DE102007048753A1 - Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Herstellen der Pleuelstange - Google Patents

Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Herstellen der Pleuelstange Download PDF

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Kenji Toyota Hayama
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Abstract

Ein Kopfelement (2A), das einen Kopf (2) ausbildet(4) bildet, und ein Fußelement (3A), das einen Fuß (3) der Pleuelstange ausbildet, werden als separate Elemente ausgebildet. Zusätzlich werden das Kopfelement (2A) und das Fußelement (3A) jeweils aus einem eine hohe Steifigkeit aufweisenden Material gefertigt, und das Säulenelement (4A) ist aus einem hochfesten Material gefertigt. Diese Elemente werden durch eine Flüssigphasen-Diffusionsverbindung einstückig verbunden, wodurch eine Pleuelstange geschaffen wird, die eine Unterdrückung einer Spannungskonzentration erreichen kann.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pleuelstange, die in einem Verbrennungsmotor, wie einem Automotor, verwendet wird, und insbesondere eine Pleuelstange, die aus einem Verbundstoff aus unterschiedlichen Arten von Materialien gebildet wird, und ein Verfahren zum Herstellen der Pleuelstange.
  • 2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
  • Wie in den japanischen Patentschriften JP-A-2000-179535 und JP-A-2001-18056 beschrieben ist, sind in einem Verbrennungsmotor, wie einem Automotor, ein Kolben und eine Kurbelwelle durch eine Pleuelstange miteinander verbunden, und die Explosionskraft eines Kraftstoff-Luftgemischs während des Verbrennungshubs wird an die Kurbelwelle über den Kolben und die Pleuelstange übertragen.
  • Wie in 9 gezeigt ist, beinhaltet die vorstehend erwähnte Pleuelstange im Allgemeinen ein kleines Ende bzw. einen Kopf b, ein größeres Ende bzw. einen Fuß c auf der Kurbelwellenseite und einen Säulenbereich d, der den Kopf b und den Fuß c verbindet. Ferner ist eine Kolbenbolzenöffnung b1 im Kopf b ausgebildet, durch die ein Kolbenbolzen zum Verbinden eines Kolbens e (der durch eine imaginäre Linie in 9 angezeigt ist) eingeführt wird. Am Fuß c ist eine Kurbelwellenlageröffnung c1 ausgebildet, in der ein Pleuel- bzw. Hubzapfen f für die Kurbelwelle positioniert ist. Der Fuß c weist eine zweiteilige Struktur auf, die einen Fußhauptkörper c2 und eine Abdeckung c3 beinhaltet. Ein halbbogenförmiges Lagermetall g ist auf die innere Oberfläche von je weils dem Fußhauptkörper c2 und der Abdeckung c3 gepasst. Wenn ferner der Pleuelzapfen f in die Kurbelwellenlageröffnung c1 positioniert wird, die zwischen dem Fußhauptkörper c2 und der Abdeckung c3 ausgebildet ist, werden die beiden Elemente (der Fußhauptkörper c2 und die Abdeckung c3) mit Hutschrauben h aneinander befestigt.
  • Was das Verfahren zur Herstellung dieser Pleuelstange CR angeht, ist es üblich, ein Stück Stahl so zu schmieden, dass der Kopf b, der Säulenbereich d und der Fuß c einstückig ausgebildet sind. Beispiele für das Material, mit dem die Pleuelstange CR gebildet wird, beinhalten einen Chromstahl, einen Chrommolybdänstahl und eine Titanlegierung.
  • Weil die Pleuelstange CR ein Element zum Übertagen der Explosionskraft des Kraftstoff-Luftgemischs ist, die vorstehend erwähnte wurde, muss sichergestellt werden, dass die Pleuelstange CR eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit aufweist. Da es sich außerdem dabei um ein Element handelt, dass sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt (sich auf der Seite des Kopfs b im Zylinder auf- und abbewegt und sich auf der Seite des Fußes c um die Kurbelwelle dreht), sollte die Pleuelstange CR in Leichtbauweise ausgeführt sein.
  • Als Beispiel für eine Pleuelstange, bei deren Herstellung diese Punkte in Betracht gezogen werden, beschreibt die japanische Patentschrift JP-A-63-199916 eine Struktur, bei der der Säulenbereich und der Kopf und Fuß als separate Elemente aus jeweils einem hochfesten und eine hohe Steifigkeit aufweisenden Material (gesintertem Stahl) und aus einer leichten Legierung (einer vergüteten Aluminiumlegierung) im voraus ausgebildet werden, und bei der ein Element, das den Säulenbereich (das Säulenelement) darstellt, ein Element, das den Kopf darstellt (Kopfelement), und ein Element, das den Fuß darstellt (Fußelement), mechanisch miteinander verbunden sind, um in einem Stück ausgebildet zu sein. Beispiele der zum Erreichen dieser mechanischen Verbindung beschriebenen Verfahren beinhalten eine plastische Verformung der Materialien des Kopfelements und des Fußelements, indem sie zur Verbindung mit dem und Integration in das Säulenelement geschmiedet werden, sowie ein Zusammenpassen unter Nutzung einer Restspannung.
  • Bei der in der vorstehenden beschriebenen japanischen Patenschrift JP-A-63-199916 beschriebenen Pleuelstange werden das Säulenelement, das Kopfelement und das Fußelement einfach mechanisch miteinander verbunden, so dass die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass eine Spannungskonzentration an den Verbindungsbereichen der jeweiligen Elemente auftreten wird. Insbesondere wird eine Pleuelstange im Gegensatz zu einem gewöhnlichen mechanischen Teil in einer Betriebsumgebung verwendet, wo eine sehr große Last (Explosionskraft eines Kraftstoff-Luftgemischs) intermittierend auf die Pleuelstange einwirkt und daher die Pleuelstange so ausgeführt sein muss, dass sie einer wiederholten Belastung bei sehr großen Fluktuationen widerstehen kann. Dementsprechend ist ein Entwurf erforderlich, der eine Verteilung der Belastung ermöglicht. In diesem Fall kann, wenn das Säulenelement, das Kopfelement und das Fußelement mechanisch miteinander verbunden werden sollen, ein derartiger Entwurf erreicht werden, indem die Dicke an den Verbindungsbereichen der jeweiligen Elemente vergrößert wird. Dies führt jedoch zu einem Anstieg des Gewichts der Pleuelstange, der den positiven Effekt der Verwendung der vorstehend erwähnten Leichtgewichtlegierung mindert.
