Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines ein- oder mehrteiligen Pleuels mit einem Pleuelauge, Pleuelschaft und/oder Pleuelkopf aus Blechstreifen sowie mit einem wenigstens teilweise aus Blech gefertigten Pleuel.

Pleuel - auch Pleuelstangen genannt - werden heute meist im Schmiedeverfahren hergestellt. Geschmiedete Pleuel besitzen ein relativ hohes Gewicht, was den Massenausgleich des Kur¬ beltriebs erschwert. Diese Problematik des Massenausgleichs wird dadurch noch gesteigert, daß die Pleuel in ihren Fertig¬ gewichten starken Schwankungen unterliegen, die man dadurch auffängt, daß die Pleuel einzeln gewogen und danach sortiert im Kurbeltrieb montiert werden. Bei der Verwendung einteili¬ ger Kurbelwellen sind Pleuel mit geteilten Pleuelköpfen er¬ forderlich. Dies bedeutet, daß das Schmiedepleuel am Pleuel¬ kopf aufgetrennt und anschließend mit den Schwierigkeiten der genauen Zentrierung wieder montiert werden muß. Insgesamt ist das Schmiedeverfahren für die Pleuelherstellung aufwendig und teuer.

In jüngerer Zeit werden immer mehr Pleuel im Sinterverfahren hergestellt. Dieses Verfahren bietet in der Herstellung selbst zwar keine wesentlichen Kostenvorteile, jedoch sind die damit hergestellten Pleuel leichter und in ihrem Gewicht konstanter als geschmiedete Pleuel. Daher kann der kostenauf¬ wendige Auswiegevorgang entfallen. Zur Teilung des Pleuelkop¬ fes wird dessen untere Hälfte gezielt abgebrochen. Das dabei entstehende dreidimensionale Bruchgefüge dient bei der Mon¬ tage des Kurbeltriebes als Zentriermittel und ist außerdem in der Lage, axiale und radiale Kräfte zwischen den Hälften des Pleuelkopfes zu übertragen.

5/12467

-2-

eiterhin sind Titanpleuel bekannt, die zwar mit hervorra¬ genden Festigkeitseigenschaften aufwarten, jedoch in ihrer Herstellung sehr teuer sind. Daher werden sie bevorzugt in Kleinserien für höchste Ansprüche verwendet.

Es sind auch Herstellungsverfahren für Blechpleuel bekannt, bei denen der Blechkörper senkrecht zu den Lagerachsen des Pleuelauges und des Pleuelkopfes liegt und die Formgebung axial zur Lagerachsenrichtung erfolgt, vgl. DE-OS 30 06 240 und DE-OS 38 01 802. Die mit diesem einfachen und billigen Verfahren hergestellten Pleuel sind sehr leicht, besitzen aber keine hohen Steifigkeitswerte. Sie eignen sich daher nur für untergeordnete Verwendungszwecke. Ausführungen mit geteiltem Pleuelkopf für einteilige Kurbelwellen sind zudem schwer zu verwirklichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches zu einem leichten und gleichzeitig steifen Pleuel führt, das ohne Schwierigkeiten teilbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß wenig¬ stens ein Blechstreifen beidseitig mit im wesentlichen senk¬ recht abgewinkelten Randstegen geformt und normal zu seiner Hauptebene zu zylindrischen oder halbzylindrischen Tragflä¬ chen um die Lagerachsen des Pleuelkopfes und/oder des Pleuel¬ auges gebogen wird, und alle Blechteile, welche Teilungsfugen in den Tragflächen des Pleuels bilden, in unmittelbarer Nähe der Tragflächen fixiert werden.

Durch die Kaltformgebung des Pleuels mit Biege- und Tiefzieh¬ vorgängen ergibt sich ein schneller, einfacher und energie¬ sparender Herstellungsprozeß. Die damit hergestellten Pleuel sind sehr leicht und unterliegen nur geringen Schwankungen in ihrem Gewicht. Hierdurch wird der Massenausgleich verein-

facht, und es sind nur relativ kleine Gegengewichte an der Kurbelwelle vorzusehen. Der im wesentlichen U-förmige Quer¬ schnitt des Pleuels sorgt für eine hohe Biegesteifigkeit . Weiterhin bietet sich der Vorteil, daß eine Teilung des Pleu¬ elkopfes oder Pleuellagers bereits beim Herstellungsverfahren berücksichtigt werden kann und somit ein nachträgliches Auf¬ trennen der Tragflächen entfällt. Um eine gute Passung der Tragflächen zur Aufnahme von Lagerelementen im Pleuelauge und im Pleuelkopf zu erreichen, werden die in den Teilungsfugen der Tragflächen zusammenstoßenden Blechteile mit Zentrier¬ mitteln geformt. Weiterhin werden diese Blechteile ggf. nach einer Wärmebehandlung des Pleuels vorläufig fixiert und die Tragflächen feinbearbeitet.

