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Die Erfindung betrifft ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
WO 99/05339 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Pleuel weist wenigstens ein Pleuelauge auf, über welches das Pleuel beispielsweise gelenkig mit einem weiteren Bauelement der Hubkolbenmaschine verbindbar ist. Beispielsweise ist das Pleuelauge als sogenanntes großes Pleuelauge ausgebildet, sodass das genannte Bauelement eine Abtriebswelle insbesondere in Form einer Kurbelwelle sein kann, mit welcher das Pleuel über das große Pleuelauge gelenkig koppelbar ist. In fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ist das Pleuel beispielsweise über das große Pleuelauge gelenkig an einem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert.
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Das Pleuelauge weist an seiner innenumfangsseitigen Mantelfläche wenigstens eine Lauffläche auf, welche durch eine auf einen Grundkörper des Pleuels aufgebrachte Beschichtung gebildet ist. Die Beschichtung ist beispielsweise durch thermisches Spritzen auf dem Grundkörper aufgebracht, wobei die Beschichtung die Lauffläche bildet. Die Beschichtung ist somit als thermische Beschichtung beziehungsweise thermisch gespritzte Beschichtung ausgebildet und wird genutzt, um ein Gleitlager zu bilden, mittels welchem das Pleuelauge mit dem weiteren Bauelement gelenkig koppelbar ist. Dies bedeutet, dass das Pleuel über das durch die Beschichtung gebildete Gleitlager an dem Bauelement gelagert werden kann, sodass das Pleuel in seinem an dem weiteren Bauelement über das Gleitlager gelagerten Zustand relativ zu dem Bauelement bewegbar, insbesondere rotatorisch bewegbar, ist. Dabei kann sich zwischen der durch die Beschichtung gebildeten Lauffläche und einer weiteren, am weiteren Bauelement vorgesehenen Lauffläche beispielsweise ein hydrodynamischer Schmierfilm aus einem Schmiermittel, insbesondere aus einem Schmieröl, bilden, sodass das Pleuel an dem weiteren Bauelement gleitgelagert ist.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2004 055 228 A1 eine Lagerschale eines Pleuels, die im großen Pleuelauge angeordnet ist. Dabei ist es vorgesehen, dass die Lagerschale aus mehreren thermisch gespritzten Schichten gebildet ist, wobei die oberste Materialschicht der Lagerschale im Wesentlichen aus einer Aluminium/Wismut-Legierung gebildet ist. Eine solche Lagerschale ist ein separat von dem zuvor genannten Grundkörper des Pleuels ausgebildetes Bauteil, welches in dem Pleuelauge angeordnet ist. Somit wird zur Bildung eines Gleitlagers, über welches das Pleuel an dem weiteren Bauelement gelenkig zu lagern ist, wenigstens eine insbesondere als Gleitlagerschale ausgebildete Lagerschale verwendet.
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Im Gegensatz dazu kann durch den Einsatz der zuvor beschriebenen, auf den Grundkörper aufgebrachten Beschichtung ein lagerschalenloses Pleuel (LSL-Pleuel) geschaffen werden, wodurch die Teileanzahl des Pleuels beziehungsweise der Hubkolbenmaschine insgesamt gering gehalten werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Pleuel, insbesondere ein LSL-Pleuel, der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders gute Schmutzresistenz des Pleuels realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Pleuel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Pleuel, insbesondere ein LSL-Pleuel, der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Schmutzpartikelresistenz des Pleuels realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lauffläche gezielt mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist, welche beispielsweise als Mikrostruktur beziehungsweise Mikrostrukturierung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass in die durch die Beschichtung gebildete Lauffläche eine insbesondere als Mikrostruktur ausgebildete Oberflächenstrukturierung eingebracht ist. Dabei weist die Oberflächenstrukturierung beispielsweise eine Mehrzahl von Ausnehmungen zum Aufnehmen von Schmutzpartikeln auf. Diese Ausnehmungen werden auch als Näpfe bezeichnet. Form, Größe und Verteilung der Ausnehmungen sind beispielsweise auf eine jeweilige Bauvariante des Pleuels beziehungsweise der Hubkolbenmaschine sowie an jeweilige Anforderungen an eine entsprechende Schmutzpartikelresistenz anzupassen.
