WO2016050771A1 - Verfahren zum bruchtrennen von werkstücken und werkstückrohling - Google Patents

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WO2016050771A1
WO2016050771A1 PCT/EP2015/072428 EP2015072428W WO2016050771A1 WO 2016050771 A1 WO2016050771 A1 WO 2016050771A1 EP 2015072428 W EP2015072428 W EP 2015072428W WO 2016050771 A1 WO2016050771 A1 WO 2016050771A1
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WO
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fracture separation
notches
bearing eye
bearing
fracture
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Application number
PCT/EP2015/072428
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English (en)
French (fr)
Inventor
Siegfried Gruhler
Matthias Drinkmann
Original Assignee
Mauser-Werke Oberndorf Maschinenbau Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof
    • F16C9/045—Connecting-rod bearings; Attachments thereof the bearing cap of the connecting rod being split by fracturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D31/00—Shearing machines or shearing devices covered by none or more than one of the groups B23D15/00 - B23D29/00; Combinations of shearing machines
    • B23D31/002—Breaking machines, i.e. pre-cutting and subsequent breaking
    • B23D31/003—Breaking machines, i.e. pre-cutting and subsequent breaking for rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove

Definitions

  • the invention relates to a method for fracture separation of workpieces according to the preamble of patent claim 1 and a workpiece blank.
  • EP 0 808 228 B2 of the Applicant describes a generic fracture separation method in which a notch which predetermines the fracture separation plane is formed in a bearing eye to be fractured, for example a connecting rod by means of laser energy.
  • This notch consists of a plurality of notch portions, the distance of which results essentially from the frequency of the laser and the feed rate of the laser beam with respect to the connecting rod. It has been shown that the notch impact number can be increased considerably compared to through notches by these notch sections, so that a notch and an optimized fracture separation surface with comparatively low laser power can be formed. Due to the low laser power and the associated low introduced heat energy into the workpiece an undesirable, deep structural change in the notch area is avoided, with certain edge zones of the notch undergo a structural transformation and thus improve the fracture separation behavior.
  • the laser beam After emerging from the said active fiber, the laser beam is introduced into a glass fiber, via which the radiation is then guided to the actual laser head and is directed by way of focusing optics onto the workpiece to be machined.
  • Such fiber lasers are characterized by a very good electrical-optical efficiency and an outstanding beam quality in a very compact structure, so that less costly solutions can be created with a small space than with conventional lasers.
  • the fracture separation notches extend not only axially parallel along the peripheral surface of the bearing eye, but are also formed circumferentially along the diametrically opposite bearing eye webs.
  • the invention has for its object to provide a method for fracture separation of workpieces as well as an insertable in such a process ble workpiece blank, in which the risk of secondary cracking during fracture separation is minimized.
  • the fracture-splitting workpiece may be, for example, a connecting rod of a combustion engine, in which a bearing cap is separated from a connecting rod-side part.
  • the method can also be used, for example, in crankcase or camshaft housings in which a bearing cap is separated from a bearing block. It is also conceivable to use bushings, for example plain bearing rings, which are to be cracked on at least one side.
  • the method it is provided to form two or more fracture separation notches in the bearing eye webs of the workpiece for crack initiation, which approximately follow a course of a fracture separation plane through the diametrically opposite bearing webs pretend.
  • an expanding mandrel is inserted into the bearing eye and a breaking separation force is applied so that the bearing eye is separated along the fracture separation plane predetermined approximately by the fracture separation notches.
  • the fracture separation notches are not approximately parallel to the axis of the actual bearing surface, that is, formed on the inner peripheral surface of the bearing eye, but - preferably on one side - at end surface areas of the bearing eye. That is, the longitudinal axes of these fracture separation notches are perpendicular to the bearing axis.
  • Face areas of the bearing eye are designed so that they do not open in the storage area.
  • the fracture separation behavior can be further improved if in the bearing eye webs each Rissleitbohronneitbohronne lying approximately in the course of the fracture separation plane are formed, the bore axes parallel to the bearing axis and perpendicular to ybohrept.
  • the fracture separation notches are formed only in the region extending in the region between a crack guide bore adjacent to the bearing surface and the bearing surface, the fracture separation notch terminating at a distance therefrom.
  • the crack initiation can be further improved if the break separation notches associated with a respective bearing eye web are offset in the direction of the bearing axis.
  • Such an offset can be effected, for example, in that a fracture separation notch is formed on one bearing eye web on one side only at one end face region and on the diametrically opposite bearing eye land on one side only at the other end face region.
  • the comparatively short break separation notches are formed on a bearing eye web on a first, front end face and on the diametrically arranged bearing eye web on the second end face of the bearing eye, for example a connecting rod eye, which is rearward relative to the first end face.
  • the depth of the short one-sided break separation notches is for example less than 1 mm, preferably about 0.5 mm and the length less than 2 mm, preferably about 1, 3 mm.
  • the inventive method is particularly well suited for fracture separation of workpieces whose bearing surface and Rissleitkerben is case hardened and / or painted.
