Pleuel kugelstrahlverfestigen

DAS KUGELSTRAHLVERFAHREN

Beim Kugelstrahlverfahren werden durch gezielten Beschuss mit durch Pressluft oder Fliehkraft beschleunigten, kugelförmigen Partikeln, die wie winzige Schmiedehämmer wirken, begrenzte plastische und elastische Verformungen in der Bauteilrandschicht erzeugt.

Die elastische Verformung induziert in der plastifizierten Zone hohe Druckeigenspannungen. Das Bauteil wird durch die induzierte Druckeigenspannung an bzw. unter der Oberfläche von externen Zugspannungen entlastet und die Dauerschwingfestigkeit und die Beständigkeit gegen Spannungsriss- und Schwingungsrisskorrosion wird erheblich gesteigert. Gleichzeitig wird die Entstehung und Fortpflanzung von Rissen verhindert.

Die Steigerung der Schwingfestigkeit ist bei Bauteilen mit hohen Kerb- und Formfaktoren, bei hohen Torsions- oder Biegespannungen, bei Stoßbelastungen, hochfesten und gehärteten Bauteilen relativ zur Ausgangsfestigkeit am größten.

Das Kugelstrahlverfahren in Anwendung bei Motorrad-Pleueln

Motorrad-Pleuel sind hervorragende Beispiele für Bauteile mit hoher Dauerschwing- Beanspruchung, da jede Motorumdrehung ein Lastspiel darstellt. Bei den meisten Pleuelstangen sind die Übergangsradien vom Schaft in den Bereich der Kurbelwellenlagerung die kritischen Schadensbereiche.

Die eingefügte Abbildung zeigt eine Finite-Elemente-Spannungsanalyse.
Die Bereiche mit der maximalen Spannung sind rot dargestellt.
Die wirtschaftlichste Art Pleuelstangen kugelzustrahlen ist die Bearbeitung des geschmiedeten, gegossenen oder gesinterten Bauteils vor jeglicher maschineller Bearbeitung. Dadurch wird das kostensteigernde Abdecken vermieden.

Dies ist bei bereits verbauten Pleueln oder neu eingekauften, aber bereits fertig bearbeiteten Pleueln nicht möglich. Es ist dann daher notwendig, die fertig bearbeiteten Flächen (kostensteigernd) abzudecken.

Die Vorteile der Kugelstrahlbehandlung sind aber auch da eindeutig.
Da nahezu alle Ermüdungs- und Spannungsriss-Korrosionsschäden von der Bauteiloberfläche ausgehen, wird die Lebensdauer von Pleueln durch das Kugelstrahlen beträchtlich erhöht. Die durch das Kugelstrahlen erzeugten Druckeigenspannungen in der Oberflächenschicht betragen etwa die Hälfte der Werkstoffzugfestigkeit.

Zudem besitzen die unter Druckspannung stehenden unbearbeiteten Oberflächen der Pleuel ein besseres Ermüdungsverhalten.
Die kugelgestrahlten Oberflächen erfordern keine Vorbearbeitung bzw. Nachbehandlung.

Im Artikelbild 2 und 3 sehen Sie ein per Kugelstrahlverfahren behandeltes Pleuel.
Im Bild 4 ist das Serienpleuel unbehandelt abgebildet!