DE4311108C1

DE4311108C1 - Aus Stahl geschmiedetes Pleuel

Info

Publication number: DE4311108C1
Application number: DE19934311108
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: SCHULTE KG HAMMERWERK
Current assignee: SCHULTE KG HAMMERWERK
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2013-04-06

Description

Die Erfindung betrifft ein aus Stahl geschmiedetes Pleuel mit einem Kurbelwellenauge mit einer großen Lochung, einem von diesem ausgehenden Schaft und mit einem Kolbenbolzenauge am anderen Ende des Schafts, wobei an mindestens einem quer zur Längserstreckung des Schaftes und mittig zur Lochung des Kurbelwellenauges gerichteten Bereich des Kurbelwellenauges eine Sollbruchstelle ausgebildet ist, an welcher das gesamte Pleuel in einen Pleueldeckel und eine Pleuelstange brechbar ist.

Bisher ist es üblich, das geschmiedete Stahlpleuel in einem Gesenk aus einem Formling in zwei Stufen zu einem Rohteil geformt werden. Anschließend ist eine komplette mechanische Bearbeitung erforderlich. Die wesentlichen Bearbeitungsschritte sind das Trennen des Pleueldeckels von der Pleuelstange sowie das Bearbeiten der Trennfläche einschließlich der Anbringung einer Zentrierung zwischen Deckel und Stange. Die Trennfläche liegt in der Mitte der Kurbelwellenbohrung. Weitere Bearbeitungsgänge sind die Herstellung der Schraubenbohrungen einschließlich der Gewinde, sowie die Bearbeitung der Kolbenbolzen- bzw. Kurbelwellenbohrung im Durchmesser und an den Anlage flächen.

Es besteht ein Bedarf dahingehend, solche geschmiedeten Pleuel kostengünstiger fertigen zu können, wobei insbesondere auf den separaten Bearbeitungsvorgang der Trennfläche zwischen Deckel und Stange verzichtet werden soll.

Im Stand der Technik (EP 0 507 519 A2) ist schon vorgeschlagen worden, aus Stahl geschmiedete Pleuel mit bruchinitiierenden Rissen zu formen, um ein Zerbrechen des Pleuels an der Trennstelle von Deckel und Pleuelstange zu erreichen (cracken), wobei die Bruchebene mittig der großen Lochung quer zur Längserstreckung des Pleuels angeordnet ist. Die bruchinitiierenden Rißstellen oder Spalte sind dabei durch achsparallel zur großen Lochung des Pleuels ausgerichtete Nuten erzeugt, die innenseitig der großen Lochung am Kurbelwellenauge oder auch außenseitig derselben angeordnet sind. Durch diese Ausbildung ist zwar ein cracken von Pleueln möglich, jedoch bedarf es eines zusätzlichen Arbeitsganges zur Formung der Rißkerben oder dergleichen, die in einem separaten Arbeitsgang ausgebildet werden müssen. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Pleueln in Form pulvergeschmiedeter Bauteile ist aus der EP 0 330 830 A1 bekannt. Auch dort ist es aber erforderlich, Anrißkerben in einem separaten Arbeitsgang auszubilden. Auch diese Anrißkerben verlaufen achsparallel zur Mittelachse der großen Lochung des Pleuels.

Ausgehend von dem eingangs bezeichneten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aus Stahl geschmiedetes Pleuel zu schaffen, bei welchem die Crackung in an sich bekannter Weise erfolgen kann, welches aber kostengünstiger unter Einsparung von zusätzlichen Arbeitsgängen hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Sollbruchstelle durch einen eingeformten Rißspalt gebildet ist, der mindestens einseitig des Kurbelwellenauges auf seiner Breitseite ausgebildet ist und dessen Längserstreckung radial zur großen Lochung des Kurbelwellenauges verläuft.

Durch diese Anordnung und Ausbildung der Sollbruchstelle auf der Breitseite des Pleuels, also nicht achsparallel zur Mittelachse der großen Lochung, sondern radial dazu, ist es möglich, diese Sollbruchstelle ohne zusätzlichen Arbeitsgang zu erzeugen, da diese Sollbruchstelle durch eine entsprechende Ausformung des Schmiedegesenkes erzeugt werden kann. Die Form des Schmiedegesenkes wird durch diese Ausbildung nicht oder nur unwesentlich verteuert, während die hinsichtlich des Pleuels erforderlichen Arbeitsgänge zumindest um den Arbeitsgang der zusätzlichen Ausbildung der Sollbruchstelle vermindert sind.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß der eingeformte Rißspalt bzw. Rißansatz nur auf einer Stirnfläche des Pleuels ausgebildet ist, weil bei nur einem Rißansatz eine eindeutige Rißausbildung und Bruchausbildung erfolgt und keine schuppenartige Rißausbildung zu erwarten ist.

