DE102004028773B4

DE102004028773B4 - Gleitlager

Info

Publication number: DE102004028773B4
Application number: DE200410028773
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.-Ing. Dr. Bock; Marc Dr. Heiland; Thomas Dipl.-Ing. Dr. Klenk
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: DE102004028773A1

Abstract

Gleitlager zur Lagerung einer Welle (1), mit mindestens einem Lagerelement (2), dem mindestens eine Lagerschale (3) zur Aufnahme der Welle (1) zugeordnet ist, wobei die Lagerschale (3) eine Nut (4) zur Förderung eines Schmiermittels aufweist, wobei die Oberfläche der Welle (1) und die Lagerschale (3) einen Spalt (6) definieren, und wobei mindestens ein Dehnelement (5, 7) einer betriebsungünstigen Veränderung der Dimensionen des Spalts (6) entgegen wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dehnelement (5), welches aus einem Polytetrafluorethylen-Compound gefertigt ist, in der Lagerschale (3) angeordnet und einer Welle (1) unmittelbar benachbart positionierbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Gleitlager zur Lagerung einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Gleitlager sind allgemein bekannt. Die Wellen von Verbrennungsmotoren sind in der Regel in solchen Gleitlagern gelagert. Zur optimalen Schmierung werden die Gleitlager meist mittels einer Ölpumpe von innen mit Öl versorgt, das mit einem gewissen Druck in die Lager gepresst wird. Öldruck ist erforderlich, um die Lager ausreichend mit Öl zu versorgen, da das Öl in konstruktiv notwendige Spalte abfließt. Ein großer radialer Spalt führt zu unerwünscht großem Ölabfluß und damit zu gefährlichem Druckabfall im Lager. Durch den Druckabfall kann der Schmierfilm zusammenbrechen, was in einem schnelleren Verschleiß der beweglichen Elemente resultiert. Es ist daher für einen sicheren Betrieb ein ausreichend hoher Öldruck im Lager notwendig. Im Betrieb vergrößern sich Spalte im Lager aufgrund von Erwärmung. Um den Öldruck im Lager konstant zu halten, ist der Einsatz von Pumpen mit erhöhter Pumpleistung möglich. Solche Probleme treten insbesondere bei modernen Motoren mit Leichtmetallgehäusen auf, bei denen Bauteile mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoefflzienten in Wechselwirkung treten.
Aus dem Stand der Technik ist der Einsatz von Gußbetten/-lager in Leichtmetallkurbelgehäusen zur Aufnahme der Lagerschalen bekannt. Hierdurch wird die unterschiedliche radiale Aufweitung und damit der Spaltentstehungsprozess zwischen verschiedenen Bauteilen angegangen. Dies geht jedoch zu Lasten des Motorgewichts und der Herstellungskosten.

Aus der DE 198 18 120 A1 ist ein Gleitlager bekannt, bei dem ein Dehnelement von der Lagerschale U-förmig umgeben ist. Aus der DE 83 09 053 U1 ist ein Gleitlager bekannt, bei dem eine Folie auf der Außenfläche der Lagerschale angeordnet ist. Die DE 33 09 792 A1 zeigt ein Gleitlager, bei dem Pufferkörper zwischen inneren und äußeren Lagerschalen positioniert sind. Die DE 43 30 565 C1 offenbart ein Gleitlager, welches eine Lagerschale mit U-förmigem Querschnitt aufweist. Die US 5,520,466 A offenbart ein Gleitlager, bei welchem eine metallische Lage mit einer Kunststofflage verbunden ist. Die DE 509 996 C zeigt ein Lager, bei dem ein Gummipolster den festen Sitz einer Stange innerhalb zweier Lagerschalen sicherstellen soll. Die US 4,447,094 offenbart ein Lager sphärischer Ausgestaltung, welches hermetisch versiegelt ist. Die US 4,280,741 offenbart ein Lager mit einer Buchse aus elastischem Material, in welcher eine Trägerbuchse eingebettet ist. Die DE 871 565 C offenbart ein Lager, welches eine nachgiebige Buchse aus Gummi umfasst. Die DE 30 17 847 A1 offenbart ein Lager, welches ein schwingungsdämpfendes Material umfasst. Das schwingungsdämpfende Material ist zwischen einer äußeren und einer inneren Lagerschale angeordnet. Die DE 42 05 493 C1 zeigt ein Gleitlager mit einem Einlagekörper aus einem unelastischen Material, welcher in Längsrichtung der Welle verschiebbar zwischen der Lagerschale und dem Lagerelement angeordnet ist. Die DE 40 08 671 A1 zeigt ein Gleitlager, bei dem die Dehnelemente als metallische Legierungen ausgestaltet sind. Die US 3,076,683 zeigt eine Anordnung, bei der eine Buchse aus einem synthetischen Werkstoff eine Welle umgibt. Dieser Buchse sind als Dichtmittel O-Ringe zugeordnet.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine präzise Führung einer Welle problemlos und materialschonend realisierbar ist. Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass Spaltentstehungsprozesse durch Dehnelemente kompensiert werden können. Dabei ist insbesondere erkannt worden, dass auf den Einsatz schwerer Metalle, die in besonders aufwendiger Weise hinsichtlich ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten optimiert werden müssen, verzichtet werden kann. In raffinierter Weise finden Dehnelemente Einsatz, welche aus leichten Materialien hergestellt sein können, um Ausdehnungsprozesse notwendiger Bauteile zu kompensieren.