  • Ferner können im Fall der Konfiguration, die in der vorstehend erwähnten JP-A-63-199916 beschrieben ist, der Kopf und der Fuß keine ausreichende Steifigkeit aufweisen. In diesem Fall wird zwischen dem Kopf und dem Kolbenbolzen und zwischen dem Fuß und Pleuelzapfen ein Spalt erzeugt, und somit kommt es zwischen diesen Elementen zu einem Zusammenstoß, der ein sogenanntes Anschlaggeräusch erzeugt. Dies stellt in Bezug auf die Reduktion von Geräuschen und Vibrationen ein größeres Hindernis dar.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren, das eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit für jeweilige Bereiche einer Pleuelstange sicherstellen kann, während sowohl eine Reduktion des Gewichts der Pleuelstange als auch eine Unterdrückung der Spannungskonzentration erreicht wird.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Pleuelstange zum Verbinden eines Kolbens und einer Kurbelwelle miteinander und zum Übertragen einer Explosionskraft eines Kraftstoff-Luftgemischs an die Kurbelwelle, die vom Kolben während eines Verbrennungshubs des Verbrennungsmotors aufgenommen wird. Eine Mehrzahl von Pleuelstangen-Bauteilen, die aus unterschiedlichen Arten von Materialien gefertigt und als separate Teile ausgebildet sind, werden einstückig mit der Pleuelstange durch Diffusionsverbindung bzw. -schweißung verbunden
  • Gemäß dieser Anordnung werden im Vergleich zu einer Pleuelstange, bei der das Säulenelement, der Kopf und der Fuß mechanisch miteinander verbunden sind, die Verbindungsbereiche der Pleuelstangenbauteile durch Diffusionsverbindung bzw. -schweißung miteinander integriert, wobei deren Mikrostrukturen (metallographische Struktur) miteinander verschweißt werden, wodurch ermöglicht wird, den Grad der Spannungskonzentration an jeweiligen Bereichen der Pleuelstange zu reduzieren. Dadurch wird die Notwendigkeit aufgehoben, die Dicke zu vergrößern, um eine Spannungsverteilung zu erreichen. Daher können eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit für jeweilige Bereiche sichergestellt werden, ohne das Gewicht der Pleuelstange zu erhöhen, wodurch ermöglicht wird, die an das Leistungsverhalten der Pleuelstange gestellten Anforderungen, wie z. B. hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und geringes Gewicht, ausreichend zu erfüllen.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, die einen Kopf, der mit einem Kolben verbunden ist, einen Fuß, der mit einem Pleuelzapfen verbunden ist, und einen Säulenbereich, der sich zwischen dem Kopf und dem Fuß erstreckt, beinhaltet. Bei dieser Pleuelstange werden ein Kopfelement, das den Kopf ausbildet, und ein Säulenelement, das den Säulenbereich ausbildet, anfänglich als separate Elemente, die aus unterschiedlichen Arten von Materialien gefertigt sind, ausgebildet und durch Diffusionsschweißung einstückig miteinander verbunden.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, die einen mit einem Kolben verbundenen Kopf, einen mit einem Pleuelzapfen verbundenen Fuß und einen Säulenbereich aufweist, der sich zwischen dem Kopf und dem Fuß erstreckt. Bei der Pleuelstange werden ein Fußelement, das den Fuß ausbildet, und ein Säulenelement, das den Säulenbereich ausbildet, anfänglich als separate Elemente, die aus unterschiedlichen Arten von Materialien gefertigt sind, ausgebildet und durch Diffusionsschweißung einstückig miteinander verbunden. Ferner kann das Säulenelement durch Diffusionsschweißung einstückig mit dem Kopf verbunden werden. Das Bauteilmaterial des Kopfelements kann mit dem Bauteilmaterial des Fußelements identisch sein.
  • Ferner können sich die Bauteilmaterialien des Kopfelements, des Säulenelements und des Fußelements voneinander unterscheiden. Gemäß dieser Anordnung können der Grad der Spannungskonzentration am Verbindungsbereich zwischen dem Kopfelement und dem Säulenelement und am Verbindungsbereich zwischen dem Fußelement und dem Säulenelement reduziert werden. Daher besteht auch in diesem Fall keine Notwendigkeit, die Dicke zu vergrößern, um eine Spannungsverteilung zu erreichen. Folglich kann eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit für jeweilige Bereiche sichergestellt werden, ohne das Gewicht der Pleuelstange zu erhöhen, wobei ermöglicht wird, die an das Leistungsverhalten der Pleuelstange gestellten Ansprüche, wie z. B. hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und leichtes Gewicht, zu erfüllen.
  • Ferner sind nachstehend spezifische Beispiele für das Bauteilmaterial angeführt, das auf einen jeweiligen Bereich angewendet wird. Wenn das Kopfelement und das Säulenelement durch Diffusionsschweißung verbunden werden sollen, weist zunächst das Bauteilmaterial des Kopfelements eine höhere Steifigkeit als das Bauteilmaterial des Säulenelements auf, und das Bauteilmaterial des Säulenelements weist eine höhere Festigkeit als das Bauteilmaterial des Kopfelements auf.
  • Wenn ferner das Fußelements und das Säulenelement durch Diffusionsschweißung verbunden werden sollen, weist das Bauteilmaterial des Fußelements eine höhere Steifigkeit als das Bauteilmaterial des Säulenelements auf, und das Bauteilmaterial des Säulenelements weist eine höhere Festigkeit als das Bauteilmaterial des Fußelements auf.
  • Wenn ferner das Kopfelement und das Säulenelement und das Fußelement und das Säulenelement jeweils durch Diffusionsverbindung bzw. -schweißung miteinander verbunden werden sollen, weisen die Bauteilmaterialien des Kopfelements und des Fußelements eine höhere Steifigkeit als das Bauteilmaterial des Säulenelements auf, und das Bauteilmaterial des Säulenelements weist eine höhere Festigkeit als die Bauteilmaterialien des Kopfelements und des Fußelements auf.
  • Dieser Anordnung entsprechend wird die hohe Steifigkeit für den Kopf und den Fuß sichergestellt, wodurch ermöglicht wird, zu verhindern, dass ein Spalt zwischen dem Kopf und dem Kolbenbolzen und zwischen dem Fuß und dem Pleuelzapfen erzeugt wird. Die Entstehung des Anschlaggeräuschs aufgrund des Aufeinandertreffens dieser Elemente wird somit effektiv verhindert, wodurch Geräusche und Vibrationen des Motors reduziert werden. Da ferner für den Säulenbereich eine hohe Steifigkeit sichergestellt wird, überträgt der Säulenbereich die Explosionskraft eines Kraftstoff-Luftgemischs wirksam an die Kurbelwelle und kann der vorstehend erwähnten Explosionskraft, die intermittierend auf den Säulenbereich einwirkt, ausreichend Widerstand bieten, wodurch ermöglicht wird, die Dauerhaftigkeit der Pleuelstange zu verbessern.
