DE102008003032A1 - Connecting rod for machine i.e. internal combustion engine in automotive application, has connecting rod bearing with lateral processing surface that exhibits three-dimensionally designed processing geometry in partial area - Google Patents

Abstract

The rod has a connecting rod shaft with a processed connecting rod bearing at ends of the connecting rod shaft. The connecting rod bearing exhibits a processed cylindrical bearing surface and a lateral processing surface. The lateral processing surface of the connecting rod bearing has a three-dimensionally designed processing geometry in a partial area. A form of three-dimensional designed processing geometry exhibits a cylindrical drop. The bearing surface of the connecting rod bearing is designed in oval-shape in a cross section. An independent claim is also included for a method for processing of a connecting rod bearing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pleuel zum Einsatz in Maschinen sowie ein Verfahren zur Bearbeitung eines Pleuellagers mit einer im Wesentlichen zylinderförmigen Lagerfläche.The The invention relates to a connecting rod for use in machines and a Method for machining a connecting rod bearing with a substantially cylindrical bearing surface.

Bei der Umwandlung translatorischer Bewegungen in rotatorische Bewegungen werden in Maschinen in großem Umfang Pleuel eingesetzt. Die Pleuellager, d. h. die Lagerflächen der radialen Lager, eines Pleuelschaftes sind dabei sehr hoher Belastung ausgesetzt. Insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen, hier vor allem im Kraftfahrzeugbau, sind die Belastbarkeit und die Lebensdauer der Pleuellager wesentlich für die Funktion und die Lebensdauer einer Maschine.at the conversion of translatory movements into rotational movements are used in machines on a large scale connecting rod. The connecting rod bearings, d. H. the bearing surfaces of the radial bearings, one Connecting rod shaft are exposed to very high stress. Especially in internal combustion engines, especially in the automotive industry, are the load capacity and the life of the connecting rod bearing essential for the function and life of a machine.

Aus der DE 40 17 215 C2 ist eine Vorrichtung zum elektrochemischen Entgraten von Kanten von Pleuelaugen bekannt. Dabei werden die durch das Bohren der so genannten Pleuelaugen, d. h. der Pleuellagerflächen, im Pleuelschaft entstehenden Grate elektrochemisch bearbeitet. Nachteilig ist dabei allerdings weiterhin, dass die Pleuellagerflächen an sich hierdurch keine Steigerung der Belastbarkeit und somit auch eine Erhöhung der Lebensdauern erfahren.From the DE 40 17 215 C2 a device for electrochemical deburring of edges of connecting rods is known. In this case, the burrs resulting from the drilling of the so-called connecting rod ends, ie the conrod bearing surfaces, in the connecting rod shaft are processed electrochemically. However, it is also disadvantageous that the connecting rod bearing surfaces themselves do not experience an increase in load capacity and thus an increase in service life.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Pleuel anzugeben, welches eine höhere Belastung und gleichzeitig eine erhöhte Lebensdauer ermöglicht, sowie ein verbessertes Verfahren zur Bearbeitung von höher belastbaren Pleuellagern anzugeben.outgoing From the prior art, the invention is therefore based on the object specify a connecting rod, which is a higher load and at the same time allows an increased life, and an improved method for processing higher to specify loadable connecting rod bearings.

Die Aufgabe in Bezug auf das anzugebende Pleuel wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. In Bezug auf das anzugebende Verfahren zur Bearbeitung eines Pleuellagers wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.The Task with respect to the connecting rod to be specified by the features of claim 1. In terms of the given Method for processing a connecting rod bearing is the task by the features of claim 7 solved. Further advantageous Embodiments and developments of the invention will be apparent from the Subclaims and the description forth.

Die Aufgabe hinsichtlich des anzugebenden Pleuels wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Pleuel, aufweisend einen Pleuelschaft, welcher an seinen Enden jeweils ein bearbeitetes Pleuellager aufweist, wobei ein Pleuellager eine bearbeitete zylindrische Lagerfläche und mindestens eine seitliche Bearbeitungsfläche aufweist, derart ausgestaltet ist, dass zumindest eine seitliche Bearbeitungsfläche eines Pleuellagers in mindestens einem Teilbereich eine dreidimensional ausgestaltete Bearbeitungsgeometrie aufweist.The Task with regard to the specified connecting rod is characterized according to the invention solved that the connecting rod, comprising a connecting rod shank, which has at its ends in each case a machined connecting rod bearing, wherein a connecting rod bearing is a machined cylindrical bearing surface and has at least one lateral processing surface, is configured such that at least one lateral processing surface a conrod bearing in at least a portion of a three-dimensional has configured machining geometry.

Der Vorteil dieser Erfindung ist, dass durch die dreidimensional ausgestaltete Bearbeitungsgeometrie der seitlichen Bearbeitungsfläche eine wesentlich bessere Versorgung der seitlichen Anlauffläche des Pleuellagers, d. h. der seitlichen Bearbeitungsfläche mit einem Schmiermedium, vorzugsweise Öl, im Betriebzustand erfolgt. Im Vergleich zum Stand der Technik, welcher eine planparallele seitliche Bearbeitung offenbart, resultiert aus der erfindungsgemäßen dreidimensionalen Ausgestaltung der Bearbeitungsfläche eine wesentlich verbesserte Durchfluss des Schmiermediums im tribologisch hoch beanspruchten Pleuellager. Daraus folgt, dass das Pleuellager in vorteilhafter Weise höher belastbar ist.Of the Advantage of this invention is that through the three-dimensionally designed Processing geometry of the lateral processing surface a much better supply of the lateral contact surface of the connecting rod bearing, d. H. the lateral processing surface with a lubricating medium, preferably oil, in the operating state he follows. Compared to the prior art, which is a plane-parallel lateral processing revealed results from the invention three-dimensional design of the processing surface a significantly improved flow of the lubricating medium in the tribologically high claimed conrod bearings. It follows that the connecting rod bearing in advantageously higher load capacity.

