DE112016001755T5

DE112016001755T5 - Pleuelstange und deren herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112016001755T5
Application number: DE112016001755.3T
Authority: DE
Inventors: Hideki Matsuda; Yasuyuki Iwasaki; Hiroshi Hayashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2018-01-18
Also published as: US10161439B2; JP6387456B2; CN107532636B; CN107532636A; WO2016166932A1; JPWO2016166932A1; US20180087562A1

Abstract

Die Erfindung sieht eine Pleuelstange vor, die ohne Kostenerhöhung hergestellt werden kann und mit einem wirksam verstärkten Stangenabschnitt versehen ist. Der Stangenabschnitt umfasst ein Paar von in Querschnittsansicht parallel zueinander verlaufenden Rippen (21) sowie einen zwischen im Wesentlichen senkrecht mittigen Teilen der Rippen verbundenen Steg (22). Jede Rippe weist einen in Querschnittsansicht in einem senkrecht mittigen Teil derselben befindlichen Rippenwurzelabschnitt (23) sowie ein Paar von an beiden senkrechten Enden derselben befindlichen Rippenspitzenabschnitten (24) auf, und jeder Rippenspitzenabschnitt hat eine um 40 HV oder mehr größere Härte als der Steg und der Rippenwurzelabschnitt hat eine um 30 HV oder mehr größere Härte als der Steg.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pleuelstange, die einen Kolben mit einer Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor verbindet, und insbesondere eine Pleuelstange mit einem lokal verstärkten Stangenabschnitt, der ein unteres Pleuelende mit einem oberen Pleuelende verbindet, sowie ein Herstellungsverfahren derselben.
STAND DER TECHNIK
Als ein Herstellungsverfahren zur wirksamen Erhöhung der Festigkeit des Stangenabschnittes einer Pleuelstange ist die Durchführung eines Warmschmiedeschrittes zum Warmschmieden des Stangenabschnittes, der einen aus einem Plattenstreifen bestehenden Steg und zwei aus jeder Seitenkante des Steges vorstehende Rippen (zur Bildung eines H-förmigen Querschnittes) aufweist, eines Kaltschmiedeschrittes unter Einsatz einer offenen Gesenkanordnung, die beide Seitenkanten des Steges freilegt, während sie den übrigen Teil des Steges und die Rippen zum Kaltschmieden des Stangenabschnittes umschließt, während ein Grat von jedem offenen Seitenende der offenen Gesenkanordnung vorstehen kann, bis die Querschnittsfläche des Stangenabschnittes um 10 bis 30% verringert wird, und eines Schrittes zur Entfernung des Grates bekannt. (Patentdokument 1)
Es ist außerdem bekannt, ein Kaltschmieden des Stangenabschnittes ohne die Erzeugung eines Grates auf dem Stangenabschnitt durchzuführen. Die freien Enden jeder Rippe erhalten eine relativ große Dicke und werden kaltverfestigt, so dass das Flächenträgheitsmoment des Stangenabschnittes erhöht werden kann und die Knickfestigkeit des Stangenabschnittes erhöht werden kann. Siehe Patentdokument 2. Bei diesem Verfahren weist die Gesenkanordnung eine obere Gesenkanordnung bestehend aus einer oberen Stangengesenkanordnung und eine untere Gesenkanordnung bestehend aus einer unteren Stangengesenkanordnung auf. Die Gesenkanordnung umfasst weiterhin ein Paar seitlicher Gesenkanordnungen, eine Gesenkanordnung für das obere Pleuelende und eine Gesenkanordnung für das untere Pleuelende. Dank einer Führungswirkung, die durch eine an den Außenflächen der seitlichen Gesenkanordnungen und der Pleuelendgesenkanordnungen gebildete, außen verjüngte Fläche und eine an der Gesenkanordnung der oberen Stange gebildete, innen verjüngte Fläche vorgesehen ist, werden während des Kaltschmiedeschrittes die seitlichen Gesenkanordnungen und die Pleuelendgesenkanordnungen synchron mit der Abwärtsbewegung der Gesenkanordnung der oberen Stange derart nach innen bewegt, dass der Stangenabschnitt von vier Seiten oder sowohl vertikal wie auch lateral gepresst wird.
Als ein Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange mit einer ausgezeichneten Knickfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit ist es bekannt, kohlenstoffarmes Borstahlmaterial durch Warmschmieden in die Form einer Pleuelstange zu bringen, die geschmiedete Pleuelstange abzuschrecken, die abgeschreckte Pleuelstange mit einer ebenen Schmiedegesenkanordnung derart kalt zu schmieden, dass die Rippen um mehr als 0,2 mm in der Höhenrichtung plastisch verformt werden und durch Pressen in der vertikalen Richtung kaltverfestigt werden, und die kaltgeschmiedete Pleuelstange einem Kugelstrahlen zu unterziehen, so dass die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden kann. (Patentdokument 3).
STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT(E)

Patentdokument 1: JP2005-014079A
Patentdokument 2: JP5268715B
Patentdokument 3: JPH09-196044A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
Nach dem Verfahren zur Herstellung der in Patentdokument 1 beschriebenen Pleuelstange muss zur Erhöhung der Festigkeit des gesamten Stangenabschnittes jedoch eine Drucklast auf die gesamte Oberfläche des Stangenabschnittes mit Ausnahme der offenen Seiten aufgebracht werden, so dass eine hohe Schmiedelast erforderlich ist. Daher wird die Schmiedeausrüstung groß ausgeführt und die Herstellungskosten steigen. Im Falle des in Patentdokument 2 beschriebenen Verfahrens ist ebenfalls eine große Schmiedelast erforderlich, um die Festigkeit des gesamten Stangenabschnittes zu erhöhen, und der Gesenkaufbau wird komplex. Damit steigen die Herstellungskosten an.
Im Falle des Verfahrens zur Herstellung einer in Patentdokument 3 beschriebenen Pleuelstange kann ferner keine ausreichende Knickfestigkeit für den Stangenabschnitt erzielt werden, da nur die äußeren Endabschnitte jeder Rippe kaltverfestigt werden und die Härte des Wurzelabschnittes der Rippe eingeschränkt ist.