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Die Oberflächenstrukturierung beziehungsweise ihre Ausnehmungen dienen als Sammelpunkt für Schmutzpartikel, die in den Ausnehmungen aufgenommen werden können. Die in den Ausnehmungen angesammelten Schmutzpartikel befinden sich dann außerhalb einer Kontaktzone der Lauffläche beziehungsweise des Pleuels zu einem Lagerpartner, an welchem das Pleuel beispielsweise im fertig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine über die Lauffläche und somit über das Pleuelauge gelagert ist. Große Schmutzpartikel können sich innerhalb der Ausnehmungen einbetten und verursachen somit keine Schäden in einem durch die Lauffläche gebildeten Lager, insbesondere Gleitlager, da die Schmutzpartikeln in den Ausnehmungen aufgenommen sind und sich somit nicht zwischen jeweiligen Kontaktzonen, über welche das Pleuel an dem Lagerpartner abstützbar ist, befinden.
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Das erfindungsgemäße Pleuel ist als sogenanntes lagerschalenloses Pleuel (LSL-Pleuel) ausgebildet, da die Lauffläche nicht etwa durch eine separat von dem Pleuel, insbesondere von dem Grundkörper, ausgebildete und in dem Pleuelauge anzuordnende Lagerschale, insbesondere Gleitlagerschale, gebildet ist, sondern die Lauffläche wird durch die Beschichtung gebildet, mit welcher der Grundkörper versehen ist. Mit anderen Worten ist die Beschichtung auf den Grundkörper aufgebracht. Beispielsweise ist die Beschichtung durch thermisches Spritzen auf den Grundkörper aufgebracht, das heißt aufgespritzt, sodass die Beschichtung als thermische Beschichtung beziehungsweise als thermisch gespritzte Beschichtung ausgebildet ist. Durch den Einsatz der Beschichtung ist ein als Gleitlager ausgebildetes Pleuellager gebildet, über welches das Pleuel an dem zuvor genannten Lagerpartner gleitgelagert werden kann. Der Lagerpartner ist dabei ein weiteres Bauelement der Hubkolbenmaschine, wobei das weitere Bauelement beispielsweise eine Welle, insbesondere eine Abtriebswelle wie beispielsweise eine Kurbelwelle, ist. Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist das Pleuel beispielsweise über das Pleuellager an einem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert und somit gelenkig mit dem Hubzapfen und somit mit der Kurbelwelle verbunden.
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Die Beschichtung ist beispielsweise aus einem Gleitlagermaterial gebildet, mit welchem der Grundkörper, insbesondere durch thermisches Spritzen, versehen ist. Üblicherweise entspricht das Gleitlagermaterial bezüglich Belastbarkeit zumindest weitestgehend herkömmlicherweise zum Einsatz kommenden Gleitlagerschalen. Üblicherweise fällt jedoch bei lagerschalenlosen Pleueln die Schmutzpartikelresistenz geringer als bei separaten Gleitlagerschalen aus, da das Gleitlagermaterial aufgrund des Beschichtungsprozesses, in dessen Rahmen das Gleitmaterial und somit die Beschichtung auf den Grundkörper aufgebracht werden, eine höhere Härte als herkömmliche, separate Gleitlagerschalen aufweist.
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Um nun jedoch auch bei einem lagerschalenlosen Pleuel eine besonders gute Schmutzpartikelresistenz zu gewährleisten, ist die Lauffläche, insbesondere ihre Lageroberfläche, gezielt mit einer Oberflächenstrukturierung, insbesondere in Form einer Mikrostruktur, versehen. Dadurch kann das Pleuel als lagerschalenloses Pleuel ausgebildet werden und dabei eine Schmutzpartikelresistenz aufweisen, welche genauso gut oder besser als die Schmutzpartikelresistenz von herkömmlichen, separaten Gleitlagerschalen ist. Ferner können höherfeste Lagerwerkstoffe als Gleitlagermaterial zum Herstellen der Beschichtung verwendet werden, wobei solche höherfesten Lagerstoffe aufgrund ihrer Makrostrukturen eine besonders gute Aufnahmefähigkeit von Schmutzpartikeln aufweisen. Dadurch ist eine besonders gute Bandbreite an Lagerwerkstoffen für das LSL-Pleuel und für konventionelle Lagerschalen möglich. Die Realisierung einer verbesserten Schmutzpartikelresistenz verringert den Reinigungsaufwand in der Bauteilfertigung zur Reduzierung des Urschmutzes, sodass das Pleuel besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Perspektivansicht eines Pleuels für eine Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einem Pleuelauge, welches an seiner innenumfangsseitigen Mantelfläche wenigstens eine Lauffläche aufweist, die durch eine auf einen Grundkörper des Pleuels aufgebrachte Beschichtung gebildet ist, wobei die Lauffläche gezielt mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist;
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2 eine schematische und perspektivische Draufsicht eines Pleuellagerdeckels, dessen Teil der Lauffläche mit der Oberflächenstrukturierung versehen ist;
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3 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht der mit der Oberflächenstrukturierung versehenen Lauffläche gemäß einer ersten Ausführungsform;
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4 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht der mit der Oberflächenstrukturierung versehenen Lauffläche gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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5 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Lagerungsanordnung des Pleuels an einem weiteren Bauelement der Hubkolbenmaschine.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs wie beispielsweise eines Kraftwagens. Die Hubkolbenmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders auf, in welchem in fertig hergestelltem Zustand der Hubkolben-Verbrennungsmaschine ein Kolben translatorisch bewegbar angeordnet ist. Ferner umfasst die Hubkolbenmaschine in ihrem fertig hergestellten Zustand eine Abtriebswelle, welche als Kurbelwelle ausgebildet und an einem Gehäuseelement der Hubkolbenmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement drehbar gelagert ist. Dabei ist der Kolben über das Pleuel 10 gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen des Kolbens im Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt werden.
