DE4332444A1 - Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Gußlegierung, insbesondere Pleuel für Hubkolbenmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Gußlegierung, insbesondere Pleuel für Hubkolbenmaschinen, gemäß der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1 beschriebenen Bauart.

Ein Leichtmetall-Pleuel mit einem mittels Bruchtrennen einer Lageranordnung gebildeten Lagerdeckel ist aus der EP-B 0 305 371 bekannt. Um die beim Bruchtrennen von Leichtmetall, insbesondere Aluminium, infolge der relativ niedrigen Bruchdehnung auftretenden nachteiligen duktilen Verformungen in den Bruchtrennflächen zu vermeiden, ist bei dem bekannten Leichtmetall-Pleuel eine die Lagerboh­ rung umgebende Einlage aus einem spröden Material vorge­ sehen. Für eine hohe Betriebssicherheit wesentlich ist hierbei eine einwandfreie Ausbildung einer intermetalli­ schen Verbindung zwischen Einlage und dem Leichtmetall des Pleuels beim Einguß der Einlage in die Leichtmetall- Matrix.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein gat­ tungsgemäß gestaltetes Maschinenteil aus einer Leicht­ metall-Gußlegierung eine geeignete Maßnahme aufzuzeigen, um die in den Leichtmetall-Bruchtrennflächen nachteiligen duktilen Anteile zu minimieren.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Pa­ tentanspruches 1 dadurch gelöst, daß die Gußlegierung mindestens im Bereich der Bruchtrennflächen der Lager­ anordnung zumindest über einen Teil der Bruchtrennflächen verteilt angeordnet keramische Partikel oder Kurzfasern oder Whisker gesondert oder in einer Kombination auf­ weist.

Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz der bei Leichtmetall- Gußlegierungen zur Festigkeitssteigerung bekannten kera­ mischen Partikel, Kurzfasern, Whisker gesondert oder in einer Kombination ergibt in überraschender Weise für das wiederholte Zusammenfügen vorteilhafte Bruchtrennflächen ohne besondere duktile Anteile. Deren Anteil bleibt auch in partikel-, kurzfaser- und whisker-freien Bereichen der Bruchtrennflächen vorteilhaft gering, wenn die Partikel, Kurzfasern, Whisker überwiegend im Bereich einer vorgese­ henen Bruchkerbe im wesentlichen über die gesamte Breite einer Lageranordnung verteilt angeordnet sind. Diese er­ findungsgemäße Anordnung beeinflußt somit den Bruchver­ lauf im Bereich im wesentlichen ausschließlicher Leicht­ metall-Trennflächen vorteilhaft günstig. Daraus ergibt sich als weiterer Vorteil, keramische Kurzfasern und/oder Whisker, eventuell mit keramischen Partikeln versetzt, in der Gestalt von Formkörpern zu verwenden, die im Verhält­ nis zum Maschinenteil geringere Abmessungen aufweisen können. Weiter können, wie z. B. bei einem Pleuel, die Bruchtrennflächen querende Bohrungen im Umfangsbereich zur Schonung spanender Werkzeuge frei von keramischen Kurzfasern und/oder Whiskern gehalten sein.

Ein nach der Erfindung bevorzugt gestaltetes Maschinen­ teil ist ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, das sich durch die Herstellung aus einer warm-aushärtbaren Alu- Gußlegierung im Druckgieß-Verfahren mit Nachverdichten kennzeichnet, wobei in der Lageranordnung des Pleuels ein zur Lagerbohrung koaxial angeordneter, ringförmiger Form­ körper aus vorzugsweise keramischen Kurzfasern vorgesehen ist. Zur Erzielung von Bruchtrennflächen mit ausgeprägtem gegenseitigen- Formeingriff beim Wieder-Zusammenfügen sind dem Formkörper zusätzlich keramische Partikel zugesetzt. Der die Bruchtrennung vorteilhaft unterstützende Ring- Formkörper erhöht in bekannter Weise auch die Festigkeit und reduziert die Wärmedehnung der Lageranordnung des Pleuels.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestell­ ten Beispielen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Guß­ legierung mit einem zu einer Lagerbohrung koaxial angeordneten Ring-Formkörper aus kera­ mischen Kurzfasern und/oder Whiskern, gegebe­ nenfalls mit keramischen Partikeln versetzt,

Fig. 2 ein Maschinenteil mit einem U-förmig gestalte­ ten Formkörper mit einem im Lagerdeckel der Lageranordnung vorgesehenen halbkreisförmigen Abschnitt,

Fig. 3 ein Maschinenteil mit einem Formkörper, der in der Gestalt eines Lagerdeckels mit über die Bruchtrennflächen hinausgehenden Fortsätzen ausgebildet ist, und

Fig. 4 ein Maschinenteil, bei dem der Formkörper eine zu den Bruchtrennflächen ausgemittelt angeord­ nete, streifenförmige Matte ist.

Die im äußeren Aufbau identischen Beispiele der Fig. 1 bis 4 zeigen von einem aus einer Leichtmetall-Gußlegie­ rung gefertigten Maschinenteil 1 jeweils eine Lageranord­ nung 2 mit einem eine Lagerbohrung 3 begrenzenden Lager­ deckel 4, der mittels Bruchtrennen der Lageranordnung 2 gebildet ist.

Um die in den Leichtmetall-Bruchtrennflächen 5, 5′ nach­ teiligen duktilen Anteile zu minimieren, weist die Leichtmetall-Gußlegierung mindestens im Bereich der Bruchtrennflächen 5, 5′ der Lageranordnung 2 zumindest über einen Teil der Bruchtrennflächen 5, 5′ - Fig. 1 und 2 - verteilt angeordnete keramische Partikel oder Kurzfasern oder Whisker gesondert oder in einer Kombina­ tion auf.

