Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem Formteil, wobei das Bauteil zumindest einen durch einen Lagerdeckel gebildeten, geteilten Lager¬ sitz aufweist, bei welchem Verfahren der Lagerdeckel von dem Formteil abgetrennt wird.

Derartige Bauteile sind beispielsweise als Pleuel mit einem kleinen Pleuelauge, einem großen Pleuelauge und einem Schaft ausgebildet, wobei das große Pleuelauge einen geteilten La¬ gersitz für die Lagerung des Pleuels an der Kurbelwelle auf- weist. Da sich die Erfindung insbesondere auf die Herstellung eines Pleuels bezieht, ist im folgenden überwiegend von einem Pleuel die Rede, ohne daß damit eine Beschränkung verbunden sein soll.

Ein Pleuel wird im allgemeinen dadurch hergestellt, daß zu¬ nächst ein Formteil, z. B. durch Schmieden, Gießen oder pul¬ vermetallurgische Verfahren, hergestellt wird, wobei das

Innenmaß des großen Pleuelauges im Bereich der zukünftigen Trennstelle ein Aufmaß aufweist. An dieser Stelle wird das große Pleuelattge z. B. durch Sägen getrennt, wodurch das Aufmaß weitgehend beseitigt wird. Die Trennflächen der somit gebildeten Pleuelkappe einerseits und des restlichen Pleuels andererseits werden in einem weiteren Verfahrensschritt pa߬ genau, z. B. durch Schleifen, bearbeitet. Die Pleuelkappe wird in fertigem Zustand mittels Pleuelschrauben an dem restlichen Pleuel befestigt, wobei die dazu erforderlichen Schraubenlöcher vor oder nach der Trennung gebohrt werden können. In zusammengesetztem Zustand des Pleuel erfolgt an¬ schließend die mechanische Bearbeitung des Lagersitzeε zur Aufnahme von Lagerschalenhälften, die zwischen Pleuel und Kurbelwelle unter Bildung eines Gleitlagers angeordnet sind.

Die mechanische Bearbeitung des Lagersitzes umfaßt in der Regel eine Grob- eine Fein- und eine Feinstbearbeitung, durch Drehen, Feindrehen bzw. Honen. Weiterhin müssen im Lagersitz des Pleuelauges Ausnehmungen vorgesehen werden, die mit ent- sprechenden Nasen der Lagerschalenhälf en zusammenwirken, um ein Verdrehen der Lagerschalen während des Betriebes zu vermeiden.

Insbesondere die beiden Lagerschalenhälften müssen mit hoher Präzision hergestellt werden, da zum einen die Innenflächen der Lagerschalenhälften zusammen mit der Kurbelwelle das Gleitlager mit einer dazu erforderlichen Gleitlagerpassung bilden, und zum anderen die äußeren Oberflächen der Lager¬ schalen dem Lagersitz des großen Pleuelauges des Pleuels an- gepaßt werden müssen. Um einen sicheren Sitz der Lagerscha¬ lenhälften auf dem Lagersitz des Pleuels zu gewährleisten, ist es u. a. erforderlich, daß die Lagerschalenhälften zwi¬ schen der Pleuelklappe und dem restlichen Pleuel eingeklemmt werden. Dadurch kann nicht ausgeschlossen werden, daß beim Verschrauben der Pleuelkappe und somit Verspannen der Lager- εchalenhälften Verformungen auftreten, die eine Passungsun- genauigkeit der inneren Oberfläche der Lagerschalenhälften zur Folge haben.

Trotz sorgfältigster Bearbeitung und hoher Paßgenauigkeit kann nicht immer vermieden werden, daß sich aufgrund der extrem hohen Beanspruchungen eines Pleuels während des Be¬ triebs beispielsweise die Pleuelkappe auf dem restlichen Pleuel 'verschiebt und somit ein einwandfreier Sitz der La¬ gerschalenhälften nicht mehr gewährleistet ist. Weiterhin ist es möglich, daß sich die Lagerschalen trotz der Verdreh- sicherung verdrehen. Dies führt unweigerlich zur Zerstörung des Gleitlagers und somit zum Ausfall des Motors.