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Das Pleuel 10 weist dabei ein erstes Pleuelauge in Form eines kleinen Pleuelauges 12 auf, welches durch einen vorliegend einstückig ausgebildeten und im Ganzen mit 14 bezeichneten Grundkörper gebildet ist. Über das kleine Pleuelauge 12 ist das Pleuel 10 mit einem Kolbenbolzen gelenkig verbunden, wobei der Kolbenbolzen wiederum mit dem Kolben verbunden ist. Dadurch ist der Kolben gelenkig mit dem Pleuel 10 gekoppelt.
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Ferner weist das Pleuel 10 ein zweites Pleuelauge in Form eines großen Pleuelauges 16 auf. Das große Pleuelauge 16 dient der zumindest teilweisen Aufnahme eines Hubzapfens der Kurbelwelle. Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist das Pleuel 10 über das große Pleuelauge 16 drehbar an dem Hubzapfen gelagert und somit gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, wobei zumindest ein Längenbereich des Hubzapfens in dem großen Pleuelauge 16 aufgenommen ist.
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Dabei ist ein erster Teil, insbesondere eine erste Hälfte, des Pleuelauges 16 durch den beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Grundkörper 14 gebildet. Durch den Grundkörper 14 ist ferner ein Pleuelschaft 18 des Pleuels 10 gebildet, wobei das kleine Pleuelauge 12 über den Pleuelschaft 18 mit dem großen Pleuelauge 16, insbesondere mit dem ersten Teil des großen Pleuelauges 16, verbunden ist.
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Das Pleuel 10 umfasst ferner einen Lagerdeckel 20, durch welchen ein zweiter Teil, insbesondere eine zweite Hälfte, des großen Pleuelauges 16 gebildet ist. Der Lagerdeckel 20 ist mit dem Grundkörper 14 verbunden, wodurch der Grundkörper 14 und der Lagerdeckel 20 das große Pleuelauge 16 ausbilden. Insbesondere ist der Lagerdeckel 20 mit dem Grundkörper 14 verschraubt. Dabei weist auch der Lagerdeckel 20 einen beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff ausgebildeten, zweiten Grundkörper 22 auf, durch welchen der zweite Teil, insbesondere die zweite Hälfte, des Pleuelauges 16 gebildet beziehungsweise begrenzt ist.
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Um nun eine besonders reibungsarme Lagerung des Pleuels 10 an dem Hubzapfen zu realisieren, weist das große Pleuelauge 16 an seiner innenumfangsseitigen Mantelfläche 24 wenigstens eine Lauffläche 26 auf, welche durch eine jeweilige, auf den jeweiligen Grundkörper 14 beziehungsweise 22 aufgebrachte Beschichtung 28 gebildet ist. Beispielsweise ist der jeweilige Grundkörper 14 beziehungsweise 22 durch thermisches Spritzen mit der jeweiligen Beschichtung 28 versehen, sodass die jeweilige Beschichtung 28 als thermische Beschichtung beziehungsweise als thermisch gespritzte Beschichtung ausgebildet ist. Die Beschichtungen 28 bilden ein als Gleitlager ausgebildetes Pleuellager, über welches das Pleuel 10 im fertig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine an dem Hubzapfen drehbar gleitgelagert ist. Durch den Einsatz der Beschichtungen 28 ist zum Bilden des Pleuellagers der Einsatz von separat von dem Pleuel 10 ausgebildeten, zusätzlichen Gleitlagerschalen nicht vorgesehen und nicht erforderlich, sodass das Pleuel 10 als lagerschalenloses Pleuel (LSL-Pleuel) ausgebildet ist.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Schmutzpartikelresistenz des als LSL-Pleuel ausgebildeten Pleuels zu realisieren, ist – wie aus 2 am Beispiel des Lagerdeckels 20 erkennbar ist – die jeweilige Lauffläche 26 mit einer als Mikrostruktur oder Mikrostrukturierung ausgebildeten Oberflächenstrukturierung 30 versehen.
