DE3939261A1 - Langgestrecktes bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein langgestrecktes Bau­ teil, beispielsweise eine Pleuelstange, eine Kolben­ stange, eine Antriebswelle und dergleichen, mit einem langgestreckten Kern aus einem hochfesten Material, der von einem metallischen Material umgossen ist, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt des Kern­ materials.

Derartige Bauteile zeichnen sich gegenüber Bauteilen aus Vollmaterial durch eine erhöhte Festigkeit bei geringerem Gewicht aus. Üblicherweise wird der hochfeste Kern von einem Faserbündel aus anorganischen Fasern gebildet (siehe z. B. DE-A 32 48 373). Ein Nachteil derartiger faserver­ stärkter Bauteile liegt in den hohen Herstellungskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein langge­ strecktes Bauteil der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das sich durch eine hohe Festigkeit, insbesondere Knickfestig­ keit, ein geringes Gewicht und günstige Herstellungskosten auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kern aus einem druckfesten Material besteht und mit seit­ lich vorstehenden, in das Gußmaterial hineinragenden Halterungen aus einem Metall versehen ist, dessen Schmelz­ punkt höher ist als der Schmelzpunkt des Gußmaterial.

Der Kern ist vorzugsweise ein Sinterteil aus Graphit oder einem keramischen Stoff, wie Bornitrid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Aluminiumtitanat und dergleichen, während für das Gußmaterial vorzugsweise Stahl, Titan oder auch eine Leichtmetall-Legierung in Frage kommt. Durch den er­ findungsgemäßen Vorschlag wird der aus dem relativ spröden Material bestehende Kern sicher in der Gußform fixiert, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Halterungen beim Gießen abbrechen, was der Fall sein könnte, wenn die Halterungen an den Kern angeformt sind.

Vorzugsweise bestehen die Halterungen aus einem Material mit einem Schmelzpunkt ähnlich dem Schmelzpunkt des Guß­ materials. Dadurch wird erreicht, daß die Oberfläche der Halterungen beim Einfüllen des Gußmaterials in die Form angeschmolzen wird, so daß eine metallurgische Verbindung mit dem Gußmaterial entsteht und die Bildung eines Spaltes vermieden wird, die eintreten könnte, wenn der Schmelzpunkt des Materials der Halterungen erheblich höher liegt als der Schmelzpunkt des Gußmaterials.

Das Material der Halterungen sollte dem Gußmaterial gleich oder ähnlich sein, um Gefügeveränderungen beim Umgießen zu vermeiden. Bei Verwendung einer Al-Legierung für das Guß­ material können die Halterungen beispielsweise aus AlSiMg oder AlSiCu, bestehen. Wird für das Gußmaterial eine Titanlegierung, z. B. TiAl6V8, verwendet, so kann für die Halterungen z. B. TiAl4Mo2 benutzt werden.

Die Halterungen können von Stiften gebildet sein, die den Kern quer zu seiner Längsachse durchsetzen. Da das Material dieser Stifte im allgemeinen einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten hat als das Kernmaterial, können durch die Erhitzung der Stifte während des Gieß­ vorganges Spannungen in dem Kern entstehen. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, diese Stifte als Spiral- Spannstifte (DIN 7343) auszubilden, die radial federnd sind und somit auch bei Erwärmung keine Spannungen in dem Kern erzeugen. Darüber hinaus werden die Spannstifte auf­ grund ihrer radialen Federungseigenschaft in den Bohrungen des Kerns gehalten, ohne daß es hierzu zusätzlicher Maß­ nahmen bedarf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in welcher eine Pleuelstange im Längsschnitt dargestellt ist.

Die dargestellte Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine besteht aus einem Gußteil, das ein Kolbenbolzenauge 1, ein halbes Kurbelwellen-Lagerauge 2 und einen Pleuelschaft 3 aufweist. In den Pleuelschaft 3 ist ein Kern 4 einge­ gossen, der beispielsweise von einem Sinterkörper aus Graphit oder Keramik gebildet ist. Der Kern 3 ist im Aus­ führungsbeispiel mit zwei quer zu seiner Längsachse L ver­ laufenden Querbohrungen 5 versehen, durch welche Spiral- Spannstifte 6 hindurchgesteckt sind, die zu beiden Seiten von dem Kern 4 vorstehen und in das Gußmaterial des Pleuelschaftes 3 hineinragen.

Die Herstellung der Pleuelstange erfolgt in üblicher Weise dadurch, daß der Kern 4 in die Gußform eingelegt und dann mit dem Gußmaterial umgossen wird. Die Spannstifte 6, die zunächst von der Außenkontur des fertigen Pleuelschafts 3 seitlich vorstehen, dienen dazu, den Kern 4 in der Gußform zu fixieren. Bei der Verwendung von Stahl als Gußmaterial wird der Kern auf etwa 500 bis 700°C erwärmt und dehnt sich entsprechend aus. Das flüssige Gußmaterial kühlt sich ab und nach dem Erreichen der Erstarrungs­ temperatur beginnt durch das Zusammenziehen des erstarren­ den Gußmaterials eine Druckbeaufschlagung des einge­ gossenen Kerns 4. Da der Ausdehnungskoeffizient des Kerns 4 kleiner ist als derjenige des Gußmaterials, kann sich das Gußmaterial nicht frei zusammenziehen und es bauen sich in ihm Zugspannungen auf. Bei der Druckbelastung durch die Zündkräfte im Betrieb werden zunächst diese Zugspannungen abgebaut, bevor die Pleuelstange auf Druck beansprucht wird.

Nach dem Erstarren des Gußmaterials wird die Pleuelstange aus der Form entnommen und fertig bearbeitet, wobei die von der Außenkontur des Pleuelschaftes 3 vorstehenden Enden der Spannstifte 6 entfernt werden.

Durch die Verwendung von Spannstiften für die Fixierung des Kerns in der Gußform wird einerseits vermieden, daß in dem Kern bei Erwärmung der Spannstifte während des Gieß­ vorganges Spannungen aufgebaut werden, und es wird außer­ dem eine selbsttätige Fixierung der Spannstifte in den Bohrungen des Kerns erreicht.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern auch für andere langge­ streckte Bauteile, bei denen es auf ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit ankommt, anwendbar.

Claims (5)

1. Langgestrecktes Bauteil mit einem langgestreckten Kern aus einem hochfesten Material, der von einem metalli­ schen Material umgossen ist, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt des Kernmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) aus einem druckfesten Material besteht und mit seitlich vorstehenden, in das Gußmaterial hin­ einragenden Halterungen (6) aus einem Metall versehen ist, dessen Schmelzpunkt höher ist als der Schmelz­ punkt des Gußmaterials.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (6) aus einem Material mit einem Schmelzpunkt ähnlich dem Schmelzpunkt des Gußmaterials bestehen.

3. Langgestrecktes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (6) von den Kern (4) quer zu dessen Längsachse (L) durchsetzenden Stiften gebildet sind.

4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (6) von Spiral-Spannstiften gebildet sind, die in entsprechende Querbohrungen (5) im Kern (4) eingesetzt sind.

5. Bauteil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) ein Sinterkörper aus Graphit oder Keramik ist und als Gußmaterial Stahl, Titan oder eine Leichtmetall- Legierung verwendet ist.