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Die
Erfindung betrifft ein geteiltes Lager nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Geteilte
Lager, insbesondere Pleuel, werden durch Abtrennen eines Lagerdeckels
vom Lagersattel im Bereich der Lagerbohrung mit Hilfe eines Bruchtrennverfahrens
(Cracken) gebildet. Ein solches geteiltes Lager ist aus der gattungsbildenden DE
... (noch nicht veröffentlicht,
amtl. Aktz. 102004026297.7-12) bekannt. Dort wird das Lager in der
Lagerfläche
mit einer Trennkerbe versehen, welche über ihre Länge hinweg in Bezug auf ihre
Tiefe und/oder ihren Winkel variiert. Diese Trennkerbe erfüllt drei
Aufgaben: Zunächst
wird durch das Vorhandensein einer Trennkerbe die zum Cracken aufzubringende
Kraft reduziert. Weiterhin wird durch die Trennkerbe die genaue
Stelle festgelegt, an der die Bruchtrennung von Lagerdeckel und
Lagersattel beginnen soll. Neben diesen beiden Grundfunktionen wird
durch die Variation der Tiefe oder des Winkels der Trennkerbe erreicht,
dass die Bruchfläche
ein ausgeprägtes
Bruchrelief aufweist, so dass Lagerdeckel und Lagersattel beim späteren Zusammenfügen zuverlässig wieder
richtig zueinander positioniert werden können.
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Bei
modernen Motoren müssen
die Lager, insbesondere Pleuel, unter Umständen sehr hohe Querkräfte aufnehmen.
Werden für
die Lager hochfeste Stahlwerkstoffe mit entsprechend feiner Werkstoff-Körnung verwendet,
ergeben sich sehr glatte Bruchflächen,
die unter hohen Belastungen aneinander abgleiten, so dass die Querkräfte nicht
mehr ausreichend übertragen
werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geteiltes Lager vorzuschlagen,
dessen Bruchflächen
ohne großen
Aufwand so gestaltet sind, dass das Lager hohe Querkräfte aufnehmen
kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Danach
ist zusätzlich
zu der Trennkerbe außerhalb
der Lagerfläche
wenigstens eine schräge Bohrung
angebracht, welche die Teilungsebene wenigstens in einem Punkt schneidet.
Auf diese Weise kann die Topografie der Bruchfläche nicht nur in dem Bereich
der in der Lagerfläche
angeordneten Trennkerbe, wo der Bruch durch Rissbildung startet,
vorgegeben werden. Vielmehr kann durch diese wenigstens eine schräge Bohrung
außerhalb
der Lagerfläche
die Topografie der gesamten Bruchfläche gestaltet werden. Durch
die gezielte Vorgabe der Geometrie der Bruchfläche ist das auf diese Weise
geteilte Lager insbesondere bei der Verwendung von hochfesten Stählen nach
dem Zusammenfügen
von Lagersattel und Lagerdeckel in der Lage, durch die mechanische
Verklammerung der beiden Bruchflächen sehr
hohe Querkräfte
aufzunehmen. Weiterhin wird die lagegenaue Positionierung von Lagersattel
und Lagerdeckel zueinander erreicht.
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Vorteilhafterweise
ist die wenigstens eine schräge
Bohrung in eine senkrecht zur Mittelachse der Lagerbohrung verlaufende
Seitenfläche
des Lagers eingebracht. So kann die Topografie der gesamten Bruchfläche optimal
gestaltet werden. Nach dem anfänglichen
Riss im Kerbbereich breitet sich der Bruch immer entlang dem Verlauf
der Bohrungen von der Lagerbohrung weg aus (Anspruch 2).
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die wenigstens eine Bohrung
mechanisch spanend eingebracht. Dies ist ein preiswertes und einfach
anzuwendendes Verfahren (Anspruch 3).
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Alternativ
ist die wenigstens eine Bohrung mit Hilfe von Laserstrahlung erzeugt.
So ist man in der Lage, durch die Wahl eines oder mehrerer energiereicher
Laser schnell und präzise
die Bohrungen anzufertigen (Anspruch 4).
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Weiterhin
sind vorteilhaft mehrere Bohrungen mit unterschiedlichen Winkeln
gegenüber
der Teilungsebene vorgesehen. So kann die zum Cracken aufzuwendende
Kraft minimiert werden. (Anspruch 5).
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Bohrungen auf
den beiden gegenüberliegenden
Schenkeln des Lagers unterschiedlich ausgeführt. Durch diese asymmetrische
Anordnung der Bohrungen können
Fehler beim Zusammensetzen der beiden getrennten Teile Lagerdeckel
und Lagersattel vermieden werden (Anspruch 6).
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Weitere
Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung
hervor.
