JP4444491B2 - 固着された滑り軸受層を備えた連接棒 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載した連接棒の製作方法に関する。
【０００１】
今日使用される、特に内燃機関用の連接棒は、いわゆる切断型連接棒としてまたはクラック型連接棒として形成される。この場合、クランク軸を取り囲む連接棒大端部が切断されるかまたはクラックを形成される。連接棒小端部は通常は開放されない。というのは、真っ直ぐなピンを介してピストンに連結されるからである。
【０００２】
軸受の荷重に応じて、連接棒端部は異なる軸受ブッシュ（滑り軸受）を備えている。軸受ブッシュとしては特に、支持シェル材料が使用される。この支持シェル材料は通常はＤＩＮ１７２１０またはＳＡＥ１０１０に従って鋼Ｃ１０によって形成される。軸受ブッシュは形状や用途に応じて冷間硬化させることができる。この支持シェル材料には、本来の滑り軸受層、例えば軟質金属、銅と鉛の合金、軽金属、スパッタリング層等が、予想される軸受荷重に応じて被覆形成される。軸受ブッシュは３成分軸受ブッシュ、２成分軸受ブッシュまたは中実ブッシュ等として形成される。組み立ての後で軸受ブッシュが申し分のないように固着されるようにするために、軸受ブッシュは初期応力を加えて取付けられる。
【０００３】
軸受ブッシュは材料的なコスト要因であるだけでなく、製造コスト要因を有し、かつ故障源でもある。例えば組み立て時に軸受ブッシュまたは軸受ブッシュ半部の挿入を忘れることがあり、それによって重大なエンジン故障につながる。
【０００４】
本発明の課題は、滑り層の強度が大きな連接棒軸受を製作することである。
【０００５】
この課題は請求項１の手段によって解決される。
【０００６】
従属請求項は好ましい実施形を示している。
【０００７】
本発明では、特に連接棒大端部であるかまたは場合によっては連接棒両端部である連接棒端部内に、軸受ブッシュはもはや挿入されず、軸受層が溶射によって連接棒端部に直接的に被覆形成される。溶射としては特にプラズマ溶射が使用される。連接棒は特に内燃機関の部品である。軸受層の接着引張り強度を高めるために、連接棒端部の被覆すべき材料をざらざらにすることができる。この場合、異なる粒度勾配曲線で溶射すると有利である。軸受層上の残留オイル量を増大させるために、軸受層は溝を有し、およびまたは多孔性である。
【０００８】
本発明では、軸受材料が溶射特にプラズマ溶射の過程で種々の温度で基質上に溶着される。これら種々の温度は、極めて異なるパラメータ変更によって達成可能である。この場合、１つまたは複数のパラメータを変更することができる。変更すべきパラメータは特に、温度を上昇させるための、バーナーの電流または電圧の上昇、冷却ガスまたは担体ガスの供給低減、燃焼ガス（例えば水素）供給増大、供給すべき軸受材料の流量の低減、軸受材料の粒度の縮小または軸受材料の組成の変更である。溶着温度を低下させるためには、１つまたは複数のパラメータの場合において上記と逆に変更される。
【０００９】
軸受材料の被覆形成温度が溶射の過程で低下させられると特に有利である。基本的には、後の時点で、被覆形成温度を再び高めることができる。しかし、低下したままであると有利である。溶射される軸受層の表面が切除されるときに、軸受層の切除すべき部分が低い温度で溶射されると特に有利である。この場合、切除は好ましくは、高温で溶射された軸受層範囲内まで行われる。この方法の場合には、軸受層の切除すべき範囲が、軸受層の後加工の後で切除される比較的に低価値の層部分（ｓｃｈｉｃｈｔａｎｔｅｉｌ）を含むように、温度が低下させられると特に有利である。
【００１０】
本発明による方法の場合には、軸受材料を連接棒基質に被覆形成する開始温度は、被覆形成温度で処理されるように高めることが可能である。この被覆形成温度は、必要な軸受層全体をこの温度で被覆形成するときに、連接棒材料を焼きなましさせること（Ａｕｓｇｌｕｅｈｅｎ）になるような温度である。これにより、連接棒端部の基質に対する軸受層の接着強度が非常に高くなり、所望される場合には、軸受層の低い多孔率が達成される。
【００１１】
本発明に従って有利に使用される異なる粒度勾配曲線は、メッシュ分級とも呼ばれる。この場合、本発明に従って、特に１６〜２３０メッシュ（１６，１８，２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０，６０，７０，８０，１００，１２０，１４０，１７０，２００，２３０）の等級が使用される。メッシュの数は、使用される篩の平方インチ（６．４５ｃｍ^２）あたりの穴の数である。誤差および篩ワイヤ太さを含めた個々の粒度勾配曲線は例えば、化学と物理のハンドブック（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｕｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）６４版、１９８３／８４年、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎｃ． フロリダ州、Ｓ．Ｆ−１１４から推察可能である。
【００１２】
連接棒の熱コーティングの際、例えばアルミニウム青銅からなる使用可能な軸受層は、高い層内部応力を有することが判った。この層内部応力は特に、多孔率の低い材料を被覆形成することによって高められる。この場合、軸受層の接着強度を高めるための手段が必要であることが判った。これは本発明に従い、高い被覆形成開始温度のほかに、連接棒端部が少なくとも１つの細かい粒度勾配曲線と少なくとも１つの粗い粒度勾配曲線によってサンドブラスト（粒子噴射）されることによって有利に達成される。