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Während des Betriebs der Hubkolbenmaschine bildet sich zwischen der Lauffläche 26 des Pleuels 10 und einer korrespondierenden Lauffläche des Hubzapfens ein hydrodynamischer Schmierfilm aus einem Schmiermittel, insbesondere einem Schmieröl, aus, sodass das Pleuel 10 über die Lauffläche 26 und die weitere Lauffläche an dem Hubzapfen gleitgelagert und insbesondere in radialer Richtung des Hubzapfens abgestützt beziehungsweise abstützbar ist. Dabei weist die Oberflächenstrukturierung 30 – wie besonders gut aus 3 bis 5 erkennbar ist – eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Ausnehmungen 32 auf, welche auch als Näpfe bezeichnet werden. Aus 3 ist erkennbar, dass die Ausnehmungen 32 beispielsweise in jeweiligen Reihen 34 angeordnet sind. Dabei zeigt 3 eine erste Ausführungsform des Pleuels 10, wobei die Reihen 34 bei der ersten Ausführungsform in einem ersten Abstand zueinander angeordnet sind.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Pleuels 10. Bei der zweiten Ausführungsform sind die Reihen 34 in einem gegenüber dem ersten Abstand geringeren, zweiten Abstand angeordnet, sodass bei der zweiten Ausführungsform eine höhere Anzahl an Ausnehmungen 32 als bei der ersten Ausführungsform vorgesehen ist. Die Ausnehmungen 32 bilden Strukturen, welche vorliegend zumindest im Wesentlichen ellipsenförmig oder unrund ausgebildet sind.
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In 4 sind ferner schematisch Schmutzpartikel 36 gezeigt. Wie aus 4 erkennbar ist, können sich die Schmutzpartikel 36 in den Ausnehmungen 32 ansammeln. An die Ausnehmungen 32 schließt sich eine tragende Fläche 38 an, welche gegenüber den Ausnehmungen 32 erhaben ist. Bezogen auf die Gesamtoberfläche weist die tragende Fläche 38 beispielsweise einen Anteil von 62 Prozent auf, wobei die tragende Fläche bei der zweiten Ausführungsform beispielsweise einen Anteil von 38 Prozent an der Gesamtoberfläche aufweist. Die tragende Fläche 38 ist in einer sogenannten Kontaktzone angeordnet, über welche das Pleuel 10 an einer korrespondierenden Kontaktzone des Hubzapfens abstützbar ist. Da sich die Schmutzpartikel 36 in den Ausnehmungen 32 ansammeln, befinden sich die in den Ausnehmungen 32 angesammelten Schmutzpartikel 36 außerhalb der Kontaktzone und verursachen somit keinen übermäßigen Verschleiß und keine weiteren Schäden im Pleuellager.
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Dies ist besonders gut aus 5 erkennbar. 5 zeigt eine Lagerungsanordnung des Pleuels 10 an dem in 5 mit 40 bezeichneten Hubzapfen, wobei in 5 ein von dem Pleuel 10 und dem Hubzapfen 40 begrenzter, zwischen dem Pleuel 10 und dem Hubzapfen 40 angeordnetes Lagerspiel S erkennbar ist. Mittels der Ausnehmung 32 können die Schmutzpartikel 36 von der Kontaktzone beziehungsweise von der tragenden Fläche 38 ferngehalten werden, sodass der Verschleiß und somit die Wahrscheinlichkeit von übermäßigen Lagerschäden gering gehalten werden können. Die Oberflächenstrukturierung 30 wird somit zur Verbesserung der Schmutzpartikelresistenz des als LSL-Pleuel ausgebildeten Pleuels 10 verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pleuel
- 12
- kleines Pleuelauge
- 14
- Grundkörper
- 16
- großes Pleuelauge
- 18
- Pleuelschaft
- 20
- Lagerdeckel
- 22
- Grundkörper
- 24
- innenumfangsseitige Mantelfläche
- 26
- Lauffläche
- 28
- Beschichtung
- 30
- Oberflächenstrukturierung
- 32
- Ausnehmung
- 34
- Reihe
- 36
- Schmutzpartikel
- 38
- tragende Fläche
- 40
- Hubzapfen
- S
- Lagerspiel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 99/05339 A1 [0002]
- DE 102004055228 A1 [0004]
