Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange für einen Hubkolbenverdichter.

Mit der Entwicklung neuer Generationen von Hubkolbenverdichtern, steigen die Anforderungen an die im Verdichter verwendeten Werkstoffe. Die Anforderungen an die Pleuelstange und insbesondere an die Pleuellager sind den sich daraus ergebenden hohen mechanischen Belastungen, insbesondere unter dem Langzeitaspekt, nicht mehr uneingeschränkt gewachsen.

Pleuelstangen die derzeit Verwendung finden sind als Druckguss- oder Schmiede pleuel ausgeführt. Dabei werden Materialien wie beispielsweise AIZn10Si8Mg oder AISi1 MgMn-T6 verwendet.

Um die Teilevielfalt zu senken, wird oft auf den Einsatz von Lagerschalen, zwischen Pleuelauge und Kurbelwelle, verzichtet. Somit muss sich der Schmierfilm im Betrieb direkt zwischen Pleuelauge und der Kurbelwelle ausbilden. Der Nachteil liegt hierbei darin, dass im Start-Stopp-Betrieb der Verschleiß im Pleuelauge bzw. an den Schubflächen stark zunimmt. Dieser Verschleiß verstärkt sich insbesondere dann wenn verunreinigtes Öl in den Lagerspalt gelangt.

Bekannt sind unterschiedliche Kombinationen von Werkstoffen, aus denen der Pleuel gefertigt wird, und Beschichtungen die zum Verschleißschutz auf die Lagerflächen aufgebracht werden.

Die DE 10 2004 018 921 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange, für einen eine Kurbelwelle und Kolben umfassenden Hubkolbenmotor. Im ersten Pleuelauge, das die Kurbelwelle umschließt, ist eine Funktionsauflage durch Vergütung aufgebracht und im zweiten Pleuelauge ist eine Funktionsauflage durch Beschichtung der Innenfläche des Pleuelauges vorgesehen. Die Vergütung und die Beschichtung erfolgt in aufeinander folgenden Schritten, wobei die im ersten Schritt eingebrachte Wärme zur Vorwärmung für den zweiten Schritt genutzt wird.

Die Beschichtung des Pleuelauges kann eine CuZn-, CuSn-, CuBi-, CuAg-, Co- Basislegierung oder einen Cr/W/V-Stahl umfassen.

Weiterhin ist aus der DE 19 731 625 A1 eine Pleuelstange bekannt, bei der auf die Innenflächen des Pleuelauges, ein Lagerwerkstoff durch thermisches aufspritzen aufgebracht ist. In der DE 10 2006 008 910 A1 wird dagegen vorgeschlagen, anstelle der Innenflächen des Pleuelauges, den Kolbenbolzen, zumindest im Bereich der Lauffläche, mit einer thermisch gespritzten Gleitschicht aus einem metallischen Lagerwerkstoff oder Gleitlagerwerkstoff zu versehen. Weiterhin wird in der EP 3 215 654A1 zur Verminderung des Verschleißes vorgeschlagen eine Polymerbeschichtung auf die Pleuelstangenoberfläche aufzutragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Pleuelstange vorzuschlagen, die einfach herzustellen ist und den höheren Anforderungen gerecht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.

Es wird eine Pleuelstange zum Verbinden einer Kurbelwelle mit einem Kolben eines Hubkolbenverdichters vorgeschlagen, die einen Körper aus Aluminium umfasst, der sich in Längsrichtung von einem ersten Pleuelauge zu einem zweiten Pleuelauge erstreckt, wobei das erste Pleuelauge eine erste Bohrung umschließt, um einen Gelenkstift aufzunehmen und das zweite Pleuelauge eine zweite Bohrung zur Aufnahme einer Kurbelwelle aufweist, wobei der Körper einen Schaft umfasst, der das erste und zweite Pleuelauge verbindet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Körper ein Aluminiumdruckgussteil ist und die Oberflächen des Körpers zumindest teilweise mittels eines Oxidationsverfahrens behandeln ist. Das Oxidationsverfahren ist ein Verfahren, bei dem nicht wie bei den üblichen galvanischen Verfahren eine metallische Schicht elektrochemisch aufgebracht wird, sondern die oberste Schicht des Werkstücks durch gezielte Oxidation verändert wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das zweite Pleuelauge ein Paar von Schubflächen aufweisen, die einander gegenüberliegen und die Bohrung zur Aufnahme der Kurbelwelle umschließt, wobei zumindest die Schubflächen des zweiten Pleuelauges mittels des Oxidationsverfahrens behandelt sind.

Weiterhin kann das zweite Pleuelauge eine Trennfuge aufweisen, so dass die Montage auf der Kurbelwelle erleichtert bzw. ermöglicht wird.

Vorzugsweise erfolgt das Oxidationsverfahren mittels eines Elektrolytverfahrens, bei dem eine Umwandlung der Oberfläche des Aluminiumwerkstoffes zu Aluminiumoxid (AL203) erfolgt. Bei dem Oxidationsverfahren wird, mit Hilfe eines bei dem Elektrolytverfahren verwendeten Elektrolyten, die Umwandlung der Aluminiumoberfläche in Aluminiumoxid (AI203) erreicht. Durch Verwendung von gepulstem Gleichstrom werden Bedingungen erreicht, bei denen extrem harte, keramikähnliche Oberflächen auf dem Aluminiumwerkstoff erzeugt werden. Über die genaue Abstimmung von Parametern, wie der Elektrolyttemperatur und/oder der Stromdichte, sowie dem Zusatz geeigneter Additive zum Elektrolyten, können legierungsabhängig Schichtdicken bis 200 pm und hohe Härten erreichen werden. Die bevorzugte Schichtdicke liegt bei einem Wert zwischen 35 pm und 65 pm.

