Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit wenigstens einer geteilten, zum Teil auf einem Lagerdeckel und zum Teil auf dem Bauteil befindlichen Lauf¬ fläche für Wälzkörper.

Derartige Bauteile können beispielsweise als Pleuel mit einem kleinen Pleuelauge, einem Schaft und einem großen Pleuelauge ausgebildet sein, wobei das große Pleuelauge einen geteilten Lagersitz für die Lagerung des Pleuels an der Kurbelwelle aufweist. Da sich die Erfindung insbeson¬ dere auf die Herstellung eines Pleuels bezieht, ist im fol¬ genden überwiegend von einem Pleuel die Rede, ohne das damit eine Beschränkung verbunden sein soll.

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

Innenmaß des großen Pleuelauges im Bereich der zukünftigen Trennstelle ein Aufmaß aufweist. An dieser Stelle wird das große Pleuelauge, 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 rest¬ lichen Pleuel befestigt, wobei die dazu erforderlichen Schrau¬ benlöcher vor oder nach der Trennung gebohrt werden können. In zusammengesetztem Zustand des Pleuels erfolgt anschließend die mechanische Bearbeitung des Lagerεitzeε zur Aufnahme von Lagerschalenhälften, die zwischen Pleuel und Kurbelwelle un¬ ter Bildung eines Gleitlagers angeordnet sind.

Ein anderes Verfahren zum Abtrennen der Pleuelkappe von dem restlichen Pleuel ist aus der DE-PS 38 06 236 bekannt, bei welchem die Pleuelkappe durch Bruchtrennung vom restlichen Pleuel getrennt wird. Dabei wird als Trennfläche eine Bruch¬ fläche mit großer, unregelmäßiger Oberfläche erzeugt, wodurch ein seitlicher Versatz der Pleuelkappe auf dem restlichen Pleuel nahezu ausgeschlossen ist. Damit wird zum einen er¬ reicht, daß die Fixierung der Lagerschalen in dem Lagersitz des Pleuels verbessert wird, und zum anderen, daß nur die je¬ weils abgetrennte Pleuelkappe auf dem jeweils restlichen Pleuel befestigt werden kann, da die Bruchoberfläche einzig¬ artig ist. Verwechslungen von Einzelteilen, z. B. bei der Montage oder Reparatur des Motors, werden dadurch ausgeschlos¬ sen.

Je nach Ausbildung des Motors kann es zweckmäßig oder sogar erforderlich sein, daß anstelle der üblicherweise verwendeten Gleitlagerung des Pleuels an der Kurbelwelle eine Wälzlage¬ rung, insbesondere über Nadellager vorgesehen wird. Dies ist beispielsweise bei großvolumigen Motoren oder Kleinstmotoren der Fall.

Bei der Anordnung von Wälzkörpern zwischen Kurbelwelle und Pleuel ist es erforderlich, daß auch die äußere Lauffläche, also die auf dem Pleuel angeordnete Lauffläche, eine hohe Härte aufweist, um der stetigen Beanspruchung durch die Wälzkörper standzuhalten. Weiterhin ist es aus Montagegrün¬ den erforderlich, daß auch diese Lauffläche als geteilte Lauffläche ausgebildet ist. Die Verwendung von üblichen Lagerschalenhälften oder von entsprechend ausgebildeten äußeren Laufringen für die Wälzkörper ist daher nicht ohne weiteres möglich. Weiterhin würde durch die gleichzeitige Verwendung von Wälzkörpern einerseits und geteiltem äußeren Lagerring andererseits das bauliche Ausmaß des Pleuels und somit die hin- und herbewegbare Masse im' Motor und dessen Gewicht erhöht werden, wodurch u. a. der Kraftstoffverbrauch des Motors ungünstig beeinflußt würde.

Es ist möglich, die Lagersitzflächen des geteilten Lager¬ sitzes, z. B. durch Randschichthärten, mit einer für die Wälzlagerung entsprechenden Härte zu versehen. Jedoch wei- sen die Werkstoffe zur Herstellung der Pleuel nicht den er¬ forderlichen Kohlenstoffgehalt auf, da ein erhöhter Kohlen¬ stoffgehalt sowohl der Umformung als auch der mechanischen Bearbeitung entgegensteht. Es ist daher erforderlich, daß derartige Pleuel vor dem Randschichthärten in einer kohlen- stoffhaltigen Atmosphäre aufgekohlt werden. Dabei muß beach¬ tet werden, daß aufgrund der besonderen Beanspruchung des Pleuels eine Aufkohlung lediglich im Bereich der Lauffläche erfolgen sollte, so daß mit aufwendigen Vorbereitungsmaßnah¬ men eine Aufkohlung der Randschicht des restlichen Pleuels verhindert werden muß .

