DE3708760A1

DE3708760A1 - Pleuelstange fuer einen hubkolbenmotor

Info

Publication number: DE3708760A1
Application number: DE19873708760
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ramin
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1988-09-29

Description

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

Aus DE-PS 7 22 018 ist eine hohle Pleuelstange bekannt, die sowohl am Kolbenbolzenende als auch kurbelwellenseitig einen Kugelkopf auf weist, der ebenfalls als Hohlkugel ausgeführt ist. Um für eine solche Pleuelstange eine ausreichende Festigkeit zu erhalten, muß sie aus Stahl gegossen sein. Wegen des hohen spezifischen Gewichtes werden dadurch trotz Hohlausbildung die Massenkräfte für schnellaufende Renn motoren immer noch zu hoch. Deshalb verwendet man häufig Pleuelstangen aus Titan, die aber recht kostenaufwendig sind.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine hohlausgebildete Pleuelstange hinsichtlich Werkstoffwahl und Formgestaltung so auszuführen und ein Herstellverfahren hierfür zu entwickeln, daß sie ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Wand der hohl gegossenen Pleuelstange durch eingegossene Fasern verstärkt, die in der Belastungsrichtung der Pleuelstange verlaufen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bilden die Fasern eine Endloswicklung zwischen den Kolbenbolzenauge und dem Kurbelwellenlagerauge der Pleuelstange.

In Anspruch 8 der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für die Pleuel stange angegeben, bei dem die Faserwicklung auf einen Sandkern aufge wickelt wird. Hierdurch wird die verwendete Wickelvorrichtung recht einfach und da die Fasern eng am Sandkern anliegen, ist die Gewähr dafür gegeben, daß sie sich beim Gießen mit Leichtmetall nicht verschieb und exakt die aus Festigkeitsgründen gewählte Lage beibehalten. Auf diese Weise können die Zugfestigkeitswerte der Pleuelstange fast allein durch die Faserwicklung erbracht werden. Das Leichtmetall dient nur dazu, die Faserwicklung ganz zu ummanteln und Druckspannungen aufzunehmen.

Die Wandstärke kann daher sehr klein sein; sie beträgt im Schaftbereich nur ca. 3 mm. Die eingelegten Fasern verhindern auch eine zu starke Längenänderung; der Längenausdehnungskoeffizient eines erfindungsgemäßen faserverstärkten Aluminiumpleuels hat etwa dieselben Größe wie bei Stahl.

Ein Ausführungsbeispiel der Pleuelstange und das verwendete Herstellungs verfahren werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Frontansicht der Pleuelstange,

Fig. 2 Ansicht der Pleuelstange von unten,

Fig. 3 Längsschnitt der Pleuelstange,

Fig. 4 Querschnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 Sandkern mit Faserwicklung in Frontansicht,

Fig. 6 Seitenansicht zu Fig. 5,

Fig. 7 Frontaler Längsschnitt der Pleuelstange mit Sandkern,

Fig. 8 Seitenlängsschnitt der Pleuelstange mit Sandkern.

Eine Pleuelstange aus Leichtmetallguß für einen Hubkolbenmotor, weist zur gelenkigen Verbindung mit dem Kolben und der Kurbelwelle ein zylind risches Kolbenbolzenauge 1 und ein hälftiges Kurbelwellen-Lagerauge 2 auf, in das zur Verschraubung mit der anderen Lageraugenhälfte 15 zwei Stehbolzen 3 eingegossen sind. Der das Kolbenbolzenauge 1 und das Lager auge 2 verbindende Pleuelschaft 4 hat eine trapezförmige Kontur. Die Pleuelstange ist insgesamt in der Weise hohl gegossen, daß der Schaft querschnitt (Fig. 4) ein abgerundetes Rechteckprofil 5 ist, dessen Breite 6 konstant über die ganze Schaftlänge ist, dessen Höhe 7 zum Kolbenbolzenauge 1 hin kontinuierlich abnimmt.