Aus der DE-PS 38 06 236 ist ein Pleuel bekannt, dessen Pleuel¬ kappe durch Bruchtrennung vom restlichen Pleuel getrennt wird. Dabei wird als Trennfläche eine Bruchfläche mit großer, unre¬ gelmäßiger Oberfläche erzeugt, wodurch ein seitlicher Versatz der Pleuelkappe auf dem restlichen Pleuel nahezu ausgeschlos¬ sen ist. Ferner wird damit erreicht, daß nur die von dem Form¬ teil jeweils abgetrennte Pleuelkappe auf dem jeweils restli¬ chen Pleuel befestigt werden kann, da die Bruchoberfläche ein¬ zigartig ist, wodurch Verwechslungen von Einzelteilen, z. B. bei der Montage oder Reparatur des Motors, ausgeschlossen wer¬ den. Nach wie vor müssen jedoch in ein derartig hergestelltes Pleuel Lagerschalen eingesetzt werden, da der Werkstoff, aus dem das Pleuel gefertigt wird, sich nicht als Gleitlagerwerk¬ stoff eignet. Es besteht daher die Gefahr, daß sich die Lager¬ schalen in dem Lagersitz trotz der ebenfalls vorzusehenden Verdrehsicherungen mittels Ausnehmungen und Nasen in dem La¬ gersitz verdrehen und somit einen Ausfall des Motors zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil, bei¬ spielsweise ein Pleuel, mit einem geteilten Lagersitz zu schaffen, bei welchem die obengenannten Nachteile weitest- gehend vermieden werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Lagerschicht aus einem anderen Material als dem des Formteils auf die Lagerεitzflache des Formteils aufgebracht wird und

daß zumindest die Lagerschicht durch Bruchtrennung geteilt wird. Dies hat den Vorteil, daß zum einen der Lagerwerkstoff auf die Lagerεitzflache, z. B. des großen Pleuelauges, haf¬ tend aufgebracht wird, wodurch eine feste Verbindung zwischen Lagerwerkstoff und Pleuel bewirkt wird. Zum anderen besteht ein Vorteil darin, daß die äußere Oberfläche des Lagerεitzes des Pleuels nicht mehr paßgenau mechanisch nachgearbeitet werden muß, da eventuelle Ungenauigkeiten durch den Auftrag der Lagerschicht ausgeglichen werden. Es ist demnach nur noch erforderlich, daß die Innenseite der Lagerschicht mechanisch paßgenau bearbeitet wird. Ein anderer Vorteil ist darin zu sehen, daß nach dem Trennen der Lagerschicht und Wiederzusam¬ mensetzen eine nahezu nahtlose Trennfuge erzeugt wird. Die innere Oberfläche, also die Lauffläche der Lagerschicht ist demnach nahezu vollständig eben, wodurch z. B. bei der Aus¬ bildung als Gleitlager, der Aufbau der Schmiermittelschicht zwischen Kurbelwelle einerseits und Lagerschicht andererseits nicht behindert wird. Ferner wird die Schmiermittelschicht durch die nahtlose Trennstelle kaum beeinflußt, wodurch eine hohe Stabilität dieser Schicht gewährleistet und somit eine metallische Berührung der Kurbelwelle und des Pleuels im Be¬ trieb zuverläεsig vermieden werden.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, daß der Lagerdeckel von dem Formteil vor der Beschich¬ tung der Lagersitzfläche abgetrennt und lösbar mit diesem wieder zusammengesetzt wird. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Abtrennung des Lagerdeckels ebenfalls durch Bruchtrennung erfolgt. Damit wird beispielsweise bei einem Pleuel gewährlei- stet, daß zum einen die Pleuelkappe aufgrund der großen Ober¬ fläche der Bruchstelle formschlüεsig mit dem restlichen Pleuel verbunden ist und somit ein seitlicher Versatz zwischen diesen Einzelteilen vermieden wird. Nach dem Zusammensetzen der Ein¬ zelteile wird das die Lagerεchicht bildende Material auf die Lagersitzfläche aufgebracht und das beschichtete Formteil er¬ neut durch Bruch getrennt. Dadurch weisen die gebildeten Be¬ standteile des Bauteils sowohl an der Lagerschicht als auch

an der Trennfläche des Lagerdeckels eine Bruchfläche auf, so daß eine besonders gute Verbindung der Bestandteile ermöglicht wird.

In einer weiteren Ausgeεtaltung der Erfindung iεt vorgesehen, daß die Lagersitzfläche des Formteils zunächst mit dem die Lagerschicht bildenden Material beschichtet wird und anschlie¬ ßend der Lagerdeckel mit dem auf dessen Sitzfläche aufgebrach¬ ten Teil der Lagerschicht durch Bruchtrennung von dem Formteil abgetrennt wird. Dies hat den Vorteil, daß der Verfahrens- εchritt der Bruchtrennung lediglich einmal je Bauteil durchge¬ führt werden muß .