Dennoch kann es unter Umständen auch vorteilhaft sein, daß der eingeformte Rißspalt auf beiden Breitseiten des Kurbelwellenauges ausgebildet ist.

Zur Erleichterung des Bruchvorganges und um ein eindeutiges Bruchbild zu erzeugen, ist zudem vorgesehen, daß der eingeformte Rißspalt über die gesamte Breite des die Lochung umgebenden Materialbereiches des Kurbelwellenauges ausgebildet ist.

Desweiteren ist bevorzugt vorgesehen, daß die Tiefe des Rißspaltes mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mehr ab 0,5 mm und weniger als 1,0 mm, bevorzugt 0,65 mm beträgt.

Diese Ausbildung ist insofern bevorzugt, als dadurch sichergestellt ist, daß bei einem Planschleifen des Pleuels nach dem Schmieden durch die angegebene Rißtiefe vermieden ist, daß der Riß durch den Planschleifvorgang beseitigt wird, bevor die Crackung des Pleuels erfolgt ist.

Bevorzugt ist ferner vorgesehen, daß die in Längsrichtung des Pleuels verlaufende Materialfaser im Bereich des eingeformten Rißspaltes im wesentlichen ununterbrochen verläuft und der Rißformung folgt.

Durch diese Ausformung wird die gewünschte Rißbildung und Bruchbildung beim Cracken gefördert.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Pleuels der vorbeschriebenen Art, wobei in ein Schmiedegesenk ein Formling aus Stahl eingelegt, in einem ersten Umformschritt vorgeformt und in einem zweiten Umformschritt fertiggeformt wird, besteht darin, daß im ersten Umformschritt, an der Stelle, an welcher der eingeformte Rißspalt ausgebildet werden soll, beim Schließen des Gesenks eine Kerbe in dem Formling ausgeformt wird, wobei das zur Formung der Kerbe verdrängte Material beidseits der Kerbenflanken außenseitig des Formlings bergartig aufgehäuft wird, und im zweiten Umformschritt durch Schließen des Gesenks die Kerbe dadurch geschlossen wird, daß das angehäufte Material in die Kerbe zurückgedrängt wird, wodurch bei geschlossener Kerbe der Rißspalt eingeformt wird.

Beispielsweise kann dazu an dem Schmiedegesenk in der ersten Gesenkstufe eine Rippe oder Nase oder dergleichen ausgebildet sein, mittels derer die im wesentlichen V-förmige Kerbe beim Schließen des Gesenks erzeugt wird, wobei die Ausbildung des Gesenks zudem so getroffen ist, daß neben der Kerbe das aus der Kerbe verdrängte Material bergartig angehäuft wird. In einem zweiten Umformschritt ist die Form des Schmiedegesenkes so ausgebildet, daß beim Schließen des Gesenkes die Kerbe geschlossen und das außerhalb neben der Kerbe angehäufte Material in die Kerbe zurückgedrängt wird, so daß am fertigen Schmiedeteil keine Kerbe oder dergleichen mehr ersichtlich bleibt, sondern es ist lediglich ein feiner Rißansatz auf der Stirnfläche des Formlings erkennbar.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß die Kerbe in einer Tiefe von mindestens 0,5 mm, höchstens 1 mm und vorzugsweise 0,65 mm ausgeformt wird.

Desweiteren ist bevorzugt vorgesehen, daß die Kerbe einseitig über die gesamte Breite des Material ausgebildet wird, welches die Lochung des Kurbelwellenauges des Pleuels umgibt.

Auch ist bevorzugt vorgesehen, daß der fertiggeschmiedete Formling in folgenden Arbeitsschritten, plangeschliffen wird, wobei die Schlifftiefe geringer als die Tiefe des eingeformten Risses ist, ausschließlich die Lochung des größeren Endteils auf ein Feindrehmaß zur Bildung der Kurbelwellenaufnahmebohrung vorgedreht wird, die Bohrungen für die Verbindungsschrauben und die Schraubenkopfauflagen sowie die Gewinde fertig bearbeitet werden und nachfolgend der Formling mittels Druck- und/oder Schlageinwirkung in die Pleuelstange und den Deckel zerlegt wird.

