DE10247130B4

DE10247130B4 - Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange

Info

Publication number: DE10247130B4
Application number: DE2002147130
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Flores (Fh); Arnold Blaut
Original assignee: Maschinenfabrik Gehring GmbH and Co KG
Current assignee: Gehring Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: DE10247130A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange (1) mit einem kleinen Pleuelauge (4) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens, insbesondere einer Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine erste Honoperation eine in axialer Richtung der Bohrung (5) des kleinen Pleuelauges (4) gesehen konvexe Form der Mantellinie erzeugt wird und in einer zweiten Honoperation ein zylindrischer Abschnitt (15) der Mantellinie gefertigt wird und/oder dass eine ovale Querschnittsform der Bohrung (5) während der Honoperation erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die DE 196 34 415 A1 beschreibt ein Honwerkzeug zur Bearbeitung von Bohrungen, insbesondere von in Abschnitte untergliederten Bohrungen, die miteinander fluchtend in Reihe angeordnet sind. Damit die Bearbeitung in einem einzigen Arbeitshub erfolgen kann, besitzt das Honwerkzeug einen Honbereich, der einen im wesentlichen konischen Schneidbereich und einen im wesentlichen zylindrischen Kalibrierbereich mit jeweils einem Schneidbelag aufweist. Ferner ist ein Führungsschneidbereich mit einem Schneidbelag vorgesehen, wobei dieser Führungsschneidbereich radial aufweitbar ist. Der Führungsschneidbereich kann dabei unabhängig von dem Honbereich aufweitbar sein und einen feineren Schneidbelag aufweisen.

Die zunehmenden Anforderungen an gewichtsoptimierte Pleuelstangen hinsichtlich mechanischer und thermischer Beanspruchung sowie hoher Laufleistung erfordern eine neue Funktionsgeometrie und eine Verbesserung der Fertigungsqualität, insbesondere bei der Endbearbeitung. Dies betrifft sowohl die anforderungsgerechte Definition der Fertigungstoleranzen als auch die Auswahl geeigneter Fertigungsprozesse. Dabei ist das Arbeitsergebnis nicht nur hinsichtlich der herkömmlichen geometrischen Qualitätsmerkmale von Bedeutung, sondern ebenso gilt die Aufmerksamkeit einer funktionsgerechten Makroform der Pleuelaugen. Für das konventionelle Honverfahren ist die Fertigungsqualität durch die Begriffe Maßtoleranz, Formgenauigkeit und Oberflächengüte definiert. Für die Funktion von Pleuelstangen sind jedoch darüber hinaus die Qualitätsbegriffe Achsparallelität und Verschränkung relevant. Auch die Korrektur von Mittenabständen der Pleuelaugen kann bei entsprechender Auslegung des Verfahrens dem Honen zugeordnet werden. Für die Honbearbeitung kommen unterschiedliche Werkstoffe in Betracht wie beispielsweise Gusswerkstoffe, Schmiedestähle, Sinterwerkstoffe, Titanlegierungen oder Kohlefaserwerkstoffe.

