-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
geschmiedeten Pleuelstange für
einen Verbrennungsmotor sowie ein Herstellungs-Arbeitsgerät zur Anwendung
dieses Verfahrens.
-
Ein
Arbeitsgerät
und ein Verfahren zur Herstellung von Pleuelstangen sind aus der
JP 4-59147 bekannt.
-
Die
Pleuelstangen sind Elemente des Motors, die die Aufgabe haben, die
Kräfte
der Kolben auf die Kurbelwelle zu übertragen, und weisen einen
mit einer Bohrung versehenen Kopf, einen Körper, und einen ebenfalls mit
einer Bohrung versehenen Fuß auf.
-
Diese
Pleuelstangen werden im Allgemeinen durch ein Warm- oder Halbwarm-Schmiedeverfahren hergestellt,
das mehrere Schritte aufweist, die insbesondere aus der Herstellung
eines Vorrohlings durch Walzen eines vorher auf eine geeignete Temperatur erwärmten Stangenabschnitts,
dem Formstanzen oder Gesenkschmieden des Vorrohlings und einem Feinbearbeitungsvorgang
der Bohrungen des Kopfes und des Fußes bestehen, um eine unbearbeitete Pleuelstange
zu erhalten.
-
Dieses
Verfahren hat aber Nachteile, die hauptsächlich auf dem Vorhandensein
von Graten beruhen, die einen zusätzlichen Nachbearbeitungsvorgang
erfordern, der darin besteht, das Planieren der Seitenflächen der
unbearbeiteten Pleuelstange durchzuführen, um diese Grate zu beseitigen,
was bei diesem Vorgang zu einer Verformung des Werkstücks führen kann.
Außerdem
befindet sich bei manchen Pleuelstangen-Geometrien der Schwachpunkt bei Dauerbeanspruchung
in Höhe
der Grate, die sich in der Verbindungsebene befinden, die in Höhe des Mittelbereichs
der Pleuelstange liegt.
-
Es
stellt sich aber heraus, dass die Größe und die Lokalisierung dieser
Grate nur schwer überwacht
werden können,
und dass sie dem Formstanzen bei offener Matrize inhärent sind,
das beim oben erwähnten
Verfahren verwendet wird.
-
Die
aktuelle Tendenz der Kraftfahrzeughersteller ist es aber, das Gewicht
der Fahrzeuge zu verringern und die Kosten zu reduzieren, was sie
veranlasst, immer genauere unbearbeitete Pleuelstangen zu fordern.
-
Die
Pleuelstangen müssen
nämlich
eine immer geringere allgemeine geometrische Verteilung, insbesondere
bezüglich
der Verformungen, und sehr feine Verteilungen der alternierenden
und rotierenden Massen aufweisen. Außerdem müssen diese Pleuelstangen ausgehend
von einer unbearbeiteten Pleuelstange erhalten werden, die wenig
aufwändig ist
und so wenig Nachbearbeitungsvorgänge wie möglich erfordert.
-
Diese
Anforderungen sind mit den bisher verwendeten Verfahren nur schwer
durchführbar.
-
Die
Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu vermeiden, indem sie
ein Verfahren zur Formung einer geschmiedeten Pleuelstange vorschlägt, das es
ermöglicht,
Werkstoff zu sparen und die Nachbearbeitungsvorgänge zu verringern, bei gleichzeitigem Erhalt
immer präziserer
Toleranzen und einer guten Gewichtspräzision sowie einer wiederholbaren Verteilung
des Werkstoffs für
eine Herstellung in großer Serie.
-
Gegenstand
der Erfindung ist somit ein Herstellungsverfahren einer geschmiedeten
Pleuelstange nach Anspruch 1.
-
Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung wird der Rohling auf eine Temperatur
zwischen 0 und 1250°C
erwärmt.
-
Gemäß noch einem
anderen Merkmal der Erfindung werden die Bohrungen des Kopfes und
des Fußes
auf einer Stanzpresse oder durch Nachbearbeitung mit einem Lochwerkzeug
durchgeführt.
