DE69007309T2

DE69007309T2 - Hohlbolzen mit inneren Ausbuchtungen und deren Herstellung.

Info

Publication number: DE69007309T2
Application number: DE69007309T
Authority: DE
Inventors: Michel Alain Fefeu; Gerard Louis Perrin
Original assignee: FLOQUET MONOPOLE POISSY
Current assignee: Perfect Circle Europe SA
Priority date: 1989-01-27
Filing date: 1990-01-24
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: FR2642474A1; FR2642474B1; JPH02283964A; EP0381556B1; ES2053130T3; DE69007309D1; US5027996A; EP0381556A1; JPH06100280B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlbolzens mit inneren umlaufenden Ausbuchtungen, das aus dem anfänglichen Bearbeiten von Teilstücken des Hohlbolzens, von denen jedes mindestens eine innere umlaufende Ausbuchtung mit praktisch sinusförmigem Profil aufweist, danach dem Zusammenbauen von zwei Teilstücken koaxial Kopf an Kopf besteht um einen Hohlbolzen zu erhalten, der innen mindestens zwei umlaufende Ausbuchtungen aufweist.
Ein derartiges Verfahren ist durch das Dokument US-A- 4 677 722 bekannt. Derartige Hohlbolzen mit inneren Ausbuchtungen werden insbesondere verwendet, um die Verbindung zwischen einem Fuß einer Pleuelstange und einem Kolben eines Verbrennungsmotors sicherzustellen, wobei diese Bolzen starken Beanspruchungen der Biegung und des Unrundwerdens unterworfen sind, die wegen ihres Einbaus zwischen den beiden Lagern des Kolbens nicht gleichmäßig verteilt werden. Die inneren Ausbuchtungen sind selbstverständlich an den Stellen des Bolzens gelegen, die den größten Beanspruchungen der Biegung und des Unrundwerdens unterworfen sind, d.h. an der Lage der Ebenen, die nach der Montage des Bolzens zwischen jedem Lager des Kolbens und der Pleuelstange gelegen sein werden, was es vermeidet, diesen Bolzen einer relativ große, überdimensionierte Wandstärke in den Zonen des Bolzens zu verleihen, die schwächeren Belastungen unterworfen sind, nämlich im wesentlichen den Enden des Bolzens die im Eingriff mit den Lagern des Kolbens stehen, und der mittleren Zone des Bolzens, die in Eingriff steht mit der Bohrung des Fußes der Pleuelstange.
Gemäß dem vorgenannten Dokument benötigt das Verfahren der Herstellung der Teilstücke des Bolzens die Verwendung von zwei Stempeln, die gegen ein Rohteil in zwei entgegengesetzte Richtungen wirken, wobei es jedesmal notwendig ist, daß das so hohl gemachte Rohteil die Matrize verläßt, was eine langwierige und heikle Tätigkeit darstellt. Danach ist es ratsam, die mittlere Abdeckung mit einem Werkzeug, wie z.B. einer Fräse, zu durchstoßen, was eine zusätzliche Tätigkeit darstellt und es erlaubt, zu sagen, daß es sich hierbei um ein im wesentliches diskontinuierliches Verfahren mit einer verminderten Produktivität handelt.
Es ist ratsam, weiterhin festzuhalten, daß das Verfahren des genannten amerikanischen Patents es in Wirklichkeit nicht erlaubt, ein Teil zu erhalten, so wie es in der Fig. 7 des Patents dargestellt ist. Wenn man tatsächlich die Fig. 5 betrachtet, stellt man fest, daß die stärksten Teile ein flaches Profil wegen der maschinellen Bearbeitung durch das Werkzeug darstellen und nicht das abgerundete Profil, das in der Fig. 7 dargestellt ist.
Das Dokument FR-A-2 293 262 beschreibt ein Verfahren des Extrudierens in einer Presse, um beispielsweise Achsen zu bilden, aber der verwendete Stempel ist so, daß er nicht erlaubt, ein sinusförmiges Profil für die inneren umlaufenden Ausbuchtungen des Hohlbolzens zu erhalten.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, und zu diesem Zweck ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlbolzens mit inneren, umlaufenden Ausbuchtungen gemäß der Erfindung des allgemeinen Typs, der am Anfang beschrieben worden ist, im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß diese Teilstücke realisiert werden durch Vorgänge des Kaltextrudierens mit Hilfe eines einzelnen Stempels ohne Wiedervornahme des Stücks und ohne nachfolgende, innere, maschinelle Bearbeitung, wobei die Vorgänge des Extrudierens aufweisen:
- das Extrudieren eines rohrförmigen Rohteils über einen Teil seiner Länge durch eine verengte Düse einer Matrize, wobei die Spitze eines Stempels mit einer einzigen Schulter in Eingriff kommt mit einem axialen Durchgang dieses Rohteils und zwar so, daß dieses durch diese Schulter gedrückt wird;
