Lageranordnung und Verfahren zum Herstellen einer Lageranordnung Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem Lagerauge und einer einge- pressten Lagerbuchse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Lageranordnung.

Eine derartige Lageranordnung bzw. ein derartiges Verfahren sind in der

WO 2012/130738 A1 der Anmelderin offenbart. Die Lageranordnung kann beispielsweise als kleines Pleuelauge eines Pleuels eines Verbrennungsmotors ausgebildet sein. Zur Gewichtsoptimierung und zur Aufnahme der über den Kolben eingebrachten Kräfte kann das kleine Pleuelauge in Stangenrichtung trapezförmig, als Stufenform oder korbhenkelformig ausgebildet sein. Allgemein gesprochen, ist bei derartigen Pleueln die Axiallänge der Lagerbuchse stangenseitig größer als in dem von der Kolbenstange abgewandten Bereich.

Wie eingangs erläutert, werden zylindrische Lagerbuchsen mit Stoß, Clinch oder als kompletter Ring ausgebildet und können ohne technische Probleme eingepresst werden, wobei teilweise ein Nachkalibrieren erfolgt, damit die Buchsen gleichmäßiger am kleinen Pleuelauge eines Pleuels anliegen. Bei Pkw-Pleuel werden die Buchsen oft zunächst zylindrisch eingepresst und danach wird ein Trapez oder eine Formkurve angefräst. Bei Lkw-Pleuel werden stabile Formbuchsen meistens mit Clinch oder als geschlossener Ring eingesetzt.

Die herkömmlichen, stufen- oder korbhenkelformig und mit Stoß ausgeführten Lagerbuchsen in low cost Ausführung weichen teilweise stark ab von der idealen Zylinderform, sind dann aber stabil und unförmig. Wie in der WO 2012/130738 A1 beschrieben, kann nach dem Einpressen ein

Kalibrieren mittels eines Kalibrierdorns erfolgen, um die Innenumfangswandung/den Innenzylinder der Lagerbuchse auf Maß zu bringen. Es zeigte sich, dass nach dem Einpressen die Lagerbuchsen insbesondere stangenseitig nicht flächig an der Umfangs- wandung der Buchsenaufnahmebohrung anliegen, sondern dass insbesondere seitlich des geschlossenen Ringzylinderabschnitts der Lagerbuchse Hohlräume zwischen der Innenumfangswandung der Buchsenaufnahmebohrung und der Außenumfangswan- dung/dem Außenzylinder der Lagerbuchse entstehen. Diese Hohlräume verschlechtern die Verankerung der Lagerbuchse und sind daher zu vermeiden.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lageranordnung zu schaffen, bei denen das Entstehen derartiger Hohlräume minimiert ist.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Lageranordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruchs 7 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Lageranordnung mit einem Lagerauge versehen, in dem eine Buchsenaufnahmebohrung ausgebildet ist. In diese wird eine Lagerbuchse einge- presst, wobei die Buchsenaufnahmebohrung erfindungsgemäß als Formbohrung, d. h. nicht als zylindrische Bohrung, ausgebildet ist. Die Kontur der Formbohrung ist derart gewählt, dass nach dem Einpressen die Lagerbuchse mit ihrer Außenumfangswandung im Vergleich zu einer zylindrischen Bohrung mit größerem Flächenanteil und optimaler Vorspannung an der Umfangswandung der Buchsenaufnahmebohrung anliegt.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Buchsenaufnahmebohrung mit achs- und/oder radialvariablem Durchmesser kann zum Einen eine optimale Anlage der Lagerbuchse an die Umfangsfläche der Buchsenaufnahmebohrung gewährleistet werden. Zum Anderen ist sichergestellt, dass die Lagerbuchse 14 mit einer vorbestimmten optimalen Vorspannung in der Buchsenaufnahmebohrung 8 aufgenommen wird.

Entsprechend ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer La- geranordnung vorgesehen, diese Formbohrung mit in Axialrichtung und/oder in Radialrichtung des Lagerauges variierendem Durchmesser auszubilden. Die Formbohrung kann trompetenförmig, d. h. zu den Stirnseiten des Lagerauges sich öffnend oder schließend, ausgebildet sein. Dementsprechend ist die Trompetenform konvex oder konkav ausgebildet. Alternativ kann die Formbohrung auch in sonstiger Form achsvariabel, das heißt in Lageraugenachsrichtung gesehen mit veränder- liehen Durchmessern oder radial variabel, das heißt in Radialrichtung gesehen veränderlichen Durchmesser ausgeführt sein. Als Beispiel für eine radialvariable Ausgestaltung wird ein Profil genannt, das einen 3- oder 4-blättrigen Kleeblatt ähnelt.

