DE10233263B4

DE10233263B4 - Verfahren zur Herstellung eines Pleuels und Pleuel

Info

Publication number: DE10233263B4
Application number: DE2002133263
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hanke; Siegfried Ernstberger; Volker Gniesmer
Original assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Current assignee: KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: DE10233263A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Pleuels (1) mit einer zwischen einem kleinen und einem großen Pleuelauge angeordneten Pleuelstange (2), wobei das große Pleuelauge von der Pleuelstange (2) und einem Lagerdeckel (3) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Pleuelstange (2) aus einem Leichtmetallwerkstoff im Strangguß- oder Strangpreßverfahren sowie der Lagerdeckel (3) aus einem Stahlwerkstoff im Schmiedeverfahren oder Fließpreßverfahren hergestellt werden, und daß in dem kleinen Pleuelauge (6) eine Buchse (8) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (7) eingesetzt ist, die im Querschnitt eine ovale Kontur (9) und/oder zumindest teilweise an ihren Enden eine ballige Kontur (10) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuels für Brennkraftmaschinen sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Pleuel gemäß den Merkmalen des jeweiligen Oberbegriffes der unabhängigen Patentansprüche.

Pleuel zur Verbindung eines Kolbens einer Brennkraftmaschine mit deren Kurbelwelle sind bekannt. Da es sich bei diesen Pleuel um oszillierende Massen handelt, ist man bestrebt, das Gewicht des Pleuels einschließlich seiner beteiligten Bauteile unter Beibehaltung der erforderlichen Festigkeiten gering zu halten. So sind beispielsweise aus der DE 100 44 569 A1 der der DE 198 44 991 A1 schon durch Schmiedeverfahren, Gußverfahren oder Sinterverfahren hergestellte gewichtsoptimierte Pleuel aus einem Eisenmaterial bekannt.

Aus der DE 100 18 064 A1 ist schon ein Pleuel bekannt, bei dem die Pleuelstange aus einem Leichtwerkstoff und die Bereiche im Pleuelauge aus einem schweren Werkstoff bestehen.

Ebenso sind solche Verbundkonstruktionen aus Stahl und Kohlefasern beziehungsweise aus Stahl und Kunststoffen bekannt. Darüber hinaus zeigen die DE 199 11 339 A1 und die DE 100 29 950 A1 ebenfalls Pleuel für Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 43 18 424 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Legierungen auf Titan-Aluminium-Basis bekannt, bei dem ein Gußrohling durch Strangpressen zur Erzeugung eines feinkörnigen äquiviaxialen Gefüges mit superplastischen Eigenschaften weiter verarbeitet wird. Die DE 43 18 424 C2 beschäftigt sich allerdings nicht mit einem Verfahren zur Herstellung eines Pleuels von Brennkraftmaschinen.

Aus der FR 2 456 573 A1 ist es bekannt, einen Lagerdeckel durch ein Schmiedeverfahren herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuels sowie ein danach hergestelltes Pleuel für Brennkraftmaschinen bereitzustellen, bei der die an sich bekannten Forderungen nach Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Erhöhung der Festigkeit weiter verbessert sind.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des jeweiligen unabhängigen Patentanspruches gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuels angegeben, bei dem zumindest die Pleuelstange aus einem Leichtmetallwerkstoff im Strangguß- oder Strangpreßverfahren sowie der Lagerdeckel aus einem Stahlwerkstoff im Schmiedeverfahren oder Fließpreßverfahren hergestellt werden, wobei weiterhin in dem kleinen Pleuelauge eine Buchse zur Aufnahme eines Kolbenbolzens eingesetzt ist, die im Querschnitt eine ovale Kontur und/oder zumindest teilweise an ihren Enden eine ballige Kontur aufweist. Die Verwendung eines Leichtmetallwerkstoffes für die Pleuelstange reduziert die Masse des gesamten Pleuels, wobei durch die Herstellung der Pleuelstange im Strangguß- oder Strangpreßverfahren eine anerkanntermaßen feinkörnige Materialstruktur für hohe Festigkeitsanforderungen in gleichbleibender Qualität erzeugt wird. Gegebenenfalls wird auch ein Teil des Pleuelauges bzw. das gesamte Pleuelauge wie die Pleuelstange selber hergestellt und dasselbe Material verwendet.