Angesichts derartiger Probleme im Stand der Technik besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Pleuelstange, welche ohne Erhöhung der Kosten hergestellt werden kann und mit einem wirksam verstärkten Stangenabschnitt versehen ist, sowie ein Herstellungsverfahren derselben bereitzustellen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
Um diese Aufgabe zu lösen, sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Pleuelstange (1) mit einem unteren Pleuelende (2), einem oberen Pleuelende (3) und einem Stangenabschnitt (4), der das untere Pleuelende mit dem oberen Pleuelende verbindet und einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Stangenabschnitt ein Paar von in einer Querschnittsansicht parallel zueinander verlaufenden Rippen (21) aufweist, sowie einem Steg (22) vor, der zwischen im Wesentlichen senkrecht mittigen Teilen der Rippen verbunden ist, und wobei jede Rippe einen Rippenwurzelabschnitt (23), der sich in einer Querschnittsansicht in einem senkrecht mittigen Teil derselben befindet, und ein Paar von Rippenspitzenabschnitten (24) aufweist, die sich an deren beiden senkrechten Enden befinden, und jeder Rippenspitzenabschnitt eine um mindestens 40 HV größere Härte als der Steg aufweist und der Rippenwurzelabschnitt eine um mindestens 30 HV größere Härte als der Steg aufweist.
Hier bezieht sich der Rippenspitzenabschnitt auf einen Abschnitt, der ein Viertel der Höhe der Rippe von jedem Spitzenende an jeder der Rippen einnimmt, und der Rippenwurzelabschnitt bezieht sich auf einen Abschnitt, der die Rippenspitzenabschnitte nicht umfasst und eine Hälfte der Gesamthöhe der Rippe in einem senkrecht mittigen Teil der Rippe einnimmt. Weiterhin wird die jeweilige Vickers Härte (HV) des Steges, der Rippenspitzenabschnitte und der Rippenwurzelabschnitte auf einer Querschnittsfläche, die entlang einer zur axialen Linie des Stangenabschnittes senkrechten Ebene geschnitten ist, im Vergleich zu dessen Außenfläche gemessen.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird jeder Rippenspitzenabschnitt mit dem größten Beitrag zur Erhöhung der Knickfestigkeit um mindestens 40 HV härter als der Steg ausgeführt und wird der Rippenwurzelabschnitt mit einem sekundären Beitrag zur Erhöhung der Knickfestigkeit um mindestens 30 HV härter als der Steg ausgeführt, so dass die Festigkeit des Stangenabschnittes wirksam erhöht ist. Außerdem kann, da vorzugsweise nur die Härte der Rippenspitzenabschnitte erhöht werden muss, die Pleuelstange ohne die Notwendigkeit einer hohen Schmiedelast oder ohne den Einsatz einer besonderen Gesenkanordnung hergestellt werden.
Unter diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Härte der Rippenspitzenabschnitte vorzugsweise höher als die Härte des Rippenwurzelabschnittes.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Rippenspitzenabschnitte mit dem größten Beitrag zur Erhöhung der Knickfestigkeit härter ausgeführt als der Steg, so dass die Festigkeit des Stangenabschnittes wirksam erhöht ist. Außerdem kann, da vorzugsweise nur die Härte der Rippenspitzenabschnitte erhöht werden muss, die Pleuelstange ohne die Notwendigkeit einer hohen Schmiedelast oder ohne den Einsatz einer besonderen Gesenkanordnung hergestellt werden.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, liefert ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange mit einem unteren Pleuelende, einem oberen Pleuelende sowie einem Stangenabschnitt, der das untere Pleuelende mit dem oberen Pleuelende verbindet und einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Stangenabschnitt ein Rippenpaar, das in einer Querschnittsansicht parallel zueinander verläuft, und einem zwischen im Wesentlichen senkrecht mittigen Teilen der Rippen verbundenen Steg, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: einen ersten Schritt des Warmschmiedens von Stahlmaterial zu einem Zwischenwerkstück sowie des Luftkühlens des Zwischenwerkstücks; und einen zweiten Schritt des Schmiedens des abgekühlten Zwischenwerkstücks, indem dieses zwischen eine obere Gesenkanordnung und eine untere Gesenkanordnung derart eingespannt wird, dass der in Querschnittsansicht jeweils an dem senkrechten Endabschnitt jeder Rippe befindliche Rippenspitzenabschnitt eine um mindestens 40 HV größere Härte als der Steg aufweist, und der in Querschnittsansicht an einem senkrecht mittigen Abschnitt jeder Rippe befindliche Rippenwurzelabschnitt eine um mindestens 30 HV größere Härte als der Steg aufweist.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Pleuelstange mit einem wirksam verstärkten Stangenabschnitt einfach durch Schmieden des Zwischenwerkstücks hergestellt werden, indem nur die obere Gesenkanordnung und die untere Gesenkanordnung ohne eine komplexere Ausführung der Gesenkanordnung eingesetzt werden. Außerdem kann, da vorzugsweise nur die Härte der Rippenspitzenabschnitte erhöht werden muss, die Pleuelstange ohne die Notwendigkeit einer hohen Schmiedelast hergestellt werden.
Unter diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Zwischenwerkstück in dem zweiten Schritt kaltgeschmiedet werden.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, viele Versetzungen in die Metallstruktur des Stangenabschnittes im zweiten Schritt derart einzubringen, dass die Festigkeit des Stangenabschnittes durch Versetzungshärtung erhöht werden kann.
Weiterhin kann unter dem vorstehend genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Zwischenwerkstück durch den Einsatz der oberen Gesenkanordnung und der unteren Gesenkanordnung kaltgeschmiedet werden, wobei diese derart ausgeführt sind, dass sie eine Höhe jeder Rippe verringern, eine Dicke jeder Rippe erhöhen, einen Abstand zwischen den beiden Rippen vergrößern und eine Breite des Stangenabschnittes erhöhen.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Rippenspitzenabschnitte und die Rippenwurzelabschnitte durch einen Schmiedeschritt unter Einsatz einer relativ geringen Schmiedelast härter als den Steg auszuführen.
Weiterhin ist unter dem vorstehend genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung die in dem zweiten Schritt verwendete untere Gesenkanordnung mit einem Paar von Seitenwänden versehen, welche nach oben über senkrecht mittige Punkte der entsprechenden Rippen derart vorstehen, dass die senkrecht mittigen Abschnitte der Rippen von außen durch die Seitenwände der unteren Gesenkanordnung begrenzt sind, wenn die Rippen einer Schmiedelast ausgesetzt werden, und sind die in dem zweiten Schritt eingesetzte untere Gesenkanordnung und obere Gesenkanordnung derart ausgeführt, dass sie einen Spalt zwischen einer Innenfläche der unteren Gesenkanordnung und einer Außenfläche eines unteren Teils jeder Rippe und einen Spalt zwischen einer Innenfläche der oberen Gesenkanordnung und einer Außenfläche eines oberen Teils jeder Rippe erzeugen, wenn die Rippen der Schmiedelast ausgesetzt werden.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Schmieden als halbgeschlossenes Stauchschmieden durchgeführt werden, das eine relativ geringe Schmiedelast benötigt und im Wesentlichen keinen Grat erzeugt. Dadurch kann die Anzahl der Herstellungsschritte reduziert werden und es kann eine relativ kleine Schmiedeausrüstung verwendet werden, so dass die Herstellungskosten der Pleuelstange verringert werden können.