  • Ferner können die Positionen der Verbindungsoberflächen, die durch die vorstehend erwähnte Diffusionsschweißung miteinander verbunden werden, wie folgt angesetzt werden. Zunächst kann in einem Fall, in dem das Kopfelement und das Säulenelement verbunden werden, die Verbindungsoberfläche ausgebildet werden, so dass sie der Außenkantenform des Kopfs entspricht (siehe Verbindungsoberfläche 2B, 4B in 2). Alternativ kann die Verbindungsoberfläche so ausgebildet sein, dass sie sich von der inneren Kante des Kopfs zur äußeren Kante des Säulenbereichs erstreckt (siehe Verbindungsoberfläche 2B, 4B in 3), oder als eine Oberfläche ausgebildet sein, die orthogonal zur Achse der Pleuelstange an einer Position des Säulenbereichs in der Nähe des Kopfs verläuft (siehe Verbindungsoberfläche 2B, 4B in 5).
  • Zweitens kann in einem Fall, wo das Fußelement und das Säulenelement verbunden werden, die Verbindungsoberfläche als eine Oberfläche ausgebildet sein, die der Außenkantenform des Fußes entspricht (siehe Verbindungsoberfläche 3B, 4C in 2), als eine Oberfläche, die sich von der Innenkante des Fußes zur Außenkante des Säulenbereichs erstreckt (siehe Verbindungsoberfläche 3B, 4C in 3) oder als eine Oberfläche, die orthogonal zur Achse der Pleuelstange an einer Position des Säulenbereichs in der Nähe des Fußes ausgerichtet ist (siehe Verbindungsoberfläche 3B, 4C in 5).
  • Drittens kann in einem Fall, wo das Kopfelement und das Fußelement jeweils mit dem Säulenelement durch Diffusionsverbindung bzw. -schweißung verbunden werden sollen, die Verbindungsoberfläche als eine Oberfläche, die der Außenkantenform des Kopfs entspricht, und als eine Oberfläche, die der Außenkantenform des Fußes entspricht (siehe Verbindungsoberfläche 2B, 4B und eine Verbindungsoberfläche 3B, 4C in 2), ausgebildet sein, als eine Oberfläche, die sich von der Innenkante des Kopfs zur Außenkante des Säulenbereichs erstreckt, und als eine Oberfläche, die sich von der Innenkante des Fußes zur Außenkante des Säulenbereichs erstreckt (siehe Verbindungsoberfläche 2B, 4B und Verbindungsoberfläche 3B, 4C in 3), oder kann als eine Oberfläche ausgebildet sein, die orthogonal zur Achse der Pleuelstange an einer Position des Säulenbereichs in der Nähe des Kopfes ausgerichtet ist, oder als eine Oberfläche, die orthogonal zur Achse der Pleuelstange an einer Position des Säulenbereichs in der Nähe des Fußes ausgerichtet ist (siehe Verbindungsoberfläche 2B, 4B und eine Verbindungsoberfläche 3B, 4C in 5).
  • Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor. Das Herstellungsverfahren beinhaltet die Schritte der Herstellung eines ersten Elements aus einem ersten Bestandteil material, der Herstellung eines zweiten Elements aus einem zweiten Bestandteilmaterial und des einstückigen Verbindens des ersten Elements und des zweiten Elements durch Diffusionsschweißung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrzahl von Pleuelstangen-Bauteilelementen (z. B. das Kopfelement, das Fußelement und die Säulenelemente) als separate Elemente aus unterschiedlichen Arten von Metallen gefertigt, und diese Elemente werden durch Diffusionsschweißung verbunden. Es ist somit möglich, den Grad der Spannungskonzentration zu reduzieren, die auftreten würde, wenn diese Elemente wie vorstehend erwähnt mechanisch verbunden werden, und es besteht somit keine Notwendigkeit, die Dicke zu vergrößern, um eine Spannungsverteilung zu erreichen. Daher kann eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit für jeweilige Bereiche sichergestellt werden, ohne das Gewicht der Pleuelstange zu vergrößern, wodurch ermöglicht wird, eine Pleuelstange zu schaffen, die Anforderungen wie hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und leichtes Gewicht ausreichend erfüllen kann.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Die vorstehenden und weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, wobei identische Bezugszeichen verwendet werden, um identische Elemente darzustellen. Es zeigen:
  • 1 eine Vorderansicht einer Pleuelstange gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, bevor ein Kopfelement, ein Fußelement und ein Säulenelement gemäß der ersten Ausführungsform einstückig miteinander verbunden werden;
  • 3 eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, bevor ein Kopfelement, ein Fußelement und ein Säulenelement gemäß einer zweiten Ausführungsform einstückig miteinander verbunden werden;
  • 4 eine Vorderansicht einer Pleuelstange gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • 5 eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, bevor ein Kopfelement, Fußelement und ein Säulenelement gemäß einer dritten Ausführungsform einstöckig miteinander verbunden werden;
  • 6 eine Vorderansicht einer Pleuelstange gemäß der dritten Ausführungsform;
  • 7 eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, bevor ein Kopfelement, ein Fußelement und ein Säulenelement gemäß einer ersten Modifizierung einstückig miteinander verbunden werden;
  • 8 eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, bevor ein Kopfelement, ein Fußelement und ein Säulenelement gemäß einer zweiten Modifizierung einstöckig miteinander verbunden werden; und
  • 9 eine Ansicht einer Pleuelstange gemäß dem einschlägigen Stand der Technik, entlang der Kurbelachse betrachtet.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In den nachstehenden Ausführungsformen erfolgt eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung, die auf eine Pleuelstange für einen Automobil-Hubkolbenmotor angewendet wird.
  • 1 ist eine Vorderansicht einer Pleuelstange 1 gemäß dieser Ausführungsform (eine Ansicht aus einer Richtung entlang der Kurbelwellenachse, wobei die Pleuelstange 1 mit einer Kurbelwelle verbunden ist).
  • Wie in 1 gezeigt ist, sind die Hauptbauteile der Pleuelstange 1 gemäß dieser Ausführungsform im Wesentlichen mit denen der Pleuelstange identisch, die in 9 gezeigt ist. Nachstehend erfolgt eine kurze Erläuterung dieser Bauteile.
  • Die Pleuelstange 1 beinhaltet einen Kopf 2 auf der Kolbenseite, einen Fuß 3 auf der Kurbelwellenseite und einen Säulenbereich 4, der den Kopf 2 und den Fuß 3 verbindet.
  • Der Kopf 2 ist mit einer Kolbenbolzenöffnung 21 ausgebildet, durch die ein Kolbenbolzen zum Verbinden eines Kolbens eingefügt wird. Im Fuß 3 ist hingegen eine Kurbelwellenlageröffnung 31 ausgebildet, in der ein Pleuelzapfen der Kurbelwelle positioniert ist. Der Fuß 3 weist eine zweiteilige Struktur auf, die einen Fußhauptkörper 32 und eine Abdeckung 33 aufweist. Ein Paar von oberen und unteren halbbogenförmigen Lagermetallen (nicht gezeigt) ist auf die Innenoberflächen des Fußhauptkörpers 32 bzw. der Abdeckung 33 gepasst. In einem Zustand, in dem der Pleuelzapfen in die Kurbelwellenlageröffnung 31 angeordnet ist, die zwischen dem Fußhauptkörper 32 und der Abdeckung 33 ausgebildet ist, werden die beiden Elemente (der Fußhauptkörper 32 und die Abdeckung 33) mit Hutschrauben B aneinander befestigt.
