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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein geteiltes Lager, insbesondere an einem Pleuel (1), in welchem eine Trennkerbe (11a-11d) vorgesehen ist. Um eine zuverlässige und genaue Paarung der Bruchteile zu gewährleisten, weist die Trennkerbe (11a-11d) über ihre Gesamtlänge hinweg Variationen (16a-16d) in bezug auf ihre Tiefe (25c) und/oder ihren Abstand (17a, 17a', 17b, 17b') zu einer Teilungsebene (8) und/oder ihre Winkelausrichtung (26, 26') gegenüber der Teilungsebene (8) auf.
    公开号:DE102004026297A1
    申请号:DE200410026297
    申请日:2004-05-28
    公开日:2005-09-01
    发明作者:Cornelius Dipl.-Ing. Hentrich；Volker Dipl.-Ing. Keck；Franz Dr.-Ing. Rückert
    申请人:DaimlerChrysler AG；
    IPC主号:B23D31-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein geteiltes Lager nach den Merkmalen des Oberbegriffsdes Anspruchs 1.
    [0002] Ausder DE 43 32 444 A1 isteine geteilte Lageranordnung von Pleueln bekannt, die durch Abspalteneines die Lagerbohrung begrenzenden Lagerdeckels mittels Bruchtrennen(Cracken) gebildet ist. Bei Verwendung dieses Bruchtrennverfahrens wirdein passgenaues Fügenvon Lagersattel und Lagerdeckel durch die Bruchflächen erreicht,wodurch eine genaue Passung des feingearbeiteten Lagers auf derdazugehörigenAchse sichergestellt ist. HöherfesteWerkstoffe, die zur Fertigung der Pleuel eingesetzt werden, weisenjedoch sehr feinkörnigeGefügeauf und ergeben ein entsprechend glattes Bruchbild. Dies läuft dereigentlichen Zielsetzung des Bruchtrennverfahrens entgegen, diedarin besteht, überdie Erzeugung eines ausreichend ausgeprägten Bruchreliefs eine Zentrierungder Bruchteile zueinander zu erreichen. Bei höherfesten Werkstoffen bestehtdaher die Gefahr, dass die Bruchteile fehlerhaft positioniert undauf deren Bruchflächenbei Belastung Reliefspitzen plastifiziert werden, was die Schraubenkräfte zwischenLagersattel und Lagerdeckel reduziert und sogar zum Versagen derSchraubenverbindung führenkann.
    [0003] Umeinen ausgeprägtengegenseitigen Formeingriff beim Wiederzusammenfügen zu erreichen, wird in der DE 43 32 444 A1 vorgeschlagen, keramischePartikel im Bereich der Bruchtrennstelle einzugießen, diespäterein ausgeprägtesBruchrelief auch bei Werkstoffen mit feinkörnigem Gefüge ermöglichen.
    [0004] Ausder DE 198 29 147A1 ist eine geteilte Lageranordnung von Pleueln bekannt,bei der alternativ zur genaueren Positionierung der Bruchteile desPleuels vorgeschlagen wird, die Bruchflächen unter einem Winkel zurSchraubennormalen der Verschraubung anzuordnen.
    [0005] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geteiltes Lager anzugeben,welches eine zuverlässigePositionierung von Lagersattel und Lagerdeckel zueinander gewährleistet.
    [0006] DieAufgabe wird erfindungsgemäß durch dieMerkmale des Anspruchs 1 gelöst.GünstigeAusgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibungsowie den weiteren Ansprüchenzu entnehmen.
    [0007] Erfindungsgemäß ist eingeteiltes Lager, insbesondere an einem Pleuel, abschnittsweise miteiner Trennkerbe versehen, welche über ihre Gesamtlänge hinwegvariiert. Als weiteres Beispiel für den erfindungsmässigen Einsatzsind gegossene Lagerstühlenmit geteilten Lagern anzuführen.
    [0008] Ausdem Stand der Technik , beispielsweise der DE 43 32 444 A1 , ist esbekannt, im Lagerbereich Trennkerben vorzusehen, die die Separationvon Lagersattel und Lagerdeckel durch Bruchtrennen erleichtern sollen;diese Trennkerben reduzieren die zum Bruchtrennen erforderlichenCrackkräfteund stellen sicher, dass die Starterrisse, die die Bruchtrennungeinleiten, an einem genau vordefinierten Bereich des Lagers erzeugt werden.Herkömmlicherweisesind diese Trennkerben in einer solchen Art und Weise im Lagerbereichangeordnet, dass sie sich in der Teilungsebene befinden und über ihreGesamtlängehinweg einen konstanten Verlauf haben. Die Erfahrung zeigt jedoch,dass bei Verwendung einer solchen konstanten Trennkerbe nur dannein ausgeprägtesBruchrelief erzeugt werden kann, wenn die Kerbe eine sehr geringeTiefe besitzt. Dann sind zur Bruchtrennung allerdings sehr hoheCrackkräftenotwendig; weiterhin treten gehäuftFertigungsfehler (Ausbruch, Versatz oder Ovalisierung des Lagers)auf, was summarisch zu einem hohen Fertigungsausschuss führt.