Desweiteren ist bevorzugt vorgesehen, daß nach der Zerlegung des Pleuels die Pleuelstange und der Deckel paßgenau zusammengefügt werden, die Verbindungsschrauben auf Drehmoment angezogen werden und dann die Fertigbearbeitung des Pleuels vorgenommen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung gezeigt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Pleuel als fertiges noch unzerlegtes Schmiedeteil in Ansicht;

Fig. 2 desgleichen in Seitenansicht;

Fig. 3 ein Pleuel in Schnittansicht gemäß Schnitt linie III-III der Fig. 1 gesehen;

Fig. 4 bis 6 Teilansichten eines Pleuels in der Ansicht gemäß Fig. 3 gesehen.

Das insbesondere in Fig. 1 und 2 ersichtliche aus Stahl geschmiedete Pleuel 1 weist ein Kurbelwellenauge 2 mit einer großen Lochung 3, einen von hier ausgehenden Schaft 4 und ein am anderen Ende des Schaftes 4 angeformtes Kolbenbolzenauge 5 auf. An einem quer zur Längserstreckung des Armes 4 und mittig zur Lochung 3 des Kurbelwellenauges 2 gerichteten Bereich des Kurbelwellenauges ist eine Sollbruchstelle ausgebildet, an welcher das Kurbelwellenauge 2 in einen Pleueldeckel und eine Pleuelstange brechbar ist. Die Sollbruchstelle ist durch einen eingeformten Rißspalt 6 gebildet, der einseitig des Kurbelwellenauges 2 auf seiner Breitseite ausgebildet ist und sich radial zur großen Lochung 3 des Kurbelwellenauges 2 erstreckt.

Der eingeformte Rißspalt 6 verläuft im wesentlichen über die gesamte Breite des die Lochung 3 umgebenden Material bereiches des Kurbelwellenauges 2. Die Tiefe des Rißspaltes beträgt vorzugsweise 0,65 mm, wobei auch die Fläche, in welcher der Rißspalte 6 angeordnet und ausgebildet ist, um ein geringes Maß hinter die Fluchkante 7 des Kurbelwellenauges 2 des Pleuel zurückversetzt sein kann.

Zur Herstellung eines Pleuels 1 wird in ein Schmiedegesenk ein Formling aus Stahl eingelegt, der in einem ersten Umformschritt vorgeformt und in einem zweiten Umformschritt fertiggeformt wird. Im ersten Umformschritt wird an der Stelle, an welcher der eingeformte Rißspalte 6 ausgebildet werden soll, beim Schließen des Gesenks eine V-förmige Kerbe 8 in dem Formling ausgeformt, wie insbesondere in Fig. 4 verdeutlicht. Dabei wird das zur Formung der Kerbe 8 verdrängte Material 9 beidseits der Kerbenflanken außenseitig des Formlings bergartig angehäuft. Das Schmiedegesenk hat eine entsprechende Innenkontur, um diese Formung zu bewirken und zu ermöglichen.

In einem zweiten Umformschritt wird der Formling wiederum in ein Gesenk eingelegt und durch Schließen des Gesenks die Kerbe 8 dadurch geschlossen, daß das angehäufte Material 9 in die Kerbe 8 zurückgedrängt wird. Hierdurch wird die Kerbe 8 geschlossen und der Rißspalt 6 eingeformt, wie dies in Fig. 5 verdeutlicht ist. Die Kerbe weist dabei eine Tiefe von vorzugsweise etwa 0,65 mm auf. Die Kerbe 8 ist nur einseitig über die gesamte Breite des Material ausgebildet, welches die Lochung 3 des größeren Endteiles 2 des Pleuels 1 umgibt, um eine eindeutige Rißausbildung zu ermöglichen und keine Schuppenbildung zu bewirken. Der fertiggeschmiedete Formling wird dann in nachfolgenden Arbeitsschritten plangeschliffen, wobei die Schlifftiefe geringer ist als der Tiefe des eingeformten Risses 6 entspricht, so daß dieser trotz des Schleifvorganges erhalten bleibt. Anschließend wird die Lochung 3 des größeren Endteiles 2 auf ein Feindrehmaß zur Bildung der Kurbelwellenaufnahme bohrung vorgedreht und die (in der Zeichnung nicht dargestellten) Bohrungen für die Verbindungsschrauben, die Schraubenkopfauflagen und die entsprechenden Gewinde fertigbearbeitet. Nachfolgend wird der Formling durch Maßnahmen, die im Stand der Technik an sich bekannt sind, mittels Druck- und/oder Schlageinwirkung in die Pleuel stange und den Deckel zerlegt. Die Teile sind an der so erzeugten Bruchstelle 10, wie in Fig. 6 verdeutlicht, paßgenau wieder zusammenzufügen. Zur Endfertigung des Pleuels wird das Pleuel an der Bruchstelle wieder zusammengefügt und die Verbindungsschrauben werden auf Drehmoment angezogen, woraufhin dann die Fertigbearbeitung des Pleuels erfolgen kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und das erfindungs gemäße Verfahren ist es möglich, das Cracken von Pleueln mit möglichst wenigen Arbeitsgängen durchzuführen.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

