DE2539334A1

DE2539334A1 - Maschinenorgan mit wenigstens zwei zusammengebauten werkstuecken zur bildung einer bohrung zur durchfuehrung einer querbeanspruchungen ausgesetzten welle

Info

Publication number: DE2539334A1
Application number: DE19752539334
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Magnet
Original assignee: Societe dEtudes de Machines Thermiques SEMT SA
Current assignee: MAN Energy Solutions France SAS
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1975-09-04
Publication date: 1976-04-01
Also published as: SU648137A3; FR2285540A1; BR7505560A; FI752419A; SE7510262L; NO138965B; FI58966B; NO753077L; FR2285540B1; DD121164A5; CS203109B2; AU8285775A; PL110736B1; DE2539334B2; BE832709A; NL7511140A; GB1512791A; SE403181B; FI58966C; CH591639A5

Description

SOCIETE D'ETUDES DE MACHINES THERMIQUES S.E.M.T., 2, Quai de Seine - 93 202 SAINT DENIS, Frankreich.

Maschinenorgan mit wenigstens zwei zusammengebauten Werkstücken zur Bildung einer Bohrung zur Durchführung einer Querbeanspruchungen ausgesetzten Welle.

Die vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen Verbesserungen in der Herstellung eines Maschinenorganes, das wenigstens zwei zusammengebaute Werkstücke zur Bildung einer Bohrung zur Durchführung einer Welle aufweist und Querbeanspruchungen ausgesetzt ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Bohrungen der Pleuelköpfe, die durch den Zusammenbau eines Pleuelstangenkörpers mit einem oder mehreren Pleuelstangendeckeln begrenzt sind. Die vorliegende Verbesserung hat sich nämlich zum Ziel gesetzt, die Verschleißerscheinungen, die in der Technik

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üblicherweise als "Fretting" bezeichnet sind und nach einer bestimmten Betriebszeit im Bereich der Fugenflächen der zusammengebauten Werkstücke auftreten, zu beheben.

Eine bekannte Ausführung einer Pleuelstange, die zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung verwendet wird, besteht aus zwei zusammengebauten Hauptteilen, die eine in bezug auf die Bohrung des Pleuelstangenkopfes längsgerichtete mittlere Trennebene zur Montage bzw. zum Ausbau der Kurbelwelle ausbilden. Die Pleuelstange setzt sich daher aus dem eigentlichen Pleuelstangenkörper, der eine Hälfte der Bohrung besitzt, sowie aus einem Pleuelstangendeckel zusammen, der mit Hilfe von Bolzen oder Schrauben mit dem Pleuelstangenkörper verbunden ist und die andere Hälfte der Bohrung aufweist. Unter Berücksichtigung der großen Beanspruchungen, welchen die Pleuelstange ausgesetzt ist, wenn der Motor arbeitet, stellt die Verbindung der zwei Hauptteile der Pleuelstange große Probleme, die bisher dadurch gelöst wurden, daß die Verbindung mit sehr hohen Spanndrücken festgezogen wurde und daß die Fugenflächen der genannten Teile eine spezielle Ausbildung aufwiesen und insbesondere mit zusammenwirkenden Riefelungen, Zähnen oder Streifen versehen waren, um die Scherbeanspruchungen aufzunehmen und die Biegebeanspruchungen, welchen die Pleuelstange ausgesetzt ist, weiterzuleiten. Diese Riefelungen bewirken, daß jede Gefahr einer relativen Gleitbewegung zwischen den zwei genannten Hauptteilen in der Ebene der

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Fuge ausgeschlossen ist. Das Vorhandensein von Zähnen ist insbesondere dann erwünscht, wenn die genannte Ebene nicht senkrecht zu der Längsachse der Pleuelstange steht.

Messungen haben jedoch gezeigt, daß der Berührungsdruck zur Zeit des Zusammenbaus nicht regelmäßig über die gesamte Fugenfläche auftritt. Der Druck ist tatsächlich im Bereich der radialen Enden der Fuge und insbesondere im Bereich der Ränder der Verbindungsflächen zwischen den Endteilen des Pleuelstangenkörpers und dem Pleuelstangendeckel im wesentlichen geringer. Diese schlechte Verteilung des Druckes der gespannten Verbindung zwischen den zwei Teilen ruft einen Verschleiß durch Abrieb (der auf Schwingungen aller Art zurückzuführen ist) der äußeren Zonen der genannten zusammengebauten Endbereiche hervor, wobei dieser Verschleiß in der Technik üblicherweise als "Fretting" bezeichnet wird. Dieser Verschleiß ist schädlich, weil er den umfangsmäßigen Berührungsdruck noch weiter verringert, so daß der Verschleißvorgang beschleunigt wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, den Berührungsdruck beim Zusammenbau im Bereich der peripheren Enden der Fugenflächen der genannten äußersten Bereiche zu erhöhen. Aus diesem Grundgedanken ergeben sich zwei entgegengesetzte Möglichkeiten:

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- entweder einen Schwächungsbereich (mit geringerer Steifigkeit) in dem mittleren, normalerweise am stärksten belasteten Teil der Fugenflächen zu schaffen, um die bestmögliche Verteilung des Spanndruckes im Bereich der äußeren Zonen der genannten Fugenflächen zu ermöglichen;

- oder eine neue Ausbildung für die Fugenflächen zu wählen, die es ermöglicht, zusätzliche Verbindungsbeanspruchungen in den genannten äußeren Zonen zu schaffen.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet daher ein Verfahren zur Erhöhung des Berührungsdruckes an den radialen Enden von wenigstens einer Hälfte der Berührungsfuge zwischen zwei zusammengebauten Werkstücken, die eine Bohrung zur Durchführung einer Querbeanspruchungen ausgesetzten Welle wenigstens teilweise begrenzen, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß im Bereich wenigstens einer Fugenfläche wenigstens eines der Endbereiche eines der beiden Werkstücke wenigstens eine spezifische geometrische Form geschaffen wird, die eine örtliche Steifigkeitsverringerung im wesentlichen in dem mittleren Bereich wenigstens eines der genannten Endbereiche hervorruft und/oder eine peripherische Zone mit höheren Druckbeanspruchungen in wenigstens einem der genannten Endbereiche durch die Zwangsverformung der Verbindung in der gewünschten Richtung schafft.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Maschinenorgan, welches eine Bohrung zur Durchführung einer Welle begrenzt und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher an Hand der beigefügten Zeichnungen einige Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Pleuelstangenkörper und einen Pleuelstangendeckel, wobei ein Endbereich des Pleuelstangenkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Pleuelstangendeckel derselben Ausführungsform;

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie H-II in Fig. 2;

Fig. 4 und 5 schematische Teilansichten eines Pleuelstangenkörpers zur Darstellung verschiedener Varianten einer anderen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen eines Pleuelstangendeckels zur Darstellung anderer Varianten der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung.

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Die Fig. 1 bis 3 zeigen insbesondere eine erste Ausführungsart der erfindungsgemäßen Verbesserung. Die Fig. 1 zeigt den Endbereich eines Pleuelstangenkörpers 11, der mit einem entsprechenden Pleuelstangendeckel 12 zusammengebaut ist. Der Pleuelstangenkörper 11 bildet zwischen seinen zwei Endbereichen 13 und 14 eine Hälfte 15 der Bohrung des Pleuelstangenkopfes 16, während der Pleuelstangendeckel 12 zwischen seinen äußersten Bereichen 17 und 18 die andere Hälfte 19 der genannten Bohrung bildet. Die Bohrungen 20-21 des Körpers 11 und 22-23 des Deckels 12 sind zur Durchführung von nicht dargestellten Verbindungsbolzen vorgesehen. Die Fugenflächen 13 -14 und 17 -18_O der

el el ei ei

jeweiligen Endbereiche 13-14 und 17-18 sind mit miteinander zusammenwirkenden Streifen bzw. Rillen 24 versehen, um die Scherbeanspruchungen aufzunehmen, die im Betrieb der Maschine auf die Pleuelstange ausgeübt werden.

Die Erfindung, die eine einheitlichere Verteilung des Spannungsdruckes ermöglicht, besteht im wesentlichen aus der Anordnung eines einfachen Loches 25 in dem Endteil 13 in der Nähe von dessen Fugenfläche 13 im wesentlichen parallel zu der Längsachse 10 der Bohrung des Pleuelstangenkopfes 16. Dieses Loch kann rund, länglichrund oder elliptisch ausgeführt werden, wobei dessen Hauptwirkung darin besteht, eine Zone mit geringerer Steifigkeit in dem mittleren Bereich der entsprechenden Fugen-

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fläche zu schaffen, um den Spannungsdruck auf der gesamten Fugenfläche einheitlich zu gestalten.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Pleuelstangendeckel, der ähnlich wie jener der Fig. 1 ausgebildet ist. Die ähnlichen Bereiche sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Der einzige Unterschied besteht darin, daß das Schwächungsloch 25„ in dem Pleuel-