【００１３】
連接棒軸受の信頼性のある形成は、軸受力を確実にかつ許容温度で伝達するために、軸受の耐摩耗設計および構造を必要とする。耐摩耗性は、滑り面が耐荷重能力のある潤滑フィルム（オイルフィルム）によって互いに分離されているときに達成される。このような潤滑フィルムは滑り軸受の場合、やや偏心的な軸支承によって生じる。これにより、回転軸はポンプ作用を有し、このポンプ作用は潤滑剤（エンジンオイル）を（偏心した）軸受隙間内に搬送する。この場合、収斂する軸受隙間ではオイル圧力が高まる。すなわち、潤滑剤は狭い横断面内に押される。この場合、軸の回転運動が開始されるときまたは非常にゆっくり行われるときに、“境界潤滑”（境界面摩擦−ジャーナル上の軸受材料）の状態が生じる。回転運動が速くなることにより、つながるオイルフィルムがまだ形成されていなくても、オイルフィルムはジャーナルを支持する働きをする。これは“混合摩擦”、すなわち同時に行われる境界面摩擦と浮動摩擦の状態である。この状態は主としてエンジンの始動および停止時に生じる。回転速度が更に上昇すると、軸受遊びの半分の厚さの、流体力学的に支持する潤滑フィルム層が形成される。この状態は“浮動摩擦”である。この場合、軸受遊びは通常は１５〜６０μｍである。
【００１４】
特に滑り軸受層内の微小孔およびまたは溝に関連して、適当な軸受材料によって連接棒（大）端部を本発明に従ってプラズマコーティングすることにより、連接棒軸受内に大きなオイル保持容積（オイル収容容積）が形成される。それによって、相対的に運動する部品の摩擦ひいては摩耗が、特に境界潤滑および混合摩擦の際に低下する。オイル保持容積は少なくとも１つの溝を連接棒軸受に形成することによって大幅に改善される。この溝は半径方向溝として形成すると特に有利である。オイル保持能力を更に高めるために、この溝は加工しないでそのままになっている。すなわち、製作上の原因でざらざらした表面を有する。
【００１５】
好ましくは切削加工される滑り軸受面の多孔性でかつ圧力に対して安定している表面構造と、非常にざらざらした表面構造を有する加工されていない溝は、いかなる軸受状態でも、回転運動やオイル圧力に関係なく、或る程度のオイルを軸受内に貯蔵する働きをする。これにより、低いクランク軸回転数のときに既に境界面摩擦と混合摩擦の状態を通過し、それによって（ほとんど）摩耗しない流体力学的潤滑状態を早く達成することができる。すなわち、エンジン始動状態およびエンジン停止状態での緊急時回転特性が大幅に改善される。それによって、同じ軸受寸法で大きな軸受荷重が可能である。
【００１６】
本発明は次の効果を奏する。連接棒の場合一般的である、滑り軸受面を形成する軸受ブッシュを省略可能である。というのは、本発明に従い、軸受コーティングが連接棒材料に形成され、挿入される何らかの要素には形成されないからである。これにより同時に、軸受ブッシュの組み立てが不要である。軸受ブッシュの省略およびまたは本発明による滑り軸受層の後切削加工により、誤差が小さくなる。普通の連接棒軸受の場合には、３つの誤差がある。第１の誤差はクランク軸の誤差であり、第２の誤差は連接棒内の（軸受ブッシュの）滑り層によって決定され、第３の誤差は軸受ブッシュを挿入する連接棒端部によって決定される。本発明によるコーティングと軸受層の後加工によって、第３の誤差が無くなる。更に、本発明に従い、ボルト範囲に大きな材料厚さを有する。というのは、本発明に従って被覆形成される軸受層は、軸受ブッシュよりも薄い厚さを有するからである。これにより、連接棒の外形寸法が同じ場合に大きな荷重が可能である。第３の誤差（連接棒端部の誤差）は、本発明の場合には、非常に大まかに定寸可能である。というのは、第２の誤差寸法まで例えば精密スピンドル（精密ホーニング）によって切除される後続のコーティングによって、この第２の誤差が相殺可能であるからである。
【００１７】
本発明に従い、軸受層は好ましくは、場合によっては層を切除した後で、少なくとも表面に或る程度の多孔性を有するように溶着される。この多孔性は、酸化物封じ込めによって形成される微小孔を有する軸受層が形成されることによって得られる。この酸化物は層表面の後加工時にブローチ加工されて露出した微小孔を形成する。多孔率は軸受面において好ましくは約０．２〜６％、特に０．５〜４％である。更に、微小孔が互いに接続しておらず、微小孔の孔容積が主として閉じた孔によって形成されていると有利である。この微小孔は流体力学的微小圧力室潤滑システムを形成する。この場合、微小孔は例えば表面加工（例えば精密スピンドル加工）の切削加工工程によって開放される。この場合、滑り軸受面内の孔はオイル保持室としての働きをするので、エンジンスタートまたはエンジン停止の瞬間に、およびクランク軸の回転が開始されるときまたは徐々に停止するときに、例えば滑り軸受内のオイル圧力が既に低下しているかまたは上昇させなければならなくても、微小孔からのエンジンオイルがクランク軸に付着することによって、滑りフィルム形成（浮動摩擦）のために充分なオイル量が供される。本発明による微小圧力室システムによって、混合摩擦の範囲が大幅に短くなる。これによって、鉛合金、亜鉛合金またはニッケル合金等のような付加的な滑り軸受物質を挿入しないで、軸受の緊急時回転特性が大幅に改善される。孔の大きさと孔の容積は好ましくは、滑り表面の軸受荷重に応じて溶射時に調節される。通常は、孔容積の大部分は０．２〜２５０μｍ、特に１〜５０μｍの大きさの孔である。
【００１８】
本発明による軸受層の製作時の普通の工程は次の通りである。先ず最初に、被覆すべき基質表面（例えば連接棒大端部）が洗浄され、特に脂肪が除去される。