    [0009] Dievorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Form,Tiefe und Ausrichtung der Trennkerbe einen entscheidenden Einflussauf die Oberflächentopografieder Bruchflächehaben: Erfindungsgemäß ist dieTrennkerbe so gestaltet, dass sie Variationen in bezug auf ihreTiefe und/oder in bezug auf ihren Abstand zur Teilungsebene und/oderin bezug auf ihre Winkelausrichtung gegenüber der Teilungsebene aufweist.
    [0010] Dieerfindungsgemäßen Variationender Trennkerbe führenzu einem ausgeprägtenBruchrelief, das eine sichere Positionierung von Lagersattel undLagerdeckel zueinander gewährleistet,unabhängigdavon, wie feinkörnigdas Gefügedes das Lager bildenden Werkstoffs ist. Durch eine geeignete Wahlder Variationen kann das Bruchrelief dem Werkstoff des Pleuels entsprechendeingestellt werden. Die Erfindung ist daher auch besonders für getrennteLager aus höherfestenoder höchstfesten Werkstoffen,insbesondere Stahl, geeignet.
    [0011] Vorzugsweisesind die Variationen der Trennkerbe periodisch und in einer solchenWeise auf die Pleuelgeometrie abgestimmt, dass die Trennkerbe über ihreGesamtlängehinweg zwischen zwei und vier Perioden aufweist.
    [0012] Ineiner ersten Ausgestaltung der Erfindung entsprechen die Variationeneiner Sprungfunktion; die Trennkerbe weist in diesem Fall disjunkteBereiche auf, die vorzugsweise alternierend oberhalb und unterhalbder Teilungsebene angeordnet sind. Aufgrund der Sprünge derTrennkerbe treten beim Bruchtrennen des Pleuels an diesen Stellenbesonders markante Strukturierungen der Trennfläche auf.
    [0013] Ineiner weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung hat die Trennkerbedie Form einer stetig differenzierbaren Wellenlinie, insbesondereeiner Wellenlinie mit näherungsweisesinusförmigemVerlauf und mit Minima und Maxima, die oberhalb bzw. unterhalb derTeilungsebene liegen. Als besonders günstig hat sich eine langwelligeSinusform mit vergleichsweise geringer Amplitude erwiesen: In diesem Fallfolgt die Bruchfront beim Cracken der vorgegebenen Sinuskurve, wodurchsich im Bruchanfangsbereich eine gewellte, muschelartig geformteFläche ergibt,die sich erfahrungsgemäß im Regelfallwährenddes weiteren Bruchverlaufs einer ebenen Form annähert. Auf diese Weise wirdeine gute Oberflächenstrukturierungerreicht, die ein passgenaues Fügenvon Lagersattel und Lagerdeckel nach dem Cracken gewährleistet;gleichzeitig wird eine allzu starke Zerklüftung der Bruchfläche-Topografie(und somit die Gefahr von Ausbrüchen)vermieden. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, die Amplitudeder Sinuskurve auf einen Maximalwert von 1,5 mm zu beschränken; vorzugsweiseliegt die Amplitude zwischen 0,5 mm und 1,0 mm.
    [0014] Besondersvorteilhaft ist es, wenn an den beiden gegenüberliegenden Schenkeln desLagers Trennkerben vorgesehen werden, die sich in bezug auf dieLage der Periodenmaxima unterscheiden; insbesondere können diePeriodenmaxima gegeneinander zwischen einer viertel- und einer Dreiviertel-Periodever schoben sein. Das hat den Vorteil, dass der durch Bruchtrennungabgeteilte Lagerdeckel bei der Montage nicht verdreht an den Lagersattelangeschraubt werden kann.