  • Auf diese Weise verbindet die Pleuelstange 1 den Kolben und den Pleuelzapfen der Kurbelwelle miteinander. Während des Betriebs des Motors führt der Kolben eine Auf- und Abbewegung in einem Zylinder (nicht gezeigt) aus, und diese Bewegung wird durch die Pleuelstange 1 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt. Die resultierende Drehkraft wird als Motorabgabeleistung erhalten.
  • Die Pleuelstange 1 gemäß dieser Ausführungsform ist ein Verbundmaterial aus unterschiedlichen Metallarten (unterschiedlichen Bauteilmaterialien). Eine ausführli chere Beschreibung dessen erfolgt nachstehend. Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet die Pleuelstange 1 den Kopf 2, den Fuß 3 und den Säulenbereich 4. Ein charakteristisches Merkmal der Pleuelstange 1 gemäß dieser Ausführungsform beruht darin, dass diese Bereiche einzeln als separate Elemente im voraus ausgebildet werden, und die Pleuelstange 1 wird durch einstückiges Verbinden dieser Elemente miteinander ausgebildet.
  • 2 zeigt einen Zustand, bevor der Kopf 2, der Fußhauptkörper 32 des Fußes 3 und der Säulenbereich 4 einstückig miteinander verbunden werden. In der nachstehenden Beschreibung werden ein Element, das als Kopf 2 dient, ein Element, das als Fußhauptkörper 32 des Fußes 3 dient, und ein Element, das als Säulenbereich 4 dient, jeweils als ein Kopfendelement 2A, als ein Fußelement 3A und ein Säulenelement 4A bezeichnet. Ein jedes dieser Elemente 2A, 3A und 4A kann als „Pleuelstangen-Bauteilelement" gemäß der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
  • Ferner bestehen das Kopfelement 2A und das Fußelement 3A aus dem gleichen Bauteilmaterial. Das Säulenelement 4A ist aus einem Bauteilmaterial gebildet (das nachstehend als „Säulenbereich-Bauteilmaterial" bezeichnet wird), das sich von dem Bauteilmaterial des Kopfelements 2A und des Fußelements 3A („Kopf-/Fußbauteilmaterial") unterscheidet.
  • Vergleicht man das Kopf-/Fußbauteilmaterial und das Säulenbereich-Bauteilmaterial miteinander, weist das Kopf-/Fußbauteilmaterial eine höhere Steifigkeit auf als die des Säulenbereich-Bauteilmaterials (wobei in dieser Beschreibung der Begriff „Steifigkeit" zur Bezeichnung des Widerstands des Materials in Bezug auf Verformung verwendet wird), und das Säulenbereich-Bauteilmaterial weist eine höhere Festigkeit auf als die des Kopf-/Fußbauteilmaterials (wobei in dieser Beschreibung das Wort „Festigkeit" zur Bezeichnung des Widerstands der Materials in Bezug auf einen Bruch verwendet wird). Es erfolgt nun eine Beschreibung einer Mehrzahl von Beispielen eines spezifischen Metallmaterials, das als das Kopf-/Fußbauteilmaterial und das Säulenbereichs-Bauteilmaterial verwendet wird.
  • (Beispiel 1) Das Kopf-/Fußbauteilmaterial ist TiB2, und das Säulenbereichs-Bauteilmaterial ist stahlhaltiges Vanadium.
  • (Beispiel 2) Das Kopf-/Fußbauteilmaterial ist Stahl, und das Säulenbereichs-Bauteilmaterial ist eine Titanlegierung.
  • (Beispiel 3) Das Kopf-/Fußbauteilmaterial ist eine stahlhaltige Titanlegierung, und das Säulenbereichs-Bauteilmaterial ist eine Titanlegierung.
  • (Beispiel 4) Das Kopf-/Fußbauteilmaterial ist eine stahlhaltige Titanlegierung, und das Säulenbereichs-Bauteilmaterial ist Stahl.
  • Gemäß diesen Materialkombinationen ist die Steifigkeit des Bauteilmaterials des Kopfelements 2A und des Fußelements 3A im Vergleich zum Bauteilmaterial des Säulenelements 4A hoch, und die Festigkeit des Bauteilmaterials des Säulenelements 4A ist im Vergleich zum Bauteilmaterial des Kopfelements 2A und des Fußelements 3A hoch. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Materialien beschränkt ist, und dass eine beliebige Kombination von Materialien verwendet werden kann, solange die Steifigkeit des Bauteilmaterials des Kopfelements 2A und des Fußelements 3A höher ist als die des Bauteilmaterials des Säulenelements 4A und die Festigkeit des Bauteilmaterials des Säulenelements 4A höher ist als die des Bauteilmaterials des Kopfelements 2A und des Fußelements 3A.
  • In dieser Ausführungsform wird eine Flüssigphasen-Diffusionsverbindung bzw. -schweißung als das Verfahren zum Erzeugen der Pleuelstange 1 durch einstückiges Verbinden des Kopfelements 2A, des Fußelements 3A und des Säulenelements 4A verwendet, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind.
  • Es erfolgt nun eine kurze Beschreibung der Flüssigphasen-Diffusionsverbindung bzw. -schweißung. Die Flüssigphasen-Diffusionsschweißung ist ein Verfahren, das ef fektiv verwendet wird, um unterschiedliche Metalle oder metallische Materialien miteinander zu verbinden. In der Flüssigphasen-Diffusionsschweißung wird eine Metalllage (Einfügemetall), die den Schmelzpunkt der Metallelemente senkt, die miteinander verbunden werden sollen, zwischen diesen Metallelementen angeordnet (das Einfügemetall kann beispielsweise auf die Oberfläche von einem der Metallelemente im voraus plattiert werden, und das andere Metallelement wird auf den plattierten Bereich gepresst), und ein jedes der Metallelemente wird in der die Nähe seines Schmelzpunkts erwärmt. Dementsprechend diffundiert zunächst ein schmelzpunktverringerndes Element als das vorstehend erwähnte Einfügemetall in das Metallmaterial des Metallelements, wodurch bewirkt wird, dass das Metall in der Nähe der Verbindungsoberfläche schmilzt. Anschließend setzt sich die isothermische Verfestigung während der weiteren Diffundierung des schmelzpunktverringernden Elements in die Flüssigphase fort, wodurch eine feste Verbindung erreicht wird. Das heißt, dass die Verbindung durch die Atome in den jeweiligen Materialien verursacht wird, die sich entlang der Kontaktoberfläche der Metallelemente aufeinander zu bewegen (diffundieren). Dieses Verbindungsverfahren ist insbesondere zur Verbindung von Titan oder einer Titanlegierung geeignet.
