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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.
Bekannte derartige Pleuelstangen sind jedoch in ihrer Funktion deshalb nachteilig, da die Gleitlager bzw. Wälzlager zusätzliche Massen darstellen, welche bewegt werden müssen, weswegen eine gegebene Obergrenze der Drehzahl nicht überschritten werden kann. Zudem wird durch die Lager eine Vergrösserung des Durchmessers des der Kurbelwelle zugeordneten Lagerauges bedingt, wodurch eine Vergrösserung des Abstandes der zur Befestigung des Lagerdeckels dienenden Schrauben verursacht wird, sodass im Bereich des Deckels die im Zugfall auftretenden Biegemomente vergrössert werden.
Der gegenständlichen Neuerung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Pleuelstange zu schaffen, durch welche die dem bekannten Stand der Technik anhaftenden Nachteile vermieden werden. Dies wird neuerunggemäss dadurch erzielt, dass zumindest eines der beiden Lager ausschliesslich durch eine Vergütung und bzw. oder Beschichtung der Innenfläche des Lagerauges gebildet ist.
Vorzugsweise sind beide Lager durch eine Vergütung und bzw. oder eine Beschichtung der Innenflächen der Lageraugen gebildet. Dabei kann die Innenfläche zumindest einer der beiden Lageraugen oxidiert, nitriert, carbonisiert oder thermochemisch behandelt sein. Ergänzend oder alternativ dazu kann die Innenfläche zumindest einer der beiden Lageraugen mit einer Aluminium-Legierung, einer Aluminium-Zinn-Legierung, einer
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Kupfer-Blei-Zinn-Legierung, einer Kupfer-Zink-Legierung, einer KupferZinn-Zink-Legierung, einer Kupfer-Zinn-Legierung, einer Blei-Zinn-Legierung, einer Zinn-Legierung, einer einem Metallkohlenwasserstoff, einem Diamond-Like-Carbon, einzeln oder in Kombination beschichtet sein. Vorzugsweise enthält die Beschichtung einen Festschmierstoff.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die gesamte Oberfläche der Pleuelstange oder sind zumindest auch die Anlaufflächen vergütet und bzw. oder mit einem der vorstehenden Materialien einzeln oder in Kombination beschichtet.
Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Pleuelstange ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Innenfläche zumindest einer der beiden Lageraugen in an sich bekannter Weise durch Chemical Vapour Deposition (CVD), Physical Vapour Deposition (PVDJ, Plasma EnhancedPhysical Vapour Deposition (PE-PVD), Sputtern, Flammspritzen, Plasma Transferred-Arc erfolgt.
Eine neuerungsgemässe Pleuelstange weist somit gegenüber bekannten Pleuelstangen, welche mit Gleit- oder Wälzlagern ausgebildet sind, eine verringerte Masse auf. Da hierdurch diejenige Masse, welche eine oszillierende Bewegung ausführt, verringert ist, wird die mögliche Drehzahl vergrössert bzw. wird die Leistung des Motors erhöht. Hiedurch wird auch der mechanische Wirkungsgrad des Motors verbessert. Zudem sind die Durchmesser der Lageraugen geringer, wodurch konstruktive Vorteile erzielt werden.
Eine neuerungsgemässe Pleuelstange ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 eine Pleuelstange, in Draufsicht, Eine neuerungsgemässe Pleuelstange 1 ist 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
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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.
Dabei kann die äusserste Schichte als Laufschichte ausgebildet sein, an welche eine Zwischenschichte und eine Gleitschichte anschliessen, welche auf das Grundmaterial der Pleuelstange aufgebracht 1 sind. Durch diese Schichten werden die erforderlichen Lagereigenschaften, wie eine gute Lastentragfähigkeit und gute Gleiteigenschaften erzielt.
Die Pleuelstange l kann aus einer Titan-Legierung, einer Stahl-Legierung, einer Aluminium-Legierung oder Metal-Matrix-Composites 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.
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Deposition (PE-PVD), Sputtern, Flammspritzen, Plasma-Transferred-Arc od. dgl. erfolgen, wobei die Werkstoffe direkt auf die Lagerflächen aufgebracht werden. Die Oberflächenvergütung kann durch Oxidieren, Nitrieren, 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.