  • the workpiece to be fractured is a connecting rod of an internal combustion engine.
  • the fracture-cutting workpiece blank for example a connecting rod, accordingly has two or more fracture separation notches in bearing eye webs for crack initiation, which roughly predetermine the course of a fracture separation plane during fracture separation.
  • the fracture separation notches are approximately in the crack propagation direction. formed on the end face areas of the bearing, wherein the axes of the two break separation notches extend approximately perpendicular to the bearing axis.
  • One aspect of the invention is thus to form a fracture separation notch substantially only at end surface regions of second diametrically arranged bearing lugs. It is particularly preferred if these break separation notches are formed on each bearing eye web only on one side.
  • the Applicant reserves the right to make a separate independent claim on this one-sided design of the fracture separation notches in the region of the end surface areas of a bearing eye.
  • the workpiece blank, in particular the connecting rod can be subjected to a heat treatment prior to cracking, as described in the post-published patent application DE 10 2014 107 736 of the applicant.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a workpiece blank according to the invention, which is fracture-separated by the method according to the invention;
  • Figure 2 is a front view of a large Pleuelauges the connecting rod according to Figure 1;
  • Figure 3 shows a bearing cap of the connecting rod according to Figures 1 and 2 after the fracture separation and
  • FIG. 1 shows by way of example a connecting rod 1 of an internal combustion engine which is intended to be fracture-separated by the method according to the invention.
  • This connecting rod will after the Breaking fracture machined mechanically finished, so that the connecting rod shown in the present application is also referred to as "workpiece blank".
  • the connecting rod 1 has a large connecting rod 2 and small connecting rod 4, between which a connecting rod 6 extends.
  • Break separation process is the connecting rod 1 in the region of the large connecting rod 2 in a connecting rod-side part 8 and a bearing cap 10 are fracture-separated. After the fracture separation, the two elements are joined again and screwed by means of two screws 12. These screws 12 can be loosely screwed in the fracture separation to prefix the bearing cap 10 with respect to the connecting rod side part 8.
  • the large connecting rod 2 has a bearing or peripheral surface 14 connected to the crankshaft of the internal combustion engine, to which, unlike conventional solutions, no fracture separation notch is formed.
  • the front is the big one
  • Connecting rod 2 executed with flat surfaces 16, of which only one is visible in the illustration of FIG. These annular planar surfaces 16 are in the range of
  • Pleuelaugenstegen 18, 20 interrupted or viewed continuously in the axial direction of the bearing eye downgraded, so that the projecting flat surfaces 16 run into the end faces 32, 34 of the large connecting rod 2.
  • de Rissleitbohrept 22, 24 are formed, of which, for simplicity, only the respective inner, adjacent to the peripheral surface 14 arranged Rissleitbohrept 22 and 24 with a Reference numerals are provided.
  • the three Rissleitbohronneitbohronne 22, 24 are not arranged on a line, but offset from each other, this offset is formed so that the later fracture separation plane 21 passes through the total twelve Rißleitbohronne 22, 24 therethrough.
  • the Rissleitbohronne 22, 24 each extend from the end face of the large connecting rod 2 into the region of a screw hole 13 for the screw 12. The further details about the geometry of the Rissleitbohronne will be explained below with reference to FIG 3.
  • the course of the fracture separation plane is also determined by two fracture separation notches 26 and 28, which are introduced on one side and which extend perpendicular to the bearing surface.
  • two fracture separation notches 26 and 28 which are introduced on one side and which extend perpendicular to the bearing surface.
  • Pleuelauges 2 is formed. This one-sided arrangement of the fracture separation notches 26, 28 is a peculiarity of the illustrated embodiment.
  • the Bruchleitkerben 26, 28 are very short and end at a distance from the peripheral surface 14. In principle, it is also conceivable, the Bruchleitkerben 26 longer form, so that they extend into the region of the other outer Rißleitbohrept.
  • the selected short geometry can be formed very easily by means of a laser, whereby unwanted microstructural transformations due to the low energy input are avoided.
  • the Bruchleitkerben can be formed with notch portions, as explained in the aforementioned prior art. Such notch sections can be created particularly easily by a fiber laser (see FIG. 4).
  • FIG. 2 shows an individual view of the large connecting rod eye 2 of the connecting rod 1 according to FIG. 1. Also visible are three of the trained on Pleuelaugensteg 18 Rißleitbohritch 22 and trained in this area Bruchtrennkerbe 26, which extends only between the inner peripheral surface 14 and the adjacent Rissleitbohrung 22, however, in the Distance to the peripheral surface ends and thus does not open in this.
  • the second, rear-trained fracture separation notch 28 is not visible in the illustration of Figure 2, however, for the sake of simplicity indicated.
  • the notch axis of the fracture separation Notches 26, 28 (horizontally in Figure 2 and Figure 3) thus extends perpendicular to the bearing axis Z.
