Lagerbuchse für eine Pleuelstange, Kombination aus einer Pleuelstange und

Lagerbuchse sowie Verfahren zur Herstellung derselben

Die Erfindung betrifft eine Lagerbuchse für eine Pleuelstange mit einem Pleuelkopf, der eine Lagerbohrung, insbesondere für die Aufnahme eines Bolzens eines Motörkolbens einer Brennkraftmaschine, aufweist, wobei ein erster Bereich der Lagerbohrung, der im Betrieb auf Druckkraft belastet ist, länger als ein zweiter, auf Zugkraft belasteter, Bereich der Lagerbohrung ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kombination aus einer Pleuelstange und einer Lagerbuchse sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Pleuelstangen dienen zur Zünddruckkraftübertragung von Kolben auf die Kurbelwelle von Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 101 29 559 C1 ist eine Pleuelstange mit einem Pleuelkopf bekannt. Die Ausführung des Pleuelkopfes zur Aufnahme des Kolbenbolzens ist so gestaltet, dass ein Kreisabschnitt des Pleuelkopfes eine Lagerbohrung aufweist, wobei die untere Hälfte der Lagerbohrung länger ist als die oberhalb ausgebildete weitere Hälfte der Lagerbohrung im oberen Kreisabschnitt des Pleuelkopfes. Hierdurch wird vorzugsweise im Hauptbelastungszustand des Kolbens eine optimale Lagergestaltung im Pleuelkopf erzielt. Zur Lagerung des Kolbenbolzens wird keine Lagerbuchse verwendet, sondern die Lagerbohrung mit Bleibronze ausgegossen. Eine

Schmierung des Kolbenbolzens in der Lagerbohrung muss über entsprechende Bohrungen und Ausnehmungen in der Pleuelstange bzw. dem -köpf bewerkstelligt werden, was mit einem entsprechenden Fertigungsaufwand verbunden ist.

Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Pleuelstangen bekannt, bei denen das kleine Pleuelauge trapezförmig ausgebildet ist. Die Seitenflächen des Pleuelauges verlaufen schräg zur Längsachse der Pleuelstange, so dass die in den Kolben weisende Lagerbreite geringer ist als die zum stangenförmigen Abschnitt der Pleuelstange gerichtete. Üblicherweise soll das Pleuelauge mit einer Gleitlagerbuchse versehen sein. Indem die Außenform des Auges elastisch verformbar ist und unter Last eine leicht ovalförmige Form annimmt, wird eine

Schmiermittelaufnahme bereitgestellt. Es sind auch Trapezpleuel bekannt, bei denen die Seitenflächen des kleinen Pleuelauges auf der Breite des Kolbenbolzendurchmessers zylindrisch-einfach konkav gekrümmt sind (DE 37 33 982 A1 ). Es ist auch beschrieben, dass die

BESTÄTIGUNGSKOPIE Kanten der Lagerbohrung bzw. der Lagerbüchse des kleinen Pleuelauges gleichmäßig angefast werden.

In den Dokumenten US 7,516,546 B2 und US 7,581 ,315 B2 ist beschrieben, wie ein Pleuel mit in einem Auge des Pleuels aufgenommener Buchse hergestellt werden kann, indem ein

Buchsenrohling im Auge des unbearbeiteten Pleuels aufgenommen wird und anschließend Pleuel und Buchsenrohling gemeinsam formgebend bearbeitet werden, so dass eine abgestufe Kontur der Seitenfläche des Auges mit daran angepasster Kontur der aufgenommen Buchse hergestellt wird. In analoger Weise wird im Dokument EP 1 803 946 A2 beschrieben, einen Verbund aus einer Pleuelstange und einem Buchsenrohling gemeinsam in einem einzigen Schritt formgebend zu bearbeiten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lagerbuchse

beziehungsweise eine Pleuelstange derart weiterzubilden bzw. ein Herstellverfahren

vorzuschlagen, dass die Pleuelstange bei einfacher Herstellung und/oder Gewichtsoptimierung gute Lagereigenschaften für den Kolbenbolzen aufweist.

Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Lagerbuchse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , beziehungsweise durch eine Kombination aus einer Pleuelstange und einer Lagerbuchse mit den Merkmalen des Anspruchs 2 beziehungsweise durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen befinden sich in den abhängigen

Ansprüchen.

Die Erfindung stellt eine Lagerbuchse für eine Pleuelstange mit einem Pleuelkopf, der eine Lagerbohrung, insbesondere für die Aufnahme eines Bolzens eines Motorkolbens einer Brennkraftmaschine, aufweist, bereit. Die mit der Pleuelstange unverbundene Lagerbuchse weist, insbesondere bereits vor ihrem Einsetzen in die Lagerbohrung und/oder vor Ihrem ersten Einsetzen in die Lagerbohrung, eine an die Endrandkontur der Lagerbohrung angepasste Form auf. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Lagerbuchse bereits endbearbeitet.

Der erste Bereich der Lagerbohrung, der im Betrieb auf Druckkraft belastet ist, ist vorzugsweise ein Teil von der oder die untere Hälfte einer kreisförmigen Bohrung (auch als kleines Auge bezeichnet). Der zweite Bereich, der auf Zugkraft belastet ist, ist vorzugsweise ein Teil von oder die obere Hälfte des Kreissegmentes. Der erste Bereich der Lagerbohrung ist länger als der zweite Bereich der Lagerbohrung ausgebildet, wobei sich der erste und auch der zweite Bereich quer zur Längsachse der Pleuelstange erstrecken. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass in der/die Lagerbohrung eine Lagerbuchse angeordnet bzw. eingepresst ist, deren Form an die Endform des Randes der Lagerbohrung angepasst ist, d.h. der erste Bereich (untere (Teil-) Hälfte bzw. das untere Kreissegment) der mit der Pleuelstange unverbundenen Lagerbuchse ist ebenfalls länger ausgebildet als der zweite Bereich der Lagerbuchse (die obere (Teil-)Hälfte). Auf diese Weise muss die Lagerbuchse in der Lagerbohrung nicht durch das Einarbeiten eines Trapezes oder Fasen nachbearbeitet werden, so dass der Herstellprozess vereinfacht, bevorzugt optimiert ist. Die Lagerbuchse kann auch als Lagerschale bezeichnet werden.

Zwischen den beiden (erster und zweiter) Bereichen ist kein stufiger Abschnitt vorgesehen, sondern die Bereiche gehen geschwungen ineinander über. Diese Forgebung wird auch als eine„Henkelkorbform" sowohl des Pleuelkopfes selbst als auch der Lagerbuchse bezeichnet. Diese Henkelkorbform zeigt einen vorteilhaften, bevorzugt optimalen Kompromiss zwischen Lagereigenschaften und Gewichtsersparnis.

Vorzugsweise weist der erste Bereich des Pleuelkopfes einen Anlaufbund auf bzw. ist entsprechend angefast. Die separate, eingepresste, Lagerbuchse ist so ausgebildet, dass sie mit dem Anlaufbund abschließt. Auf diese Weise werden trotz reduziertem Materialeinsatz optimale Lagereigenschaften erreicht.

Zwecks Gewichtsoptimierung ist die Pleuelstange bevorzugt strukturoptimiert ausgebildet.

Hierzu weist der Pleuelschaft bevorzugt randseitige Rippen auf, die der Außenform des

Schaftes folgen und zum Pleuelfuß hin - im Wesentlichen in konischer Form - auslaufen.

Hierbei verlaufen die Rippen fast bis zur Trennfuge zwischen Pleuelschaft und Pleueldeckel. Ein weiteres Merkmal der Strukturoptimierung bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung kann sein, dass die Innenfläche des Schaftes schmal ist und/oder stetig zu einem Anlaufbund des großen Auges verläuft.

Ferner kann zur Gewichtsreduzierung der Verbindungsbereich des Pleueldeckels (bzw. das Riemchen) schmal ausgebildet sein. Es liegt dann ein schlanker Lagerdeckel vor mit im

Vergleich kürzeren Schrauben.