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Die einzelnen Schichten können aus einem oder mehreren Werkstoffen der folgenden Gruppen bestehen : Einer Aluminium-Legierung, einer Aluminium-Zinn-Legierung, einer Kupfer-Blei-Zinn-Legierung, einer Kupfer-Zink-Legierung, einer KupferZinn-Zink-Legierung, einer Kupfer-Zinn-Legierung, einer Blei-Zinn-Legierung, einer Zinn-Legierung, einem Metallkohlenwasserstoff, einem Diamond-Like-Carbon.
Vorzugsweise ist auch die gesamte Oberfläche der Pleuelstange oder sind zumindest die Anlaufflächen vergütet 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.
Known connecting rods of this type are disadvantageous in their function, however, since the plain bearings or rolling bearings represent additional masses which have to be moved, which is why a given upper limit of the speed cannot be exceeded. In addition, the bearings cause an increase in the diameter of the bearing eye assigned to the crankshaft, which causes an increase in the distance between the screws used to fasten the bearing cover, so that the bending moments that occur in the event of a pull are increased in the region of the cover.
The object of the present innovation is therefore to create a connecting rod which avoids the disadvantages inherent in the known prior art. According to the innovation, this is achieved in that at least one of the two bearings is formed exclusively by a coating and / or coating of the inner surface of the bearing eye.
Both bearings are preferably formed by a coating and / or a coating of the inner surfaces of the bearing eyes. The inner surface of at least one of the two bearing eyes can be oxidized, nitrided, carbonized or thermochemically treated. Additionally or alternatively, the inner surface of at least one of the two bearing eyes with an aluminum alloy, an aluminum-tin alloy, one
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Copper-lead-tin alloy, a copper-zinc alloy, a copper-tin-zinc alloy, a copper-tin alloy, a lead-tin alloy, a tin alloy, a metal hydrocarbon, a diamond-like Carbon, coated individually or in combination. The coating preferably contains a solid lubricant.
According to a preferred embodiment, the entire surface of the connecting rod or at least also the contact surfaces are coated and / or coated with one of the above materials individually or in combination.
A method for producing such a connecting rod is characterized in that the coating of the inner surface of at least one of the two bearing eyes in a manner known per se by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVDJ, plasma enhanced physical vapor deposition (PE-PVD), Sputtering, flame spraying, plasma transferred arc takes place.
A connecting rod according to the invention thus has a reduced mass compared to known connecting rods which are designed with slide or roller bearings. Since this reduces the mass that carries out an oscillating movement, the possible speed is increased or the power of the motor is increased. This also improves the mechanical efficiency of the engine. In addition, the diameter of the bearing eyes are smaller, which leads to design advantages.
A connecting rod according to the invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing. 1 shows a connecting rod, in plan view, a connecting rod 1 according to the invention is formed at its two ends with two bearing eyes 2 and 3, which have different diameters, the bearing eye 2 having a smaller diameter for articulation on a piston of the engine and that Bearing eye 3 with a larger diameter is used for articulation on the crankshaft. On the face
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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.
The outermost layer can be designed as a running layer, to which an intermediate layer and a sliding layer adjoin, which are applied 1 to the base material of the connecting rod. These layers provide the necessary storage properties, such as good load-bearing capacity and good sliding properties.
The connecting rod 1 can consist of a titanium alloy, a steel alloy, an aluminum alloy or metal matrix composites. 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.
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Deposition (PE-PVD), sputtering, flame spraying, plasma transferred arc or the like are carried out, the materials being applied directly to the bearing surfaces. The surface treatment can be carried out by oxidizing, nitriding, 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.
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The individual layers can consist of one or more materials from the following groups: an aluminum alloy, an aluminum-tin alloy, a copper-lead-tin alloy, a copper-zinc alloy, a copper-tin-zinc alloy, one Copper-tin alloy, a lead-tin alloy, a tin alloy, a metal hydrocarbon, a diamond-like carbon.
The entire surface of the connecting rod is also preferred, or at least the contact surfaces are tempered 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.