Die Fixierung der Blechteile kann mit Schrauben-, Füge- oder Klemmenverbindungen erfolgen, wobei die Verbindung des ge¬ teilten Pleuelkopfes nach der Feinbearbeitung wieder gelöst werden muß, um das Pleuel auf dem Lagerzapfen der Kurbelwelle endgültig zu montieren. Die zwischen den Tragflächen und dem Kurbelzapfen anzuordnenden Lagerhalbschalen werden dabei mit an ihnen angeformten Haltenasen in den Teilungsfugen veran¬ kert. Im Pleuelauge wird eine Lagerbuchse eingespannt, die den Kolbenbolzen aufnimmt.

Kommen Schraubenverbindungen zum Einsatz, sind vorzugsweise zwischen Schraubenkopf und Pleuel und/oder zwischen Mutter und Pleuel jeweils Abstandhalter vorgesehen, so daß lange Schrauben zum Verspannen der Blechteile einsetzbar sind.

Gegenüber kurzen Schrauben haben lange bei schwingungs- und stoßbelasteten Schraubenverbindungen den Vorteil, daß sie auch in vorgespanntem Zustand ein höheres Formänderunsver- mögen besitzen und so in der Lage sind, Spannungsspitzen durch elastische Verformung abzubauen, wodurch sich die Be¬ lastung des Schraubenschaftes reduziert.

Diese Schrauben können auch als Dehnschrauben ausgeführt sein, da herkömmliche Starrschrauben mit durchgängigem Ge¬ winde am Übergang zwischen Schraubenkopf und erstem Gewinde¬ gang ein ungünstiges Kerbverhalten besitzen. Dehnschrauben, die aufgrund ihrer besonderen Schaftausbildung auch in ihrem Formänderungsvermögen herkömmlichen Schrauben überlegen sind, weisen in den kritischen Schaftquerschnitten niedrigere Kerb¬ zahlen auf und sind wegen der daraus resultierenden günstige¬ ren Spannungsverteilungs insbesondere bei schwingenden Last¬ fällen, wie sie in den Verbindungen des Pleuels vorliegen, höher beanspruchbar.

Bei hohem Beanspruchen kann es auch erforderlich sein, Teile des Pleuels in herkömmlichen Herstellungsverfahren zu fer¬ tigen. Vorzugsweise wird dabei ein Blechstreifen an einem Ende zylindrisch um die Lagerachse des Pleuelauges und am anderen Ende als Befestigungsflansch für einen in einem her¬ kömmlichen Verfahren hergestellten Pleuelkopf geformt. Der aus Schmiede-, Guß- oder Sinterteilen hergestellte Pleuelkopf weist höhere Festigkeitswerte auf und erhöht die Beanspruch- barkeit in diesem kritischen Teil des Pleuels.

Die Randstege des Blechstreifens können, falls Bauraumbe¬ schränkungen dies erforderlich machen, abgeflacht oder stel¬ lenweise völlig entfernt werden. Dies geschieht zweckmäßiger¬ weise vor dem Biegevorgang des Blechstreifens, da dieser hierdurch vereinfacht wird.

Sollte es im Bereich des Pleuelschaftes zu Schwingungen der Randstege kommen, sind zwischen ihnen Schwingungsdämpfer vor¬ zusehen.

/12467

-5-

Als Werkstoff für die Pleuelteile kommen Stähle mit relativ hohem Formänderungsvermögen in Betracht, die entweder durch ihre mikrolegierte Feinkornstruktur oder durch die Möglich¬ keit eines Vergütungsverfahrens nach der Blechumformung eine hohe Festigkeit besitzen. Da auch die nach dem oben beschrie¬ benen Verfahren und seinen Abwandlungen hergestellten Pleuel Gegenstand der Erfindung sind, werden im Folgenden drei Aus¬ führungsbeispiele von erfindungsgemäßen Pleueln vorgestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Pleuel aus zwei Blechstreifen mit ge¬ teiltem Pleuelkopf;

Fig. 2 ein Pleuel aus einem symmetrischen Blech¬ streifen mit Teilung in seiner Längsmit¬ telebene;

Fig. 3 ein Pleuel aus zwei spiegelsymmetrischen Blechteilen mit Teilung in der Längsmit¬ telebene ;

Fig. 4 ein Pleuel nach Fig. 1 mit Abstandhaltern und langen Spannschrauben;

Fig. 5 einen Längsschnitt des Pleuels nach Fig. 4.

