DE102005037502A1

DE102005037502A1 - Lagerschale und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102005037502A1
Application number: DE102005037502A
Authority: DE
Inventors: Martin Klein; Christian Wolf
Original assignee: Federal Mogul Wiesbaden GmbH
Current assignee: Federal Mogul Wiesbaden GmbH
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: WO2007016915A3; EP1913268A2; KR20080033968A; DE102005037502B4; WO2007016915A2; US20100135603A1; BRPI0614328A2

Abstract

Es wird eine Lagerschale (1, 1') mit einem ersten und einem zweiten Freilegungsbereich (4, 5) beschrieben, wobei die beiden Freilegungsbereiche (4, 5) an der Innenfläche der beiden Lagerschalenenden (3a, 3b) ausgebildet sind. Die Ölnuten (20a, 20b, 30a, 30b) in den beiden Freilegungsbereichen (4, 5) sind in Strömungsrichtung (11) des Schmieröls (9) zur Mittellinie (10) der Lagerschale (1) geneigt ausgerichtet. Dadurch wird das Ausströmen von Schmieröl in axialer Richtung in den Freilegungsbereichen (4, 5) verhindert. Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung solcher Lagerschalen beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerschale mit einem ersten und einem zweiten Freilegungsbereich, wobei die beiden Freilegungsbereiche an der Innenfläche der beiden Lagerschalenenden ausgebildet sind, mit einem Gleitflächenbereich zwischen den beiden Freilegungsbereichen und mit Ölnuten, die mindestens in den Freilegungsbereichen angeordnet sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf Verwendungen solcher Lagerschalen und auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Lagerschalen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Lager bestehend aus zwei Lagerschalen.
Lager werden aus zwei Lagerschalen gebildet, die mit ihren Teilflächen aufeinander liegen. Bei geringfügigen Ungenauigkeiten liegen die Teilflächen nicht exakt aufeinander mit der Folge, dass die Innenkante einer Teilfläche nach innen vorstehen kann. Dadurch wird der Gegenläufer, nämlich die Welle, behindert, was zu einem zusätzlichen Verschleiß führt. Um dies zu verhindern, besitzen die Lagerschalen eine so genannte Freilegung an ihren Lagerschalenenden, worunter man einen an die Teilflächen angrenzenden Bereich versteht, in dem die Wandstärke der Lagerschale reduziert ist. Der Nachteil solcher Freilegungen ist jedoch, dass Schmieröl seitlich, d.h. in axialer Richtung austreten kann, wodurch der Schmieröldruck im Betrieb abfällt. Dies kann zum Fressen der Welle führen.

Um dieses Problem zu beheben, sind gemäß der DE 101 63 292 A1 in dem Bereich, in dem üblicherweise die Freilegung eingebracht wird, Ölnuten vorgesehen, die parallel und unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Diese Nuten werden durch Bohren hergestellt, wobei zwischen den Nuten spitz zulaufende Stege verbleiben.

Beim Einsatz dieser Lagerschalen werden diese Spitzen beim Einlaufen abgetragen, so dass eine Art Freilegung durch den Anfangsverschleiß erzeugt wird.

Auch in den übrigen Gleitflächenbereichen der Lagerschalen sind Ölnuten vorgesehen, die jedoch eine geringere Tiefe aufweisen als die Ölnuten im Freilegungsbereich.

Die unterschiedlich ausgestalteten Ölnuten müssen an der fertigen Lagerschale durch Bohren mit entsprechenden unterschiedlichen Werkzeugen hergestellt werden, was besonders zeitaufwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lagerschale bereitzustellen, die zwei Freilegungsbereiche aufweist und bei der ein Austritt von Schmieröl in axialer Richtung aus dem Freilegungsbereich verhindert wird. Es ist auch Aufgabe, ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das auf einfache Weise die Herstellung von Nuten im Freilegungsbereich gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit einer Lagerschale gelöst, bei der die Ölnuten in Strömungsrichtung des Schmieröls zur Mittellinie der Lagerschale geneigt ausgerichtet sind.

Die Mittellinie der Lagerschale verläuft mittig in Umfangsrichtung.

Dadurch, dass die Nuten in Strömungsrichtung des Schmieröls, die durch die Drehrichtung der Welle vorgegeben ist, auf die Mittellinie zulaufen, wird das Öl vom Randbereich der Freilegung nach innen geführt und auf diese Weise ein seitlicher Ölaustritt vermieden. Hierbei wird ein V-förmiges Nutmuster im Freilegungsbereich geschaffen.