-
Die
Erfindung betrifft gleichermaßen
ein Arbeitsgerät
zur Herstellung einer geschmiedeten Pleuelstange zur Anwendung des
oben erwähnten
Verfahrens gemäß Anspruch
4.
-
Die
Erfindung wird besser verstanden werden anhand der nachfolgenden
Beschreibung, die nur als Beispiel dient und sich auf die beiliegenden Zeichnungen
bezieht, in denen:
-
1 eine
Draufsicht auf eine geschmiedete Pleuelstange ist,
-
2 eine
schematische Schnittansicht gemäß der Linie
2-2 der 1 ist,
-
3 eine
schematische Ansicht eines Pleuelstangenrohlings in Perspektive
ist,
-
4 eine
schematische Ansicht eines Profilteils in Perspektive ist, von dem
ausgehend die Pleuelstangenrohlinge geformt werden,
-
5 eine
schematische Ansicht der ausgehend von dem Profilteil erhaltenen
Pleuelstangenrohlinge in Perspektive ist,
-
6 eine
schematische Ansicht im senkrechten Schnitt durch einen Satz von
Matrizen eines Arbeitsgeräts
zur Herstellung einer unbearbeiteten Pleuelstange ist,
-
7 eine
schematische Ansicht der oberen Matrize des Satzes von Matrizen
von unten ist,
-
8 eine
Draufsicht auf die untere Matrize des Satzes von Matrizen ist.
-
In 1 und 2 ist
schematisch eine Pleuelstange dargestellt, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 bezeichnet
ist und aus einem Kopf 2, der eine Bohrung 3 und
zwei Wangen 4a und 4b aufweist, einem Körper 5 und
einem Fuß 6 besteht, der
eine Bohrung 7 aufweist.
-
Diese
Pleuelstange 2 wird ausgehend von einem Rohling 10 geformt,
der in 3 dargestellt ist und eine allgemeine Außenform
hat, die sich der Außenform
der Pleuelstange 1 annähert.
So weist der Rohling 10 einen Kopf 11, einen Körper 12 und
einen Fuß 13 auf.
-
Der
Rohling 10 wird ausgehend von einem Profilteil 15 erhalten,
das in 4 dargestellt ist und einen Querschnitt hat, der
dem Profil dieses Rohlings 10 entspricht. Das Profilteil 15 wird
zum Beispiel durch Walzen oder Profilieren geformt.
-
Das
zum Beispiel durch Walzen erhaltene Profilteil 15 wird
zum Beispiel durch Abscheren oder Sägen in eine Vielzahl von Elementen
quer zerschnitten, wie in 5 gezeigt,
die je einen Rohling 10 bestimmter Stärke formen.
-
Jeder
Rohling 10 wird anschließend durch einen Satz von Matrizen 20,
die in den 6 bis 8 dargestellt
sind, in eine unbearbeitete Pleuelstange umgewandelt.
-
Der
Satz von Matrizen 20 enthält eine untere Matrize 21,
die auf ihrer Oberseite mit einem geschlossenen Formhohlraum 22 versehen
ist, dessen Form der Form der zu erhaltenden unbearbeiteten Pleuelstangen
entspricht, d.h. der allgemeinen Form der in den 1 und 2 dargestellten
Pleuelstange 1, ohne die Bohrungen 3 und 7.
-
Der
Satz von Matrizen 20 weist ebenfalls eine obere Matrize 23 auf,
die einen Stempel bildet, der dazu bestimmt ist, im Formhohlraum 22 zu
gleiten, und zu diesem Zweck weist diese obere Matrize 23 ein
Außenprofil
(7) auf, das dem Innenprofil des Formhohlraums 22 der
unteren Matrize 21 entspricht (8).