Ein weiteres Problem bei der Herstellung eines Bauteils mit einer geteilten Lauffläche für Wälzkörper besteht darin, daß die Wälzkörper sich bei jeder Drehbewegung über die Trennstelle zwischen Lagerdeckel und restlichem Bauteil bewegen. Es ist auch bei sorgfältigster mechanischer Bear¬ beitung nicht auszuschließen, daß die Trennstelle in Form

1 einer minimalen Trennfuge vorhanden bleibt. Weiterhin be¬ steht die Gefahr, daß durch seitlichen Versatz des Lager¬ deckels auf dem restlichen Bauteil nach der Montage sowohl in radialer als auch in axialer Richtung die Trennfuge ver-

5 größert wird, so daß die Lauffläche nicht mehr eben ausgebil¬ det ist. Beide Erscheinungen führen dazu, daß ein frühzeiti¬ ger Verschleiß der Wälzkörper zu erwarten ist, wodurch ein Ausfall des Motors bewirkt werden könnte.

20 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit wenigstens einer geteilten Lauffläche für Wälzkörper zu schaffen, bei dem die obenge¬ nannten Nachteile weiteεtgehend vermieden werden. Weiterhin soll das Verfahren einfach und kostengünstig durchführbar

I _j -, sein.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß aus einem Werkstoff mit wenigstens 0,5 Gewichts-% Kohlenstoff ein Formteil hergestellt wird, von dem der Lagerdeckel mit-

20 tels Bruchtrennung abgetrennt wird, und das Bauteil zumindest im Bereich der Lauffläche durch Randschichthärten mit einer Härte von wenigstens 55, vorzugsweise von wenigstens 60 HRC versehen wird. Dabei kann gemäß der Erfindung vorgesehen wer¬ den, daß das Abtrennen des Lagerdeckels durch Bruchtrennung

25 vor oder nach dem Randschichthärten erfolgt. Das Formteil kann z. B. mittels pulvermetallurgischer Verfahren, z. B. Sintern oder Sinterschmieden hergestellt werden. Dies hat den Vorteil, daß ein Werkstoff verwendet werden kann, der einen für eine Randschichthärtung erforderlichen Kohlenstoffgehalt aufweist,

30 ohne daß zusätzliche Aufkohlungsmaßnahmen erforderlich sind. Dieser erhöhte Kohlenεtoffgehalt wirkt sich bei dem im allge¬ meinen anεchließenden Umformprozeß, nämlich Kalibrieren oder Schmieden, nach dem Formgebungεprozeß nicht εtörend aus, da nur geringe Umformungswege benötigt werden. Das Abtrennen des gg Lagerdeckels von dem restlichen Bauteil mittels Bruchtrennung hat den Vorteil, daß ein seitlicher Versatz εowohl in axialer alε auch in radialer

Richtung weitestgehend vermieden wird. In Abhängigkeit von der anschließenden mechanischen Bearbeitung der Lauffläche kann daher eine Lauffläche ohne Trennfugen erzeugt werden, die auch während des Betriebs erhalten bleibt. Dies ist mög¬ lich, da es sich bei der Nahtlinie zwischen den jeweiligen Einzelteilen um eine äußerst feine, unregelmäßige Linie handelt. Insbesondere bei Nadellagern liegt somit der Wälz¬ körper immer mit einem Bereich auf einem ebenen Abschnitt des einen oder anderen Teils der Lauffläche auf, ohne daß er beim Übergang zwischen Lagerdeckel und restlichem Bauteil eine Trennfuge als solche überwinden muß .