Fig. 6 ein Pleuel aus einem Pleuelauge und

-schaft bildenden Blechstreifen, sowie damit verschraubten, den Pleuelkopf bil¬ denden Lagerhälften und

Fig. 7 ein Pleuel ähnlich Fig. 6, jedoch mit einem Gewindebügel als Befestigungsmittel der Lagerhälften.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Pleuel 10 besteht aus zwei Blech¬ teilen 12, 14 mit senkrecht abgewinkelten Randstegen 16, 17. Der obere Blechstreifen 12 wurde normal zu seiner Hauptebene 18 an seinem einen Ende zu einer zylindrischen Tragfläche 20 um die Lagerachse des Pleuelauges und an seinem anderen Ende zu einer halbzylindrischen Tragfläche 22 um die Lagerachse des Pleuelkopfes gebogen. Ein zeichnerischer Ausbruch im Pleuelschaft verdeutlicht die Struktur des Blechpleuels 10 in U-Form.

Das untere Blechteil 14 wurde normal zu seiner Hauptebene 24 zu einem Pleuellagerdeckel mit einer halbzylindrischen Trag¬ fläche 26 geformt. Bedingt durch die Teilung treten zwischen den Tragflächen 22, 26 des oberen Blechteils 12 und des unte¬ ren Blechteils 14 Teilungsfugen 28, 30 auf. Im Bereich der Teilungsfugen 28, 30 sind die Blechteile 12, 14 mit zu den Tragflächen 22, 26 radial liegenden Befestigungsflächen ver¬ sehen. Die eigentliche Befestigung erfolgt im Bereich der un¬ teren Teilungsfuge 28 über eine Klammer 32, welche die als Befestigungslaschen angeformten Enden 33, 35 der Blechteile 12, 14 zusammenpreßt. An der oberen Teilungsfuge 30 des Pleu¬ elkopfes erfolgt die Verspannung der beiden Blechteile mit Hilfe einer Schraube 34 und einer (nicht gezeigten) Mutter.

Da die Tragfläche 20 des Pleuelauges ebenfalls eine Trennfuge 36 aufweist, ist auch hier eine Befestigung der sie begren¬ zenden Blechstücke notwendig. In der in Fig. 1 gezeigten Aus¬ führungsform werden hierbei auf die Randstege 16 des oberen Blechteils 12 Klammern 38 so aufgesetzt, daß sie ein Aufbie¬ gen des Pleuelauges verhindern. Die Randstege können zu die¬ sem Zweck mit einer Zahnung, Riffeiung oder Vorsprüngen ver¬ sehen sein, um eine Verkrallung mit den Klammern 38 zu ge¬ währleisten.

Um die Steifigkeit an den Trennfugen 28, 30 und 36 zu för¬ dern, sind die Verbindungselemente 32, 34, 38 in Tragflächen¬ nähe angeordnet.

Aufgrund des geteilten Pleuelkopfes eignet sich das Pleuel 10 für einteilige Kurbelwellen.

Eine zweite Variante eines Blechpleuels 110 ist in Fig. 2 dargestellt. Es besteht aus einem einzigen Blechteil 112 mit senkrecht abgewinkelten Randstegen 114, die im Bereich der Oberseite des Pleuelauges vor der Blechumformung aus Bauraum¬ gründen entfernt wurden. Das Blechteil 112 wurde in seiner Mitte normal zu seiner Hauptebene 116 zu einer zylindrischen Tragfläche 118 um die Lagerachse des Pleuelauges und an sei¬ nen beiden Enden jeweils zu einer halbzylindrischen Tragflä¬ che 120 um die Lagerachse des Pleuelkopfes so geformt, daß sich in Pleuelmitte eine Teilungsebene 122 ergibt, welche die Unterseite des Pleuelauges, den Pleuelschaft und den Pleuel¬ kopf teilt. Im Pleuelschaft liegt das Blechteil 112 mit den Hauptebenen 116 seiner beiden Hälften aufeinander auf. Im Be¬ reich der Teilungsfugen 124 an der Unterseite des Pleuelauges werden die beiden Hälften des Blechteils, ebenso wie im Be¬ reich der oberen Teilungsfuge 126 der Tragfläche 120 des Pleuelkopfes, durch Halteklammern 128, 130 verspannt. Diese Klammern 128, 130 werden auf den Randstegen 114 des Blech¬ teils 112 in Nähe der Teilungsfugen aufgesetzt. An der unte¬ ren Teilungsfuge 132 sind die beiden Hälften des Blechteils 112 mit einer Schraubenverbindung 134 verspannt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform eines Pleuels 110 eignet sich insbesondere für Kurbelwellen mit frei zugängli¬ chen Lagerzapfen. Um das Pleuel 110 auch bei einteiligen Kur¬ belwellen einzusetzen, wäre es zweckmäßig, den Pleuelkopf ho¬ rizontal zu teilen und einen Pleuellagerdeckel, ähnlich dem

in Fig. 1 gezeigten unteren Blechteil 14, an den beiden Enden des Blechteils 112 aus Fig. 2 zu befestigen.