Eine gewichts- und/oder kostenoptimierte Pleuelstange wird nach der Erfindung dadurch hergestellt, dass in einem ersten Schritt ein Pleuelkopf mit einem ersten längeren und zweiten kürzeren Bereich mit noch geschlossener Lagerbohrung geformt wird, dass anschließend die Lagerbohrung eingebracht wird und dann eine an die Form der Lagerbohrung angepasste Lagerbuchse in die Bohrung eingepresst wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Pleuelkopf bzw. dieser zusammen mit der Pleuelstange durch Schmieden hergestellt. Der Pleuelkopf weist dann schon eine

charakteristische Form auf, die auch als„Henkelkorbform" bezeichnet wird. Während des Schmiedeprozesses wird auch schon ein abgerundeter Rand des Pleuelkopfes zur Lagerbohrung hin geformt. Es folgt das Erzeugen des Anlaufbundes der Lagerbohrung, bevorzugt durch Planfräsen. Anschließend wird die vorbereitete Lagerbohrung ausgebohrt. Danach wird die Lagerbuchse in ebenfalls„Henkelkorbform" in die Lagerbohrung bzw. das Kreissegment eingepresst. Diese Herstellungsabfolge. hat den Vorteil, dass sowohl Pleuelkopf als auch die Lagerbuchse im Wesentlichen durch Vorprozesse ihre Endform erhalten, so dass der eigentliche Herstellprozess wesentlich schneller und/oder einfacher wird. Es entfallen die Bearbeitung des Pleuelkopfes als Trapez sowie anschließende Prozessschritte zum Anfasen des Anlaufbundes.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Herstellungsabfolge des Pleuelkopfes nach der Erfindung;

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer Lagerbuchse mit erfindungsgemäßer

Ausbildung und Anpassung an die Kontur der Lagerbohrung des Pleuelkopfes;

Fig. 3 eine Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pleuelstange; Fig. 4 eine Teilansicht der Pleuelstange (Fig. 4a) gemäß Figur 3 sowie einen Querschnitt durch den Pleuelschaft (Fig. 4b) gemäß Figur 3.

Fig. 5 eine schematische Übersichtsdarstellung zur Anordnung einer Pleuelstange in einer

Brennkraftmaschine.

Fig. 1 zeigt in einer Abfolge drei Schritte (Fig. 1a-c) zur Herstellung der erfindungsgemäßen Pleuelstange (1 ; vgl. Fig. 3) mit einem Pleuelkopf (2).

Der Pleuelkopf 2 umfasst eine mittige Lagerbohrung 3 als kleines Auge und ist als

Kreissegment 4 ausgebildet. Der Pleuelkopf 2 geht einstückig in den Pleuelschaft 5 über. Der erste, untere, Bereich 6 ^' - hier ein Teil der unteren Hälfte, ist quer zur Schaftachse länger ausgebildet als ein zweiter, oberer, Bereich 7 ^' - hier ein Teil der oberen Hälfte.

Im Gegensatz zu der Ausbildung des Pleuelkopfes aus der DE 101 29 559 C1 ist der Übergang 8 zwischen dem ersten Bereich 6 ^' bzw. der unteren Schale zu dem oberen Bereich 7 ^' bzw. der oberen Schale nicht stufig ausgebildet, sondern verläuft fließend. Auf diese Weise ist die untere - länger ausgebildete - Schale mit der oberen - kürzer ausgebildeten Schale in Form einer Krümmung miteinander verbunden. Insgesamt ergibt sich damit ein Pleuelkopf 2 in Form eines „Henkelkorbes". Entsprechendes gilt für die Kontur der Lagerbohrung.

Der untere Bereich 6 ^' läuft in einen Anlaufbund 10, der in etwa die Form eines Dreiecks aufgrund einer Verstärkungsrippe 11 zum Pleuelschaft 5 hin aufweist. Aufgrund der optimierten Form kann die Wandstärke des Pleuelkopfs 2 im Verhältnis zu bekannten Pleuelstangen geringer dimensioniert werden. Nach dem Einbohren der Lagerbohrung 3 ist die Endrandkontur 9 der Lagerbohrung 3 festgelegt. Die äußeren Kanten des Pleuelkopfes zur Lagerbohrung sind gerundet ausgebildet.