Grundsätzlich erfolgt die Zuführung des Schmiermediums im Pleuellager über eine Bohrung im Lagerzapfen. Durch entsprechenden Schmiermitteldurchsatz werden die zylindrische Lagerfläche und die seitlichen Anlaufflächen des Pleuellagers gekühlt und geschmiert. Im Betriebszustand des Pleuels wird weiterhin auf Grund einer Relativbewegung von der Lagerfläche des Pleuellagers zum Lagerzapfen, welcher vom Pleuellager umschlossen wird, das Schmiermedium im Spalt zwischen Pleuellager und Lagerzapfen ausgetauscht. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Pleuellagers erfolgt somit eine wesentlich verbesserte Schmierung und Kühlung des Lagers als bei konventioneller planparalleler Bearbeitung. Zusätzlich werden Schmutzpartikel durch den vergrößerten Schmiermitteldurchsatz wesentlich besser aus dem Pleuellager ausgespült. Der Grund für den verbesserten Durchsatz des Schmiermediums liegt darin, dass durch die Ausgestaltung einer dreidimensionalen Bearbeitungsgeometrie das Schmiermedium gezielt und somit wesentlich effektiver aus dem Spalt zwischen Pleuellager und Lagerzapfen geleitet wird. In Abhängigkeit vom konkreten Anwendungsfall ist folglich die dreidimensionale Bearbeitungsgeometrie, als gezielt das Schmiermedium leitende Element, auszugestalten. Unter anderem sind dabei als Randbedingungen das Schmiermedium und somit auch dessen Viskosität zu berücksichtigen, aber auch der Zuführdruck des Schmiermediums, der Werkstoff des Pleuellagers bzw. des Lagerzapfens sowie die Drehzahl der Pleuelstange, auf welcher das Pleuel gelagert ist und die somit wesentlich für die Relativbewegung von der Lagerfläche des Pleuellagers zum Lagerzapfen ist.in principle the supply of the lubricant in the connecting rod bearing via a hole in the journal. Through appropriate lubricant throughput become the cylindrical bearing surface and the lateral Contact surfaces of the connecting rod bearing cooled and lubricated. In the operating state of the connecting rod is still due to a relative movement from the bearing surface of the connecting rod bearing to the journal, which enclosed by the connecting rod bearing, the lubricant in the gap between Coupling bearings and journals exchanged. In the inventive Configuration of the connecting rod bearing is thus a much improved Lubrication and cooling of the bearing as with conventional plane-parallel processing. In addition, dirt particles get through the increased lubricant flow rate substantially better rinsed out of the connecting rod bearing. The reason for the improved throughput of the lubricating medium is that by the design of a three-dimensional machining geometry the lubricating medium targeted and thus much more effective from the Gap between connecting rod bearing and bearing pin is passed. Dependent on from the concrete application case is consequently the three-dimensional machining geometry, as targeted the lubricating medium conductive element to design. Under other are as boundary conditions the lubricant and thus also to consider its viscosity, but also the feed pressure of the lubricating medium, the material of the connecting rod bearing or of the journal and the speed of the connecting rod, on which the connecting rod is mounted and thus essential for the relative movement of the bearing surface of the connecting rod bearing to the journal is.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer beschriebenen dreidimensionalen Bearbeitungsfläche sind beispielsweise eine zylindrische oder kegelförmige Absenkung der seitlichen Bearbeitungsfläche des Pleuellagers, vorteilhaft auch mit einer zur Absenkung und/oder zur Lagerfläche abfallenden Keilfläche kombiniert, wodurch sich die zuvor beschriebenen Vorteile ergeben und das Pleuellager in vorteilhafter Weise höher belastbar ist. Alternativ oder Additiv zu den beschriebenen konkreten dreidimensionalen Ausgestaltungen ist aber prinzipiell jede andere dreidimensionale Freiformfläche, welche als eine, das Schmiermedium leitende, Vertiefung wirkt, in gleicher Art und Weise nutzbar. Insbesondere weist dabei die Vertiefung eine Tiefe von weniger als 10 mm, vorzugsweise von 0,1 mm bis 5 mm auf.Advantageous embodiments of a described three-dimensional processing surface, for example, a cylindrical or conical lowering of the lateral machining surface of the connecting rod bearing, advantageously combined with a sloping to the reduction and / or the bearing surface wedge surface, resulting in the advantages described above and the connecting rod bearing is advantageously higher load capacity , As an alternative or additive to the described concrete three-dimensional embodiments, however, in principle any other is re three-dimensional free-form surface, which acts as a, the lubricant medium conductive depression, usable in the same way. In particular, the recess has a depth of less than 10 mm, preferably from 0.1 mm to 5 mm.

