DE19733387C2 - Vorrichtung zum Bruchtrennen eines ringförmigen Bauteils - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bruchtrennen eines ringförmigen Bauteiles, wie beispielsweise eines Pleuels, mit einem ortsfesten und einem beweglichen Spreizbacken zum Eingriff in die von dem ringförmigen Bauteil gebildete Bohrung, wobei die Spreizbacken an der Innenfläche der Bohrung lediglich über einen örtlich genau definierten Teilflächen- oder Linienbereich in Eingriff gelangen, und mit einer Spreizeinrichtung zum Auseinanderdrücken der Spreizbacken.

Stand der Technik

Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der EP- 0 396 797 A1 sowie aus der EP-0 661 125 A1 bekannt. Derartige Vorrichtungen dienen dazu, ein einteiliges, ringförmiges Bauteil, im vorliegenden Fall ein Pleuel, durch Bruchtrennen in zwei Teile, d. h. in eine Kappe und eine Stange zu trennen. Die vorbekannten Vorrichtungen weisen Spreizbacken auf, deren Umfangsfläche an der Innenfläche der Bohrung, d. h. an der Innenfläche des großen Pleuelauges großflächig anliegen. Ein derartiges großflächiges Anliegen der Spreizbacken an der Bohrung wird allgemein für ein gutes Bruchergebnis als erforderlich angesehen.

DE 44 13 255 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bruchtrennen eines ringförmigen Bauteiles gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Umfangsfläche der Spreizbacken ist stets derart ausgebildet, dass der über einen örtlich genau definierten Teilflächen- oder Linienbereich mit der Innenfläche der Bohrung in Eingriff gelangende Spreizbackenbereich in Achsrichtung der Bohrung verläuft.

DE 44 42 062 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bruchtrennen eines ringförmigen Bauteiles, mit einer Spreizhülse zum Eingriff in die von dem ringförmigen Bauteil gebildete Bohrung, und mit einer Spreizeinrichtung zum Auseinanderdrücken der Spreizhülse. Die Spreizhülse weist eine Mehrzahl von Segmenten auf und ist dazu ausgelegt, die Bohrung nicht nur in Bruchtrenn-Richtung aufzuspreizen, sondern auch quer dazu eine radiale Aufspreizung der Durchbrechung zu erzielen. Obwohl die Segmente der Spreizhülse durch ihre gegenseitigen Trennstellen geringfügig voneinander beabstandet sind, bildet die Umfangsfläche der Spreizhülse dennoch keinen örtlich genau definierten Teilflächen- oder Linienbereich mit der Innenfläche der Bohrung.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbekannten Vorrichtungen derart weiterzubilden, dass das Bruchverhalten beeinflussbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Teilflächen- oder Linienbereich in Umfangsrichtung der Bohrung verläuft.

Versuche haben gezeigt, dass sich die besten Bruchergebnisse überraschenderweise nicht in allen Fällen mit einem großflächigen Anliegen der Umfangsfläche der Spreizbacken an der Innenfläche der Bohrung erzielen lassen. Vielmehr kann es abhängig vom Material des ringförmigen Bauteiles und dessen Bruchverhalten sowie in Abhängigkeit anderer Parameter, wie der Geometrie der Bruchfläche vorteilhaft sein, die Bruchkraft lediglich in einem bestimmten Teilflächenbereich oder auch linienförmig in das Bauteil einzuleiten.

So kann es zweckmäßig sein, die auf Teilflächen begrenzte oder die linienförmige Brechkrafteinleitung lediglich in Umfangsrichtung der Bohrung vorzunehmen. Für besondere Fälle kann auch eine Einleitung in Achs- und in Umfangsrichtung vorteilhaft sein.

