DE4322832C2 - Aus Stahl geschmiedetes Pleuel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pleuel, hergestellt mit dem Verfahren nach Patent 43 11 108, bei dem 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 Schaftes ausgebildet ist, an mindestens einem Bereich des Kurbelwellenauges eine Sollbruchstelle ausgebildet ist, an welcher das Kurbelwellenauge in einen Pleueldeckel und eine Pleuelstange brechbar ist, wobei die Sollbruchstelle durch einen eingeformten Rißspalt gebildet ist, in dem in ein Schmiedegesenk ein Formling aus Stahl eingelegt, in einem ersten Umformschritt vorgeformt und in einem zweiten Umformschritt fertiggeformt wird, dabei im ersten Umformschritt, an der Stelle, an welcher der eingeformte Rißspalt ausgebildet werden soll, beim Schließen des Gesenks eine Kerbe in dem Formling aus­ geformt wird, wobei das zur Formung der Kerbe verdrängte Material beidseitig der Kerbenflanken radial 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 eingeformt wird.

Dem Hauptpatent liegt 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 erstellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Lösung der Aufgabe des Hauptpatentes zur Verfügung. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.

Obwohl die Ausbildung der Rißkerben radial innenliegend der Lochung bevorzugt ist, ist auch eine Ausbildung radial außenliegend der Lochung im Rahmen der Erfindung möglich und Erfindungsgegenstand. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung der Sollbruchstelle 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. Die Sollbruchstelle kann dabei von der Mündung der Lochung bis über einen gewissen Teil des Innenmantels verlaufen, allerdings höchstens bis zu dem Bereich, der durch ein Mittelteil der Lochung belegt ist, welches in einem nachfolgenden Arbeitsschritt bei der Fertigung des Pleuels ausgestochen wird. Es ist auch möglich, die Sollbruchstelle außenseitig des Kurbelauges in ähnlicher Weise auszubilden und auszuformen.

Bevorzugt können an beiden Mündungen der Lochungen des Kurbelwellenauges jeweils axial miteinander fluchtende Rißspalte ausgebildet werden und zwar auf diametral gegenüberstehenden Bereichen der Lochung.

Hierdurch werden insgesamt vier rißinitiierende Bereiche, vorzugsweise innenseitig am Mantel der Lochung des Kurbel­ wellenauges ausgeformt, so daß das Cracken in einfacher und genau bestimmbarer Weise durchgeführt werden kann. Es ist auch möglich, jeweils nur an einer Mündung der Lochung an diametral gegenüberliegenden Stellen Rißspalte auszubilden, wobei dann nur ein Rißansatz an den gegen­ überliegenden Stellen jeweils ausgebildet ist und somit eine eindeutige Rißausbildung und Bruchausbildung erfolgt, aber keine schuppenartige Rißausbildung zu erwarten ist.

Um ein eindeutiges Bruchbild zu erzeugen, kann es auch vorteilhaft sein, die eingeformten Rißspalte über die gesamte Höhe des Innenmantels der Lochung auszubilden, jeweils bis zum ausstanzbaren Mittelteil.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die angegebene Tiefe des Rißspaltes ist sichergestellt, daß bei einem Planschleifen des Pleuels nach dem Schmieden und dem Ausdrehen der Kurbelaufnahmebohrung auf ein Feindrehmaß die eingeformten Risse nicht vollständig beseitigt werden, sondern noch eine ausreichende Rißtiefe zur Crackung des Pleuels zur Verfügung steht.

Durch die verfahrenstechnische Ausbildung des Rißspaltes wird die in Längsrichtung des Pleuels verlaufende Materialfaser im Bereich der eingeformten Rißspalte im wesentlichen nicht unterbrochen, sondern sie folgt der Rißformung, was für die Festigkeit vorteilhaft ist. Im übrigen wird durch diese Ausformung die gewünschte Rißbildung und Bruchbildung beim Cracken gefördert.