1. Aus Stahl geschmiedetes Pleuel mit einem Kurbelwellen auge mit einer großen Lochung, einem von diesem ausgehenden Schaft und mit einem Kolbenbolzenauge am anderen Ende des Schaftes, wobei an mindestens einem quer zur Längserstreckung des Schaftes und mittig zur Lochung des des Kurbelwellenauges gerichteten Bereich des Kurbelwellenauges eine Sollbruchstelle ausgebildet ist, an welcher das Kurbelwellenauge in einen Pleueldeckel und eine Pleuelstange brechbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle durch einen eingeformten Rißspalt (6) gebildet ist, der mindestens einseitig des Kurbelwellenauges (2) auf seiner Breitseite ausgebildet ist und dessen Längserstreckung radial zur großen Lochung (3) des Kurbelwellenauges (2) verläuft.

2. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeformte Rißspalt (6) auf beiden Breit seiten des Kurbelwellenauges (2) ausgebildet ist.

3. Pleuel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeformte Rißspalt (6) über die gesamte Breite des die Lochung (3) umgebenden Materialbereichs des Kurbelwellenauges (2) ausgebildet ist.

4. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Rißspaltes (6) mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mehr als 0,5 mm und weniger als 1,0 mm, bevorzugt 0,65 mm beträgt.

5. Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung des Pleuels (1) verlaufende Materialfaser im Bereich des einge formten Rißspaltes (6) im wesentlichen ununterbrochen verläuft und der Rißformung folgt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Pleuels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in ein Schmiedegesenk ein Formling aus Stahl eingelegt, in einem ersten Umformschritt vorgeformt und in einem zweiten Umformschritt fertiggeformt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß im ersten Umformschritt, an der Stelle, an welcher der eingeformte Rißspalt ausgebildet werden soll, beim Schließen des Gesenks eine Kerbe in dem Formling ausgeformt wird, wobei das zur Formung der Kerbe verdrängte Material beidseits der Kerbenflanken außenseitig des Formlings bergartig angehäuft wird, und im zweiten Umformschritt durch Schließen des Gesenks die Kerbe dadurch geschlossen wird, daß das angehäufte Material in die Kerbe zurückgedrängt wird, wodurch bei geschlossener Kerbe der Rißspalt einge formt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe in einer Tiefe von mindestens 0,5 mm, höchstens 1 mm und vorzugsweise 0,65 mm ausgeformt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kerbe einseitig über die gesamte Breite des Materials ausgebildet wird, welches die Lochung des des Pleuels umgibt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der fertiggeschmiedete Formling in folgenden Arbeitsschritten, plangeschliffen wird, wobei die Schlifftiefe geringer als die Tiefe des eingeformten Risses ist, anschließend die Lochung des Kurbelwellenauges auf ein Feindrehmaß zur Bildung der Kurbelwellenaufnahmebohrung vorgedreht wird, die Bohrungen für die Verbindungsschrauben und die Schraubenkopfauflagen sowie die Gewinde fertig bearbeitet werden und nachfolgend der Formling mittels Druck- und/oder Schlageinwirkung in die Pleuelstange und den Deckel zerlegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zerlegung des Pleuels die Pleuelstange und der Deckel paßgenau zusammen gefügt werden, die Verbindungsschrauben auf Drehmoment angezogen werden und dann die Fertigbearbeitung des Pleuels vorgenommen wird.