Ein weiterer Vorteil der dreidimensionalen Bearbeitungsfläche ist, dass sie ergänzend als Positionierungselement, welches mit einer entsprechenden Positioniervorrichtung zusammenwirkt, bei der Montage der Maschine genutzt werden kann. Durch diese Montagehilfe ist eine vereinfachte, kollisionsfreie und somit prozesssichere Montage gewährleistet.One Another advantage of the three-dimensional processing surface is that she is complementary as a positioning element, which cooperates with a corresponding positioning, at the assembly of the machine can be used. Through this mounting aid is a simplified, collision-free and therefore reliable process Assembly guaranteed.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die bearbeitete Lagerfläche in ihrem Querschnitt geometrisch unrund bearbeitet.In an advantageous embodiment is the processed storage area machined in its cross section geometrically non-round.

Der Vorteil dabei ist, dass durch die im Querschnitt geometrisch unrunde Bearbeitung der Oberflächenkontur der Lagerfläche eine Verspannung der Lagerfläche im Belastungszustand infolge Deformation der Lagerfläche reduziert wird. Damit werden die Belastbarkeit und die Verschleißbeständigkeit der Lagerfläche weiter vorteilhaft gesteigert.Of the The advantage here is that by the geometry in the cross section non-circular Machining the surface contour of the bearing surface a tension of the bearing surface in the load condition due Deformation of the storage area is reduced. With that the load capacity and wear resistance the storage area further increased advantageous.

Unter einer derartigen geometrisch unrunden Bearbeitungsgeometrie sind dabei nicht rotationssymmetrischen Geometrien bezüglich des geometrischen Mittelpunkts eines Pleuellagers im Querschnitt zu verstehen. Beispielsweise ist darunter eine elliptische, also ovalisierte, Bearbeitungsgeometrie der Lagerfläche zu verstehen.Under Such a geometrically non-circular machining geometry not rotationally symmetric geometries with respect to the geometric center of a connecting rod bearing in cross section to understand. For example, below is an elliptical, so ovalized, machining geometry of the storage area to understand.

Der Vorteil einer ovalisierten Bearbeitungsgeometrie bei Pleuellagern ist, dass das Pleuelauge derart bearbeitet wird, dass es im Belastungszustand, d. h. im deformierten Zustand infolge definiert wirkender Kräfte, eine im wesentliche rotationssymmetrische Kreisgeometrie aufweist. Im Vergleich zur konventionellen kreisrunden mechanischen Bearbeitung eines Pleuelauges, welches im Belastungszustand unsymmetrisch deformiert wird, wird durch die ovalisierte Bearbeitung ein Pleuellager bzw. eine Lagerfläche gewährleistet, welche eine erheblich höhere Belastbarkeit aufweist und gleichzeitig eine erhöhte Verschleißbeständigkeit aufweist. Die jeweilige Ausgestaltung der ovalisierten Lagerfläche ist abhängig von den im Belastungsfall auftretenden Lagerkräften, allerdings ist die Differenz von Haupt- und Nebenachse einer solchen ovalen Bearbeitungsgeometrie betragsmäßig kleiner als 100 μm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 μm bis 50 μm.Of the Advantage of an ovalized machining geometry for connecting rod bearings is that the connecting rod eye is processed in such a way that it is under load, d. H. in the deformed state as a result of defined forces, having a substantially rotationally symmetric circular geometry. Compared to conventional circular machining a connecting rod, which deforms unbalanced in the load condition is, by the ovalized machining a connecting rod bearing or ensures a storage area, which is a considerable has higher load capacity and at the same time an increased Wear resistance. The respective design the ovalized storage area depends on the bearing forces occurring in the load case, however is the difference of major and minor axis of such an oval Processing geometry smaller than 100 microns, preferably in the range of 0.5 microns to 50 μm.

Für die exakte Lage der unrunden Bearbeitungsgeometrie der Lagerfläche bezüglich des geometrischen Mittelpunkts eines Radiallagers ist der Bereich bzw. sind die Bereiche der Krafteinleitung im Belastungszustand in die Lagerfläche maßgebend. Beispielsweise liegt die kleinere Nebenachse einer ovalisierte Bearbeitungsgeometrie eines Pleuelauges bei einem herkömmlichen Pleuel für eine Verbrennungskraftmaschine in Richtung des Pleuelschafts, d. h. auf der Verbindungslinie der Mittelpunkte der beiden Pleuelaugen.For the exact position of the non-circular machining geometry of the bearing surface with respect to the geometric center of a radial bearing is the area or are the areas of the force application in the load state decisive in the storage area. For example, lies the smaller minor axis of an ovalized machining geometry a connecting rod in a conventional connecting rod for an internal combustion engine in the direction of the connecting rod shaft, d. H. on the connecting line of the centers of the two connecting rod eyes.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn ein Hauptscheitel des geometrisch ovalisiert bearbeiteten Querschnitts der Lagerfläche im Teilbereich einer dreidimensional ausgestalteten Bearbeitungsgeometrie angeordnet ist. Somit wird im Pleuellager der Austausch des Schmiermediums im Betriebszustand nochmals verbessert, wodurch eine weitere Steigerung der Belastbarkeit des Pleuellagers resultiert.Further Benefits arise when a major apex of the geometrically ovalized machined cross-section of the storage area in the sub-area arranged a three-dimensional processing geometry is. Thus, in the connecting rod bearing of the replacement of the lubricant further improved in the operating state, causing a further increase the resilience of the connecting rod bearing results.