-
Die
Unterseite der oberen Matrize 23 hat die in 7 gezeigte
Form, die der Form einer der Hauptseiten der zu erhaltenden unbearbeiteten
Pleuelstange entspricht. Gleiches gilt für den Boden des Formhohlraums 22 der
unteren Matrize 21, der eine Form hat, die der Form der anderen
Hauptseite dieser unbearbeiteten Pleuelstange entspricht.
-
Der
Spielraum zwischen der unteren Matrize 21 und der oberen
Matrize 23 liegt zwischen 0,3 und 0,05 mm, und der Formhohlraum 22 der
unteren Matrize und die obere Matrize 23 weisen möglichst
kleine Anschlussradien auf, die zwischen 0,5 und 1,5 mm liegen.
-
Außerdem weisen
die Seitenwände
des Formhohlraums 22 der unteren Matrize 21 eine
Auswerfneigung auf, die zwischen 0,5 und 3° liegt.
-
Der
Rohling 10 wird in dem Formhohlraum 22 der unteren
Matrize 21 angeordnet, und das Absenken der oberen Matrize 23 prägt in den
Werkstoff die endgültigen
Formen der unbearbeiteten Pleuelstange ein.
-
Während dieses
Endbearbeitungsschritts entsteht eine Verteilung des Werkstoffs
in Längs-, Quer-
und vor allem senkrechter Richtung, um den Werkstoff in die Gravuren
der einander gegenüberliegenden
Seiten der unteren Matrize 21 und der oberen Matrize 23 mit
einer senkrechten Verschiebung dieses Werkstoffs hochsteigen zu
lassen.
-
Nach
diesem Endbearbeitungsschritt werden die Bohrungen 3 und 7 des
Kopfes 2 bzw. des Fußes 6 der
Pleuelstange 1 zum Beispiel auf einer Stanzpresse oder
durch Nachbearbeitung mit einem Lochwerkzeug hergestellt.
-
Gemäß einer
Variante wird der Rohling 10 vor seiner Positionierung
in dem Satz von Matrizen 20 durch geeignete Mittel üblichen
Typs auf eine Temperatur zwischen 0 und 1250°C erwärmt.
-
Die
Verwendung einer geschlossenen Matrize beim erfindungsgemäßen Verfahren
ermöglicht es,
die Bildung von äußeren Graten
sowie die Veränderungen
der Masse während
des Formens der unbearbeiteten Pleuelstange zu vermeiden, da der Werkstoff,
anstatt wie bei den bisher verwendeten Stanzverfahren in die Grate
zu gehen, sich in dem Raum anordnet, der von den kleineren Anschlussradien
frei gelassen wird.
-
Die
durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen
Pleuelstangen sind aus Stahl. Dieses Verfahren ermöglicht es,
ebenfalls Pleuelstangen aus Gusseisen und durch Sinterung zu erhalten.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
sowie das Arbeitsgerät
zur Anwendung des Verfahrens ermöglichen
es, eine Werkstoffersparnis bei der Herstellung der Pleuelstangen
zu erhalten, was wichtig ist, da bei der Berechnung des Selbstkostenpreises
einer Pleuelstange der Preis des Werkstoffs zwischen einem Drittel
und der Hälfte
des gesamten Selbstkostenpreises liegt.
-
Außerdem ermöglichen
sie es, eine Nachbearbeitungsersparnis zu erhalten, da viele bisher nachbearbeitete
Flächen
auf der unbearbeiteten Pleuelstange ohne Grate erhalten werden,
wodurch eine Vereinfachung der Nachbearbeitungsskala gewährleistet
wird, und die erhaltenen Spielräume
sind immer präziser,
was es ermöglicht,
die Pleuelstangen so knapp wie möglich
zu bemessen, wodurch eine Gewichtsverringerung des Verbrennungsmotors
erhalten wird, indem eine Überdimensionierung
der Motorteile zur Berücksichtigung
der Verteilung des Werkstoffs in den gemäß den Herstellungsverfahren nach
dem Stand der Technik erhaltenen Pleuelstangen vermieden wird.