AT407289B - Gleitlager - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Lager, vor allem für Brennkraftmaschinen, insbesondere auf Mehrschichten-Lager für hohe Lasten, insbesondere für Dieselmotoren.

Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung ein Gleitlager mit einer Stützschicht, auf der sich eine Zwischenschicht befindet, die zumindest auf einem Teil der Umfangslänge des Lagers mit inneren, pheripheren, mit Abstand voneinander vorgesehenen Nutenteilen versehen ist, die mit einem eine Gleitschicht bildenden Material, das weicher als das Material der Zwischenschicht ist, gegebenenfalls unter Vorsehen einer Diffusions- oder Bindeschicht auf der Oberfläche der Nutenteile, gefüllt sind, wobei die Nutenteile quer zur Lager-Längserstreckung verlaufen und in der Lager-Längserstreckungsrichtung mit Abstand voneinander vorgesehen sind.

Brennkraftmaschinen-Lager sind mechanischen Belastungen ausgesetzt, die durch den Druck der Verbrennungsgase an der Kolbenoberseite erzeugt und über Pleuelstangen auf die Lager übertragen werden. Diese Lager müssen mehrere Eigenschaften haben, nämlich ein Widerstandsvermögen gegenüber Abnutzung, die durch Reibung verursacht wird, eine Widerstandsfestigkeit gegenüber Ermüden, das durch zyklisches Belasten verursacht wird, die Fähigkeit zum Einlagern von Fremdpartikeln im Maschinenöl und eine Paßfähigkeit zur Kompensierung von Wellen-Fehlausrichtungen.

Zufolge dieser Verschiedenheit von Eigenschaften müssen Gleitlager aus verschiedenen Materialien für eine geeignete Arbeitsleistung hergestellt werden. Eine bekannte Art von Lager ist das sogenannte Mehrschichten-Lager, das aus einer Stützplatte, im allgemeinen aus Stahl oder Aluminium, zumindest einer Zwischenschicht, im allgemeinen aus einer Aluminiumlegierung oder einer Legierung auf Kupferbasis, und einer Lager- oder Gleitschicht, im allgemeinen aus einer Kupfer-Zinn-Blei-Legierung, aufgebaut ist. Zwischen der Lagerschicht und der Zwischenschicht kann eine Diffusions- oder Bindeschicht vorhanden sein. Es ist jedoch bekannt, daß diese Lager bei bestimmten Anwendungen, bei denen sie extrem hohen Lasten und Reibungen ausgesetzt sind, wie z.B. in den derzeitigen Dieselmotoren, häufig eine relativ kurze Standzeit haben, da das Material der Gleitschicht, während es zur Verminderung der Reibung zwischen der Welle und dem Lager geeignet ist, nicht die Widerstandsfestigkeit hinsichtlich Abnutzung und Ermüdung wie ein härteres Material hat. Andererseits würde ein härteres Material für die Gleitschicht eine übermäßige Reibung und schließlich ein Festfressen der Welle verursachen.

Um diese Probleme zu lösen, wurde bereits vorgeschlagen, Gleitlager mit Nutenteilen vorzusehen, die mit weicherem Material gefüllt sind, um abwechselnd ein härteres Material und ein weicheres Material in der Gleitschicht zu haben, wodurch bessere Eigenschaften bezüglich der Widerstandsfestigkeit gegenüber Abnutzung und Ermüden erzielbar werden.

Das Konzept von mit Nutenteilen versehenen Lagern ist bereits ziemlich alt. Eine der ersten Beschreibungen dieser Lösung ist in der GB-PS 524 128 enthalten. Auch die US-PSen 2 757 055, 2 971 248 und - aus jüngerer Zeit - 4 400 099 sowie die DE-A-36 21 577 beschreiben Lager mit Nutenteilen zur Verwendung in Brennkraftmaschinen. Abgesehen von besonderen Einzelheiten bei jeder der in diesen Patentschriften beschriebenen und gezeigten Konstruktionen ist allen diesen Ausbildungen gemeinsam, daß sie eine Gleitschicht mit abwechselnd härterem Material und weicherem Material haben. Ein anderes grundlegendes Merkmal dieser Lager ist, daß die Nutenteile im härteren Material eine gleiche Tiefe haben, und daß gleiche Abstände zwischen den Nutenteilen vorliegen.

Wenngleich die vorstehenden Vorschläge eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen Gleitlagern bei bestimmten Anwendungen ergeben, lassen sie doch verschiedene Eigenschaften von spezifischen Maschinenkonstruktionen und demgemäß Anforderungen hinsichtlich der Lagerfunktion außer Betracht. Mit anderen Worten, das Vorsehen von Nutenteilen mit gleichförmigen Tiefen und Abständen definiert eine gleichförmige Verteilung von härterem Material und weicherem Material, wodurch für das Lager gleichförmige Eigenschaften ungeachtet der speziellen Erfordernisse in den jeweiligen Bereichen des Lagers herbeigeführt werden.