Um eine Bruchtrennung des Lagerdeckels von dem restlichen Bauteil an der gewünschten Trennstelle zu bewirken, ist es zweckmäßig, daß im Bereich dieser Trennstelle zwischen Lager¬ deckel und restlichem Bauteil wenigstens eine Anrißkerbe im Bereich der Lauffläche vorgesehen wird. Die Anrißkerbe kann beispielsweise durch mechanische Bearbeitung, z. B. Fräsen, an dem Formteil angebracht werden. Es ist weiterhin möglich, daß das für die pulvermetallurgische Herstellung des Form¬ teils benötigte Preßwerkzeug für die Formung des Grünlings entsprechend auεgebildete Bereiche hat, so daß der Grünling vor dem sich anschließenden Sinterprozeß bereitε mit den Kerben versehen ist. Das Anbringen der Anrißkerben im Bereich der- Lauffläche ist deshalb zweckmäßig, da so gewährlei¬ stet werden kann, daß die Verbindungslinie zwischen den sich gegenüberliegenden Bruchflächen entlang des Durchmessers der kreisrunden Lauffläche verläuft und somit eine einwandfreie Montage des Bauteils mit der zu lagernden Welle möglich ist. Derartige Anrißkerben werden jedoch auch nach dem Zusammenbau des Bauteils im allgemeinen noch auf der Lauffläche vorhanden sein. In einer weiteren Ausgeεtaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Anrißkerbe nach der Bruchtrennung durch mechanische Bearbeitung im wesentlichen vollständig entfernt wird und daß erst danach das Randschichthärten und die mechani¬ sche Feinstbearbeitung der Lauffläche erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß die mechanische Bearbeitung zur Entfernung der Anrißkerbe bei einem noch nicht gehärteten Bauteil erfolgt, so daß einfache Werkzeuge dafür ausreichend sind.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anrißkerbe im Bereich der Trennstelle eine Tiefe aufweist, die geringer als die durch das Rand¬ schichthärten erzielbare Härtetiefe bemessen ist. Bei einer anschließenden mechanischen Bearbeitung zur Entfernung der Anrißkerbe ist somit sichergestellt, daß die gehärtete Rand¬ schicht nicht durch diese mechanische Bearbeitung entfernt wird. Weiterhin besteht ein Vorteil darin, daß die mechani¬ sche Grobbearbeitung zum Entfernen der Anrißkerbe einerseits und die mechanische Feinstbearbeitung zur passungsgenauen

Fertigung der Lauffläche andererseits in einem Arbeitεgang, d. h. bei einer Einspannung des Bauteilε erfolgen kann.

Eε iεt gemäß der Erfindung weiterhin möglich, daß das Form- teil durch Sinterschmieden hergestellt wird. Hier kann vor¬ gesehen werden, daß die Anrißkerbe bei der Herεtellung deε Grünlingε mit entεprechend ausgebildeten Preßwerkzeugen er¬ folgt. Zwischen Sintern und Schmieden erhält die Oberfläche der Anrißkeroe eine Schutzschicht, inεbesondere eine Oxid- schicht, die beim anschließenden Schmieden zum Formteil nahezu vollständig geschloεεen wird. Die Anrißkerbe iεt εomit alε εolche nicht mehr vorhanden, jedoch verhindert die aufgebrachte Schutzschicht eine Verbindung des pulver¬ metallurgischen Ausgangsmaterials an dieser Stelle. Die Bruchtrennung erfolgt daher dennoch an der gewünschten

Trennstelle. Dieε hat den Vorteil, daß nach dem Bruchtren¬ nen und dem Zuεammenεetzen deε Bauteils keine Trennfuge vorhanden iεt, die das Abrollen der Wälzkörper beeinträch¬ tigen könnte. Eine mechaniεche Bearbeitung zur Entfernung der Anrißstelle könnte somit entfallen. Es iεt jedoch auch bei dieser Auεbildung der Anrißkerbe zweckmäßig, wenn durch mechanische Bearbeitung die Anrißkerbe, d. h. die mit der Schutzschicht versehenen Bereiche, entfernt werden, da nicht immer gewährleistet werden kann, daß dieεe Randbe- reiche der Beanεpruchung durch die Wälzkörper εtandhalten, εo d-.ß es zu Ausbrüchen und somit zur Zerstörung der Lauf¬ fläche kommen kann.

