotorer og eldre, små firetaktsmotorer, støttes lagrene av nålelager eller rullelager , hvis smøreolje vanligvis bare leveres ved sentrifugal eller blandet smøring.
Tilpasningene i forbindelsesstanglagrene er dimensjonert på en slik måte at det i den forhåndsberegnede varme tilstanden er små smørehull som oljen kan rømme fra. Den ønskede smøringsteknologien i forbindelsesstangbunnen er den til et hydrodynamisk glidelager , dvs. H. Fra den roterende bevegelsen til koblingsstangen, skaper friksjonen av bevegelsen en innblanding av en oljepute, som, hvis den er riktig dimensjonert, muliggjør ren væskefriksjon og forhindrer metall-til-metall-kontakt pålitelig. Når det gjelder stempelstiftmontering, er det derimot ingen omkretsbevegelse mulig; I denne typen lager kan det forventes blandet friksjon mellom stempelstiften og forbindelsesstanglageret, og lagerområder, trykk og oljestrømningshastigheter er følgelig mer generøse.
Hvis koblingsstangfoten ikke er konstruert i to deler, dvs. koblingsstangen består av bare en del, må veivakselen bestå av flere monterbare komponenter ("bygges") for å muliggjøre montering, dvs. veivakseljournalen må skrus eller demonteres og på en annen måte kan settes sammen (pressing, varmekrymping) ( Hirth serration ), eller ha en forskyvning på den ene siden , med bare en sveivarm i stedet for begge sider av koblingsstangen.
Forbindelsesprofilen til de to forbindelsesstangøyene er vanligvis en H- eller dobbel T-profil. I racingmotorkonstruksjon på 1950- og 1960-tallet var det også såkalte knivstenger med et tynt diamanttverrsnitt som var tykt i midten (forbindelseslinje for de to øynene) og skarpe kanter på sidene: disse forbindende stenger var fordelaktige i bensintransportbevegelsene til totaktsmotorer tilskrevet. I totaktsmotorer blir pumpebevegelsen for gassforsyningen vanligvis gitt opp på stempelets underside og veivhuset (se gassutveksling ), så veivakselen, koblingsstangen og stempelets underside er i friskgassstrømmen, med friske gasser transporterer vanligvis også de tilførte mengdene med smøremiddel.
I mange V-motorer - noen som Ford V-4-motoren har samme antall stempler, forbindelsesstenger og veivstifter - virker enten to identiske koblingsstenger på en veivstift etter hverandre i veivakselretningen (resultatet: en liten forskyvning av sylindrene ), eller en av de to Forbindelsesstangen er utformet som en gaffel og inkluderer den andre, slik at den andre forbindelsesstangen griper inn i veivakselen mellom gaffelåpningen. Da er det ingen langsgående forskyvning av sylindrene bak hverandre, og dermed ingen ekstra vippemomenter. Denne mer komplekse designen er z. Funnet på Harley-Davidson motorsykler ; den fremre V-sylinderen er vinklet mot den bakre sylinderen, men ikke sideforskyvning.
Det er også en annen type gaffelstang: en forbindelsesstangfot på en veivakselforskyvning, men forbindelsesstangen gafler oppover i en y-form for å lede to stempler: ett stempel av normal design, stempel og forbindelsesstangøye hver med en runde boring, det andre øyet også rundt, men stempelet med spalte for bevegelsesfrihet for den andre stempelpinnen. Denne designen ble brukt av Puch fra 1920-tallet til en såkalt dobbeltstempelmotor basert på totaktsprinsippet, men ble senere erstattet av et koblings- eller koblingsstangdesign. Fordelen med dobbeltstemplet ligger i asymmetrien til spaltekontrollene for gassutvekslingen som er mulig gjennom forskyvningen av de to stemplene . På den annen side er det betydelige ulemper: kjøleproblemer, byggekostnadene og et ugunstig formet dobbelt felles forbrenningskammer med lange flammebaner og relativt høyt forbruk. Både gaffel og forbindelsesstenger ved bruk av asymmetrisk ventiltiming finnes på Puch motorsykler fra begynnelsen av tjueårene til slutten av sekstitallet. Mellom slutten av førtiårene og midten av femtitallet ble koblingsstenger gafflet parallelt med veivakselaksen i motorsykler fra Triumph-anlegget i Nürnberg , som imidlertid ikke tillot oppnåelse av asymmetrisk ventiltid.
Et annet alternativ er å bruke en hovedforbindelsesstang med et tredje øye på siden ved siden av veivboltboringen, som er festet til en kortere sekundær forbindelsesstang. Ulempen med denne teknologien: når det gjelder vibrasjonsmekanikk, er dette et koblingsutstyr med en svært kompleks geometrisk beskrivelse av bevegelsen til de sekundære forbindelsesstengene.
I radiale motorer , avhengig av antall sylindere, virker inntil åtte sekundære forbindelsesstenger på siden av hovedstangen, for eksempel med en ni-sylindret motor.
Se også
litteratur
- Tullia Ritti, Klaus Grewe, Paul Kessener: A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus in Hierapolis and its Implications. I: Journal of Roman Archaeology. Vol. 20 (2007), s. 138-163.
weblenker
Individuelle bevis
- ↑ [1] Dette skjemaet er også kjent som I-form i serif font ( I ).
- ↑ Roloff / Matek: maskinelementer. ISBN 978-3-658-26280-8 .
- ↑ https://pauly-stahlhandel.com/de/din-en/c-70-w1
- ↑ T. Ritti, K. Grewe, P. Kessener: et relieff av en vanndrevet Stone Saw Mill ... 2007, s 161..
- ^ Neander Motors , åpnet 1. desember 2015
- ↑ Arkivert kopi ( Memento fra 2. april 2015 i Internet Archive )