これは例えば高温蒸気によって行われる。続いて、基質表面が例えばＡｌ_２Ｏ_３によってサンドブラストされる。この場合、ＳｉＯ_２またはＳｉＣを使用してもよい。噴射圧は好ましくは３〜８バール、特に４〜６バールである。その際、異なる粒度で加工される。この場合好ましくは、増大する粒度（粗くなる粒度勾配曲線）が使用される。すなわち、先ず最初に、細かい粒子が砂吹きされ、そして粗い粒子が砂吹きされる。少なくとも３の異なる粒度（粗くなる粒度勾配曲線）が使用されると特に有利である。この場合、粒度は普通のメッシュ範囲内にある。細かい粒度のためには好ましくはメッシュ８０以下、特にメッシュ１００〜２３０が使用される。中間の粒度のためには好ましくはメッシュ１００〜４０、特にメッシュ８０〜４５の粒子の大きさが使用される。粗い粒度のためには好ましくはメッシュ４５、特にメッシュ３０から特にメッシュ１６（標準粒度６００μｍ〜１．１８ｍｍ）までが使用される。
【００１９】
サンドブラストの際の異なる粒度によって、刻み目、例えば破断刻み目または溝の範囲においても、良好な表面粗さが得られる。この場合、滑らかな範囲においては、山と谷の平均高さＲＡが約５〜１０μｍ、特に６．５〜８μｍの表面構造が得られ、ＲＺの場合約３５〜６０μｍ、特に４２〜５４μｍである。このようなサンドブラストによるざらざらによって、連接棒上の溶射層の接着引張り強度がきわめて良好である。
【００２０】
続いて、ＡｌＣｕＦｅ合金（アルミニウム青銅）によるプラズマコーティングが行われる。好ましくは多孔率が増大する溶射軸受層が作られる（その代わりにまたはそれに加えて、溶射中温度を低下させる手段が使用される）。この場合、第１の層として、低い（小さい）多孔率（２％以下、特に１％以下）を有する層が作られる。そのためには例えば約３８μｍ（４００メッシュ）の粉末粒度が適している。この下側のコーティングは約１００〜３００μｍ、特に２００〜２５０μｍの層厚で作られる。次いでこの層の上に、約２〜６％、特に２．５〜４％の多孔率を有する１つの層が形成される。この場合例えば、約６３μｍ（メッシュ２３０）の大きさの粉末粒子が使用される。この場合、粉末粒度は、粉末の少なくとも４０重量％、特に少なくとも５０重量％が標準粒度以下であり、好ましくは少なくとも７０重量％、特に少なくとも８０重量％が最も近い等級内にあり、少なくとも９０重量％がダブル直径（ハーフメッシュ大きさ）内にあるように選定される。
【００２１】
この場合、層厚は下側のコーティングのために記載した範囲内で選択される。１つだけの層を形成するときには、この層の厚さは好ましくは１００〜６００μｍ、特に２００〜４００μｍである。
【００２２】
本発明では、多孔率が低下するにつれて層内部応力が増大することが判った。それによって、連接棒端部から層が剥離する危険がある。本発明は特に、連接棒端部における層のきわめて高い接着強度が達成される特別なサンドプラストステップによって、この危険に対処する。本発明に従って他方では、層の被覆形成温度を高めることによって、大きすぎる層内部応力による層の剥離が防止される。これは例えばプラズマバーナーの電圧または電流を高めることによって行われる。これにより、層は基質（連接棒端部）に良好に分配され、良好な接着が達成される。これは好ましくは、被覆層が上記のように或る程度低い多孔率を有するような程度でのみ行われる。他方では、被覆形成温度の増大は基板の焼きなましの危険をもたらす。すなわち、基板が過熱され得る。これは特に鉄材料の場合に問題である。本発明ではこれに対処するために、下層だけが高い被覆形成温度で溶着される。更なる（ｗｅｉｔｅｒｅ）層形成は低温でかつ高い多孔率で行われる。この高い多孔率が所望な滑り軸受に適していないときには、この高い多孔率の層を後続の加工の際に切除すると、本発明にとって問題ではなくなる。この場合、高い多孔率の層、即ち（ｂｚｗ．）低温で被覆された層は、機械的な後加工のための基質形成のためにのみ役立つ。
【００２３】
軸受層の被覆形成は好ましくは１回の作業工程で行われる。すなわち、コーティングは中断されない。異なる多孔率を達成するために、自動的な粉末適合およびまたはパラメータ適合が行われると有利である。
【００２４】
下側の軸受層は好ましくは、例えば軸受ブッシュの破断の際に連接棒のクラック形成によって生じる非円形部（代表的な非円形部は３０〜１５０μｍ）を覆い、後加工のために所望される厚さを得るために、連接棒の軸受材料上に方法技術的に簡単に被覆形成可能な特に多孔性の更なる層によって覆うことができる。この層は本来の滑り軸受層（低い多孔性層）内まで大きな問題なく切除可能である。この方法により、層内部応力の調整、連接棒の焼きなまししないことまたは少しだけ焼きなましすること、および、滑り軸受層の大きな接着引張り強度が達成される。この接着引張り強度は通常は２０Ｎ／ｍｍ^２以上、特に２５Ｎ／ｍｍ^２以上である。２８Ｎ／ｍｍ^２以上の接着引張り強度が可能である。アルミニウム青銅によって例えば約１８５ＨＶ_０．３以上の層硬さが得られる。
【００２５】