Zur Erhöhung der Festigkeit ist in die Wand der Pleuelstange eine Faser wicklung 8 aus Al₂ O₃ Fasern eingegossen, die in Fig. 5 und Fig. 6 darge stellt ist. Um die Faserwicklung in definierter, auch beim Gießen unver rückbarer Lage zu halten, wird sie auf einen Sandkern 9 aufgewickelt, der die Form des Pleuelstangenhohlraumes hat und unter Zusatz von Bindemitteln warmverfestigt wurde. Die Wicklung umgreift die obere Rundung 10 des Kolbenbolzenauges 1, erstreckt sich beidseitig des Pleuelschaftes 8, ist um Querverankerungen 11 der Stehbolzen 3 und um die Rundung 12 des hälf tiges Kurbelwellenlagerauges zu einem Endlosstrang herumgewickelt. Zur Versteifung in Querrichtung dienen zusätzlich quer zum Pleuelschaft ver laufende Faserwicklungen 13 und 14, die an das Kolbenbolzenauge 1 und das Kurbelwellenlagerauge 2 unmittelbar anschließen.

Der so umwickelte Sandkern 9 wird in eine mehrteilige Gußform eingelegt und nach Schließen der Gießform im Druckgießverfahren mit Leichtmetall umgossen. Beim Gießen und Erkalten wird die Faserwicklung 8 von dem Sand kern 9 abgelöst und fest in die Leichtmetallwand integriert. Nach Öffnen der Gießform wird der Sandkern 9 zerstört und aus der Pleuelstange ent fernt. Die Schichtdicke des Leichtmetalls braucht nur so groß zu sein, daß es die Faserwicklung allseitig einhüllt, da die hohen Zugbelastungen in der Pleuelstange nahezu vollständig durch die Faserwicklung 8 aufge nommen werden können. Die so hergestelte Pleuelstange hat ein geringes Gewicht, eine sehr hohe Festigkeit und liegt in den Herstellkosten unter halb der Kosten für eine in Rennmotoren übliche Titan-Pleuelstange.

Claims

1. Pleuelstange für einen Hubkolbenmotor, die aus einem Kolbenbolzen auge, Pleuelschaft und einem hälftigen Kurbelwellen-Lagerauge besteht und insgesamt hohl gegossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wand zur Festigkeitserhöhung eine Faserwicklung (8) eingegossen ist.

2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Leichtmetallguß im Druckgießverfahren, Preßgießverfahren oder Vakuum gießverfahren gefertigt ist.

3. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser wicklung (8) als Endloswicklung um die obere Rundung (10) des Kolben bolzenauges (1), entlang der linken und rechten Seite des Pleuelschaftes (4) und entlang der Rundung (12) des hälftigen Kurbelwellen-Lagerauges (2) verläuft.

4. Pleuelstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das hälftige Kurbelwellen-Lagerauge (2) zur Verschraubung mit der anderen Lageraugenhälfte (15) Stehbolzen (3) eingegossen sind.

5. Pleuelstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steh bolzen (3) endseitig Querverankerungen (11) aufweisen, um die die Faser wicklung (8) herumgeführt ist.

6. Pleuelstange nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelschaft (4) nahe dem Kolbenbolzenauge (1) und dem Kurbelwellenlager auge (2) Querwicklungen (13 und 14) aus Fasern enthält.

7. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserwicklung (8) aus Aluminiumoxid, Siliziumkarbid oder Kohlen stoff besteht.

8. Verfahren zum Herstellen einer Pleuelstange nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Auf einen Sandkern (9), der die Form des Pleuelstangenhohlraums aufweist und durch Bindemittel und Wärmebehandlung verfestigt wird, wird eine Faserwicklung (8) aufgebracht.
b) Der Sandkern (9) wird in eine mehrteilige Gußform eingelegt, die im Druckgießverfahren mit Leichtmetall ausgegossen wird.
c) Nach Öffnen der Gußform wird der Sandkern (9) zerstört und die Leicht metallpleuelstange spangebend fertigbearbeitet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Sandkern (9) beidseits des hälftigen Kurbelwellen-Lagerauges (2) Stehbolzen (3) angeord net werden, um die die Faserwicklung (8) herumgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steh bolzen (3) nach Beendigen des Gießvorganges zur Festigkeitserhöhung nach vergütet werden.