DE3900186A1 - Method for making a piston pin - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbolzens für einen Verbrennungsmotor aus einem Hohl stift und nach diesem Verfahren hergestellte Kolbenbolzen.The invention relates to a method for producing a Piston pin for an internal combustion engine from a hollow pin and piston pins produced by this method.
Bei Verbrennungsmotoren ist man bemüht, die bewegten Massen so gering wie möglich zu halten. Insbesondere gilt dies für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen mit hohen Drehzah len. Aus diesem Grund werden Kolben entsprechend aus leicht gewichtigen und trotzdem hoch belastbaren Materialien herge stellt. Zur Verbindung der Kolben mit der Kurbelwelle dienen bekanntlich Pleuel, die jeweils über einen in eine Querboh rung des Kolbens eingesetzten Kolbenbolzen mit dem Kolben verbunden sind.With internal combustion engines, efforts are made to move the masses to keep it as low as possible. This applies in particular to Internal combustion engines of high-speed motor vehicles len. For this reason, pistons are made from light accordingly weighty yet highly resilient materials poses. Serve to connect the pistons to the crankshaft As is well known, connecting rods, each one in a crossbeam tion of the piston used piston pin with the piston are connected.
Zur Gewichtseinsparung ist es bereits be kannt, den Kolbenbolzen aus einem Hohlstift zu bilden. Aus Stabilitäts- und Belastungsgründen müssen jedoch Mindestwand stärken eingehalten werden.To save weight, it is already knows to form the piston pin from a hollow pin. Out However, reasons of stability and load must have a minimum wall strengths are observed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenbolzens und einen Kolbenbolzen selbst zu schaffen, der trotz weiterer Gewichtsreduzierung eine ausreichende Stabilität- und Belastbarkeit besitzt.The invention has for its object a method for Manufacture of a piston pin and a piston pin to create himself despite further weight loss has sufficient stability and resilience.
Erfindunsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein hohler Rohling, dessen Ausgangslänge kürzer und dessen Außen durchmesser größer als im Endzustand ist, am Außenumfang der art umgeformt wird, daß er sich in den Außenbereichen unter Reduzierung des Durchmessers wenigstens annähernd auf die ge wünschte Endlänge und den Enddurchmesser verlängert, während der Mittenbereich im wesentlichen den Ausgangsdurchmesser beibehält, wonach der Mittelbereich außen auf den Enddurch messer gebracht wird, wobei die über den gewünschten Durch messer überstehende Verstärkung nach innen gedrückt, gepreßt oder geschlagen wird.According to the invention, this object is achieved in that a hollow blank, the starting length is shorter and the outside diameter is larger than in the final state, on the outer circumference of the art is reshaped that he is in the outdoor areas under Reduction of the diameter at least approximately to the ge desired final length and the extended diameter while the central area essentially the initial diameter maintains, after which the central area passes through on the end knife is brought, the over the desired through Knife protruding reinforcement pressed inwards, pressed or being hit.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ging der Erfindung von der Erkenntnis aus, daß der Kolbenbolzen nicht überall gleich be lastet ist bzw. daß es Bereiche einer höheren und einer nie deren Belastung gibt, die von der Biegelinie abhängig sind. In the solution according to the invention, the invention went from Realizing that the piston pin is not the same everywhere is or that there are areas of a higher and never a their load depends on the bending line.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird dieser Tatsache nun Rechnung getragen. Im Bereich der Stellen, in denen der Kolbenbolzen in dem Kolben gelagert ist, ist des sen Belastung geringer, hingegen im mittleren Bereich, in welchem das Pleuel gelagert ist, höher. Aus diesem Grunde ist der erfindungsgemäße Kolbenbolzen nun so hergestellt, daß er im Außenbereich eine geringere Wandstärke, im mittle ren Bereich hingegen eine höhere Wandstärke besitzt. Versu che haben ergeben, daß bei gleicher Stabilität bzw. Belast barkeit eine Gewichtsersparnis von ca. 20 bis 30% erreicht werden kann.The manufacturing method according to the invention makes this Fact now taken into account. In the area of jobs in which the piston pin is mounted in the piston is the less load, however in the middle range, in which the connecting rod is mounted, higher. For this reason the piston pin according to the invention is now manufactured in such a way that he has a smaller wall thickness outside, in the middle However, their area has a higher wall thickness. Versu che have shown that with the same stability or load a weight saving of approx. 20 to 30% can be.
