Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gesin¬ terter Bauteile, die aus zumindest zwei Einzelteilen bestehe wobei das Bauteil aus Pulver gepreßt, gesintert, abgekühlt und in seine Einzelteile getrennt wird.

Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise angewandt, wenn ein Bauteil hergestellt werden soll, das aus zumindest zwei einander zugeordneten Einzelteilen besteht. Insbesonder kann es sich dabei um Einzelteile handeln, die zueinander passungsgenau ausgeführt werden müssen. Als Beispiel für ein derartiges Bauteil kann ein Pleuel mit geteiltem Pleuel¬ kopf für Kraftfahrzeugmotoren angegeben werden. Ein solches Pleuel besteht aus einem Lagerdeckel und dem übrigen Pleuel, wobei diese beiden Einzelteile durch Pleuelschrauben miteina der verbunden werden.

Es ist ein Verfahren der eingangs genannten Gattung bekannt, bei dem das Bauteil mit Aufmaß aus Pulver gepreßt wird

(Metal Powder Report, Band 43, Nr. 5 , erschienen Mai 1988, MPR Publishing Services Limited, Shrewsbury, Großbritannien, C. M.. SONSINO, "Fatigue Design of Sintered Connecting Rods", Seite 332-337 * Seite 337, Fig. 8 und linke Spalte *) . Dabei wird im Bereich der zukünftigen Trennfuge zwischen den beiden Einzelteilen ein zusätzliches Aufmaß vorgesehen, Nach dem Abkühlen folgt die Trennung des Bauteils in seine Einzelteile. Dies geschieht durch mechanische Bearbeitung in der Weise, daß die Einzelteile in der Trennfuge durch Sägen voneinander getrennt werden. Das zusätzliche Aufmaß in diesem Bereich wird durch das Sägen weitgehend beseitigt. Anschließend ist es notwendig, die Trennflächen der Einzeltei le zu bearbeiten. Je nach Bedarf ist es dabei erforderlich, eine passungsgenaue Bearbeitung folgen zu lassen, beispiels- weise durch Schleifen.

Dieses bekannte Verfahren erfordert durch das zusätzliche Aufmaß im Bereich der Trennfuge den Einsatz von Werkstoff, welcher später beim Sägen beseitigt wird. Das Sägen und die Nachbearbeitung, beispielsweise das Schleifen, verlangen einen erheblichen Aufwand an Zeit und Kosten. Zwangsläufig verursachen derartige Bearbeitungen und Nachbearbeitungen auch Ausschuß. Alle diese Nachteile wiegen besonders schwer, wenn Massenprodukte hergestellt werden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus , daß bei der Herstellung von Massenartikeln, beispielsweise von Bauteilen für Kraftfahrzeugmotoren, jede Optimierung des Herstellungsve fahrens die gewerbliche Anwendbarkeit entscheidend verbessert So liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zu verbessern und ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem mit möglichst wenigen Bearbeitungsschritten ein qualitativ wertvolles Bauteilhergestelltwird, das aus passungs¬ genauen Einzelteilen besteht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst.

daß das Bauteil an der Trennstelle zwischen zwei Einzelteilen mit zumindest einer Trennkerbe versehen und durch Bruch an der Trennstelle in seine Einzelteile getrennt wird.

Dabei dient die Trennkerbe zur Einleitung des Bruches und Bestimmung der Trennfläche. Der Verlauf der Trennfläche kann dadurch präziser bestimmt werden, daß gemäß der Er¬ findung im Bereich der gewünschten Trennfläche und im Ab¬ stand von der Trennkerbe zumindest eine Verlaufskerbe vorge¬ sehen wird. Dies führt dazu, daß sich der Bruch von der Trennkerbe zur Verlaufskerbe erstreckt. Dadurch ist die Lage der Trennfläche eindeutig bestimmbar, da der Verlauf des Bruches während der Trennung, und damit die Richtung seiner Ausbreitung, durch die Anordnung der Verlaufskerbe vorgegeben wird.