Wenn das Schmieröl in den ersten Freilegungsbereich eintritt und von dort über die Lagerschale zum zweiten Freilegungsbereich strömt, entfernen sich die Ölnuten im ersten Freilegungsbereich in Richtung Teilfläche von der Mittellinie und im zweiten Freilegungsbereich laufen die Ölnuten in Richtung Teilfläche auf die Mittellinie zu. Es ist deshalb beim Einbau der Lagerschale darauf zu achten, dass die Ausrichtung der Ölnuten mit der Drehrichtung der Welle und damit mit der Strömungsrichtung des Schmieröls in der vorgesehenen Weise übereinstimmen.

Vorzugsweise sind die Ölnuten beidseitig neben der Mittellinie jeweils parallel zueinander angeordnet und bilden mit der Mittellinie einen Winkel β.

Der Neigungswinkel β liegt vorzugsweise im Bereich 0 < β < 45°, insbesondere im Bereich 0° < β < 25°, und insbesondere im Bereich 0° < β < 15°.

Vorzugsweise erstrecken sich die Ölnuten mindestens des ersten Freilegungsbereiches bis in den Gleitflächenbereich. Das Schmieröl fließt von der Nachbarschale in den ersten Freilegungsbereich und wird am Ende des Freilegungsbereichs am Übergang zum Gleitflächenbereich beschleunigt. Durch die Fortsetzung der Ölnuten in den Gleitflächenbereich hinein wird ein Abbremsen des Schmieröls verhindert, das somit ohne Verzögerung in den Gleitflächenbereich eintreten kann. Ein Abbremsen des Ölstroms würde zu einer Druckerhöhung führen und ein axiales Ausweichen und Austreten des Öls aus dem Freilegungsbereich begünstigen.

Dieses Abfließen des Schmieröls in Richtung Gleitflächenbereich wird dadurch weiter begünstigt, dass gemäß einer weiteren Ausführungsform die Nutabschnitte im Gleitflächenbereich eine größere Tiefe aufweisen als die Nutabschnitte im Freilegungsbereich. Bevorzugte Tiefen für die Nutabschnitte im Freilegungsbereich sind 0,03 mm und im Gleitflächenbereich 0,05 mm. Die Nutgrundverrundung R liegt vorzugsweise bei 0,1 mm ≤ R ≤ 0,5 mm.

Vorzugsweise weisen die Nutabschnitte im Gleitflächenbereich denselben Neigungswinkel β auf wie die Nutabschnitte im dazugehörigen Freilegungsbereich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können alle Nutabschnitte im Gleitflächenbereich parallel zueinander angeordnet sein.

Die Enden der Nutabschnitte im Gleitflächenbereich laufen vorzugsweise spitz aus.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können sich die Nutabschnitte über den gesamten Gleitflächenbereich erstrecken. Die Nuten des ersten Freilegungsbereichs stehen auf diese Weise mit den Nuten des zweiten Freilegungsbereichs in Strömungsverbindung, wodurch die Strömung des Schmieröls über die gesamte Lagerschale zusätzlich begünstigt wird.

Die Nutabschnitte im Freilegungsbereich erstrecken sich vorzugsweise bis zu den Teilflächen. Durch diese Maßnahme wird die Ölströmung vom bzw. zur benachbarten Lagerschale begünstigt und ein seitlicher Austritt des Schmieröls aus dem jeweiligen Freilegungsbereich zusätzlich reduziert bzw. verhindert.

Hierbei kann es zusätzlich von Vorteil sein, wenn die Nuten im ersten Freilegungsbereich breiter sind als im zweiten Freilegungsbereich.

Der Nutgrund der Ölnuten kann kreisförmig, parabolisch oder elliptisch sein.

Vorzugsweise ist der Nutabstand A größer gleich der Nutbreite B, wobei A zwischen der Mitte zweier benachbarter Nuten gemessen wird. A > B ist dann bevorzugt, wenn ein schneller Verschleiß der Stege zwischen den Nuten vermieden werden soll.

Eine bevorzugte Verwendung dieser Lagerschalen ist für Nockenwellenlagerungen bei LKW-Motoren vorgesehen.

Eine weitere bevorzugte Verwendung dieser Lagerschalen ist für schmale Pleuellager vorgesehen. Unter schmalen Pleuellagern werden Pleuellager mit einer Breite von < 20 mm bei PKW-Anwendung und < 40 mm bei LKW-Anwendung verstanden.

Das erfindungsgemäße Lager mit zwei solcher Lagerschalen sieht vor, dass jeweils der erste Freilegungsbereich der einen Lagerschale benachbart zum zweiten Freilegungsbereich der anderen Lagerschale angeordnet ist.

Das Verfahren zur Herstellung von Lagerschalen mit einem ersten und einem zweiten Freilegungsbereich, mit einem Gleitflächenbereich zwischen den beiden Freilegungsbereichen und mit Ölnuten sieht vor, dass von einem Bandmaterial Platinen abgetrennt und anschließend diese Platinen zu Lagerschalen umgeformt werden, wobei die Freilegungsbereiche am Bandmaterial hergestellt werden und die Ölnuten in das Bandmaterial, die abgetrennte Platine oder in die vorgefertigte Lagerschale eingeprägt werden.

Das Prägen der Ölnuten in das Bandmaterial oder in die Platine ist bevorzugt, da dieser Verfahrensschritt vorzugsweise in den Abtrennvorgang der Platinen vom Bandmaterial einbezogen werden kann. Durch ein geeignetes Schneidmesser, das zusätzlich als Stempel zum Einprägen von Nuten ausgebildet ist, ist es möglich, im selben Arbeitsgang die Platine abzutrennen und die Nuten in Freilegungsbereiche einzuprägen. Dadurch wird eine erhebliche Zeitersparnis erzielt und der Herstellungsvorgang deutlich vereinfacht.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a die Lagerschale in perspektivischer Ansicht,
1b die beiden Enden einer Lagerschale in perspektivischer Darstellung auseinandergebrochen in zwei Teile, zur vollen Einsicht in die beiden Freilegungsbereiche,
2 einen Schnitt durch ein Lager mit zwei Lagerschalen und Welle,
3 die Ansicht A der in 2 dargestellten Lagerschale 1,
4 die Ansicht B der in 3 gezeigten Lagerschale,
5 einen Schnitt längs der Linie C-C der in 2 gezeigten Lageranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
6 bis 8 einen Schnitt durch die in 2 gezeigte Lageranordnung längs der Linie C-C gemäß weiterer Ausführungsformen,
9 eine vergrößerte Darstellung eines Nutabschnitts im Gleitflächenbereich der Lagerschale, und
10 eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens.
In der 1 sind die beiden Enden 3a, 3b einer Lagerschale 1 perspektivisch dargestellt. Die Lagerschale 1 besitzt an den Enden 3a, 3b jeweils eine Teilfläche 2, unterhalb derer die Wanddicke der Lagerschale reduziert ist, wodurch ein erster Freilegungsbereich 4 und ein zweiter Freilegungsbereich 5 gebildet werden. Zwischen den beiden Freilegungsbereichen 4 und 5 befindet sich der Gleitflächenbereich 7.
In Umfangsrichtung ist mittig die Mittellinie 10 eingezeichnet. Die Strömungsrichtung des Schmieröls ist durch den Pfeil 11 gekennzeichnet.
Wie aus der 2 zu entnehmen ist, in der ein Lager bestehend aus zwei Lagerschalen 1, 1' mit einer im Lager gelagerten Welle 8 dargestellt ist, wird die Strömungsrichtung 11 des Schmieröls 9 durch die Drehrichtung n der Welle 8 definiert.
Bei der in 1 gezeigten Lagerschale 1 strömt das Schmieröl 9 zunächst in den ersten Freilegungsbereich 4, von dort über den Gleitflächenbereich 7 zum zweiten Freilegungsbereich 5.
Im ersten Freilegungsbereich 4 sind Nuten 20a, 20b angeordnet, die ausgehend von der Teilfläche 2 in Strömungsrichtung 11 auf die Mittellinie 10 zulaufen. Der Freilegungsbereich 4 wird durch die Mittellinie 10 in zwei Hälften 4a und 4b unterteilt, in denen die Ölnuten 20a bzw. die Ölnuten 20b angeordnet sind. Innerhalb dieser Bereiche 4a, 4b sind die Nuten 20a sowie die Nuten 20b parallel zueinander ausgerichtet. Die Nuten 20a, 20b bilden mit der Mittellinie 10 einen Neigungswinkel β.