Grundsätzlich ließe sich der Kolbenbolzen zwar auch durch eine entsprechende spanende Bearbeitung in der erfindungsge mäßen Form herstellen, aber damit wäre keine so hohe Belast barkeit erreichbar, da im Unterschied zu dem erfindungsge mäßen Verfahren, bei dem darüber hinaus in den gefährdeten Bereichen eine Materialverdichtung und ein ungestörter Gefü geverlauf vorhanden ist, Spannungsspitzen und Gefügestörun gen vorhanden wären.In principle, the piston pin could also be passed through a corresponding machining in the fiction produce moderate shape, but that would not be such a high burden Availability available because in contrast to the fiction moderate procedure, in which, moreover, in the endangered Areas of material compression and an undisturbed structure there are voltage peaks and structural disturbance would exist.
Vorzugsweise wird die Erstumformung des Rohlings durch eine Kaltumformung, z. B. ein Rundkneten, erreicht. Dieses Ar beitsverfahren, der Umformvorgang und das Funktionsprinzip des Rundknetens, auch Rundhämmern genannt, ist ein Freifor men zur Querschnittsverminderung mit zwei oder mehreren Werk zeugen. Die Werkzeuge umschließen den zu vermindernden Quer schnitt eines Werkstückes ganz oder teilweise und bringen dabei das Werkstück in die gewünschte Form.The first forming of the blank is preferably carried out by a Cold forming, e.g. B. kneading achieved. This ar process, the forming process and the principle of operation round kneading, also known as round hammering, is a free form to reduce the cross-section with two or more plants testify. The tools enclose the cross to be reduced cut a workpiece in whole or in part and bring it the workpiece into the desired shape.
In einer Weiterbildung der Erfndung kann vorgesehen sein, daß der Rohling so formgepreßt wird, daß er in seinen beiden äußeren Endbereichen jeweils eine Verdickung erhält.A further development of the invention can provide that the blank is pressed so that it is in its two outer end areas each receives a thickening.
Neben der Verdickung im mittleren Bereich, an die sich eine dünnere Wandstärke anschließt, werden nunmehr die beiden End bereiche im Bereich der Stirnseiten nochmals bezüglich ihrer Wandstärke verstärkt.In addition to the thickening in the middle area, to which a thinner wall thickness, the two ends areas in the area of the end faces again with regard to their Wall thickness reinforced.
In der Praxis hat man nämlich festgestellt, daß aufgrund des hin- und hergehenden Kolbens, insbesondere bei der nach unten gerichteten Bewegung nach dem Zündvorgang, im äußeren Lagerbereich des Kolbenbolzens eine hohe Belastung auftritt, die zu der Gefahr führt, daß der Kolbenbolzen sich oval ver formt, wobei die längere Achse der Verformung horizontal verläuft.In practice it has been found that due to of the reciprocating piston, especially in the after downward movement after the ignition process, in the outer Bearing area of the piston pin a high load occurs, which leads to the risk that the piston pin ver oval forms, with the longer axis of deformation horizontal runs.
Durch eine entsprechende Erhöhung der Wandstärke in diesem Bereich erhält mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Kol benbolzen entsprechend eine noch größere Stabilität.By increasing the wall thickness accordingly Area receives the col accordingly bolt even greater stability.