Eine weitere Variante eines Blechpleuels 210 ist in Fig. 3 gezeigt. Das Pleuel 210 ist spiegelsymmetrisch in seiner Mit¬ telebene über seine volle Länge geteilt und besteht aus zwei formgleichen Blechteilen 212 mit senkrecht abgewinkelten Randstegen 216. Die Blechteile 212 sind normal zu ihren Hauptebenen 214 jeweils an einem Ende zu halbzylindrischen Tragflächen 218 um die Lagerachse des Pleuelauges und am an¬ deren Ende zu halbzylindrischen Tragflächen 220 des Pleuel¬ kopfes gebogen. Beide Blechteile sind jeweils in Nähe der Teilungsfugen 222, 224 in den Tragflächen 218, 220 durch Schraubenverbindungen 226 verspannt.

Fig. 4 zeigt das Pleuel 10 nach Fig. 1 mit Abstandhaltern 50, 52, 54, 56, 58, 60, die den Einsatz langer Spannschrauben 62, 64, 66 ermöglichen. Die Abstandhalter sind im wesentlichen als U-förmige Blechwinkel ausgebildet, wobei die Kanten der seitlichen Stege der Blechwinkel passend zur jeweiligen Ein¬ baulage so ausgeformt sind, daß sie in ihrer vollen Länge auf dem Pleuelkörper aufliegen und die als Auflage der Schrauben¬ köpfe bzw. zugehöriger Muttern 68 vorgesehenen Grundflächen zweier jeweils gegenüberliegender Blechwinkel in montiertem Zustand flächenparallel sind. Diese Geometrie ist aus Fig. 5 ersichtlich. Die Bohrungen in den Grundflächen der Blech¬ winkel müssen zudem mit den zugehörigen Bohrungen im Körper des Pleuels fluchten, damit die Schrauben beim Einbau nicht verkanten.

Die Anordnung der Blechwinkel zwischen den Stützstegen 16, 17 des Pleuels 10 verleiht diesem zusätzliche Stabilität. Wei¬ terhin wirken die Blechwinkel als Schwingungsdämpfer für die Randstege 16, 17, wodurch sich Vorteile für die Dauerfestig¬ keit und das akustische Verhalten des Pleuels 10 ergeben.

Die in Fig. 4 und 5 dargestellte Erweiterung der Schrauben¬ verbindungen mit Abstandhaltern läßt sich durch entsprechende Anpassung der Blechwinkel leicht auch auf die Pleuelausfüh¬ rungen nach Fig. 2 und Fig. 3 übertragen.

Um die Festigkeitseigenschaften der Schraubenverbindungen zu¬ sätzlich zu verbessern, können statt der dargestellten Starr¬ schrauben mit durchgängigem Gewinde Dehnschrauben mit spezi¬ ell ausgeformtem Dehnschaft zum Einsatz kommen.

Eine weitere Ausführungsform eines Blechpleuels 310 ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Das Pleuel 310 besteht aus einem Bleichteil 312 mit senkrecht abgewinkelten Randstegen 316 und wurde an seinem einen Ende normal zu seiner Hauptebene 318 zu einer zylindrischen Tragfläche 320 um die Lagerachse des Pleuelauges gebogen. An seinem anderen Ende 322 im Bereich des Pleuelkopfes ist das Blechteil 312 so ausgeformt und mit Bohrungen 324 versehen, daß ein Pleuelkopf, der aus einer ersten Lagerschalenhälfte 326 und einer zweiten Lagerschalen¬ hälfte 328 besteht, mit Hilfe von Schrauben 330 befestigbar ist.

Die beiden Lagerschalenhälften 326, 328 sind dabei in einem herkömmlichen Verfahren, beispielsweise Gießen, Schmieden oder Sintern hergestellt und erhöhen die Steifigkeit des Pleuels im Bereich des Pleuelkopfes.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Variante dieses aus mehreren Komponenten bestehenden Blechpleuels 310 ist in der zweiten Lagerschalenhälf e 328 eine halbringförmige Nut 332 vorge¬ sehen, in welcher der gebogene Teil eines Gewindebügels 334 verläuft, mit dessen Hilfe das Blechteil 312, die ersten La¬ gerschalenhälfte 326 und die zweite Lagerschalenhälfte 328 verspannt werden.

Die fünf Ausführungsbeispiele von nach dem Verfahren der vor¬ liegenden Erfindung hergestellten Pleueln machen deutlich, daß sehr unterschiedliche Arten von Pleueln mit diesem Ver¬ fahren geschaffen werden können.