Stangendeckel 12 in der Nähe der Fugenfläche 17„ des Teiles 17 vorgesehen ist. Es ist in diesem Zusammenhang zu bemerken, daß die zwei Varianten derselben Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt sind, uneinschränkend betrachtet werden sollen und daß alle Kombinationen zwischen der Anzahl von vorgesehenen Löchern, den verschiedenen möglichen Formen und deren relativen gegenseitigen Stellungen auf den verschiedenen Endbereichen 13, 14, 17 und 18 vorgesehen werden können.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen in schematischer Weise das Prinzip der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, welches sich aus der zweiten obengenannten Möglichkeit ergibt und darin besteht, den Fugenflächen vor dem Zusammenbau eine bestimmte Form zu geben, die es ermöglicht, die zusätzlichen sich aus dem Zusammenbau ergebenden Beanspruchungen in den äußeren Zonen der genannten Endbereiche aufteten zu lassen.

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Die Fig. 4 zeigt daher einen Pleuelstangenkörper 30, dessen erstes Endteil 31 eine Fugenfläche 31 „ besitzt, die mit der geometrischen Ebene 32, in der die Fuge nach dem Zusammenbau liegt, einen Flächenwinkel d bildet. Diese besondere geometrische Form bewirkt die Entstehung von zusätzlichen Druckbeanspruchungen durch die Verformung der Verbindung in den äußeren Zonen der genannten Endbereiche des Pleuelstangenkörpers und des Pleuelstangendeckels. Die gespannte Verbindung des Pleuelstangenkörpers mit dem Pleuelstangendeckel bewirkt bei einer derartigen Ausbildung der Fuge, daß durch die Verformung der Teile die Fugenfläche 31 in die geometrische Ebene der Fuge 32 gebracht wird, so daß Beanspruchungen in Umfangsrichtung gebildet werden. Die Bohrung des Pleuelstangenkopfes wird nach dem Zusammenbau der genannten Teile vorgenommen, wie das in der Technik üblich ist, so daß die hervorgerufenen Verformungen auf die Genauigkeit des Bearbeitungsvorganges zur Ausführung der Bohrung nicht schädlich einwirken. Die Fig. 5 zeigt eine mögliche Ausführungsvariante, bei welcher der Flächenwinkel d vom äußeren Rand der Fläche 31 her anstatt vom inneren Rand her, wie in Fig. 4, gebildet wird. In gleicher Weise zeigen die Fig. 6 und 7, die einen Pleuelstangendeckel 35 darstellen, andere Ausführungsvarianten derselben Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Auf diese Weise ist in Fig. 6 der Flächenwinkel d zwischen der Fugenfläche 36 des Endteiles 36 und der — a

Ebene 32 "positiv", soweit er in bezug auf einen gewöhnlichen

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Pleuelstangendeckel durch einen Zusatz an Werkstoff gebildet wird, während bei den vorangehenden Beispielen die Flächenwinkel als "negativ" betrachtet werden konnten, da sie durch Entfernung von Material gebildet waren. In ähnlicher Weise kann ein "positiver" Flächenwinke!,ausgehend vom äußeren Rand des Endbereiches 36 vorgesehen werden.

Die Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, da bei diesem Beispiel ein "negativer" Flächenwinkel zwischen der Fläche 36_O und der Ebene 32,ausgehend von der geometrischen Achse

der Bohrung des Pleuelstangenkopfes vorgesehen ist. Ein "positiver" Flächenwinkel ähnlicher Art kann auch vorgesehen werden. Es ist zu bemerken, daß die Winkelwerte der Flächenwinkel je nach den betreffenden Ausführungsvarianten zwischen einer Minute und 2 Grad liegen.

Wie schon erwähnt, sind die Ausführungsvarianten der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, die in den Fig. 4 bis 7 erscheinen, keineswegs einschränkend, da alle Kombinationen auf einem oder den beiden Endteilen eines jeden Werkstückes möglich sind. Eine Kombination der zwei beschriebenen Ausführungsarten ist ebenfalls möglich.

Die verschiedenen eben beschriebenen Flächenwinkel können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Es ist jedoch vorteilhaft,

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gleichzeitig und in derselben Ebene die Fugenflächen der Endbereiche beider Werkstücke zu bearbeiten, d. h. ähnlich wie man für einen herkömmlichen Pleuelstangenkörper oder Pleuelstangendeckel vorgeht. Deshalb kann das erfindungsgemäße Verfahren eine Phase zur elastischen Vorspannung des betreffenden Werkstückes vor der Ausarbeitung der Fugenflächen einschließen. Diese Vorspannung, die während des gesamten Bearbeitungsvorganges aufrechterhalten wird, ist so gerichtet, daß eine derartige elastische Verformung geschaffen wird, daß das Nachlassen der Vorspannungsbeanspruchung nach der Bearbeitung der Fugenflächen in einer Ebene zur Bildung des gewünschten Flächenwinkels bzw. der gewünschten Flächenwinkel führt.