  • a Crackdorn or the like is introduced into the connecting rod 2 for fracture separation and spread in the radial direction, so that a crack initiation along the one-sided and staggered arranged short Bruchleitkerben 26, 28 takes place by the introduced fracture separation forces. This break then continues through the respective adjacent Rissleitkerben 22, 24 through until the bearing cap 10 is separated from the connecting rod side part 8.
  • FIG. 3 shows the bearing cap 10 after the fracture separation. It can be seen in this illustration, the two screw holes 13 which penetrated each Pleuelaugensteg 18, 20. Transverse to the axis of these screw holes 13, the above-explained Rissleitbohritch 22 and 24 are formed. In the representation according to FIG. 3 it can be seen that these rip guidance bores 22, 24 are each designed as blind bores and extend on both sides from the respective end face 32 or 34 of the connecting rod eye webs 18, 20 into the region of the screw bore 13 and at a distance of this one ends.
  • the one-sided arrangement offset in the axial direction Z can be seen particularly clearly, the two break-apart notches 26, 28 being formed only in the web section extending between the internal crack guide notches 22, 24 and the peripheral surface 14 of the large connecting rod eye extends.
  • the crack guide bores 22, 24 have the further advantage that their peripheral walls are also hardened during nitriding, so that hardening zones are formed in the course of the fracture separation plane, which optimize the fracture separation behavior. Due to the height offset of the Rissleitbohrungen a "uneven" break separation surface is deliberately created, which allows a 10 positive centering when placing the bearing cap, so that a bandaging is not required.
  • FIG. 4 the region provided with the short fracture separation notch 26 is shown enlarged. It can be seen that the short fracture separation notch 26 on the one hand opens into the crack guide bore 22 and, on the other hand, terminates at a distance from the peripheral surface 14 / running surface. That is, the fracture separation grooves 26, 28 do not extend into the tread.
  • the notch portions 36 which are employed obliquely in a conventional manner and extend out of a base 38.
  • the approximately finger-shaped notch portions 36 and the base 38 can be filled with melt or else partially designed as a cavity.
  • the length of the Bruchleitkerben is in the illustrated connecting rod only a fraction of the wall thickness of Pleuelaugenstegs 20.
  • a length of 1, 3 mm and a depth of the notch of 0.5 mm may be sufficient.
  • the length I of the fracture separation notch 26 1, 3 mm and the depth t is about 0.5 mm.

Abstract

Offenbart sind ein Verfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken und ein Werkstückrohling, bei denen Bruchtrennkerben einseitig ausgebildet werden.

Description

Verfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken und Werkstückrohlinq
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Werkstückrohling.
In der EP 0 808 228 B2 der Anmelderin ist ein gattungsgemäßes Bruchtrennver- fahren beschrieben, bei dem in einem bruchzutrennenden Lagerauge, beispielsweise einem Pleuelauge mittels Laserenergie eine die Bruchtrennebene vorgebende Kerbe ausgebildet wird. Diese Kerbe besteht aus einer Vielzahl von Kerbabschnitten, deren Abstand sich im Wesentlichen aus der Frequenz des Lasers und der Vorschubgeschwindigkeit des Laserstrahls mit Bezug zum Pleuelauge ergibt. Es zeigte sich, dass durch diese Kerbabschnitte die Kerbwirkungszahl gegenüber durchgehenden Kerben erheblich erhöht werden kann, so dass eine Ausbildung einer Kerbe und einer optimierten Bruchtrennfläche mit vergleichsweise geringer Laserleistung ermöglicht ist. Durch die geringer Laserleistung und die damit einhergehende geringe eingebrachte Wärmeenergie in das Werkstück wird eine unerwünschte, tief gehende Gefügeänderung im Kerbbereich vermieden, wobei gewisse Randzonen der Kerbe eine Gefügeumwandlung erfahren und somit das Bruchtrennverhalten verbessern.
In der DE 10 2005 031 335 A1 der Anmelderin wird ein verbessertes Verfahren beschrieben, bei dem die Kerbe nicht gerade sondern etwa sinusförmig mit gerade auslaufenden Endabschnitten ausgebildet ist. Es zeigte sich überraschender Weise, dass durch eine derartige Kerbgestaltung das Bruchtrennverfahren weiter verbessert werden kann.
In der DE 10 2010 014 085 A1 der Anmelderin wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Lasertyp, die Impulsrate, das Werkstückmaterial und die Laserleistung so auf einander abgestimmt ist, dass der Abstand der oben beschriebenen Kerbabschnitte wesentlich größer als derjenige Abstand ist, der sich rechnerisch aus der Vorschubgeschwindigkeit, der Relativbewegung und der Impulsrate des Lasers ergibt. Ein derarti- ges Verhalten lässt sich beispielsweise mittels eines Faserlasers einstellen. Derartige Faserlaser können im Prinzip diodengepunkte Festkörperlaser sein, wobei ein Kern einer Glasfaser das aktive Medium ausbildet. Dabei wird die Strahlung des Festkörperlasers über Kopplung in die Faser eingeleitet, in der dann die eigentliche Laserverstär- kung stattfindet. Die Strahleigenschaften und die Strahlqualität des Lasers kann über Geometrie der Faser eingestellt werden, so dass der Laser weitestgehend unabhängig von äußeren Einflüssen bleibt und einen sehr einfachen Aufbau zeigt.