- das Drücken des auf diese Weise verformten Rohteils durch ein dazwischen gelegtes Stück, das zwischen diene Schulter und das Rohteil eingefügt wird, wobei die Spitze des Stempels somit teilweise aus dem Durchgang dieses Rohteils herausgezogen wird;
- was eine innere Ausbuchtung mit einem praktisch sinusförmigen Profil in dem Teil des Rohteils erzeugt, der vor dieser Spitze des Stempels gelegen ist, so daß dieses Rohteil vollständig aus der Matrize herausgezogen wird.
Vorteilhafterweise endet die Spitze des Rohteils im einem konischen Ende.
Ein derartiges Verfahren ist praktisch kontinuierlich, was besser aus dem folgenden hervorgehen wird, und erfordert insbesondere nicht einmal ein Wiedervornehmen des Rohteils, das mit der Matrize in Eingriff gekommen ist, sei es für die maschinelle Bearbeitung oder aus jedem anderen Grund.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung kann weiterhin dadurch gekennzeichnet werden, daß das genannte Zwischenstück gebildet wird durch das nächste Rohteil, eine Maßnahme, die dazu beiträgt, ein quasi kontinuierliches Verfahren zu erhalten, und es erlaubt, eine große Produktivität zu erhalten; es ist festzustellen, daß das Rohteil durch ein Ende der Matrize eintritt und dort immer in die gleiche Richtung gedrückt wird, um sie durch ihr anderes Ende zu verlassen, was jeglichen Zeitverlust vermeidet.
Die Erfindung betrifft gleichermaßen einen Hohlbolzen, der insbesondere dazu bestimmt ist, die Verbindung zwischen einem Fuß einer Pleuelstange und einem Kolben eines Verbrennungsmotors sicherzustellen, wobei der Bolzen im Inneren so profiliert ist, daß er mindestens zwei umlaufende Ausbuchtungen mit einem praktisch sinusförmigen Profil darstellt an einer Lage der Zone oder der Zonen, die dafür vorgesehen sind, den größten Belastungen unterworfen zu werden, nämlich die Lage ihrer jeweiligen Scherebenen, wobei dieser Bolzen dadurch gekennzeichnet ist, daß er gemäß dem Verfahren, das gerade beschrieben worden ist, hergestellt ist.
Dieser Bolzen wird sich insbesondere durch die Tatsache kennzeichnen können, daß die innere umlaufende Ausbuchtung jedes Teilstücks mit praktisch sinusförmigem Profil ungefähr in der Mitte eines jeden Teilstücks ist, was direkt erhalten wird am Ausgang der Matrize des Kaltextrudierens ohne irgendeine nachfolgende maschinelle Bearbeitung.
Ausführungsarten der Erfindung werden nun beschrieben unter Bezugnahme auf die Figuren der beigefügten Zeichnung, in der:
- die Figur 1 einen Axialschnitt eines Teilstücks des Bolzens gemäß der Erfindung mit einer inneren, mittleren Ausbuchtung darstellt;
- die Figur 2 eine Ansicht im Axialschnitt von zwei Teilstücken des Bolzens ist entsprechend denen der Figur 1 (aber kürzer), die stumpf aneinanderstoßen und durch einen Vorgang des Reibungsschweißens miteinander verbunden sind, wobei die beiden Teilstücke auf diese Weise ein Rohteil des Bolzens bilden,
- die Figur 3 eine Ansicht im Axialschnitt des fertiggestellten Bolzens ist, der erhalten wird durch maschinelle Bearbeitung des Rohteils der Figur 2 von außen; und
die Figuren 4 bis 7 schematische Ansichten im Axialschnitt der Matrize und des Stempels zur Kaltextrusion der Teilstücke des Bolzens sind, die die unterschiedlichen Schritte des Extrudierens zeigen.
Das Teilstück des Bolzen 1 der Figur 1, beispielsweise aus aufgekohltem Stahl, weist im Inneren eine umlaufende Ausbuchtung 2 auf. Man sieht, daß sie sich in der Mitte erstreckt über ungefähr ein Drittel der Länge des Teilstücks; selbstverständlich kann seine Erstreckung in der Länge kleiner sein.