主としてディーゼルエンジンにおいて設けられるような、連接棒、特に連接棒大端部の高荷重滑り軸受層のために、滑り軸受層内の残留オイル量を増大させると有利である。これは本発明に従い、滑り軸受層内に１つまたは複数の潤滑溝を形成することにより、エンジン停止時またはアイドリング回転数以下のエンジン回転数においてオイル保持容積を増大させることによって達成される。これによって、エンジン始動またはエンジン停止時に、混合摩擦の範囲を短時間で通過する。この短い時間は滑りフィルムの長い維持または迅速な形成の結果である。この滑りフィルムは、微小孔または溝からのエンジンオイルがクランク軸に付着することによって生じる。特に多孔性表面と共に、軸受層に少なくとも１個の溝を形成することによって、ポンプのオイル圧力が既に低下したり、上昇し始めるときでも、潤滑フィルムは“長く”維持される。溝が主として半径方向に、すなわち周方向に延びていると、溝効果が特に有利である。その際、溝が閉じていると、すなわち無端溝、特にリング状の無端溝であると特に有利である。溝は好ましくはＶ字形または台形に形成される。この場合、溝の側面は互いに特に３０〜８０°、特に４５〜６０°をなしている。溝の深さは０．２〜１ｍｍ、特に０．４〜０．６ｍｍが適している。溝の数は特に、滑り軸受の幅、滑り軸受の接触面積の割合および必要な付加的なオイル保持容積に依存する。上記の溝形状と溝深さは、溶射コーティング前の状態である。溶射コーティングとしてプラズマ溶射を使用すると特に有利である。
【００２６】
１つまたは複数の溝を形成した後で、基質表面は好ましくは、滑り層、特に上記の異なる多孔率の複合軸受層で被覆される。それに続く軸受面の後加工の際、特に溝が後加工されないかまたは少しだけしか後加工されないので、ざらざらした（プラズマ）層構造がきわめて良好なオイル保持を生じる。
【００２７】
軸受層の溶射の際に、金属が溶射されると有利である。この場合、好ましくは金属合金が使用される。更に、好ましくはいろいろな金属の混合物（特に金属合金）が使用される。このような混合物は例えばアルミニウムと亜鉛の混合物である。この場合、個々の成分を粉末形態で混合することによって、混合物が特に有利に得られる。金属粉末の分級は特に個々の溶射パラメータに依存し、専門家による一連の実験で容易に検出可能である。軸受材料としては、青銅、特にアルミニウム青銅（アルミニウム／亜鉛）が好ましいがしかし、銅の青銅や金属−軟質物質−層およびまたは金属−固体潤滑物質−層を使用することができる。軟質物質としては、例えば亜鉛のような軟質金属が使用され、この軟質物質は例えばアルミニウム合金（アルミニウム／銅／マグネシウム／クロム）のような硬い金属内に分配される。しかし、軟質物質として、例えばフルオロポリマー（例えばポリテトラフルオロエチレン）のような他の材料を使用することができる。固体潤滑物質としては、二硫化モリブデン、窒化ホウ素またはグラファイトのような化合物が適している。
【００２８】
軸受材料を過剰に溶射すると有利である。この軸受材料は続いて後加工される。後加工のために、例えばホーニング、特に精密スピンドル加工が適している。ホーニングの際に好ましくは、軸受材料の２０〜３００μｍ、特に５０〜２００μｍが切除される。精密スピンドル加工の際に、過剰量は好ましくは５０〜１０００μｍ、特に１００〜５００μｍである。
【００２９】
（余剰量の切除の後の）完成した軸受層は特に、１５０〜８００μｍ、特に２００〜５００μｍである。このような層は、２．５ｍｍの範囲内の厚さの普通の軸受ブッシュよりも非常に薄い。これは、多くの材料が連接棒に残ったままであること（高荷重に耐える）あるいは軽量の連接棒を製作することができることを意味する。
【００３０】
本発明では、溶射によって軸受材料で被覆される連接棒端部は好ましくは、軸受材料を被覆形成した後で初めて開放される。この方法は、連接棒端部が破断される（クラックを形成される）ときに使用される。この方法の場合には、連接棒端部は（内側に）所望な破断個所に各々１つの刻み目を備えている。この刻み目がレーザによって形成されると有利である。この場合例えば、ＦＫレーザが約４５°で連接棒端部に作用する。レーザ出力として特に５〜１０ｋＷが使用される。刻み目は好ましくは幅が０．３〜０．８ｍｍであり、深さが０．２〜０．７ｍｍに形成される。破断個所は通常は連接棒端部のほぼ中央に形成される。その代わりに、エロージョンによってまたはブローチ工具を用いて例えば突くことによって刻み目が形成される。
【００３１】
連接棒端部に刻み目を形成し破断する際に、先ず最初に連接棒に刻み目を入れ（例えば工具、レーザまたはエロージョンによって）、そして溶射によって軸受材料を被覆し、続いて破断すると有利である。この方法によらない場合に破断個所または個々の軸受ブッシュの間に存在する隙間が、この方法では無くなる（かまたは最小となる）。このような隙間はエンジン高負荷の場合に、オイルフィルムの亀裂を促進する。軸受材料のコーティングの前に刻み目を設けることにより、良好な潤滑特性が達成される。事情によっては、軸受材料のコーティングの前に破断してもよい。それに続いて、軸受材料はもう一度（好ましくは刻み目なしで）破断される。
【００３２】
連接棒端部が切断によって開放される場合、これは好ましくは、溶射による軸受材料の被覆の前に行われる。この方法の場合、連接棒端部が切断され、連接棒本体と連接棒キャップの合わせ面が個別的に滑らかにブローチ削りされる。この部品は続いて組み立てられ、穴とねじが形成されてボルト止めされる。再びボルト止めされた連接棒端部には好ましくは、特に軸受材料にコーティングの前に、（分離個所に）刻み目が形成される。続いて、軸受層を分離するために、連接棒端部が再び破断される。この場合、破断が不均一に行われるときには、軸受層自体に刻み目を入れなければならない。
【００３３】
軸受層の上記加工（ホーニングまたはスピンドル加工）は好ましくは、連接棒端部の開放の後で初めて行われる。これによって、場合によって軸受層の破断時に発生する破断エッジのまくれが、過剰量の除去と同時に除去される。
【００３４】
