DE3416011C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange, welche aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnen­ teil und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuelaugen (Kurbelzapfenauge und Kolbenbolzenauge) außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen ge­ trennten flexiblen Spannband besteht, wobei das flexible Spannband mit vorgegebener Vorspannkraft verspannt wird.

Eine Pleuelstange gattungsgemäßer Art sowie ein Verfahren zu deren Herstellung sind aus der DE-OS 32 04 093 bekannt. Diese bekannte Pleuelstange wird unter Berücksichtigung der im betrieblichen Einsatz auftretenden Zug- und Druckkräfte derart gestaltet, daß sie insbesondere aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß Pleuelinnen­ teil und Spannband derart gegeneinander verspannt werden, daß bei betrieblichem Einsatz einer solchen Pleuelstange das Spannband immer im Zugbereich und das Pleuelinnenteil immer im Druckbereich belastet werden. Die Herstellung dieser bekannten Pleuelstange erfolgt derart, daß ein endloses Spannband auf die auf das Pleuelinnenteil abgestützten Pleuel­ augen aufgezogen wird, wobei entweder das Pleuelinnenteil auf Druck oder das Spannband auf Zug belastet ist. Die Vor­ spannung des Spannbandes und des Pleuelinnenteils kann bei der bekannten Pleuelstange lediglich über eine eigens für diesen Zweck konstruierte Spannvorrichtung bewerk­ stelligt werden. Außerdem sind bei der Herstellung von Pleuelinnenteil und Spannband die Einhaltung von sehr engen Maßtoleranzen erforderlich, um eine definierte Vorspannung des Spannbandes und des Pleuelinnenteils zu gewährleisten. Die Art der Aufbringung der Vorspannung bei den bekannten Pleuelstangen ist für eine Serienfertigung ungünstig, weil die Herstellung der Einzelteile wegen der notwendigen Ein­ haltung von sehr engen Maßtoleranzen aufwendig ist, die Nachprüfung der tatsächlich aufgebrachten Vorspannung nur über für diesen speziellen Einsatzzweck entwickelte Meß­ instrumente in einem getrennten Arbeitsgang möglich ist, und das Spannband beim Aufziehen auf die am Pleuelinnenteil abgestützten Pleuelaugen verletzt werden kann.

Eine Verbesserung hinsichtlich der Herstellung dieser be­ kannten Pleuelstangen ist aus der DE-OS 33 13 365 bekannt geworden. Bei dieser bekannten Pleuelstange wird das Spann­ band im spannungslosen Zustand über die beiden Pleuelaugen und das Pleuelinnenteil geschoben, wonach eine Hülse über das Kolbenbolzenauge zur Verspannung des Spannbandes und des Pleuelinnenteils auf das Spannband aufgeschoben wird, welches in einer im Pleuelinnenteil vorgesehenen Nut ein­ rastet. Auch bei dieser bekannten Pleuelstange ist das Aufbringen einer definierten Vorspannung nur durch Einhalten sehr enger Maßtoleranzen bei Pleuelinnenteil, Spannband und Hülse möglich. Auch die Nachprüfung der tatsächlich aufge­ brachten Vorspannung auf Spannband und Pleuelinnenteil ist nur durch einen zusätzlichen Meßvorgang möglich, wozu wiederum eine speziell für diesen Einsatzzweck herge­ stellte Meßvorrichtung erforderlich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile ein Verfahren zur Her­ stellung von Pleuelstangen zur Verfügung zu stellen, bei welchem die speziellen Probleme der Serienfertigung be­ rücksichtigt sind, und bei welchem die Vorspannung beim Aufbringen in einfacher Weise kontrolliert werden kann. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Pleuelstange soll werkstoff- und fertigungsgerechte Bauform aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Vor­ spannung des flexiblen endlosen Spannbandes nach dem Hydraulikprinzip erfolgt, wobei als Hydraulikmedium eine hochviskose Flüssigkeit oder eine Paste eingesetzt wird, wobei das Spannband in eine im radial äußeren Teil des Kurbelzapfenauges in Umfangsrichtung eingearbeitete Nut derart eingelegt wird, daß zwischen Kurbelzapfenauge und Spannband ein Hohlraum entsteht, und wobei zum Verspannen des Spannbandes durch eine in der Lagerschale befindliche Einspritzöffnung das Hydraulikmedium unter Druck in den vom Spannband und der Nut gebildeten Hohlraum eingepreßt wird, wonach die Einspritzöffnung verschlossen wird. Es hat sich dabei besonders bewährt, wenn das Hydraulik­ medium nach dem Einspritzen in einen festen Zustand überführt wird. Als fester Zustand des Hydraulikmediums wird verstanden, daß das Hydraulikmedium von der Konsistenz ist, daß es von den in der Pleuel­ stange auftretenden Betriebsdruck- und Zugkräften nicht mehr verformt werden kann. Ein Verschließen der Einspritz­ öffnung ergibt sich durch das Festwerden des Hydraulikmediums von selbst.