Mindestens ein Dehnelement ist in der Lagerschale angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des Gleitlagers.

Die Dehnelemente sind aus einem Polytretrafluorethylen-Compound gefertigt. Dieses Material zeichnet sich durch eine besonders geringe Reibung und hohe Abriebfestigkeit aus.

In einer konstruktiv besonders günstigen Ausgestaltung könnte das Dehnelement aus einem Material gefertigt sein, welches einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die Materialien, aus denen das Lagerelement und die zu lagernde Welle gefertigt sind. Denkbar ist auch, das Dehnelement aus einem Material zu fertigen, welches einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material, aus dem die Lagerschale gefertigt ist. Je nach Anwendung ist auch denkbar, für das Dehnelement, das Lagerelement und die Lagerschale gänzlich unterschiedliche Materialien mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verwenden, um Spaltentstehungsprozessen entgegenzuwirken. Dabei ist nicht nur möglich, einer Vergrößerung eines Spaltes entgegenzuwirken, sondern auch einer Verkleinerung desselben. Insoweit ist durch diese Ausgestaltung in vorteilhafter Weise realisiert, dass auf den Einsatz von Pumpen, welche den Schmiermitteldruck in aufwendiger Weise an die Dimensionen des Spalts anpassen müssen, verzichtet werden kann.

Im Hinblick auf ein besonders symmetrisches Kompensieren eines Spaltenstehungsprozesses könnten beidseitig der Nut Dehnelemente vorgesehen sein. Dabei ist denkbar, dass die Dehnelemente in oder an der Lagerschale angeordnet sind. Eine besonders feste Verbindung mit der Lagerschale könnten die Dehnelemente dadurch eingehen, dass diese in Ausnehmungen der Lagerschale eingepasst sind.

Mindestens ein Dehnelement könnte zwischen der Lagerschale und dem Lagerelement angeordnet sein. Dabei ist denkbar, dass sich das Dehnelement über die gesamte Breite des Lagerelements erstreckt. Hierdurch ist gewährleistet, dass sowohl das Lagerelement als auch die Lagerschale gleichmäßig mit Kraft beaufschlagt werden. Insoweit sind Verkippungen der Lagerschale relativ zum Lagerelement ausgeschlossen.

Sei dieser Ausgestaltung könnte das Dehnelement im Lagerelement zwischen zwei Nutwänden gekammert sein. Dies hat den Vorteil, dass das Dehnelement fixiert ist und seine Position relativ zum Lagerelement nicht verändern kann. Des Weiteren entfaltet die Volumenänderung durch Wärmedehnung aufgrund der axialen Kammerung ausschließlich in radialer Richtung ihre Wirkung und somit wird der spaltschließende Effekt verstärkt.

Dem Dehnelement könnten zwei Dichtelemente zugeordnet sein, welche beidseits der Lagerschale positioniert sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Schmiermittel, welches sich im Spalt befindet, im Spalt gehalten wird und nicht aus dem Spalt heraustritt. Hierdurch wird der Einsatz kleinerer Ölpumpen möglich.

