DE3249852C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange für eine Brenn­ kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Pleuelstangen dieser Art sind nach der DE-OS 30 29 972 und der DE-OS 30 30 871 bekannt. Die in diesen Pleuelstan­ gen enthaltenen Fasern bestehen aus Metall, etwas aus rost­ freiem Stahl, aus Keramik, etwa Siliciumcarbid, aus Kohle oder aus einem Textilmaterial. Die Fasern sind innerhalb der Bündel nicht miteinander verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pleuelstange nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die wie die genann­ ten bekannten Pleuelstangen ein geringes Gewicht hat, schlank ist und daher nur wenig Platz bedarf, die aber in besonderem Maße druckfest, biegefest und knickfest ist. Außerdem soll die Pleuelstange nach ihrem Guß eine besonders geringe Restspannung zwischen der Matrix und dem Bündel von Fasern aufweisen. Die Lösung dieser Aufgabe ist in An­ spruch 1 angegeben.

Dadurch, daß die Fasern metallischer Oberfläche zumindest teilweise durch Verschmelzen oder Sintern miteinander ver­ bunden sind, erhält die Pleuelstange eine besonders hohe Druck-, Biege- und Knickfestigkeit. Außerdem wird die Restspannung zwischen Matrix und Bündel nach dem Gießen verhältnismäßig gering.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bündels in einem seiner Erhitzung dienenden Rohr.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Gießform, in die ein Bündel eingesetzt ist.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine fertiggestellte Pleuelstange.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt einer anderen Ausführungsform.

Beispiel I

Es wurde ein im Querschnitt elliptisches Bündel F aus 70 000 25 Mikron starken rostfreien Stahlfasern vorbe­ reitet. Die Länge der Hauptachse seines elliptischen Quer­ schnitts betrug 12 mm, die Länge der Nebenachse 9,2 mm. Die Länge des Bündels F betrug 136 mm. Die Materialdichte des Bündels F betrug 3,1 g/cm³, sein Gewicht 36,5 g. Das Verhältnis der Querschnittsfläche der einzelnen Stahl­ fasern des Bündels F zu der des Bündels F insgesamt be­ trug 39,7%. Dieses Bündel F wurde in einem elliptischen Rohr P aus Quarzglas auf etwa 700°C 10 Minuten lang erhitzt. Dadurch wurden die Stahlfasern punktweise durch Schmelzen oder Sintern miteinander verbunden. Die Temperatur von etwa 70°C erwies sich als kritisch, weil die Stahlfasern bei einer höheren Temperatur ihre Festigkeit verloren.

Es wurde eine Gießform 2 mit einem Gußkern 5 in einem Hohlraum 3 zum Ausbilden eines ringförmigen Körpers 11 mit kleinem Durchmesser am einen Ende des Bündels F und einem Gußkern 6 in einem Hohlraum 4 zum Ausbilden eines halbringförmigen Körpers 12 mit großem Durchmesser am an­ deren Ende des Bündels F vorbereitet. Die Hohlräume 3 und 4 waren durch einen längsverlaufenden, der Bildung eines stangenförmigen Abschnitts 1 einer Pleuelstange 10 dienen­ den Hohlraumabschnitt 9 zur Aufnahme des Bündels F mit­ einander verbunden. Die Gußkerne 5 und 6 hatten Ausnehmungen 7 und 8 zur Aufnahme der Enden des Bündels F und zur Hal­ terung des Bündels F im Mittelbereich des längsverlaufen­ den Hohlraums 9. Die Hauptachse des elliptischen Quer­ schnitts des Bündels F wurde rechtwinklig zur Papierebene der Fig. 2, somit parallel zur Y-Achse der Fig. 4 und 5 angeordnet, wodurch das Flächenträgheitsmoment um die Y-Achse kleiner als das Flächenträgheitsmoment um die X-Achse gemacht wurde.

Zwischen dem Bündel F und der Wand des längsverlaufenden Hohlraums 9 war ringsum ein Spalt einer Weite von 1,5 bis 2,0 mm. In die Gießform 2 wurde eine Aluminiumlegierung zur Bildung einer das Bündel F umschließenden Matrix M unter Druck eingegossen. Die auf diese Weise gebildete Pleuel­ stange 10 wurde maschinell nachbearbeitet und hatte in ihrem stangenförmigen Abschnitt 1 eine kleinste Quer­ schnittsfläche von 209 mm². Der Volumenanteil des Bündels F in dieser Querschnittsfläche betrug 16,4%, das Flächen­ trägheitsmoment um die Y-Achse 1700 mm⁴, das Flächenträg­ heitsmoment um die X-Achse 7630 mm⁴. Die Restspannungs­ verringerung in der kleinsten Querschnittsfläche betrug 20,7%.