Es ist nun Ziel der Erfindung, ein Gleitlager der eingangs erwähnten Art vorzusehen, bei dem eine selektive Verteilung von härterem Material und weicherem Material in ausgewählten Bereichen des Lagers als Funktion von spezifischen Lager-Arbeitserfordernissen möglich bzw. vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Gleitlager der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefen der Nutenteile und/oder deren Abstände voneinander in der Lager-Längser- 2

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Streckungsrichtung variieren. Diese Ausbildung ermöglicht grundsätzlich eine besser geeignete Dimensionierung der Gleitschicht in jenen Lagerteilen, die stärker hohen Belastungen sowie Wellen-Fehlausrichtungen ausgesetzt sind. Sie ermöglicht auch eine gleichförmigere Verteilung der Drücke in diesen Lagerteilen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch weiter erläutert. Es zeigen: Die Fig. 1, 2 und 3 jeweils in einem Längsschnitt Gleitlager, die mit Nutenteilen (nachstehend kurz Nuten oder Rillen genannt) von verschiedenen Formen und mit gleichförmigen Abständen versehen sind; Fig. 4 einen Längsschnitt eines Mehrschichten-Gleitlagers, das mit Nuten versehen ist, die eine gleichförmige Tiefe, jedoch einen variablen Abstand voneinander haben; Fig. 5 einen Längsschnitt eines Mehrschichten-Gleitlagers, das mit Nuten versehen ist, die verschieden tief sind, jedoch gleichförmige Abstände voneinander haben; Fig. 6 einen Längsschnitt eines Mehrschichten-Gleitlagers, das mit Nuten versehen ist, die verschieden tief und in verschiedenen Abständen voneinander vorgesehen sind; die Fig. 7 und 7a Diagramme zur Veranschaulichung der Effekte der Nuten beim Spitzendruck auf das Lager; Fig. 8 eine schematische Darstellung der unter der Belastung erfolgenden Deformation des die Nuten ausfüllenden Materials; Fig. 9 ein Vergleichsdiagramm betreffend die Verteilung des Drucks, wobei Kurven für ein herkömmliches Gleitlager ohne Nuten, für ein bekanntes Lager mit Nuten und für ein erfindungsgemäßes Lager dargestellt sind; Fig. 10 eine schematische Darstellung der Last bzw. des von der Belastung betroffenen Winkels des Druckbereichs eines herkömmlichen Gleitlagers oder eines Lagers mit in gleichen Abständen voneinander vorgesehenen Nuten; Fig. 10a eine schematische Darstellung des eingeschlossen Winkels des Druckbereichs eines Gleitlagers mit Nuten, die variable Tiefen und Abstände haben; Fig. 11 den in der Art einer Gewindesteigung vorgesehenen Neigungswinkel der Nuten relativ zur Lagerquerachse; Fig. 12 eine schaubildliche Ansicht eines Gleitlagers nach der Erfindung, das über seine gesamte Umfangslänge mit Nuten versehen ist; und Fig. 13 eine schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Gleitlagers, das nur über einen Teil seiner Umfangslänge mit Nuten versehen ist.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen drei verschiedene Formen von bekannten Lagern mit Nuten, die aus einer Stützschicht 1, einer Zwischenschicht 2, die mit Nuten oder Rillen versehen ist, einer Diffusions- oder Bindeschicht 3 und einem Lager- oder Gleitmaterial 4 aufgebaut sind, das die Nuten der Zwischenschicht 2 ausfüllt. Bei diesen Lagern ist die Tiefe der Nuten und der Abstand zwischen den Nuten immer gleich, wodurch dem Lager gleichförmige Eigenschaften verliehen werden.

In den Fig. 4, 5 und 6 sind erfindungsgemäße Lager veranschaulicht. Dabei ist jeweils eine Zwischenschicht 12, die mit Nuten oder Rillen versehen ist, die mit Gleitmaterial 14 gefüllt sind, auf einer Stützschicht 11 abgesetzt, d.h. angebracht. Eine Diffusions- oder Bindeschicht 13 kann zwischen der Zwischenschicht 12 und dem Gleitmaterial 14 vorgesehen, z.B. niedergeschlagen sein. In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform haben die Nuten in der Zwischenschicht 12 eine gleichförmige Tiefe, jedoch ändert sich der Abstand zwischen den Nuten. In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist die Tiefe der Nuten variabel, hingegen der Abstand zwischen den Nuten gleich. In der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist sowohl die Tiefe der Nuten als auch der Abstand zwischen den Nuten variabel. Die Wahl eines dieser Merkmale oder einer Kombination von zwei oder den drei Ausführungsformen ist eine Funktion der besonderen Anforderungen an das Lager. Wenn beispielsweise ein Lager hohen Belastungen ausgesetzt wird, ist es vorzuziehen, eine größere Menge an weicherem Material, d.h. Gleitmaterial, an den am stärksten ausgesetzten Teilen des Lagers vorzusehen. Dasselbe gilt hinsichlich jener Teile des Lagers, die Wellen-Fehlausrichtungen kompensieren sollen.