In Kombination hierzu wird der Lagerdeckel aus einem Stahlwerkstoff im Schmiedeverfahren oder Fließpreßverfahren hergestellt, wobei als Stahlwerkstoff insbesondere ein mikrolegierter Stahl in Betracht kommt. Durch die Verwendung eines Stahlwerkstoffes und die Herstellung des Lagerdeckels im Schmiedeverfahren oder Fließpreßverfahren werden die stark belasteten Bereiche der Pleuelaugen, insbesondere das Pleuelauge im Bereich der Kurbelwelle, mit ausreichend hoher Steifigkeit versehen.

Des weiteren ist für die axiale Führung des Pleuels auf dem Hubzapfen mit dem Lagerdeckel aus Stahl ein verschleißfester Reibpartner zur Schulter des Hubzapfens aus Stahl vorhanden.

Zur Herstellung der Pleuelstange kommen in besonders vorteilhafter Weise Leichtmetallwerkstoffe wie eine Aluminium-Legierung, eine Aluminium-Silizium-Legierung oder eine Magnesium-Legierung in Betracht. Diese genannten Legierungen, wobei andere Leichtmetallwerkstoffe oder deren Legierungen nicht ausgeschlossen sind, sind hinsichtlich ihrer Bearbeitbarkeit, insbesondere bei der Serienherstellung von Pleuelstangen, und auch hinsichtlich ihrer Materialkosten von besonderem Vorteil.

Zwei Ausführungsbeispiele für ein Pleuel, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde und auf das die Erfindung nicht beschränkt ist, sind im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.

Es zeigen:

1: einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Pleuels,

2: einen Längsschnitt durch das Pleuel gemäß 1,

3: einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pleuels.