本発明に従って製作された連接棒には、オイル通路を連接棒端部に穿設することができる。このオイル通路は好ましくは、軸受層を被覆形成した後で初めて、特にその後加工の後で初めて、連接棒端部に穿孔される。この場合、オイル通路は連接棒本体を通って反対側の連接棒端部まで穿孔することができる。
【００３５】
本発明に従って、軸受層を被覆した後で初めて、連接棒の端面（大きな側面）を後加工すると有利である。後加工は好ましくは端面の研削によって行われる。
【００３６】
本発明による方法の場合、コーティングの前に、連接棒端部をざらざらにする加工ステップが設けられる。サンドブラストによってざらざらにすると特に有利である。しかし、高圧の液体を噴射してもよい。この場合、連接棒端部の材料、特にＣ７０鋼は、山から谷までの平均高さＲａが４〜３０μｍ、特に８〜１２μｍになるようにざらざらにされる。このようなざらざらの平均高さの場合、連接棒端部の材料上での軸受材料のきわめて良好な接着が達成される。
【００３７】
連接棒端部における軸受層のきわめて有利な製作のために、連接棒端部の少なくとも一方の端面が型で被覆される。この型は連接棒端部の範囲に穴を備えている。この穴は連接簿端部の穴とほぼ同じ大きさであるので、コーティングは型によって妨害されることがなく、連接棒端部の範囲における端面のコーティングが避けられる。一方の端面だけが型で被覆されると、他方の端面は好ましくはパレット上に載せられる。このパレットは連接棒の範囲に同様に、型のような穴を備えている。
【００３８】
本発明に従って、個々の連接棒の端部が１回の作業工程でコーティングされると有利である。そのために、複数の連接棒、好ましくは２〜１０個、特に４〜８個の連接棒は、コーティングすべき連接棒端部が円筒を形成するように重ねられる。そのために、連接棒を位置決めするホルダーを特殊パレット上に設けることができる。このホルダー内に連接棒が挿入される。この方法の場合、同時に被覆される連接棒は、それに続いて内燃機関に一緒に取付けるために、グループとして持続的に取り扱われる。内燃機関のすべての（同じような）連接棒は重ねることによって一緒にコーティングされる。シリンダの数（例えば１２シリンダ）のためにこれが不可能であるときには、少なくとも１つのシリンダバンクの連接棒（Ｖ１２エンジンの場合には６個）が重ねてコーティングされる。この方法により、同じ品質の連接棒を内燃機関に取付けることができる。
【００３９】
特に複数の連接棒を重ねてコーティングするときに、溶射中、ガス流が連接棒端部を通過すると特に有利である。ガス流としては特に、調和され浄化された空気が適している。特に、空気は脂肪や水分を含まないようにすべきであり、かつできるだけ所定の温度範囲（約２０℃）内にあるようにすべきである。空気流は好ましくは、３〜１５ｍ／ｓ、特に５〜８ｍ／ｓの流速（空気下降速度）を有する。ガス流によって、溶射時に発生するスプレーしぶきが吹き飛ばされる。
【００４０】
軸受材料の溶射は特に、回転する噴射ノズルによって行われる。この噴射ノズルは特に、連接棒端部の上方で回転して連接棒端部内に入れられる。このような噴射ノズルによって、連接棒端部内にきわめて均一なコーティングが行われる。噴射ノズルは本発明による連接棒のコーティングの際に、連接棒内への特に０．５〜２０ｍｍ／ｓ、特に２〜８ｍｍ／ｓの送りによって連接棒端部に通される。
【００４１】
溶射の際に、軸受材料の複数の層が連接棒端部に被覆されると特に有利である。この場合、４〜３０個の層を連接棒端部に形成することができる。その際、この層は好ましくは異なる方向に被覆される。これは、層品質を改善する働きをする。これは連接棒端部の場合、噴射ノズルが内部に挿入されるときと外に出されるときに連接棒端部をコーティングする。この場合、回転する噴射ノズルは特にその回転方向を維持する。
【００４２】
本発明では、連接棒が大量生産で軸受材料によって被覆される。この場合、一連の個々の連接棒を測定すると有利である。この場合、特に山と谷の平均高さＲａおよびまたは軸受材料自体（例えば混合物を使用する際の軸受材料の分布の均一性）が測定される。連接棒の測定が破壊せずに行われると特に有利である。
【００４３】
上記の特徴と手段および次に説明する特徴と手段は、連接棒のような本発明による方法のために同じように適用される。
【００４４】
次に、図と実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００４５】
上述の方法ステップは一部だけが必須である。基本的には個々の方法ステップを省略、補足、代替的実施およびまたは他の方法ステップと交換可能である。

クラック型連接棒の製作工程
今まで例えばＣ７０鋼製の軸受ブッシュを備えていたような普通の連接棒１（図１，２）が、製作ラインに置かれる。これに続いて、側面２の粗研削が行われる。続いて、連接棒大端部３と小端部４が予備加工される。すなわち、寸法が合わせられる。更に、連接棒キャップ９のためのねじ穴加工が側面２で行われる。すなわち、穴５とねじ６が形成される。
【００４６】
クラッキングの準備のために、ＦＫレーザ７が４５°の角度で連接棒大端部３に向けられる。このレーザ７によって、連接棒大端部３の両側と中央にそれぞれ、幅が約０．５ｍｍで深さが約０．３〜０．５ｍｍの刻み目が形成される。その代わりに、ブローチ工具によって刻み目を形成してもよい。
【００４７】
刻み目８が形成された後で、連接棒大端部３は、後述するように、プラズマコーティングされる。プラズマ層を形成した後で、連接棒大端部３はプラズマ層と共に、約１００ｋＮの破壊力を有する破断装置によってクラック（亀裂）を入れられる。破断個所は洗浄され（圧縮空気を吹き付けられ）、破断した連接棒キャップ９はボルト１０によって、所定のトルクで組み立てられる。連接棒小端部も、ブッシュ１１を圧入することによって組み立てられる。その後で、端面１２が仕上げ研削される。
【００４８】
今や、大端部３と場合によっては小端部４は寸法１６（図３）となる。これは、精密ドリルすなわち精密スピンドルによって行われる。続いて、連接棒は仕上げ洗浄、測定および分級される。

切断型連接棒の製作工程
切断型連接棒の製作過程は上記の過程と実質的に同じであるがしかし、連接棒端部は側面、ヘッド面およびボルト座をブローチ削りした後で、切断によって分離される。切断の後で、連接棒本体の合わせ面と連接棒キャップの合わせ面は別々にブローチ加工される。これに洗浄ステップが続く。この洗浄ステップの後で、連接棒小端部が粗加工および仕上げ加工される。今や、側面に穴とねじを形成することによって、キャップボルトが挿入される。連接棒本体と連接棒キャップの合わせ面が仕上げ研削され、もう一度洗浄され、連接棒キャップが連接棒本体に取付けられる。切断面に再びＦＫレーザによって刻み目が形成され、続いて連接棒大端部が軸受層を備える。この軸受層は続いて再び破断される。
【００４９】
例えば連接棒小端部４への圧入のような軸受ブッシュ１１の個々の製作ステップは、工程全体の異なる個所で行うことができ、例えばプラズマコーティングの前に行うことができる。

連接棒大端部の製作工程のプラズマコーティング
プラズマコーティングのために、連接棒は洗浄され、連接棒大端部は高温蒸気で脱脂され、その後残留水分が乾燥除去される。このようにして前処理された連接棒は４〜８本上下に重ねられるので、連接棒大端部が特殊パレットの穴上に同心的に位置する。その際、連接棒は好ましくは、予備加工された連接棒小端部と連接棒本体または側面によって方向づけられて固定される。連接棒を載せた特殊パレットは、準備領域を経てサンドブラストユニット内に達する。このサンドブラストユニット内では、連接棒大端部は砂噴射によってざらざらの凹凸の（山から谷までの）平均高さが約８〜１２μｍとなる。続いて、連接棒は洗浄ステーションに移動し、噴射された表面に圧縮空気が吹き付けられて清掃される。前処理された連接棒は最後に、プラズマステーションに移動する。このプラズマステーションでは、連接棒大端部が回転するプラズマバーナーによって、約０．５ｍｍの層厚でアルミニウム青銅が被覆される（図３）。被覆された連接棒はその後で、冷却領域に達し、そこから、冷却された連接棒は特殊パレットによって取り出され、上述の再加工部に供給される。
【００５０】
本発明に従って製作された連接棒は、連接棒大端部に軸受ブッシュを含んでいないので、軸受ブッシュの組み立てと、軸受ブッシュの保持溝またはデバリングが省略されるという利点がわる。これにより、プラズマ層の形成はコスト的に競争力がつく。更に、プラズマコーティングされた連接棒は組み立て信頼性が高まる。というのは、軸受ブッシュの組み立てを逸することがないからである。
【００５１】
本発明による連接棒は大端部において、軸受押えの範囲内に大きなウェブ幅を有する。というのは、後加工の後で、プラズマ層がたったの約０．３ｍｍの厚さであり、軸受ブッシュの厚さが２．５ｍｍに増大するからである。これにより、高負荷エンジンのための連接棒高負荷およびまたは重量の低減が可能である。更に、２個の軸受ブッシュ半部の間の隙間がなくなる。高負荷の場合、この隙間のところでオイルフィルムが途切れ始める。それによって、本発明に従って製作された連接棒は良好な潤滑特性を有する。

被覆形成工程
上述の製作工程で述べたように、半径方向の溝を有するコーティングすべき表面の洗浄は高温蒸気によって行われる。この場合、実際に１００％の脂肪除去が達成される。基質表面（鉄材料、例えばＣ７０）をざらざらにすることは、約４〜６バールの噴射圧力でかつ粒の大きさを高めて、Ａｌ_２Ｏ_３による複数回のサンドブラスト処理を行うことによって達成される。クラック型連接棒またはコーティング型連接棒における、侵食される破断刻み目のための第１回目の噴射作業は、０．０６３〜０．１５ｍｍφ（２３０〜１００メッシュ）の粒径で行われる。基質表面と半径方向溝のための第２回目の噴射作業は０．１８〜０．３５ｍｍφ（８０〜４５メッシュ）の粒径で行われ、基質表面と半径方向溝のための第３回目の噴射作業は０．６〜１．１ｍｍφ（３０〜１６メッシュ）の粒径で行われる。更なる作業ステップとして、続いてアルミニウム−銅−鉄−合金によるプラズマコーティングが行われる。この場合、例えばアルミニウムを５〜１５％、鉄を１〜５％、コバルトを１〜４％そしてマンガンを０．５〜４％含むアルミニウム青銅、特にアルミニウムを９〜１２％、マンガンを約２％、コバルトを約２〜２．５％そして鉄を約３〜４％含むアルミニウム青銅を使用することができる。第１回目のプラズマコーティングは約２００〜２５０μｍの層厚でそして平均で約３８μｍのコーティング材料の粉末粒度で行われる。この場合、その都度使用されるバーナーに関連する被覆パラメータによって、層内に１％以下の多孔率が生じる。幾分粗い粉末粒（約６５μｍφ）によって中断しないで更にコーティングが行われる。この場合、２００〜２５０μｍの層厚が形成される。この場合、装置パラメータは１．５〜３．５％の多孔率が達成されるように調節される。
【００５２】
このようなコーティングは半径方向溝なしの軸受においても行うことができる。

半径方向溝を備えた切断型連接棒の製作工程
次に、全体の製作工程について説明する。個々の作業ステップは既述のように、作業計画に応じて省略、交換、補足または他の作業ステップと置換可能である。
【００５３】
連接棒未加工品を納品した後で、この連接棒未加工品は製造ライン上に置かれる。この製造ラインでは、端面１２の予備研削（粗研削）とブローチ加工が行われる。続いて、側面２、ヘッド面およびボルト座がブローチ加工され、連接棒大端部が分離される。その後で、合わせ面３０と連接棒大端部３のブローチ加工が行われる。この場合、連接棒本体と連接棒キャップ９は個別的に加工される。部品を洗浄した後で、連接棒小端部４が粗加工および仕上げ加工され、連接棒キャップボルト１０のために穴とねじが加工される。連接棒小端部４に軸受ブッシュ１１が圧入され、押圧され、面取りされる。連接棒本体と連接棒キャップ９の合わせ面３０は仕上げ研削され、全体がもう一度洗浄される。
【００５４】
その後で、連接棒キャップ９は所定のトルクで連接棒本体に締結され、そして半径方向溝３２を使用する場合には、溝が例えばフライス加工または旋盤加工によって連接棒大端部に形成される。
【００５５】
プラズマ層１５，１６を後で開放するために、破断刻み目が例えばエロージョンまたはレーザによって連接棒大端部に形成される。それに続いて、連接棒大端部のプラズマコーティングが行われる。
【００５６】
必要な場合には、連接棒の種類に応じて、オイル通路を（連接棒大端部から連接棒本体を通って連接棒小端部まで）穿孔することができる。これはガソリンエンジンの場合に行うことができ、たいていの場合ディーゼルエンジンで行われる。
【００５７】
被覆されたプラズマ層１５は連接棒キャップボルト１０を弛めることによってクラックが入れられる。これはプラズマコーティングに応じて、しばしばプラズマ層１５の内部応力によって行われる。連接棒キャップ９が取り外され、破断個所が吹き飛ばしによって洗浄される。続いて、連接棒キャップ９が再び取付けられ、連接棒キャップボルト１０が所定のトルクで締付けられる。連接棒大端部が両側を面取りされ、そして代替物に応じて半径方向溝のエッジが破断される（丸められる）。
【００５８】
その後で、端面１２が仕上げ研削され、連接棒小端部４が仕上げ穿孔され、連接棒大端部３が軸受層１６上に固有の軸受面を形成し微小孔３３を露出させるために、仕上げスピンドル加工される。その後の洗浄の後で、連接棒が定寸され、分級される。この場合好ましくは、２つの誤差等級が選択される。
【００５９】
このようにして製作された連接棒は組み立てラインで分解され、組み立てラインで内燃機関のクランク軸３４に取付けられる。
【００６０】
連接棒大端部をプラズマコーティングし、場合によってはオイル通路を穿孔した後で、連接棒大端部の両側を面取りし、代替物に応じて半径方向の溝エッジを丸めることができる。これに続いて、端面の仕上げ研削が行われ、連接棒小端部が仕上げ穿孔され、連接棒大端部が仕上げスピンドル加工される。連接棒を洗浄、定寸および分級した後で、特に組み立てラインで直に、連接棒キャップボルトを弛めることによってプラズマ層にクラックが形成される。連接棒キャップが取り外され、破断個所が例えば吹き飛ばしによって清掃される。そして、連接棒は内燃機関のクランク軸に取付けられる。
【００６１】
例えば連接棒キャップボルト用穴をややずらすことによって、連接棒におけるキャップのねじれ防止が有利に行われる。それによって、プラズマ層にクラックを形成する際に生じるぎざぎざが再び互いに同一に配向される。

クラック型連接棒の製作工程
連接棒未加工品（材料は例えばＣ７０）が製作ライン上に置かれ、粗研削される。この場合、側部が平らに研削される。連接棒大端部と小端部の粗加工と、軸受キャップのためのボルト穴加工（穿孔とねじ切り）が行われる。軸受の種類に応じて、例えばフライス加工または旋盤加工によって、１つまたは複数の半径方向溝が連接棒大端部に形成される。続いて、連接棒大端部に例えばＦＫレーザによって刻み目が形成される。このレーザは連接棒大端部に４５°で向けられる。レーザ出力は約７ｋＷである。この場合、両側において、約２ｍｍすれすれの幅と０．５ｍｍすれすれの深さの刻み目が大端部の中央に形成される。この刻み目はブローチ工具によってあるいはエロージョンによって形成することができる。約１００ｋＮの破断力を有する破断装置によって、連接棒大端部にクラックが形成される。連接棒軸受キャップが取り外され、破断個所が例えば圧縮空気によって清掃される。続いて、連接棒軸受キャップが再び取付けられ、連接棒軸受キャップボルトが所定のトルクで締付けられる。その後、連接棒大端部がプラズマコーティングされ、軸受ブッシュが連接棒小端部に圧入される。連接棒大端部の両側が面取りされ、連接棒側部が仕上げ研削され、連接棒大端部と連接棒小端部が精密穿孔または精密スピンドル加工される。続いて、連接棒の完全な清掃（洗浄）と定寸と分級が行われる。組み立てライン上で連接棒が分解され、内燃機関のためのクランク軸に取付けられる。
【００６２】
特に連接棒キャップボルトを弛めることによるプラズマ層のクラック形成は、組み立てライン上で直接的にあるいはその前の時点で行うことができる。プラズマ層のクラック形成の後で、連接棒キャップ破断個所を清掃（吹き飛ばし）することが推奨される。

プラズマコーティングの製作工程
連接棒が洗浄され、少なくとも連接棒大端部が高温蒸気によって脱脂され、続いてできるだけ低い残留水分含有量まで乾燥される。複数の連接棒が連接棒大端部に対して同心的に重ねて特殊パレット上に積層される（通常は４〜８個の連接棒）。この場合、固定は連接棒小端部と連接棒本体または側面を介して行うことができる。積荷された特殊パレットはニュートラルゾーンを経てサンドプラストユニットに入れられ、位置決めされる。連接棒大端部は上記の砂分級によって約６．５〜８μｍの平均凹凸深さにサンドブラスト加工される。続いて、特殊パレットはサンドブラスト加工した連接棒と共に清掃ステーションに移動する。この清掃ステーションでは、サンドブラスト加工された表面に圧縮空気が吹き付けられる。更に、特殊パレットはプラズマステーションに移動する。このプラズマステーションでは、連接棒大端部が先ず最初に、アルミニウム青銅性の小孔の少ない層で、続いて小孔が幾分多い層で、全体厚さが０．５ｍｍになるまでプラズマコーティングされる。コーティングされた連接棒は冷却領域に移動させられ、パレットを冷却した後で再加工のためにパレットから取り外される。
