DE102009018827A1

DE102009018827A1 - Pleuel und Herstellung eines Pleuels

Info

Publication number: DE102009018827A1
Application number: DE102009018827A
Authority: DE
Inventors: Mauro Moraes De Souza; Juliano Savoy; Matthias Bechtold
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2010-10-28
Also published as: US20130283614A1; US20120031227A1; EP2422097A1; BRPI1016236A2; WO2010121587A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pleuel, mit einem Schaft, mit einem großen Auge, und mit einem kleinen Auge. Die Erfindung beinhaltet, dass das Pleuel mehrteilig ausgestaltet ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung eines Pleuels.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pleuel, mit einem Schaft, mit einem großen Auge, und mit einem kleinen Auge. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Pleuels, wobei das Pleuel mindestens einen Schaft, ein großes Auge und ein kleines Auge aufweist.
Ein Pleuel – andere Bezeichnungen sind Pleuelstange, Schubstange oder Treibstange – dient zumeist der Umsetzung der linearen Bewegung des Kraft- oder Arbeits-Kolbens eines Motors in die kreisförmige Bewegung der Kurbelwelle. Ein Pleuel besteht dabei zumeist aus einem Schaft, einem großen Auge (auch: Pleuelfuß) und einem kleinen Auge (auch Pleuelkopf). Das große Auge ist im Stand der Technik zumeist geteilt, wobei das zunächst einteilige Auge spanend oder durch Bruch getrennt („gecrackt”) und üblicherweise über zwei Schrauben wieder miteinander verbunden wird.
Methoden zur Herstellung von Pleuel sind beispielsweise das Schmieden oder Sintern. Im Dokument DE 10 2007 051 248 A1 wird ein Pleuel beschrieben, dessen Schaft aus zwei Blechprofilen besteht. Im Dokument DE 35 16 506 A1 wird ein Pleuel offenbart, bei dem das große Auge über eine Schraubverbindung mit dem Pleuelschaft verbunden ist. Im Dokument DE 10 2006 037 871 A1 findet sich eine aufwändige Konstruktion eines Pleuels, bei welchem an einer vollen oder hohlen Mittelstange die beiden Augen befestigt sind. Das Patent US 4,369,742 beschreibt ein Pleuel, bei dem zwei Pleuelhälften durch Zapfen miteinander verbunden sind.
Probleme des Standes der Technik liegen teilweise darin, dass die Fertigung der Pleuel aufwändig und/oder kostenintensiv ist. Weiterhin haben die Pleuel meist ein hohes Gewicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pleuel bzw. ein Herstellungsverfahren für ein Pleuel vorzuschlagen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Pleuels dadurch gelöst, dass das Pleuel mehrteilig ausgestaltet ist. Das Pleuel ist somit insbesondere nicht einteilig ausgestaltet, sondern wird aus mehreren insbesondere einzeln vorzufertigenden Teilen zusammengesetzt. Es handelt sich somit insbesondere um ein gebautes Pleuel, welches insbesondere in einem Fahrzeug mit beispielsweise einem Verbrennungs- oder Hybridmotor zur Anwendung kommt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels sieht vor, dass mindestens ein Abschnitt des Schafts und ein Abschnitt des großen Auges durch Presssitz miteinander verbindbar sind, und/oder dass mindestens ein Abschnitt des Schafts und ein Abschnitt des kleinen Auges durch Presssitz miteinander verbindbar sind. Der Presssitz oder Pressverband bietet somit eine Alternative zu den im Stand der Technik verwendeten Verbindungsverfahren. Dabei können beide Augen durch Presssitz mit dem Schaft verbunden werden oder nur ein Auge wird durch Presssitz und das andere Auge wird durch ein alternatives Verfahren fixiert. Die Bauteile sind somit zumindest über Presssitz miteinander verbindbar und vorzugsweise auch zumindest teilweise derartig miteinander verbunden, wobei weitere Varianten beispielsweise Aufschrumpfen oder Schweißen sind.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels beinhaltet, dass der Schaft im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels sieht vor, dass der Schaft im Wesentlichen als Vollzylinder oder als Hohlzylinder ausgestaltet ist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels beinhaltet, dass der Schaft an mindestens einem seiner zwei Enden eine Fase aufweist.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels sieht vor, dass das große Auge eine Aussparung zur Aufnahme eines Abschnitts des Schafts aufweist, und/oder dass das kleine Auge eine Aussparung zur Aufnahme eines Abschnitts des Schafts aufweist. In dem Fall, dass der Schaft zylindrisch ist, sind auch die Aussparungen vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch auszugestalten. Es findet somit vorzugsweise eine Abstimmung der Ausgestaltung der miteinander zu verbindenden Bauteile im Bereich der gegenseitigen Fixierung statt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels beinhaltet, dass die Aussparung des großen Auges im Wesentlichen eine Sacklochbohrung ist, und/oder dass die Aussparung des kleinen Auges im Wesentlichen eine Sacklochbohrung ist. Es kann sich ggf. auch um eine durchgehende Bohrung handeln.