Als Hydraulikmedien, welche in den festen Zustand überführt werden können, eignen sich besonders physikalisch oder chemisch härtende Werkstoffe, beispielsweise Thermoplaste oder Duromere, wobei es sich als zweckmäßig herausgestellt hat, wenn diesen Hydraulikmedien in noch verformbarem Zustand Fasermaterial zugemischt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß die einzelnen Bauteile der Pleuelstange einzeln und spannungs­ frei hergestellt werden können und erst nach dem Aushärten unter erst dann erzeugter Vorspannung zur Pleuelstange zusammengesetzt werden. Da durch die Verspannung des Spann­ bandes mit geeigneter, vorgegebener Vorspannkraft gewähr­ leistet wird, daß das Pleuelinnenteil lediglich noch auf Druck und das Spannband lediglich auf Zug beansprucht wird, können daher Pleuelinnenteil und Spannband in Faserstruktur und Matrix optimal auf die ihnen spezifischen reinen Druck- bzw. Zugbeanspruchungen ausgelegt werden. Insbesondere kann das Spannband zunächst spannungsfrei hergestellt und erst nach der Aushärtung, wenn die volle Zugfestigkeit erreicht ist, mit der gewünschten hohen Vorspannung am Pleuelinnenteil montiert werden. Dabei sind ohne Gefahr so große Vorspannungen möglich, daß sich das Spannband unter den im Betrieb auftretenden Zugbeanspruchungen nicht mehr nennenswert dehnen kann und also der Form- und Kraftschluß zwischen Spannband und Pleuelinnenteil voll erhalten bleibt. Auch ist ohne Veränderung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, eine Teilung der Pleuelstangen vorzunehmen, soweit eine solche Teilung konstruktiv gewünscht wird.

Um eine Abdichtung zwischen Spannband und Nut zu begünstigen, ist das Spannband im Bereich der Nut der Lagerbrücke vor­ teilhaft versteift. Diese Versteifung des Spannbandes be­ steht beispielsweise aus einem auf der der Nut zugewandten Seite des Spannbandes angeordneten, etwa die Breite der Nut ausfüllenden Blechstreifen. Zweckmäßig ist der Blech­ streifen in seinem Querschnitt U-förmig ausgebildet, wobei in den U-förmigen Hohlraum das Spannband eingelegt ist. Für die Abdichtung zwischen Spannband und Nut hat sich besonders bewährt, wenn der Blechstreifen in seinem Quer­ schnitt doppel-U-förmig ausgebildet ist, wobei in den einen U-förmigen Hohlraum das Spannband eingelegt ist und die Schenkel des zweiten U-förmigen Hohlraumes die Wände der Nut berührend in die Nut hineinragen. Auf diese Weise wird einerseits das Spannband günstig versteift, andererseits die in die Nut hineinragenden Seiten des Blechstreifens infolge des unter Druck einge­ spritzten Hydraulikmediums an die Wände der Nut angedrückt, so daß der von der Nut, dem Blechstreifen und dem Spannband gebildete, von dem Hydraulikmedium befüllte Raum günstig abgedichtet ist.

Das Pleuelinnenteil und/oder Spannband und/oder die Lager­ schalen sind vorteilhaft aus Faserverbundwerkstoff herge­ stellt. Sind auch die Lagerschalenträger aus Faserverbundwerk­ stoff hergestellt, so sollten wenigstens die den Kurbel­ zapfen und den Kolbenbolzen umschließenden Gleitflächen von einem metallischen Werkstoff gebildet sein. Hierzu können entweder metallische Lagerschalen in die Lagerschalenträger aus Faserverbundwerkstoff eingesetzt werden, oder der Faserver­ bundwerkstoff metallisch beschichtet werden, wobei die metallische Beschichtung beispielsweise galvanisch, durch Plasmaspritzen oder durch Aufdampfen erfolgen kann.