Weiterhin kann unter dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung das Verfahren ferner einen dritten Schritt des Erhitzens der Pleuelstange und daraufhin des Ausglühens der Pleuelstange durch Luftkühlung im Anschluss an den zweiten Schritt umfassen.
Gemäß dieser Ausführungsform werden durch das Schmieden eingebrachte Versetzungen derart festgelegt, dass der Stangenabschnitt stabil kaltverfestigt werden kann.
AUSWIRKUNG DER ERFINDUNG
Wie vorstehend erläutert, stellt die vorliegende Erfindung eine Pleuelstange, die ohne Erhöhung der Kosten hergestellt werden kann und mit einem wirksam verstärkten Stangenabschnitt versehen ist, sowie ein Herstellungsverfahren derselben bereit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Vorderansicht einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Pleuelstange;
2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 1;
3 zeigt ein Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der in 1 dargestellten Pleuelstange veranschaulicht;
4A zeigt eine Schnittansicht der Pleuelstange vor dem Kaltschmieden;
4B zeigt eine Schnittansicht der Pleuelstange nach dem Kaltschmieden; und
5 zeigt eine Ansicht, die die Definition verschiedener Abmessungen des Stangenabschnittes der Pleuelstange darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, weist die Pleuelstange 1 ein mit einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Kurbelwelle gekoppeltes unteres Pleuelende 2, ein mit einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Kolben gekoppeltes oberes Pleuelende 3 und einen zwischen dem unteren Pleuelende 2 und dem oberen Pleuelende 3 verbundenen Stangenabschnitt 4 auf. Das untere Pleuelende 2 bildet ein ringförmiges Lager, das einen Kurbelzapfen der Kurbelwelle umgibt, und definiert eine Kurbelzapfenbohrung 2a mit einem kreisförmigen Querschnitt. Das obere Pleuelende 3 bildet ein ringförmiges Lager, das einen Kolbenbolzen umgibt, und definiert eine Kolbenbolzenbohrung 3a mit einem kreisförmigen Querschnitt. Das untere Pleuelende 2 und das obere Pleuelende 3 sind jeweils mit axialen Linien 2X und 3X versehen, welche zueinander parallel sind. Die Pleuelstange 1 umfasst einen Pleuelstangenhauptteil 5, der von dem oberen Pleuelende 3, dem Stangenabschnitt 4 und einer Hälfte des unteren Pleuelendes 2 gebildet ist, sowie eine Kappe 7, die als verbleibende Hälfte des unteren Pleuelendes 2 an der Hälfte des unteren Pleuelendes 2 auf der Seite des Pleuelstangenhauptteils 5 über ein Paar Gewindebolzen 6 befestigt ist.
2 zeigt einen Querschnitt eines Zwischenteils des Stangenabschnittes 4 bezüglich der Längsrichtung. Wie ebenfalls in 2 dargestellt, besteht der Stangenabschnitt 4 aus einem Säulenabschnitt, der sich entlang einer ersten gedachten Ebene 11 erstreckt, welche durch die Mitte des unteren Pleuelendes 2 (den Mittelpunkt der axialen Linie 2X) und die Mitte des oberen Pleuelendes 3 (den Mittelpunkt der axialen Linie 3X) und orthogonal zu den axialen Linien 2X und 3X verläuft. Der Stangenabschnitt 4 ist versehen mit einer vorgeschriebenen Breite W, gemessen entlang der ersten gedachten Ebene 11, und einer vorgeschriebenen Höhe H (oder der Höhe H der Rippen 21, wie nachstehend beschrieben), gemessen entlang einer zweiten gedachten Ebene 12, welche als eine die axialen Linien 2X und 3X des unteren Pleuelendes 2 bzw. des oberen Pleuelendes 3 enthaltende Ebene definiert ist, um nicht unter der Drucklast des Verbrennungstaktes zu knicken. Die Breite W des Stangenabschnittes 4 ist in einem länglichen Zwischenstück des Stangenabschnittes 4 im Wesentlichen konstant und nimmt zu dem unteren Pleuelende 2 und dem oberen Pleuelende 3 hin in der Nähe des unteren Endes 2 bzw. des oberen Endes 3 fortschreitend ab. Die Dicke (H) des Stangenabschnittes 4 ist im Wesentlichen gleich der Dicke des unteren Pleuelendes 2 und des oberen Pleuelendes 3 und ist über die gesamte Länge in der Längsrichtung des Stangenabschnittes 4 im Wesentlichen konstant. Um das Gewicht der Pleuelstange 1 zu reduzieren, ist weiterhin die Dicke eines seitlichen Zwischenteils des Stangenabschnittes 4 derart verringert, dass dieses einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt aufweist.
In der folgenden Offenbarung sind die verschiedenen Richtungen in Bezug auf den Papierbogen der 2 definiert. Der Stangenabschnitt 4 ist bezüglich der ersten gedachten Ebene 11 und bezüglich der zweiten gedachten Ebene 12 im Wesentlichen symmetrisch. Der Stangenabschnitt 4 weist ein Paar zueinander paralleler Rippen 21, die sich parallel zu der zweiten gedachten Ebene 12 entlang jedes Seitenendes derselben erstrecken, sowie einen zwischen den vertikal mittigen Teilen der Rippen 21 verbundenen und entlang der ersten gedachten Ebene 11 verlaufenden Steg 22 auf. Folglich ist der Stangenabschnitt 4 mit einem im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt versehen.
Die Dicke jeder Rippe 21 ist in einem senkrechten Zwischenteil derselben am größten (wobei die Dicke entlang der seitlichen Richtung gemessen wird) und nimmt fortschreitend in Richtung des oberen Endes und des unteren Endes ab. Beide Ecken jeder Spitze (des jeweils oberen und unteren Endes) der Rippe 21 sind durch gebogene Flächen definiert. Die Innenflächen 21i der Rippen 21 sind durch geneigte Flächen definiert, welche sich nach innen in Richtung des senkrecht mittigen Teils des Stangenabschnittes 4 neigen. Die senkrechten Zwischenteile der Außenflächen 21o der Rippen 21 sind durch senkrechte Flächen 21v definiert, welche im Wesentlichen orthogonal zu der ersten gedachten Ebene 11 verlaufen. Die Dicke der Rippen 21 ist über die gesamte Länge des Stangenabschnittes 4 im Wesentlichen konstant (siehe 1). Wie zuvor erwähnt, ist die Höhe H der Rippen 21 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Stangenabschnittes 4 konstant, da der Stangenabschnitt 4 mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke ausgeführt ist.