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels sieht vor, dass die Aussparung des großen Auges mindestens einen Hinterschnitt aufweist, und/oder dass die Aussparung des kleinen Auges mindestens einen Hinterschnitt aufweist. Der Hinterschnitt dient dabei dem Zweck, dass der Schaft sich beim Pressen in den Hinterschnitt hinein verkeilt, wodurch sich ein größerer Halt ergibt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels beinhaltet, dass im Wesentlichen mittig in der Aussparung des großen Auges mindestens ein Stempel vorgesehen ist, und/oder dass im Wesentlichen mittig in der Aussparung des kleinen Auges mindestens ein Stempel vorgesehen ist. Der Stempel dient dabei insbesondere zur Führung des Schafts während des Pressvorganges. Durch den Stempel gibt es insbesondere keinen flachen Boden der jeweiligen Aussparung und insbesondere eine Führung des Endbereichs des Schafts beim Einpressen in die Aussparung.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels sieht vor, dass der Stempel in der Aussparung des großen Auges und das große Auge einteilig sind, und/oder dass der Stempel in der Aussparung des kleinen Auges und das kleine Auge einteilig sind.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel ein eigenständiges Bauteil ist. Der Stempel und das zugehörige Auge sind somit insbesondere zweiteilig ausgestaltet bzw. der Stempel liegt separat zum zugehörigen Auge als zusätzliches Bauteil vor.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels beinhaltet, dass der Schaft mindestens eine Aussparung zur Aufnahme eines Abschnitts des großen Auges aufweist, und/oder dass der Schaft mindestens eine Aussparung zur Aufnahme eines Abschnitts des kleinen Auges aufweist. In dieser Ausgestaltung wird somit zumindest eines der beiden Augen in einen Endbereich des Schafts eingebracht. Dabei kann in einer Variante ein Auge in den Schaft eingebracht werden und der Schaft wird mit dem anderen Ende in das andere Auge eingebracht, d. h. es sind auch Kombinationen möglich. Die Aussparung im Schaft ergibt sich ggf. auch direkt dadurch, dass der Schaft ein Hohlzylinder ist. Alternativ ist die Aussparung im Schaft eine Sacklochbohrung.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels sieht vor, dass das große Auge mindestens einen Abschnitt aufweist, welcher derartig ausgestaltet ist, dass der Abschnitt des großen Auges und die Aussparung des Schafts zur Aufnahme des großen Auges über einen Presssitz verbindbar sind, und/oder dass das kleine Auge mindestens einen Abschnitt aufweist, welcher derartig ausgestaltet ist, dass der Abschnitt des kleinen Auges und die Aussparung des Schafts zur Aufnahme des kleinen Auges über einen Presssitz verbindbar sind. Für alle Ausgestaltungen ist es erforderlich, dass die Bauteile aneinander angepasst sind.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels beinhaltet, dass das große Auge und das kleine Auge im Wesentlichen gleich groß dimensioniert sind und/oder jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige Aussparung mit gleichem Durchmesser aufweisen. In dieser Ausgestaltung sind somit die beiden Augen im Wesentlichen von gleichem Aufbau und tragen nur für das Verständnis der Beschreibung der Erfindung unterschiedliche Bezeichnungen.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Pleuels sieht vor, dass das große Auge und der Schaft aus unterschiedlichen Materialen bestehen, und/oder dass das kleine Auge und der Schaft aus unterschiedlichen Materialen bestehen. In einer Ausgestaltung bestehen das große und das kleine Auge im Wesentlichen aus dem gleichen Material. In einer weiteren Ausgestaltung bestehen zumindest eine Auge und der Schaft aus dem gleichen Material. Der mehrteilige Aufbau des Pleuels erlaubt es, unterschiedliche Materialien zu kombinieren, so dass auch auf die unterschiedlichen Anforderungen Rücksicht genommen werden kann. Soll beispielweise ein Auge gecrackt werden, so kann hierfür ein spezielles Material verwendet werden und für den Schaft und/oder das andere Auge ein anderes Material.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Herstellungs- oder Fertigungs-Verfahrens dadurch gelöst, dass mindestens ein Abschnitt des Schafts in einen Abschnitt des großen Auges eingebracht wird, oder dass mindestens ein Abschnitt des großen Auges in einen Abschnitt des Schafts eingebracht wird, und/oder dass mindestens ein Abschnitt des Schafts in einen Abschnitt des kleinen Auges eingebracht wird, oder dass mindestens ein Abschnitt des kleinen Auges in einen Abschnitt des Schafts eingebracht wird, und dass eine Kraft aufgewendet wird, welche für einen Presssitz sorgt. Der Presssitz wird vorzugsweise in dem Bereich erzeugt, in welchem zwei Bauteile (Schaft, großes und kleines Auge) in Kontakt miteinander kommen, was insbesondere aus dem teilweisen Einbringen der Bauteile einander resultiert. Die Kraft wird beispielsweise dadurch aufgebracht, dass der Schaft in eine Aussparung eines Auges oder ein Teil eines Auges in eine Aussparung des Schafts eingepresst wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass mindestens der Schaft und/oder das große Auge und/oder das kleine Auge zumindest abschnittsweise und/oder zeitweise erhitzt werden/wird. Vorzugsweise findet die Erhitzung vor dem Einbringen eines Bauteils in ein anderes Bauteil statt und somit insbesondere auch vor dem Schritt der Kraftaufwendung, die den Presssitz verursacht.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1: eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Pleuels,
2: ein Schnitt durch das Pleuel der 1,
3: einen vergrößerten Ausschnitt eines Schnitts eines in der Herstellung befindlichen erfindungsgemäßen Pleuels, und
4: einen Ausschnitt einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Pleuels.