Nach dem Austritt aus der genannten aktiven Faser wird der Laserstrahl in eine Glasfaser eingeleitet, über die die Strahlung dann zum eigentlichen Laserkopf geführt und über eine Fokussieroptik auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet ist. Derartige Faserlaser zeichnen sich durch einen sehr guten elektrisch-optischen Wirkungsgrad und eine herausragende Strahlqualität bei einem sehr kompakten Aufbau aus, so dass bei geringem Bauraum kostengünstigere Lösungen als mit herkömmlichen Lasern ge- schaffen werden können.
Die DE 10 2012 1 12 539 A1 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken aus einem bruchzähen Werkstoff, wie beispielsweise geschmiedeten Aluminiumpleueln. Gemäß diesem Bruchtrennverfahren wird im Abstand zu den Bruchtrennkerben eine Bruchleitkerbe ausgebildet, die den Verlauf der Bruchtrennebene mit bestimmt, so dass ein Entstehen von Kegeltassenbrüchen auch bei bruchzähen Werkstoffen vermieden werden kann.
Bei einer Variante dieses Verfahrens erstrecken sich die Bruchtrennkerben nicht nur achsparallel entlang der Umfangsfläche des Lagerauges, sondern sind auch umlaufend entlang der einander diametral gegenüberliegenden Lageraugenstege ausgebildet.
In der US 3,994,054 ist ein Verfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken und ein bruchzutrennender Werkstückrohling gezeigt, bei dem in den Bereichen der Lageraugenstege, durch die hindurch die Bruchtrennebene verlaufen soll, jeweils eine Rissleitbohrung ausgebildet ist. Die Bruchtrennkerben sind bei dieser Variante nicht entlang der Lagerumfangsfläche, sondern einander diametral gegenüberliegend in den Um- fangswandungen der Rissleitbohrungen ausgebildet.
Bei der Verwendung derartiger Bruchtrennverfahren für nitrierte Pleueln zeigte es sich, dass es beim Bruchtrennen zu unerwünschten Sekundärrissen kommen kann, die außerhalb der vorbestimmten Bruchtrennebene liegen. Diese Sekundärrisse können zu Ausbrüchen führen, wobei die dabei entstehenden Partikel Ursache einer Zerstörung des Motors sein können. Derartig bruchgetrennte Pleueln sind bei Hochleistungsmotoren nicht einsetzbar und somit Ausschuss.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken sowie einen bei einem derartigen Verfahren einsetz- baren Werkstückrohling zu schaffen, bei denen die Gefahr einer Sekundärrissbildung während des Bruchtrennens minimiert ist.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 uns im Hinblick auf den Werkstückrohling durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das bruchzutrennende Werkstück kann beispielsweise ein Pleuel eines Verbren- nungsmotors sein, bei dem ein Lagerdeckel von einem pleuelstangenseitigen Teil getrennt wird. Einsetzbar ist das Verfahren beispielsweise auch bei Kurbel- oder Nockenwellengehäusen, bei denen ein Lagerdeckel von einem Lagerstuhl getrennt wird. Prinzipiell vorstellbar ist auch der Einsatz bei Lagerbuchsen, beispielsweise Gleitlagerringen, die zumindest einseitig gecrackt werden sollen.
Gemäß dem Verfahren ist vorgesehen, zur Rissinitiierung in Lageraugenstegen des Werkstücks zwei oder mehr Bruchtrennkerben auszubilden, die in etwa einen Verlauf einer Bruchtrennebene durch die diametral gegenüberliegenden Lageraugenstege hindurch vorgeben. Zum Bruchtrennen wird ein Spreizdorn in das Lagerauge eingeführt und eine Bruchtrennkraft aufgebracht, so dass das Lagerauge entlang der in etwa durch die Bruchtrennkerben vorbestimmten Bruchtrennebene getrennt wird. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Lösungen sind die Bruchtrennkerben nicht in etwa achsparallel an der eigentlichen Lagerfläche, das heißt, an der Innenumfangs- fläche des Lagerauges ausgebildet, sondern - vorzugsweise einseitig - an Stirnflächenbereichen des Lagerauges. Das heißt, die Längsachsen dieser Bruchtrennkerben verlaufen senkrecht zur Lagerachse.
Erfindungsgemäß werden somit vergleichsweise kurze Bruchtrennkerben verwendet, die lediglich stirnseitig und nicht entlang des gesamten Umfangs der Lageraugenstege oder entlang der Lagerfläche des Lagerauges - wie dies beim Stand der Technik der Fall ist - ausgebildet sind und die vorzugsweise nicht in der Umfangsfläche des Lagerauges münden. Die vom Spreizdorn aufgebrachte Kraft wird dann direkt in die benachbarten Bruchtrennkerben eingeleitet, deren Achse - wie vorstehend ausgeführt - etwa in Rissfortpflanzungsrichtung verläuft.