Die obere Fläche und die untere Fläche des Steges 22 sind durch zueinander parallele ebene Flächen 22f in einem breitenmäßigen Zwischenstück desselben und durch gebogene Flächen 22c definiert, welche mit den Innenflächen 21i der Rippen 21 in breitenmäßigen Endteilen derselben glatt verbunden sind. Mit anderen Worten weist der Steg 22 eine gleichbleibende Dicke T in dem breitenmäßigen Zwischenteil desselben und eine fortschreitend größere Dicke in Richtung der linken und rechten Rippen 21 auf. Der Steg 22 und die Rippen 21 sind über gebogene Flächen 22c miteinander verbunden, und es bestehen keine klaren Grenzen zwischen dem Steg 22 und den Rippen 21; allerdings werden in dieser Offenbarung zur besseren Beschreibung die durch den Verlauf der Innenflächen 21i der Rippen 21 zu der ersten gedachten Ebene 11 definierten, geneigten Flächen als die Grenzen zwischen dem Steg 22 und den Rippen 21 bezeichnet.
Weiterhin wird ein Teil jeder Rippe 21, der sich in deren senkrechtem Zwischenteil befindet, mit welchem der Steg 22 verbunden ist, als Rippenwurzelabschnitt 23 bezeichnet, und Teile, die sich in beiden senkrecht äußeren Enden (oberem Ende und unterem Ende) in senkrechter Richtung befinden, werden als Rippenspitzenabschnitte 24 bezeichnet. In dieser Offenbarung wird der Rippenspitzenabschnitt 24 an dem jeweiligen Ende jeder Rippe 21 als ein Abschnitt bezeichnet, der ein Viertel der Höhe H der Rippe 21, gemessen ab dem entsprechenden Spitzenende, einnimmt, und wird der Rippenwurzelabschnitt 23 jeder Rippe 21 als ein Abschnitt bezeichnet, der den übrigen Teil der Rippe 21 einnimmt oder eine Hälfte der Höhe H der Rippe 21, gemessen in dem senkrecht mittigen Teil der Rippe 21, einnimmt.
Der mit dieser geometrischen Ausgestaltung versehene Stangenabschnitt 4 liegt mit unterschiedlichen Härtewerten (HV: Vickers Härte) für unterschiedliche Teile desselben vor. Insbesondere ist die Härte der Rippenspitzenabschnitte 24 um mindestens 40 HV größer als die Härte des Steges 22. Die Härte der Rippenwurzelabschnitte 23 ist um mindestens 30 HV größer als die Härte des Steges 22. Ferner ist die Härte der Rippenspitzenabschnitte 24 größer als die Härte der Rippenwurzelabschnitte 23.
Die jeweilige Härte des Steges 22, der Rippenspitzenabschnitte 24 und der Rippenwurzelabschnitte 23 wird auf einer entlang einer Ebene (der in 2 gezeigten Ebene) senkrecht zu der axialen Linie des Stangenabschnittes 4 geschnittenen Querschnittsfläche im Vergleich zu dessen Außenfläche gemessen. Insbesondere wird die Härte des Steges 22 in der Mitte des Steges 22 oder am Schnittpunkt zwischen der ersten gedachten Ebene 11 und der zweiten gedachten Ebene 12 gemessen, wie durch den fettgedruckten Punkt in 2 angedeutet. Die Härte jedes Rippenspitzenabschnittes 24 wird an dem breitenmäßigen Mittelpunkt in einem Abstand von 1,5 mm von der Spitzenendfläche des Rippenspitzenabschnittes 24 gemessen. Die Härte jedes Rippenwurzelabschnittes 23 wird an dem breitenmäßigen Mittelpunkt in einem Abstand eines Sechstels der Höhe H der Rippe 21 von der ersten gedachten Ebene 11 gemessen. Die Härte wird nach dem in JIS Z 2244 vorgegebenen Vickers-Härteprüfungsverfahren gemessen.
Die Härte der Rippenspitzenabschnitte 24 und die Härte der Rippenwurzelabschnitte 23 wird jeweils an vier Punkten gemessen, die vier gemessenen Werte sind jedoch normalerweise im Wesentlich identisch miteinander. Daher wird nur einer dieser gemessenen Werte als repräsentativer Wert genannt. Die vorliegende Erfindung setzt voraus, dass mindestens eine dieser Zahlen eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Es ist beispielsweise ausreichend, wenn der höchste der gemessenen Härtewerte der Rippenspitzenabschnitte 24 um mindestens 40 HV größer als die Härte des Steges 22 ist und größer als der niedrigste der vier gemessenen Härtewerte der Rippenwurzelabschnitte 23 ist.
Es ist bekannt, dass die Knickfestigkeit (Knickspannung) proportional zu der Streckgrenze (Streckspannung) des Materials ist, wie durch die Rankine Formel oder Tetmeyer Formel ausgedrückt. Außerdem haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durch Versuche bestätigt, dass die Streckspannung und die Härte des Materials eine im Wesentlichen proportionale Beziehung aufweisen. Mit anderen Worten ist die Knickfestigkeit im Wesentlichen proportional zur Härte des Materials und die Knickspannung steigt an, wenn sich die Härte des Stangenabschnittes 4 erhöht. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben die Spannungsverteilung des Querschnittes eines Stangenabschnittes 4 mit der vorstehend beschriebenen Ausführung analysiert und herausgefunden, dass die in jedem Rippenspitzenabschnitt 24 erzeugte Spannung ca. das 1,6-Fache der in dem Steg 22 erzeugten Spannung beträgt, und die in dem Rippenwurzelabschnitt 23 erzeugte Spannung ca. das 1,3-Fache der in dem Steg 22 erzeugten Spannung beträgt. Das bedeutet, dass eine Verstärkung der Rippenspitzenabschnitte 24, an welchen die größte Spannung erzeugt wird, für die Erhöhung der Knickfestigkeit des Stangenabschnittes 4 wirksam ist.