Bei der verfahrenstechnischen Anwendung kann 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 so vorgenommen ist, daß neben der Kerbe das aus der Kerbe verdrängte Material bergartig angehäuft wird.

In einem zweiten Umformschritt ist die Form des Schmiedegesenks so ausgebildet, daß beim Schließen des Gesenks die Kerbe geschlossen und das außerhalb neben der Kerbe angehäufte Material in die Kerbe zurückgedrängt wird, so daß beim fertigen Schmiedeteil keine Kerbe oder dergleichen mehr ersichtlich bleibt, sondern es ist lediglich ein feiner Rißansatz im Innenmantel der Lochung oder bei äußerer Anordnung außenseitig des Kurbelwellenauges erkennbar.

Aus der EP 0 330 830 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines pulvergeschmiedeten Pleuels ersichtlich. Dabei ist schon die innenliegende axial gerichtete Ausbildung einer Anrißkerbe beschrieben. Eine solche Anrißkerbe muß aber vor dem Sintern angebracht werden, so daß ein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist.

Aus der EP 0 507 519 A2 ist es bekannt, aus Stahl geschmiedete Pleuel mit bruchinitiierenden Rissen zu formen, um ein Zerbrechen des Pleuels an der Trennstelle von Deckel und Pleuelstange zu erreichen, wobei die Bruchebene mittig der 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.

Schließlich ist aus der DE-Z. "Industrieanzeiger", 13/92, Seite 15 bis 17, die Crackung von Pleueln bekannt, wobei für ein sauberes Bruchtrennen die Erzeugung einer örtlichen Spannungsspitze durch das Einbringen einer Kerbe in der gewünschten Trennebene erforderlich ist. Auch hierbei wird die Kerbe wieder durch einen zusätzlichen Arbeitsvorgang vorgesehen.

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 Schnittlinie 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 dieser ausgehenden Schaft 4 und ein am anderen Ende des Schaftes 4 angeformtes Kolbenbolzenauge 5 auf. An einem quer zur Längserstreckung des Armes 4, mittig zur Lochung 3 und axial zur Lochung 3 des Kurbelwellenauges 2 gerichteten Bereich sind Sollbruchstellen ausgebildet, an welchen das Kurbelwellenauge in einen Pleueldeckel und eine Pleuelstange brechbar ist. Die Sollbruchstelle ist durch eingeformte Rißspalte 6 gebildet, die an diametral gegen­ überliegenden Stellen des Kurbelwellenauges 2 im Bereich des Innenmantels der Lochung 3 ausgebildet sind. Die eingeformten Rißspalte verlaufen im wesentlichen über etwa ein Drittel der Höhe der Lochung 3 des Kurbelwellen­ auges. Im Mittelbereich der Lochung 3 ist ein in Fig. 5 gezeigtes ausstanzbares Mittelteil angeordnet, welches vor dem Cracken des Pleuels entfernt wird. In diesem Mittelteil ist keine Rißkerbe 6 angeordnet und ausgebildet, da dieses Mittelteil vor dem Cracken entfernt wird.

Zur Herstellung eines Pleuels wird in ein Schmiedegesenk ein Formling aus Stahl eingelegt, der in einem ersten Umformschritt vorgeformt und in einen zweiten Umformschritt fertiggeformt wird.