Zur Verschleißverminderung an Pleueln und Kolbenbolzen ist bereits in der EP 1 167 737 A2 vorgeschlagen worden, das kleine Pleuelauge so zu gestalten, dass einer mechanischen Belastung des Pleuelauges durch Verformung des Kolbenbolzens unter Last effektiv entgegengewirkt wird. Hierzu wird die stangenseitige Mantellinie des kleinen Pleuelauges wenigstens teilweise derart von einer zylindrischen Form abweichend ausgeformt, dass die Mantellinie der Bohrung an einer jeweiligen den Kolbenbolzen mit Kraft beaufschlagenden Seite einer Außenwand des Kolbenbolzens in unter Last deformiertem Zustand folgt. Durch diese Maßnahme werden Druckspitzen in den äußeren Bereichen der Innenwand vermieden. Der belastete Kolbenbolzen liegt entlang der gesamten Mantellinie in der Bohrung an, welche im Bereich der Kontaktfläche entsprechend der Biegelinie des Bolzen ausgebildet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Pleuelstange zu schaffen, bei der der Verschleiß im Bereich des Pleuelauges durch eine verbesserte Ölversorgung weiter reduziert ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Honoperationen vorgesehen, wobei durch eine erste Honoperation eine in axialer Richtung der Bohrung des kleinen Pleuelauges gesehen konvexe Form der Mantellinie erzeugt wird und in einer zweiten Honoperation ein zylindrischer Abschnitt der Mantellinie gefertigt wird. Alternativ hierzu oder auch zusätzlich kann die Bohrung des kleinen Pleuelauges eine ovale Querschnittsform aufweisen, die während der Honoperation erzeugt wird.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird es als vorteilhaft angesehen, dass die erste Honoperation mit einem Honwerkzeug durchgeführt wird, das Honleisten besitzt, deren Länge erheblich länger ist als zwei Drittel der axialen Länge der Bohrung. Für diese erste Honoperation können Honleisten mit einer Länge von ca. 30 mm bis 40 mm eingesetzt werden. Die zweite Honoperation wird vorzugsweise mit einem Werkzeug durchgeführt, das Honleisten besitzt, deren Länge erheblich kürzer ist als zwei Drittel der axialen Länge der Bohrung, wobei diese Honleisten beispielsweise eine Länge von 6 mm bis 8 mm aufweisen können. Weiter ist es von Vorteil, dass an der höheren Seite des Tapezes die sich an den zylindrischen Abschnitt anschließenden balligen Abschnitte der Mantellinie mit einer Vorweite von 12 μm gehont werden.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird es als zweckmäßig angesehen, dass während der ersten und der zweiten Honoperation das Pleuelauge verspannt ist und in Längsrichtung der Pleuelstange eine derartige Kraft auf das Pleuelauge wirkt, dass in der Bohrung an den Bereichen der Längsachse lokal ein höhere Materialabtrag erfolgt und nach Beendigung der zweiten Honoperation das Pleuelauge durch elastische Rückverformung eine Öffnung mit ovaler Form bildet. Beim Längsverspannen bleibt die Bewegung in der Ebene zum achsgleichen Ausrichten der Bohrung zum Werkzeug erhalten.

Für die Bearbeitung von Bohrungen des kleinen Pleuelauges, die oval ausgebildet sind, kann es zweckmäßig sein, zumindest die zweite und ggf. weitere Honoperationen mittels eines Unrundwerkzeugs durchzuführen, dessen Honleisten von einem hydraulischen Aufweitdruck beaufschlagbar sind.