Die Dichtelemente könnten durch ein Stützelement, weiches das Dehnelement und die Dichtelemente umgibt, in axialer Richtung abgestützt sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist gewährleistet, dass die Dichtelemente bei spaltseitiger Druckbeaufschlagung ihre Position beibehalten und nicht vom Schmiermittel nach außen gedrückt werden. Dies hat den Vorteil, dass kein Schmiermittel aus dem Spalt austreten kann, auch wenn innerhalb des Spaltes beträchtliche Drücke auftreten.

Generell ist die Ausstattung des oberen Lagerteils mit Dehnelementen vorzuziehen, da das Lagerunterteil durch die im Motor oben angeordneten Zylinder wesentlich höher belastet ist als das Lageroberteil und deshalb die Steifigkeit des Lagerunterteils nicht durch Dehnelemente reduziert werden sollte.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In der Zeichnung zeigen
1 in einer Schnittzeichnung ein Gleitlager mit einer Welle und einem Lagerelement sowie einer Lagerschale, wobei beidseits einer Nut in der Lagerschale Dehnelemente eingebracht sind,
2 ein nicht erfindungsgemäßes Gleitlager, bei dem zwischen Lagerelement und Lagerschale ein Dehnelement vorgesehen ist,
3 ein nicht erfindungsgemäßes Gleitlager, bei dem sich ein Dehnelement über die gesamte Breite des Lagerelements erstreckt,
4 ein nicht erfindungsgemäßes Gleitlager, bei dem sowohl zwischen Lageroberschale und Lagerelement als auch zwischen Lagerunterschale und Lagerelement jeweils ein Dehnelement vorgesehen ist,
5 ein nicht erfindungsgemäßes Gleitlager mit einem Dehnelement, welchem Dichtelemente zugeordnet sind,
6 ein nicht erfindungsgemäßes Gleitlager, bei dem ein Dehnelement mit Dichtungen von einem Stützelement umgeben ist, und
7 ein Gleitlager, bei dem sowohl innerhalb der Lagerschale als auch zwischen Lagerschale und Lagerelement Dehnelemente vorgesehen sind.
Ausführung der Erfindung
1 zeigt ein Gleitlager, in dem eine Welle 1, welche in einem Lagerelement 2 über die Lagerschale 3 gelagert ist. Die Schmiermittelversorgung des Spalts 6 zwischen Lagerschale 3 und Welle 1 erfolgt über die Nut 4 in der Lagerschale 3. Beidseits der Nut 4 sind Dehnelemente 5 eingebracht. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt:
Sobald sich das Lagerelement 2 durch Erwärmung stärker als die Welle 1 ausdehnt, wächst der Spalt 6 an. Gleichzeitig nimmt das Volumen der Dehnelemente aufgrund der Erwärmung zu. Diese können sich jedoch nur in Richtung des Spalts 6 ausdehnen, wodurch dieser mit zusätzlichem Volumen ausgefüllt wird. Dies bewirkt, dass das durch Wärmeausdehnung anwachsende Volumen des Spaltes durch die Volumenzunahme der Dehnelemente 5 verringert oder kompensiert wird. Hierdurch wird der Schmiermittelstrom durch das Lager gedrosselt bzw. über weite Temperaturbereiche konstant gehalten.
Die Maßnahme beschränkt sich auf die Oberseite des Gleitlagers. Eine ausreichende Drosselung des Schmiermittelvolumenstroms wird hierdurch bereits erreicht. Eine zu starke Drosselung würde die Wärmeabfuhr durch das ausfließende Schmiermittel zu stark reduzieren.
2 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Gleitlager mit einem Lagerelement 2, welches zwischen Nutwänden 8 ein Dehnelement 7 aufnimmt. Das Dehnelement 7 ist zwischen Lagerelement 2 und Lagerschale 3 positioniert.
Die Wirkungsweise dieser Ausgestaltung ist wie folgt:
Dehnt sich das Lagerelement 2 durch steigende Temperatur aus, so nimmt das Volumen des Dehnelements 7 gleichzeitig stärker zu als das Volumen der Nut, in der das Dehnelement 7 zwischen den Nutwänden 8 untergebracht ist. Dies bewirkt, dass die Lagerschale 3 an der Welle gehalten wird und der Spalt 6 nicht wächst. Diese Maßnahme beschränkt sich auf die Oberseite des Gleitlagers. Eine ausreichende Drosselung des Schmiermittelvolumenstroms wird hierdurch bereits erreicht.
