AT409531B - Gleitlager für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleitlager für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer in einem Lagerkörper vorgesehenen Lagerbohrung, die in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen profiliert und mit einer eine Lauffla- che zur Aufnahme eines Lagerzapfens bildenden Laufschicht versehen ist. 



   Werden zur Lagerung der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine im Kurbelgehäuse bzw der Kurbelwellenzapfen in den Pleueln nicht herkömmliche Gleitlager mit in einen Lagerkörper eingesetzten Lagerschalen, sondern Gleitlager verwendet, bei denen die Lagerbohrungen in den 
Lagerkörpern gegebenenfalls nach dem Aufbringen einer Zwischenschicht unmittelbar mit einer 
Laufschicht beschichtet werden, so kann die Toleranz für das Lagerspiel wegen des Wegfallens eines sonst zu berücksichtigenden Toleranzbereiches für die Fertigung der Lagerschalen verringert werden Da die Lagergeräusche vom jeweils grössten Lagerspiel abhängen, kommt der Verringe- rung des Lagerspiels im Hinblick auf die Geräuschbildung dieser Gleitlager und damit der Verklei- nerung des für das grösste Lagerspiel massgebenden Toleranzbereiches eine besondere Bedeutung zu. 



   Um den Einfluss einer harten Zwischenschicht zwischen der Laufschicht und einer Lagermetall- schicht auf die Lebensdauer eines Gleitlagers bei einem teilweisen Verschleiss der Laufschicht herabzusetzen, ist es bekannt (EP 0 155 257 B2), die die Zwischenschicht tragende Oberfläche der Lagermetallschicht mit einer Profilierung zu versehen, die in Umfangsrichtung verlaufende Nu- ten bildet, so dass bei einem Verschleiss der Laufschicht, die beim Auftragen auf die Zwischen- schicht der Profilierung der Lagermetallschicht folgt, die im Bereich der Lauffläche durchtretende Zwischenschicht keine grösseren, zusammenhängenden Oberflächenbereiche bilden kann, weil mit zunehmendem Verschleiss der Laufschicht auch die in der Lauffläche liegenden Zwischenschicht- bereiche abgetragen werden und dadurch die darunter liegende Lagermetallschicht freigelegt wird,

   die noch ausreichende Gleiteigenschaften sicherstellt. Voraussetzung für die angestrebte Wirkung ist somit, dass die Zwischenschicht auf einer Lagermetallschicht und nicht auf einer stählernen Stützschicht aufgebracht wird. 



   Schliesslich ist es bekannt (US 2 187 755 A), die Lagerbohrung eines Maschinenelementes mit einer Profilierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen zu versehen, auf die eine mehrlagige Laufschicht galvanisch abge- schieden und dann teilweise abgetragen wird, so dass eine glatte, nicht profilierte Lauffläche ent- steht, die an ihrer Oberfläche abwechselnd Bereiche unterschiedlicher Lagerwerkstoffe aufweist. 



  Laufflächen mit abwechselnden Bereichen unterschiedlicher Lagerwerkstoffe können die Lagerbe- dingungen hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Laufeigenschaften verbessern. Auf die Geräusch- bildung haben solche Laufflächen mit unterschiedlichen Lagerwerkstoffen jedoch keinen Einfluss. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager für eine Verbrennungskraftma- schine der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass mit einer deutlichen Verminderung der Lagergeräusche gerechnet werden kann. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Lauffläche der auf die Lagerbohrung aufgebrachten Laufschicht eine hinsichtlich der Teilung mit der Profilierung der Lagerbohrung über- einstimmende Profilierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlau- fenden, nutenartigen Ausnehmungen aufweist. 



   Durch die Profilierung der Lauffläche in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenarti- gen Ausnehmungen kann das zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmiermittelkeiles vorzu- gebende Mindestlagerspiel für eine Vollschmierung verringert werden, weil sich durch die in Um- fangsrichtung verlaufenden Ausnehmungen einerseits ein zusätzliches Schmierölangebot im eng- sten Spalt zwischen Lauffläche und Zapfen ergibt und anderseits die axiale Schmierölverdrängung nach aussen zu den beiden Lagerseiten hin behindert wird. Überraschenderweise wird die Betriebs- sicherheit der Gleitlager durch die Profilierung der Lagerbohrung nicht beeinträchtigt, obwohl die Laufschicht unmittelbar oder über eine Zwischenschicht zur Haftvermittlung oder als Diffusions- sperre auf dem stählernen Lagerkörper aufgebracht ist.