Die Versuche haben gezeigt, dass mit einer derartigen Ausgestaltung überraschenderweise die bei bekannten Vorrichtungen häufig auftretenden Doppelrisse, Abbrüche und Absätze vermieden werden können. Diese entstehen, wenn sich innerhalb der Bruchfläche Störbereiche, wie Bohrungen, Öffnungen oder dergleichen befinden. So besitzen beispielsweise Pleuel im Bereich der Bruchfläche zwei Bohrungen für Schrauben, mit denen nach erfolgtem Trennvorgang Kappe und Stange zusammengehalten werden. Wird der Brechvorgang eingeleitet, so fließt der Bruch von der bei der Herstellung des Pleuels vorgesehenen Sollbruchstelle im Bereich der Innenfläche der Bohrung um die Schraubenbohrungen seitlich herum nach außen. Hinter den Schraubenbohrungen vereinigen sich die Bruchflächen wieder. Da sich die Bruchflächen jedoch beiderseitig der Schraubenbohrungen nicht zwangsläufig auf derselben Ebene ausbreiten, kann es bei der Vereinigung der Bruchflächen zu Doppelrissen, Ausbrüchen oder Absetzen kommen. Derartige Doppelrisse, Ausbrüche und Absätze müssen jedoch vermieden werden.

Grundsätzlich kann der Teilflächen- oder Linienbereich, über den die Bruchkraft eingeleitet wird, in verschiedenster Weise gestaltet sein. Die spezielle Ausbildung und die örtliche Platzierung kann jeweils durch Versuche festgelegt bzw. optimiert werden.

So kann die Umfangsfläche der Spreizbacken - in Achsrichtung der Bohrung betrachtet - beispielsweise ballig oder auch konisch sein. Auch kann der Radius der Spreizbacken zur Kompensierung von sogenannten Einzieheffekten beim Bruchvorgang größer gewählt werden als der Radius der Bohrung des ringförmigen Bauteiles.

Für besondere Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, an der Umfangsfläche der Spreizbacken ein elastisches Material anzuordnen. Dieses elastische Material kann sich über die gesamte Umfangsfläche, vorteilhafterweise jedoch auch nur bereichsweise, erstrecken. Versuche haben ergeben, dass - je nach Anwendungsbereich - das elastische Material eine Härte von 50 bis 95 Shore A aufweisen kann.

Für besondere Anwendungszwecke kann es vorteilhaft sein, das elastische Material in Form einer Hülse auszubilden. Diese Hülse kann, bezogen auf die Innenfläche der Bohrung, beispielsweise mittig angeordnet sein.

Durch die Anordnung von elastischem Material können Spannungsspitzen vermieden werden, die zu einer unkontrollierten Bruchausbreitung führen. Auch eignet sich die Anordnung von elastischem Material besonders in solchen Fällen, bei denen die Bohrung des ringförmigen Bauteiles im unbearbeiteten Zustand gebrochen werden soll.

Für spezielle Anwendungsfälle kann das elastische Material auch in Form von elastischen Segmenten an der Umfangsfläche der Spreizbacken angeordnet sein.

Bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 kann die Spreizeinrichtung auch derart gestaltet sein, dass jeder Spreizbacken zweiteilig ausgebildet ist und jeweils einen Spreizbackenkern und eine Spreizbackenschale aufweist, wobei die Außenfläche der Spreizbackenschale mit der Innenfläche der Bohrung des ringförmigen Bauteiles in Eingriff gelangt.

Bei einer derartigen Ausgestaltung, kann die Außenfläche der Spreizbackenschale sowohl zylindrisch als auch gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 oder gemäß den Patentansprüchen 2 bis 13 ausgestaltet sein.

Der Vorteil einer Spreizbackenausbildung aus Spreizbackenkern und Spreizbackenschale besteht darin, dass die Vorrichtung auf einfache Weise auf ringförmige Bauteile unterschiedlicher Gestalt und Abmessungen angepasst werden kann. Zum Zweck der Anpassung muss lediglich die Spreizbackenschale ausgewechselt werden, was auf einfache Weise möglich ist. Der Spreizbackenkern einschließlich Spreizeinrichtung kann dagegen unverändert bleiben.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es darüber hinaus möglich, auch das Bruchverhalten auf einfache Weise durch Austauschen der Spreizbackenschale zu beeinflussen. So kann bei gleichbleibendem, ringförmigen Bauteil zur Erzielung eines gewünschten Bruchergebnisses im Bedarfsfall eine Spreizbackenschale mit anders geformter Außenfläche eingewechselt werden und dieser Vorgang solange wiederholt werden, bis das gewünschte, optimale Bruchergebnis erzielt ist.