  • Das vorstehende Verfahren kann als das Verfahren zum einstückigen Verbinden des Kopfelements 2A, des Fußelements 3A und des Säulenelements 4A miteinander verwendet werden. Das heißt, dass aus dem in 2 gezeigten Zustand die Verbindungsoberflächen der jeweiligen Elemente 2A, 3A und 4A miteinander kontaktiert werden, woraufhin eine Ausübung von Druck folgt, um den in 1 gezeigten Zustand zu erreichen. Das heißt, dass eine Verbindungsoberfläche 2B des Kopfelements 2A in Bezug auf das Säulenelement 4A und eine Verbindungsoberfläche 4B des Säulenelements 4A in Bezug auf das Kopfelement 2A miteinander in Kontakt gebracht werden, und eine Verbindungsoberfläche 3B des Fußelements 3A in Bezug auf das Säulenelement 4A und eine Verbindungsoberfläche 4C des Säulenelements 4A in Bezug auf das Fußelement 3A miteinander in Kontakt gelangen. In 1 sind die Verbindungsoberflächen 3B, 4C zwischen dem Fußelement 3A und dem Säulenelement 4A durch abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linien dargestellt.
  • In diesem Zustand wird ein jedes dieser drei Elemente 2A, 3A und 4A auf einen Wert in der Nähe des Schmelzpunkts seines Bauteilmaterials erwärmt (Schmelzpunkt des Materials auf der niedrigeren Schmelzpunktseite), wodurch die Verbindungsoberfläche 2b des Kopfelements 2A und die Verbindungsoberfläche 4B des Säulenelements 4A, und die Verbindungsoberfläche 3B des Fußelements 3A und die Verbindungsoberfläche 4C des Säulenelements 4A miteinander durch die vorstehend erwähnte Flüssigphasen-Diffusionsschweißung verbunden werden. Das heißt, dass der Kopf 2, der Fußhauptkörper 32 des Fußes 3 und der Säulenbereich 4 miteinander integriert werden, wie in 1 gezeigt ist. Dann wird die Pleuelstange 1 erstellt, indem die Abdeckung 33 des Fußes 3 auf diese einstückig ausgeführte Struktur mit den Hutschrauben B befestigt wird.
  • Ferner wird auf die Pleuelstange 1 mit dem derart miteinander integrierten Kopfelement 2A, Fußelement 3A und Säulenelement 4A ein Kugelstrahlvorgang ausgeübt, wodurch die Festigkeit verbessert wird. Der Kugelstrahlvorgang kann nur auf den Verbindungsbereich zwischen dem Kopfelement 2A und dem Säulenelement 4A und in deren Nähe oder den Verbindungsbereich zwischen dem Fußelement 3A und dem Säulenelement 4A und in deren Nähe ausgeübt werden, oder kann auf die gesamte Pleuelstange 1 ausgeübt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, sind in dieser Ausführungsform das Kopfelement 2A und das Fußelement 3A, die aus einem Kopf-/Fußbauteilmaterial ausgebildet sind, das eine höhere Steifigkeit aufweist als das Säulenbereichs-Bauteilmaterial, und das Säulenelement 4A, das aus dem Säulenbereichs-Bauteilmaterial gebildet ist, das eine höhere Festigkeit als das Kopf-/Fußbauteilmaterial aufweist, durch eine Flüssigphasen-Diffusionsschweißung einstückig miteinander verbunden, um die Pleuelstange 1 auszuführen. Daher ist im Vergleich zu einem Fall, wo der Säulenbereich, der Kopf und der Fuß mechanisch miteinander verbunden sind, die metallographische Struktur an einem jeweiligen Verbindungsbereich zwischen dem Kopf 2 und dem Säulenbereich 4 und dem Verbindungsbereich zwischen dem Fuß 3 und dem Säulenbereich 4 kontinuierlich, wodurch ermöglicht wird, den Grad der Spannungskonzentration zu reduzieren. Dadurch wird die Notwendigkeit aufgehoben, ein Verfahren anzuwenden, bei dem beispielsweise die Spannung verringert wird, indem die Dicke an diesem Verbindungsbereich erhöht wird. Daher kann eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit, die für jeweilige Bereiche erforderlich ist, sichergestellt werden, ohne das Gewicht der Pleuelstange 1 zu vergrößern, wodurch ermöglicht wird, die an die Pleuelstange 1 gestellten Anforderungen, wie hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und geringes Gewicht, ausreichend zu erfüllen. Insbesondere weil eine hohe Steifigkeit für den Kopf 2 und den Fuß 3 sichergestellt wird, besteht die Möglichkeit, zu verhindern, dass Spalten zwischen dem Kopf 2 und dem Kolbenbolzen und zwischen dem Fuß 3 und dem Pleuelzapfen erzeugt werden. Die Entstehung von Anschlaggeräuschen aufgrund des Aufeinandertreffens dieser Elemente wird wirksam reduziert, wodurch Geräuschentwicklung und Vibrationen des Motors reduziert werden.
  • Anschließend erfolgt die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Formen des Kopfteils 2A, des Fußteils 3A und des Säulenelements 4A von jenen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Weil die Konfiguration, die Bauteilmaterialien und das Verbindungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform mit jenen gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, erfolgt an dieser Stelle lediglich eine Beschreibung in Bezug auf die Formen des Kopfelements 2A, des Fußelements 3A und des Säulenelements 4A.
  • 3 zeigt einen Zustand, bevor das Kopfelement 2A, das Fußelement 3A und das Säulenelement 4A miteinander verbunden werden.
  • Wie in 3A gezeigt ist, bildet in dem Säulenelement 4A gemäß dieser Ausführungsform ein Teil (Bereich, der durch diagonal gestrichelte Linien in 3 angezeigt ist) von dessen oberem Endbereich (Bereich auf der Seite des Kopfs 2) einen Teil (unteres Ende) des Kopfs 2, und ein Teil (Bereich, der durch die diagonal gestrichelten Linien in 3 angezeigt ist) von dessen unterem Bereich (Bereich der Seite des Fußes 3) bildet einen Teil (oberes Ende) des Fußes 3. Wie durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien in 4 angezeigt ist, erstreckt sich in anderen Worten die Grenzlinie (Verbindungsoberfläche 2B, 4B) zwischen dem Kopfteil 2A und dem Säulenele ment 4A von der inneren Umfangskante des Kopfs 2 zur äußeren Kante des Säulenbereichs 4. Ferner erstreckt sich die Grenzlinie (Verbindungsoberfläche 3B, 4C) zwischen dem Fußelement 3A und dem Säulenelement 4A von deren inneren Umfangskante des Fußes 3 zur äußeren Kante des Säulenbereichs 4.