Zweckmäßigerweise wird der Lagerdeckel nach dem Abtrennen von dem restlichen Bauteil wieder lösbar mit diesem ver¬ bunden. Die sich anschließenden Bearbeitungsvorgänge, näm¬ lich Randschichthärten und/oder mechanische Bearbeitung zum Entfernen der Anrißkerben und/oder mechanische Feinst¬ bearbeitung, können danach im zusammengesetzten Zustand des Bauteils erfolgen. Dies hat zum einen den Vorteil, daß eine paεsungεgenaue Bearbeitung der einzelnen Laufflächen- abεchnitte, die die geteilte Lauffläche bilden, erfolgen kann. Zum anderen ist es erst bei der Montage des Pleuels wieder erforderlich, die Einzelteile voneinander zu lösen, wodurch zum einen ein Vertauschen der einander zugeordneten Teile weitestgehend vermieden und zum anderen eine Beschädi¬ gung der Bruchfläche verhindert wird. Eine Beschädigung der Bruchfläche, z. B. durch mechanische Verformung, hätte die Folge, daß die Teile nicht mehr aufeinandergesetzt und miteinander verbunden werden könnten.

Zur Herstellung deε Formlings ittels pulvermetallurgischer Verfahren wird gemäß der Erfindung ein Sinterwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 bis 1 Gewichts-% verwendet. Zweckmäßig iεt es, wenn der Kohlenstoffgehalt 0,7 Gewichts-% beträgt. Je nach Anforderung kann es weiterhin vorgesehen werden, daß der Kohlenstoffgehalt mehr alε 1 Gewichts-%, z. B. 1 bis 2 Gewichts-%»beträgt. Durch den hohen Kohlen¬ stoffgehalt des Werkstoffs kann eine ausreichende Rand¬ schichthärtung erfolgen.

Die Randschichthärtung kann gemäß der Erfindung durch In¬ duktionshärten erfolgen. Dieses Verfahren ist einfach und kostengünstig durchzuführen. Bei dem Randschichthärten durch Induktionshärten werden je nach Art des Verfahrens Härte¬ tiefen von 0,01 biε 6 mm erreicht. Für den Fall, daß die Entfernung der Anrißkerbe erst nach dem Randεchichthärten erfolgt, iεt es zweckmäßig, daß eine größere Härtetiefe vorgesehen wird, damit auch nach der mechanischen Entfer¬ nung der Anrißkerbe und der anschließenden mechanischen ^•

Feinstbearbeitung der Lauffläche eine ausreichend gehärtete Schicht auf dem Bauteil vorhanden ist.

Zur Erzeugung einer einwandfreien Bruchfläche ist es erfor¬ derlich, daß der Werkstoff ein ausreichendes Sprödbruchver- halten aufweist. Dazu kann es zweckmäßig sein, daß das Form¬ teil zumindest im Bereich der Trennstelle durch gezielte Wärmebehandlung, z. B. durch Kühlen, vor der Bruchtrennung versprodet wird. Daε Kühlen an der Trennstelle kann beispiels¬ weise durch partielles Auftragen oder Aufsprühen von einem verflüssigten Gas, z. B. Stickεtoff, erfolgen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Bauteil mit wenigεtenε einer geteilten, zum Teil auf einem Lagerdeckel und zum Teil auf dem Bauteil befindlichen Lauffläche für Wälzkörper, daε zumindeεt im Bereich der Lauffläche eine gehärtete Rand¬ schicht von wenigstenε 55 HRC aufweiεt und die Trennstelle zwischen Lagerdeckel und restlichem Bauteil eine durch Bruch¬ trennung erzeugte Trennfläche aufweiεt. Dieses Bauteil besteht auε einem Werkεtoff mit wenigstenε 0,5 Gewichts-% Kohlenstoff. Das Bauteil iεt beispielsweise als Pleuel für Verbrennungε- motoren mit einem geteilten Pleuelkopf auεgebildet. Beεon- derε zweckmäßig iεt eε, wenn das Bauteil bzw. das Pleuel mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingangs beschriebener Art hergeεtellt wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Pleuels,

Fig. 2 eine Lagerdeckel nach der Bruchtrennung,

Fig. 3 die Einzelheit III gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 die Einzelheit III gemäß Fig. 1, jedoch in einer anderen Ausführungεform.

Das in der Zeichnung darstellte, als Pleuel ausgebildete Bauteil 11 weist einen Schaft 12, ein kleines Pleuelauge

14 und ein großes Pleuelauge 15 auf. Das große Pleuelauge

15 ist geteilt ausgebildet, wobei daε in den Fig. 1, 3 und

4 dargeεtellte Auεführungsbeiεpiel einen Zustand des Pleuels vor der Bruchtrennung deε Lagerdeckels 18 von dem restlichen Pleuel 13 darstellt.

Im Bereich der Trennstelle, die im wesentlichen entlang der Ebene 16 verläuft, ist im Bereich der Lauffläche 20 eine An¬ rißkerbe 17, 24 vorgesehen. Um Mißverständniεεen vorzubeugen, wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß mit der Lauf¬ fläche jeweils die der Welle zugeordnete innere Oberfläche des großen Pleuelauges unabhängig von dessen mechanischer Bearbeitung zu verstehen ist.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 iεt die Anri߬ kerbe 17 in etwa keilförmig in die Lauffläche 20 deε Pleuels 11 eingearbeitet. Es sind jedoch auch andere Ausbildungen der Anrißkerbe möglich. Die Anrißkerbe 17 kann beispielεweise durch mechanische Bearbeitung oder durch entsprechende Aus¬ bildung des Preßwerkzeuges für die Herstellung deε Grünlings auf der Lauffläche angebracht werden. In der Ausführungεform gemäß Fig. 4 ist eine geschlossene Anrißkerbe 24 dargestellt, die bei der Herstellung des Formlingε mittelε Sinterεchmieden nach dem Aufbringen einer Schutzεchicht nach dem Sintern durch den Schmiedevorgang geschlosεen worden iεt. Die Schutz¬ εchicht iεt beispielsweiεe alε Oxidschicht auεgebildet, die dadurch hergestellt wird, daß der Formung mit der Anriß- kerbe nach dem Sintern durch die Luftatmosphäre zum Schmieden verbracht wird. Die ursprüngliche Anrißkerbe kann auch in diesem Fall durch entsprechend ausgebildete Preßwerkzeuge oder durch mechanische Bearbeitung hergestellt worden sein.

In Fig. 3 iεt ein Lagerdeckel 18 nach dem Bruchtrennen des¬ selben von dem restlichen Pleuel 13 dargestellt. Die durch Bruchtrennung erzeugte Trennfläche 19 weist eine große und

- unregelmäßige Oberfläche auf, die jeweils nur zu der ent¬ sprechenden Trennfläche des restlichen Pleuels 13 paßt. Der Lagerdeckel 18 wird nach dem Bruchtrennen in der Regel mit¬ tels nicht dargestellter Pleuelschrauben wieder mit dem

- ¹ restlichen Pleuel 13 verbunden. Die Bohrungen für die Pleuel¬ schrauben können dabei vor oder nach der Bruchtrennung an¬ gefertigt werden.

Das Pleuel weist im Bereich der Lauffläche 20 einen rand- schichtgehärteten Bereich 22 auf, der in der Zeichnung durch die strichpunktierte Linie 23 dargestellt ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Auεführungεbeispiel iεt die Här¬ tetiefe größer bemesεen als die Tiefe der Anrißkerbe 17 bzw. 24, εo daß auch nach entεprechender mechaniεcher Bearbeitung zur Entfernung der Anrißkerbe 17 bzw. 24 und anεchließender Feinstbearbeitung zur passungsgenauen Bearbeitung der Lauf¬ fläche 20 eine ausreichend bemessene Schicht größerer Härte vorhanden ist.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeiεpiel würde die Bruchtrennung nach dem Randεchichthärten erfolgen. Eε iεt natürlich auch möglich, daß daε Randεchichthärten nach dem Bruchtrennen erfolgt, wobei in etwa die gleiche Härtetiefe - wie in der Zeichnung dargeεtellt - eingeεtellt werden könnte.

Vorεtehend wurde überwiegend von einem pulvermetallurgisch hergestellten Pleuel gesprochen. Eε sind natürlich auch an¬ dere Herstellungsverfahren, z. B. Schmieden, des Pleuels möglich, soweit diese Verfahren durch den erhöhten Kohlen¬ stoffgehalt anwendbar sind. Inbesondere muß eine einwand¬ freie Bruchtrennung deε Bauteils gewährleistet sein.