3 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Anordnung gemäß 2, bei der sich das Dehnelement 7 ohne Vorkehrung von Begrenzungen über die gesamte Breite des Lagerelements 2 erstreckt.
4 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes ganzes Gleitlager, bei dem sowohl Lageroberschale 3 als auch Lagerunterschale 10 mit jeweils einem Dehnelement 7 ausgestattet sind. Die Dehnelemente 7 erstrecken sich über die gesamte Breite der Lagerelemente 2, 9.
Diese konkrete Ausgestaltung bewirkt eine gleichmäßige Spalthöhe entlang des Umfangs der Welle 1. Insoweit wird ein gleichmäßiger Ringspalt erzielt.
5 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Gleitlager, bei dem das Lagerelement 2 von der Lagerschale 3 durch ein Dehnelement 7 getrennt ist. Dem Dehnelement 7 sind Dichtelemente 11 zugeordnet, welche beidseits der Lagerschale 3 angeordnet sind.
6 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Gleitlager, bei dem ein Dehnelement 7 mit Dichtungselementen 11 versehen ist. Sowohl Dehnelement 7 als auch Dichtelemente 11 werden von einem Stützelement 12 umgeben, welches die Dichtelemente 11 in axialer Richtung abstützt.
7 zeigt ein Gleitlager, bei dem Lagerelement 2 und Lagerschale 3 durch ein Dehnelement 7 getrennt sind. Desweiteren weist die Lagerschale 3 Dehnelemente 5 auf, welche ihr zugeordnet sind. Insoweit ist eine Kombination der Dehnelemente 5 und 7 realisiert.
Bei dieser Kombination ist besonders vorteilhaft, dass durch die radial innen angeordneten, hochwirksamen Dehnelemente 5 der Schmiermittelfluß bereits reduziert werden kann. Ist es aufgrund der radial geringen Bauhöhe der Lagerschalen 3 nicht möglich, ausreichend hohe Dehnelemente 5 radial innen unterzubringen, so kann zusätzlich durch die außen angeordneten Dehnelemente 7 der gesamte Spalt mit steigender Betriebstemperatur in den optimalen Höhenbereich gebracht werden.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Gleitlager zur Lagerung einer Welle (1), mit mindestens einem Lagerelement (2), dem mindestens eine Lagerschale (3) zur Aufnahme der Welle (1) zugeordnet ist, wobei die Lagerschale (3) eine Nut (4) zur Förderung eines Schmiermittels aufweist, wobei die Oberfläche der Welle (1) und die Lagerschale (3) einen Spalt (6) definieren, und wobei mindestens ein Dehnelement (5, 7) einer betriebsungünstigen Veränderung der Dimensionen des Spalts (6) entgegen wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dehnelement (5), welches aus einem Polytetrafluorethylen-Compound gefertigt ist, in der Lagerschale (3) angeordnet und einer Welle (1) unmittelbar benachbart positionierbar ist.
Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (5, 7) aus einem Material gefertigt ist, welches einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das/die Materialien, aus denen das Lagerelement (2, 9) und/oder die Lagerschale (3, 10) und/oder die zu lagernde Welle (1) gefertigt ist/sind.
Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Nut (4) Dehnelemente (5) vorgesehen sind.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dehnelement (7) zwischen der Lagerschale (3, 10) und dem Lagerelement (2, 9) angeordnet ist.
Gleitlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (7) im Lagerelement (2, 9) zwischen zwei Nutwänden (8) gekammert ist.
Gleitlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dehnelement (7) zwei Dichtelemente (11) zugeordnet sind, welche beidseits der Lagerschale (3, 10) positioniert sind.
Gleitlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (11) durch ein Stützelement (12), welches das Dehnelement (7) und die Dichtelemente (11) umgibt, in axialer Richtung abgestützt sind.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (2) und die Lagerschale (3) oberhalb der Welle (1) und das Lagerelement (9) und die Lagerschale (10) unterhalb der Welle (1) angeordnet sind.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (2, 9) aus Leichtmetall gefertigt sind.