DE102014219907A1

DE102014219907A1 - Kolbenbolzen für einen Verbrennungsmotor sowie Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbolzens

Info

Publication number: DE102014219907A1
Application number: DE102014219907.7A
Authority: DE
Inventors: Roland Böhm; Klaus Lades; Thomas Fuhrmann
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2014-10-01
Filing date: 2014-10-01
Publication date: 2016-04-07

Abstract

Ein Kolbenbolzen (10) für einen Verbrennungsmotor besteht zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff mit Metall und zeichnet sich dadurch aus, dass er zumindest eine axiale Ausnehmung (16) aufweist. Im Rahmen eines Verfahrens zu dessen Herstellung wird in einem Kolbenbolzen (10) zumindest eine axiale Ausnehmung (16) ausgebildet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kolbenbolzen für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbolzens.
In Verbrennungsmotoren werden die durch die Verbrennung auf den Kolben ausgeübten Kräfte mittels eines Kolbenbolzens auf das Pleuel übertragen, das die thermische Antriebsenergie an die Kurbelwelle weitergibt. Somit leistet der Kolbenbolzen einen wesentlichen Beitrag zur Umwandlung der translatorisch oszillierenden in eine rotatorische Bewegung. Darüber hinaus trägt der Kolbenbolzen aufgrund seiner mechanischen Steifigkeit zur Stabilität des Kolbens bei.
Stand der Technik
Als Vorbenutzungsgegenstände sind Kolbenbolzen aus Stahl bekannt, die beschichtet sein können. Um die bewegten Massen in Verbrennungsmotoren zu reduzieren, und damit aus ökologischen und ökonomischen Gründen den Kohlendioxidausstoß zu verringern, wurden verschiedenste Anstrengungen unternommen.
Beispielsweise zeigt die EP 1 880 130 B1 einen Kolbenbolzen mit einer Hülse aus einem Schwermetall und einem Kern aus einem Matrix/Metall-Verbundwerkstoff.
Aus der KR 2010 0009333 A und der US 1,365,867 sind radiale Öffnungen in einem Kolbenbolzen bekannt. Aus der CN 202883144 U und der DE 1143066 B sind Kolbenbolzen aus Stahl bzw. Schwer- oder Leichtmetall bekannt, die eine axiale Öffnung aufweisen.
Darstellung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gewichtsreduzierten Kolbenbolzen zu schaffen, der auch die übrigen an ihn gestellten Anforderungen erfüllt. Ferner soll ein Verfahren zu dessen Herstellung geschaffen werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den Kolbenbolzen gemäß dem Patentanspruch 1.
Demzufolge besteht dieser zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff mit Metall und zeichnet sich dadurch aus, dass er zumindest eine axiale Ausnehmung aufweist. Durch die Verwendung eines Verbundwerkstoffs, der beispielsweise Keramikpartikel aufweisen kann, wird in vorteilhafter Weise eine erste Maßnahme zur Gewichtsreduzierung geschaffen. Diese wird erfindungsgemäß durch die zumindest eine axiale Ausnehmung unterstützt, die sich jedoch für das mechanische Verhalten des Kolbenbolzens überraschenderweise als äußerst günstig erwiesen hat. Im Rahmen umfangreicher Untersuchungen von Kolbenbolzen, die den oben genannten Verbundwerkstoff aufweisen, hat sich nämlich herausgestellt, dass die im Betrieb auftretende Verformung des Kolbenbolzens nicht ausreichend ist, um den Effekt zu gewährleisten, dass die Stabilität des Kolbens unterstützt wird. Hierfür ist nämlich, so die Erkenntnis der Erfinder, eine gewisse Verformung, insbesondere eine Ovalisierung erforderlich, die mit den bislang bekannten Kolbenbolzen nicht erreicht werden kann.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass durch zumindest eine axiale Ausnehmung die erforderliche Verformung, insbesondere Ovalisierung, erreicht werden kann, so dass durch den erfindungsgemäßen Kolbenbolzen ein Kolbenbolzen geschaffen werden kann, der auch bei den derzeit und insbesondere zukünftig gestellten Anforderungen, die durch immer weiter steigende Zünddrücke bestimmt werden, die Anforderungen erfüllt. Gleichzeitig kann durch die erfindungsgemäße axiale Ausnehmung weiteres Gewicht eingespart werden. Im Hinblick auf das Material des erfindungsgemäßen Kolbenbolzens sei auf die EP 1 880 130 B1 verwiesen, deren Offenbarung im Hinblick auf den Aufbau, die verwendeten Materialien und die Herstellung des Kolbenbolzens vollständig zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbenbolzens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Wie bereits erwähnt, konnten gute Eigenschaften für einen Kolbenbolzen festgestellt werden, der einen Verbundwerkstoff mit Keramikpartikeln und/oder einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung aufweist.