In 1 ist ein Querschnitt durch ein Pleuel 1 gezeigt, das in an sich bekannter Weise aufgebaut ist. Dieses Pleuel 1 weist eine Pleuelstange 2 auf, an deren Ende ein erstes und ein zweites Pleuelauge angeordnet sind. Über dieses Pleuel 1 und dessen Pleuelaugen werden Kolben und Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine miteinander verbunden. Das eine, im Bereich der Kurbelwelle angeordnete Pleuelauge wird gebildet durch einen Endbereich der Pleuelstange 2 sowie einen aufzusetzenden Lagerdeckel 3. Der Lagerdeckel 3 wird beispielsweise über eine Schraubverbindung 4 mit der Pleuelstange 2 verbunden, so daß das Pleuelauge einen Zapfen der Kurbelwelle, gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Gleitlagers, umschließt. Gemäß der Erfindung ist die Pleuelstange 2 aus einem Leichtmetallwerkstoff im Strangguß- oder Strangpreßverfahren sowie der Lagerdeckel 3 aus einem Stahlwerkstoff im Schmiedeverfahren oder Fließpreßverfahren hergestellt. Zur Vermeidung des Fressens des Pleuelauges im Bereich der Kurbelwelle ist dort noch eine Aussparung bzw. Auflage 5 (Beschichtung) angeordnet, wobei diese Aussparung bzw. Auflage 5 in besonders vorteilhafter Weise nur im Endbereich der Pleuelstange 2 beidseitig vorhanden ist, um ein Fressen mit der Schulter des Hubzapfens der Kurbelwelle zu vermeiden, der infolge der Berührung des Materials der Pleuelstange 2 (Leichtmetallwerkstoff) mit der Kurbelwelle (Stahlwerkstoff) entstehen könnte.
Dem großen, im Bereich der Kurbelwelle angeordneten Pleuelauge ist gegenüberliegend am anderen Ende der Pleuelstange 2 ein kleines Pleuelauge 6 angeordnet, das im Falle des Stranggusses gleichzeitig mit Herstellung der Pleuelstange 2 gebildet werden kann. Durch die direkte Anformung des kleinen Pleuelauges 6 an der Pleuelstange 2 ist die in diesem Bereich erforderliche Festigkeit durch die feinkörnige Gefügestruktur gegeben. Das Pleuelauge 6 nimmt einen Kolbenbolzen 7 auf, wo bei zur Lagerung des Kolbenbolzens 7 in dem kleinen Pleuelauge 6 eine Buchse 8, die insbesondere aus Bronzematerial gefertigt ist, eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß weist diese Buchse 8 im Querschnitt eine ovale Kontur 9 und/oder an ihren Enden (umlaufenden Kanten) eine ballige Kontur 10 auf. Die ovale Kontur 9 und/oder die ballige Kontur 10 ist derart gestaltet, daß die Gestaltfestigkeit des Pleuels 1 grenzwertig in Bezug auf die Ovalverformung und die Durchbiegung des Kolbenbolzens 7 infolge der hohen Gaskräfte bei der Verbrennung und hoher Massenkräfte des Kolbens genutzt werden kann. Zusätzlich ist im Übergangsbereich vom kleinen Pleuelauge 6 zur Pleuelstange 2 noch eine schräge Versteifung 11 zur verbesserten Einleitung einer erhöhten Gaskraft in die Pleuelstange 2 und zum Ertragen einer vergrößerten Ovalisierung des Kolbenbolzens 7 vorhanden.
2 zeigt einen Längsschnitt durch das Pleuel 1, wobei hier noch erkennbar und bemerkenswert ist, daß die ballige Kontur 10 der Buchse 8 infolge der gewichtsoptimalen Auslegung des Pleuelkopfes nur teilweise und nicht vollständig umlaufend an den Kanten der Buchse 8 vorhanden ist.
3 zeigt einen Querschnitt durch das Pleuel 1 gemäß 1, wobei zwecks Gewichtsersparnis im Übergangsbereich zwischen einem Pleuelauge (insbesondere dem Pleuelauge 6) und der Pleuelstange 2 ein Übergangsknick 12 vorhanden ist.

1: Pleuel
2: Pleuelstange
3: Lagerdeckel
4: Schraubverbindung
5: Auflage
6: kleines Pleuelauge
7: Kolbenbolzen
8: Buchse
9: ovale Kontur
10: ballige Kontur
11: schräge Versteifung
12: Übergangsknick

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Pleuels (1) mit einer zwischen einem kleinen und einem großen Pleuelauge angeordneten Pleuelstange (2), wobei das große Pleuelauge von der Pleuelstange (2) und einem Lagerdeckel (3) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Pleuelstange (2) aus einem Leichtmetallwerkstoff im Strangguß- oder Strangpreßverfahren sowie der Lagerdeckel (3) aus einem Stahlwerkstoff im Schmiedeverfahren oder Fließpreßverfahren hergestellt werden, und daß in dem kleinen Pleuelauge (6) eine Buchse (8) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (7) eingesetzt ist, die im Querschnitt eine ovale Kontur (9) und/oder zumindest teilweise an ihren Enden eine ballige Kontur (10) aufweist.
Pleuel (1), hergestellt nach dem Verfahren gemäß des Patentanspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leichtmetallwerkstoff eine Aluminum-, eine Aluminium-Silizium- oder eine Magnesium-Legierung verwendbar ist.
Pleuel (1), hergestellt nach dem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stahlwerkstoff ein mikrolegierter Stahl verwendbar ist.
Pleuel (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (2) im Endbereich des großen Pleuelauges eine Aussparung aufweist.
Pleuel (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (2) im Endbereich des großen Pleuelauges eine verschleißfeste Auflage (5), vorzugsweise eine anodisierte Schicht und weiterhin vorzugsweise mit einer Einlagerung von Festschmierstoffen, aufweist.
Pleuel (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergangsbereich von einem Pleuelauge, insbesondere dem kleinen Pleuelauge (6), in die Pleuelstange (2) eine schräge Versteifung (11) vorhanden ist.