Durch eine derartige radiusvariable Ausgestaltung der Buchsenaufnahmebohrung 8 kann eine entsprechend geformte Lagerbuchse orientiert und verdrehsicher aufgenommen werden, wobei durch die geeignete Formgebung eine vollflächige Anlage des Außenumfangs der Lagerbuchse 14 an die Innenumfangsfläche der Buchsenaufnahmebohrung 8 gewährleistet werden. Realisierbar ist auch eine Schraubenform, bei der Durchmesser sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung variiert wird. Derartige Formbohrungen können beispielsweise zur Erhöhung der Torsionsstabilität gewählt werden.

Die Kontur der Formbohrung ist vorzugsweise auch so gewählt, dass nach dem Einpressen der Lagerbuchse deren Innenumfangswandung im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Dies ist ein Unterschied zu herkömmlichen Lösungen, bei denen die Lagerbuchse in eine zylindrische Buchsenaufnahmebohrung eingesetzt wird - beim Einpressen ergibt sich darin ein Innenzylinder der Lagerbuchse, der außerhalb des geschlossenen Ringzylinderabschnittes ausgewölbt ist. Die Anmelderin behält sich vor, auf das oben genannte Merkmal einen unabhängigen Anspruch zu richten.

Das Lagerauge kann beispielsweise in Korbhenkelform, trapezförmig oder in Stufenform ausgebildet sein. Bei derartigen Lageraugen mit variierender Axiallänge, wobei vorzugsweise die Axiallänge stangenseitig größer als im davon abgewandten Bereich ist, wird die Formkurve so gewählt, dass die Anlage seitlich des geschlossenen Ringzylinderabschnitts der Lagerbuchse verbessert ist. Die Erfindung kann beispielsweise bei der Bearbeitung eines kleinen Pleuelauges verwendet werden.

Die Formbohrung kann über eine definierte Schneide oder ein Aussteuerwerkzeug mit Schneidenkompensation bearbeitet werden.

Die Überprüfung, ob der Buchsensitz erfindungsgemäß optimiert ist, kann über eine Tomografie oder auf sonstige Weise erfolgen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 Ansichten eines Pleuels mit einem in Korbhenkelform ausgebildeten kleinen Pleuelauge;

Figur 2 eine dreidimensionale Darstellung eines kleinen Pleuelauges in

Korbhenkelform;

Figur 3 den Verlauf der Kontur einer Innenumfangswandung und einer Außenum- fangswandung einer Lagerbuchse bei einer herkömmlichen Lageranordnung;

Figur 4 eine Figur 3 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäßen

Lageranordnung;

Figur 5 eine grafische Darstellung der Einpresshaltekraft in Abhängigkeit vom Durchmesser der Buchsenaufnahmebohrung;

Figur 6 eine Variante eines kleinen Pleuelauges mit kleeblattförmiger Buchsenauf- nahmebohrung;

Figur 7 mögliche Varianten von Geometrien für Buchsenaufnahmebohrungen;

Figur 8 eine Prinzipdarstellung eines Ausdrehkopfs zum Bearbeiten von Buchsenaufnahmebohrungen mit den Profilen gemäß Figur 6 und

Figur 9 einen Schnitt entlang der Linie A-A durch den Ausdrehkopf gemäß Figur 8.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht eines Pleuels 1 in Korbhenkelbauweise. In Figur 1 links ist ein Schnitt entlang der Linie A-A dargestellt. Demgemäß hat das Pleuel 1 ein großes Pleuelauge 2 und ein kleines Pleuelauge 4, die über eine Pleuelstange 6 ver- bunden sind. Inn kleinen Pleuelauge 4 ist eine Buchsenaufnahmebohrung 8 zur Aufnahme einer Lagerbuchse ausgebildet. Wie aus dem Schnitt A-A entnehmbar, ist die kolbenstangenseitige Axiallänge des kleinen Pleuelauges 4 bzw. der Buchsenaufnahmebohrung 8 größer als die Axiallänge in dem von der Kolbenstange 6 entfernten Bereich (oben in Figur 1 ). Der kolbenstangenseitige Umfangsbereich der Buchsenaufnahmebohrung 8 ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Der Übergang zu dem schmaleren, oben liegenden Umfangsabschnitt 12 ist verrundet.

Prinzipiell kann auch eine sonstige Stufenform oder eine Trapezform ausgebildet sein, durch die das kleine Pleuelauge 4 in der Darstellung gemäß Figur 1 nach oben hin verjüngt ist.