Es zeigte sich überraschenderweise, dass durch diese stirnseitige, vorzugsweise einseitige Anordnung der vergleichsweise kurzen Bruchtrennkerben selbst bei einsatzgehärteten (nitrierten) Lageraugen die Entstehung von Sekundärrissen zuverlässig verhindert oder zumindest auf ein für die Massenfertigung akzeptables Maß abgesenkt werden kann. Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bruchtrennkerben in den
Stirnflächenbereichen des Lagerauges so ausgebildet sind, dass sie nicht in der Lagerfläche münden.
Das Bruchtrennverhalten lässt sich weiter verbessern, wenn in den Lageraugen- Stegen jeweils etwa im Verlauf der Bruchtrennebene liegende Rissleitbohrungen ausgebildet werden, deren Bohrungsachsen parallel zur Lagerachse und senkrecht zu Schraubbohrungen verlaufen. Bei einem besonders bevorzugten Verfahren sind die Bruchtrennkerben lediglich in dem Bereich ausgebildet, der sich im Bereich zwischen einer zur Lagerfläche benachbarten Rissleitbohrung und der Lagerfläche erstreckt, wobei die Bruchtrennkerbe im Abstand zu dieser endet.
Die Rissinitiierung lässt sich weiter verbessern, wenn die jeweils einem Lageraugensteg zugeordneten Bruchtrennkerben in Richtung der Lagerachse versetzt sind.
Ein derartiger Versatz lässt sich beispielsweise dadurch bewirken, dass eine Bruchtrennkerbe an einem Lageraugensteg einseitig nur an einem Stirnflächenbereich und am diametral gegenüberliegenden Lageraugensteg einseitig nur am anderen Stirnflächenbereich ausgebildet ist. Mit anderen Worten gesagt, die vergleichsweise kurzen Bruchtrennkerben sind an einem Lageraugensteg an einer ersten, vorderen Stirnfläche und am diametral angeordneten Lageraugensteg an der zweiten, relativ zur ersten Stirnfläche rückseitigen Stirnfläche des Lagerauges, beispielsweise eines Pleuelauges ausgebildet.
Die Tiefe der kurzen einseitigen Bruchtrennkerben beträgt beispielsweise weniger als 1 mm, vorzugsweise etwa 0,5 mm und die Länge weniger als 2 mm, vorzugsweise etwa 1 ,3 mm.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zum Bruchtrennen von Werkstücken, deren Lagerfläche und Rissleitkerben einsatzgehärtet und/oder lackiert ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das bruchzutrennende Werkstück ein Pleuel eines Verbrennungsmotors.
Der bruchzutrennende Werkstückrohling, beispielsweise ein Pleuel, hat dement- sprechend zur Rissinitiierung in Lageraugenstegen zwei oder mehr Bruchtrennkerben, die in etwa den Verlauf einer Bruchtrennebene beim Bruchtrennen vorgeben. Wie vorstehend ausgeführt, sind die Bruchtrennkerben etwa in Rissfortpflanzungsrichtung ein- seitig an Stirnflächenbereichen des Lagers ausgebildet, wobei die Achsen der beiden Bruchtrennkerben etwa senkrecht zur Lagerachse verlaufen.
Die Geometrie der Bruchtrennkerben des erfindungsgemäßen Werkstückrohlings kann nach Maßgabe der vorstehend erläuterten Verfahrensansprüche ausgelegt werden.
Ein Aspekt der Erfindung besteht somit darin, eine Bruchtrennkerbe im Wesentlichen lediglich an Stirnflächenbereichen zweiter diametral angeordneter Lageraugen- stege auszubilden. Besonders bevorzugt ist es, wenn diese Bruchtrennkerben an jedem Lageraugensteg lediglich einseitig ausgebildet sind.
Die Anmelderin behält sich vor, auf diese einseitige Ausgestaltung der Bruchtrennkerben im Bereich der Stirnflächenbereiche eines Lagerauges gegebenenfalls einen eigenen unabhängigen Anspruch zu richten.
Der Werkstückrohling, insbesondere das Pleuel kann vor dem Cracken einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wie sie in der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2014 107 736 der Anmelderin beschrieben ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Werkstückrohlings, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bruchgetrennt wird;
Figur 2 eine Vorderansicht eines großen Pleuelauges des Pleuels gemäß Figur 1 ; Figur 3 einen Lagerdeckel des Pleuels gemäß den Figuren 1 und 2 nach dem Bruchtrennen und
Figur 4 eine Detailansicht einer Bruchtrennkerbe des Pleuels gemäß den Figuren 1 bis 3.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Pleuel 1 eines Verbrennungsmotors, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bruchgetrennt werden soll. Dieses Pleuel wird nach dem Bruchtrennen mechanisch fertig bearbeitet, so dass das dargestellte Pleuel in vorliegender Anmeldung auch als„Werkstückrohling" bezeichnet wird.