Die Umwandlung der Oberfläche des Aluminiumwerkstoffes zu Aluminiumoxid (AI203) ist mit einer Volumen-Expansion verbunden. Die Schicht wächst um 50 % der

Gesamtschichtdicke nach außen. Die sich bei der Oxidation bildende Grenzschicht kann auch als Beschichtung bezeichnet werden. Die entstehende Oberflächenschicht wird auch Hartcoating-Beschichtung genannt. Ein großer Vorteil dieses Oxidationsverfahrens ist die Möglichkeit eine Maßbeschichtung zu erreichen, die eine Nachbearbeitung überflüssig macht. Die vorgeschlagene Pleuelstange kann weiterhin derart ausgelegt sein, dass die Bohrung des ersten Pleuelauges und die Kontaktflächen der Trennfuge nicht mittels des Oxidationsverfahrens veredelt sind. Hier ist es vorteilhaft, wenn die ursprünglichen Eigenschaften erhalten bleiben. Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung einer Pleuelstange umfasst folgende Schritte

- hersteilen des Körpers als Aluminiumdruckgussteil

- bearbeiten der zweiten Bohrung auf ein Untermaß

- Behandlung der Oberfläche der zweiten Bohrung mittels eines

Oxidationsverfahrens, wobei durch das Oxidationsverfahren das

Nennmaß hergestellt wird.

Vorzugsweise weißt das zweite Pleuelauge eine Trennfuge auf, wobei vor der Anwendung des Oxidationsverfahrens die erste Bohrung des ersten

Pleuelauges und die Kontaktflächen der Trennfuge durch das Aufträgen einer Schutzschicht abgedeckt werden, so dass diese Flächen während des

Oxidationsverfahrens keiner Oxidation ausgesetzt sind. Bevorzugt wird als

Oxidationsverfahren das Harteloxalverfahren angewandt. Die Figuren zeigen beispielhaft eine Pleuelstange

Fig.1 Vorderansicht der Pleuelstange

Fig.2 Seitenansicht der Pleuelstange Fig. 1 a zeigt eine Pleuelstange 1 mit den zwei Pleuelaugen 4 und 5 die mittels eines Schafts 9 miteinander verbunden sind. Die Pleuelstange 1 erstreckt sich also von einem ersten Pleuelauge 4 zu einem zweiten Pleuelauge 5, wobei das erste Pleuelauge 4 eine erste Bohrung 6 umschließt, um einen Gelenkstift aufzunehmen und das zweite Pleuelauge 5 eine zweite Bohrung 8 zur Aufnahme einer Kurbelwelle aufweist. Die vorliegende Pleuelstange 1 ist im Gussverfahren hergestellt und besteht aus einem Aluminiumwerkstoff. Maßgeblich ist, dass die Pleuelstange 1 für die zu oxidierenden Bereiche mit einem Untermaß gegossen oder gefertigt wird, da die Oxidation, also die Umwandlung der Oberfläche des Aluminiumwerkstoffes zu Aluminiumoxid (AI203), mit einer Volumen-Expansion verbunden ist.

Bei der Anwendung des Harteloxalverfahrens wächst die ober Schicht um ca. 50 % der Gesamtschichtdicke nach außen. Dieser Dickenzuwachs der Hartcoating- Beschichtung muss bei der Konstruktion von Präzisionsbauteilen, insbesondere bei Passungen, berücksichtigt werden, um eine Nacharbeit überflüssig zu machen. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Oberflächenrauhigkeit des Rohwerkstückes. Möglich sind auch eine partielle Beschichtung sowie eine Maßbeschichtung.

Für den Einsatz in einem Kompressor ist es besonders wichtig, dass die Bohrung 8 des zweiten Pleuelauges 5 beschichtet bzw. oxidiert ist. Die Bohrung 8 weist ein Paar von Schubflächen 12 auf, die einander gegenüberliegen und die Bohrung 8, zur Aufnahme der Kurbelwelle des Kompressors, umschließen. Zumindest die Schubflächen 12 des zweiten Pleuelauges 8 müssen eine hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit aufweisen und gegen Korrosion geschützt sein. In einer bevorzugten Ausführung ist es sinnvoll die erste Bohrung 6 des ersten Pleuelauges 4 nicht zu beschichten. Weiterhin ist es vorteilhaft die Flächen der Trennfuge 10 nicht zu beschichten. Insbesondere bei den Flächen der Trennfuge 10 ist eine besonders große Maßhaltigkeit gefordert, so dass eine Nacharbeit vermieden werden sollte. Bezugszeichenliste

1 Pleuelstange

2 Unterteil

3 Schrauben

4 erstes Pleuelauge

5 zweites Pleuelauge

6 erste Bohrung

7 Rippe

8 zweite Bohrung

9 Schaft

10 Trennfuge

1 1 Beschichtung

12 Schubflächen