Gemäß der Darstellung in Figur 2 wird in das kleine Pleuelauge 4 eine Lagerbuchse 14 eingepresst.

Man erkennt in dieser Darstellung die Lagerbuchse 14, die in die

Buchenaufnahmebohrung 8 des kleinen Pleuelauges 1 eingesetzt ist. Dieses hat die oben beschriebene Korbhenkelform. Die Lagerbuchse 14 ist mit einer entsprechenden Axiallängenvariation ausgeführt, so dass die Lagerbuchse 14 vollflächig an die Innen- umfangswandungskontur der Buchsenaufnahmebohrung angepasst ist.

Figur 3 zeigt eine stark schematisierte Darstellung, in der die Konturen der Innenumfangswandung (Innenzylinder 16) und der Außenumfangswandung

(Außenzylinder 18) der eingepressten Lagerbuchse 14 bei einer nicht erfindungsge- mäßen Lageranordnung gezeigt sind. Bei dieser ist die Buchsenaufnahmebohrung 8 zylindrisch ausgebildet.

Im Auslieferungszustand ist der Teil der Lagerbuchse 14 mit größerer Axiallänge häufig sattelförmig oder konvex eingewölbt, so dass die zu den Stirnkanten benach- barten Umfangsbereiche höher liegen als die dazwischen liegenden Umfangsbereiche. Beim axialen Einpressen einer derartigen Buchse kommt es zu einem sogenannten Radiergummieffekt, wobei die höher liegenden Bereiche mit einer größeren Reibung und dementsprechend größerem Verschleiß beaufschlagt sind. In Figur 3 unten liegend ist der kolbenstangenseitige Umfangsabschnitt 10 der Buchsenaufnahmebohrung 8 in erster Näherung rechteckförmig eingezeichnet. Die Kolbenstange 6 liegt dann entsprechend darunter. Oben liegend in der Darstellung ge- maß Figur 2 ist die Lagerbuchse 14 mit dem dann sichtbaren Innenzylinder 16, wobei die Lagerbuchse 14 parallel zur Zeichenebene geschnitten ist, so dass eine Schnittkante 20 des Innenzylinders 16 und die entsprechende Schnittkante 22 des Außenzylinders 18 sichtbar ist. Beim Einpressen der vorbeschriebenen Lagerbuchse 14 wölbt sich dann der Innenzylinder 16 in den zu den Stirnkanten benachbarten seitlichen - Bereichen 24, 26 der Lagerbuchse 14 nach innen, in das Pleuelauge 4 hinein. Der zwischen diesen eingewölbten Bereichen 24, 26 liegende Bereich ist dementsprechend nach innen konkav verlaufend ausgebildet. Die Lauffläche der Lagerbuchse 14 ist mit dem Bezugszeichen 19 gekennzeichnet. In entsprechender Weise wird der Außenzylinder 18 eingewölbt, so dass zwischen diesem Außenzylinder 18 und der Innenumfangswandung der angedeuteten

Buchsenaufnahmebohrung 8 Hohlräume 28, 30 entstehen, so dass die Anlage der Lagerbuchse 14 an die Umfangswandung der Buchsenaufnahmebohrung 8 zumindest im Bereich des Umfangsabschnitts 10 nicht oder nur teilweise erfolgt und somit die Haltekraft und die Vorspannung für die Lagerbuchse 14 verringert ist.

Diese Hohlräume 28, 30 sind bei stufenförmigen oder korbhenkelförmigen Pleueln insbesondere stangenseitig außerhalb des geschlossenen Ringzylinderabschnitts 21 , das heißt in den in Axialrichtung verlängerten Bereichen des Umfangsabschnitts 10 ausgebildet. Dementsprechend ist das Tragbild einer derartigen herkömmlichen

Lageranordnung unzureichend.

Erfindungsgemäß wird die Buchsenaufnahmebohrung 4 nicht zylindrisch, sondern als Formkurve ausgebildet, wobei diese Formkurve beispielsweise trompetenförmig ausgebildet sein kann, so dass sich der Durchmesser D, wie in der Figur 4 rechts oben stark schematisiert angedeutet, zu den beiden Stirnseiten 32, 34 des kleinen Pleuelauges 4 hin erweitert. Selbstverständlich können gemäß den Figuren 3, 5 und 6 auch andere Formkurven ausgewählt werden. Prinzipiell erfolgt die Auslegung so, dass das Tragbild und die Vorspannung gegenüber der herkömmlichen Lösung deutlich verbessert wird.