Das Pleuel 1 hat ein großes Pleuelauge 2 und kleines Pleuelauge 4, zwischen denen sich eine Pleuelstange 6 erstreckt. Durch den im Folgenden beschriebenen
Bruchtrennvorgang (Cracken) soll das Pleuel 1 im Bereich des großen Pleuelauges 2 in einen pleuelstangenseitigen Teil 8 und eine Lagerdeckel 10 bruchgetrennt werden. Nach dem Bruchtrennen werden die beiden Elemente wieder gefügt und mittels zwei Schrauben 12 verschraubt. Diese Schrauben 12 können beim Bruchtrennen lose einge- schraubt werden, um den Lagerdeckel 10 mit Bezug zum pleuelstangenseitigen Teil 8 vorzufixieren. Das große Pleuelauge 2 hat eine mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbundene Lager- oder Umfangsfläche 14, an der im Unterschied zu herkömmlichen Lösungen keine Bruchtrennkerbe ausgebildet ist. Stirnseitig ist das große
Pleuelauge 2 mit Planflächen 16 ausgeführt, von denen in der Darstellung gemäß Figur 1 nur eine sichtbar ist. Diese ringförmigen Planflächen 16 sind im Bereich von
Pleuelaugenstegen 18, 20 unterbrochen oder in Axialrichtung des Lagerauges gesehen kontinuierlich zurückgestuft, so dass die vorspringenden Planflächen 16 in die Stirnflächen 32, 34 des großen Pleuelauges 2 einlaufen. In diesem Bereich sind an jedem Pleuelaugensteg 18, 20 drei in etwa in einer vorgesehenen Bruchtrennebene 21 liegen- de Rissleitbohrungen 22, 24 ausgebildet, von denen der Einfachheit halber lediglich die jeweils innen liegenden, benachbart zur Umfangsfläche 14 angeordneten Rissleitbohrungen 22 bzw. 24 mit einem Bezugszeichen versehen sind.
Gemäß der Darstellung in den Figuren 1 und 2 sind die drei Rissleitbohrungen 22, 24 nicht auf einer Linie, sondern versetzt zueinander angeordnet, wobei dieser Versatz so ausgebildet ist, dass die spätere Bruchtrennebene 21 durch die insgesamt zwölf Rissleitbohrungen 22, 24 hindurch verläuft. Die Rissleitbohrungen 22, 24 erstrecken sich jeweils von der Stirnfläche des großen Pleuelauges 2 bis in den Bereich einer Schraubbohrung 13 für die Schraube 12. Die weiteren Einzelheiten über die Geometrie der Rissleitbohrungen werden weiter unten anhand der Figur 3 erläutert.
Der Verlauf der Bruchtrennebene ist erfindungsgemäß auch durch zwei einseitig eingebrachte Bruchtrennkerben 26 bzw. 28 bestimmt, die sich senkrecht zur Lager- achse, mit anderen Worten gesagt, in Radialrichtung in Bezug zum großen Pleuelauge 2 von der Umfangsflache 14 weg bis in die benachbarte Rissleitbohrung 22 bzw. 24 hinein erstrecken, jedoch nicht in der Umfangsflache 14 münden. Wie in Figur 1 dargestellt, ist somit die Bruchtrennkerbe 26 des Pleuelaugenstegs
18 an der in Figur 1 sichtbaren Stirnfläche 32 des großen Pleuelauges 2 ausgebildet, während die andere in Figur 1 lediglich angedeutete Bruchtrennkerbe 28 axial versetzt und an der in Figur 1 hinten liegenden Stirnfläche 34 (siehe Figur 3) des großen
Pleuelauges 2 ausgebildet ist. Diese einseitige Anordnung der Bruchtrennkerben 26, 28 ist eine Besonderheit des dargestellten Ausführungsbeispiels.
Prinzipiell könnte man auch die Bruchtrennkerbe 28 an der in Figur 1 sichtbaren Stirnfläche 32 des großen Pleuelauges 2 ausbilden - erfindungsgemäß wird jedoch die in Figur 1 dargestellte Geometrie bevorzugt.
Wie erwähnt, sind die Bruchleitkerben 26, 28 sehr kurz ausgebildet und enden im Abstand zur Umfangsfläche 14. Prinzipiell ist es auch vorstellbar, die Bruchleitkerben 26 länger auszubilden, so dass sie sich in den Bereich der anderen außen liegenden Rissleitbohrungen hinein erstrecken. Die gewählte kurze Geometrie lässt sich sehr einfach mittels Laser ausbilden, wobei unerwünschte Gefügeumwandlungen aufgrund des geringen Energieeintrags vermieden sind. Die Bruchleitkerben können mit Kerbabschnitten ausgebildet sein, wie sie im eingangs genannten Stand der Technik erläutert sind. Derartige Kerbabschnitte lassen sich besonders einfach durch einen Faserlaser erstellen (siehe hierzu Figur 4).