Eine weitere Steigerung der Belastbarkeit und Verschleißbeständigkeit der Lagerfläche wird erreicht, wenn die Lagerfläche in ihrer Breite ballig bearbeitet wird. D. h. durch insbesondere eine konvex bearbeitete Lagerfläche wird eine Verkippung der Lagerfläche relativ zum Lagersitz der zu lagernden Welle im Vergleich zu einer konventionellen planparallelen Ausgestaltung von Lagersitz der Welle und Lagerfläche wesentlich besser ertragbar. Bei konventionellen planparalleler Ausgestaltung führt eine Verkippung im Randbereich der Lagerfläche zu einem Festkörperkontakt von Lagerfläche und Lagersitz, wodurch ein erhöhter Verschleiß der Lagerfläche und des Lagersitzes resultiert, d. h. eine wesentlich geringere Lebensdauer. Bei balliger Bearbeitung der Lagerfläche führt eine Verkippung erst sehr viel später zu einem derartigen Festkörperkontakt von Lagerfläche und Lagersitz. Somit werden die Lebensdauer und damit die Wirtschaftlichkeit insbesondere bei Pleuellagern wesentlich erhöht. Das Maß der balligen Bearbeitung ist dabei im Bereich weniger Mikrometer bis 100 μm, vorzugsweise 1 μm bis 10 μm, herzustellen.A further increase in load capacity and wear resistance the storage area is reached when the storage area is processed in its width crowned. Ie. in particular a convexly processed bearing surface becomes a tilt the bearing surface relative to the bearing seat to be stored Wave compared to a conventional plane-parallel design from bearing seat of the shaft and bearing surface much better bearable. In conventional plane-parallel configuration leads a tilt in the edge region of the storage area to a Solid contact of bearing surface and bearing seat, resulting in increased wear of the bearing surface and the bearing seat results, d. H. a much smaller one Lifespan. At spherical machining of the bearing surface leads a tilting much later to such a Solid contact between bearing surface and bearing seat. Thus, the life and thus the economy in particular significantly increased in conrod bearings. The measure of spherical machining is in the range of a few microns to 100 μm, preferably 1 μm to 10 μm, manufacture.

Die Aufgabe hinsichtlich des anzugebenden Verfahrens wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Bearbeitung eines Pleuellagers, wobei zumindest eine Lagerfläche und mindestens eine seitliche Bearbeitungsfläche am Pleuellager bearbeitet werden, die seitliche Bearbeitungsfläche in mindestens einem Teilbereich mit einer dreidimensionalen Bearbeitungsgeometrie ausgestaltet wird. Somit ergeben sich die bereits zuvor hinlänglich beschriebenen Vorteile für das Pleuellager.The Task with regard to the method to be specified is inventively characterized solved that when machining a connecting rod bearing, at least a bearing surface and at least one lateral processing surface be worked on the connecting rod bearing, the lateral processing surface in at least one subarea with a three-dimensional machining geometry is designed. Thus, the result already before sufficiently described advantages for the connecting rod bearing.

Die Bearbeitung der seitlichen Bearbeitungsfläche mit einer dreidimensionalen Bearbeitungsgeometrie erfolgt dabei vorteilhafterweise mittels eines mechanischen Bearbeitungsverfahrens, insbesondere Fräsen oder Schleifen. Zu beachten ist dabei allerdings, dass eine mechanische Bearbeitung solcher Flächen und auch bei einer ovalisierten und/oder balligen Bearbeitung der Lagerfläche entsprechend auszugestalten sind. D. h., gegebenenfalls sind entsprechend viele zeit- und kostenaufwendige Bearbeitungsschritte vorzusehen. Für einfachere geometrische Ausgestaltungen wie eine zylindrische Absenkung ist die mechanische Bearbeitung aber entsprechend kostengünstig.The machining of the lateral processing surface with a three-dimensional processing geometry is advantageously carried out by means of a mechanical processing method, in particular milling or grinding. It should be noted, however, that mechanical processing of such surfaces and also in the case of an ovalized and / or spherical machining of the bearing surface are to be designed accordingly. D. h., If appropriate entspre To provide many time and cost consuming processing steps. However, for simpler geometrical configurations, such as a cylindrical countersinking, mechanical processing is correspondingly cost-effective.

Alternativ zur mechanischen Bearbeitung erfolgt die Bearbeitung der seitlichen Bearbeitungsfläche mit einer dreidimensionalen Bearbeitungsgeometrie durch elektrochemisches Abtragen. Der Vorteil dieses Bearbeitungsverfahrens ist, das nahezu jede dreidimensionale Freiformfläche, sofern keine Hinterschneidung in relativer Bewegungsrichtung der Werkzeugelektrode auftritt, herstellbar ist. Gleichzeitig erfolgt eine geometrisch exakte und hochgenaue Bearbeitung.alternative For mechanical processing, the processing of the lateral Machining surface with a three-dimensional machining geometry by electrochemical removal. The advantage of this machining method is, that almost every three-dimensional freeform surface, provided no undercut in relative direction of movement of the tool electrode occurs, can be produced. At the same time there is a geometric exact and high-precision machining.