Dies erkennt man an der Darstellung in Figur 4, in der der Verlauf des Innenzylin- ders 16 und des Außenzylinders 18 mit den Schnittkanten 20, 22 bei einer

erfindungsgemäßen Ausbildung der Buchsenaufnahmebohrung 8 dargestellt ist. Man erkennt deutlich, dass die Innenumfangsfläche des Innenzylinders 16 im Wesentlichen eben, zylinderförmig ausgebildet wird, ohne dass die vorbeschriebenen Einwölbungen vorhanden sind. Auch deutlich zu sehen ist, dass der Außenzylinder 18 insbesondere auch in den außerhalb des strichpunktiert angedeuteten, geschlossenen Ringzylinderabschnitts 21 der Lagerbuchse 8 liegenden Bereichen flächig an der Innenumfangswan- dung der Buchsenaufnahmebohrung 8 anliegt. Die vorbeschriebenen Hohlräume 28, 30 sind nahezu vollständig beseitigt oder zumindest deutlich verkleinert, so dass das Tragbild und somit auch die Haltekraft der Lagerbuchse 14 gegenüber den herkömmlichen Lösungen auch ohne Kalibrieren verbessert ist. Selbstverständlich kann ein Kalibrieren in einem folgenden Arbeitsgang erfolgen.

Figur 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Einpresshaltekraft F über dem Aufnahmedurchmesser D der Buchsenaufnahmebohrung 8 dargestellt ist. Man erkennt, dass auch mit sich verringerndem Aufnahmedurchmesser die Einpresshaltekraft F linear ansteigt - es sind dann keinerlei Verformungen am Innenzylinder 20 der Lagerbuchse 14 erkennbar. Ein derartiges Verhalten ist bei einem herkömmlichen Konzept mit zylinderförmiger Buchsenaufnahmebohrung nicht realisierbar. Wie bereits eingangs erläutert, kann die Prüfung, ob die eingangs geschilderten

Hohlräume vorliegen oder nicht, beispielsweise tomografisch erfolgen, wobei eine Messmaschine verwendet werden kann oder aber auch ein Handgerät mit einem Sondermesskopf Verwendung finden kann. Selbstverständlich sind auch andere Messverfahren zur Detektion eventuell vorhandener Hohlräume einsetzbar.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Buchsenaufnahmebohrung 8 mit einem in Axialrichtung variablen Durchmesser trompetenförmig ausgebildet. Figur 6 zeigt eine Variante mit einer radialvariablen Buchsenaufnahmebohrung (Formbohrung) 8 im kleinen Pleuelauge 4. Dabei ist die Umfangsfläche in etwa als 3- blättriges Kleeblatt ausgeführt. Mit anderen Worten gesagt, ausgehend von dem ge- strichelt dargestellten Grundkreis 36 wird die Buchsenaufnahmebohrung 8 in drei am Umfang verteilten Bereichen etwa nierenformig erweitert, so dass sich im dargestellten Querschnitt eine Art Kleeblattstruktur ausbildet. Ein derartiges Formbohrungsprofil verleiht dem kleinen Pleuelauge eine besondere Torsionsstabilität. Auch diese Form kann theoretisch zusätzlich in Axialrichtung trompetenförmig ausgebildet sein, wobei dann durchaus im mittleren Bereich ein Kreisquerschnitt ausgebildet werden kann. Dieser mittlere, kreisförmige Bereich ist mit den Bezugszeichen 38 gekennzeichnet. Durch eine derartige Formgebung erfolgt eine Vorspannungsanpassung der

Presspaarung Lagerbuchse/kleines Pleuelauge, so dass eine vollflächige Anlage der Lagerbuchse 14 gewährleistet ist.

In dem Diagramm gemäß Figur 8 sind einige Varianten für eine Formgebung der Buchsenaufnahmebohrung 8 dargestellt.

Zum Einen ist die aus dem Stand der Technik bekannte zylinderförmige Buchsenaufnahmebohrung 8 dargestellt, bei einer derartigen zylinderförmigen Buchsenaufnahmebohrung ist der Durchmesser U1 über die Axiallänge Z konstant. Erfindungsge- mäß bevorzugt werden Profile, wie sie in Figur 7 unter 2), 3) und 4) dargestellt ist. Bei einem Kleeblattprofil oder einem auf sonstige Weise ausgebildeten radiusvariablen Profil lässt sich der Durchmesser mit der Gleichung U1 = f(C1 x f [0° - 360°]) beschreiben, wobei sich der Radius U1 in Abhängigkeit vom Drehwinkel C1 ändert. Dieses Profil bleibt vorzugsweise über die gesamte Axiallänge Z konstant, kann jedoch auch - wie angedeutet variieren. Ebenfalls in Figur 7 dargestellt sind die achsvariablen Profile, beispielsweise eine konvexe oder konkave Trompetenform, bei der der Durchmesser U1 eine Funktion der Axiallänge Z ist. Machbar sind selbstverständlich auch andere Geometrien, wie beispielsweise eine