Figur 2 zeigt eine Einzeldarstellung des großen Pleuelauges 2 des Pleuels 1 gemäß Figur 1 . Man erkennt die geschliffene, in Figur 1 vorne liegende Planfläche 16. Gut sichtbar sind auch drei der am Pleuelaugensteg 18 ausgebildeten Rissleitbohrungen 22 und die in diesem Bereich ausgebildete Bruchtrennkerbe 26, die sich lediglich zwischen der Innenumfangsfläche 14 und der benachbarten Rissleitbohrung 22 erstreckt, jedoch im Abstand zur Umfangsfläche endet und somit nicht in dieser mündet. Die zweite, rückseitig ausgebildete Bruchtrennkerbe 28 ist in der Darstellung gemäß Figur 2 nicht sichtbar, der Einfachheit halber jedoch angedeutet. Die Kerbachse der Bruchtrenn- kerben 26, 28 (horizontal in Figur 2 und Figur 3) verläuft somit senkrecht zur Lagerachse Z.
Wie erwähnt, wird zum Bruchtrennen ein Crackdorn oder dergleichen in das Pleuelauge 2 eingeführt und in Radialrichtung gespreizt, so dass durch die eingebrachten Bruchtrenn kräfte eine Rissinitiierung entlang der einseitig und versetzt zueinander angeordneten kurzen Bruchleitkerben 26, 28 erfolgt. Dieser Bruch setzt sich dann durch die jeweils nebeneinander liegenden Rissleitkerben 22, 24 hindurch fort, bis der Lagerdeckel 10 vom pleuelstangenseitigen Teil 8 getrennt ist.
Figur 3 zeigt den Lagerdeckel 10 nach dem Bruchtrennen. Man erkennt in dieser Darstellung die beiden Schraubenbohrungen 13, die jeden Pleuelaugensteg 18, 20 durchsetzten. Quer zur Achse dieser Schraubenbohrungen 13 sind die eingangs erläuterten Rissleitbohrungen 22 bzw. 24 ausgebildet. In der Darstellung gemäß Figur 3 er- kennt man, dass diese Rissleitbohrungen 22, 24 jeweils als Sacklochbohrungen ausgeführt sind und sich beidseitig von der jeweiligen Stirnfläche 32 bzw. 34 der Pleuelaugenstege 18, 20 bis in den Bereich der Schraubenbohrung 13 erstrecken und im Abstand von dieser enden. Dementsprechend variiert auch die Tiefe der Rissleitbohrungen 22, 24, wobei die Achse der mittigen Rissleitbohrungen in etwa senkrecht zur Achse der jeweiligen Schraubenbohrung 13 verläuft, so dass diese mittigen Rissleitbohrungen etwas kürzer als die beiden äußeren, dazu seitlich versetzten Rissleitbohrungen, ausgebildet sind. In der Darstellung gemäß Figur 3 sieht man besonders deutlich die einseitige und in Axialrichtung Z versetzte Anordnung der beiden Bruchtrennkerben 26, 28, die lediglich in dem Stegabschnitt ausgebildet sind, der sich zwischen den innen liegenden Rissleitkerben 22, 24 und der Umfangsfläche 14 des großen Pleuelauges erstreckt.
Die Rissleitbohrungen 22, 24 haben den weiteren Vorteil, dass deren Umfangs- wandungen beim Nitrieren mit gehärtet werden, so dass im Verlauf der Bruchtrennebene Härtezonen ausgebildet werden, die das Bruchtrennverhalten optimieren. Durch den Höhenversatz der Rissleitbohrungen wird bewusst eine„unebene" Bruchtrennfläche geschaffen, die beim Aufsetzen des Lagerdeckels 10 eine formschlüssige Zentrierung ermöglicht, so dass ein Bandagieren nicht erforderlich ist. In Figur 4 ist der mit der kurzen Bruchtrennkerbe 26 versehene Bereich vergrößert dargestellt. Man erkennt, dass die kurze Bruchtrennkerbe 26 einerseits in der Rissleitbohrung 22 mündet und andererseits im Abstand zur Umfangsfläche 14 / Lauffläche endet. Das heißt, die Bruchtrennkerben 26, 28 erstrecken sich nicht in die Lauffläche hinein.
In dieser Darstellung erkennt man auch gut die Kerbabschnitte 36, die in an sich bekannter Weise schräg angestellt sind und sich aus einer Basis 38 heraus erstrecken. Die in etwa fingerförmigen Kerbabschnitte 36 und die Basis 38 können mit Schmelze verfüllt oder aber auch teilweise als Hohlraum ausgeführt sein. Die Länge der Bruchleitkerben beträgt bei dem dargestellten Pleuel lediglich einen Bruchteil der Wandungsstärke des Pleuelaugenstegs 20. Bei Pleueln kann eine Länge von 1 ,3 mm und eine Tiefe der Kerbe von 0,5 mm ausreichend sein. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge I der Bruchtrennkerbe 26 1 ,3 mm und die Tiefe t etwa 0,5 mm.