Der Druck längs des Querschnittes in Längsrichtung des Lagers zeigt einen parabolischen Verlauf. Das Einfügen einer Nut im Lager führt zu einer Änderung des Druckprofils. Wenn die Tiefe der Nut größer ist als das diametrale Spiel, d.h. das Spiel zwischen der Welle und dem Lager, ändert sich das Druckprofil, wie in der schematischen Darstellung von Fig. 7 gezeigt ist. In einem solchen Fall würden gleichzeitig mit einem Druck-Wellental, das zufolge des Vorsehens der Nut erhalten wird, zwei Druckspitzen erhalten werden, die noch höher sind als die ursprünglich bewirkte Druckspitze wäre. Wenn jedoch die Tiefe der Nut geringer ist als der Ölfilm zwischen der Welle und dem Lager, erfährt das Druckprofil eine Änderung wie in Fig. 7a angegeben. Demgemäß erlaubt das Vorsehen von Nuten mit geeigneten Tiefen und Abständen als Funktion von 3

Claims (1)

1. AT 407 289 B spezifischen Druckwerten eine gleichförmigere Verteilung von Drücken an den am stärksten ausgesetzten Teilen des Lagers, mit einer Abflachung des Ölfirm-Spitzendrucks, die sich aus dem Effekt einer eingeführten elastischen Deformation des Gleitmaterials ergibt (Fig. 8). Das Diagramm von Fig. 9 zeigt die Druckverteilung an einem Gleitlager ohne Nuten (Kurve A), an einem herkömmlichen Lager mit Nuten (Kurve B) und an einem Lager mit Nuten gemäß der vorliegenden Erfindung (Kurve C). Es wurde dabei die Druckverteilung (Druck in bar) über der Länge (in mm) der Z-Achse aufgenommen. Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht auch einen größeren Winkel, über den sich die Druckzone erstreckt, (Fig. 10a) im Vergleich mit dem Winkel bei einem herkömmlichen Lager mit Nuten (Fig. 10), wodurch der Kavitationsbereich reduziert wird. Ein anderer wichtiger Vorteil bezieht sich auf die Schmierung: die Druckverteilung mit einer Abflachung der Druckspitze führt zu einem Anstieg des Moduls der Ableitung des Drucks bezüglich der Lagerränder, was einen größeren Fluß an Schmieröl veranlaßt, wodurch die Temperatur des Öls herabgesetzt und seine Viskosität höher gehalten wird. Das Vorsehen von Nuten gemäß der vorliegenden Erfindung kann sich auf die gesamte Umfangsfläche des Lagers oder auf einen Teil hievon erstrecken, wie in Fig. 12 bzw. 13 gezeigt ist. Beispielsweise kann es für bestimmte Anwendungen ausreichend sein, Nuten nur in definierten Teilen des Lagers vorzusehen, während es in den anderen Bereichen von Bedeutung ist, eine herkömmliche Struktur beizubehalten, um bestimmten Anforderungen zu genügen. Die Nuten sind in Richtung der Lagerachse schraubenlinienförmig und sollen gemäß einem Winkel α im Bereich von 0° bis 45° angeordnet sein, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Es ist wünschenswert, daß dieser Winkel α so nahe wie möglich bei Null liegt. Es sei erwähnt, daß ein Winkel α oberhalb von bestimmten Werten in Betrieb schädlich für die Gleitschicht sein kann, beispielsweise im Hinblick auf ein Herauswischen von Gleitmaterial aus den Nuten. PATENTANSPRUCH: 1. Gleitlager mit einer Stützschicht, auf der sich eine Zwischenschicht befindet, die zumindest auf einem Teil der Umfangslänge des Lagers mit inneren, pheripheren, mit Abstand voneinander vorgesehenen Nutenteilen versehen ist, die mit einem eine Gleitschicht bildenden Material, das weicher als das Material der Zwischenschicht ist, gegebenenfalls unter Vorsehen einer Diffusions- oder Bindeschicht auf der Oberfläche der Nutenteile, gefüllt sind, wobei die Nutenteile quer zur Lager-Längserstreckung verlaufen und in der Lager-Längserstreckungsrichtung mit Abstand voneinander vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefen der Nutenteile und/oder deren Abstände voneinander in der Lager-Längserstreckungsrichtung variieren. HIEZU 6 BLATT ZEICHNUNGEN 4