Spreizbackenschalen lassen sich in verschiedenster Weise herstellen. Eine besonders einfache und kostengünstig herzustellende Ausführungsform wird erreicht, wenn die jeweilige Spreizbackenschale als gedrehtes Bauteil gefertigt wird, das in einem anschließenden Arbeitsgang in zwei oder mehrere Ringsegmente unterteilt wird.

Grundsätzlich kann die Spreizbackenschale bzw. deren Ringsegmente in verschiedenster Weise auf dem Spreizbackenkern befestigt werden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn jede Spreizbackenschale an ihrem einen Rand einen Flansch aufweist, der zur Aufnahme der Haltemittel, wie Befestigungsschrauben, Schnellverschlüsse oder dergleichen, eingerichtet ist.

Wie oben dargelegt, eröffnet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, die Brechkraft derart in das ringförmige Bauteil einzuleiten, dass sich ein definierter Bruchbeginn und ein definierter Bruchverlauf ergibt. Mit den Maßnahmen der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, das Bruchverhalten präzise zu beeinflussen. Dabei kann mit den unterschiedlichen Spreizbackengeometrien der vorliegenden Erfindung das Bruchverhalten sowohl bei unbearbeiteten als auch bei vorbearbeiteten oder fertigbearbeiteten Bohrungen des ringförmigen Bauteiles beeinflusst werden.

Im folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die wesentlichen Bestandteile eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt entlang der Linie I-I gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt entlang der Linie I-I gemäß Fig. 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 zeigt schematisch eine vergrößerte Draufsicht auf den Bereich der Spreizbacken eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 zeigt schematisch einen Längsschnitt entlang der Linie I-I gemäß Fig. 1 für ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine Spreizbackenschale vor dem Auftrennen in Ringsegmente, und

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 6 gezeigte Spreizbackenschale.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein ringförmiges Bauteil in Form eines Pleuels 2 dargestellt, der in der Vorrichtung in eine Stange 4 und einen Deckel 6 gebrochen werden soll. Die Einzelheiten der gezeigten Vorrichtung sind in der EP-0 396 797 A1 beschrieben.

Wesentlich für das Trennen von Stange 4 und Deckel 6 des Pleuels 2 ist der Eingriff einer beweglichen Spreizbacke 8 und einer ortsfesten Spreizbacke 10 in eine von dem Deckel 6 und der Stange 4 gebildete Bohrung in Form eines zylindrischen Pleuelauges 12. Die bewegliche Spreizbacke 8 ist an einem beweglichen Vorrichtungsteil 14 und die ortsfeste Spreizbacke 10 an einem ortsfesten Vorrichtungsteil 16 befestigt. Zum Trennen von Stange 4 und Deckel 6 werden die beiden Vorrichtungsteile 14, 16 ruckartig auseinandergetrieben, beispielsweise durch eine auf das bewegliche Vorrichtungsteil 16 auftreffende Schlagmasse. Alternativ kann die Trennung auch durch einen nicht dargestellten Spreizkeil erfolgen, der in eine Ausnehmung 18, die in der Mitte der beiden Spreizbacken 8, 10 in axialer Richtung verlaufend ausgebildet ist, eingreift und ruckartig eingetrieben wird.

Die beiden Spreizbacken 8, 10 weisen bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen eine halbkreisförmige Querschnittsfläche auf. Wie der Darstellung gemäß Fig. 2 zu entnehmen ist, die einen Längsschnitt entlang der Linie I-I gemäß der Darstellung in Fig. 1 zeigt, sind die Spreizbacken 8, 10 des ersten gezeigten Ausführungsbeispiels ballig ausgebildet. Dabei ist der größte Radius der halbkreisförmigen Spreizbacken 8, 10 in der Mitte des Pleuelauges 12 angeordnet.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Bereich des maximalen Radius über eine Breite B von etwa 10% der axialen Höhe H des Pleuelauges 12. Dadurch wird die Spreizkraft in einem genau definierten mittleren Bereich des Pleuelauges 12 eingeleitet. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für Werkstoffe mit ungleichmäßiger Härte, bei denen die Gefahr besteht, dass eine partiell hohe Härte zu einem nicht vorhersehbaren Bruchbeginn führt.

