DE4332444B4

DE4332444B4 - Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Gußlegierung, insbesondere Pleuel für Hubkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE4332444B4
Application number: DE19934332444
Authority: DE
Inventors: Clemens Luchner; Gabriele Nientit; Dietmar Hoffmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-09-23
Filing date: 1993-09-23
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: DE4332444A1

Abstract

Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Gusslegierung, insbesondere Pleuel für Hubkolbenmaschinen oder Grundlager eines Maschinengehäuses,
– 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 keramische Partikel oder Kurzfasern oder Whisker gesondert oder in einer Kombination aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Gusslegierung, insbesondere Pleuel für Hubkolbenmaschinen, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 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 Lagerbohrung umgebende Einlage aus einem spröden Material vorgesehen. Für eine hohe Betriebssicherheit wesentlich ist hierbei eine einwandfreie Ausbildung einer intermetallischen Verbindung zwischen Einlage und dem Leichtmetall des Pleuels beim Einguss der Einlage in die Leichtmetall-Matrix.

Ferner ist aus der JP 63-235713 A ein Pleuel bekannt, welches im kleinen Pleuelauge ringförmige Formkörper aus SiC-Whiskern aufweist. Die JP 63- 235713 A enthält jedoch keinerlei Hinweise, diese Formkörper auch im großen Pleuelauge oder in einem Grundlager eines Maschinengehäuses anzuwenden und darüber hinaus auch noch das Lager mittels Bruchtrennen zu teilen.

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

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, daß die Gußlegierung mindestens im Bereich der Bruchtrennflächen der Lageranordnung zumindest über einen Teil der Bruchtrennflächen verteilt angeordnet keramische Partikel oder Kurzfasern oder Whisker gesondert oder in einer Kombination aufweist.

Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz der bei Leichtmetall-Gußlegierungen zur Festigkeitssteigerung bekannten keramischen 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 vorgesehenen Bruchkerbe im wesentlichen über die gesamte Breite einer Lageranordnung verteilt angeordnet sind. Diese erfindungsgemäße Anordnung beeinflußt somit den Bruchverlauf im Bereich im wesentlichen ausschließlicher Leichtmetall-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 Verhältnis 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 Maschinenteil 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 Formkörper aus vorzugsweise keramischen Kurzfasern vorgesehen ist. Zur Erzielung von Bruchtrennflächen mit ausgeprägtem gegenseitigem 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 dargestellten Beispielen beschrieben. Es zeigt
1 ein Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Gußlegierung mit einem zu einer Lagerbohrung koaxial angeordneten Ring-Formkörper aus keramischen Kurzfasern und/oder Whiskern, gegebenenfalls mit keramischen Partikeln versetzt,
2 ein Maschinenteil mit einem U-förmig gestalteten Formkörper mit einem im Lagerdeckel der Lageranordnung vorgesehenen halbkreisförmigen Abschnitt,
3 ein Maschinenteil mit einem Formkörper, der in der Gestalt eines Lagerdeckels mit über die Bruchtrennflächen hinausgehenden Fortsätzen ausgebildet ist, und
4 ein Maschinenteil, bei dem der Formkörper eine zu den Bruchtrennflächen ausgemittelt angeordnete, streifenförmige Matte ist.
Die im äußeren Aufbau identischen Beispiele der 1 bis 4 zeigen von einem aus einer Leichtmetall-Gusslegierung gefertigten Maschinenteil 1 jeweils eine Lageranordnung 2 mit einem eine Lagerbohrung 3 begrenzenden Lagerdeckel 4, der mittels Bruchtrennen der Lageranordnung 2 gebildet ist.
Um die in den Leichtmetall-Bruchtrennflächen 5, 5' nachteiligen 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' – 1 und 2 – verteilt angeordnete keramische Partikel oder Kurzfasern oder Whisker gesondert oder in einer Kombination auf.
Bevorzugt kommen keramische Kurzfasern und/oder Whisker zum Einsatz und zwar vor allem in Formkörpern 6, 7, 8, 9 (1–4), die zur Erzielung von Bruchtrennflächen 5, 5' mit ausgeprägtem gegenseitigem Formeingriff beim Wieder-Zusammenfügen zusätzlich keramische Partikel enthalten. 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 1 und 2 hervorgeht, erstrecken sich die jeweiligen Formkörper 6 und 7 bohrungsseitig im Bereich 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 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 ausgehend von der Bruchkerbe 10.
Das Maschinenteil 1 kann ein Grundlager eines Maschinengehäuses sein, bevorzugt ist das Maschinenteil 1 jedoch ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine. Das Pleuel kennzeichnet sich durch die Herstellung aus einer warm-aushärtbaren Alu-Gußlegierung im Druckgieß-Verfahren mit Nachverdichten, wobei in der Lageranordnung 2 des Pleuels ein zur Lagerbohrung 3 koaxial angeordneter, ringförmiger Formkörper 6 (1) aus keramischen Kurzfasern (z.B. Al₂O₃) vorgesehen ist.
Zur Erzielung von Bruchtrennflächen 5, 5' mit ausgeprägtem gegenseitigem Formeingriff beim Wieder-Zusammenfügen sind dem Formkörper 6 zusätzlich keramische Partikel (z.B. SiC) zugesetzt bzw. beigemengt. Der die Bruchtrennung im Hinblick auf gut formschlüssige Bruchtrennflächen 5, 5' vorteilhaft unterstützende Ring-Formkörper 6 (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

Maschinenteil aus einer Leichtmetall-Gusslegierung, insbesondere Pleuel für Hubkolbenmaschinen oder Grundlager eines Maschinengehäuses, – 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 keramische Partikel oder Kurzfasern oder Whisker gesondert oder in einer Kombination aufweist.
Maschinenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus keramischen Kurzfasern und/oder Whiskern gestaltete Formkörper (6, 7, 8, 9) mindestens im Bereich der Bruchtrennflächen (5, 5') der Lageranordnung (2) vorgesehen sind.
Maschinenteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den jeweiligen Formkörpern (6, 7, 8, 9) keramische Partikel zugesetzt sind.
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.
Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – daß der jeweilige Formkörper (6, 7) bohrungsseitig im Bereich einer angeordneten Bruchkerbe (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.
Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (6) als ein zur Lagerbohrung (3) koaxial angeordneter Ring gestaltet ist.
Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (7) U-förmig gestaltet ist mit einem im Lagerdeckel (4) angeordneten halbkreisförmigen Abschnitt.
Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (8) in der Gestalt des Lagerdeckels (4) mit über die Bruchtrennflächen (5, 5') hinausgehenden Fortsätzen ausgebildet ist.
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.
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.
Maschinenteil, insbesondere Pleuel für eine Hubkolbenmaschine oder Grundlager eines Maschinengehäuses, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Herstellung aus einer warm aushärtbaren Alu-Gusslegierung im Druckgieß-Verfahren mit Nachverdichten.
Maschinenteil nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (6, 7, 8, 9) im Bereich der Bruchtrennflächen (5, 5') mit Bruchkerben (10) ausgebildet ist.