  • Die zweite Ausführungsform ist mit der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform dahingehend identisch, dass das Kopfelement 2A, das Fußelement 3A und das Säulenelement 4A durch die Flüssigphasen-Diffusionsschweißung miteinander verbunden werden, um die Pleuelstange 1 zu erstellen. In dieser Ausführungsform wird jedoch das Fußelement 3A in zwei Teile aufgeteilt, weil die Verbindungsoberfläche 3B des Fußelements 3A als eine Oberfläche ausgebildet ist, die sich vom inneren Umfangsrand des Fußes 3 zur äußeren Kante des Säulenbereichs 4 erstreckt. Dementsprechend werden, wie in 3 gezeigt ist, durch ein im voraus erfolgendes Befestigen eines jeweiligen geteilten Fußelements 3A, 3A an der Abdeckung 33 die relativen Positionen zwischen den jeweiligen Fußelementen 3A, 3A eingestellt, bevor sie mit dem Säulenelement 4A verbunden werden.
  • In dieser Ausführungsform sowie in der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform werden das Kopfelement 2A und das Fußelement 3A, die jeweils aus dem Kopf-/Fußbauteilmaterial gebildet sind, das eine höhere Steifigkeit aufweist als das Säulenbereichs-Bauteilmaterial, und das Säulenelement 4A, das aus dem Säulenbereichs-Bauteilmaterial gebildet ist, das eine höhere Festigkeit aufweist als das Kopf-/Fußbauteilmaterial, einstückig miteinander durch die Flüssigphasen-Diffusionsschweißung verbunden, um die Pleuelstange 1 zu bilden. Daher ist die metallographische Struktur an einem jeweiligen Verbindungsbereich zwischen dem Kopf 2 und dem Säulenbereich 4 und dem Verbindungsbereich zwischen dem Fuß 3 und dem Säulenbereich 4 kontinuierlich. Es ist somit möglich, den Grad der Spannungskonzentration an diesem Verbindungsbereich zu reduzieren. Dadurch wird die Notwendigkeit aufgehoben, die Dicke an diesem Verbindungsbereich zu vergrößern, um die Spannung zu verringern. Daher kann eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit, die für jeweilige Bereiche erforderlich sind, sichergestellt werden, ohne das Gewicht der Pleuelstange 1 zu erhöhen, wodurch ermöglicht wird, die Anforderungen, die an die Pleuelstange 1 gestellt werden, wie z. B. eine hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht, ausreichend zu erfüllen.
  • In dieser Ausführungsform erstreckt sich eine jeweilige der Verbindungsoberflächen 2B, 4B, 3B und 4C über einen Bereich von der inneren Umfangskante des Kopfs 2 zur Außenkante des Säulenbereichs 4 oder über einen Bereich von der inneren Umfangskante des Fußes 3 zur Außenkante des Säulenbereichs 4. Jede dieser Verbindungsoberflächen kann sich jeweils über einen Bereich von der inneren Umfangskante des Kopfs 2 zur äußeren Umfangskante desselben oder über einen Bereich von der inneren Umfangskante des Fußes 3 zur äußeren Umfangskante desselben erstrecken.
  • Anschließend erfolgt eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform. Auch in dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Formen des Kopfelements 2A, des Fußelements 3A und des Säulenelements 4A von jenen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Weil die Konfiguration, die Bauteilmaterialien und das Verbindungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform mit jenen gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, erfolgt auch in diesem Fall die Beschreibung nur in Bezug auf die Formen des Kopfelements 2A, des Fußelements 3A und des Säulenelements 4A.
  • 5 zeigt einen Zustand, bevor das Kopfende 2A, das Fußende 3A und das Säulenelement 4A einstückig miteinander verbunden werden.
  • Wie in 5 gezeigt ist, erstreckt sich bei dem Säulenelement 4A gemäß dieser Ausführungsform eine flache Oberfläche, die an dessen oberem Endbereich (Bereich auf der Seite des Kopfs 2) ausgebildet ist, in einer Richtung orthogonal zur Achse L der Pleuelstange 1 und dient als die Verbindungsoberfläche 4B in Bezug auf das Kopfelement 2A. Desgleichen dient bei dem Säulenelement 4A eine flache Oberfläche, die an dessen unterem Endbereich (Bereich auf der Seite des Fußes 3) ausgebildet ist und sich in einer Richtung orthogonal zur Achse L der Pleuelstange 1 erstreckt, als die Verbindungsoberfläche 4C in Bezug auf das Fußelement 3A. Die Verbindungsoberfläche 2B des Kopfelements 2A ist in Bezug auf das Säulenelement 4A hingegen eine flache Oberfläche, die der Verbindungsoberfläche 4B des Säulenelements 4A gegenüberliegt, und die Verbindungsoberfläche 3B des Fußelements 3A ist in Bezug auf das Säulenelement 4A eine flache Oberfläche, die der Verbindungsoberfläche 4C des Säulenelements 4A gegenüberliegt. Das heißt, dass, wie durch die lang und kurz gestrichelten Linien (Verbindungsoberflächenpositionen) in 6 angezeigt ist, die Verbindungsoberflächen 2B, 4B, 3B und 4C an sowohl dem oberen als auch unteren Ende des Säulenbereichs 4 vorgesehen sind.
  • Auch in dieser Ausführungsform, wie jeweils in den oben erwähnten Ausführungsformen, werden das Kopfelement 2A und das Fußelement 3A, die jeweils aus dem Kopf-/Fußbauteilmaterial gebildet sind, das eine höhere Steifigkeit aufweist als das Säulenbereichs-Bauteilmaterial, und das Säulenelement 4A, das aus dem Säulenbereichs-Bauteilmaterial gebildet ist, das eine höhere Festigkeit aufweist als das Kopf-/Fußbauteilmaterial, durch eine Flüssigphasen-Diffusionsschweißung einstückig miteinander verbunden, um so die Pleuelstange 1 zu bilden. Daher kann die metallographische Struktur an einem jeweiligen Verbindungsbereich zwischen dem Kopf 2 und dem Säulenbereich 4 und dem Verbindungsbereich zwischen dem Fuß 3 und dem Säulenbereich 4 kontinuierlich sein. Es ist somit möglich, den Grad der Spannungskonzentration an diesem Verbindungsbereich zu reduzieren. Dadurch wird die Notwendigkeit aufgehoben, die Dicke an diesem Verbindungsbereich zu vergrößern, um die Spannung zu verringern. Somit kann eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit sichergestellt werden, die für die jeweiligen Bereiche erforderlich sind, ohne das Gewicht der Pleuelstange 1 zu erhöhen, wodurch ermöglicht wird, die an die Pleuelstange 2 gestellten Anforderungen, wie z. B. hohe Festigkeit, hohe Steifigkeit und geringes Gewicht, ausreichen zu erfüllen.