In Fig. 3 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Längsschnitt gezeigt, die der Schnittlinie I-I gemäß der Darstellung in Fig. 1 entspricht. Auch die Spreizbacken 8, 10 dieser Ausführungsform weisen eine im wesentlichen halbkreisförmige Querschnittsfläche auf. Die Spreizbacken 8, 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind jedoch konisch ausgebildet. Dort, wo der Durchmesser des Pleuelauges 12 etwa dem Außendurchmesser der beiden Spreizbacken 8, 10 entspricht, liegt das Pleuel 2 im Bereich des Pleuelauges 12 an den Spreizbacken 8, 10 an. Ein zylindrisches Halteelement 20, das an dem ortsfesten Vorrichtungsteil 16 angeordnet ist, ragt in eine Kolbenbolzenbohrung 22 hinein. Zwischen dem Pleuel 2 und dem Vorrichtungsteil 16 ist eine in Längsrichtung des Halteelementes 20 verschiebbare Auflage 24 angeordnet. Durch diese Anordnung ist es möglich, das Pleuel 2 derart abzustützen, dass die Achsen des Pleuelauges und der Kolbenbolzenbohrung genau rechtwinklig zur Bewegung des beweglichen Vorrichtungsteiles 14 beim Trennen von Stange 4 und Deckel 6 liegen. Eine derartige Lage ist wesentlich für ein gutes Bruchergebnis. Durch die Höhenverstellbarkeit der Auflage 24 ist es möglich, diese Lage auch dann zu gewährleisten, wenn die Bundflächen des großen und des kleinen Pleuelauges nicht in einer Ebene liegen.

Aufgrund der Halterung des Pleuels 2 liegen die konischen Spreizbacken 8, 10 und das Pleuelauge 12 konzentrisch zueinander. Es ergibt sich eine linienförmige Krafteinleitung an einem äußeren Rand des Pleuelauges 12.

Werden die beiden Spreizbacken 8, 10 zum Trennen von Stange 4 und Deckel 6 auseinandergetrieben, so breitet sich der Bruch von dem äußeren Rand im wesentlichen entlang der Achse des Pleuelauges 12 aus. Aufgrund der Krafteinleitung entlang einer sehr dünnen Linie am Rand des Pleuelauges eignet sich die gezeigte Ausführungsform insbesondere für solche Pleuel, die aus einem sehr festen Werkstoff hergestellt sind. Aber auch Pleuel, die aus einem weniger festen Werkstoff hergestellt sind, können mittels des gezeigten Ausführungsbeispiels getrennt werden. Um zu vermeiden, dass die Umfangsfläche des Pleuelauges dabei verformt wird, kann das Pleuel am äußeren Rand mit einer Phase ausgestattet sein.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Spreizbacken 8, 10 eine im wesentlichen halbkreisförmige Querschnittsfläche auf, wobei die Spreizbacken 8, 10 im Gegensatz zu den voranstehend beschriebenen Spreizbacken 8, 10 zylindrisch ausgebildet sind. Dementsprechend weisen die Spreizbacken 8, 10 über die gesamte Längsrichtung einen konstanten Radius auf.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch der Radius R der Spreizbacken 8, 10 größer als der Radius r des Pleuelauges 12. Dadurch ergibt sich für die Spreizbacken im zusammengefahrenen Zustand eine etwa elliptische Querschnittsform.

Aufgrund der elliptischen Querschnittsform wird beim Brechvorgang die Brechkraft zuerst im Bereich der Sollbruchstellen S in den Pleuel eingeleitet. Auf diese Weise wird das große Pleuelauge beim Brechvorgang quer zur Pleuellängsrichtung "aufgeweitet". Dieser "Aufweitvorgang" wirkt dem beim Brechen von Pleuel häufig beobachteten "Einzieheffekt" entgegen, der durch freiwerdende Spannungen erzeugt wird.

