DE102008028958A1

DE102008028958A1 - Verfahren zur Herstellung eines Pleuellagers

Info

Publication number: DE102008028958A1
Application number: DE102008028958A
Authority: DE
Inventors: Christian Martin Dr.-Ing. Erdmann; Karl Dr.Rer.Nat. Holdik; Oliver Dipl.-Ing. Methner (Fh); Manuel Michel; Martin Dipl.-Ing. Schmid
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuellagers (3) in einem Pleuelauge (2) eines Pleuels (1) eines Verbrennungsmotors, bei dem Beschichtungsmaterial zur Bildung des Pleuellagers (3) mittels thermischen Spritzens im Pleuelauge (2) abgeschieden wird, wobei Beschichtungsmaterial in mindestens zwei Schichten (4.1 bis 4.n) abgeschieden wird, wobei eine erste, an das Pleuelauge angrenzende Schicht (4.1) weich und eine letzte, zum späteren Kontakt mit einem Hubzapfen bestimmte Schicht (4.n) hart ausgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuellagers in einem Pleuelauge eines Pleuels eines Verbrennungsmotors, bei dem Beschichtungsmaterial zur Bildung des Pleuellagers mittels thermischen Spritzens im Pleuelauge abgeschieden wird.
Verbrennungsmotoren mit Hubkolben weisen zur Transformation einer translatorischen Bewegung des Hubkolbens in eine rotatorische Bewegung Kurbelwellen und Pleuel auf. Das Pleuel greift dabei mit einem Pleuelauge an einem Hubzapfen der Kurbelwelle an. Da der Hubzapfen im Pleuelauge rotiert, tritt an dieser Stelle Reibung auf, die durch ein Pleuellager verringert werden muss. Da das Pleuellager wegen der extrem hohen Kräfte, die am Pleuelauge auftreten, praktisch spielfrei sein muss, werden meist gehärtete Lagerschalen, vereinzelt auch Nadellager, verwendet.
Aus der DE 100 35 032 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuels mit einem Pleuelauge aus einem Halbzeug bekannt, bei welchem Verfahren zumindest eine Öffnung eines Halbzeuges, die später den Lagersitz desjenigen Pleuelauges bildet, an dem das Pleuel an der Kurbelwelle angeordnet wird, mit einer Lagerschicht versehen wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Pleuellagers anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Pleuellagers in einem Pleuelauge eines Pleuels eines Verbrennungsmotors wird Beschichtungsmaterial zur Bildung des Pleuellagers mittels thermischen Spritzens im Pleuelauge abgeschieden. Die Abscheidung von Beschichtungsmaterial erfolgt dabei in mindestens zwei Schichten, wobei eine erste, an das Pleuelauge angrenzende Schicht weich und eine letzte, zum späteren Kontakt mit einem Hubzapfen bestimmte Schicht hart ausgebildet wird. Die weiche erste Schicht dient dabei als anpassungsfähige Trägerschicht für die tribologisch, das heißt bezüglich Reibung, optimierte letzte Schicht. Durch die Härte der letzten Schicht ist ein optimaler Verschleißschutz für eine lange Motorlaufleistung gegeben. Die weiche erste Schicht kann Schmutzpartikel und Späne, die während der Herstellung des Pleuels entstehen, binden. Schmutzpartikel, die während des Motorbetriebs anfallen, durchdringen die harte Schicht und werden in der weichen Schicht aufgenommen, so dass die Reibung im Pleuellager nicht negativ beeinflusst wird. Gleichzeitig wird durch die weiche Schicht die Verbindung des Pleuellagers mit dem Pleuelauge verbessert. Da ein so ausgebildetes Pleuellager dünner ausgeführt werden kann als ein herkömmlich mittels Lagerschalen gebildetes Pleuellager treten geringere bewegte Massen auf, so dass sich der Verbrauch und die CO₂-Emissionen des Verbrennungsmotors reduzieren. Bei mit zum Stand der Technik vergleichbar großen Pleueln ergibt sich durch den geringeren Platzbedarf des erfindungsgemäßen Pleuellagers ein höhere Steifigkeit des Pleuels.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 ein Pleuel eines Verbrennungsmotors mit einem Pleuellager.
In 1 ist ein Pleuel 1 eines Verbrennungsmotors gezeigt. Zur Verbindung mit einem Hubzapfen einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) weist das Pleuel 1 ein Pleuelauge 2 auf. Da der Hubzapfen im Pleuelauge 2 rotiert, ist im Pleuelauge 3 ein Pleuellager 3 erforderlich. Das Pleuellager 3 umfasst eine erste Schicht 4.1, die an das Pleuelauge 2 angrenzt und eine letzte Schicht 4.n, die im fertig montierten Verbrennungsmotor in unmittelbarem Kontakt mit dem Hubzapfen steht. Die erste Schicht 4.1 und die letzte Schicht 4.n werden nacheinander mittels thermischen Spritzens im Pleuelauge 2 abgeschieden. Die erste Schicht 4.1 ist dabei weich ausgebildet, während die letzte Schicht 4.2 hart ausgebildet ist, um die Reibung mit dem gehärteten Hubzapfen zu reduzieren.
Die erste Schicht 4.1 kann beispielsweise mit einer Stärke in einem Bereich von 50 μm bis 300 μm abgeschieden werden.
Die letzte Schicht 4.n kann mit einer Stärke in einem Bereich von 10 μm bis 200 μm abgeschieden werden.
Die unterschiedliche Härte der ersten Schicht 4.1 und der letzen Schicht 4.2 kann auf verschiedene Weise bewirkt werden.
Beispielsweise können zur Einstellung der Härte der Schichten 4.1, 4.n Parameter beim thermischen Spritzen verändert werden. Insbesondere beim Einsatz von Lichtbogendrahtspritzen als Verfahren zum thermischen Spritzen können beispielsweise eine Zusammensetzung und/und oder eine Menge eines Trägergases und/oder eine Spannung zum Betrieb des Lichtbogens variiert werden. Beim Lichtbogendrahtspritzen wird zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dabei schmelzen die Drahtspitzen ab und werden beispielsweise mittels des Trägergases auf die zu beschichtende Oberfläche befördert, wo sie sich anlagern.
Durch die Variierung der Parameter ergibt sich beispielsweise ein unterschiedlicher Oxidgehalt, eine unterschiedliche Partikelgröße in den abgelagerten Schichten oder eine unterschiedliche Porosität in Abhängigkeit von den Parametern. Diese Eigenschaften beeinflussen letztlich die Härte. Beispielsweise bewirkt eine Erhöhung eines Anteils von Stickstoff im Trägergas eine geringere Oxidation, womit sich eine Sprödigkeit der Schicht 4.1, 4.n verringert. Eine Erhöhung der Spannung für den Lichtbogen erhöht eine Temperatur des Lichtbogens. Dabei werden tendenziell mehr Legierungsbestandteile der Spritzwerkstoffe verbrannt, so dass sich die Zusammensetzung der Schichten ändert. Eine hohe Porosität führt zu einer weicheren Schicht 4.1, 4.n.
Die Härte der Schichten 4.1, 4.n kann auch mittels unterschiedlicher Beschichtungsmaterialien, das heißt Beschichtungswerkstoffen, beeinflusst werden.
Weiter können dem Beschichtungsmaterial zumindest beim Abscheiden der ersten Schicht 4.1 Partikel in Pulverform zugeführt werden, um die Schicht 4.1 weicher zu gestalten.
Zumindest beim Abscheiden der letzten Schicht 4.n können dem Beschichtungsmaterial Festschmierstoffe, beispielsweise Kunststoffkomposite, zugeführt werden, um das Pleuellager 3 zusätzlich zu schmieren und seine Notlaufeigenschaften zu verbessern.
Es können mehr als zwei Schichten 4.1, 4.n vorgesehen sein.
Ebenso ist durch kontinuierliche Variierung der Parameter das Abscheiden von Gradientenschichten möglich, deren Eigenschaften sich über den Verlauf der Schichtdicke kontinuierlich ändern.