Hinzu kommt, daß für die Trennung weniger Arbeit aufgewandt werden muß als bei dem bekannten Verfahren und die Wahrschein lichkeit vermindert wird, daß beim Trennen in den Trennfläche Verformungen auftreten. Bei der Trennung des Bauteils gemäß der Erfindung wird kein Werkstoff durch mechanische Bearbei¬ tung verbraucht. Es entsteht eine Trennfläche, die keiner Bearbeitung bedarf, da sie passungsgenau ist. Ohne weiteres können zwei benachbarte Einzelteile an ihren Trennflächen wieder passend zusammengesetzt werden. Diese Trennflächen weisen gegenüber den mechanisch bearbeiteten gemäß dem bekannten Verfahren den wesentlichen Vorteil auf, daß ihre Oberfläche um ein vielfaches größer ist. Dadurch wird die Belastbarkeit des Bauteils erhöht. Beachtlich sind weiterhin die Ersparnis von Zeit- und Kostenaufwand, da das Trennen durch Bruch mit wesentlich einfacheren Mitteln ausgeführt werden kann als die mechanische Bearbeitung gemäß dem be¬ kannten Verfahren.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine

verhältnismäßig große Dichte von 6,6 bis 7,4 g/cm ³ erzielt werden kann. Eine durchschnittliche Dichte von 6,8 bis 7,2 g/cm ³ ist also ohne weiteres erreichbar. Eine solche Dichte, bis etwa 7,4 g/cm ³ , genügt durchaus für ein Bautei] _f an das höhere Anforderungen gestellt werden, wie beispiels¬ weise an das für einen Kraftfahrzeugmotor bestimmte Pleuel. Dort werden zwar auch Pleuel mit höheren Dichten eingesetzt, die beispielsweise größer als 7,7 g/cm ³ sind. Solche Hoch¬ leistungs-Pleuel müssen aber keineswegs in allen Fällen eingesetzt werden, und es sind übliche Anwendungen möglich, bei denen eine Dichte genügt, die kleiner als etwa 7,6 g/cm ³ ist. Wenn nämlich höhere Dichten als diejenigen gemäß der Erfindung erreicht werden sollten, müßten aufwendigere Verfahren angewandt werden, bei denen auf den Verfahrens- schritt des Schmiedens nicht verzichtet werden könnte.

Demgegenüber wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, eine geringere Dichte vorzusehen mit einer daraus folgenden größeren Restporösität, die sich günstig auf den Vorgang des Trennens durch Bruch auswirkt. Wenn dadurch zwar etwas größere Abmessungen des Bauteils die Folge sind, wiegt demgegenüber der Vorteil eines erheblich einfacheren Ver¬ fahrens wesentlich schwerer.

Das Verfahren kann gemäß der Erfindung dadurch ausgestaltet werden, daß während des Pressens das Bauteil mit zumindest einer Trenn- bzw. einer Verlaufskerbe versehen wird. Hierzu können die Formen für die Kerben im Preßwerkzeug vorgesehen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Bauteil mit zumindest je einer Trenn- bzw. Verlaufskerbe aber auch zwischen dem Pressen und dem Sintern durch mecha¬ nische Bearbeitung versehen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Bauteil unmittelbar aus der Sinterhitze abgekühlt und dann durch mechanische Bearbeitung mit zumindest je einer Trenn- bzw. Verlaufskerbe versehen. Beispielsweise kann

die Wärmebehandlung, nämlich die Abkühlung, aus einer Sin¬ terhitze von etwa 1.100 °C erfolgen. Dieses Verfahren er¬ möglicht eine besonders kostengünstige Herstellung insbe¬ sondere von Pleueln.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das Bauteil nach dem Sintern zwischenabgekühlt, kalibriert, wärmebehandelt und endabgekühlt. Diese Ausgestaltung der Erfindung schließt also außer der Wärmebehandlung des End- abkühlens ein Zwischenabkühlen und eine weitere Wärmebe¬ handlung ein. Diese kann in einem erneuten Erwärmen des Bauteils auf 800 bis 1.100 °C bestehen. Erst dann erfolgt die Wärmebehandlung des Endabkühlenε. Diese kann, ebenso wie das Zwischenabkühlen, durch Luft, Öl, Schutzgas oder Wasser erfolgen.

Bei dem Verfahren unter Einschluß des Kalibrierens ent¬ stehen zwar größere Kosten als bei einem Verzicht auf das Kalibrieren. Jedoch können durch das Kalibrieren eine größere Dichte und günstigere mechanische Eigenschaften erreicht werden. Die Erhöhung der Dichte ist bis in den oberen Bereich der vorstehend angegebenen Werte möglich. Andererseits ist es bei einem Verzicht auf das Kalibrieren möglich, die geringere Festigkeit durch eine Vergrößerung der kritischen Querschnitte auszugleichen. Die daraus fol¬ gende Gewichtserhöhung nimmt nicht den wirtschaftlichen Vorteil, der sich aus dem Verzicht auf das Kalibrieren ergibt. Hieran ändern auch nichts die größeren Toleranzen, die gegenüber dem Verfahren unter Einschluß des Kalibrierens einen Mehraufwand an mechanischer Bearbeitung erfordern.