Wie vorstehend erläutert, ist in der Pleuelstange 1 der vorliegenden Ausführungsform die Härte der Rippenspitzenabschnitte 24 mit dem größten Beitrag zur Erhöhung der Knickfestigkeit um mindestens 40 HV größer als die Härte des Steges 22, und ist die Härte der Rippenwurzelabschnitte 23 mit dem sekundären Beitrag zur Erhöhung der Knickfestigkeit um mindestens 30 HV größer als die Härte des Steges 22, so dass die Festigkeit des Stangenabschnittes 4 wirksam gegen Ausknicken erhöht ist. Da die Härte der Rippenspitzenabschnitte 24 größer als die Härte der Rippenwurzelabschnitte 23 ist, ist ferner die Festigkeit des Stangenabschnittes 4 wirksam erhöht.
Ein Verfahren zur Herstellung der Pleuelstange 1 mit einer derartigen Ausgestaltung wird nachfolgend beschrieben.
3 zeigt ein Diagramm der Herstellungsbedingungen der Pleuelstange 1, wobei die Abszisse die Zeit darstellt und die Ordinate die Temperatur darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform wurde die Pleuelstange 1 unter Einsatz von V-haltigem, nicht wärmebehandeltem Stahl (0,35 C – 0,7 Si – 0,7 Mn – 0,08 V) als Material für eine Pleuelstange 1 zur Massenproduktion hergestellt. Allerdings ist das Material der Pleuelstange 1 nicht darauf beschränkt, so lange das Material aus Metall wie z. B. Kohlenstoffstahl besteht, der eine Kaltverfestigung aufweist.
Bei der Herstellung der Pleuelstange 1 wird zunächst das vorstehende Material auf eine Lösungstemperatur von 1.230°C erhitzt und wird ein Warmschmieden zur Bildung eines Zwischenwerkstücks 51 (Vorform oder Zwischenprodukt der Pleuelstange 1) durchgeführt und wird das Zwischenwerkstück 51 auf Raumtemperatur luftgekühlt (natürliches Abkühlen). Dieser Schritt erfolgt zur Erzielung einer Versetzungsverstärkung durch Erzeugen einer Ferrit-/Perlit-Mischstruktur, so dass durch Kaltschmieden eine große Anzahl von Versetzungen in die Ferritstruktur eingebracht werden kann, wie nachstehend beschrieben.
Daraufhin wird das Zwischenwerkstück 51 bei Raumtemperatur kaltgeschmiedet, indem eine Gesenkanordnung eingesetzt wird, welche nachstehend beschrieben wird. Aufgrund des Vorliegens der Ferrit-/Perlitstruktur bewirkt das Kaltschmieden eine Erhöhung der Versetzungsdichte in der Perlitstruktur im Verhältnis zu dem Ausmaß an auf das Produkt aufgebrachter Arbeit, so dass auf günstige Weise eine Kaltverfestigung stattfindet und damit die Streckspannung des Produktes erhöht wird.
Die in der vorstehend genannten Ausführung dargelegte kaltgeschmiedete Pleuelstange 1 wird in einem Atmosphärenofen auf die Temperatur von 400°C erhitzt und wird, nachdem sie 15 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten wird, durch Luftkühlung geglüht. Da die durch das Kaltschmieden eingebrachten Versetzungen aufgrund des Vorliegens einer großen Anzahl von beweglichen Versetzungen instabil sind, wird dieser Schritt zum Zwecke der Festlegung der durch das Kaltschmieden eingebrachten Versetzungen durchgeführt. Insbesondere wird durch Erhitzen Kohlenstoff C, der mit Stahl eine interstitielle feste Lösung bildet, in den Stahl diffundiert, so dass die Versetzungen festgelegt werden. Folglich kann die Kaltverfestigung des Stangenabschnittes 4 dauerhaft gemacht werden. Die Glühtemperatur ist nicht auf 400°C beschränkt, sondern beträgt vorzugsweise 200°C bis 600°C, weiter bevorzugt 250°C bis 500°C und höchst bevorzugt 400°C.
Bezugnehmend auf 4 werden nachfolgend das Zwischenwerkstück 51 der Pleuelstange 1 und eine Metallgesenkanordnung 30 beschrieben. 4(A) zeigt die Pleuelstange 1 vor dem Aufbringen der Schmiedelast (vor dem Kaltschmieden), oder das Zwischenwerkstück 51 und die Metallgesenkanordnung 30. 4(B) zeigt die Pleuelstange 1 nach dem Aufbringen der Schmiedelast (nach dem Kaltschmieden) sowie die Metallgesenkanordnung 30. Das Zwischenwerkstück 51 weist eine Form ähnlich der Pleuelstange 1 nach dem Kaltschmieden auf, und jedes Teil wird im Folgenden unter Verwendung gebräuchlicher Bezeichnungen und Bezugszeichen für die verschiedenen Teile der Pleuelstange 1 erläutert.
Wie in 4(A) dargestellt, setzt sich die Gesenkanordnung 30 aus einer unteren Gesenkanordnung 31 und einer oberen Gesenkanordnung 32 zusammen. Die Gesenkanordnung 30 ist zum Kaltschmieden von nur dem Stangenabschnitt 4 des Zwischenwerkstücks 51 ausgeführt. Das untere Pleuelende 2 und das obere Pleuelende 3 werden nicht kaltgeschmiedet, da das Kaltschmieden des unteren Pleuelendes 2 und des oberen Pleuelendes 3 eine Beeinträchtigung der (maschinellen) Bearbeitbarkeit dieser Teile in dem nachfolgenden Arbeitsschritt bewirkt. Auf der oberen Fläche der unteren Gesenkanordnung 31 und der unteren Fläche der oberen Gesenkanordnung 32 sind Vertiefungen entsprechend der Form des Stangenabschnittes 4 der Pleuelstange 1 nach dem Kaltschmieden ausgebildet. Die untere Gesenkanordnung 31 und die obere Gesenkanordnung 32 weisen eine im Wesentlichen symmetrische Form zueinander auf, mit der Ausnahme, dass den senkrechten Flächen 21v der Rippen 21 gegenüberliegende Seitenwände zur Anordnung des Stangenabschnittes 4 dazwischen von jeder Seite vorwiegend in der unteren Gesenkanordnung 31 ausgebildet sind. Anders ausgedrückt ist das Ausmaß des Vorsprunges von Seitenwänden 31s der unteren Gesenkanordnung 31 nach oben größer als das Ausmaß des Vorsprunges der Seitenwände 32s der oberen Gesenkanordnung 32 nach unten. Die senkrechten Flächen 21v und die Seitenwand 31s der unteren Gesenkanordnung 31 können mit Rücksicht auf eine einfachere Entnahme der kaltgeschmiedeten Pleuelstange 1 aus der Gesenkanordnung 30 leicht geneigt sein.