Ein an die Anforderungen in der Praxis noch stärker angepaß tes Verfahren kann darin bestehen, daß die Formgebung des Rohlings so erfolgt, daß die nach innen eingeformten Ver dickungen und Verdünnungen der Rohlingswand wenigstens an nähernd der Belastungslinie des Kolbenbolzens folgen.An even more adapted to the requirements in practice tes method may be that the shape of the Blanks are made so that the inwardly molded Ver Thickening and thinning of the blank wall at least closely follow the load line of the piston pin.
Dies bedeutet, daß z. B. in der Mittelachse des Kolbenbolzens eine geringere Wandstärke vorliegt, die seitlich links und rechts daneben, wobei die größte Wandstärke sich im Bereich der Stellen befindet, wo der Kolbenbolzen in den Lagerbe reich in dem Kolben eintritt. Hier entstehen an beiden Sei ten die größten Belastungen aufgrund des Biegemomentes, das anschließend wieder abfällt und ein erneutes Maximum jeweils auf beiden Stirnseiten findet. Auf diese Weise ergibt sich praktisch annähernd ein wellenförmiger Verlauf der Innenwand des Kolbenbolzens. Aufgrund der erfindungsgemäßen Umformtech nik ist jedoch diese Form ohne besondere Schwierigkeiten her stellbar.This means that e.g. B. in the central axis of the piston pin there is a smaller wall thickness, the left and to the right of it, the greatest wall thickness being in the area the places where the piston pin in the Lagerbe richly enters the piston. Here both arise the greatest loads due to the bending moment then drops again and a new maximum each time takes place on both ends. This way almost an undulating course of the inner wall the piston pin. Because of the forming technology according to the invention However, this form is not particularly difficult adjustable.
Die vorstehend beschriebenen Formen für den erfindungsge mäßen Kolbenbolzen sind sowohl für feststehende als auch für sich drehende Kolbenbolzen geeignet.The forms described above for the fiction moderate piston pins are for both fixed and rotating piston pin suitable.
Für einen feststehenden Kolbenbolzen ist in einer erfindungs gemäßen Weiterbildung vorgesehen, daß aus dem hohlen Rohling an zwei gegenüberliegenden Stellen aus dem Außenumfang nach außen Ausformungen über den gewünschten Enddurchmesser her ausgeformt werden, wonach die Ausformungen nach innen ge drückt, gepreßt oder geschlagen werden, wobei der gewünschte Außendurchmesser eingestellt wird.For a fixed piston pin is in a fiction according training provided that from the hollow blank at two opposite points from the outer circumference Formations outside on the desired final diameter are formed, after which the formations ge inwards presses, pressed or hit, the desired one Outside diameter is set.
Bei einem feststehenden Kolbenbolzen befinden sich die höch sten Belastungen, d. h. die maximale Belastungslinie, auf der Ober- und der Unterseite. In diesem Falle kann man in ein facher Weise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren an den ge wünschten Stellen die Verdickungen anbringen. Im Querschnitt gesehen ergibt sich somit für die Innenbohrung jeweils im un teren und oberen Bereich eine Einschnürung.With a fixed piston pin, the highest most loads, d. H. the maximum load line on which Top and bottom. In this case, one can multiple ways in the process of the invention to the ge attach the thickened areas. In cross section seen thus results for the inner bore in the un lower and upper area a constriction.
Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren, das sowohl für fest stehende als auch für rotierende Kolbenbolzen geeignet ist, kann darin bestehen, daß in einen hohlen Rohling mit einem über dem gewünschten Solldurchmesser liegenden Durchmesser wenigstens in seinem Mittelbereich in dessen Inneres ein Formwerkzeug, das mit Zähnen, nach außen ragenden Rippen, Stegen o. dgl. versehen ist, eingelegt wird, wonach der Roh ling außenseitig auf den Enddurchmesser gebracht wird, wobei überschüssiges Material in die Lücken der Zähne, Rippen, Ste ge o. dgl. eingepreßt wird.Another method according to the invention, both for solid standing as well as suitable for rotating piston pins, can be that in a hollow blank with a diameter above the desired nominal diameter at least in the middle of it Molding tool with teeth, outwardly projecting ribs, Is provided webs or the like, is inserted, after which the raw ling is brought outside to the final diameter, whereby excess material in the gaps of the teeth, ribs, ste ge or the like.