Im ersten Umformschritt werden an den Stellen, an welchen die eingeformten Rißspalte 6 ausgebildet werden sollen, beim Schließen des Gesenks V-förmige Kerben 8 in den Formling ausgeformt, wie insbesondere in Fig. 4 verdeutlicht. Dabei wird das zur Formung der Kerbe 8 verdrängte Material 9 beidseits der Kerbenflanken radial verdrängt und 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 werden die Kerben dadurch geschlossen, daß das angehäufte Material 9 in die Kerben 8 zurückgedrängt wird. Hierdurch werden die Kerben 8 geschlossen und die Rißspalte 6 eingeformt, wie dies in Fig. 3 bis 6 verdeutlicht ist. Die Kerbe 8 weist vorzugsweise eine Tiefe von etwa 0,65 mm auf. Wie aus den Fig. 3 bis 6 ersichtlich kann die Kerbe 8 nur einseitig von der einen Mündung der Lochung 3 ausgehend ausgebildet sein (an beiden diametral gegen­ überliegenden Stellen, wie aus Fig. 1 ersichtlich) oder aber die Kerben können auch beidseitig an beiden Mündungen der Lochung 3 ausgebildet sein, wie aus Fig. 6 ersichtlich. Die Kerben verlaufen jeweils etwa über ein Drittel der Höhe des Kurbelwellenauges 2. Der fertig geschmiedete Formling wird in nachfolgenden Arbeits­ schritten plangeschliffen, wobei entsprechend der Schliff­ tiefe ein axial außenliegender Bereich der Kerbe bzw. des Risses 6 entfernt wird, jedoch noch ein ausreichender Bandteil des Risses 6 verbleibt. Ferner wird dann die Lochung 3 des Kurbelwellenauges 2 auf ein Feindrehmaß zur Bildung der Kurbelwellenaufnahmebohrung vorgedreht, wobei die Rißtiefe der Rißspalte 6 größer als die abgetragene Materialstärke ist, so daß zum Cracken noch eine ausreichende Rißtiefe zur Verfügung steht.

Ferner werden auch die (in der Zeichnung nicht dargestellten) Bohrungen für die Verbindungsschrauben, die Schraubenkopfauflagen und die entsprechenden Gewinde fertig bearbeitet. Nachfolgend wird der Formling durch Maßnahmen, die im Stand der Technik an sich bekannt sind, mittels Druck- und/oder Schlageinwirkung in die Pleuelstange 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 Bruch­ stelle wieder zusammengefügt und die Verbindungsschrauben werden auf Drehmoment angezogen, woraufhin dann die abschließende 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.

Claims (5)

1. Pleuel, hergestellt mit dem Verfahren nach Patent 43 11 108, bei dem 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 Schaftes ausgebildet ist, an mindestens einem Bereich des Kurbelwellenauges eine Sollbruchstelle ausgebildet ist, an welcher das Kurbelwellenauge in einen Pleueldeckel und eine Pleuelstange brechbar ist, wobei die Sollbruchstelle durch einen eingeformten Rißspalt gebildet ist, in dem in ein Schmiedegesenk ein Formling aus Stahl eingelegt, in einem ersten Umformschritt vorgeformt und in einem zweiten Umform­ schritt fertiggeformt wird, dabei im ersten Umformschritt, an der Stelle, an welcher der eingeformte Rißspalt ausgebildet werden soll, beim Schließen des Gesenks eine Kerbe in dem Formling aus­ geformt wird, wobei das zur Formung der Kerbe verdrängte Material beidseitig der Kerbenflanken radial 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 eingeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle quer zur Längserstreckung des Schaftes und mittig zur Lochung des Kurbelwellenauges gerichtet und innenseitig der großen Lochung des Kurbelwellenauges ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kerbe in einer Tiefe von mindestens 0,5 mm, höchstens 1 mm und vorzugsweise 0,65 mm ausgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe einseitig über die gesamte Höhe des Materials ausgebildet wird, welches die Lochung des Pleuels umgibt, und zwar bis zu dem Mittelteil der Lochung, welches während des zweiten Umformschrittes oder danach ausgestochen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fertiggeschmiedete Formling in folgenden Arbeitsschritten plangeschliffen wird, wobei die Schlifftiefe geringer als die Länge des eingeformten Risses ist, anschließend die Lochung des Kurbelwellenauges auf ein Feindrehmaß zur Bildung der Kurbelwellenaufnahmebohrung vorgedreht wird, wobei die Materialabnahme geringer als die Tiefe des eingeformten Risses ist, die Bohrung 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.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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.