In zweckmäßiger Ausgestaltung des Pleuels ist im Bereich des Pleuelauges das Ende der Pleuelstange trapezförmig ausgebildet, das heißt, in diesem Bereich ist der Querschnitt trapezförmig, wobei der Abschnitt mit zylindrischer Form sich mindestens annähernd über die Bohrungslänge auf der Schmalseite des Trapezes erstreckt. Somit sind ballige Abschnitte der Mantellinie im wesentlichen auf der gegenüberliegenden Seite der Innenwand vorhanden, das heißt dort, wo das Trapez seine höhere Seite besitzt. Als bevorzugte Ausführung wird angesehen, dass die Länge der Mantellinie auf der höheren Seite des Trapezes etwa 25 mm und auf der Schmalseite etwa 10 mm beträgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine Draufsicht auf eine Pleuelstange mit verspanntem kleinen Pleuelauge auf schwimmender Aufspannplatte,
2 eine Pleuelstange mit trapezförmigem Ende der Pleuelstange am kleinen Pleuelauge im Längsschnitt,
3 eine schematische Darstellung der Ausführung der ersten Honoperation,
4 eine schematische Darstellung der Ausführung der zweiten Honoperation,
5 eine Prinzipdarstellung eines Honwerkzeugs zur Berarbeitung einer zu bearbeitenden ovalen Bohrung.
In 1 ist die Draufsicht auf eine Pleuelstange 1 gezeigt, die auf einer Trägerplatte 2, die als schwimmende Aufspannplatte gestaltet ist, zum Zwecke der Endbearbeitung befestigt ist. Die Pleuelstange 1 besitzt an einem Ende ein großes Pleuelauge 3 und an dem anderen Ende ein kleines Pleuelauge 4 mit einer Bohrung 5. Das kleine Pleuelauge 4 liegt an einem Spannblock 7 an, der mit einer Druckkraft in Richtung des Pfeiles F beaufschlagbar ist. In die Bohrung des großen Pleuelauges 3 greift ein Indexierbolzen 6, so dass die Pleuelstange 1 dort auch in deren Längsrichtung L fixiert ist. Der Spannblock 7 hat an der dem kleinen Pleuelauge 4 zugewandten Seite eine prismatische Ausnehmung zum seitlichen Halten des Peuelauges 4. Die Druckkraft wird während der Honbearbeitung des kleinen Pleuelauges 4 in den Spannblock 7 eingeleitet, so dass sich eine Verformung des kleinen Pleuelauges 4 ergibt.
Die 2 zeigt die Pleuelstange 1 auf der Trägerplatte 2 während der Bearbeitung des kleinen Pleuelauges 4 mit einem Honwerkzeug 10. Das Honwerkzeug 10 umfasst mehrere Honsteine 11 und ist an der Unterseite der Trägerplatte 2 in einem an sich bekannten Führungselement geführt. Wie aus 2 ersichtlich ist, besitzt das kleine Pleuelauge 4 die Form eines Trapezes, wobei das kleine Pleuelauge 4 gemäß 1 in der prismatischen Ausnehmung gehalten und durch den Indexierbolzen 6 sowie den Spannblock 7 verspannt ist und auf den Spannblock 7 die Druckkraft in Richtung des Pfeiles F wirkt. Da die Honbearbeitung während der Druckbeaufschlagung des kleinen Pleuelauges 4 in Längsrichtung L der Pleuelstange 1 erfolgt, ergibt sich lokal ein größerer Materialabtrag in den in 1 gezeigten Bereichen A, B der Bohrung 5, die der Längsrichtung L der Pleuelstange 1 entsprechen. Nach Beendigung der Honbearbeitung wird der Spannblock 7 nicht länger mit einer Kraft beaufschlagt, so dass der Indexierbolzen 6 gelöst und die Pleuelstange 1 von der Trägerplatte 2 abgenommen werden kann. Da keine Druckkraft mehr auf das kleine Pleuelauge 4 wirkt, erfolgt eine elastische Rückstellung des kleinen Pleuelauges 4, wodurch die Bohrung 5 in dem kleinen Pleuelauge 4 eine ovale Form annimmt.
Zur Erzeugung der Kontur des Innenwandung des kleinen Pleuelauges 4 wird zunächst eine erste Honoperation mit langen Honleisten 8 durchgeführt, wie dies in 3 dargestellt ist. Das trapezförmige kleine Pleuelauge 4 hat an seiner höheren Seite eine Höhe h₁, die in etwa auch der Bohrungslänge der Bohrung 5 entspricht. Auf der niederen Seite der Trapezform des kleinen Pleuelauges 4 entspricht die Bohrungslänge etwa der Höhe h₂. In einem konkreten Ausführungsbeispiel wird als zweckmäßig angesehen, dass bei einer Höhe h₁ die erste Honoperation mit einem Honwerkzeug ausgeführt wird, dessen Länge l₁ der Honleisten 8 ca. 30 mm bis 40 mm beträgt. Damit sind die Honleisten 8 wesentlich länger als zwei Drittel der Länge der Bohrung 5 und auf diese Weise werden die balligen Innenwände 12, 13 erzeugt.