1: Pleuel
2: Pleuelauge
3: Pleuellager
4.1: erste Schicht
4.n: letzte Schicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10035032 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Pleuellagers (3) in einem Pleuelauge (2) eines Pleuels (1) eines Verbrennungsmotors, bei dem Beschichtungsmaterial zur Bildung des Pleuellagers (3) mittels thermischen Spritzens im Pleuelauge (2) abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass Beschichtungsmaterial in mindestens zwei Schichten (4.1 bis 4.n) abgeschieden wird, wobei eine erste, an das Pleuelauge angrenzende Schicht (4.1) weich und eine letzte, zum späteren Kontakt mit einem Hubzapfen bestimmte Schicht (4.n) hart ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (4.1) mit einer Stärke in einem Bereich von 50 μm bis 300 μm abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Schicht (4.n) mit einer Stärke in einem Bereich von 10 μm bis 200 μm abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Schichten (4.1 bis 4.n) durch Veränderung von Parametern beim thermischen Spritzen beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Schichten (4.1 bis 4.n) mittels unterschiedlicher Beschichtungsmaterialien beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Beschichtungsmaterial zumindest beim Abscheiden der ersten Schicht (4.1) Partikel in Pulverform zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Beschichtungsmaterial zumindest beim Abscheiden der letzten Schicht (4.n) Festschmierstoffe zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum thermischen Spritzen Lichtbogendrahtspritzen angewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter beim thermischen Spritzen eine Zusammensetzung und/und oder eine Menge eines Trägergases und/oder eine Spannung zum Betrieb des Lichtbogens variiert wird.