Schraubengeometrie, bei der der Durchmesser sowohl achsvariabel als auch radialvariabel ausgestaltet ist. Dieser Durchmesser U1 ist in der in Figur 7 dargestellten Weise abhängig von der Axiallänge Z, dem Drehwinkel C1 und einer Konstanten a°. Die geometrischen Funktionen sind in Figur 7 wiedergegeben.

Selbstverständlich sind auch andere Geometrien und Mischformen der vorgestellten Geometrien einsetzbar. Die Figuren 8 und 9 zeigen einen radial verstellbaren Feinbohrkopf 40, mit dem derartige Geometrien der Buchsenaufnahmebohrung 8 herstellbar ist. Der Grundaufbau dieses Feinbohrkopfs 40 ist in der WO 2013/01 1027 A1 der Anmelderin gezeigt. Figur 8 zeigt eine Prinzipdarstellung eines derartigen radial verstellbaren Feinbohrkopfs 40, bei dem eine Werkzeugschneide 42 über einen Piezoaktor 44 in U1 -Richtung, d. h., in ra- dialer Richtung verstellbar ist. Der Feinbohrkopf 40 ist an einer Spindel 46 gehalten, über die die Werkzeugschneide 42 um die Rotationsachse C1 drehbar ist. Die Werkzeugschneide 42 kann zudem in Axialrichtung, d. h., in Z-Richtung verstellt werden, um die in Figur 7 dargestellten Geometrien oder sonstige Formbohrungen auszubilden. Figur 9 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A. Man erkennt in dieser Darstellung einen Teil des Piezoaktors 44, bei dem ein die Werkzeugschneide 42 tragender Werkzeugschieber 48 mittels des Piezoaktors 44 in Radialrichtung (U1 ) verstellbar ist. Angedeutet in Figur 9 ist noch ein Werkzeughalter 50, der mit dem Schlitten 48 verbunden ist und die Werkzeugschneide 42 trägt. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten wird auf die vorgenannte WO 2013/01 1027 A1 hingewiesen.

Die Radialverstellung lässt sich in Abhängigkeit vom Vorschub Z und vom Drehwinkel C1 mit hoher Dynamik verstellen, wobei der Aufbau eine optimale Steifigkeit auf- weist, so dass auch bei hohen Schnittgeschwindigkeiten eine hinreichende Präzision gewährleistet ist. Mit einem derartigen Piezo-Feinbohrkopf 40 kann durch

entsprechende Ansteuerung über einen Controller entsprechend der Winkelposition C1 (erfassbar über einen Drehgeber der Spindel 46) mit Vorsteuerung von Beschleunigung oder Geschwindigkeit (a, v) eine phasenstarre Kontur ausgebildet werden. Bei achsvariablen Formen, wie beispielsweise den konkaven oder konvexen

Trompetenstrukturen erfolgt die Ansteuerung in Abhängigkeit vom Vorschub in Z- Richtung. Anstelle eines derartigen Piezo-Feinbohrkopfs kann auch ein Membrankippkopf verwendet werden, wie er in der DE 10 2007 017 800 A1 gezeigt ist.

Offenbart sind eine Lageranordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lageranordnung, bei denen eine Lagerbuchse in eine Buchsenaufnahme- bohrung eines Lagerauges eingepresst wird. Die Buchsenaufnahmebohrung ist als Formbohrung ausgebildet, um das Tragbild zu verbessern und eine optimale Vorspannung zu gewährleisten.

Bezugszeichenliste:

1 Pleuel

2 großes Pleuelauge

4 kleines Pleuelauge

6 Kolbenstange

8 Buchsenaufnahmebohrung

10 kolbenstangenseitiger Umfangsabschnitt

12 oben liegender Umfangsabschnitt

14 Lagerbuchse

16 Innenzylinder

18 Außenzylinder

19 Lagerfläche

20 Schnittkante

22 Schnittkante

24 Bereich

26 Bereich

28 Hohlraum

30 Hohlraum

32 Stirnseite

34 Stirnseite

36 Grundkreis

38 mittlerer Bereich

40 Feinbohrkopf

42 Werkzeugschneide

44 Piezoaktor

46 Spindel

48 Schlitten

50 Werkzeughalter