In diesem Falle wird beim Rundkneten Material in einen im Inneren der zuvor kreisrunden Bohrung eingelegten Kernes mit einer Verzahnung am Außenumfang, die sich über die gesamte Länge des Kolbenbolzens oder nur über einen mittleren Be reich davon erstreckt, beim Rundkneten in die Zahnlücken hin eingedrückt. Dies bedeutet, daß im Ausgangszustand der Roh ling einen größeren Durchmesser besitzt und beim Rundkneten dieser auf seinen gewünschen Außendurchmesser gebracht wird, wobei das überschüssige Material in die Zahnlücken ein gedrückt wird.In this case, when kneading the material into a Inside the previously inserted circular core a toothing on the outer circumference that extends over the entire Length of the piston pin or only over a medium loading extends from it, while kneading into the tooth gaps indented. This means that in the initial state the raw ling has a larger diameter and when circular kneading this brought to its desired outside diameter with the excess material entering the tooth gaps is pressed.
Selbstverständlich muß dabei bezüglich des Kernes und der entsprechend dabei eingeformten Zähne keine genaue Zahnform eingehalten werden. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn hier mehrere große Rippen, Stege o. dgl. vorhanden sind.Of course, the core and the correspondingly molded teeth, no exact tooth shape be respected. Basically, it is sufficient if there are several large ribs, webs or the like.
Eine vorteilhafte Weiterbildung kann dabei darin bestehen, daß in das Innere des mit einer entsprechenden Verzahnung versehenen Rohlings eine Versteifungshülse eingebracht wird.An advantageous further development can consist in that inside the with an appropriate toothing provided blank is inserted a stiffening sleeve.
Auf diese Weise erhöht sich aufgrund einer Art Sandwich-Bau weise die Steifigkeit des Kolbenbolzens beträchtlich.This way it increases due to a kind of sandwich construction the stiffness of the piston pin is considerable.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben. Es zeigtExemplary embodiments of the invention are described below described in principle of the drawing. It shows
Fig. 1 einen Kolbenbolzen nach dem Stand der Technik im Längsschnitt, Fig. 1 a piston pin according to the prior art in a longitudinal section,
Fig. 2 einen Ausgangsrohling für das erfindungsgemäße Verfahren, Fig. 2 is a starting blank for the inventive method,
Fig. 3 den Kolbenbolzen nach Fig. 2 nach einem ersten Verfahrensschritt, Fig. 3 the piston pin according to Fig. 2 after a first process step,
Fig. 4 den Kolbenbolzen nach der Fig. 2 bzw. Fig. 3 im Endzustand, Fig. 4 shows the wrist pin of FIG. 2 and FIG. 3 in the final state,
Fig. 5 einen Kolbenbolzen anderer Bauweise im Halbschnitt im Endzustand, Fig. 5 a piston pin on the other construction in half section in the final state,
Fig. 6 einen Rohling im Querschnitt während der ersten Verfahrensstufe nach einem anderen Herstellungs verfahren, Fig. 6 process a blank in cross-section during the first stage of the process according to another manufacturing,
Fig. 7 den Kolbenbolzen nach der Fig. 6 im Endzustand, Fig. 7 shows the piston pin according to FIG. 6 in the final state,
Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Kolbenbolzen im Endzustand nach einer anderen Herstellungsart. Fig. 8 shows a cross section through a piston pin in the final state according to another type of manufacture.