    [0015] Für das Bruchtrennenist es sehr günstig, wenndie Trennkerbe im Bereich der Lagerfläche angebracht ist, weil aufdiese Weise das beim Bruchtrennen auszubildende Bruchrelief durcheinen definierten Rissverlauf besonders gezielt beeinflusst bzw.effektiv verstärktwerden kann; weiterhin können beider dabei auftretenden Rissfortschrittsrichtung auch geometrischeUnstetigkeiten des Lagers vorteilhaft berücksichtigt werden. Durch dieerfindungsgemäße Gestaltungder Trennkerbe könnensolche Unstetigkeiten sogar gezielt verstärkt werden, was das Bruchtrennenund das anschließendegenaue Positionieren beim Wiederzusammensetzen der Bruchteile weitervereinfacht.
    [0016] Einbevorzugtes Verfahren zur Erzeugung der Trennkerbe besteht darin,die Trennkerbe mit Hilfe von Laserstrahlung zu erzeugen. Ein Laserstrahl mitausreichender Energie und Intensität lässt sich verfahrenstechnischgünstigin die Lagerflächehinein lenken. Dort kann entlang der Trennkerbe das Gefüge durchLaserbestrahlung geschwächtwerden, z.B. durch Oxidation oder lokale Verdampfung. Umfasst dieTrennkerbe Bereiche unterschiedlicher Winkelausrichtung gegenüber derTeilungsebene, so empfiehlt sich der Einsatz zweier Laser, die inden ausgewähltenunterschiedlichen Winkeln gegenüber derTeilungsebene angeordnet sind.
    [0017] Alternativoder zusätzlichzur Laserbearbeitung kann die Trennkerbe auch mechanisch, beispielsweisemit einem scharfen Werkzeug, und/oder alternativ auch thermischeingearbeitet sein. Weiterhin kann die Trennkerbe spanlos durchUm- oder Urformung und/oder elektrochemisch eingebracht werden.
    [0018] Imfolgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungenbeschriebener Ausführungsbeispielenäher erläutert. DieZeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmalein Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtenund zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
    [0019] Dabeizeigen:
    [0020] 1 Eineschematische Darstellung eines Pleuels mit einer variierenden Trennkerbeim Lagerbereich,
    [0021] 2 eine Detailansicht des Bereichs II des Pleuelsder 2, 2a vordem Bruchtrennen und 2b nachdem Bruchtrennen.
    [0022] 3 mehrere der 2a entsprechende Detailansichtenmit alternativen Ausgestaltungen der Trennkerbe: 3a Trennkerbemit strichförmigenAbschnitten, die unterschiedlich stark gegenüber der Teilungsebene versetztsind; 3b Trennkerbe mit Variationender Kerbtiefe; 3c Trennkerbe mit strichförmigen Abschnitten, dieunterschiedlich stark gegenüberder Teilungsebene gekippt sind.
    [0023] Dasin 1 dargestellte, als Pleuel 1 ausgebildetegeteilte Lager besteht aus einem Pleuelschaft 2, einemPleuelkopf 3 und einem Pleuelauge 4. Eine Teilungsebene 8 stelltdie Sollbruchstelle für dieBruchtrennung des Pleuelauges 4 in Lagersattel 5 undLagerdeckel 6 dar. In der Teilungsebene 8 befindensich in einer Umrandung des Pleuelauges 4 zwei ebene Solltrennflächen 9.Weiterhin sind im Bereich der Teilungsebene 8 Durchführungen 7 für (zeichnerischnicht dargestellte) Befestigungsschrauben vorgesehen, die zur anschlie ßenden Befestigungdes Lagerdeckels 6 auf dem Lagersattel 5 dienen.
    [0024] Ineinem Bereich 10 innerhalb des Pleuelauges 4,d.h. im Bereich einer Lagerfläche 14,werden mit Hilfe eines (schematisch angedeuteten) energiereichenLasers 12 zwei Trennkerben 11a für das Bruchtrennverfahrenin das Pleuel 1 eingebracht. Hierzu wird der Laserstrahl 13 desLasers 12 auf die Lagerfläche 14 gelenkt und(beispielsweise in mit Hilfe einer in 1 nichtgezeigten Scanmimik) in einer solchen Weise gegenüber derLagerfläche 14 geführt, dassTrennkerben 11a mit der in 1 dargestelltensinusförmigenKontur 15a erzeugt werden. Im Interesse einer besserenSichtbarmachung sind die Tiefe und Breite der Trennkerben in denFiguren stark überhöht dargestellt. – Das aufdiese Weise vorbereitete Pleuel 1 wird nun einem Bruchtrennprozess unterworfen,bei dem die Bruchtrennung an den beiden gegenüberliegenden Trennkerben 11a eingeleitetwird, an der zunächstStarterrisse entstehen, die sich – ausgehend von der Trennkerben 11a – flächenhaftausbilden und sich übereine Bruchfläche 22 hin vomInneren des Pleuelauges 4 nach außen fortpflanzen, bis der Lagerdeckel 6 vomLagersattel 5 getrennt ist.
