Stand der Technik [0002] Um sinterbedingte Vorteile einerseits hinsichtlich der Einhaltung von Gewichtstoleranzen und anderseits bezüglich der einfacheren Fertigung aus- nützen zu können, wurde bereits vorgeschlagen, Pleuelstangen fur Verbren- nungskraftmaschinen durch ein Sintern warmgepreßter Pulverrohlinge herzu- stellen. Die Schäfte dieser Pleuelstangen werden durch zwei gegebenenfalls durch einen Verbindungssteg versteifte Längsstege gebildet, die vom Pleuel- stangenauge zum Pleuelstangenkopf hin divergieren. Diese Ausführungsform der Pleuelstangen konnten den statischen und dynamischen Festigkeitsanfor- derungen insbesondere bei Fahrzeugmotoren trotz der im Vergleich zu Schmiedepleueln geringeren Festigkeit der gesinterten Pleuelstangen genü- gen. Solche gesinterte Pleuelstangen sind jedoch wegen der größeren Schaft- breite im Übergangsbereich zum Pleuelstangenkopf kaum für den Einsatz bei kurzhubigen Verbrennungskraftmaschinen geeignet, weil die größere Schaft- breite im Übergangsbereich zum Pleuelstangenkopf den möglichen Schwenk- winkel der Pleuelstange wesentlich einengt, die den Zylinder nicht berühren darf. Versuche, die Schaftbreite im Übergangsbereich zum Pleuelstangenkopf durch parallele Stege und kleinere Übergangsradien an den Außenflanken der Längsstege zu verringern, haben zu einer unzulässigen Verringerung der Dauerbruchsicherheiten geführt, insbesondere im Bereich der Olbohrungen, die unmittelbar neben den Schäften in den Pleuelstangenköpfen vorgesehen werden, um den Zylindern und Kolben über die Kurbelwelle Öl zu Schmier-und Kühlzwecken zuzuführen.

Darstellung der Erfindung [0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gesinterte Pleu- elstange der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß sie für kurzhu- bige Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden kann, ohne eine ausrei- chende Dauerbruchsicherheit zu gefährden.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Längsstege des Schaftes vom Pleuelstangenkopf zum Pleuelstangenauge divergieren.

[0005] Da sich zufolge dieser Maßnahme die Schaftbreite vom Kolbenstange- nauge zum Kolbenstangenkopf hin verringert, können trotz ausreichend großer Übergangsradien zwischen den Schaftaußenflanken und dem Pleuelstangen- kopf Pleuelstangenabmessungen sichergestellt werden, die einen unbe- schränken Einsatz bei kurzhubigen Verbrennungskraftmaschinen erlauben, und zwar bei einer ausreichenden Dauerbruchsicherheit. Die gegen das Pleu- elstangenauge divergierenden Stege des Schaftes bedingen eine gleichmäßi- gere Spannungsverteilung im Übergangsbereich zwischen dem Pleuelstange- nauge und dem Schaft, was die gleichmäßige Belastung der beiden Längste- ge des Schaftes unterstützt und vorteilhafte Voraussetzungen zum Einpressen des Kolbenzapfens in das Pleuelstangenauge schafft. Im Bereich des Pleuel- stangenkopfes wird hingegen durch die konvergierenden Längsstege eine Spannungskonzentrierung im Übergangsbereich mit der Wirkung erhalten, daR die umfangsseitig anschließenden Bereiche entlastet werden. Dies kommt dem Spannungszustand im Bereich einer allfälligen Olbohrung zugute, die ja im Bereich dieser Spannungsentlastungen zu liegen kommt, so daß sich die kriti- schen Spannungen im Bereich der Ölbohrungen in einer zulässigen Größe bewegen. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der gesinterten Pleuel- stangen kann daher das dynamische Festigkeitsverhalten an die auftretenden Belastungen vorteilhaft angepaßt und eine auch in kritischen Bereichen ausrei- chende Dauerbruchsicherheit gewährleistet werden.

[0006] Da die Spannungskonzentration im Übergangsbereich zwischen dem Schaft und dem Pleuelstangenkopf von der Ausbildung der Rundung zwischen den inneren Stegflanken der Längsstege abhängt, kann über diese Rundungs- ausbildung Einfluß auf das Dauerbruchverhalten genommen werden. So kön- nen zu einer weitergehenden Entlastung der an den Schaft anschließenden Umfangsbereiche des Pleuelstangenkopfes die Stegflanken und die mittige Rundung über Anschlußrundungen ineinander übergehen, deren Achsen je- weils auf der Seite des gegenüberliegenden Längssteges außerhalb des Schaftes liegen. Durch diese Maßnahme kann der Radius der mittigen Run- dung unabhängig vom Verlauf der Stegflanken verkleinert werden, was zu der angestrebten Spannungskonzentration führt. Die Außerhalb des Schaftes liegenden Achsen der Anschlußrundungen, die einen stetigen Übergang zwi- schen den Stegflanken und der mittigen Rundung erlauben, sichern ausrei- chend große Krümmungsradien für die Anschlußrundungen, um für einen vorteilhaften Spannungsverlauf in den Längsstegen des Schaftes zu sorgen.

Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich in diesem Zu- sammenhang, wenn die Krümmungsradien der Anschlußrundungen wenig- stens dem zehnfachen, vorzugsweise mindestens dem zwanzigfachen Radius der mittigen Rundung entsprechen. Der Radius der mittigen Rundung soll dabei höchstens 5 mm betragen.

[0007] Obwohl der Winkel, unter dem die beiden Längsstege des Schaftes divergieren, von verschiedenen Konstruktionsparametern abhängt, ergeben sich für die meisten Einsatzfälle vorteilhafte Bedingungen, wenn die beiden Längsstege des Schaftes unter einem Mindestwinkel von 2° divergieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0008] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise darge- stellt. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße gesinterte Pleuelstange für eine Verbren- nungskraftmaschine in einer schematischen, zum Teil aufgerissenen Ansicht, Fig. 2 diese Pleuelstange in einem Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1, Fig. 3 eine erfindungsgemäße gesinterte Pleuelstange in einem vereinfachten Schaubild, in dem Bereiche mit einer unterschiedlichen Dauerbruchsi- cherheit eingezeichnet sind und Fig. 4 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Pleuelstange in einem achsnormalen Schnitt durch den Pleuelstangenkopf im Bereich der Öl- bohrung in einem größeren Maßstab, wobei wiederum Bereiche unter- schiedlicher Dauerbruchsicherheit eingetragen sind.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung [0009] Die dargestellte Pleuelstange weist in herkömmlicher Weise ein Pleu- elstangenauge 1 zum Einpressen eines Kolbenzapfens, einen Schaft 2 und einen Pleuelstangenkopf 3 am anderen Ende des Schaftes 2 auf. Der Schaft 2 wird durch zwei Längsstege 4 gebildet, die vom Pleuelstangenkopf 3 zum Pleuelstangenauge 1 hin divergieren und durch einen Verbindungssteg 5 ver- steift sind, um eine möglichst hohe Eigenfrequenz sicherzustellen.

[0010] Zur Herstellung dieser Pleuelstange wird zunächst ein Formkörper aus einem geeigneten Sinterpulver warmgepreßt, bevor dieser Formkörper mit Bohrungen 6 für Lagerschrauben und mit einer Ölbohrung 7 versehen wird.

Nach dem Sintern des Formkörpers kann der Pleuelstangenkopf 3 durch eine Bruchtrennung entlang einer in der Fig. 1 strichpunktiert angedeuteten Soll- bruchfläche 8 geteilt werden, so daß für das vom Pleuelstangenkopf 3 aufzu- nehmende Kurbeizapfenlager ein entsprechender Lagerdeckel erhalten wird.

[0011] Aufgrund der dynamischen Beanspruchung von Pleuelstangen kommt der Dauerbruchsicherheit dieser Pleuelstangen eine besondere Bedeutung zu.

Um die geringere Festigkeit gesinterter Pleuelstangen auszugleichen und die Schaftbreite im Übergangsbereich zum Pleuelstangenkopf 3 zu begrenzen, konvergieren die Längsstege 4 des Schaftes 2 gegen den Pleuelstangenkopf 3 hin. Die damit verbundenen Spannungsverlagerungen bei den auftretenden Druck-, Zug-und Biegebelastungen ergeben mit den jeweiligen Festigkeitsei- genschaften der einzelnen Bereiche in diesen Bereichen unterschiedliche Dauerbruchsicherheiten, wie sie in den Fig. 3 und 4 nach entsprechenden Berechnungen angedeutet sind. Dabei zeigen die ungepunkteten Pleuelstan- genbereiche eine Dauerbruchsicherheit größer als 3,5. Die geringfügig ge- punkteten Bereiche weisen eine Dauerbruchsicherheit zwischen 2,5 und 3,5 und die dichter gepunkteten Bereiche eine Dauerbruchsicherheit zwischen 1,6 und 2,5 auf. Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, liegt die Dauerbruchsi- cherheit im Bereich der Olbohrung 7 über einen geforderten Wert von 1,6. Dies ist nur möglich, weil der Bereich der Olbohrung 7 durch eine Spannungskon- zentration im Mittenbereich zwischen den beiden Längsstegen 4 entlastet werden kann. Diese Spannungskonzentration wird durch die mittige Rundung 9 zwischen den Längsstegen 4 erreicht, die einen vergleichsweise kleinen Run- dungsradius von beispielsweise 2,5 mm aufweist. Um solch eine Rundung 9 mit kleinem Durchmesser zwischen den Längsstegen 4 vorsehen zu können, ohne eine ungünstige Spannungsverteilung in den Längsstegen zu erhalten, geht die Rundung 9 über AnschluRkrümmungen 10 stetig in die einander zuge- kehrten Stegflanken 11 über, wobei der Krümmungsradius r dieser Anschluß- krümmungen 10 beispielsweise dem 50fachen Radius der Rundung 9 ent- spricht. In der Fig. 1 sind diese Größenverhältnisse angedeutet.

[0012] Im Bereich des Pleuelstangenauges 1 ergeben sich aufgrund der zu diesem Pleuelstangenauge 1 hin beispielsweise unter einem Winkel von 4° divergierenden Längsstege 4 ebenfalls günstige Spannungsverteilungen, die ein Einpressen des Kolbenzapfens erlauben. Die Dauerbruchsicherheiten liegen auch im Bereich des Pleuelstangenauges 1 oberhalb der zu fordernden Mindestwerte.