DE19704224A1 - Verbindungsanordnung zwischen einem Hubkolben und einer Pleuelstange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Aus dem DE-Buch "Bussien, Automobiltechnisches Handbuch", 18. Auflage, Berlin 1965, Seiten 141 bis 145 ist es für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, eine Pleuel­ stange zwischen Kurbelwelle und Hubkolben einzusetzen, welche an ihrem oberen und unteren Ende ohne Lagerschalen direkt auf die Kurbelwelle bzw. einen Kolbenbolzen wirkt. Das kurbelwellenseitige Ende dieses aus Leichtmetall bestehenden Pleuels weist eine galvanisch aufgebrachte Laufschicht auf, während ein zwischen kolbenseitigem Pleuelende und Kolben angeordneter Kolbenbolzen direkt in der Pleuelstange läuft.

Aus einem Sonderdruck der DE-Z "Jot Journal für Oberflächentechnik, 1/94, Amorpher Kohlenstoff - mehr als eine Hartstoffschicht" ist es bekannt, amorphe, d. h. diamantähnliche Kohlenstoffschichten als Hartstoffschichten zu reibungsmindernden Zwecken einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung zwischen einem Hubkolben und einer Pleuelstange mit reduziertem Verschleiß und verminderter Reibung zu schaffen.

Darüber hinaus soll diese Verbindungsanordnung kostengünstig herstellbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß unter Entfall einer aus dem Stand der Technik (DE-43 25 903 C1) bekannten Gleitlagerbuchse zwischen Kolbenbolzen und Pleuelstange die mit dem Hubkolben und dem kolbenseitigen Pleuelende zusammenwirkende Oberfläche des Kolbenbolzens eine Beschichtung trägt, die mit einem negativen Druck-Reibungskoeffi­ zienten versehen ist, d. h. daß der Reibkoeffizient mit zunehmender Flächenpressung abfällt.

Vorteilhafterweise steht durch den Entfall von separaten Lagerbuchsen die gesamte Ober­ fläche des Kolbenbolzens bzw. die damit zusammenwirkenden Gegenflächen im Hubkolben und im kolbenseitigen Pleuelende zur Übertragung der Kräfte zur Verfügung. Hierdurch wird beispielsweise bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine die Übertragung von vergleichs­ weise hohen Flächenpressungen, wie sie z. B. bei Kraftstoff-Direkteinspritzung auftreten können, möglich. Die mit dem negativen Druck-Reibungskoeffizienten versehene Beschich­ tung trägt dazu bei, daß auch bei hohen zu übertragenden Lasten die Reibung vergleichs­ weise gering und infolge dessen eine Reduktion des Verschleißes erzielbar ist. Gleichzeitig stellt die erfindungsgemäße Anordnung durch den Entfall von sonst üblichen Bauteilen eine vergleichsweise geringe oszillierende Masse bereit, was wiederum zu einer Verringerung der von der Verbindungsanordnung ausgehenden Schwingungen führt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die im Hubkolben bzw. dem kolbenseitigen Pleuelende ausgebildeten Gegenflächen unter Entfall jeglicher Beschichtung durch unmittelbare mechanische Bearbeitung hergestellt sind, was insgesamt zu einer kosten günstigen, fertigungszeitverkürzten Herstellung einer solchen Verbindungsanordnung beiträgt.

Bevorzugterweise besteht die Beschichtung aus einer amorphen Kohlenstoffschicht, welche bei einer vergleichsweisen hohen Härte günstige elastische Verformungseigenschaften bei nur gering ausgeprägten plastischen Verformungseigenschaften aufweist.

Für eine verbesserte Herstellbarkeit kann zusätzlich vorgesehen sein, daß in die als Matrix ausgebildete amorphe Kohlenstoffschicht zumindest ein Metall eingebettet ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.

Eine Verbindungsanordnung zwischen einem Hubkolben 1 und einer Pleuelstange 2 weist einen in kolbenseitigen Lagern 3, 4 gehaltenen Kolbenbolzen 5 auf, an welchem zwischen diesen Lagern 3, 4 ein kolbenseitiges Pleuelende 6 in Form eines geschlossenen Pleuel­ auges angreift.