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In
den Zeichnungen ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines Pleuels mit zwei Bohrungen in den
Seitenflächen
des Pleuels,
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2 einen
Schenkel eines Pleuels mit einer schrägen Bohrung an jeder Seitenfläche,
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3 die
beim Bruchtrennen des Pleuels nach 2 entstehende
sattelförmige
Bruchfläche,
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4 drei
parallel zueinander angeordnete schräge Bohrungen in einer Seitenfläche sowie
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5 drei
unter unterschiedlichen Winkeln angeordnete Bohrungen.
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1 zeigt
ein geteiltes Lager 1, welches in diesem Fall als Pleuel 3 ausgebildet
ist. Dieser Pleuel 3 besteht aus einem Pleuelschaft 25,
einem Pleuelkopf 26 sowie einer Lagerbohrung 17 in
Form eines Pleuelauges 27. Eine Teilungsebene 13 stellt
die Soll-Bruchebene für
die Bruchtrennung des Pleuelauges 27 in Lagersattel 28 und
Lagerdeckel 29 dar. Innerhalb der Teilungsebene 13 befinden
sich an den beiden Schenkeln 23, 23' des Pleuelauges 27 zwei ebene
Trennflächen 5, 5'. Im Bereich
des Pleuelauges 27 sind weiterhin zwei Durchführungen 30, 30' vorgesehen,
welche zur Aufnahme von hier nicht dargestellten Befestigungsschrauben
zum an das Bruchtrennen anschließenden Zusammenfügen von Lagersattel 28 und
Lagerdeckel 29 dienen.
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In
einem Bereich 10 innerhalb des Pleuelauges 27,
d.h. im Bereich der Lagerfläche 9,
sind weiterhin zwei Trennkerben 7 und 7' für das Bruchtrennen
eingebracht. Das Einbringen der Trennkerben 7, 7' kann hier beispielsweise,
wie schon vom gattungsgemäßen Pleuel
bekannt, mit einem Laserstrahl oder mechanisch spanend erfolgen.
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Neben
den Trennkerben 7, 7', die sich innerhalb der Lagerfläche 9 befinden,
sind in diesem Ausführungsbeispiel
in die Seitenflächen 19, 19', welche senkrecht
auf die Mittelachse 15 der Lagerbohrung 17 stehen,
zusätzliche
schräge
Bohrungen 11 bzw. 11' eingebracht. Diese Bohrungen 11, 11', von denen in
diesem Ausführungsbeispiel
auf jedem Schenkel 23 bzw. 23' eine vorgesehen ist, beginnen
hier auf Höhe
der Teilungsebene 13.
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In 2 ist
einer der beiden Schenkel 23 in einer im Vergleich zu 1 um
45° gedrehten
Detailansicht mit einer weiteren Ausführungsform der schrägen Bohrungen 11, 11'' dargestellt. Dabei ist sowohl
in der vorderen Seitenfläche 19 als
auch – verdeckt
gezeichnet – in
der rückwärtigen Seitenfläche 19'' jeweils eine schräge Bohrung 11 bzw. 11'' vorgesehen. Beide Bohrungen 11, 11'' schließen den gleichen Winkel 21 mit
der Flächennormalen 22 der
Seitenfläche 19 ein,
welche parallel zur Mittelachse 15 des Pleuelauges 27 bzw.
der Lagerbohrung 17 verläuft.
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Bei
dem Bruchtrennprozess wird nun die Bruchtrennung an den beiden gegenüberliegenden Trennkerben 7, 7' eingeleitet,
indem an diesen Stellen Starterrisse entstehen, welche sich flächenhaft über die
jeweilige Trennfläche 5 bzw. 5' ausbreiten. Die
Risse pflanzen sich dabei von den Trennkerben 7, 7' über die
Trennfläche 5, 5' vom Inneren
des Pleuelauges 27 bzw. von der Lagerfläche 9 nach außen fort,
bis der Lagerdeckel 29 vom Lagersattel 28 getrennt
ist. Der Rissfortschritt wird dabei durch die schrägen Bohrungen 11, 11', 11'' geführt, indem sich die Risse entlang
der Bohrungen 11, 11', 11'' ausbreiten.
Durch die Anordnung der schrägen
Bohrungen 11, 11', 11'' wird also die Topografie der späteren Trennfläche 5, 5' direkt vorgegeben.
Die Trennfläche 5, 5' flacht nicht
mit zunehmender Entfernung von der Trennkerbe 7, 7' nach außen hin
ab, sondern weist über
die gesamte Breite eine ausgeprägte,
unebene Struktur auf, welche durch die Lage, Tiefe und den Winkel 21 der
schrägen
Bohrungen 11, 11', 11'' festgelegt ist.