Unter Einsatz dieser Metallgesenkanordnung 30 wird das Zwischenwerkstück 51 auf die untere Gesenkanordnung 31 aufgesetzt und das Zwischenwerkstück 51 wird senkrecht zwischen der unteren Gesenkanordnung 31 und der oberen Gesenkanordnung 32 angeordnet. Das Zwischenwerkstück 51 wird einer vorgegebenen Abwärtslast unterzogen, so dass es in den in 4(B) dargestellten Zustand plastisch verformt wird. Nach Abschluss des Kaltschmiedens, wie in 4(B) dargestellt, sind die oberen Enden der Seitenwand 31s der unteren Gesenkanordnung 31 über den oberen Enden der senkrechten Flächen 21v der Rippen 21 positioniert, und die oberen Enden der Seitenwände 31s der unteren Gesenkanordnung 31 und die Seitenwände 32s der oberen Gesenkanordnung 32 stehen auf beiden Seiten in Kontakt miteinander. Die senkrechten Flächen 21v auf den mittigen Abschnitten der Außenflächen 21o der Rippen 21 stehen in Kontakt mit den gegenüberliegenden Seitenwänden 31s der unteren Gesenkanordnung 31, aber der übrige Teil des Stangenabschnittes 4 steht nicht in Kontakt mit den Seitenwänden 31s und 32s der unteren Gesenkanordnung 31 und der oberen Gesenkanordnung 32. Anders ausgedrückt sind, wenn die Schmiedelast aufgebracht wird, die mittigen Abschnitte (die die senkrechten Flächen 21v definierenden Abschnitte) der Rippen 21 von außen durch die untere Gesenkanordnung 31 derart begrenzt, dass die plastische Verformung der mittigen Abschnitte der Rippen 21 zu jeder Außenseite hin beschränkt ist, die unteren Teile und die oberen Teile der Rippen sich aber ohne Begrenzung von außen plastisch verformen können.
Die untere Gesenkanordnung 31 und die obere Gesenkanordnung 32 sind derart ausgeführt, dass die Rippenhöhe h2 der Pleuelstange 1 nach dem in 4(B) gezeigten Kaltschmieden geringer ist als die Rippenhöhe h1 des in 4(A) gezeigten Zwischenwerkstücks 51, die Rippendicke t2 der Pleuelstange 1 nach dem in 4(B) gezeigten Kaltschmieden größer als die Rippendicke t1 des in 4(A) gezeigten Zwischenwerkstücks 51 ist, der Rippenabstand d2 der Pleuelstange 1 nach dem in 4(B) gezeigten Kaltschmieden größer als der Rippenabstand d1 des Zwischenwerkstücks 51 ist und die Breite W2 des Stangenabschnittes 4 der Pleuelstange 1 nach dem in 4(B) gezeigten Kaltschmieden größer als die Breite W1 des Stangenabschnittes 4 des in 4(A) gezeigten Zwischenwerkstücks 51 ist. Außerdem ist die Dicke T2 des Steges 22 der Pleuelstange 1 nach dem in 4(B) gezeigten Kaltschmieden etwas geringer als die Dicke T1 des Steges 22 des in 4(A) gezeigten Zwischenwerkstücks 51, aber es kann auch im Wesentlichen kein Unterschied vorliegen. Alternativ können die untere Gesenkanordnung 31 und die obere Gesenkanordnung 32 derart ausgeführt sein, dass die Dicke T2 des in 4(B) gezeigten Steges 22 etwas größer als die Dicke T1 des 4(A) gezeigten Steges 22 ist.
Die vorstehend benutzte Definition der verschiedenen Begriffe wird nachfolgend mit Bezug auf 5 erläutert. Da die verschiedenen Begriffe gleichermaßen auf das Zwischenwerkstück 51 und die Pleuelstange 1 nach dem Kaltschmieden anwendbar sind, ist der Stangenabschnitt 4 der Pleuelstange 1 in 5 schematisch dargestellt. Die Rippenhöhe h stellt das Ausmaß des Vorsprungs nach oben und nach unten der Rippen 21 von der entsprechenden Oberfläche des Zwischenabschnittes des Steges 22 dar, der eine gleichbleibende Dicke (oder die Höhe bezüglich der Ausdehnung der Ebene 22f in 2) aufweist. Die Rippendicke t ist die breitenmäßige Abmessung der Rippen 21 auf der Hälfte der Rippenhöhe h. Der Rippenabstand d ist die Entfernung zwischen den gegenüberliegenden Innenflächen der Rippen 21 auf der Hälfte der Rippenhöhe h. Die Breite W des Stangenabschnittes 4 ist die maximale Breite des Stangenabschnittes 4 (entsprechend der in 2 dargestellten Breite W). Die Dicke T des Steges 22 ist die geringste Dicke des Steges 22 (entsprechend der Dicke T des gleichbleibenden, in dem breitenmäßigen Mittelteil des Steges 22 gebildeten Dickenabschnittes, wie in 2 gezeigt).
Durch die Durchführung des Kaltschmiedens an dem Zwischenwerkstück 51 durch den Einsatz der Metallgesenkanordnung 30 in der vorstehend beschriebenen Ausführung kann der Stangenabschnitt 4, der die vorgegebene Härteverteilung zeigt oder die Rippenspitzenabschnitte 24 vorzugsweise gehärtet (bearbeitet) aufweist, durch den Einsatz einer relativ geringen Schmiedelast ausgebildet werden. Da die Metallgesenkanordnung 30 mit der unteren Gesenkanordnung 31 und der oberen Gesenkanordnung 32 eine einfache Ausgestaltung aufweist, können ferner die Herstellungskosten der Metallgesenkanordnung gesenkt werden.
Die in 4(B) gezeigte Dicke T2 des Steges 22 der Pleuelstange 1 nach dem Kaltschmieden ist etwas geringer als die in 4(A) gezeigte Dicke T1 des Steges 22 des Zwischenwerkstücks 51. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass eine Ausdehnung des Steges 22 durch die Schmiedelast, die zur Vergrößerung des Rippenabstandes auf die schrägen Innenflächen 21i der Rippen 21 einwirkt, und nicht durch die unmittelbar auf den Steg 22 einwirkende Schmiedelast bewirkt wird. Die in 4(B) gezeigte Dicke T2 des Steges 22 könnte auch etwas größer als die in 4(A) gezeigte Dicke T1 des Steges 22 sein. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Schmiedelast bewirkt, dass das Material des Stangenabschnittes 4 unter der Schmiedelast in Richtung des Steges 22 fließt. In jedem Fall muss keine Druckschmiedelast auf den Steg 22 aufgebracht werden, wodurch die erforderliche Schmiedelast verringert wird.