    [0025] 2a und 2b zeigenDetailansichten des Pleuels 1 im Bereich der Trennkerbe 11a vor (2a)und nach (2b) dem Bruchtrennen: Die Kontur 15a derTrennkerbe 11a weist Variationen 16a in bezugauf ihren Abstand 17a,17a' zur Teilungsebene 8 auf,so dass Teilbereiche 17a der Trennkerbe 11 oberhalbund andere Teilbereiche 17a' unterhalbder Teilungsebene 8 liegen. Die Wellenlänge 18a der Sinuskontur 15a istso gewählt,dass sie in etwa der Hälfteder Gesamtbreite 19 des Pleuels 1 im Bereich derTeilungsebene 8 entspricht, so dass über die Breite 19 desPleuels 1 hinweg zwei Minima 20a und zwei Maxima 20a' der Sinuskontur 15a vorliegen.Die Amp litude 21a der Sinuskontur 15a liegt inder Größenordnungeines Millimeters (und ist vorzugsweise geringer als 1,5 mm). DieseAmplitude 21a ist in 2a und 2b zurVerdeutlichung stark überhöht dargestellt.
    [0026] DieStruktur der Trennfläche(Bruchfläche) 22a,die mit einer solchen sinusförmigenGestaltung der Trennkerbe 11a erzielt wird, ist in 2b dargestellt,die den Lagersattel 5 der 2a nachdem Bruchtrennen zeigt: In einem der Lagerfläche 14 benachbartenBruchanfangsbereich 23a hat die Trennfläche 22a aufgrund derSinusform der Trennkerbe 11a eine sinusförmig gewellte,muschelförmigeGestalt, welche mit fortschreitendem Bruchverlauf abflacht und imlagerfernen Bereich 24a so weit abgeklungen ist, dass dieTrennfläche 22a hiernäherungsweiseeben ist. Die ausgeprägteWellenform der Trennfläche 22a imlagernahen Bereich 23a gewährleistet eine hochgenaue Passungdes Lagersattels 5 und des Lagerdeckels 6 nachdem Bruchtrennen auch dann, wenn die Trennfläche 22a ansonsten (aufgrundder Feinkörnigkeitdes Pleuelwerkstoffs) sehr glatt ist.
    [0027] 3a zeigteine alternative Gestaltung der Trennkerbe 11b, welcheaus mehreren disjunkten Abschnitten besteht, die in Abständen 17b,17b' oberhalb undunterhalb der Teilungsebene 8 angeordnet sind; ebenso wiedie Trennkerbe 11a der 2a weistauch diese Trennkerbe 11b somit Variationen 16b inbezug auf ihren Abstand 17b,17b' von der Teilungsebene 8 auf.Die Variationen 16b sind periodisch und haben eine Periode 18b,die näherungsweiseeinem Drittel der Breite 19 des Pleuelkopfs entspricht.Der Abstand 17b,17b',um den die Abschnitte 11b der Trennkerbe gegenüber derTeilungsebene 8 versetzt sind, beträgt maximal einige Zehntel Millimeter.
    [0028] Eineweitere Ausgestaltung der Trennkerbe 11c ist in 3b dargestellt.Hier verläuftdie Trennkerbe 11c in der Teilungsebene 8 undweist Variationen 16c bezüglich ihrer Eindringtiefe 25c auf.Die Variationen 16c sind periodisch und näherungsweisesinusförmigmit einer Wellenlänge 18c,die näherungsweiseeinem Drittel der Breite 19 des Pleuelkopfs entspricht.Die Eindringtiefe 25c der Trennkerbe 11c variiertdabei um wenige Zehntel Millimeter. Eine solche Variation 16c derEindringtiefe 25c kann beispielsweise durch eine Modulationder Laserleistung erreicht werden. Die Variation 16c derEindringtiefe führtzu einer wellenförmigenKontur 15c, an der währendder Bruchtrennung die Starterrisse beginnen. Dadurch wird eine lokaleVariation des Rissverlaufs erreicht, der eine Strukturierung derTrennflächezur Folge hat.
