DE102005037206A1

DE102005037206A1 - Baueinheit für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102005037206A1
Application number: DE102005037206A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Ißler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2005-08-06
Filing date: 2005-08-06
Publication date: 2007-02-15
Also published as: EP1910691A1; BRPI0614375A2; WO2007016892A1; JP2009504998A; US20090290823A1; RU2008108301A; CN101238298A; RU2413100C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baueinheit z. B. für einen Verbrennungsmotor, mit einer Welle und mindestems einem weiteren Bauteil, wobei die Welle mit Lagerzapfen zum Lagern in dazu korrespondierenden, in dem mindestens einen Bauteil vorgesehenen Lagerbohrungen versehen ist. Erfindungsgemäß weist die Oberfläche wenigstens eines Lagerzapfens eine Gleitschicht auf, wobei die Oberfläche jeder Lagerbohrung in direktem Kontakt mit der Gleitschicht des zugehörigen Lagerzapfens steht. Zur vorliegenden Erfindung gehören ferner eine Welle und ein Bauteil für eine derartige Baueinheit. Die erfindungsgemäße Welle kann bspw. eine Kurbelwelle oder eine Nockenwelle sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baueinheit eines Verbrennungsmotors, mit einer Welle und mindestens einem weiteren Bauteil, wobei die Welle mit Lagerzapfen zum Lagern in dazu korrespondierenden, in dem mindestens einen Bauteil vorgesehenen Lagerbohrungen versehen ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Welle sowie ein Bauteil für eine derartige Baueinheit.
Eine derartige Baueinheit kann bspw. eine in einem Motorgehäuse gelagerte Kurbelwelle mit den zugehörigen Pleuelstangen oder eine in einem Motorgehäuse gelagerte Nockenwelle sein.

Die US 6 020 025 A offenbart eine in einem Motorgehäuse gelagerte Kurbelwelle. Die Lagerzapfen der Kurbelwelle sind mit einer harten Nitridschicht versehen.

Aus der DD 294 317 A5 ist ferner eine Nockenwelle bekannt, deren Nocken zumindest teilweise mit einem keramischen Werkstoff beschichtet sind.

In der Automobilindustrie wird vermehrt angestrebt, sowohl Gewicht als auch Kosten zu reduzieren. Hierzu bietet der zitierte Stand der Technik keine Lösungen an.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baueinheit der o.g. Art bereitzustellen, die einfacher konstruiert ist und zu Gewichts- und Kostenersparnissen führt.

Die Lösung besteht in einer Baueinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Oberfläche jedes Lagerzapfens mit einer Gleitschicht versehen ist und dass die Oberfläche jeder Lagerbohrung in direktem Kontakt mit der Gleitschicht des zugehörigen Lagerzapfens steht. Zur vorliegenden Erfindung gehören auch eine Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Baueinheit sowie des Bauteils entfallen die bisher notwendigen Lagerschalen in den mit den Lagerzapfen korrespondierenden Lagerbohrungen des Bauteils. Dies führt nicht nur zu einer erheblichen konstruktiven Vereinfachung, sondern auch zu einer signifikanten Gewichtsersparnis. Diese Gewichtsersparnis ergibt sich nicht nur aus dem Wegfall der Lagerschalen, sondern auch aus dem Umstand, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine Verkleinerung der Lagerbohrungen zumindest um die Wandstärke der entfallenen Gleitlagerschalen und damit des Außenumfangs des entsprechenden Bauteils erlaubt. Mit dem Entfall der Lagerschalen geht auch eine Kosteneinsparung (Montage, Lagerhaltung, Teilevielfalt) einher. Bspw. kann eine Baueinheit aus einer Kurbelwelle und zugehörigen Pleuelstangen so konstruiert sein, dass die Pleuelstangen kleiner und leichter als bisher sind. Dies wirkt sich bei der Massebeschleunigung im Betrieb der Brennkraftmaschine positiv auf das dynamische Verhalten aus. Dementsprechend können auch die im Motorgehäuse vorgesehenen Lagerbohrungen für eine Kurbelwelle oder eine Nockenwelle kleiner und die Bauteile dadurch ebenfalls in der Masse reduziert ausgebildet werden.

Die Beschichtung der jeweiligen Lagerzapfen der Welle mit der Gleitschicht ist in einer Aufspannung durchführbar, so dass die Herstellung der erfindungsgemäßen Welle technisch und wirtschaftlich sinnvoll realisierbar ist.

Als Gleitschicht sind, je nach den einzelnen Anwendungsbereichen, alle dem Fachmann bekannten tribologischen Schichten geeignet. Die Gleitschicht kann aufgespritzt, aufgestrahlt, aufgewalzt, im Siebdruckverfahren oder mit galvanischen Verfahren aufgetragen werden. Auch PVD- oder CVD-Schichten sind geeignet.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Oberfläche jedes Lagerzapfens kann teilweise oder vollständig mit der Gleitschicht versehen sein. Die Gleitschicht kann insbesondere eine keramische, metallische oder Kunststoffschicht sein.

Es ist von Vorteil, wenn die Oberflächen der Lagerbohrungen eine niedrige Rauheit, evtl. auch eine gezielte Strukturierung, aufweisen, um die tribologischen Eigenschaften des Systems Gleitschicht/Lagerbohrung noch zu verbessern. Auch können die Lagerbohrungen eine gezielt gefertigte Ovalität oder lokale Durchmesserunterschiede aufweisen. Die Bearbeitung der Bohrungsoberflächen kann bspw. durch Honen erfolgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.
1 zeigt eine Kurbelwelle 1 für einen Verbrennungsmotor, die in gehäusefesten Lagerstellen 2 gelagert ist. Auf exzentrisch angeordneten Wellenzapfen sind Pleuel 3 angeordnet. Die Lagerstellen A der Welle im Gehäuse, die Lagerstellen B für die Pleuel und auch die Lagerstelle C zur Abstützung axialer Kräfte tragen erfindungsgemäß eine funktionelle Beschichtung, die insbesondere ausreichende Notlaufeigenschaften unter der beim Start des Motors vorliegenden Mangelschmierung gewährleistet und so ein Fressen der Teile verhindert und die auch eine ausreichende Duktilität aufweist, um im Ölstrom evtl. vorhandene Abrieb- oder Schmutzpartikel einbetten zu können, damit diese nicht zu einem Fressen und Totalausfall der Lagerung führen.
Die wellenfeste Beschichtung an den genannten Lagerstellen A, B und C kann im einfachsten Fall aus demselben Material oder mit dem selben mehrlagigen Aufbau – metallisches oder Polymer-Overlay 6, evtl. durch eine Zwischenschicht vom Gleitlagerwerkstoff getrennt, wie in 2 angegeben – ausgeführt sein, aber es ist prinzipiell auch möglich, entsprechend den unterschiedlichen Belastungen an einzelnen Lagerstellen verschiedene Beschichtungen mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften, wie Festigkeit, Duktilität, usw. aufzubringen. Zur Vermeidung von einseitigen Kantenpressungen kann die Geometrie der Wellenzapfen vor dem Beschichten oder im umgekehrten Fall die Bohrung in der zugeordneten Lagerstelle leicht ballig gestaltet sein.

1: Kurbelwelle
2: Wellenlagerung
3: Pleuel
4: Gleitlagerwerkstoff
5: Zwischenschicht
6: Laufschicht
A, B, C: Lagerstellen

Claims

Baueinheit eines Bewegungsmechanismus, speziell eines Verbrennungsmotors, mit einer Welle und mindestens einem weiteren Bauteil, wobei die Welle mit Lagerzapfen zum Lagern in dazu korrespondierenden, in dem mindestens einen Bauteil vorgesehenen Lagerbohrungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens eines Lagerzapfens mit einer Gleitschicht versehen ist und dass die Oberfläche der zugehörigen Lagerbohrung in direktem Kontakt mit dieser Gleitschicht steht.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens eines Lagerzapfens teilweise mit einer Gleitschicht versehen ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens eines Lagerzapfens vollumfänglich mit einer Gleitschicht versehen ist.
Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht eine keramische, metallische oder Kunststoffschicht ist oder aus mehreren Lagen aufgebaut ist.
Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der zugehörenden Lagerbohrung eine niedrige Rauheit aufweist.
Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbohrungen eine gezielt von der zylindrischen Form abweichende unrunde Geometrie aufweisen.
Welle für eine Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die mit Lagerzapfen zum Lagern in dazu korrespondierenden, in mindestens einem weiteren Bauteil vorgesehenen Lagerbohrungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens eines Lagerzapfens mit einer Gleitschicht versehen ist.
Welle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens eines Lagerzapfens teilweise mit einer Gleitschicht versehen ist.
Welle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens eines Lagerzapfens vollumfänglich mit einer Gleitschicht versehen ist.
Welle nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht eine keramische, metallische oder Kunststoffschicht ist.
Bauteil für eine Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einer Lagerbohrung zur Aufnahme eines korrespondierenden Lagerzapfens einer Welle nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Lagerbohrung eine niedrige Rauheit aufweist.
Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lagerbohrung eine gezielt von der zylindrischen Form abweichende Geometrie aufweist.
Bauteil nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anlaufflächen an der Welle zur Aufnahme axialer Kräfte vorgesehen sind, die eine ein- oder mehrlagige Beschichtung als Gleitschicht aufweisen.
Baueinheit mit einer Welle nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lagerbohrung ebenfalls eine Beschichtung aufweist
Baueinheit mit einer Welle nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lagerstelle auf der Welle eine zumindest in Teilbereichen ballige Kontur aufweist.
Baueinheit mit einer Welle nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lagerbohrung eine zumindest in Teilbereichen ballige Kontur aufweist.
Baueinheit mit einer Welle nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anlaufflächen an der Welle zur Aufnahme axialer Kräfte vorgesehen sind, die ebenfalls eine ein- oder mehrlagige Beschichtung als Gleitschicht aufweisen.
Baueinheit mit einer Welle, dadurch gekennzeichnet, dass Anlaufflächen an der Welle zur Aufnahme axialer Kräfte vorgesehen sind, die eine ein- oder mehrlagige Beschichtung als Gleitschicht aufweisen, während die Lagerstellen der Wellenzapfen unbeschichtet bleiben.