Für die elektrochemische Bearbeitung werden hinlänglich bekannte Vorrichtungen eingesetzt. Das Verfahren der elektrochemischen Bearbeitung (ECM – ElectroChemical Machining) oder auch der weiter entwickelten elektrochemischen Bearbeitung, der so genannten gepulsten elektrochemischen Bearbeitung (PECM – Pulsed ElectroChemical Machining), ist dabei gekennzeichnet dadurch, dass bei der Bearbeitung kein direkter Kontakt zwischen Werkzeug und Bearbeitungsobjekt herrscht. Zur Bearbeitung werden hierbei Werkzeug und Bearbeitungsobjekt relativ zueinander definiert positioniert, so dass sich auf dem Bearbeitungsobjekt die Geometrie des Bearbeitungswerkzeugs abbildet. In alternativer Ausgestaltung erfolgt die Positionierung fest oder beweglich zueinander. Zur Bearbeitung wird zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem zu bearbeitendes Objekt eine elektrische Spannung angelegt, wobei das Bearbeitungsobjekt als Anode und das Bearbeitungswerkzeug als Kathode geschaltet wird. Für die Bearbeitung wird ein vorhandener Spalt, vorzugsweise kleiner als 1 mm, zwischen Werkzeug (Kathode) und Objekt (Anode) mit einer konventionellen Elektrolytlösung gespült. Der Werkstoffabtrag am Bearbeitungsobjekt erfolgt somit elektrochemisch und der aufgelöste Werkstoff wird als Metallhydroxid von der Elektrolytlösung aus der Bearbeitungszone herausgespült. Das PECM-Verfahren weist eine weitaus geringere Spaltbreite zwischen Werkzeug und Objekt auf, vorzugsweise eine Spaltbreite von 0,01 bis 0,2 mm, und besitzt deshalb eine wesentlich höhere Bearbeitungsgenauigkeit als das ECM-Verfahren. Charakteristisch für das PECM-Verfahren ist noch, dass der Bearbeitungsstrom nicht permanent anliegt, wie beim ECM-Verfahren, sondern als gepulster Strom zugeführt wird. Das Verfahren der elektrochemischen Bearbeitung zeichnet sich weiterhin durch hohe Prozessstabilität aus.For The electrochemical machining are well known Used devices. The process of electrochemical machining (ECM - ElectroChemical Machining) or the further developed electrochemical machining, the so-called pulsed electrochemical machining (PECM - Pulsed ElectroChemical Machining), is characterized by the fact that no direct contact between the tool and the machining object during machining prevails. For editing, this tool and machining object positioned relative to each other, so that on the Machining object that maps the geometry of the machining tool. In an alternative embodiment, the positioning is fixed or movable to each other. For editing is between the editing tool and applying an electrical voltage to the object to be processed, the machining object being an anode and the machining tool is switched as the cathode. For the processing is a existing gap, preferably smaller than 1 mm, between tool (Cathode) and object (anode) with a conventional electrolyte solution rinsed. The material removal takes place on the processing object thus electrochemical and the dissolved material is as metal hydroxide from the electrolyte solution from the processing zone flushed out. The PECM method has a much lower Gap width between tool and object, preferably one Slit width of 0.01 to 0.2 mm, and therefore has a significant higher machining accuracy than the ECM method. Characteristic for the PECM process is still that the machining current not permanently applied, as in the ECM method, but as pulsed Power is supplied. The process of electrochemical machining is also characterized by high process stability.

Somit wird mittels der elektrochemischen Bearbeitung die Form der Werkzeugelektrode sehr exakt und hochgenau auf das zu bearbeitende elektrisch leitfähige Material übertragen. Die Form der Werkzeugelektrode ist dabei in Abhängigkeit der herzustellenden Bearbeitungsgeometrie auszugestalten. Es wird in der Regel jedoch ein herkömmlicher Elektrodenaufbau verwendet, der eine auf die herzustellende Geometrie ausgelegte spezielle geometrische Ausgestaltung aufweist, beispielsweise die speziell ausgestaltete dreidimensionale Bearbeitungsfläche.Consequently becomes the shape of the tool electrode by the electrochemical machining very precise and highly accurate on the electrically conductive to be processed Transfer material. The shape of the tool electrode is depending on the machining geometry to be produced embody. However, it usually becomes a conventional electrode construction used, which designed one based on the geometry to be produced has special geometric design, for example, the specially designed three-dimensional processing surface.

Auf Grund des berührungslosen Bearbeitungsverfahrens ist der Werkzeugverschleiß der Elektrode äußert gering, wodurch eine hohe Reproduzierbarkeit des Verfahrens gewährleistet wird.On The reason of the non-contact machining method is the Tool wear of the electrode expresses low, ensuring a high reproducibility of the process becomes.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der elektrochemischen Bearbeitung nur ein minimaler Werkstoffabtrag von weniger als 1 mm stattfindet, vorzugsweise im Bereich von 0,001 mm bis 0,1 mm. Weiterhin wird der Materialabtrag, d. h. die Abtragsrate bei der elektrochemischen Bearbeitung, direkt über die im Verfahren angelegte Spannung und/oder durch die Leitfähigkeit der Elektrolytlösung gesteuert, so dass damit die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens durch kurze Taktzeiten bei gleichzeitig sehr hoher Oberflächenqualität der bearbeiteten Fläche angepasst werden kann. D. h. für eine abzutragende höhere Materialdicke ist eine Elektrolytlösung mit höherer Leitfähigkeit also erhöhtem Salzanteil zu wählen und/oder die angelegte Spannung ist zu erhöhen. Die elektrochemische Bearbeitung von Lagerflächen insbesondere von Pleuellagern wird damit auch für eine Serienfertigung wirtschaftlich. Die Bearbeitungszeit reduziert sich je nach Werkstoffabtrag auf eine Taktzeit von wenigen Sekunden, vorzugsweise bei einem Materialabtrag von 0,1 mm auf unter 10 sec. Durch Parallelbearbeitung mehrerer Bauteile kann diese Taktzeit weiter reduziert werden.Advantageous is further that in the inventive Method of electrochemical machining only a minimal Material removal of less than 1 mm takes place, preferably in Range from 0.001 mm to 0.1 mm. Furthermore, the material removal, d. H. the removal rate during electrochemical machining, directly via the voltage applied in the process and / or the conductivity controlled by the electrolyte solution, so that the economic efficiency of the method according to the invention by short cycle times with at the same time very high surface quality the machined surface can be adjusted. Ie. For a higher material thickness to be removed is an electrolyte solution with higher conductivity thus increased Salt content and / or the applied voltage is to increase. The electrochemical machining of storage areas in particular of conrod bearings is thus also for mass production economically. The processing time is reduced depending on the material removal to a cycle time of a few seconds, preferably at a material removal from 0.1 mm to less than 10 sec. By parallel processing of several Components can be further reduced this cycle time.