  • Ferner handelt es sich gemäß dieser Ausführungsform bei den Verbindungsoberflächen 2B, 4B, 3B und 4C allesamt um flache Oberflächen. Dementsprechend kann, wenn ein Druck zwischen den jeweiligen Elementen 2A, 3A und 4A entlang der Achse L der Pleuelstange ausgeübt wird, eine einheitliche Kontaktkraft über den ge samten Verbindungsoberflächen 2B, 4B, 3B und 4C erreicht werden, und eine einheitliche Verbindungskraft kann auch zwischen den Verbindungsoberflächen 2B, 4B, 3B und 4C erreichen werden.
  • 7 zeigt einen Zustand, bevor der Kopf 2A, der Fuß 3A und das Säulenelement 4A gemäß einer ersten Modifizierung miteinander verbunden werden. Wie in 7 gezeigt ist, sind gemäß dieser Modifizierung die Form des Kopfelements 2A und die Form des oberen Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Kopfelement 2A verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform identisch, und die Form des Fußelements 3A und die Form des unteren Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Fußelement 3A verbunden ist, sind mit jenen der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform identisch. Das Verbindungsverfahren für die jeweiligen Bereiche ist mit dem der jeweiligen vorstehend erwähnten Ausführungsformen identisch.
  • Ferner zeigt 8 einen Zustand, bevor der Kopf 2A, der Fuß 3A und das Säulenelement 4A gemäß einer zweiten Modifizierung miteinander verbunden werden. Wie in 8 gezeigt ist, sind gemäß dieser Modifizierung die Form des Kopfelements 2A und die Form des oberen Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Kopfelement 2A verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform identisch, und die Form des Fußelements 3A und die Form des unteren Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Fußelement 3A verbunden ist, sind mit jenen der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform identisch.
  • Ferner können die nachstehenden Konfigurationen, obwohl diese nicht gezeigt sind, zusätzlich zu den jeweiligen vorstehend beschriebenen Modifizierungen übernommen werden.
  • Eine Konfiguration kann in der Weise übernommen werden, dass die Form des Kopfelements 2A und die Form des oberen Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Kopfelement 2A verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform identisch sind, und die Form des Fußelements 3A und die Form des unteren Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Fußelement 3A verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform identisch sind.
  • Eine weitere Konfiguration kann derart übernommen werden, dass die Form des Kopfelements 2A und die Form des oberen Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Kopfelement 2A verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform identisch sind, und die Form des Fußelements 3A und die Form des unteren Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Fußelement 3a verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform identisch sind.
  • Es kann noch eine weitere Konfiguration derart übernommen werden, dass die Form des Kopfelements 2A und die Form des oberen Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Kopfelement 2A verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform identisch sind, und die Form des Fußelements 3A und die Form des unteren Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Fußelement 3A verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform identisch sind.
  • Es kann noch eine weitere Konfiguration derart übernommen werden, dass die Form des Kopfelements 2A und die Form des oberen Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Kopfelement 2A verbunden ist, mit jene der vorstehend erwähnten dritten Ausführungsform identisch sind, und die Form des Fußelements 3A und die Form des unteren Endes des Säulenelements 4A, das mit dem Fußelement 3A verbunden ist, mit jenen der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform identisch sind.
  • Obgleich sich in den vorstehenden Ausführungsformen und Modifizierungen die Beschreibung auf den Fall richtet, wo die vorliegende Erfindung auf die Pleuelstange 1 für einen Kfz-Motor angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung auch auf eine Pleuelstange anwendbar, die bei anderen Arten von Verbrennungsmotoren verwendet wird.
  • Obgleich in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen und Modifizierungen das Kopfelement 2A und das Fußelement 3A aus dem gleichen Material gefertigt sind, unterliegt die vorliegende Erfindung keiner Einschränkung dahingehend. Das Kopfelement 2A und das Fußelement 3A können aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Auch in diesem Fall weist jedoch jeweils das Bauteilmaterial des Kopfelements 2A und das Bauteilmaterial des Fußelements 3A eine Steifigkeit auf, die höher ist als die Steifigkeit des Bauteilmaterials des Säulenelements 4A.
  • Ferner werden in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen und Modifizierungen die drei Elemente, nämlich das Kopfelement 2A, das Fußelement 3A und das Säulenelement 4A durch Diffusionsschweißung einstückig miteinander verbunden. Es ist jedoch auch möglich, den Säulenbereich 4 und den Fuß 3 durch Schmieden oder dergleichen im voraus einstückig auszubilden, und dann das Kopfelement 2A, bei dem es sich um ein separates Element handelt, das aus einer anderen Art von Material gefertigt ist, mit dem Säulenbereich 4 durch Diffusionsschweißung zu verbinden. Desgleichen ist es ebenfalls möglich, den Säulenbereich 4 und den Kopf 2 durch Schmieden oder dergleichen im voraus einstückig auszubilden und dann das Fußelement 3A, bei dem es sich um ein separates Element handelt, das aus einer anderen Art von Material gefertigt ist, mit dem Säulenbereich 4 durch Diffusionsschweißung zu verbinden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (31)

  1. Pleuelstange zum Verbinden eines Kolbens und einer Kurbelwelle miteinander und zum Übertragen einer vom Kolben während eines Verbrennungshubs eines Verbrennungsmotors aufgenommenen Explosionskraft eines Kraftstoff-Luftgemischs an die Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Pleuelstangen-Bauteilelementen (2A, 3A, 4A), die aus unterschiedlichen Arten von Bauteilmaterialien gefertigt sind und als separate Teile ausgebildet sind, durch Diffusionsverbindung einstückig verbunden sind.
  2. Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, bei der ein Kopf mit einem Kolben verbunden ist, ein Fuß mit einem Pleuelzapfen verbunden ist und ein Säulenbereich sich zwischen Kopf und Fuß erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopfelement (2A), das den Kopf ausbildet, und ein Säulenelement (4A), das den Säulenbereich ausbildet, anfänglich als separate Elemente ausgebildet sind, die aus unterschiedlichen Arten von Bauteilmaterialien gefertigt sind, und durch Diffusionsverbindung einstückig verbunden werden.
  3. Pleuelstange nach Anspruch 2, wobei: ein Bauteilmaterial des Kopfelements (2A) eine höhere Steifigkeit aufweist als ein Bauteilmaterial des Säulenelements (4A); und das Bauteilmaterial des Säulenelements (4A) eine höhere Festigkeit aufweist als das Bauteilmaterial des Kopfelements (2A).
  4. Pleuelstange nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine durch die Diffusionsverbindung verbundene Verbindungsoberfläche einer Außenkantenform des Kopfs entspricht.
  5. Pleuelstange nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Säulenelement (4A) einen Teil des Kopfs ausbildet; und eine durch die Diffusionsverbindung verbundene Verbindungsoberfläche sich von einer Innenkante des Kopfes zu einer Außenkante des Säulenbereichs erstreckt.