Im Hinblick auf den Aufbau des Kolbenbolzens hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Verbundwerkstoff einen Kern des Kolbenbolzens bildet.
Der gleiche Vorteil gilt für die Maßnahme, dass der Kolbenbolzen eine Hülse, vorzugsweise aus Metall, und insbesondere aus Schwermetall aufweist.
Insbesondere für eine einfache Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbenbolzens wird bevorzugt, die zumindest eine axiale Ausnehmung um die radiale Mitte des Kolbenbolzens auszubilden, wenngleich für bestimmte Anwendungsfälle auch eine außermittige Anordnung denkbar ist.
Dies gilt in gleicher Weise für nicht-zylindrische Gestaltungen der zumindest einen axialen Ausnehmung, wenngleich aus Gründen der Herstellbarkeit zylindrische Ausnehmungen bevorzugt werden.
Ferner wird eine axial durchgehende Ausnehmung bevorzugt, die im Übrigen auch als Bohrung oder Öffnung bezeichnet werden kann, wenngleich für bestimmte Situationen auch eine oder mehrere nicht durchgehende Ausnehmungen denkbar sind.
Im Hinblick auf die Herstellung der axialen Ausnehmung(en) in dem erfindungsgemäßen Kolbenbolzen wird derzeit bevorzugt, die Ausnehmung durch Bohren, Drehen, Fräsen, Erodieren und/oder ein beliebiges anderes geeignetes Herstellungsverfahren auszubilden.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch das im Anspruch 9 beschriebene Verfahren, wonach ein Kolbenbolzen vorgesehen wird, der zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff mit Metall besteht, und bei dem zumindest eine axiale Ausnehmung ausgebildet wird. Sämtliche vorangehend und nachfolgend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kolbenbolzen beschriebenen Merkmale sind auch auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Kolbenbolzen im Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Wie in der Figur zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kolbenbolzen 10 eine Hülse 12, bei dem gezeigten Beispiel aus Schwermetall, und einen Kern 14, bei dem gezeigten Beispiel aus einem Matrix-Metall-Verbundwerkstoff auf. In dem Kern ist eine Ausnehmung 16 vorgesehen, die bei dem gezeigten Beispiel symmetrisch um die radiale Mitte, zylindrisch und durchgehend ausgebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1880130 B1 [0004, 0009]
KR 20100009333 A [0005]
US 1365867 [0005]
CN 202883144 U [0005]
DE 1143066 B [0005]

Claims

Kolbenbolzen (10) für einen Verbrennungsmotor, der zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff mit Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest eine axiale Ausnehmung (16) aufweist.
Kolbenbolzen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff Keramikpartikel, insbesondere Karbide, Oxide, Nitride oder Mischformen davon, und/oder ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung aufweist.
Kolbenbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff einen Kern (14) des Kolbenbolzens (10) bildet.
Kolbenbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenbolzen (10) eine Hülse (12), vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus einem Schwermetall aufweist.
Kolbenbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine axiale Ausnehmung (16) um die radiale Mitte des Kolbenbolzens (10) ausgebildet ist.
Kolbenbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung (16) zylindrisch ausgebildet ist.
Kolbenbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial durchgehende Ausnehmung (16) vorgesehen ist.
Kolbenbolzen (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung (16) durch Bohren, Drehen, Fräsen und/oder Erodieren ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbolzens (10) für einen Verbrennungsmotor, der zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff mit Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kolbenbolzen (10) zumindest eine axiale Ausnehmung (16) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine axiale Ausnehmung (16) durch Bohren, Drehen, Fräsen und/oder Erodieren ausgebildet wird.