Der Kolbenbolzen 5 weist eine zylindrisch gestaltete Oberfläche 7 auf, welche mit korres­ pondierenden Gegenflächen 8 und 9 am Hubkolben 1 und dem Pleuelende 6 zusammen­ wirkt.

Der Kolbenbolzen 5 ist unter Venneidung von Gleitlagerschalen unmittelbar in den Lagern 3 und 4 des Hubkolbens sowie in einem die Gegenfläche 9 tragenden Pleuellager 10, d. h. in dem kleinen Pleuelauge, angeordnet.

Die Lagerflächen der Lager 3 und 4 sowie das kleine Pleuelauge sind durch mechanische Bearbeitung unmittelbar beschichtungsfrei hergestellt, wobei der Hubkolben 1 aus einer Aluminiumleglerung und die Pleuelstange 2 aus einem Stahl gefertigt ist.

Der Kolbenbolzen 5 ist aus Stahl gefertigt und trägt auf seiner Oberfläche 7 eine Beschich­ tung aus amorphem Kohlenstoff. Diese als Hartstoffschicht ausgeführte Beschichtung weist eine vergleichsweise hohe Härte auf, welche innerhalb der Schichtdicke der Beschichtung weitgehend gleich oder gleich vorliegt, d. h. während des Beschichtungsvorganges des Kolbenbolzens 5 wurde keine Graduierung vorgenommen.

Die Beschichtung weist einen abfallenden Verlauf des Reibkoeffizienten über einer zu­ nehmenden Flächenpressung auf, ist also mit einem negativen Druck-Reibungskoeffizien­ ten versehen.

Die Schichtdicke liegt zwischen 0 und maximal 10 µMeter, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 10 µMeter.

In Abhängigkeit von den zu erwartenden Flächenpressungen kann vorgesehen sein, daß in die aus der Kohlenstoffschicht gebildeten Matrix zumindest ein Metall eingebettet ist. Hiermit sind bei der Fertigung vergleichsweise hohe Beschichtungsraten zu erzielen.

Insgesamt bietet die Erfindung den Vorteil, daß trotz hoher auftretender und zu übertragen­ der Flächenpressungen die sonst üblichen Gleitlagerschalen entfallen können, wobei gleichzeitig Reibung und Verschleiß deutlich minimiert sind.

Zusätzliche Freiheitsgrade in der konstruktiven Gestaltung des kleinen Pleuelauges er­ möglichen eine Reduzierung der oszillierenden Massen, was wiederum zu einer verringer­ ten Schwingungsanregung führt.

Das sonst übliche, klassische Pleuellager mit speziell gestalteten Lagerflächen und dazwischen angeordneten Lagerkörpern entfällt vollständig und wird lediglich durch die einander zugewandten Flächen gebildet.

Claims (6)

1. Verbindungsanordnung zwischen einem Hubkolben (1) und einer Pleuelstange (2), mit einem in Lagern (3, 4) gehaltenen Kolbenbolzen (5), an welchem zwischen diesen Lagern (3, 4) ein kolbenseitiges Pleuelende (6) angreift, wobei der Kolbenbolzen (5) unmittelbar im Hubkolben (1) und im Pleuelende (6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrisch gestaltete und mit dem Hubkolben (1) und dem Pleuelende (6) zusammenwirkende Oberfläche (7) des Kolbenbolzens (5) eine Beschichtung trägt, die einen mit zunehmender Flächenpressung abfallenden Reibkoeffizienten aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung entlang ihrer Schichtdicke eine weitgehend gleiche oder gleiche Härte aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Ober­ fläche (7) zusammenwirkenden Gegenflächen (8 und 9) am Hubkolben (1) und dem Pleuelende (6) beschichtungsfrei unmittelbar durch mechanische Bearbeitung gebildet sind.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer amorphen Kohlenstoffschicht besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffschicht als Matrix mit zumindest einem daran eingebetteten Metall ausgebildet ist.

6. Verwendung einer Verbindungsanordnung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.