   Massgebend hiefür dürfte die Einhaltung enger Toleranzbereiche sein, wie sie nur beim Wegfall von Lagerschalen möglich sind. Aufgrund der engen Toleranzbereiche und der Absenkung der unteren Grenze für das vorzugebende Lager- spiel können vorteilhafte Voraussetzungen für geräuscharme Gleitlager zur Lagerung einer Kur- belwelle in einem Kurbelgehäuse bzw. eines Pleuels auf dem Kurbelwellenzapfen sichergestellt werden. 

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   Um eine ausreichende Betriebssicherheit zu gewährleisten, ist die Tiefe der nutenartigen Aus- nehmungen nach oben zu beschranken. Vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich, wenn die Tiefe der nutenartigen Ausnehmungen hochstens der halben Dicke der Laufschicht entspricht. Damit die Wirkung der in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen auf die Grösse des vorzugebenden Mindestspiels vorteilhaft genützt werden kann, kann die Tiefe dieser Ausnehmun- gen nach unten auf ein Fünftel der Dicke der Laufschicht begrenzt werden. 



   Da es im Hinblick auf die Geräuschbildung erfindungsgemässer Gleitlager auf das maximale Lagerspiel ankommt, soll der Verschleiss der Laufschicht möglichst gering ausfallen. Zu diesem Zweck kann die Laufschicht eine Mindesthärte von 35 HV aufweisen. Der verringerte Verschleiss der Laufschicht bringt ausserdem eine grössere Betriebssicherheit im Zusammenhang mit der profi- lierten Lagerbohrung im stählernen Lagerkorper mit sich. 



   In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen 
Fig. 1 ein Pleuel mit einem erfindungsgemässen Gleitlager in einer vereinfachten Ansicht in 
Richtung der Lagerachse, 
Fig. 2 das Pleuel nach der Fig. 1 in einem Schnitt nach der Linie   11-11   der Fig. 1, 
Fig. 3 ein Kurbelgehäuse ausschnittsweise im Bereich eines erfindungsgemässen Gleitlagers für die Kurbelwelle in einer stirnseitigen Ansicht, 
Fig. 4 einen schematischen Axialschnitt durch die Laufschicht eines erfindungsgemässen 
Gleitlagers in einem grösseren Massstab und 
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante eines erfin- dungsgemässen Gleitlagers. 



   Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte, stählerne Pleuel 1, das auch pulvermetallurgisch herge- stellt sein kann, bildet im Bereich seines Kopfes einen Lagerkörper 2 mit einer Lagerbohrung 3 für ein Gleitlager zum Aufnehmen eines Zapfens einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine. 



  Im Gegensatz zu herkömmlichen Gleitlagern mit mehrschichtigen Lagerschalen trägt die Lagerboh- rung 3 des Lagerkörpers 2 selbst die Laufschicht 4, so dass sich Lagerschalen erübrigen. Damit kann nicht nur die Lagerbohrung 3 im Lagerkörper 2 einen geringeren Durchmesser aufweisen, was der Festigkeit des Pleuels zugute kommt, sondern auch die Fertigungstoleranz verringert wer- den, weil der sonst zu berücksichtigende Toleranzbereich für die Lagerschalen entfällt. Es kommt daher lediglich auf die Toleranz der Lagerbohrung 3 und die Toleranz der Laufschichtdicke an, wobei für den Toleranzbereich des Lagerspiels zusätzlich die Toleranz für den Zapfendurchmesser und die einbaubedingte Verformung zu berücksichtigen ist.

   Der Lagerkörper 2 ist ja zur Aufnahme des Kurbelwellenzapfens geteilt, so dass sich ein Lagerdeckel 5 ergibt, der mit dem anderen Teil des Lagerkörpers 2 verschraubt werden muss. 



   In der Fig. 3 wird ein erfindungsgemässes Gleitlager für die Lagerung der Kurbelwelle im Kur-   belgehäuse   6 gezeigt, wobei der Lagerkörper 2 durch eine Querwand 7 des Kurbelgehäuses 6 ge- bildet wird. Es ergeben sich ähnliche Toleranzverhältnisse, weil die Laufschicht 4 wiederum auf die Lagerbohrung 3 aufgebracht ist Der Lagerkörper 2 ist wiederum geteilt ausgeführt und bildet einen Lagerdeckel 5, um die Kurbelwelle einsetzen zu können. Das Fehlen von Lagerschalen bringt ausserdem den Vorteil mit sich, dass die Lagerbohrungen 3 für die Kurbelwelle gemeinsam gebohrt werden können, was Fluchtfehler ausschliesst, wie sie beim Einsetzen von Lagerschalen auftreten können. 