Bei der Herstellung eines Pleuel kann gemäß der Erfindung im einzelnen so vorgegangen werden, daß das Formteils mittels Ur- oder Umformverfahren hergestellt wird und anschließend die Schraubenlöcher für die Pleuelschrauben in das Formteil gebohrt werden. Danach kann die Pleuelkappe durch Sägen oder durch Bruchtrennung vom restlichen Pleuel abgetrennt werden. In einem weiteren Schritt wird dann die Lagersitzfläche des Formteils entsprechend dem Beschichtungsverfahrens vorberei¬ tet. Dies erfolgt zweckmäßigerweise im zusammengesetzten Zu¬ stand des Pleuels. Im Falle der Bruchtrennung der Pleuel¬ kappe von dem restlichen Pleuel wird es erforderlich sein, daß im Bereich der herzustellenden Trennstelle eine Anri߬ kerbe vorgesehen wird. Dies kann beispielsweise durch mecha¬ nische Bearbeitung erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Formteil durch ein pulvermetallurgischeε Verfahren, beispielsweise Sintern, hergestellt wird, da dabei die Anrißkerbe für die Trennstelle bereits beim Fertigen des Formteils vorgesehen werden kann. Dadurch wird eine zusätzliche mechanische Bearbeitung der Lagersitzfläche vermieden.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Formteil durch Sinterschmieden hergestellt wird, wobei der vorgeformte Grün-

ling vor dem Sintern im Bereich der Trennstelle mit einer Kerbe versehen wird, die zwischen Sintern und Schmieden eine Schutzschicht, insbesondere eine Oxidschicht erhält und beim anschließenden Schmieden zum Formteil nahezu vollständig ge¬ schlossen wird. Die Anrißkerbe ist somit als solche nicht mehr vorhanden, jedoch verhindert die aufgebrachte Schutz¬ schicht eine Verbindung des pulvermetallurgiεchen Ausgangεma- terials an dieser Stelle. Dies hat den besonderen Vorteil, daß durch das nachträgliche Auftragen der Gleitlagerschicht vor dem Abtrennen der Pleuelkappe von dem restlichen Pleuel kein das die Gleitlagerschicht bildende Material in die An¬ rißkerbe gelangen kann, wodurch die Bruchtrennung an der ge¬ wünschten Trennstelle erschwert werden würde. Die Schutz¬ schicht ist beispielsweise als Oxidschicht ausgebildet, die dadurch hergestellt wird, daß der Formung mit der Kerbe nach dem Sintern durch die Luftatmosphäre zum Schmieden verbracht wird.

Nach der Bruchtrennung der Lagerschicht mit oder nach dem Ab¬ trennen der Pleuelkappe von dem restlichen Pleuel werden die Bestandteile wieder zusammengesetzt und die Innenfläche der Lagerschicht mechanisch entsprechend der gewünschten Passung nachgearbeitet. Damit werden auch bei der Bruchtrennung even¬ tuell auftretende Gratstellen entfernt.

Das erfindungεgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das Mate¬ rial des Formteilε einerεeitε und daε Material der Lagerεchicht andererseits nach ihren individuellen Anforderungen ausgewählt werden können. So kann beispielεweise daε Formteil aus einem der mechanischen Beanspruchung angepaßten Werkstoff, z. B. auf Eisenbasiε, beεtehen, während die Lagerεchicht aus einem üblichen Lagerwerkstoff, z. B. auf Alu iniumbasiε, besteht.

Bei der Herstellung des Formteilε mittels pulvermetallurgi- scher Verfahren kann vorgesehen werden, daß daε Formteil aus einem fertiglegierten Sinterwerkstoff besteht, der aus (in Gewichtsprozenten) :

0,1 bis 0,5% Mn 0,1 bis 2,0% Mo 0,2 ^' biε 2,2% Ni 0,5 bis 2,5% Cu 0,3 bis 1,0% C Rest: Fe

besteht. Statt dieses fertiglegierten Pulvers kann der Sinter¬ werkstoff auch aus einem anlegierten Pulver der folgenden Zu¬ sammensetzung bestehen (in Gewichtsprozenten) :

0,2 biε 1,5% Mo 1,0 bis 4,0% Ni 1,0 bis 3,0% Cu 0,3 bis 1,0% C

Reεt: Fe

Eine weitere Möglichkeit für die Zusammensetzung des Sinter- werkεtoffeε beεteht in einem gemischtlegierten Pulver mit (in Gewichtsprozenten) :

1,0 biε 3,0% Cu 0,3 biε 1,0% C Rest: Fe

Auch kann als Sinterwerkstoff ein anderes fertiglegiertes Pulver mit (in Gewichtεprozenten) :

0,5 bis 3% Mo

0 biε 3% Cu

Reεt: Fe

verwendet werden.

Die Lagerschicht kann beispielsweise folgende Zusammensetzun¬ gen aufweisen (in Gewichtsprozenten) :

0,7 bis 1,3% Cu 14,5 bis 22,5% Sn

≤ ^→ 0,7% Si

•≤ 0,7% Fe

■ 0,7% Mn Rest : AI

Ferner besteht die Möglichkeit, daß sich der Lagerwerkstoff aus (in Gewichtsprozenten) :

11,0 biε 13,0% Si

0,8 bis 1,5% Cu

1,3% Ni

0,8 bis 1,3% Mg

____- 0,7% Fe

0,3% Mn

4 0,3% Zn

0,2% Ti

Reεt : AI

oder aus (in Gewichtsprozenten)

95 bis 97% AI 3 bis 5% Pb

zusammensetzt.

Selbstverständlich kann die Lagerschicht auch auε einer Legie¬ rung auf Kupfer-Baεis, beispielsweise aus (in Gewichtεprozen- ten) :

3 bis 10% Sn 10 biε 23% Pb Reεt : Cu

oder (in Gewichtεprozenten)

74% Cu

20% Pb

2% Sn

4% Ni

bestehen. Diese genannten Werkεtoffe für daε Formteil und die Lagerschicht können zusätzlich die herstellungεbedingten Ver¬ unreinigungen aufweiεen.

Die Lagerεchicht wird gemäß der Erfindung mittelε thermiεcher Spritzverfahren auf die Lagersitzfläche des Formteilε aufge¬ bracht. Als thermisches Spritzverfahren kommen dabei insbeεon- dere Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitεflammεpritzen oder Plasmaspritzen in Betracht. Diese ermöglichen eine besonders gleichmäßige Auftragung des die Lagerεchicht bildenden Materi¬ als. Ferner ist eine Vorbehandlung der Lagersitzfläche im all¬ gemeinen nicht oder nur in geringem Umfang erforderlich. Ins¬ besondere bei der Anwendung des Plasmaspritzens iεt eε möglich, daß dem Lagerwerkεtoff noch Festschmierstoffe zugegeben werden können, die z. B. nachträglich in den Plasmastrahl eingeführt werden. Als Festschmierstoffe können beispielsweise Graphit, Mangansulfide oder Kalziumfluoride zugesetzt werden.

Je nach Auswahl des Lagerwerkstoffeε kann eε vorkommen, daß dieεer kein auεgeprägteε Sprödbruchverhalten aufweiεt. Es kann daher zweckmäßig sein, daß zumindest die Lagerschicht im Bereich der Trennstelle durch gezielte Wärmebehandlung, z. B. durch Kühlen, versprödet wird. Um ein ausreichendes Sprödbruch¬ verhalten der gesamten Trennstelle zu erzielen, kann es wei¬ terhin zweckmäßig sein, daß auch das Formteil zumindest im Bereich der Trennstelle durch gezielte Wärmebehandlung, z. B. durch Kühlen, versprödet wird. Das Kühlen an der Trennstelle kann beispielsweise durch partielles Auftragen oder Aufsprühen von einem verflüssigten Gas, z. B. Stickstoff, erfolgen.

Es iεt offensichtlich, daß mit diesem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren beispielsweise ein Pleuel hergestellt werden kann,

dessen Lagerschicht fest, insbesondere drehfest mit dem Pleuel verbunden ist. Weiterhin weist die Lauffläche der Lagerschicht nahezu keine Trennfläche auf, die eine Beein¬ trächtigung z. B. des Schmieröls zwischen Kurbelwelle einer- seits' nd Lauffläche andererεeitε bewirken könnte. Ferner iεt daε Pleuel einfach und εchnell herzuεtellen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Bauteil auε einem Formteil, wobei das Bauteil zumindest einen durch einen Lagerdeckel ge- bildeten, geteilten Lagerεitz und einen Grundkörper aufweist, dessen Lagersitzfläche mit einer Lagerschicht aus einem an¬ deren Material als dem deε Grundkörpers versehen ist und daß die Trennstelle des geteilten Lagersitzes zumindest im Bereich der Lagerεchicht eine durch Bruchtrennung erzeugte Bruchfläche aufweist. Dieses Bauteil kann beispielsweise alε Pleuel auεge- bildet und durch das vorstehend beεchriebene Verfahren herge- εtellt worden εein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Bauteils weist die Trennstelle zwiεchen Lagerdeckel und Grund¬ teil ebenfallε eine durch Bruchtrennung erzeugte Bruchfläche auf.