In der 1 ist ein erfindungsgemäßes mehrteiliges gebautes Pleuel dargestellt. Dabei handelt es sich hier insbesondere um ein dreiteiliges Pleuel, d. h. der Schaft 1, das kleine Auge 3 und das große Auge 2 sind jeweils eigenständige Bauteile, welche zum Pleuel zusammengefügt sind. Der Schaft 1 ist in diesem Beispiel zylindrisch ausgeführt, wobei es sich ggf. um einen Hohl- oder Vollzylinder oder um einen nur teilweise hohlen bzw. ausgefüllten Zylinder handelt. Die beiden Augen 2, 3 weisen jeweils die für ihre Funktion erforderlichen kreisförmigen Aussparungen auf und sind insbesondere in den dem Schaft 1 zugewandten Bereichen für die Anbindung an den Schaft 1 ausgeformt. An den Flanken des großen Auges 2 sind hier auch die Bereiche angedeutet, in welche die Schrauben eingebracht werden, um das geteilte große Auge 2 wieder zusammenzufügen. Diese Ausgestaltung kann jedoch nach Anwendung oder Anforderung auch entfallen.
In der 2 ist zu sehen, dass der Schaft 1 mit einem Ende in der Aussparung 4 des großen Auges 2 und mit seiner Aussparung 7 am anderen Ende außerhalb des kleinen Auges 3 angeordnet ist. Durch das Einpressen des Schafts 1 in die Aussparung 4 hinein hat sich eine Erweiterung am Ende des Schafts 1 gebildet, welche in Verbindung mit dem Hinterschnitt in der Aussparung 4 einer Zugbelastung des Stabes aus dem Auge 2 heraus entgegenwirkt. Weiterhin sind die Augen 2, 3 und der Schaft 1 im jeweiligen Berührungsbereich durch einen Pressverband/durch einen Presssitz miteinander verbunden.
Die 3 zeigt einen Schnitt durch ein Pleuel während der Fertigung, insbesondere bei der Kraftaufwendung zur Erzeugung des Presssitzes. Der Schaft 1 – hier ausgestaltet als Hohlzylinder – wird mit einem Ende, welches vorzugsweise eine Fase zum erleichterten Einführen aufweist, in die Aussparung 4 des großen Auges 2 eingepresst. In der Aussparung 4 sind dabei ein Hinterschnitt 5 und ein Stempel 6 vorgesehen. In der hier gezeigten Ausgestaltung sind der Stempel 6 und das große Auge 2 einstückig ausgestaltet, beispielsweise ist der Stempel 6 passend aus dem vollen Material herausgedreht. In einer alternativen Variante ist der Stempel 6 ein zusätzliches Bauteil, welches in die als Sackloch ausgestaltete Aussparung 4 des großen Auges 2 eingebracht wird bzw. welches vor dem Einbringen des Schafts in das Auge in den Endbereich des Schafts eingesteckt wird. Durch die abfallend breiter werdenden Seiten des Stempels 6 und die passende Ausgestaltung des Hinterschnitts 5 wird die Wandung des hier hohlzylindrisch ausgestalteten Schafts 1 während des Einpressvorgangs aufgeweitet und in die – hier rotationssymmetrische – Lücke zwischen Stempel 6 und Innenwandung der Aussparung 4 eingepresst. Zwischen der Außenwand des Schafts 1 und der Innenwand der Aussparung 5 wird durch das Einpressen überdies ein Presssitz erzeugt, welcher die Einzelteile des Pleuels zusammenhält. Bei der Fertigung wird in einer Ausgestaltung insbesondere das Ende des Schafts 1 erhitzt, um die Verformung beim Pressen zu erleichtern, so dass ein geringerer Druck aufgewendet werden muss.