Bevorzugt kommen keramische Kurzfasern und/oder Whisker zum Einsatz und zwar vor allem als Formkörper 6, 7, 8, 9 (Fig. 1-4), die zur Erzielung von Bruchtrennflächen 5, 5′ mit ausgeprägtem gegenseitigem Formeingriff beim Wieder-Zusammenfügen zusätzlich keramische Partikel ent­ halten. Vorzugsweise sind die keramischen Partikel und die keramischen Kurzfasern jeweils aus SiC oder Al₂O₃ und die Whisker aus SiC, auch B₄C ist hierfür geeignet.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, erstrecken sich die jeweiligen Formkörper 6 und 7 bohrungsseitig im Be­ reich einer angeordneten Bruchkerbe 10 im wesentlichen über die axiale Breite der Lageranordnung 2, und in Bruchrichtung zumindest bis in den Bereich einer für ein Spannelement des Lagerdeckels 4 vorgesehenen, jeweils durch eine Mittellinie symbolisierte Aufnahmebohrung.

Demgegenüber erstrecken sich die Formkörper 8 und 9 in den Fig. 3 und 4 nicht nur über die volle axiale Breite der Lageranordnung 2, sondern auch über die volle Länge der Bruchtrennflächen 5, 5′ und zwar jeweils ausge­ hend von der Bruchkerbe 10.

Das Maschinenteil 1 kann ein Grundlager eines Maschinen­ gehäuses sein, bevorzugt ist das Maschinenteil 1 jedoch ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine. Das Pleuel kenn­ zeichnet sich durch die Herstellung aus einer warm-aus­ härtbaren Alu-Gußlegierung im Druckgieß-Verfahren mit Nachverdichten, wobei in der Lageranordnung 2 des Pleuels ein zur Lagerbohrung 3 koaxial angeordneter, ringförmiger Formkörper 6 (Fig. 1) aus keramischen Kurzfasern (z. B. Al₂O₃) vorgesehen ist.

Zur Erzielung von Bruchtrennflächen 5, 5′ mit ausgepräg­ tem gegenseitigem Formeingriff beim Wieder-Zusammenfügen sind dem Formkörper 6 zusätzlich keramische Partikel (z. B. SiC) zugesetzt bzw. beigemengt. Der die Bruchtren­ nung im Hinblick auf gut formschlüssige Bruchtrennflächen 5, 5′ vorteilhaft unterstützende Ring-Formkörper 6 (Fig. 1) erhöht in bekannter Weise die Festigkeit und reduziert die Wärmedehnung der Lageranordnung 2 des Pleuels, was für die Kombination mit Kurbelwellen aus Stahl-/Eisen- Werkstoff von Vorteil ist.

Claims (13)

1. Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Gußlegierung, insbesondere Pleuel für Hubkolbenmaschinen,

• - umfassend eine Lageranordnung (2) mit einem eine Lagerbohrung (3) begrenzenden Lagerdeckel (4), der
• - mittels Bruchtrennen der Lageranordnung (2) gebildet ist

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Leichtmetall-Gußlegierung mindestens im Bereich der Bruchtrennflächen (5, 5′) der Lageranordnung (2) zumindest über einen Teil der Bruchtrennflächen verteilt angeordnet ke­ ramische Partikel oder Kurzfasern oder Whisker gesondert oder in einer Kombination aufweist.

2. Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß aus keramischen Kurzfasern und/oder Whisker gestaltete Formkörper (6, 7, 8, 9) min­ destens im Bereich der Bruchtrennflächen (5, 5′) der Lageranordnung (2) vorgesehen sind.

3. Maschinenteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß den jeweiligen Formkörpern (6, 7, 8, 9) keramische Partikel zugesetzt sind.

4. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Partikel und die keramischen Kurzfasern jeweils aus SiC oder Al₂O₃ und die Whisker aus SiC sind.

5. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der jeweilige Formkörper (6, 7) bohrungs­ seitig im Bereich einer angeordneten Bruch­ kerbe (10) sich im wesentlichen über die axiale Breite der Lageranordnung (2) erstreckt und
• - in Bruchrichtung zumindest bis in den Bereich einer für ein Spannelement des Lagerdeckels (4) vorgesehenen Aufnahmebohrung.

6. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (6) als ein zur Lagerbohrung (3) koaxial angeordneter Ring gestal­ tet ist.

7. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (7) U-förmig ge­ staltet ist mit einem im Lagerdeckel (4) angeordne­ ten halbkreisförmigen Abschnitt.

8. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (8) in der Ge­ stalt des Lagerdeckels (4) mit über die Bruchtrenn­ flachen (5, 5′) hinausgehenden Fortsätzen ausgebil­ det ist.

9. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (9) eine zu den Bruchtrennflächen (5, 5′) ausgemittelt angeordnete, streifenförmige Matte oder Folie ist.

10. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper als ein Halb- Ring mit in den Bereichen der Bruchtrennflächen (5, 5′) angeordneten Lappen gestaltet ist.

11. Maschinenteil, insbesondere Pleuel, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Herstellung aus einer warm-aushärtbaren Alu-Gußlegierung im Druckgieß-Verfahren mit Nach­ verdichten.

12. Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (6, 7, 8, 9) im Bereich der Bruchtrennflächen (5, 5′) mit Bruch­ kerben (10) ausgebildet ist.