    [0029] Inder in 3c gezeigten Ausgestaltung bestehtdie Trennkerbe 11d aus mehreren geradlinigen Abschnitten 17d,17d', die sich bezüglich ihrerWinkelausrichtung 26,26' gegenüber der Teilungsebene 8 unterscheiden.Die Variation 16d der Trennkerbe 11d entsprichtdaher einem Wechsel zwischen zwei unterschiedlichen Winkelausrichtungen 26,26'; eine solchermaßen variierendeTrennkerbe 11d kann beispielsweise mit Hilfe zweier (in 3c schematisch angedeuteter)Laser 12,12' erzeugtwerden, deren Strahlen 13,13' in den Winkeln 26,26' gegenüber der Teilungsebene 8 aufdie Lagerfläche 14 einfallen,und die versetzt zueinander strichförmige Kerbungsabschnitte 17d,17d' erzeugen. DieEindringtiefe 25d,25d' der Kerbungsabschnitte 17d,17d' ist in 3c stark überhöht dargestellt.Wie sich herausgestellt hat, brauchen die Kerbungsabschnitte 17d,17d' keine unterschiedlicheWinkelausrichtung 26,26' aufweisen: Es genügt vielmehr,wenn die Kerbungsabschnitte 17d,17d' um denselben Winkel 26 (der ≠ 0 sein muss)gegenüberder Teilungsebene gekippt sind; dann entsteht beim Cracken des Pleuelseine insgesamt gegenüberder Teilungsebene 8 geneigte Bruchfläche.
    [0030] Selbstverständlich sindneben den in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen der Trennkerbe weitereGestaltungen möglich,bei denen Variationen der Trennkerbe in bezug auf ihre Tiefe, ihreLage und ihre Ausrichtung in geeigneter Weise miteinander kombiniertwerden.
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Geteiltes Lager, insbesondere an einem Pleuel (1), – welcheseine durch das Lager verlaufende Trennfläche (22) aufweist,die durch Bruchtrennen des Lagers gebildet ist, – wobeidas Lager abschnittsweise mit einer Trennkerbe (11a–11d)versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieTrennkerbe (11a–11d) über ihreGesamtlängehinweg Variationen (16a–16d) in bezug aufihre Tiefe (25c) und/oder ihren Abstand (17a,17a',17b,17b') zu einer Teilungsebene(8) und/oder ihre Winkelausrichtung (26,26') gegenüber derTeilungsebene (8) aufweist.
    [2] Geteiltes Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Trennkerbe (11a–11d) im Bereich derLagerfläche(14) angebracht ist.
    [3] Geteiltes Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Variationen (16a–16d) der Trennkerbe(11a–11d)periodisch sind.
    [4] Geteiltes Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Periode (18a–18d)der Variationen (16a–16d)der Trennkerbe (11a–11d)in einer solchen Weise an eine Breite (19) der Lagerfläche (14)angepasst ist, dass die Trennkerbe (11a–11d) entlang derBreite (19) der Lagerfläche(14) zwischen zwei und vier Perioden (18a–18d)aufweist.
    [5] Geteiltes Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Variationen eine Sprungfunktion entsprechen,so dass die Tiefe (25c) der Trennkerbe (11a–11d) und/oderihr Abstand (17a,17a',17b,17b') zur Teilungsebene(8) und/oder ihre Winkelausrichtung (26,26') gegenüber derTeilungsebene (8) zwischen mindestens zwei diskreten Wertenvariiert.
    [6] Geteiltes Lager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,dass die periodischen Variationen (16a,16c) einerstetig differenzierbaren, vorzugsweise einer näherungsweise sinusförmigen, Funktionentsprechen.
    [7] Geteiltes Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass eine Amplitude (21a) des periodisch variierenden Abstands(17a,17a')der Trennkerbenkontur (16a) zur Teilungsebene (8)maximal 1,5 mm beträgtund vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,0 mm liegt.
    [8] Geteiltes Lager nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet,dass im Bereich der Lagerfläche(14) zwei Trennkerben (10) vorgesehen werden, dievorzugsweise in einander gegenüberliegenden Bereichender Lagerfläche(14) angeordnet sind und die sich in bezug auf die Lageder Periodenmaxima (20a')unterscheiden.
    [9] Geteiltes Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Trennkerbe (11a–11d)mit Hilfe von Laserstrahlung (13,13') erzeugt ist.
    [10] Geteiltes Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Trennkerbe (11d) mit Hilfe zweier Laser (12,12') erzeugt ist,deren Laserstrahlen (13,13') um unterschiedlichen Einfallswinkel (26,26') gegenüber derTeilungsebene (8) geneigt sind.
    [11] Geteiltes Lager nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkerbe (11a–11d)durch Um- oder Urformung eingebracht wird.
    [12] Geteiltes Lager nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkerbe (11a–11d)mechanisch spangebend eingebracht wird.
    [13] Geteiltes Lager nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkerbe (11a–11d)elektrochemisch eingebracht wird.
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