In Bezug auf die hochgenaue Bearbeitung des Verfahrens wird diese speziell durch das PECM-Verfahrens weiter vorteilhaft gesteigert, wodurch eine hohe Oberflächenqualität im Bereich von Oberflächenrauheiten R_Z kleiner als 5 μm erzielt wird, vorzugsweise R_Z im Bereich von 0,5 μm bis 2 μm. Damit wird im Vergleich zur konventionellen mechanischen Bearbeitung eine Oberfläche hergestellt, die wesentlich gleichmäßiger und geglättet ist und damit eine höhere Verschleißbeständigkeit aufweist.With regard to the high-precision machining of the method, this is further advantageously increased especially by the PECM method, whereby a high surface quality in the range of surface roughness R _{Z is achieved} smaller than 5 microns, preferably R _Z in the range of 0.5 .mu.m to 2 .mu.m , Thus, in comparison to conventional mechanical processing, a surface is produced which is much more uniform and smoothed and thus has a higher wear resistance.

Ein weiterer Vorteil des PECM-Verfahrens ist, dass durch entsprechende Ausgestaltung der Elektrode eine hochgenaue und präzise Bearbeitung mit einer Strukturierung der Bearbeitungsoberfläche ermöglicht wird, beispielsweise eine Mikrostrukturierung in Form von Mikroschmierstofftaschen oder definiert ausgerichteten Mikroriefen, wodurch die Verschleißbeständigkeit und Belastbarkeit der Lagerfläche weiter gesteigert wird.One Another advantage of the PECM method is that through appropriate Configuration of the electrode a highly accurate and precise Machining with a structuring of the processing surface allows is, for example, a microstructuring in the form of micro-lubricant pockets or defined micro-grooves, resulting in wear resistance and load capacity of the storage area is further increased.

Besonders vorteilhaft ist die elektrochemische Bearbeitung in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens für die geometrisch ovalisierte Bearbeitung des Pleuellagers anwendbar, da wie bereits beschrieben die entsprechende Geometrie durch die Werkzeugelektrode abgebildet wird und somit die ovalisierte Bearbeitung in Kombination mit der dreidimensionalen Bearbeitungsgeometrie der seitlichen Bearbeitungsfläche in einem Bearbeitungsschritt auf einfache Art und reproduzierbare Weise hergestellt wird.Especially advantageous is the electrochemical machining in an inventive Embodiment of the method for the geometrically ovalized Machining of the connecting rod bearing applicable, as already described the corresponding geometry represented by the tool electrode and thus the ovalized processing in combination with the three-dimensional machining geometry of the lateral processing surface in a single processing step in a simple and reproducible way will be produced.

In analoger Weise ist das zuvor Beschriebene ebenfalls auf die ballige Bearbeitung der Lagerfläche des Pleuellagers übertragbar.In analogously, the above is also on the crowned Processing of the bearing surface of the connecting rod bearing transferable.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass die elektrochemische Bearbeitung für elektrisch leitfähige Materialien ein werkstoffunabhängiges Bearbeitungsverfahren ist. D. h. auch elektrisch leitfähige Materialien bearbeitet werden können, die durch reine mechanische Bearbeitung nur unzureichend oder unter hohem Kostenaufwand auf Endkontur bearbeitbar sind, beispielsweise sehr schwer zerspanbare moderne Eisengusslegierungen wie Vermikulargraphit-Guss (GGV) oder aber bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI – Austempered Ductile Iron). Diese Legierungen besitzen sehr gute Verschleißeigenschaften und hohe mechanische Festigkeitskennwerte, so dass sie als unbeschichtete Lagerwerkstoffe einsetzbar sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit auch eine Verwendung dieser Materialien für ein Pleuel ermöglicht und eine prozesssichere und hochgenaue Bearbeitung derartiger Materialien bei gleichzeitig verbesserter Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung gewährleistet.Advantageous is still that electrochemical machining for electrically conductive materials a material independent Processing method is. Ie. also electrically conductive Materials can be processed by pure mechanical Processing only inadequate or at high cost Final contour can be machined, for example, very difficult to machine modern cast iron alloys such as Vermicular Graphite Casting (GGV) or but bainitic cast iron with nodular graphite (ADI - Austempered Ductile iron). These alloys have very good wear properties and high mechanical strength characteristics, making them uncoated Bearing materials are used. By the invention Thus, a method will also use these materials for allows a connecting rod and a process-safe and highly accurate Processing of such materials at the same time improved Efficiency of processing guaranteed.