In der Fig. 1 ist ein Kolbenbolzen 1 bekannter Bauart darge stellt, der als Hohlstift ausgebildet ist. In Fig. 1, a piston pin 1 of known type is Darge, which is designed as a hollow pin.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, wird der erfindungsge mäße Kolbenbolzen aus einem hohlen Rohling 2 hergestellt, der kürzer und dicker ist als der Kolbenbolzen im Endzu stand. Durch Hämmerwerkzeuge 3, die über den Umfang des Roh lings 2 verteilt angeordnet sind, wird der Rohling in einem ersten Verfahrensschritt auf die Endlänge verlängert, wozu entsprechend Material aus den Endbereichen verwendet wird. Im mittleren Bereich bleibt der ursprüngliche größere Durch messer unverändert oder nur wenig verändert.As can be seen from FIG. 2, the piston pin according to the invention is made from a hollow blank 2 , which is shorter and thicker than the piston pin in the end position. By hammering tools 3 , which are arranged distributed over the circumference of the Roh lings 2 , the blank is extended to the final length in a first process step, for which purpose material from the end areas is used accordingly. In the central area, the original larger diameter remains unchanged or only slightly changed.
In einem zweiten Arbeitsgang wird die Verdickung bzw. der größere Durchmesser im mittleren Bereich des Rohlinges durch entsprechende Werkzeuge nach innen gedrückt, gepreßt oder geschlagen. Gegebenenfalls kann im Inneren des Rohlings auch ein Gegenhalter vorgesehen werden (nicht dargestellt).In a second step, the thickening or larger diameter in the central area of the blank appropriate tools pressed in, pressed or beaten. If necessary, inside the blank too a counter-holder can be provided (not shown).
Wie aus der Fig. 4 in der gestrichelten Darstellung ersicht lich ist, befindet sich die Verstärkung bzw. Verdickung 5 des Kolbenbolzens in dem freien Bereich des Kolbens 6, in dem auch ein Pleuel 7 befestigt ist. Im Bereich des reduzier ten Querschnittes, d. h. in den Endbereichen 4 des Kolbenbol zens, ist dieser in einer Querbohrung des Kolbens 6 gela gert, wo er weniger belastet ist.As can be seen from the dashed line in FIG. 4, the reinforcement or thickening 5 of the piston pin is located in the free area of the piston 6 , in which a connecting rod 7 is also attached. In the area of the reduced cross-section, ie in the end regions 4 of the piston pin, this is in a transverse bore of the piston 6 , where it is less loaded.
Aus der Fig. 5 ist eine Querschnittsform des Kolbenbolzens 2 in seinem Endzustand ersichtlich, die eine Wellenform dar stellt, welche wenigstens annähernd der Biegemomentlinie des Kolbenbolzens über dessen Länge entspricht. Wie ersichtlich befindet sich zwar ebenfalls im mittleren Bereich eine Ver dickung mit zwei Maxima jeweils in dem Bereich, in dem der Kolbenbolzen in die Lagerstelle eintritt, aber im zentralen Bereich, wo eine geringere Belastung vorhanden ist, befindet sich ein Tal 9, während sich im Bereich der beiden Stirnsei ten des Kolbenbolzens nochmals Verdickungen 10 befinden.From Fig. 5 is a cross-sectional shape of the piston pin 2 in its final state is apparent that represents a waveform which corresponds at least approximately to the bending moment line of the piston pin along its length. As can be seen, there is also a thickening in the middle with two maxima, each in the area in which the piston pin enters the bearing point, but in the central area, where there is less stress, there is a valley 9 , while in Area of the two front sides of the piston pin thickenings 10 are again.
