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Die gegenständliche Neuerung betrifft eine Pleuelstange, welche an ihren beiden Enden mit Augen versehen ist, in welchen Lager für die Kurbelwelle bzw. für die Anlenkung des Kolbenbolzens angeordnet sind sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Pleuelstangen erfüllen die Aufgabe, in einem Antriebsmotor die Kolben der einzelnen Zylinder mit der Kurbelwelle zu verbinden, wodurch die linearen Stellbewegungen der Kolben in die Rotationsbewegung der Kurbelwelle übergeführt werden. Hierfür sind die Pleuelstangen an ihren beiden Enden mit Lageraugen ausgebildet, mittels welcher sie einerseits an den Kolben und andererseits an der Kurbelwelle angelenkt sind. Dabei befinden sich in den Lageraugen Gleitlager bzw. Wälzlager, welche aus einer Mehrzahl von Bestandteilen, wie Stützschalen, Lagerelementen u. dgl., bestehen.
Soferne in die Lageraugen Gleitlager eingesetzt sind, können die Pleuelstangen aus einer Mehrzahl von Metallen, insbesondere aus Titan, gefertigt sein. Soferne hingegen in die Lageraugen Wälzlager eingesetzt werden, müssen die Pleuelstangen aus Stahl gefertigt sein, da andere Metalle, z. B.
Titan, nicht die erforderliche Abriebfestigkeit aufweisen.
Da die Bewegung der Pleuelstangen durch den Motor bewirkt wird und da Stahl im Vergleich zu anderen Metallen eine hohe Dichte aufweist, könnte die Leistung eines Motors dadurch verbessert werden, soferne bei der Verwendung von Wälzlagern die Pleuelstangen aus einem Metall gefertigt sind, welches eine gegenüber Stahl geringere Dichte aufweist.
Der gegenständlichen Neuerung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Pleuelstange zu schaffen, welche aus einem Metall gefertigt sein kann, das eine gegenüber Stahl geringere Dichte und eine vergleichbare Festigkeit aufweist und welche dessen ungeachtet hinreichend abriebfest ist, dass in den Lageraugen nicht nur Gleitlager, sondern auch Wälzlager angeordnet sein können, ohne dass sie hierdurch nach kurzen Betriebszeiten beschädigt und damit funktionsunfähig wird.
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Dies wird neuerungsgemäss dadurch erzielt, dass zumindest eine der Innenflächen der beiden Lageraugen vergütet und bzw. oder beschichtet ist, wodurch deren Abriebfestigkeit vergrössert ist. Vorzugsweise sind die Innenflächen beider Lageraugen vergütet und bzw. oder beschichtet.
Dabei kann zumindest die Innenfläche einer der beiden Lageraugen oxidiert, nitriert, boriert, carbonisiert oder thermochemisch behandelt sein. Weiters kann zumindest die Innenfläche einer der beiden Lageraugen mit einer Aluminium-Legierung, einer Aluminium-Zinn-Legierung, einer AluminiumZinn-Zink-Legierung, einer Eisen-Legierung, einer Kupfer-Blei-Legierung, einer Kupfer-Blei-Zinn-Legierung, einer Kupfer-Blei-Nickel-Legierung, einer Kupfer-Zink-Legierung, einer Kupfer-Zinn-Zink-Legierung, einer Kupfer-ZinnLegierung, einer Kupfer-Phosphor-Legierung, einer Kupfer-AluminiumLegierung, einer Kupfer-Beryllium-Legierung, einer Blei-Zinn-Legierung, einer Zinn-Legierung, einer Blei-Legierung, einer Molybdän-Legierung, einem Metallkohlenwasserstoff, einem Metallkohlenstoff, einem Thermoplast oder einem Duroplast, einem Diamond-Like-Carbon,
einem Stahl oder mit Keramik einzeln oder in Kombination beschichtet sein.
Durch eine derartige Beschichtung wird die zulässige Flächenpressung erhöht, werden die Abriebfestigkeit sowie die Gleit- und Verschleissfestigkeit verbessert und wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Bildung von Grübchen (Pitting) erhöht.
Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung zumindest der Innenfläche einer der beiden Lageraugen in an sich bekannter Weise durch Chemical Vapour Deposition (CVDJ, Physical Vapour Deposition (PVD), Plasma Enhanced-Chemical Vapour Deposition [PE-DVD), Plasma Enhanced-Physical Vapour Deposition [PE-PVD), Galvanisieren, Sputtern, Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Plasma- Transferred- Arc.
Die Pleuelstange selbst kann aus einer Titan-Legierung, einem Metal-MaxtrixComposite, einer Aluminium-Legierung, Keramik oder einem Metal-PlasticComposite gefertigt sein. Dabei kann entweder die gesamte Oberfläche der
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Pleuelstange vergütet und bzw. oder beschichtet sein oder sind zumindest auch die Anlaufflächen vergütet oder beschichtet.
Neuerungsgemässe Pleuelstangen sind nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Pleuelstange, in derem grossen Lagerauge ein
Wälzlager angeordnet ist, in Draufsicht, Fig. 2 eine Pleuelstange, in deren grossem Lagerauge ein
Gleitlager angeordnet ist, Fig. 3 die Pleuelstangen nach den Fig. 1 bzw. 2, im Schnitt nach den Linien A-A, und Fig. 4 das Detail X der Fig. 3, in vergrössertem Massstab.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist eine neuerungsgemässe Pleuelstange 1 an ihren beiden Enden mit zwei Lageraugen 2 und 3 ausgebildet, welche unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei das Lagerauge 2 mit geringerem Durchmesser zur Anlenkung an einem Kolben des Motors und das Lagerauge 3 mit grösserem Durchmesser zur Anlenkung an der Kurbelwelle dient. An den Stirnseiten der beiden Lageraugen 2 und 3 befinden sich Anlaufflächen 21 und 31. Das grössere Lagerauge 3 ist mit einem Lagerdeckel 32 ausgebildet, welcher mittels Schrauben 33 an der Pleuelstange 1 befestigt ist. Um die erforderlichen Lagereigenschaften zu erzielen, sind die Innenflächen der Lageraugen 2 und 3 vergütet und bzw. oder beschichtet. In das grosse Lagerauge 3 ist entweder ein Wälzlager 4 oder ein Gleitlager 4a eingesetzt.
Wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, kann dabei die äusserste Schichte als Laufschichte 11 ausgebildet sein, an welche eine Zwischenschichte 12 und eine Gleitschichte 13 anschliessen, welche auf das Grundmaterial 14 der Pleuelstange 1 aufgebracht sind. Durch diese Schichten werden die erforderlichen Lagereigenschaften, wie eine gute Lastentragfähigkeit und gute Gleiteigenschaften erzielt.
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Die Pleuelstange 1 kann aus einer Titan-Legierung, einer Aluminium-Legierung, Metal-Matrix-Composites, Metal-Plastic-Composites oder Keramik bestehen. Dabei ist es erforderlich, dass eine gute Haftung der Beschichtung auf den Lagerflächen, weiters gute Gleiteigenschaften bzw. geringe Reibbeiwerte und zudem eine gute Lastentragfähigkeit erzielt werden. Zudem müssen die Beschichtungen geringe Eigenspannungen aufweisen.
Die Beschichtung kann durch durch Chemical Vapour Deposition (CVD), Physical Vapour Deposition (PVD), Plasma Enhanced-Chemical Vapour Deposition (PE-CVD), Plasma Enhanced-Physical Vapour Deposition [PE-PVD), Galvanisieren, Sputtern, Plasmaspritzen, Flammspritzen, Plasma-TransferredArc od. dgl. erfolgen, wobei die Werkstoffe direkt auf die Lagerflächen aufgebracht werden. Die Oberflächenvergütung kann durch Oxidieren, Nitrieren, Borieren, Carbonisieren, thermochemische Behandlung od. dgl. erfolgen.
Es ist dabei auch möglich, mehrlagige Beschichtungen vorzusehen, wobei durch jede Schichte eine bestimmte Funktion erfüllt wird. So kann z. B. eine Schichte vorgesehen sein, welche eine grosse Festigkeit und Härte aufweist, darüber kann eine sehr dünne Schichte eines Materials mit geringer Härte und mit sehr guten Gleit- und Notlaufeigenschaften aufgebracht sein. Zudem können mehrere solcher Schichten mit den verschiedenen Eigenschaften vorgesehen sein. Die einzelnen Schichten können dabei in unterschiedlichen Verfahren aufgebracht werden.
Die einzelnen Schichten können aus einem oder mehreren Werkstoffen der folgenden Gruppen bestehen : Einer Kupfer-Legierung, einer Aluminium-Legierung, einer Aluminium-ZinnLegierung, einer Aluminium-Zinn-Zink-Legierung, einer Eisen-Legierung, einer Kupfer-Blei-Legierung, einer Kupfer-Blei-Zinn-Legierung, einer KupferBlei-Nickel-Legierung, einer Kupfer-Zink-Legierung, einer Kupfer-Zinn-ZinkLegierung, einer Kupfer-Zinn-Legierung, einer Kupfer-Phosphor-Legierung, einer Kupfer-Aluminium-Legierung, einer Kupfer-Beryllium-Legierung, einer Blei-Zinn-Legierung, einer Zinn-Legierung, einer Blei-Legierung, einer Molybdän-Legierung, einem Metallkohlenwasserstoff, einem Metallkohlenstoff,
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einem Thermoplast oder einem Duroplast, einem Diamond-Like-Carbon, einem Stahl oder aus Keramik.
Durch eine derartige Beschichtung wird die zulässige Flächenpressung erhöht, werden die Abriebfestigkeit sowie die Gleit-und Verschleissfestigkeit verbessert und wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Bildung von Grübchen (Pitting) erhöht.
Vorzugsweise ist auch die gesamte Oberfläche der Pleuelstange oder sind zumindest die Anlaufflächen vergütet und bzw. oder beschichtet.
Da eine derartige Pleuelstange ein verringertes Gewicht aufweist, werden höhere Drehzahlen ermöglicht bzw. wird der mechanische Wirkungsgrad des Motors verbessert.
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The subject innovation concerns a connecting rod, which is provided with eyes at both ends, in which bearings for the crankshaft or for the articulation of the piston pin are arranged, and a method for their production.
Connecting rods perform the task of connecting the pistons of the individual cylinders to the crankshaft in a drive motor, as a result of which the linear actuating movements of the pistons are converted into the rotational movement of the crankshaft. For this purpose, the connecting rods are formed at both ends with bearing eyes, by means of which they are articulated on the one hand on the piston and on the other hand on the crankshaft. There are slide bearings or roller bearings in the bearing eyes, which consist of a plurality of components such as support shells, bearing elements and the like. Like., exist.
If slide bearings are inserted into the bearing eyes, the connecting rods can be made from a plurality of metals, in particular from titanium. If, however, roller bearings are used in the bearing eyes, the connecting rods must be made of steel, since other metals, e.g. B.
Titanium, do not have the required abrasion resistance.
Since the movement of the connecting rods is caused by the engine and because steel has a high density compared to other metals, the performance of an engine could be improved if the connecting rods are made of a metal which is different from steel when using rolling bearings has lower density.
The object of the present innovation is therefore to create a connecting rod which can be made of a metal which has a lower density and a comparable strength compared to steel and which is nevertheless sufficiently abrasion-resistant that not only plain bearings but also in the bearing eyes rolling bearings can also be arranged without them being damaged after a short period of operation and thus becoming inoperative.
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According to the innovation, this is achieved in that at least one of the inner surfaces of the two bearing eyes is coated and / or coated, which increases their abrasion resistance. The inner surfaces of both bearing eyes are preferably coated and / or coated.
At least the inner surface of one of the two bearing eyes can be oxidized, nitrided, borated, carbonized or thermochemically treated. Furthermore, at least the inner surface of one of the two bearing eyes can be coated with an aluminum alloy, an aluminum-tin alloy, an aluminum-tin-zinc alloy, an iron alloy, a copper-lead alloy, a copper-lead-tin alloy, a copper-lead-nickel alloy, a copper-zinc alloy, a copper-tin-zinc alloy, a copper-tin alloy, a copper-phosphorus alloy, a copper-aluminum alloy, a copper-beryllium alloy, one Lead-tin alloy, a tin alloy, a lead alloy, a molybdenum alloy, a metal hydrocarbon, a metal carbon, a thermoplastic or a thermoset, a diamond-like carbon,
a steel or ceramic coated individually or in combination.
Such a coating increases the permissible surface pressure, improves the abrasion resistance as well as the sliding and wear resistance and increases the resistance to the formation of dimples (pitting).
At least the inner surface of one of the two bearing eyes is preferably coated in a manner known per se by chemical vapor deposition (CVDJ, physical vapor deposition (PVD), plasma enhanced chemical vapor deposition [PE-DVD), plasma enhanced physical vapor deposition [PE] -PVD), electroplating, sputtering, plasma spraying, flame spraying or plasma transferred arc.
The connecting rod itself can be made of a titanium alloy, a metal Maxtrix composite, an aluminum alloy, ceramic or a metal plastic composite. Either the entire surface of the
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The connecting rod is tempered and / or coated, or at least the contact surfaces are also tempered or coated.
Connecting rods according to the invention are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. 1 shows a connecting rod in the large bearing eye
Rolling bearing is arranged, in plan view, Fig. 2 is a connecting rod, in the large bearing eye
3, the connecting rods according to FIGS. 1 and 2, in section along the lines A-A, and FIG. 4, the detail X of FIG. 3, on an enlarged scale.
As can be seen from FIGS. 1 and 2, a connecting rod 1 according to the innovation is formed at both ends with two bearing eyes 2 and 3, which have different diameters, the bearing eye 2 with a smaller diameter for articulation on a piston of the engine and the bearing eye 3 with a larger diameter is used for articulation on the crankshaft. On the end faces of the two bearing eyes 2 and 3 there are contact surfaces 21 and 31. The larger bearing eye 3 is formed with a bearing cover 32 which is fastened to the connecting rod 1 by means of screws 33. In order to achieve the required storage properties, the inner surfaces of the bearing eyes 2 and 3 are coated and / or coated. Either a roller bearing 4 or a plain bearing 4a is inserted into the large bearing eye 3.
As shown in FIG. 4, the outermost layer can be designed as a running layer 11, to which an intermediate layer 12 and a sliding layer 13 adjoin, which are applied to the base material 14 of the connecting rod 1. These layers provide the necessary storage properties, such as good load-bearing capacity and good sliding properties.
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The connecting rod 1 can consist of a titanium alloy, an aluminum alloy, metal matrix composites, metal plastic composites or ceramic. It is necessary for the coating to adhere well to the bearing surfaces, furthermore for good sliding properties or low coefficients of friction and also for good load-bearing capacity. In addition, the coatings must have low residual stresses.
The coating can be made by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD), plasma enhanced physical vapor deposition [PE-PVD), electroplating, sputtering, plasma spraying, flame spraying , Plasma TransferredArc or the like. The materials are applied directly to the bearing surfaces. The surface treatment can be carried out by oxidizing, nitriding, boronizing, carbonizing, thermochemical treatment or the like.
It is also possible to provide multilayer coatings, with each layer fulfilling a specific function. So z. B. a layer can be provided which has great strength and hardness, a very thin layer of a material with low hardness and with very good sliding and emergency running properties can be applied. In addition, several such layers with the different properties can be provided. The individual layers can be applied in different processes.
The individual layers can consist of one or more materials from the following groups: a copper alloy, an aluminum alloy, an aluminum-tin alloy, an aluminum-tin-zinc alloy, an iron alloy, a copper-lead alloy, a copper-lead-tin alloy, a copper-lead-nickel alloy, a copper-zinc alloy, a copper-tin-zinc alloy, a copper-tin alloy, a copper-phosphorus alloy, a copper-aluminum alloy , a copper-beryllium alloy, a lead-tin alloy, a tin alloy, a lead alloy, a molybdenum alloy, a metal hydrocarbon, a metal carbon,
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a thermoplastic or a thermoset, a diamond-like carbon, a steel or ceramic.
Such a coating increases the permissible surface pressure, improves the abrasion resistance as well as the sliding and wear resistance and increases the resistance to the formation of pits.
The entire surface of the connecting rod is also preferred, or at least the contact surfaces are tempered and / or coated.
Since such a connecting rod has a reduced weight, higher speeds are made possible or the mechanical efficiency of the engine is improved.