Die Erfindung wird nun anhand des in der Zeichnung dargestell¬ ten Pleuels als Auεführungεbeiεpiels näher erläutert. Es zei¬ gen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Pleuels,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Pleuelkappe nach der Bruchtrennung und

Fig. 4 die Einzelheit IV gemäß Fig. 1.

Daε in der Zeichnung dargeεtellte Pleuel 1 weiεt ein kleineε

Pleuelauge 2, einen Schaft 12 und ein großes Pleuelauge 3 auf. Das große Pleuelauge 3 weiεt einen geteilten Lagersitz auf, dessen Lagersitzfläche 4 mit einer Lagerschicht 15 versehen

ist. Die Oberfläche 13 der Lagerεchicht 15 bildet die Lauf¬ fläche für die Gleitlagerung des Pleuels auf der nicht darge- εtellten Kurbelwelle.

Die Fig. 1 stellt das Pleuel 1 in einem Zustand dar, nach dem die Lagerschicht 15 auf die Lagerεitzflache 4 des Formteils aufgebracht worden ist und die Abtrennung der Pleuelkappe 18 von dem restlichen Pleuel 5 noch nicht erfolgt iεt. Zur Ab¬ trennung der Pleuelkappe 18 entlang der Trennebene 16 weiεt das Formteil auf der Lagersitzfläche 4 im Bereich der Trenn¬ ebene 16 eine Anrißkerbe 17 auf, die ein gezieltes Bruchtren¬ nen ermöglicht. Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich, wird die Anrißkerbe 17 von der Lagerschicht 15 vollständig überdeckt.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Auεführungsbeispiel handelt es sich um ein Formteil, daε mittels Sinterεchmieden hergestellt worden iεt. Der Grünling wurde vor dem Sintern mit einer Kerbe versehen, die während des anschließenden Schmiedens nahezu vollständig verεchloεsen wird. Dieser Zu- εtand ist insbesondere in Fig. 4 deutlich dargestellt. Diese Anrißkerbe 17 reicht aus, um ein definiertes Bruchtrennen so¬ wohl der Pleuelkappe 18 von dem restlichen Pleuel 5 als auch der Lagerschicht 15 an der gewünschten Stelle zu bewirken.

In Fig. 3 ist eine Pleuelkappe 18 nach dem Bruchtrennen dar¬ gestellt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- beiεpiel iεt die Pleuelklappe 18 mit dem darauf aufgebrach¬ ten Teil 21 der Lagerschicht 15 von dem restlichen Pleuel 5 durch Bruchtrennung abgetrennt worden. Die durch die Bruch¬ trennung erzeugte Oberfläche der Trennstelle 19 zwischen Pleuelkappe 18 und restlichem Pleuel 5 und der Trennstelle 23 zwischen den korrespondierenden Lagerschichten 15, 21 weisen eine große und unregelmäßige Oberfläche auf, so daß diese Pleuelkappe 18 nur auf das korrespondierende restliche Pleuel 5 paßt. Ein seitlicher Versatz der Pleuelkappe 18 auf dem restlichen Pleuel 5 ist somit nahezu ausgeschlossen. Die Pleuelkappe 18 wird mittels nicht dargestellter Pleuelschrau-

ben mit dem restlichen Pleuel 5 verbunden.

Je nach Ausbildung und Material der Lagerschicht kann es zweckmäßig sein, auch deren innere Oberfläche mit einer An- rißkerbe, z. B. durch mechanische Bearbeitung, zu versehen. Die Anrißkerbe kann dabei so bemesεen sein, daß bei der an¬ schließenden Bearbeitung der Lauffläche, z. B. durch Fein¬ drehen oder Honen, die Anrißkerbe entfernt wird.

Das kleine Pleuelauge 2 weist eine Laufbuchse 14 auf, die in üblicher Weise in daε kleine Pleuelauge eingepreßt worden iεt. Je nach Abmesεung des kleinen Pleuelauges 2 kann auch vorge¬ sehen werden, daß die Lagersitzfläche 11 des kleinen Pleuel¬ auges 2 ebenfalls mit einem thermischen Spritzverfahren mit dem Lagerwerkεtoff beεchichtet wird.