   Wesentlich für die Erfindung ist nicht nur, dass die Lagerbohrung 3 im Lagerkörper 2 die Lauf- schicht 4 trägt, sondern auch, dass die Lagerbohrung 3 eine Profilierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen 8 aufweist, wie dies den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist. Die beispielsweise galvanisch auf der Lagerbohrung abge- schiedene Laufschicht 4 folgt der Profilierung der Lagerbohrung 3, so dass die Lauffläche 9 eine hinsichtlich der Teilung übereinstimmende Profilierung ebenfalls in Form von nutenartigen Ausneh- mungen 10 bildet.

   Die Tiefe t dieser nutenartigen Ausnehmungen 10 soll nicht grosser als die halbe Dicke d der Laufschicht 4 und nicht kleiner als ein Fünftel dieser Dicke d sein Je nach der Art der Laufschicht 4 kann es notwendig sein, zwischen der Laufschicht 4 und dem Lagerkörper 2 eine Zwischenschicht 11als Haftvermittler oder Diffusionssperre gemäss der Fig. 4 vorzusehen. Eine un- mittelbare Aufbringung der Laufschicht 4 ohne Zwischenschicht auf den Lagerkörper 2 ist in der Fig. 5 dargestellt. 



   Unabhängig davon, ob die Laufschicht 4 mit oder ohne Zwischenschicht 11auf den Lagerkör- 

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 per 2 aufgebracht wurde, erlauben die in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausneh- mungen 10 in der Lauffläche 9 eine Schmierölaufnahme, die im engsten Spalt zwischen der Lauf- fläche 9 und dem Kurbelwellenzapfen bzw. der Kurbelwelle die Aufrechterhaltung einer hydrody- namischen Vollschmierung unterstützt, zumal die Stege zwischen den nutenartigen Ausnehmun- gen 10 eine axiale Schmierölverdrängung nach aussen behindern. Dies bedeutet, dass das vorzu- gebende kleinste Lagerspiel für die Aufrechterhaltung einer Vollschmierung herabgesetzt werden kann, was im Zusammenwirken mit den verringerten Toleranzbereichen zu einer deutlichen Ver- kleinerung des maximalen Lagerspiels führt.

   Muss beispielsweise bei einem Zapfendurchmesser von 50 mm bei herkömmlichen Pleuellagern mit einem vorgegebenen Mindestlagerspiel von 0,04 % des Zapfendurchmessers gerechnet werden, so ergibt sich aufgrund des Toleranzberei- ches ein Lagerspiel zwischen 20 und 68 um Bei einem erfindungsgemässen Gleitlager kann das Lagerspiel auf 16 bis 50 um verringert werden. Dies bedeutet, dass das für das Lagergeräusch massgebende maximale Lagerspiel von 68 auf 50 um herabgesetzt werden kann. 



   Da von einer üblichen Laufschichtdicke von 12 bis 20   m   ausgegangen werden kann, ist die Tiefe t der Ausnehmungen 10 nach oben mit 6 bis 10 um zu begrenzen. Es ist jedoch darauf zu achten, dass nicht mit zunehmendem Verschleiss der Laufschicht 4 die Profilierung eingeebnet wird. 



  Aus diesem Grunde wird die Laufschicht 4 bevorzugt mit einer Härte von etwa 40 HV ausgeführt werden. Der von Ausnehmungsmitte zu Ausnehmungsmitte gemessene Abstand der Ausnehmun- gen 10 kann zwischen 120 und 200   m   gewählt werden, wobei sich die Ausnehmungen 10 durch eine schraubenförmige Umfangsnut erzeugen lassen. Da es lediglich auf die geometrische Form der Lauffläche 9 ankommt, ist die Erfindung von der Werkstoffwahl für die Laufschicht 4 unabhän- gig, wenn nur sichergestellt ist, dass die Laufschicht 4 ausreichende Gleiteigenschaften bei einem entsprechend geringen Verschleiss mit sich bringt. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Gleitlager für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer in einem Lagerkörper vorgesehe- nen Lagerbohrung, die in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen profiliert und mit einer eine Lauffläche zur Auf- nahme eines Lagerzapfens bildenden Laufschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (9) der auf die Lagerbohrung (3) aufgebrachten Laufschicht (4) eine hinsichtlich der Teilung mit der Profilierung der Lagerbohrung (3) übereinstimmende Profi- lierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nu- tenartigen Ausnehmungen (10) aufweist.

Claims (1)

1. 2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t) der nutenartigen Ausnehmungen (8,10) höchstens der halben Dicke (d) der Laufschicht (4) entspricht.

   3. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t) der nutenartigen Ausnehmungen (8,10) zumindest einem Fünftel der Dicke (d) der Laufschicht (4) ent- spricht.

   4. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauf- schicht (4) eine Mindestharte von 35 HV aufweist.