Überraschenderweise bewirken diese einseitig ausgebildeten, im Vergleich zum Stand der Technik sehr kurzen Bruchtrennkerben 26, 28 im Zusammenwirken mit den Rissleitbohrungen 22, 24 ein exzellentes Bruchverhalten, wobei die Bruchtrennebene in der vorbestimmten Weise durch die insgesamt bei diesem Ausführungsbeispiel zwölf Rissleitbohrungen 22, 24 hindurch verläuft, wobei keine Sekundärrisse auftreten.
Selbstverständlich kann die Geometrie und / oder die Anzahl der Rissleitbohrungen gegenüber dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel geändert werden. Wie erläutert, ist es auch vorstellbar, die beiden in Axialrichtung Z versetzten Bruchtrennkerben 26, 28 etwas länger auszubilden, so dass sie sich in den Bereich der anderen Rissleitbohrungen hinein erstrecken. Prinzipiell könnte man auch auf den axialen Versatz der Bruchtrennkerben 26, 28 verzichten und diese lediglich im Bereich einer Stirnfläche 32 bzw. 34 auszubilden. Prinzipiell ist es auch möglich, die kurzen Bruchtrennkerben 32 bzw. 34 an jeder Stirnfläche 32, 34 der Pleuelaugenstege 18, 20 vorzusehen. Auch ein Münden der Bruchtrennkerben 26, 28 in der Umfangsfläche 14 ist möglich. Offenbart sind ein Verfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken und ein Werkstückrohling, bei denen Bruchtrennkerben einseitig ausgebildet werden.
Bezuqszeichenliste:
1 Pleuel
2 großes Pleuelauge
4 kleines Pleuelauge
6 Pleuelstange
8 pleuelstangenseitiger Teil
10 Lagerdeckel
12 Schraube
13 Schraubenbohrung
14 Umfangsfläche
16 Planfläche
18 Pleuelaugensteg
20 Pleuelaugensteg
21 Bruchtrennebene
22 Rissleitbohrung
24 Rissleitbohrung
26 Bruchtrennkerbe
28 Bruchtrennkerbe
32 Stirnfläche
34 Stirnfläche
36 Kerbabschnitt
38 Kerbbasis

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Bruchtrennen von Werkstücken entlang eines Lagerauges, wobei zur Rissinitiierung in Lageraugenstegen zwei oder mehr Bruchtrennkerben aus- gebildet werden, die in etwa einen Verlauf einer Bruchtrennebene vorgeben, wobei eine Bruchtrennkraft mittels eines in das Lagerauge eingeführte Spreizdorns oder dergleichen aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchtrennkerben (26, 28) - vorzugsweise einseitig - etwa in Rissfortpflanzungsrichtung in Stirnflächenbereichen des Lagerauges ausgebildet werden, wobei die Achsen der Bruchtrennkerben (26, 28) etwa senkrecht zur Lagerachse (Z) verlaufen.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei die Bruchtrennkerben (26, 28) nicht in einer Umfangsfläche (14) des Lagerauges münden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei in den Lageraugenstegen jeweils etwa im Verlauf der Bruchtrennebene liegende Rissleitbohrungen (22, 24) ausgebildet werden, deren Bohrungsachsen etwa senkrecht zur Lagerachse (Z) verlaufen.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei die Bruchtrennkerben (26, 28) nur im Bereich zwischen der Umfangsfläche (14) und der dazu benachbarten Rissleitbohrung (22, 24) ausgebildet werden und im Abstand zur Umfangsfläche (14) enden.
5. Verfahren nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei die Bruchtrennkerben (26, 28) in Richtung der Lagerachse (Z) versetzt sind.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei die Bruchtrennkerben (26, 28) in einem Lageraugensteg (18) nur an einem Stirnflächenbereich und am diametral gegenüberliegenden Lageraugensteg (20) nur am anderen Stirnflächenbereich des Lagerauges ausgebildet sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Tiefe (t) der Bruchtrennkerben (26, 28) weniger als 1 mm, vorzugsweise 0,5 mm und/oder deren Länge (I) weniger als 2 mm, vorzugsweise 0,5 mm beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest die Umfangsfläche (14) und die Umfangswandungen der Rissleitbohrungen (22, 24) einsatzgehärtet und / oder lackiert sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Werkstück ein Pleuel (1 ) ist.
10. Werkstückrohling mit einem bruchzutrennenden Lagerauge, wobei zur Rissinitiierung in Lageraugenstegen zwei oder mehr Bruchtrennkerben (26, 28) ausgebildet sind, die in etwa einen Verlauf einer Bruchtrennebene durch die diametral gegenüberliegende Lageraugenstege hindurch vorgeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchtrennkerben (26, 28) entlang Stirnflächenbereichen des Lagerauges ausgebildet sind, wobei die Achsen der Buchtrennkerben etwa senkrecht zur Lagerachse (Z) ver- laufen.
1 1 . Werkstückrohling nach Anspruch 10, wobei die Bruchtrennkerben (26, 28) nach den Vorgaben eines oder einer Kombination der Patentansprüche 2 bis 10 ausgebildet sind.
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