Die 4 zeigt die Durchführung der zweiten Honoperation unter Verwendung kurzer Honleisten 9, deren Länge l₂ wesentlich geringer ist als zwei Drittel der Länge der Bohrung 5 und im konkreten Beispiel ca. 6 mm bis 8 mm beträgt. Durch diese zweite Honoperation wird ein mittlerer zylindrischer Abschnitt 15 erzeugt, wobei dieser zylindrische Abschnitt 15 der Höhe h₂ der niederen Seite der Trapezform des kleinen Pleuelauges 4 entspricht. Auf der höheren Seite der Trapezform schließt sich jeweils an den zylindrischen Abschnitt 15 an balliger Abschnitt 14 an.
Die 5 zeigt die Bearbeitung einer ovalen Öffnung 20 in einem Pleuelauge, das heißt die ovale Form ist bereits vor der zweiten oder folgenden Honbearbeitung gebildet worden. Um bei der Honbearbeitung einen gleichmäßigen Abtrag über den gesamten Umfang der Innenwandung zu erreichen, ist es erforderlich, dass an allen Stellen des Umfangs, die gleiche Druckkraft wirkt. Hierzu dient ein Unrundwerkzeug, das aus einem Werkzeugträger 19 besteht, in dem beispielsweise vier Honleisten 16 mit Honsteinen 17 angeordnet sind, wobei alle Honleisten 16 über ein gemeinsames Drucksystem 18 in Wechselwirkung stehen. Dieses Drucksystem 18 sorgt dafür, dass bei jedem Drehwinkel des Werkzeugträgers 19 gegenüber der ovalen Öffnung 20 stets dieselbe Druckkraft auf alle Honleisten 16 bzw. Honsteine 17 wirkt und damit die Beibehaltung der ovalen Form nach dem Honvorgang gewährleistet ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange (1) mit einem kleinen Pleuelauge (4) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens, insbesondere einer Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine erste Honoperation eine in axialer Richtung der Bohrung (5) des kleinen Pleuelauges (4) gesehen konvexe Form der Mantellinie erzeugt wird und in einer zweiten Honoperation ein zylindrischer Abschnitt (15) der Mantellinie gefertigt wird und/oder dass eine ovale Querschnittsform der Bohrung (5) während der Honoperation erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Honoperation mit einem Honwerkzeug durchgeführt wird, das Honleisten (8) besitzt, deren Länge (l₁) erheblich länger ist als zwei Drittel der axialen Länge der Bohrung (5).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Honoperation mit einem Werkzeug durchgeführt wird, das Honleisten (9) besitzt, deren Länge (l₂) erheblich kürzer ist als zwei Drittel der axialen Länge der Bohrung (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten und der zweiten Honoperation das kleine Pleuelauge (4) eingespannt ist und in Längsrichtung (L) der Pleuelstange (1) eine derartige Kraft auf das kleine Pleuelauge (4) wirkt, dass in der Bohrung (5) an den Bereichen (A, B) der Längsachse lokal ein höherer Materialabtrag erfolgt und nach Beendigung der zweiten Honoperation das kleine Pleuelauge (4) durch elastische Rückverformung eine Öffnung mit ovaler Form bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kleine Pleuelauge (4) durch die erste Honoperation als ovale Öffnung (20) ausgestaltet wird und danach die zweite oder weitere Honoperationen erfolgen, wobei zumindest die zweite Honoperation mittels eines Unrundwerkzeugs durchgeführt wird, dessen Honleisten (16) von einem hydraulischen Aufweitdruck beaufschlagbar sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Honoperation Honleisten (8) mit einer Länge von ca. 30 mm bis 40 mm benutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die zweite Honoperation Honleisten (9) mit einer Länge von ca. 6 mm bis 8 mm benutzt werden und mit kurzem Hub gehont wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Pleuelstange (1) mit dem kleinen Pleuelauge (4) mit einem trapezförmigen Querschnitt versehen wird und an der höheren Seite des Trapezes die sich an den zylindrischen Abschnitt (15) anschließenden balligen Abschnitte (14) der Mantellinie mit einer Vorweite von 12 μm gehont werden.