Weitere Gegenstände der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösungen sind in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel erläutert.Further Objects of the invention and further advantageous embodiments the solutions according to the invention are in explained in the following embodiment.

Für die Fertigung von 4-Zylinder-Ottomotoren für Kraftfahrzeuge werden endkonturnah gegossene Pleuel aus dem Werkstoff ADI mittels des Verfahrens PECM bearbeitet.For the production of 4-cylinder gasoline engines for motor vehicles Become close to final contours cast connecting rods made of the material ADI means of the PECM procedure.

In einem ersten Verfahrensschritt werden die Pleuelaugen der Pleuellager der Gussteile mechanisch durch Bohren bearbeitet. Anschließend erfolgt die endgültige Bearbeitung der Pleuellager in einem einzigen Bearbeitungsschritt mittels PECM. Die elektrochemische Bearbeitung erfolgt auf einer herkömmlichen hier nicht weiter beschriebenen Vorrichtung zur PECM-Bearbeitung. Die für die Bearbeitung erforderlichen Anschlussmittel zur Aufnahme der Elektroden, zur Stromversorgung, zur definierten Positionierung der Pleuel relativ zu den Elektroden und zur weiteren Prozessteuerung sind hierbei nicht näher erläutert aber selbstverständlich vorhanden.In In a first process step, the connecting rods of the connecting rod bearings the castings machined mechanically by drilling. Subsequently the final machining of the connecting rod bearing takes place in a single one Processing step using PECM. Electrochemical processing takes place on a conventional not described here Apparatus for PECM processing. The required for editing Connection means for receiving the electrodes, for the power supply, for defined positioning of the connecting rods relative to the electrodes and for further process control are not closer explained but of course available.

Für die PECM-Bearbeitung des größeren Pleuellagers wird eine Elektrode verwendet, die eine Höhe von 30 mm und eine ovale Grundform aufweist, wobei die Differenz von Hauptachse und Nebenachse betragsmäßig 2 μm beträgt und über die Höhe der Elektrode konstant ist. Ferner schließt sich an den zylindrischen Teil der Elektrode ein scheibenförmiger Teil der Elektrode an, welcher zur Bearbeitung der seitlichen Bearbeitungsfläche des Pleuellagers dient. Dieser scheibenförmige Elektrodenteil weist an zwei Teilbereichen, deren Verbindungslinie im Übergang zum zylindrischen Teil der Elektrode mit der Hauptachse der ovalen Grundform zusammenfällt, eine dreidimensional ausgestaltete Bearbeitungsgeometrie auf. Somit liegt jeweils ein Hauptscheitel der ovalen Grundform in einem Teilbereich mit der dreidimensional ausgestalteten Bearbeitungsgeometrie. Die dreidimensionale Bearbeitungsgeometrie ist dabei ausgestaltet als die Kombination einer Keilfläche mit einem Kreiszylindersegment, wobei die Keilfläche in das Kreiszylindersegment übergeht und die Höhe des Kreiszylindersegments 1,5 mm beträgt.For the PECM machining of the larger connecting rod bearing an electrode is used which has a height of 30 mm and an oval basic shape, wherein the difference of major axis and minor axis amounts to 2 microns and is constant over the height of the electrode. Furthermore, closes to the cylindrical part of the electrode a disc-shaped part of the electrode, which to Machining of the lateral machining surface of the connecting rod bearing serves. This disc-shaped electrode part has two partial areas, their connecting line in the transition to the cylindrical part the electrode coincides with the major axis of the oval basic shape, a three-dimensional processing geometry on. Consequently in each case a main vertex of the oval basic form lies in a subarea with the three-dimensional processing geometry. The Three-dimensional machining geometry is designed as the combination of a wedge surface with a circular cylinder segment, wherein the wedge surface merges into the circular cylinder segment and the height of the circular cylinder segment is 1.5 mm.

Für die PECM-Bearbeitung des kleineren Pleuellagers wird eine kreisrunde Elektrode verwendet, die eine Höhe von 30 mm aufweist.For the PECM machining of the smaller connecting rod bearing becomes a circular one Electrode used which has a height of 30 mm.

Durch ihre spezielle Ausgestaltung erzeugen die beschriebenen Elektroden bei der PECM-Bearbeitung am größeren Pleuellager die speziell ausgestaltete dreidimensionale Vertiefung von 1,5 mm an der seitlichen Bearbeitungsfläche und die erforderliche ovalisierte Bearbeitungsgeometrie an der Lagerfläche sowie die kreiszylindrische Lagerfläche des kleineren Pleuellagers.By their special design produce the described electrodes during PECM machining on the larger conrod bearing the specially designed three-dimensional depression of 1.5 mm on the side working surface and the required ovalized machining geometry on the bearing surface as well the circular cylindrical bearing surface of the smaller connecting rod bearing.

Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit der PECM-Bearbeitung erfolgt die elektrochemische Bearbeitung von vier Pleuel parallel, wozu die Vorrichtung eine entsprechende Anzahl an zuvor beschriebenen Elektroden aufweist.to Increasing the cost-effectiveness of PECM processing is the electrochemical machining of four connecting rods in parallel, including the Device a corresponding number of previously described electrodes having.