Ferner werden durch den Einsatz der unteren Gesenkanordnung 31, die mit den sich nach oben über die senkrecht mittigen Punkte der Rippen 21 hinaus erstreckenden Seitenwänden 31s versehen ist (gemessen nach der Durchführung des in 4(B) gezeigten Kaltschmiedeschrittes), bei Aufbringen einer Schmiedelast während des Kaltschmiedeschrittes die Mittelteile der Rippen 21 von der Außenseite durch die untere Gesenkanordnung 31 begrenzt. Außerdem bleibt bei Aufbringen der Schmiedelast ein Spalt zwischen den Außenflächen 21o der unteren Teile der Rippen 21 und den entsprechenden Teilen der Innenfläche der unteren Gesenkanordnung 31 und bleibt ein Spalt zwischen den Außenflächen 21o der oberen Teile der Rippen 21 und den entsprechenden Teilen der Innenfläche der oberen Gesenkanordnung 32. Somit kann der Kaltschmiedeschritt ohne Erzeugung eines Grates durchgeführt werden. Weiterhin kann das Kaltschmieden als ein halbgeschlossenes Stauchverfahren durchgeführt werden, das eine relativ geringe Schmiedelast benötigt, so dass die Rippenspitzenabschnitte 24 und die Rippenwurzelabschnitte 23 nacheinander in dieser Reihenfolge plastisch verformt werden. Folglich kann die Anzahl an Herstellungsschritten reduziert werden, und es wird verhindert, dass die Schmiedeausrüstung unverhältnismäßig groß wird mit dem Ergebnis, dass die Herstellungskosten der Pleuelstange 1 reduziert werden können.
Die wie vorstehend beschrieben erzielten Vorteile der Pleuelstange 1 nach der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend durch einen Vergleich einiger der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Beispielen aus dem Stand der Technik erläutert.

Die nachstehend dargestellte Tabelle 1 zeigt die Härte verschiedener Teile, die Unterschiede in der Härte zwischen verschiedenen Teilen, die Schmiedelast, die Knickfestigkeit und das Festigkeitsverhältnis für jeden der Stangenabschnitte 4 der Ausführungsformen 1 bis 4 und der Beispiele aus dem Stand der Technik oder der Beispiele 1 bis 3. In allen Ausführungsformen 1 bis 4 und Beispielen 1 bis 3 wurden die Zwischenwerkstücke 51 auf identische Weise und unter Einsatz von identischem Material, wie vorstehend in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, warmgeschmiedet. Die Pleuelstange 1 der Ausführungsformen 1 bis 4 wurde unter Einsatz von ein und derselben Metallgesenkanordnung 30 in der vorstehend erläuterten Weise hergestellt. Die Pleuelstange 1 aus Beispiel 1 wurde gemäß dem in dem Patentdokument 1 offenbarten Verfahren hergestellt und wurde derart kaltgeschmiedet, dass der gesamte Stangenabschnitt 4 verstärkt ist. Die Pleuelstange 1 aus Beispiel 2 wurde nach dem in dem Patentdokument 3 offenbarten Verfahren hergestellt und wurde derart kaltgeschmiedet, dass nur die Rippenspitzenflächen der Schmiedelast ausgesetzt wurden. Die Pleuelstange 1 aus Beispiel 3 wurde nur durch Ausführen des Warmschmiedeschrittes und ohne Durchführung eines Kaltschmiedeschrittes hergestellt. Tabelle 1

	Härte (HV)						Schmiedelast (Tonne)	Knickfestigkeit (MPa)	Festigkeitsverhältn.
	Warmgeschmiedet 51	Steg 22	Rippenwurzel 23	Rippenspitze 24	Unterschied 1 24-22	Unterschied 2 23–22	Schmiedelast (Tonne)	Knickfestigkeit (MPa)	Festigkeitsverhältn.
Ausführungsform 1	260	280	320	350	70	40	200	900	1,38
Ausführungsform 2	260	300	330	360	60	30	240	920	1,42
Ausführungsform 3	260	270	300	330	60	30	180	850	1,31
Ausführungsform 4	260	260	290	300	40	30	180	800	1,23
Beispiel 1	260	360	360	360	0	0	650	920	1.42
Beispiel 2	260	260	280	330	70	20	150	750	1,15
Beispiel 3	260	260	260	260	0	0	-	650	1,00

Da, wie in Tabelle 1 dargestellt, in Beispiel 3 keine Kaltverfestigung durch Kaltschmieden erfolgte, bestand kein Unterschied in der Härte zwischen verschiedenen Teilen, und die Knickfestigkeit betrug 650 Mpa.
Andererseits war in den Ausführungsformen 1 bis 4 die Härte der Rippenspitzenabschnitte 24 um 40 bis 70 HV höher als die Härte des Steges 22, und die Härte der Rippenwurzelabschnitte 23 war um 30 bis 40 HV höher als die Härte des Steges 22. Die Schmiedelasten der Ausführungsformen 1 bis 4 betrugen 180 bis 240 t, und die Knickfestigkeit betrug 800 bis 900 MPa. Das Verhältnis der Knickfestigkeiten der Ausführungsformen 1 bis 4 zu dem aus Beispiel 3 betrug 1,23 bis 1,42.
In Beispiel 2 betrug die Schmiedelast 150 t, was geringer ist als die der Ausführungsformen 1 bis 4, und die Härte der Rippenspitzenabschnitte 24 war um 70 HV größer als die Härte des Steges 22, aber die Härte der Rippenwurzelabschnitte 23 war um lediglich 20 HV größer als die Härte des Steges 22. In Beispiel 2 betrug die Knickfestigkeit 750 MPa, was geringer ist als die der Ausführungsformen 1 bis 4, und das Festigkeitsverhältnis zu Beispiel 3 betrug 1,15. Obwohl es nicht in der Tabelle gezeigt ist, betrug das Erhöhungsverhältnis der Knickfestigkeit pro Tonne Schmiedelast 0,83 MPa/t (= (800 – 650)/180) im Falle der Ausführungsform 4, welches das geringste der Ausführungsformen 1 bis 4 ist, aber im Falle von Beispiel 2 betrug es nur 0,67 MPa/t (= (750 – 650)/150), was geringer als das der Ausführungsformen 1 bis 4 war. Somit wurden die Stangenabschnitte 4 der Ausführungsformen 1 bis 4 wirksamer verstärkt als der Stangenabschnitt 4 aus Beispiel 2.