In der 4 ist eine weitere Variante dargestellt, in welcher der Schaft 1 über einen Endbereich des kleinen Auges 3 gepresst wird und dort über Pressverband gehalten wird. In der hier gezeigten Variante ist der Schaft 1 ein Hohlzylinder mit Aussparung 7 zur Einbringung eines Abschnitts des kleinen Auges 3.
Die Varianten der 3 und 4 können sich auch jeweils auf das andere Auge beziehen, wobei jeweils auch beide Augen mit der gleichen Variante befestigbar sind. In einer weiteren Variante wird ein Auge oder das zugehörige Ende des Schafts erhitzt und die Verbindung erfolgt durch Aufschrumpfen entweder des Auges auf den Schaft oder des Schafts auf einen Endbereich des Auges.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007051248 A1 [0003]
- DE 3516506 A1 [0003]
- DE 102006037871 A1 [0003]
- US 4369742 [0003]

Claims

Pleuel, mit einem Schaft, mit einem großen Auge, und mit einem kleinen Auge, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel mehrteilig ausgestaltet ist.
Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt des Schafts und ein Abschnitt des großen Auges durch Presssitz miteinander verbindbar sind, und/oder dass mindestens ein Abschnitt des Schafts und ein Abschnitt des kleinen Auges durch Presssitz miteinander verbindbar sind.
Pleuel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist.
Pleuel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft im Wesentlichen als Vollzylinder oder als Hohlzylinder ausgestaltet ist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft an mindestens einem seiner zwei Enden eine Fase aufweist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das große Auge eine Aussparung zur Aufnahme eines Abschnitts des Schafts aufweist, und/oder dass das kleine Auge eine Aussparung zur Aufnahme eines Abschnitts des Schafts aufweist.
Pleuel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung des großen Auges im Wesentlichen eine Sacklochbohrung ist, und/oder dass die Aussparung des kleinen Auges im Wesentlichen eine Sacklochbohrung ist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung des großen Auges mindestens einen Hinterschnitt aufweist, und/oder dass die Aussparung des kleinen Auges mindestens einen Hinterschnitt aufweist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen mittig in der Aussparung des großen Auges mindestens ein Stempel vorgesehen ist, und/oder dass im Wesentlichen mittig in der Aussparung des kleinen Auges mindestens ein Stempel vorgesehen ist.
Pleuel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel in der Aussparung des großen Auges und das große Auge einteilig sind, und/oder dass der Stempel in der Aussparung des kleinen Auges und das kleine Auge einteilig sind.
Pleuel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel ein eigenständiges Bauteil ist.
Pleuel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft mindestens eine Aussparung zur Aufnahme eines Abschnitts des großen Auges aufweist, und/oder dass der Schaft mindestens eine Aussparung zur Aufnahme eines Abschnitts des kleinen Auges aufweist.
Pleuel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das große Auge mindestens einen Abschnitt aufweist, welcher derartig ausgestaltet ist, dass der Abschnitt des großen Auges und die Aussparung des Schafts zur Aufnahme des großen Auges über einen Presssitz verbindbar sind, und/oder dass das kleine Auge mindestens einen Abschnitt aufweist, welcher derartig ausgestaltet ist, dass der Abschnitt des kleinen Auges und die Aussparung des Schafts zur Aufnahme des kleinen Auges über einen Presssitz verbindbar sind.
Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das große Auge und das kleine Auge im Wesentlichen gleich groß dimensioniert sind und/oder jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige Aussparung mit gleichem Durchmesser aufweisen.
Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das große Auge und der Schaft aus unterschiedlichen Materialen bestehen, und/oder dass das kleine Auge und der Schaft aus unterschiedlichen Materialen bestehen.
Verfahren zur Herstellung eines Pleuels, wobei das Pleuel mindestens einen Schaft, ein großes Auge und ein kleines Auge aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt des Schafts in einen Abschnitt des großen Auges eingebracht wird, oder dass mindestens ein Abschnitt des großen Auges in einen Abschnitt des Schafts eingebracht wird, und/oder dass mindestens ein Abschnitt des Schafts in einen Abschnitt des kleinen Auges eingebracht wird, oder dass mindestens ein Abschnitt des kleinen Auges in einen Abschnitt des Schafts eingebracht wird, und dass eine Kraft aufgewendet wird, welche für einen Presssitz sorgt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Schaft und/oder das große Auge und/oder das kleine Auge zumindest abschnittsweise und/oder zeitweise erhitzt werden/wird.