Bei dem Verfahren unter Einschluß des Kalibrierens kann das Bauteil entweder nach dem Sintern oder nach dem Kali¬ brieren oder auch nach dem Endabkühlen durch mechanische Bearbeitung mit zumindest je einer Trenn- bzw. Verlaufs¬ kerbe versehen werden. Die Kerben können beispielsweise durch Fräsen, Räumen oder Stoßen hergestellt oder auch

mittels eines Laserstrahles eingeschweißt werden. Je nach dem herzustellenden Bauteil werden eine oder mehrere Trenn¬ bzw. Verlaufskerben an den zur Trennung geeigneten Stellen angebracht.

Beim Bruch wird dann zwischen zwei Einzelteilen eine Trenn¬ fläche erzeugt. Hierzu können Zug-, Druck- und/oder Biege¬ beanspruchungen aufgebracht werden. Diese greifen an ge¬ eigneten Stellen des Bauteiles an.

Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Temperatur des Bauteils beim Trennen niedriger als die Raumtemperatur oder ihr höchstens gleichgehalten wird, kann das Trennen dadurch verbessert werden, da die Wahrscheinlichkeit von Verformungsbrüchen vermindert wird. Das Bruchverhalten wird also spröder. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird nicht die Temperatur des gesamten Bau¬ teil beim Trennen niedriger als die Raumtemperatur gehal¬ ten; vielmehr wird das Bauteil lediglich an der gewünschten Trennfläche vor dem Trennen teilweise gekühlt. Dies erfor¬ dert einerseits einen wesentlich geringeren Aufwand zur Kühlung als bei vollständiger Kühlung des Bauteils. Anderer¬ seits entsteht dann auch nicht unerwünschtes Kondenswasser. Die teilweise Kühlung im .Bereich der gewünschten Trenn- fläche hat zur Folge, daß dort die Kerbschlagzähigkeit vermindert wird, so daß eine geringere Verformungsarbeit aufgebracht werden muß. Bei metallischen Bauteilen, die eine verhältnismäßig hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, tritt die Kühlung rasch in den gewünschten Bereichen ein. Dadurch werden Verformungsbrüche vermieden und Sprödbrüche ermöglicht. Dies kann dadurch gefördert werden, daß die Trennung mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit erfolgt.

Im übrigen ist es zweckmäßig, das Bauteil vor dem Sintern auszuwiegen. Das Auswiegen ist erforderlich, wenn vorge¬ gebene Toleranzen der Sektionsgewichte eingehalten werden müssen. Weiterhin ist der Vollständigkeit halber darauf

hinzuweisen, daß dem zu pressenden Pulver ein Gleitmittel beigegeben werden kann, das während des Sinterns ausge¬ brannt wird. Die Sinterung folgt dann unter Schutzgas.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Her¬ stellung eines Pleuels mit geteiltem Pleuelkopf. Dieses Bauteil besteht nach seiner Fertigstellung aus zwei Einzel¬ teilen, nämlich dem Lagerdeckel und dem übrigen Pleuel. Zur Herstellung eines derartigen Pleuels wird gemäß der Erfindung die Trennstelle im Bereich zwischen dem Lager¬ deckel des Pleuelkopfes und dem übrigen Pleuel angeord¬ net. Nachdem das Pleuel gepreßt, gesintert und abgekühlt worden ist, können gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung im Pleuelkopf die Löcher für die Pleuelschrauben ange- fertigt, sodann die Pleuelschrauben und Pleuelmuttern lose in den Löchern montiert und anschließend die Trennfläche in der Trennfuge des Pleuelkopfes durch Bruchtrennung er¬ zeugt werden. Dazu muß die lose Montage der Pleuelschrau- ben und Pleuelmuttern so bemessen sein, daß genügend Trenn- weg vorhanden ist, um beide Einzelteile voneinander zu trennen. Diese Verfahrensweise hat die Vorteil, daß beide Einzelteile nach dem Trennen eindeutig einander zugeordnet bleiben. Ein Vertauschen mit anderen Paarungen von Lager¬ deckel mit übrigem Pleuel ist ausgeschlossen.

Die Trennung der beiden Einzelteile des Pleuels kann da¬ durch erfolgen, daß in den Pleuelkopf ein Trennwerkzeug eingeführt wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Spreizkopf, eine Keilvorrichtung od. dgl. handeln.