In Beispiel 1 wurde die Festigkeit des gesamten Stangenabschnittes 4 erhöht, und es gab keinen Unterschied in der Härte zwischen dessen unterschiedlichen Teilen. In Beispiel 1 war die Knickfestigkeit am höchsten (920 MPa wie in Beispiel 2) und das Festigkeitsverhältnis zu Beispiel 3 betrug 1,42, aber es war eine große Schmiedelast von 650 t erforderlich, was weitaus mehr ist als die der Ausführungsformen 1 bis 4. Die Knickfestigkeit aus Beispiel 1 war jedoch ähnlich der aus Beispiel 2, welche die Schmiedelast von nur 240 t benötigte. Mit anderen Worten wurde in den Ausführungsformen 1 bis 4 die Festigkeit des Stangenabschnittes 4 bei einer geringen Schmiedelast im Vergleich zu Beispiel 1 wirksam erhöht.
Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich einer speziellen Ausführungsform beschrieben worden, aber sie ist nicht durch diese Ausführungsform beschränkt und kann ersetzt und abgewandelt werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird, wie mit Bezug auf 3 beschrieben, nach der Ausbildung des Zwischenwerkstücks 51 durch Warmschmieden die Temperatur durch Luftkühlung auf Raumtemperatur abgesenkt, und es wurde bei Raumtemperatur ein Kaltschmieden durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, nach dem Abkühlen der Temperatur auf ca. 400°C durch Luftkühlung ein Warmschmieden durchzuführen. Alternativ kann nach dem Ausbilden des Zwischenwerkstücks 51 durch Warmschmieden das Zwischenwerkstück 51 durch Luftkühlung auf Raumtemperatur abgekühlt werden, um zur Durchführung von Warmschmieden auf 400°C erhitzt zu werden. Daneben ist es möglich, die spezielle Ausgestaltung, Anordnung, Größe, den Winkel, das Material, den Herstellungsprozess, die Temperatur etc. jedes Teils der Pleuelstange 1 in geeigneter Weise zu verändern, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sind verschiedene, in der oben beschriebenen Ausführungsform dargestellte Element nicht unbedingt wesentlich für die vorliegende Erfindung und können in geeigneter Weise wegfallen, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste
BEGRIFFSGLOSSAR

1: Pleuelstange
2: unteres Pleuelende
3: oberes Pleuelende
4: Stangenabschnitt
21: Rippe
22: Steg
23: Rippenwurzelabschnitt
24: Rippenspitzenabschnitt
30: Gesenkanordnung
31: untere Gesenkanordnung
32: obere Gesenkanordnung
32s: Seitenwand
51: Zwischenwerkstück
W: Breite des Stangenabschnittes 4
d: Rippenabstand
h: Rippenhöhe
t: Rippendicke

Claims

Pleuelstange mit einem unteren Pleuelende, einem oberen Pleuelende und einem Stangenabschnitt, der das untere Pleuelende mit dem oberen Pleuelende verbindet und einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Stangenabschnitt ein Paar von in Querschnittsansicht parallel zueinander verlaufenden Rippen sowie einen zwischen im Wesentlichen senkrecht mittigen Teilen der Rippen verbundenen Steg aufweist, und wobei jede Rippe einen Rippenwurzelabschnitt, der sich in Querschnittsansicht in einem senkrecht mittigen Teil derselben befindet, sowie ein Paar von an beiden senkrechten Enden derselben befindlichen Rippenspitzenabschnitten umfasst, und jeder Rippenspitzenabschnitt eine um 40 HV oder mehr größere Härte als der Steg aufweist und der Rippenwurzelabschnitt eine um 30 HV oder mehr größere Härte als der Steg aufweist.
Pleuelstange nach Anspruch 1, wobei die Härte der Rippenspitzenabschnitte vorzugsweise größer als die Härte des Rippenwurzelabschnittes ist.
Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange mit einem unteren Pleuelende, einem oberen Pleuelende und einem Stangenabschnitt, der das untere Pleuelende mit dem oberen Pleuelende verbindet und einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt aufweist, wobei der Stangenabschnitt ein Paar von in Querschnittsansicht parallel zueinander verlaufenden Rippen sowie einen zwischen im Wesentlichen senkrecht mittigen Teilen der Rippen verbundenen Steg umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: einen ersten Schritt des Warmschmiedens von Stahlmaterial zu einem Zwischenwerkstück und des Luftkühlens des Zwischenwerkstücks; sowie einen zweiten Schritt des Schmiedens des abgekühlten Zwischenwerkstücks, indem dieses zwischen einer oberen Gesenkanordnung und einer unteren Gesenkanordnung derart eingespannt wird, dass der in Querschnittsansicht jeweils am senkrechten Endabschnitt jeder Rippe befindliche Rippenspitzenabschnitt eine um 40 HV oder mehr größere Härte als der Steg aufweist und der in Querschnittsansicht jeweils an einem senkrecht mittigen Abschnitt jeder Rippe befindliche Rippenwurzelabschnitt eine um 30 HV oder mehr größere Härte als der Steg aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 3, wobei das Zwischenwerkstück in dem zweiten Schritt kaltgeschmiedet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 4, wobei das Zwischenwerkstück durch den Einsatz der oberen Gesenkanordnung und der unteren Gesenkanordnung kaltgeschmiedet wird, wobei diese zur Verringerung einer Höhe jeder Rippe, zur Erhöhung einer Dicke jeder Rippe, zur Vergrößerung eines Abstandes zwischen den zwei Rippen und zur Vergrößerung einer Breite des Stangenabschnittes ausgeführt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach Anspruch 5, wobei die in dem zweiten Schritt verwendete untere Gesenkanordnung mit einem Paar von nach oben über senkrecht mittige Punkte der jeweiligen Rippen hinaus vorstehenden Seitenwänden derart versehen ist, dass die vertikal mittigen Abschnitte der Rippen von außen durch die Seitenwände der unteren Gesenkanordnung begrenzt werden, wenn die Rippen einer Schmiedelast ausgesetzt sind, und die in dem zweiten Schritt verwendete untere Gesenkanordnung und obere Gesenkanordnung zum Erzeugen eines Spaltes zwischen einer Innenfläche der unteren Gesenkanordnung und einer Außenfläche eines unteren Teils jeder Rippe sowie eines Spaltes zwischen einer Innenfläche der oberen Gesenkanordnung und einer Außenfläche eines oberen Teils jeder Rippe ausgeführt sind, wenn die Rippen der Schmiedelast ausgesetzt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach einem der Ansprüche 3 bis 6, weiterhin mit einem dritten Schritt des Erhitzens der Pleuelstange und danach Vergüten der Pleuelstange durch Luftkühlung im Anschluss an den zweiten Schritt.