Im Verfahren zur PECM-Bearbeitung werden die vier Pleuel definiert in der Vorrichtung aufgenommen und eingespannt, so dass eine feste Positionierung der Pleuel relativ zu den Elektroden gewährleistet ist. Dabei umschließt jeweils ein kleineres Pleuellager konzentrisch eine beschrieben kreisrunde Elektrode, so dass sich ein umfänglich konstanter Arbeitsspalt von ca. 0,1 mm ergibt. Ein größeres Pleuellager umschließt eine zuvor beschriebene ovalisierte Elektrode. Im Bearbeitungsprozess werden die vier Pleuel mit einem definierten Vorschub um 1,5 mm abgesenkt, so dass die dreidimensionale Vertiefung an der seitlichen Bearbeitungsfläche des größeren Pleuellagers bearbeitet wird. Die Elektrolytlösung, eine gebräuchliche Salzlösung, wird von oben der Bearbeitung unter Umgebungsdruck zugeführt. Die PECM-Bearbeitung findet mit einer Taktzeit von 10 sec statt.in the For PECM machining, the four connecting rods are defined received and clamped in the device, so that a solid Positioning of the connecting rod is ensured relative to the electrodes is. Each encloses a smaller connecting rod bearing Concentric a described circular electrode, so that itself a circumferentially constant working gap of about 0.1 mm results. A larger connecting rod bearing encloses one previously described ovalized electrode. In the editing process The four connecting rods with a defined feed rate of 1.5 mm lowered so that the three-dimensional depression on the lateral Working surface of the larger connecting rod bearing is processed. The electrolyte solution, a common one Saline solution, from above is working under ambient pressure fed. PECM processing takes place with one cycle time held by 10 sec.

Der Verfahrensablauf findet vollautomatisiert statt, so dass nach Beendigung der PECM-Bearbeitung die bearbeiteten Pleuel automatisiert aus der Vorrichtung entnommen werden und weitere neu zu bearbeitende Pleuel in die Vorrichtung eingesetzt werden.Of the Procedure takes place fully automated, so that after completion the PECM machining the machined connecting rods automated from the device are removed and other new to be machined connecting rods in the device be used.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• - DE 4017215 C2 [0003] - DE 4017215 C2 [0003]

Claims (11)

Pleuel für den Einsatz in Maschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, aufweisend einen Pleuelschaft, welcher an seinen Enden jeweils ein bearbeitetes Pleuellager aufweist, wobei ein Pleuellager eine bearbeitete zylindrische Lagerfläche und mindestens eine seitliche Bearbeitungsfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine seitliche Bearbeitungsfläche eines Pleuellagers in mindestens einem Teilbereich eine dreidimensional ausgestaltete Bearbeitungsgeometrie aufweist.Connecting rod for use in machines, in particular internal combustion engines, comprising a connecting rod shank having at its ends in each case a machined connecting rod bearing, wherein a connecting rod bearing has a machined cylindrical bearing surface and at least one lateral machining surface, characterized in that at least one lateral machining surface of a connecting rod bearing in at least a partial area has a three-dimensional processing geometry. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der dreidimensional ausgestalteten Bearbeitungsgeometrie zumindest eine im Wesentlichen zylinderförmige Absenkung aufweist.Connecting rod according to claim 1, characterized in that the shape of the three-dimensional processing geometry at least one substantially cylindrical lowering having. Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der dreidimensional ausgestalteten Bearbeitungsgeometrie zumindest eine im Wesentlichen kegelförmige Absenkung aufweist.Connecting rod according to claim 1, characterized in that the shape of the three-dimensional processing geometry has at least one substantially conical depression. Pleuel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bearbeitete Lagerfläche eines Pleuellagers in ihrem Querschnitt geometrisch ovalisiert ausgestaltet ist.Connecting rod according to claim 1, 2 or 3, characterized that the machined bearing surface of a connecting rod bearing in its cross-section is designed geometrically ovalized. Pleuel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Hauptscheitel des geometrisch ovalisierten Querschnitts der bearbeiteten Lagerfläche im Teilbereich einer dreidimensional ausgestalteten Bearbeitungsgeometrie angeordnet ist.Connecting rod according to claim 4, characterized in that at least one major vertex of the geometrically ovalized cross section the processed storage area in the sub-area of a three-dimensional designed Machining geometry is arranged. Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bearbeitete Lagerfläche eines Pleuellagers in seiner Breite ballig ausgestaltet ist.Connecting rod according to one of the preceding claims, characterized in that the machined bearing surface a connecting rod bearing is designed to be spherical in width. Verfahren zur Bearbeitung eines Pleuellagers, wobei zumindest eine Lagerfläche und mindestens eine seitliche Bearbeitungsfläche am Pleuellager bearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Bearbeitungsfläche in mindestens einem Teilbereich mit einer dreidimensionalen Bearbeitungsgeometrie ausgestaltet wird.Method for processing a connecting rod bearing, wherein at least one storage area and at least one lateral Machining surface to be worked on the connecting rod bearing, thereby characterized in that the lateral processing surface in at least one subarea with a three-dimensional machining geometry is designed. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuellager elektrochemisch bearbeitet wird.Method according to claim 7, characterized in that that the connecting rod bearing is processed electrochemically. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuellager mechanisch, vorzugsweise mittels Fräsen und/oder Schleifen, bearbeitet wird.Method according to claim 7, characterized in that that the connecting rod bearing mechanically, preferably by milling and / or grinding. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche in ihrem Querschnitt geometrisch ovalisiert bearbeitet wird.Method according to claim 7, 8 or 9, characterized the bearing surface is geometrically ovalized in its cross-section is processed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche in ihrer Breite ballig bearbeitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing surface in its width is processed crowned.