An das Trennen kann sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die spanende Nachbearbeitung des Pleuels an¬ schließen, insbesondere des Lagers des Pleuelkopfes und des Pleuelauges. Vor der spanenden Nachbearbeitung des Pleuelkopfes werden zweckmäßig die Pleuelschrauben und Pleuelmuttern fest miteinander montiert.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Verlaufskerben bei der Herstellung der Löcher für die Pleuelschrauben an den Wandungen der Löcher in der Trenn¬ fuge des Pleuelkopfes ausgebildet. Insbesondere können die Verlaufskerben als Ringnut entweder während des Bohrens der Löcher für die Pleuelschrauben hergestellt werden oder im Anschluß an das Bohren. Auch ist es möglich, die Anfer¬ tigung der Verlaufskerben gleichzeitig oder nach dem Schnei¬ den der Gewinde für die Pleuelschrauben vorzusehen.

Im folgenden werden Einzelheiten mehrerer Beispiele für Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Pleuels mit geteiltem Pleuelkopf näher beschrieben.

Beispiel 1:

Gepreßt wird ein fertiglegiertes Eisenpulver mit etwa 0,1 bis 0,5 % Mn, 0,1 bis 2,0 % Mo, 0,2 bis 2,2 % Ni, 0,5 bis 2,5 % Cu und 0,3 bis 1,0 % C.

Beispiel 2:

Gepreßt wird ein anlegiertes Eisenpulver mit 0,2 bis 1,5 % Mo, 1,0 bis 4,0 % Ni, 1,0 bis 3,0 % Cu und 0,3 bis 1,0 % C.

Beispiel 3:

Gepreßt wird ein gemischtlegiertes Eisenpulver mit 1,0 bis 3,0 % Cu und 0,3 bis 1,0 % C.

Bei allen Beispielen kann das Pleuel mit - 0,6 % Gewichts¬ toleranz hergestellt werden. Die Trennkerbe wird an der Außenseite der Trennfuge zwischen Lagerdeckel und übrigem Pleuel angebracht. Es wird eine Dichte von etwa 6,6 bis

7,4 g/cm ³ erreicht. Nach dem Pressen folgt eine Gewichts-

kontrolle des Pleuels. Das Pleuel wird im Sinterofen ge¬ sintert. Dabei wird das Gleitmittel ausgebrannt. Das Pleuel wird in dem Sinterofen innerhalb von etwa einer halben Stunde unter einer üblichen Schutzgas-Atmosphäre auf eine Sintertemperatur von 800 bis 1.300° C gebracht. Es folgen die weiteren, vorstehend beschriebenen Schritte des Ver¬ fahrens.

Zwei Ausführungsbeispiele eines Pleuels, die nach dem Ver- fahren gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, sind in der Zeichnung dargestellt und werde im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Pleuel gemäß der Erfindung in der Ansicht mit der Einzelheit 1 A,

Fig. 2 das Pleuel gemäß Fig. 1 mit getrennten Einzeltei¬ len und der Einzelheit 2 A,

Fig. 3 einen Pleuelkopf mit Verlaufskerbe, teilweise im Schnitt und

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV der Fig. 3.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß zwei Trennkerben 11 in einer Trennfuge 12 eines Pleuelkopfes 13 angebracht worden sind. Diese Trennkerben sind nicht maßstäblich sondern der Anschaulichkeit halber vergrößert dargestellt. Die Trennkerben können andere geeignete Formen aufweisen, bei- spielsweise statt einer Kehlnut V-förmig ausgebildet sein.

In Fig. 2 sind ein Lagerdeckel 14 und das übrige Pleuel als getrennte Einzelteile dargestellt. Diese beiden Einzel¬ teile sind über zwei Pleuelschrauben 15 lose miteinander verbunden. Zur spanenden Nachbarbeitung des Pleuelkopfes

13 wird der Lagerdeckel 14 mit dem übrigen Pleuel 16 durch

die Pleuelschrauben 15 fest verbunden. Die spanende Nach¬ bearbeitung des Pleuelauges 17 erfolgt zweckmäßig gleich¬ zeitig mit derjenigen des Pleuelkopfes 13.

Fig. 3 zeigt, daß außer den beiden Trennkerben 11 in der

Trennfuge 12 zwischen dem Pleuelkopf 13 und dem Lagerdeckel 14 eine Verlaufskerbe 18 ausgebildet ist. Diese ist bei der Herstellung eines Loches 19 für die nicht dargestellte Pleuelschraube ausgebildet worden. Dabei weist die Verlaufs- kerbe 18 die Form einer Ringnut auf. Die Verlaufskerbe 18 kann aber auch beim oder nach dem Schneiden eines Gewindes 20 für die nicht dargestellte Pleuelschraube hergestellt werden.