Wenn es wünschenswert ist, einen Hohlbolzen mit zwei inneren Ausbuchtungen zu erhalten, die durch eine mittlere Zone mit verminderter Dicke getrennt sind (eine Dicke, die im wesentlichen gleich der an den Enden ist), wie es insbesondere der Fall ist für die Verbindungsbolzen Pleuelstange-Kolben, kann man zunächst zwei Teilstücke 1 analog zu dem der Figur 1 erzeugen und diese Kopf an Kopf verschweißen. Das ist das, was in der Figur 2 dargestellt worden ist, wo die Teilstücke mit 1 und 1' bezeichnet worden sind, und ihre inneren Ausbuchtungen mit 2 bzw. 2'. Die äußeren 3, 3' und inneren Wülste 4, 4' folgen aus der Art des Schweißens durch Widerstand (oder durch Reibung): Die beiden Teilstücke sind miteinander ausgerichtet, wobei das eine in Rotation an dem anderen, festen gerieben wird, und gegen dieses gepreßt wird, um die beiden Oberflächen miteinander in Kontakt zu bringen; die Aufheizung durch Reibung, die sich daraus ergibt, bewirkt ihre Verschweißung, wobei in diesem Moment selbstverständlich die positive Reibung beendet wird.
Die Figur 3 zeigt den fertiggestellten Bolzen, der durch die äußere maschinelle Bearbeitung des Rohteils der Figur 2 erhalten worden ist. Auf dieser Figur hat man mit spektralen Linien die Lager 5 des Kolbens des Verbrennungsmotors dargestellt, wobei angenommen wird, daß der Bolzen 1, 1' diesen mit dem Fuß 6 einer Pleuelstange verbindet.
Man versteht, daß dieser Bolzen Enden und einen mittleren Teil darstellt, die verglichen mit bekannten Bolzen mit entsprechenden äußeren Abmessungen und die den gleichen Belastungen unterworfen sind, dünner gemacht worden sind, und daß die normale Dicke sich nur in der Lage dem Ausbuchtungen 2 und 2' wiederfindet; der Gewichtsgewinn ist somit beträchtlich.
Die folgenden Figuren zeigen das Verfahren der Herstellung durch Kaltextrudieren von Teilstücken, wie z.B. 1 und 1'.
Auf den Figuren 4 bis 7 wird der Stempel (oder die Extrudiernadel) mit 7 und die Matrize mit 8 bezeichnet.
Die Figur 4 zeigt ein rohrförmiges Rohteil 1a, das in der Matrize angeordnet ist, und die Figur 5 seine Deformation 1b nach dem in Eingriffkommen der Spitze 10 des Stempels in seinen axialen Durchgang 11. Man sieht, daß das hintere Ende des Rohteils durch die Schulter 13 des Stempels gedrückt wird, und sein vorderes Ende extrudiert wird, wobei es zwischen der Spitze 10 des Stempels und der verengten Düse 14 der Matrize komprimiert wird.
Der Stempel 7 wird danach herausgezogen und ein neues Rohteil 12 wird eingefügt zwischen der Matrize 8 hinter das Rohteil 1b.
Wenn der Druck durch den Stempel 7 wieder aufgebracht wird und seine Spitze 10 somit teilweise aus dem Durchgang 11 des ersten Rohteils freikommt, begreift man, daß der Druck des nachfolgenden Rohteils 12 die Ausbuchtung 2 entstehen lassen wird gerade vor der Spitze 10. Man erhält damit das Teilstück der Figur 1, nachdem man den Druck fortgesetzt hat, um es vollständig aus der Matrize austreten zu lassen. Das neue Rohteil 12 findet sich folglich in der Position, die das Rohteil 1a in der Figur 4 eingenommen hatte und der Zyklus wiederholt sich auf die gleiche Weise.
Es ist festzustellen, daß man anstelle des nachfolgenden Rohteils 12 ein undeformierbares Zwischenlagen- Werkzeugstück verwenden könnte, aber daß das Interesse daran, daß nachfolgende Rohteil zum Drücken des vorangehenden Rohteils zu verwenden, offensichtlich ist, um einen beträchtlichen Zeitgewinn zu erhalten.
Man sieht ebenfalls bei Betrachtung der Figuren 2 und 3, daß das Profil der Ausbuchtungen 2, 2' praktisch sinusförmig ist und dies auf natürliche Weise wegen des einzigen Vorgangs des Kaltextrudierens ohne irgendeine nachfolgende maschinelle Bearbeitung. Dies bildet ein zusätzliches interessantes Ergebnis der Erfindung, weil diese quasi sinusförmige Form der Ausbuchtungen praktisch ideal ist vom Gesichtspunkt der mechanischen Widerstandskraft des Bolzens, wie es die Theorie zeigt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Hohlbolzens mit inneren umlaufenden Ausbuchtungen, das aus dem anfänglichen Herstellen von Teilstücken des Hohlbolzens, von denen jedes mindestens eine innere umlaufende Ausbuchtung mit praktisch sinusförmigem Profil aufweist, danach dem Zusammensetzen der beiden Teilstücken koaxial Kopf an Kopf besteht, um einen Hohlbolzen zu erhalten, der innen mindestens zwei umlaufende Ausbuchtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke gebildet werden durch die Vorgänge des Kaltextrudierens mit Hilfe eines einzelnen Stempels (7) ohne Wiedervornahme des Stückes und ohne nachfolgende innere maschinelle Bearbeitung, wobei die Vorgänge des Extrudierens aufweisen:

- das Extrudieren eines rohrförmigen Rohteils (1a) über einen Teil seiner Länge durch eine verengte Düse (14) einer Matrize (8), wobei die Spitze (10) eines Stempels (7) mit einer einzelnen Schulter (13) in Eingriff kommt mit einem axiaien Durchgang (11) dieses Rohteils und zwar so, daß dieses durch die Schulter gedrückt wird (Fig. 5);

- das Drücken des auf diese Weise verformten Rohteils (1b) durch ein dazwischen gelegtes Stück (12), das zwischen diese einzelne Schulter (13) und das Rohteil eingefügt wird, wobei die Spitze (10) des Stempels (7) somit teilweise aus dem Durchgang (11) des Rohteils (1b) herausgezogen wird (Fig. 6);

- was eine innere Ausbuchtung (2, 2') mit praktisch sinusförmigen Profil in dem Teil des Rohteils (1b) erzeugt, das vor dieser Spitze (10) des Stempels gelegen ist, so daß dieses Rohteil vollständig aus der Matrize herausgezogen wird Fig. 7).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (10) des Stempels (7) durch ein konusförmiges Ende abgeschlossen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Zwischenstück (12) gebildet wird durch das nachfolgende Rohteil.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Befestigung der beiden Teilstücke (1, 1') gebildet wird durch Schweißen, insbesondere durch Reibungsschweißung.

5. Hohlbolzen, der insbesondere dazu bestimmt ist, die Verbindung zwischen einem Fuß einer Pleuelstange und einem Kolben eines Verbrennungsmotors sicherzustellen, wobei der Bolzen innen so profiliert ist, daß er mindestens zwei umlaufende Ausbuchtungen (2, 2') mit praktisch sinusförmigem Profil aufweist in der Lage der Zone oder der Zonen, die dazu geeignet sind, den größten Belastungen unterworfen zu werden, nämlich der Lage der jeweiligen Scherebenen, dadurch gekennzeichnet, daß er durch ein Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche gebildet ist.

6. Bolzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Ausbuchtung der Teilstücke ungefähr in der Mitte in jedem Teilstück ist.