Beispiel II

Es wurde gemäß dem Beispiel I ein Bündel F mit einem kreisrunden Querschnitt eines Durchmessers von 10,5 mm gemäß Fig. 4 mit einer Matrix M umgossen. Die Material­ dichte und die Querschnittsfläche waren die gleichen wie in Beispiel I, d. h. 3,1 g/cm³ bzw. 39,7%. Die Spalt­ weite g ₁ zwischen dem Bündel F und den Seitenwänden des längsverlaufenden Hohlraums 9 der Gießform 2 betrug 1,0 bis 1,5 mm.

Beispiel III

Ein Bündel F ₁ aus 306 000 10 Mikron starken Aluminium­ fasern wurde gemäß Fig. 5 in einen Mantel F ₂ aus 91 000 12 Mikron starken rostfreien Stahlfasern eingeschlossen. Das sich ergebende Bündel F hatte einen elliptischen Quer­ schnitt mit einer Hauptachsenlänge von 12 mm und einer Nebenachsenlänge von 9,2 mm; sein Gewicht betrug 19,1 g, seine Länge 136 mm. Das Bündel F wurde in einem im Quer­ schnitt ellipsenförmigen Rohr P 10 min lang auf 700°C erhitzt, wodurch die Stahlfasern zumindest punktweise mit­ einander und mit den Aluminiumfasern durch Schmelzen oder Sintern verbunden wurden. Das Bündel F wurde wie in Bei­ spiel I beschrieben umgossen. Die Spaltweite g betrug 1,5 bis 2,0 mm. Die kleinste Querschnittsfläche des stan­ genförmigen Abschnitts 1 der gebildeten Pleuelstange 10 betrug 290 mm². Der Volumenanteil des Bündels F in dieser kleinsten Querschnittsfläche betrug 16,4%. Der Volumen­ anteil der Aluminiumfasern betrug 11,5%; der Volumenan­ teil der rostfreien Stahlfasern betrug 4,9%. Das Verhält­ nis des Volumenanteils der Aluminiumfasern zum Volumenan­ teil der Stahlfasern betrug 7 : 3. Das Flächenträgheits­ moment um die Y-Achse (I(c)y) betrug 1700 mm⁴; das Flächen­ trägheitsmoment um die X-Achse (I(c)x) betrug 7630 mm⁴. Die Restspannungsverringerung in dem Bereich der kleinsten Querschnittsfläche betrug 34,2%.

Ersichtlich hat das zweikomponentige Bündel nach Beispiel III ein geringeres Gewicht als das einkomponentige Bündel nach Beispiel I, dabei jedoch eine höhere Restspannungs­ verminderung.

Um diese Vorteile zu erzielen, ist es auch möglich, einen Kern aus lediglich nichtmetallischen Fasern in einen Mantel aus metallischen Fasern einzuschließen. Metallische Fasern können auch gleichförmig mit nichtmetallischen anorgani­ schen Fasern in einem Bündel vermischt werden. Es können auch nichtmetallische anorganische Fasern, die einen me­ tallischen Mantel haben, gleichförmig mit nichtmetallischen Fasern in einem Bündel vermischt werden.

Claims (6)

1. Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine, mit einem stangen­ förmigen Abschnitt (10), der durch ein sich in seiner Längs­ richtung erstreckendes Bündel (F; F ₁, F ₂) anorganischer Fasern verstärkt ist, wobei das Bündel (F; F ₁, F ₂) von einer Matrix (M) aus Leicht­ metall umgossen ist, und Fasern enthält, die zumindest ober­ flächlich aus Metall bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern metallischer Oberfläche zumindest teilweise durch Verschmelzen oder Sintern miteinander verbunden sind.

2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (F ₁, F ₂) einen Kern (F ₁) aus anorganischen, nicht­ metallischen Fasern und einen Mantel (F ₂) aus metallischen Fasern aufweist.

3. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (F ₁, F ₂) einen Kern (F ₁) aus nichtmetallischen Fasern und einen Mantel (F ₂) aus nichtmetallischen, mit einer Metallbeschichtung versehenen Fasern aufweist.

4. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (F) aus einer gleichförmigen Mischung metallischer Fasern und anorganischer, nichtmetallischer Fasern besteht.

5. Pleuelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (F) aus einer gleichförmigen Mischung anor­ ganischer, nichtmetallischer, mit einer Metallbeschichtung ver­ sehener Fasern und anorganischer, nichtmetallischer Fasern besteht.

6. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zumindest teilweise Verschmelzen oder Sin­ tern durch Erhitzen des in einen formgebenden rohrförmigen Behälter (P) eingebrachten Bündels (F; F ₁, F ₂) auf 700°C erfolgt.