  6. Pleuelstange nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, orthogonal zu einer Achse der Pleuelstange an einer Position des Säulenbereichs in der Nähe des Kopfes verläuft.
  7. Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, die einen Kopf aufweist, der mit einem Kolben verbunden ist, einen Fuß, der mit einem Pleuelzapfen verbunden ist, und einen Säulenbereich, der sich zwischen dem Kopf und dem Fuß erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fußelement (3A), das den Fuß ausbildet, und ein Säulenelement (4A), das den Säulenbereich ausbildet, anfänglich als separate Elemente ausgebildet werden, die aus unterschiedlichen Arten von Bauteilmaterialien gefertigt sind, und durch Diffusionsverbindung einstückig verbunden werden.
  8. Pleuelstange nach Anspruch 7, wobei ein Kopfelement (2A), das den Kopf ausbildet, als ein separates Element aus dem Fußelement (3A) und dem Säulenelement (4A) ausgebildet ist; ein Bauteilmaterial des Kopfelements (2A) sich von einem Bauteilmaterial des Säulenelements (4A) unterscheidet; und das Kopfteilelement (2A) und das Säulenelement (4A) durch Diffusionsverbindung einstückig verbunden sind.
  9. Pleuelstange nach Anspruch 8, wobei das Kopfelement (2A) und das Fußelement (3A) aus unterschiedlichen Bauteilmaterialien gefertigt sind.
  10. Pleuelstange nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein Bauteilmaterial des Kopfelements (2A) eine höhere Steifigkeit als ein Bauteilmaterial des Säulenelements (4A) aufweist; und das Bauteilmaterial des Säulenelements (4A) eine höhere Festigkeit als das Bauteilmaterial des Kopfelements (2A) aufweist.
  11. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, einer Außenkantenform des Kopfs entspricht.
  12. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Säulenelement (4A) einen Teil des Kopfs ausbildet; und eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, sich von einer Innenkante des Kopfs zu einer Außenkante des Säulenbereichs erstreckt.
  13. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, orthogonal zu einer Achse der Pleuelstange an einer Position des Säulenbereichs in der Nähe des Kopfes verläuft.
  14. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei ein Bauteilmaterial des Fußelements (3A) eine höhere Steifigkeit aufweist als ein Bauteilmaterial des Säulenelements (4A), und das Bauteilmaterial des Säulenelements (4A) eine höhere Festigkeit aufweist als das Bauteilmaterial des Fußelements (3A).
  15. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, einer Außenkantenform des Fußes entspricht.
  16. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Säulenelement (4A) einen Teil des Fußes ausbildet, und eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, sich von einer Innenkante des Fußes zu einer Außenkante des Säulenbereichs erstreckt.
  17. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, orthogonal zu einer Achse der Pleuelstange an einer Position des Säulenbereichs in der Nähe des Fußes verläuft.
  18. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, das folgende Schritte beinhaltet: Herstellen eines ersten Elements aus einem ersten Bauteilmaterial; Herstellen eines zweiten Elements aus einem zweiten Bauteilmaterial; und einstückiges Verbinden des ersten Elements und des zweiten Elements durch Diffusionsverbindung.
  19. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 18, wobei: das erste Element ein Kopfelement (2A) ist, das einen Kopf ausbildet, der mit einem Kolben verbunden ist; das zweite Element ein Säulenelement (4A) ist, das einen Säulenbereich ausbildet, der sich zwischen dem Kopf und dem Fuß erstreckt, der mit einem Pleuelzapfen verbunden ist; und das Säulenelement (4A) und das Kopfelement (2A) durch Diffusionsverbindung einstückig verbunden sind.
  20. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 19, wobei eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden ist, einer Außenkantenformen des Kopfes entspricht.
  21. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 19, wobei das Kopfelement (2A) in einer Form ausgebildet wird, in der ein Bereich des Kopfes teilweise ausgeschnitten wird; das Säulenelement (4A) so ausgebildet wird, dass es einen Endbereich beinhaltet, der dem ausgeschnittenen Bereich des Kopfes entspricht; und der ausgeschnittene Bereich des Kopfelements (2A) und der Endbereich des Säulenbereichs (4A) durch Diffusionsverbindung verbunden werden.
  22. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 19, wobei eine Verbindungsoberfläche des Kopfelements (2A) mit dem Säulenelement (4A) orthogonal zu einer Achse der Pleuelstange ist.
  23. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 18, wobei das erste Element ein Fußelement (3A) ist, das einen Fuß ausbildet, der mit einem Pleuelzapfen verbunden wird; das zweite Element ein Säulenelement (4A) beinhaltet, das einen Säulenbereich ausbildet, der sich zwischen einem Kopf, der mit einem Kolben verbunden ist, und dem Fuß erstreckt; und das Säulenelement (4A) und das Fußelement (3A) durch Diffusionsverbindung einstückig verbunden werden.
  24. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 23, wobei eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, einer Außenkantenform des Fußes entspricht.
  25. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 23, wobei das Fußelement (3A) in einer Form ausgebildet wird, in der ein Bereich des Fußes teilweise ausgeschnitten ist; das Säulenelement (4A) so ausgebildet wird, dass es einen Endbereich beinhaltet, der dem ausgeschnittenen Bereich des Fußes entspricht; und der ausgeschnittene Bereich des Fußelements (3A) und der Endbereich des Säulenelements (4A) durch Diffusionsverbindung verbunden werden.
  26. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 23, wobei eine Verbindungsoberfläche des Fußelements (3A) mit dem Säulenelement (4A) orthogonal zu einer Achse der Pleuelstange ist.
  27. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 23, wobei das erste Element ein Kopfelement (2A) beinhaltet, das den Kopf ausbildet, und das Säulenelement (4A) und das Kopfelement (2A) durch Diffusionsverbindung einstückig verbunden werden.
  28. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 27, wobei das das Kopfelement (2A) und das Fußelement (3A) aus unterschiedlichen Bauteilmaterialien gefertigt werden.
  29. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 27 oder 28, wobei eine Verbindungsoberfläche, die durch die Diffusionsverbindung verbunden wird, einer Außenkantenform des Kopf entspricht.
  30. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 27 oder 28, wobei das Kopfelement (2A) in einer Form ausgebildet wird, in der ein Bereich des Kopfes teilweise ausgeschnitten ist; das Säulenelement (4A) so ausgebildet wird, dass es einen Endbereich beinhaltet, der dem ausgeschnittenen Bereich des Kopfes entspricht; und der ausgeschnittene Bereich des Kopfelements (2A) und der Endbereich des Säulenbereichs (4A) durch Diffusionsverbindung verbunden werden.
  31. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 27 oder 28, wobei eine Verbindungsoberfläche des Kopfelements (2A) mit dem Säulenelement (4A) orthogonal zu einer Achse der Pleuelstange ist.
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