In den Fig. 6 und 7 ist die Herstellung eines Kolbenbolzens 2 dargestellt, der unverdrehbar in einer Bohrung des Kolbens 6 sitzt. In diesem Falle befindet sich der Bereich der stärk sten Belastung in der Vertikalebene. Aus diesem Grunde wird aus einem Rohling 2 der Rundknet- oder Rundhämmervorgang so vorgenommen, daß auf der Unterseite und der Oberseite je weils Materialverdickungen in Form von Ausformungen 11 aus dem zu Beginn runden Rohling, der einen entsprechend gering fügig größeren Durchmessers besitzt, als der Kolbenbolzen im Endzustand, nach außen gedrückt.In Figs. 6 and 7, the manufacturing of a piston pin 2 is shown seated non-rotatably in a bore of the piston 6. In this case, the area with the greatest load is in the vertical plane. For this reason, the round kneading or rotary hammering process is carried out from a blank 2 such that material thickenings in the form of formations 11 from the initially round blank, which has a correspondingly slightly larger diameter than the piston pin, are formed on the underside and the top in the final state, pushed outwards.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden die beiden Ausfor mungen 11 nach innen gedrückt, gepreßt oder geschlagen, so daß - wie aus der Fig. 7 ersichtlich ist - der Kolbenbolzen 2 im Bereich der größten Belastung eine deutlich größere Wandstärke besitzt. In a second step, the two Ausfor lines 11 are pressed inwards, pressed or struck, so that - as can be seen from Fig. 7 - the piston pin 2 has a significantly larger wall thickness in the region of the greatest load.
In der Fig. 8 ist ein Kolbenbolzen dargestellt, der bei der Herstellung so geformt worden ist, daß sich auf der Innen seiten eine Teilprofilform bzw. Zähne 12 ergeben. Hierzu wird in das Innere eines Rohlings mit kreisförmigem Querschnitt ein Kern eingebracht, der am Außenumfang mit einer Vielzahl von vorstehenden Rippen, Zähnen o. dgl. versehen ist. Der Roh ling besitzt dabei ebenfalls einen geringfügig größeren Außendurchmesser als der Kolbenbolzen im Endzustand. Der Ver lauf der Innenwand des Rohlings ist in der Fig. 8 gestri chelt eingezeichnet und entspricht im wesentlichen dem späte ren Zahngrund. Bei der Durchmesserverringerung während des Rundknetens wird das überschüssige Material in die Zahn lücken bzw. Lücken zwischen den Rippen des nicht dargestell ten Kernes eingeformt. Anschließend kann der Kern entnommen werden. Zur Erhöhung der Steifigkeit kann noch in das Innere des Kolbenbolzens eine leichtgewichtige Versteifungshülse 13 eingepaßt werden.In Fig. 8, a piston pin is shown, which has been shaped during manufacture so that a partial profile shape or teeth 12 result on the inside. For this purpose, a core is introduced into the interior of a blank with a circular cross section, which is provided on the outer circumference with a multiplicity of projecting ribs, teeth or the like. The Roh ling also has a slightly larger outer diameter than the piston pin in the final state. The course of the inner wall of the blank is shown in dashed lines in FIG. 8 and essentially corresponds to the late tooth base. When the diameter is reduced during the round kneading, the excess material is formed in the tooth gaps or gaps between the ribs of the core (not shown). The core can then be removed. To increase the rigidity, a lightweight stiffening sleeve 13 can be fitted into the interior of the piston pin.
Das Verhältnis der Wandstärken zwischen den dünneren und dickeren Bereichen in dem Kolbenbolzen kann z. B. 2 : 1 sein. Bei einer Länge des Kolbenbolzens von z. B. 60 mm und einem Außendurchmesser von 22 mm im Endzustand kann die Wandstärke in den geringer belasteten Bereichen des Kolbenbolzens z. B. 2,5 mm betragen, während sie in den höher belasteten Berei chen zwischen 4 und 5 mm liegen kann. Selbstverständlich sind in Abhängigkeit von den Längen und Durchmessern des Kol benbolzens und den zu erwartenden Belastungen im Rahmen der Erfindung auch noch andere Maße möglich.The ratio of wall thicknesses between the thinner and thicker areas in the piston pin can e.g. B. 2: 1. With a length of the piston pin of z. B. 60 mm and one Outside diameter of 22 mm in the final state can change the wall thickness in the less stressed areas of the piston pin z. B. 2.5 mm, while in the more heavily used areas Chen can be between 4 and 5 mm. Of course are dependent on the lengths and diameters of the Kol benbolzens and the expected loads in the context of Invention other dimensions possible.
Claims (15)
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- 1989-01-05 DE DE19893900186 patent/DE3900186A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |