WO1996004485A1 - Pleuelstange - Google Patents

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Gerold Pankl
Catarina Pankl
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Gerold Pankl
Catarina Pankl
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    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
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    • F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/22—Internal combustion engines

Definitions

  • the present invention relates to a connecting rod, which is provided with eyes at both ends, in which bearings for the crankshaft or for the articulation of the piston pin are arranged, and a method for their production.
  • Connecting rods perform the task of connecting the pistons of the individual cylinders to the crankshaft in a drive motor, as a result of which the linear actuating movements of the pistons are converted into the rotational movement of the crankshaft.
  • the connecting rods are formed at both ends with bearing eyes, by means of which they are articulated on the one hand on the piston and on the other hand on the crankshaft.
  • bearing eyes There are slide bearings or roller bearings in the bearing eyes, which consist of a plurality of components such as support shells, bearing elements and the like.
  • the objective of the present invention is therefore to create a connecting rod by which the disadvantages inherent in the known prior art are avoided.
  • This is achieved according to the invention in that at least one of the two bearings is formed exclusively by coating and / or coating the inner surface of the bearing eye. Both bearings are preferably formed by a coating and / or a coating of the inner surfaces of the bearing eyes.
  • the inner surface of at least one of the two bearing eyes can be oxidized, nitrided, borated, carbonized or thermochemically treated.
  • the inner surface of at least one of the two bearing eyes can be coated with a copper alloy, an aluminum alloy, an aluminum-tin alloy, an aluminum-tin-zinc alloy, an iron alloy, a copper-lead Alloy, a copper-lead-tin alloy, a copper-lead-nickel alloy, a copper-zinc alloy, a copper-tin-zinc alloy, a copper-tin alloy, a copper-phosphorus Alloy, a copper-aluminum alloy, a copper-beryllium alloy, a lead-tin alloy, a tin alloy, a lead alloy, a molybdenum alloy, a metal hydrocarbon, a metal carbon , a thermoplastic or a thermoset, a diamond-like carbon, a steel or ceramic coated individually or in combination.
  • the coating preferably contains a solid lubricant.
  • the entire surface of the connecting rod or at least the contact surfaces are tempered and / or coated individually or in combination with one of the above materials.
  • a method for producing such a connecting rod is characterized in that the coating of the inner surface of at least one of the two bearing eyes in a manner known per se by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), plasma enhanced Chemical vapor deposition (PE-CVD), plasma enhanced-physical vapor deposition (PE-PVD), electroplating, sputtering, plasma spraying, flame spraying, plasma transferred arc are carried out.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • PE-CVD plasma enhanced Chemical vapor deposition
  • PE-PVD plasma enhanced-physical vapor deposition
  • electroplating electroplating
  • sputtering plasma spraying
  • flame spraying flame spraying
  • plasma transferred arc electroplating
  • a connecting rod according to the invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:
  • a connecting rod 1 according to the invention is formed at its two ends with two bearing eyes 2 and 3, which have different diameters, the bearing eye 2 with a smaller diameter for articulation on a piston of the engine and the bearing eye 3 with a larger diameter for articulation serves the crankshaft.
  • the larger bearing eye 3 is formed with a bearing cover 32 which is fastened to the connecting rod 1 by means of screws 33.
  • the inner surfaces of the bearing eyes 2 and 3 are coated and / or coated.
  • the outermost layer can be designed as a running layer 11, to which an intermediate layer 12 and a sliding layer 13 adjoin which are applied to the base material 14 of the connecting rod 1.
  • These layers achieve the necessary storage properties, such as good load-bearing capacity and good sliding properties.
  • the connecting rod 1 can consist of a titanium alloy, a steel alloy, an aluminum alloy, metal matrix composites, metal plastic composites or ceramic. It is necessary for the coating to adhere well to the bearing surfaces, furthermore for good sliding properties or low coefficients of friction and also for good load-bearing capacity. In addition, the coatings must have low residual stresses.
  • the coating can be achieved by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), plasma-enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD), plasma enhanced-physical vapor deposition (PE-PVD), electroplating, plasma spraying, flame spraying, plasma transferred arc or the like. er ⁇ follow, the materials being applied directly to the bearing surfaces.
  • the surface finish can be oxidized. Nitriding, boronizing, carbonizing, thermochemical treatment or the like. respectively.
  • a layer can be provided which has great strength and hardness, a very thin layer of a material with low hardness and with very good sliding and emergency running properties can be applied over it.
  • several such layers with the different properties can be provided. The individual layers can be applied in different processes.
  • the individual layers can consist of one or more materials from the following groups:
  • the entire surface of the connecting rod is also preferred, or at least the contact surfaces are tempered or coated.

Abstract

Pleuelstange (1), welche an ihren beiden Enden mit Augen (2, 3) versehen ist, in welchen Lager für die Kurbelwelle bzw. für die Anlenkung des Kolbenbolzens angeordnet sind. Dabei ist zumindest eines der beiden Lager ausschliesslich durch eine Vergütung und bzw. oder eine Beschichtung der Innenfläche des Lagerauges (2, 3) gebildet.

Description

Titel: Pleuelstange
Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Pleuelstange, welche an ihren beiden Enden mit Augen versehen ist, in wel¬ chen Lager für die Kurbelwelle bzw. für die Anlenkung des Kolbenbolzens angeordnet sind sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Pleuelstangen erfüllen die Aufgabe, in einem Antriebsmotor die Kolben der einzelnen Zylinder mit der Kurbelwelle zu verbinden, wodurch die linearen Stellbewegungen der Kolben in die Rotationsbewegung der Kurbelwelle übergeführt werden. Hierfür sind die Pleuelstangen an ihren beiden Enden mit Lageraugen ausgebildet, mittels welcher sie einerseits an den Kolben und andererseits an der Kurbelwelle angelenkt sind. Dabei befinden sich in den Lageraugen Gleitlager bzw. Wälzlager, welche aus einer Mehrzahl von Bestandteilen, wie Stützschalen, Lagerelementen u.dgl., bestehen.
Bekannte derartige Pleuelstangen sind jedoch in ihrer Funk¬ tion deshalb nachteilig, da die Gleitlager bzw. Wälzlager zusätzliche Massen darstellen, welche bewegt werden müssen, weswegen eine gegebene Obergrenze der Drehzahl nicht über¬ schritten werden kann. Zudem wird durch die Lager eine Ver¬ größerung des Durchmessers des der Kurbelwelle zugeordneten Lagerauges bedingt, wodurch eine Vergrößerung des Abstandes der zur Befestigung des Lagerdeckels dienenden Schrauben verursacht wird, sodaß im Bereich des Deckels die im Zugfall auftretenden Biegemomente vergrößert werden.
Der gegenständlichen Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu¬ grunde, eine Pleuelstange zu schaffen, durch welche die dem bekannten Stand der Technik anhaftenden Nachteile vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß zu¬ mindest eines der beiden Lager ausschließlich durch eine Vergütung und bzw. oder Beschichtung der Innenfläche des Lagerauges gebildet ist. Vorzugsweise sind beide Lager durch eine Vergütung und bzw. oder eine Beschichtung der Innenflächen der Lageraugen ge¬ bildet. Dabei kann die Innenfläche zumindest einer der bei¬ den Lageraugen oxidiert, nitriert, boriert, carbonisiert oder thermochemisch behandelt sein. Ergänzend oder alterna¬ tiv dazu kann die Innenfläche zumindest einer der beiden Lageraugen mit einer Kupfer-Legierung, einer Aluminium- Legierung, einer Aluminium-Zinn-Legierung, einer Aluminium- Zinn-Zink-Legierung, einer Eisen-Legierung, einer Kupfer- Blei-Legierung, einer Kupfer-Blei-Zinn-Legierung, einer Kupfer-Blei-Nickel-Legierung, einer Kupfer-Zink-Legierung, einer Kupfer-Zinn-Zink-Legierung, einer Kupfer-Zinn-Legie¬ rung, einer Kupfer-Phosphor-Legierung, einer Kupfer-Alumi¬ nium-Legierung, einer Kupfer-Beryllium-Legierung, einer Blei-Zinn-Legierung, einer Zinn-Legierung, einer Blei-Legie¬ rung, einer Molybdän-Legierung, einem Metallkohlenwasser¬ stoff, einem Metallkohlenstoff, einem Thermoplast oder einem Duroplast, einem Diamond-Like-Carbon, einem Stahl oder mit Keramik einzeln oder in Kombination beschichtet sein. Vor¬ zugsweise enthält die Beschichtung einen Festschmierstoff.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die gesamte Ober¬ fläche der Pleuelstange oder sind zumindest auch die Anlauf¬ flächen vergütet und bzw. oder mit einem der vorstehenden Materialien einzeln oder in Kombination beschichtet.
Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Pleuelstange ist dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Innen¬ fläche zumindest einer der beiden Lageraugen in an sich be¬ kannter Weise durch Chemical Vapour Deposition (CVD), Physi- cal Vapour Deposition (PVD), Plasma Enhanced-Chemical Vapour Deposition (PE-CVD) , Plasma Enhanced-Physical Vapour Deposi¬ tion (PE-PVD), Galvanisieren, Sputtern, Plasmaspritzen, Flammspritzen, Plasma Transferred-Arc erfolgt. Eine erfindungsgemäße Pleuelstange weist somit gegenüber be¬ kannten Pleuelstangen, welche mit Gleit- oder Wälzlagern ausgebildet sind, eine verringerte Masse auf. Da hierdurch diejenige Masse, welche eine oszillierende Bewegung aus¬ führt, verringert ist, wird die mögliche Drehzahl vergrößert bzw. wird die Leistung des Motors erhöht. Hiedurch wird auch der mechanische Wirkungsgrad des Motors verbessert. Zudem sind die Durchmesser der Lageraugen geringer, wodurch kon¬ struktive Vorteile erzielt werden.
Eine erfindungsgemäße Pleuelstange ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Pleuelstange, in Draufsicht,
Fig. 2 die Pleuelstange nach Fig. 1, im Schnitt nach der
Linie A-A der Fig. 1, und Fig. 3 das Detail X der Fig. 2, in vergrößertem Maßstab.
Eine erfindungsgemäße Pleuelstange 1 ist an ihren beiden Enden mit zwei Lageraugen 2 und 3 ausgebildet, welche unter¬ schiedliche Durchmesser aufweisen, wobei das Lagerauge 2 mit geringerem Durchmesser zur Anlenkung an einem Kolben des Motors und das Lagerauge 3 mit größerem Durchmesser zur An¬ lenkung an der Kurbelwelle dient. An den Stirnseiten der beiden Lageraugen 2 und 3 befinden sich Anlaufflächen 21 und 31. Das größere Lagerauge 3 ist mit einem Lagerdeckel 32 ausgebildet, welcher mittels Schrauben 33 an der Pleuel¬ stange 1 befestigt ist. Um die erforderlichen Lagereigen¬ schaften zu erzielen, sind die Innenflächen der Lageraugen 2 und 3 vergütet und bzw. oder beschichtet.
Wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, kann dabei die äußerste Schichte als Laufschichte 11 ausgebildet sein, an welche eine Zwischenschichte 12 und eine Gleitschichte 13 an¬ schließen, welche auf das Grundmaterial 14 der Pleuelstange 1 aufgebracht sind. Durch diese Schichten werden die erfor¬ derlichen Lagereigenschaften, wie eine gute Lastentragfähig¬ keit und gute Gleiteigenschaften erzielt. Die Pleuelstange 1 kann aus einer Titan-Legierung, einer Stahl-Legierung, einer Aluminium-Legierung, Metal-Matrix- Composites, Metal-Plastic-Composites oder Keramik bestehen. Dabei ist es erforderlich, daß eine gute Haftung der Be¬ schichtung auf den Lagerflächen, weiters gute Gleiteigen¬ schaften bzw. geringe Reibbeiwerte und zudem eine gute Lastentragfähigkeit erzielt werden. Zudem müssen die Be¬ schichtungen geringe Eigenspannungen aufweisen.
Die Beschichtung kann durch durch Chemical Vapour Deposition (CVD), Physical Vapour Deposition (PVD), Plasma-Enhanced- Chemical Vapour Deposition (PE-CVD), Plasma Enhanced-Physi- cal Vapour Deposition (PE-PVD), Galvanisieren, Plasma¬ spritzen, Flammspritzen, Plasma-Transferred-Arc od.dgl. er¬ folgen, wobei die Werkstoffe direkt auf die Lagerflächen aufgebracht werden. Die Oberflächenvergütung kann durch Oxi- dieren. Nitrieren, Borieren, Carbonisieren, thermochemische Behandlung od.dgl. erfolgen.
Es ist dabei auch möglich, mehrlagige Beschichtungen vorzu¬ sehen, wobei durch jede Schichte eine bestimmte Funktion er¬ füllt wird. So kann z.B. eine Schichte vorgesehen sein, wel¬ che eine große Festigkeit und Härte aufweist, darüber kann eine sehr dünne Schichte eines Materials mit geringer Härte und mit sehr guten Gleit- und Notlaufeigenschaften aufge¬ bracht sein. Zudem können mehrere solcher Schichten mit den verschiedenen Eigenschaften vorgesehen sein. Die einzelnen Schichten können dabei in unterschiedlichen Verfahren aufge¬ bracht werden.
Die einzelnen Schichten können aus einem oder mehreren Werk¬ stoffen der folgenden Gruppen bestehen:
Einer Kupfer-Legierung, einer Aluminium-Legierung, einer Aluminium-Zinn-Legierung, einer Aluminium-Zinn-Zink-Legie¬ rung, einer Eisen-Legierung, einer Kupfer-Blei-Legierung, einer Kupfer-Blei-Zinn-Legierung, einer Kupfer-Blei-Nickel- Legierung, einer Kupfer-Zink-Legierung, einer Kupfer-Zinn- Zink-Legierung, einer Kupfer-Zinn-Legierung, einer Kupfer- Phosphor-Legierung, einer Kupfer-Aluminium-Legierung, einer Kupfer-Beryllium-Legierung, einer Blei-Zinn-Legierung, einer Zinn-Legierung, einer Blei-Legierung, einer Molybdän-Legie¬ rung, einem Metallkohlenwasserstoff, einem Metallkohlen¬ stoff, einem Thermoplast oder einem Duroplast, einem Dia¬ mond-Like-Carbon, einem Stahl oder aus Keramik .
Vorzugsweise ist auch die gesamte Oberfläche der Pleuel¬ stange oder sind zumindest die Anlaufflächen vergütet oder beschichtet.
Da eine derartige Pleuelstange ein verringertes Gewicht auf¬ weist, werden höhere Drehzahlen ermöglicht bzw. wird der mechanische Wirkungsgrad des Motors verbessert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Pleuelstange, welche an ihren beiden Enden mit Augen versehen ist, in welchen Lager für die Kurbelwelle bzw. für die Anlenkung des Kolbenbolzens angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beiden Lager aus¬ schließlich durch eine Vergütung und bzw. oder eine Be¬ schichtung der Innenfläche des Lagerauges (2, 3) gebildet ist.
2. Pleuelstange nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß beide Lager durch Vergütung und bzw. oder Be¬ schichtung der Innenflächen der Lageraugen (2, 3) gebildet sind.
3. Pleuelstange nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche zumindest einer der beiden Lageraugen (2, 3) oxidiert, nitriert, boriert, carbonisiert oder thermochemisch behandelt ist.
4. Pleuelstange nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche zumindest einer der beiden Lageraugen (2, 3) mit einer Kupfer-Legierung, einer Aluminium-Legierung, einer Aluminium-Zinn-Legierung, einer Aluminium-Zinn-Zink-Legierung, einer Eisen-Legierung, einer Kupfer-Blei-Legierung, einer Kupfer-Blei-Zinn-Legie¬ rung, einer Kupfer-Blei-Nickel-Legierung, einer Kupfer-Zink- Legierung, einer Kupfer-Zinn-Zink-Legierung, einer Kupfer- Zinn-Legierung, einer Kupfer-Phosphor-Legierung, einer Kupfer-Aluminium-Legierung, einer Kupfer-Beryllium-Legie¬ rung, einer Blei-Zinn-Legierung, einer Zinn-Legierung, einer Blei-Legierung, einer Molybdän-Legierung, einem Metallkoh¬ lenwasserstoff, einem Metallkohlenstoff, einem Thermoplast oder einem Duroplast, einem Diamond-Like-Carbon, einem Stahl oder mit Keramik einzeln oder in Kombination beschichtet ist.
5. Pleuelstange nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung einen Fest¬ schmierstoff enthält.
6. Pleuelstange nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche der Pleuelstange vergütet und bzw. oder beschichtet ist bzw. zu¬ mindest auch die Anlaufflächen vergütet oder beschichtet sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Innenfläche zumindest einer der beiden Lageraugen in an sich bekannter Weise durch Chemical Vapour Deposition (CVD), Physical Vapour Deposition (PVD), Plasma Enhanced-Chemical Vapour Deposition (PE-CVD), Plasma Enhanced-Physical Vapour Deposition (PE-PVD), Galvanisieren, Sputtern, Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Plasma-Trans- ferred-Arc erfolgt.
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