-ANSPRÜCHE-

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

{!.Verfahren zur Erhöhung des Beruhrungs druckes an den radialen Enden von wenigstens einer Hälfte der Berührungsfuge zwischen zwei zusammengebauten Werkstücken, die eine Bohrung zur Durchführung einer Querbeanspruchungen ausgesetzten Welle wenigstens teilweise begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich wenigstens einer Fugenfläche

(13, 14 , 17 , 18 ) wenigstens eines der Endbereiche (13, 14, a a a

17, 18) eines der Werkstücke (11, 12) wenigstens eine spezifische geometrische Form geschaffen wird, die eine örtliche Steifigkeitsverringerung im wesentlichen in dem mittleren Bereich wenigstens eines der genannten Endbereiche hervorruft und/oder eine peripherische Zone mit höheren Druckbeanspruchungen in wenigstens einem der genannten Endbereiche durch die Zwangsverformung der Verbindung in der gewünschten Richtung schafft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Endbereiche in der Nähe des mittleren Bereiches der entsprechenden Fugenfläche und vorzugsweise in einer im wesentlichen gleichlaufend zu letzterer verlaufenden

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Richtung ein Loch (25) runder, länglichrunder oder elliptischer Form vorgesehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen der Fugenfläche (31 , 36 ) mindestens eines

a a

der Endbereiche (31, 36) mindestens eines der genannten Werkstücke und der sich nach dem Zusammenbau bildenden geometrischen Ebene der Fuge (32) ein Flächenwinkel (d) ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Flächenwinkel (d) im wesentlichen von einem Rand des betreffenden Endbereiches ausgehend gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Flächenwinkel (d) von der Achse der Bohrung zur Durchführung der Welle ausgehend gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennz'eichriet, daß die Bohrung nach erfolgter gespannter Verbindung der die Bohrung bildenden Werkstücke ausgearbeitet wird.
7. Maschinenorgan mit wenigstens zwei zusammengebauten Werkstücken, die eine Bohrung zur Durchführung einer querliegenden

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Beanspruchungen ausgesetzten Welle begrenzen, welches durch das Verfahren nach Anspruch 2 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines (11) der Werkstücke in mindestens einem seiner Endbereiche (13) mit wenigstens einem Loch (25) runder, länglichrunder oder elliptischer Form versehen ist, welches in der Nähe des mittleren Bereiches der entsprechenden Fugenfläche (13_a)

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und vorzugsweise in einer im wesentlichen parallel zu letzterer verlaufenden Richtung vorgesehen ist.
8. Maschinenorgan mit im wesentlichen zwei zusammengebauten Werkstücken, die eine Bohrung zur Durchführung einer querliegenden Beanspruchungen ausgesetzten Welle begrenzen, welches durch das Verfahren nach Anspruch 3 hergestellt ist, dadurch gekennzelehnet, daß die Fugenfläche (31 , 36 ) mindestens eines der Endbereiche (31, 36) mindestens eines der Werkstücke mit der geometrischen Ebene der nach erfolgtem Zusammenbau entstehenden Fuge (32) einen Flächenwinkel (d) bildet.
9. Organ nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt der genannten Fugenfläche mit der geometrischen Ebene im wesentlichen in dem Bereich des äußeren Randes des entsprechenden Endbereiches liegt.

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10. Organ nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt der Fugenfläche mit der genannten geometrischen Ebene im wesentlichen in dem Bereich des inneren Randes des entsprechenden Endbereiches liegt.
11. Organ nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt der genannten Fugenfläche mit der geometrischen Ebene im wesentlichen mit der geometrischen Achse (37) der Bohrung zur Durchführung der Welle zusammenfällt.
12. Organ nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel des Flächenwinkels (d) im wesentlichen zwischen einer Minute und 2 Grad liegt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6 zur Bearbeitung der Fugenflächen in einer Ebene, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenwinkel (d) in der Weise gebildet wird, daß eine elastische Verformung wenigstens eines der Werkstücke (30, 35) hervorgerufen wird und diese Verformung während der Bearbeitung in ein und derselben Ebene der genannten Fugenflächen aufrechterhalten wird.

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