Die separate Lagerbuchse 12 ist in die Lagerbohrung 3 eingepresst. Wesentlich ist, dass die Lagerbuchse 12 bereits im mit der Pleuelstange 1 unverbundenen Zustand, insbesondere vor einer ersten Verbindung mit der Pleuelstange 1 , und/oder vor dem Einpressvorgang eine Form aufweist, die der späteren Endform bzw. den Randverläufen der Lagerbohrung entspricht.

Die Lagerbuchse 12 oder -hülse ist detailliert in Fig. 2 dargestellt. Sie geht von einem zylindrischen Grundkörper 13 aus, der an seinen Stirnseiten 14, 15 keine gerade geschnittene Kante aufweist, sondern einen gekrümmten bzw. geschwungenen Kantenverlauf 16. Hierbei ist der erste, untere, Bereich 17 der Buchse 12 länger als der zweite, obere, Bereich 18

ausgebildet. Die Randkontur verläuft geschwungen vom längeren Bereich 17 in den kürzeren Bereich 18. Damit weist die Lagerbuchse 12 vor ihrem Einpressen ebenfalls eine

„Henkelkorbform" auf. Sie weist eine Naht 19 auf, die sich parallel zu ihrer Längsachse im Buchsenmantel erstreckt. Diese Naht 19 ist Stoß auf Stoß gefertigt.

Nachfolgend wird auf das Herstellverfahren des Pleuelkopfes 2 (Fig. 1 ) eingegangen. Der obere und untere Bereich 6 ^' , 7 ^' des Pleuelkopfes 2 sind bereits an seine spätere Endkontur angepasst und werden durch Schmieden hergestellt. Die Lagerbohrung 3 ist durch eine Vertiefung 20 (vgl. Fig. 1a) angedeutet und noch geschlossen. Der untere bzw. erste Bereich 6 ^' ist vorspringend ausgeformt. Eine Verstärkungsrippe 11 erstreckt sich aus dem oberen Bereich des Pleuelschaftes 5. Dieser vorspringende Teil 21 wird zu einem Anlaufbund 10 plangefräst. In einem zweiten Schritt wird die Lageröffnung eingebohrt (Fig. 1 b). Es ergibt sich die

Endrandkontur der Lagerbohrung 3, die ebenfalls einen ersten, längeren, Bereich 6 und zweiten, kürzeren, Bereich 7 aufweist. Anschließend wird die Lagerbuchse 12, eine

„Henkelkorbbuchse", in die Lagerbohrung 3 eingepresst. Prozessschritte wie das Bearbeiten einer Trapezform mit anschließendem Fasen von Lagerbohrung und Lagerbuchse entfallen.

Eine Seitenansicht der gesamten Pleuelstange 1 zeigt Fig. 3. Die Pleuelstange 1 umfasst den Pleuelkopf 2 mit der Lagerbohrung 3 (kleines Auge), den Pleuelschaft 5 sowie den Pleuelfuß 22 (großes Auge), der teilweise durch einen separaten mit Schrauben 23, 24 befestigten

Pleueldeckel 25 gebildet wird.

Zur Strukturoptimierung verlaufen am Rand des Pleuelschaftes 5 - beginnend mit dem unteren Teil des Pleuelkopfes 2 - Rippen 26. Diese Rippen 26 bilden einen erhöhten Randbereich des Schafts 5 und folgen der Schaft-Außenform. Es ergibt sich ein im Wesentlichen H-förmiger Querschnitt. Die Schaftinnenfläche 27 zwischen den Rippen 26 verläuft stetig bzw. gleichmäßig zu einem Anlaufbund 28 des großen Auges, welches im Betrieb den Kurbelwellenhubzapfen aufnimmt.