Als Fasern für den Faserverbundwerkstoff eignen sich bei zug- und druckbeaufschlagten Teilen besonders Kohlenstoff­ fasern. Bei zugbeanspruchten Teilen eignen sich auch Bor- und Aramidfäden.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pleuel­ stange, vorgespannt nach dem Hydraulikprinzip, und zwar in der linken Figurenhälfte eine Ansicht, in der rechten Figurenhälfte einen Längsschnitt, jeweils gesehen in Axialrichtung der Pleuelstangen,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Pleuelstange nach Fig. 1, und zwar wiederum in der rechten Figurenhälfte im Längsschnitt.

Das Spannband 1 umschlingt die beiden Pleuelaugenlager 2 und 3, welche auf dem Pleuelinnenteil 4 abgestützt sind. Das Kurbelzapfenauge 2 ist geteilt in eine innere Lager­ schale 5 und eine äußere Lagerbrücke 6. Im äußeren Bereich des Kurbelzapfenaugenlagers 2 ist eine Nut 7 in Umfangs­ richtung angeordnet. In diese Nut 7 ist das Spannband 1 mit seiner Versteifung, einem U-förmig gebogenen Blech 8, eingesetzt. Von der Nut 7 und dem Spannband 1 mit seiner Versteifung 8 wird ein Raum gebildet, in welchem eine hoch­ viskose Flüssigkeit oder Paste 11 eingefüllt ist. Die Ein­ füllung bzw. Einspritzung der hochviskosen Flüssigkeit oder Paste erfolgt über die Einspritzöffnung 9. Es ist von Vor­ teil, wenn die Flüssigkeit oder Paste 11 in festem Zustand in der fertigen Pleuelstange vorliegt. Lagerbrücke 6 und Lagerschale sind durch eine Nutfederkombination 10 gegen seitliches Verschieben gesichert.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange, welche aus einem im wesentlichen den Pleuelschaft bildenden, an den beiden Pleuelaugen abgestützten Pleuelinnenteil und mindestens einem das Pleuelinnenteil und die beiden Pleuel­ augen außen umschließenden, vom Pleuelinnenteil und den Pleuelaugen getrennten, flexiblen endlosen Spannband be­ steht, wobei das flexible, endlose Spannband mit vorge­ gebener Vorspannkraft verspannt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verspannung des flexiblen endlosen Spannbandes nach dem Hydraulikprinzip erfolgt, wobei als Hydraulikmedium eine hochviskose Flüssigkeit oder eine Paste eingesetzt wird, wobei das Spannband in eine im radial äußeren Teil des Kurbelzapfenauges in Umfangs­ richtung eingearbeitete Nut derart eingelegt wird, daß zwischen Kurbelzapfenauge und Spannband ein Hohlraum entsteht, und wobei zum Verspannen des Spannbandes durch eine in der Lagerschale befindliche Einspritzöffnung das Hydraulikmedium unter Druck in den vom Spannband und der Nut gebildeten Hohlraum eingepreßt wird, wonach die Ein­ spritzöffnung verschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikmedium nach dem Einspritzen in den festen Zustand überführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in den festen Zustand überführbare Hydraulikmedium ein Thermoplast ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in den festen Zustand überführbare Hydraulikmedium ein härtbarer oder selbstaushärtender Kunststoff ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband im Bereich der Nut des Kurbelzapfenauges versteift ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifung des Spannbandes aus einem auf der der Nut zugewandten Seite des Spannbandes angeordneten, etwa die Breite der Nut ausfüllenden Blechstreifen besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechstreifen in seinem Querschnitt U-förmig ausge­ bildet ist und daß in den U-förmigen Hohlraum das Spann­ band eingelegt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechstreifen in seinem Querschnitt doppel-U- förmig ausgebildet ist, wobei in den einen U-förmigen Hohlraum das Spannband eingelegt ist und die Schenkel des zweiten U-förmigen Hohlraums die Wände der Nut berührend in die Nut hineinragen.