【００６３】
本発明は軸受ブッシュとその組み立てと保持溝とそのためのデバリングを省略することができるという効果がある。これによって、組み立て信頼性が高まる。プラズマコーティグによって、軸受キャップ固定部の範囲において大きなウェブ幅（小さな連接棒穴直径）が得られる。なぜなら、約２．５ｍｍの軸受ブッシュ厚さの代わりに、０．５ｍｍよりも薄いプラズマ層が使用されるからである。これによって、高負荷エンジンにおける連接棒高負荷または或る程度の重量低減が可能である。更に、構造的な原因により事情によってはオイルフィルムを破断することになる、２個の軸受ブッシュ半部の間の隙間が無くなる。プラズマコーティングによって、良好な潤滑特性が達成される。同時に、誤差が小さくなる。なぜなら、プラズマコーティングによって誤差等級が無くなるからである。小さな製作誤差によって良好なエンジン回転が達成される。プラズマコーティングにおいて半径方向溝を使用することにより、軸受の高荷重と、混合摩擦時間の低減が達成される。微小圧力室システムは、１つまたは複数の溝と組み合わせて、摩擦係数を改善する。溝は他の滑り軸受材料で被覆してもよい。この滑り摩擦材料は、コーティングを切削加工した後で溝内に存在する。このような軸受材料は鉛、亜鉛またはニッケルをベースとするものであってもよい。これによって、軸受の高荷重または寿命が達成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 連接棒の正面図である。
【図２】 連接棒の側面図である。
【図３】 連接棒大端部の層構造を示す図である。
【図４】 クランク軸ジャーナルと微小孔の軸受層を備えた連接棒キャップを示す図である。
【図５】 半径方向潤滑溝を備えた図４の連接棒キャップを示す図である。
【図６】 複数の半径方向潤滑溝を備えた連接棒キャップを示す図である。

Claims (13)

1. 連接棒端部を有する連接棒を製作するための方法であって、この連接棒端部内に軸受層が配置され、この軸受層が軸受材料を溶射することによってこの連接棒端部に被覆形成され、その際、
   この軸受材料が溶射の過程で種々の温度で連接棒端部に溶着される様式の上記方法において、
   軸受材料を連接棒端部に溶着する開始温度は、この温度で軸受層全体を溶着する際にこの連接棒端部の材料が焼きなましする程に高く選択され、
   次いで、上記軸受材料の切除すべき層が、低い温度で、高い多孔率の層として溶射され、
   次いで、上記切除が、この低い温度で溶射された範囲だけでなく、上記高温で溶射された軸受層範囲内まで行われること、
   を特徴とする方法。
2. 軸受材料を連接棒端部に溶着する温度が、この温度で軸受層全体を溶着する際に連接棒端部の材料が焼きなましするように選定されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 軸受材料の溶着温度が溶射の過程で低下することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 溶射される軸受材料が機械的に後加工されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. 低い温度で溶着された軸受材料の少なくとも一部が切除されることを特徴とする請求項３または４記載の方法。
6. 温度が、軸受材料の供給の変更によって変化され、
   その際、軸受材料の供給の変更が、軸受材料の原料の変更およびまたは供給される軸受材料の粒の大きさの変更およびまたは単位時間あたりの軸受材料供給量の変更によって行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
7. 軸受溶射層を形成する前に、粒子噴射によって連接棒端部をざらざらにすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
8. 山と谷の平均高さＲ_Ａが４〜３０μｍになるように、連接棒端部をざらざらにすることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 軸受材料がプラズマ溶射によって被覆形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
10. 軸受材料として、金属が被覆形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
11. 軸受材料でコーティングされる連接棒端部を互いに同心的に重ねて、連接棒が処理されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
12. 軸受材料が、後加工の後で、１５０〜８００μｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
13. 連接棒端部が刻み目形成と破断によって開放されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法。

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