In Fig. 5 ist schließlich ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem an der Umfangsfläche der Spreizbacken 8, 10 ein elastisches Material 26 beispielsweise durch Kleben oder Auftragen befestigt ist. Die Anordnung des elastischen Materials 26 verhindert, dass beim Brechen von Pleueln mit unbearbeitetem großen Pleuelauge oder gegebenenfalls auch bei Verschmutzungen beim Brechvorgang Spannungsspitzen auftreten. Das die beiden Spreizbacken 8, 10 umgebende elastische Material 26 hat den weiteren Vorteil, dass die auseinandergetriebenen Vorrichtungsteile 14, 16 zusätzlich gedämpft werden.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch einen Vorformling für eine Spreizbackenschale. Der noch nicht aufgetrennte Vorformling weist ein Schalensegment 30 und ein Flanschsegment 32 auf. Das Schalensegment 30 weist eine kreisrunde, zylindrische Innenfläche auf, deren Radius dem Radius eines entsprechenden Spreizbackenkerns entspricht. Die Außenfläche des Schalensegments 30 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Winkel, der in der Regel weniger als 1° beträgt, konisch ausgebildet. Darüber hinaus ist die obere Stirnseite angefast, um ein einfaches Aufschieben des Pleuelauges auf die Spreizbacken zu ermöglichen.

Zur Herstellung der Ringsegmente wird die Spreizbackenschale entlang der Linie T-T aufgetrennt. Es ergeben sich zwei identische Schalenhälften. Zur Befestigung und Zentrierung der Schalenhälften an dem beweglichen Vorrichtungsteil 14 bzw. dem ortsfesten Vorrichtungsteil 16 sind Bohrungen bzw. Halbbohrungen 34 an dem Flanschsegment 32 ausgebildet.

Aufgrund dieser Ausgestaltung kann die Vorrichtung auf einfache Weise zum Brechen von Pleueln unterschiedlicher Gestalt und unterschiedlicher Abmessungen umgerüstet werden. Zu diesem Zweck müssen lediglich die Ringsegmente bzw. die Schalenhälften demontiert und durch solche anderer Abmessungen ersetzt werden. Der Spreizbackenkern mit allen Elementen der Spreizeinrichtung muss auf diese Weise nicht umgerüstet bzw. verändert werden.

Durch den Einsatz von Spreizbackenschalen kann darüber hinaus im Bedarfsfall auf einfache Weise das Bruchverhalten beeinflusst werden. Zur Erzielung des jeweiligen Bruchergebnisses ist es lediglich erforderlich, Ringsegmente bzw. Schalenhälften einzusetzen, die die für das gewünschte Bruchergebnis zweckmäßigste Außenfläche aufweisen.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Bruchtrennen eines ringförmigen Bauteiles, wie beispielsweise eines Pleuels (2)
mit einem ortsfesten und einem beweglichen Spreizbacken (8, 10) zum Eingriff in die von dem ringförmigen Bauteil gebildete Bohrung, wobei die Umfangsfläche der Spreizbacken (8, 10) derart ausgebildet ist, dass die Spreizbacken (8, 10) an der Innenfläche der Bohrung (12) lediglich über einen örtlich genau definierten Teilflächen- oder Linienbereich in Eingriff gelangen, und
mit einer Spreizeinrichtung zum Auseinanderdrücken der Spreizbacken (8, 10),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Teilflächen- oder Linienbereich in Umfangsrichtung der Bohrung (12) verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizbacken (8, 10) eine im Wesentlichen halbkreisförmige Querschnittsfläche aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilflächen- oder Linienbereich in Achs- und in Umfangsrichtung der Bohrung verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsflächen der Spreizbacken (8, 10), in Achsrichtung der Bohrung (12) betrachtet, ballig ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsflächen der Spreizbacken (8, 10), in Achsrichtung der Bohrung (12) betrachtet, konisch ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 sowie 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) der Spreizbacken (8, 10) größer als der Radius (r) der Bohrung (12) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Umfangsfläche der Spreizbacken (8, 10) ein elastisches Material angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material Gummi ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material eine Härte von 50 bis 95 Shore A aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material eine Hülse bildet, deren Länge kleiner ist als die Länge der Bohrung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse, bezogen auf die Innenfläche der Bohrung, mittig angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spreizbacken zweiteilig ausgebildet ist und jeweils einen Spreizbackenkern und eine Spreizbackenschale (30, 32) aufweist, wobei die Außenfläche der Spreizbackenschale mit der Innenfläche der Bohrung (12) in Eingriff gelangt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizbackenschale (30, 32) lösbar mit dem Spreizbackenkern verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizbackenschalen (30, 32) aus einem in Ringsegmente unterteilten, gedrehten Bauteil gefertigt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spreizbackenschale an ihrem einen Rand einen Flansch (32) aufweist.