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3 zeigt
die nach dem Bruchtrennen des Pleuels 3 in der in 2 dargestellten
Konfiguration entstandene Trennfläche 5 in einer Ansicht
von der Lagerfläche 9 her
gesehen. Dabei weisen Lagerdeckel 29 und Lagersattel 28 jeweils
eine spiegelbildlich zueinander angeordnete Trennfläche 5 auf.
Die Trennfläche 5 ist
dabei entsprechend der in 2 gezeigten
Anordnung der schrägen
Bohrungen 11, 11'' sattelförmig ausgeprägt. Die
Trennfläche 5 weist
weiterhin an ihren Rändern
entsprechende durch die Bohrungen 11, 11'' vorgegebene Schrägen auf.
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Zum
einen wird durch diese genaue Vorgabe der Topografie der Trennfläche 5 eine
hochgenaue Passung von Lagersattel 28 und Lagerdeckel 29 erreicht,
auch wenn die Oberfläche
der Trennfläche 5 aufgrund
der Feinkörnigkeit
des hochfesten Werkstoffs an sich sehr glatt ist. Zum anderen wird
nach dem Zusammenbau eine hohe mechanische Verklammerung der beiden
Teile 28 und 29 zueinander erreicht. Daher ist
der fertige Pleuel 3 in der Lage, hohe Querkräfte aufzunehmen.
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In 4 ist
in einem weiteren Ausführungsbeispiel
eine Perforation 12 in der Seitenfläche 19 eines Schenkels 23 vorgesehen,
welche aus mehreren einzelnen, in diesem Fall drei schrägen Bohrungen 11, 11''', 11'''' besteht. Diese
Bohrungen 11, 11''', 11'''' sind alle nebeneinander unter
einem identischen Winkel 21 gegenüber der Flächennormalen 22 der
Seitenfläche 19 angeordnet
und schneiden die Teilungsebene 13. In der rückwärtigen Seitenfläche 19'' ist analog eine spiegelbildliche,
hier nicht dargestellte Perforation 12 vorgesehen. So wird
erreicht, dass die Kraft, die zum Bruchtrennen aufgewendet werden
muss, verringert wird.
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Weiterhin
kann durch mehrere schräge
Bohrungen 11, 11''', 11'''' die Topografie der Trennfläche 5 noch
detaillierter und präziser
vorgegeben werden, da nicht nur die Richtung, in der sich der Bruch
ausbreiten soll, sondern auch dessen Bahn genau festgelegt wird.
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Eine ähnliche
Ausführungsform
einer Perforation 12 ist in 5 dargestellt.
Hier sind ebenfalls mehrere schräge
Bohrungen 11, 11''', 11'''' vorgesehen, die um unterschiedliche
Winkel 21, 21' gegenüber der
Flächennormalen 22 geneigt
sind. Auf diese Weise besitzt die spätere Trennfläche 5 eine
ausgeprägtere
dreidimensionale Kontur, besonders in der Richtung der Flächennormalen 31 der
Teilungsebene 13.
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Es
gibt unterschiedliche Möglichkeiten,
die schrägen
Bohrungen 11 vor dem Bruchtrennen in die Seitenflächen 19, 19', 19'' einzubringen. Eine sehr präzise Möglichkeit
stellt die Verwendung von energiereicher Strahlung dar, beispielsweise
die Verwendung von Laserstrahlung, möglicherweise mit einer geeigneten
Fokussierungsoptik, falls mehrere Bohrungen 11 vorgesehen
werden sollen. Weiterhin können
die Bohrungen 11 mit Hilfe eines abtragenden oder zerspanenden
Verfahrens, beispielsweise durch mechanisches Bohren, eingebracht
werden. Zweckmäßigerweise
werden die Bohrungen 11 in einem Arbeitsschritt mit der
Trennkerbe 7 in das Lager 1 eingebracht.
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Sinnvoll
kann es sein, auf den beiden Schenkeln 23, 23' eine asymmetrische
Anordnung der schrägen
Bohrungen 11 vorzusehen. Auf diese Weise ist bei der Endmontage
die richtige und reproduzierbare Zuordnung von Lagersattel 28 und
Lagerdeckel 29 einfacher möglich.
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Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf die vorgestellten Ausführungsbeispiele.
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Was
die Anzahl, die Lage und die genaue Anordnung von schrägen Bohrungen 11 betrifft,
sind sämtliche
Kombinationen möglich,
durch welche eine gezielte Gestaltung der Topografie der Trennfläche 5 erreicht
wird.
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Weiterhin
ist die Erfindung nicht beschränkt auf
den hier dargestellten Pleuel 3, sondern in sämtlichen
Fällen,
bei denen ein Lager 1 durch Bruchtrennen geteilt und anschließend wieder
zusammengefügt
wird, einsetzbar.