Die Rippen 26 verlaufen bis zum oberen Teil des Pleuelfußes 22. Sie enden in etwa dort, wo der. Pleueldeckel 25 angeschraubt wird. Ein weiteres Merkmal der Struktur- und

Gewichtsoptimierung ist die Ausbildung eines schmalen Verbindungsbereichs 29 - oder auch Riemchen genannt - des Pleueldeckels 25, der sich zwischen zwei Bereichen oder Schultern 30, 31 zur Aufnahme der Verbindungsmittel - hier der Schrauben 23, 24 - erstreckt. Die Schrauben 23, 24 bzw. die Schultern 30, 31 sind im Verhältnis zu bekannten Pleueln relativ kurz ausgebildet. Innerhalb der Schultern sind Einbuchtungen 32, 33 als Produktionshilfe vorgesehen. Es sind bei dieser Ausführungsform zwei Einbuchtungen 32, 33 entlang des Anlaufbundes vorgesehen.

Eine weitere Ansicht auf den Pleuelfuß und dessen Strukturoptimierung zeigt Fig. 4. Es ist gut aus Fig. 4a ersichtlich, wie sich die Rippen 26 in den Pleuelfuß 22 erstrecken und oberhalb der Kante zwischen Schaft 5 und Deckel 25 enden. Fig. 4b zeigt den im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt des Schaftes 5. Der Steg (oder die Schaftinnenfläche 27) des Schaftes 5 ist im Verhältnis zu dem von bekannten Pleuelstangen schmal ausgebildet. Der Übergang 34 zwischen Steg und Rippen 26 ist relativ steil bzw. stark gekrümmt ausgebildet. Auf diese Weise kann die oszillierende Masse des Pleuels wesentlich reduziert werden.

Mit Hilfe der Fig. 5 wird der bekannte Einsatz einer Pleuelstange 1 in einer Brennkraftmaschine, in einem Verbrennungsmotor (schematisch mit Gehäuse 35 gezeigt) dargestellt. Während das kleine Auge bzw. der Pleuelkopf 2 der Pleuelstange 1 den Bolzen 36 eines Motorkolbens 37 aufnimmt, ist das große Auge des Pleuels mit einem Hubzapfen der Kurbelwelle 38 verbunden. Schematisch sind weiterhin ein Einlass- und ein Auslassventil 39, 40 sowie Nocken 41 , 42 der Nockenwellen sowie eine Einspritzdüse 43 dargestellt. Die erfindungsgemäße Kombination aus Pleuelstange und Lagerbuchse ist nicht auf den Einsatz eines solchen Motors beschränkt; dieser dient nur als illustrierendes Beispiel.

Erfindungsgemäß ist eine Kombination aus einer Pleuelstange 1 in„Henkelkorbform" sowie ebenso eine Lagerbuchse 12 in einer solchen Form vorgeschlagen. Der Pleuelkopf 2 wird vorzugsweise durch Schmieden ausgeformt. Auf diese Weise wird eine gewichtsoptimierte Pleuelstange mit aufgenommenener Lagerbuchse 12 bereitgestellt, die gute

Betriebseigenschaften bei optimierter Herstellbarkeit aufweist. Bezugszeichenliste

Pleuelstange

Pleuelkopf

Lagerbohrung

Kreissegment

Pleuelschaft

erster Bereich der Lagerbohrung

zweiter Bereich der Lagerbohrung

' erster Bereich des Pleuelkopfes

' zweiter Bereich des Pleuelkopfes

Übergang

Endrandkontur

0 Anlaufbund

1 Verstärkungsrippe

2 Lagerbuchse

3 Grundkörper der Lagerbuchse

4 Stirnseite der Lagerbuchse

5 Stirnseite der Lagerbuchse

6 geschwungener Kantenverlauf

7 erster - unterer - Bereich der Lagerbuchse 8 zweiter - oberer - Bereich der Lagerbuchse9 Naht

0 Vertiefung

1 vorspringende Teil

2 Pleuelfuß

3 Schraube

4 Schraube

5 Pleueldeckel

6 Rippen

7 Schaftinnenfläche (Steg)

8 Anlaufbund des großen Auges

9 Verbindungsbereich

0 Schulter

1 Schulter Einbuchtung Einbuchtung Übergang Motorgehäuse Bolzen Motorkolben Kurbelwelle Einlassventil Auslassventil Nocken Nocken Einspritzdüse