Im zweiten Freilegungsbereich 5, der durch die Mittellinie 10 ebenfalls in zwei Hälften 5a, 5b unterteilt wird, sind Ölnuten 30a, 30b angeordnet, die in Richtung Teilfläche 2 zur Mittellinie 10 geneigt angeordnet sind. Innerhalb der Hälften 5a, 5b sind die Ölnuten 30a bzw. 30b parallel zueinander angeordnet und bilden ebenfalls mit der Mittelinie 10 einen Winkel β. Die Freilegungsbereiche 4 und 5 werden durch die Begrenzungslinie 6a, 6b zum Gleitflächenbereich 7 abgegrenzt.
In der 3 ist die Ansicht A der Lagerschale 1 der 2 dargestellt. Die Strömungsrichtung des Schmiermittels ist durch den Pfeil 11 gekennzeichnet.
In der 4 ist die Ansicht B der in 3 gezeigten Lagerschale 1 dargestellt, die eine Draufsicht auf den zweiten Teilflächenbereich 5 zeigt.
In der 5 ist ein Schnitt längs der Linie C-C durch das Lager in 2 dargestellt. Es ist zu sehen, dass der erste Freilegungsbereich 4 der Lagerschale 1' an den zweiten Freilegungsbereich 5 der Lagerschale 1 angrenzt. Aufgrund der Strömungsrichtung 11 von der Lagerschale 1 zur Lagerschale 1' und der Ausrichtung der Ölnuten 30a, 30b sowie der Ölnuten 20a, 20b wird das von der Lagerschale 1 zur Lagerschale 1' strömende Schmieröl vom Randbereich zur Mitte, d.h. in Richtung Mittellinie 10 geführt, wodurch ein Austritt in axialer Richtung, d.h. in Richtung senkrecht zur Mittellinie 10 aus den Lagerschalen heraus vermieden wird.
In der 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Ölnuten 20a, 20b der Lagerschale 1' im ersten Freilegungsbereich 4 sich bis in den Gleitflächenbereich 7 erstrecken. Jede Ölnut 20a, 20b besitzt somit einen Nutabschnitt 21 im Freilegungsbereich 4 und einen weiteren Nutabschnitt 22 im Gleitflächenbereich 7. Die Neigung der Nutabschnitte 21 bezüglich der Mittelachse 11 ist auch bei den Nutabschnitten 22 beibehalten worden.
In der 7 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Nutabschnitte 22 im Gegensatz zu der Ausführungsform der 6 parallel zueinander angeordnet sind.
Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Übergang von der Lagerschale 1 zur Lagerschale 1' sind die Nutabschnitte 21 der Ölnuten 20a, 20b im ersten Freilegungsbereich 4 der Lagerschale 1' breiter ausgebildet als die Nuten 30a, 30b im zweiten Freilegungsbereich 5 der Lagerschale 1.
In der 8 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der sich die Nutabschnitte 22 über den gesamten Gleitflächenbereich 7 erstrecken. Dadurch stehen die Nuten 20a, 20b über die Nutabschnitte 22 in Strömungsverbindung mit den Nuten 30a, 30b.
In der 9 ist der Endbereich 23 eines Nutabschnitts 22 vergrößert dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Nut einen kreisförmigen Nutgrund aufweist, der in eine Spitze ausläuft.
In der 10 ist das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Lagerschalen schematisch dargestellt. Ausgehend von einem Bandmaterial 40 werden zunächst an den Rändern des Bandmaterials die Freilegungsbereiche 4 und 5 herausgefräst. Anschließend werden von diesem Bandmaterial 40 längs der Trennlinie 41 Platinen 42 abgetrennt. Bei diesem Abtrennprozess 42 wird mit einem geeigneten kombinierten Messer/Stempel gleichzeitig auch die Nuten 20a, 20b, 30a, 30b in die entsprechenden Freilegungsbereiche 4 und 5 eingeprägt. Die abgetrennte Platine 42 weist dann sowohl die Freilegungsbereiche 4 und 5 als auch die dazugehörigen Nuten 20a, 20b, 30a, 30b auf. Anschließend erfolgt das Umformen zu einer Lagerschale und gegebenenfalls ein abschließendes Ausbohren der Lagerschale.

1, 1': Lagerschale
2: Teilfläche
3a, 3b: Lagerschalenende
4: erster Freilegungsbereich
4a, b: Hälfte des ersten Freilegungsbereiches
5: zweiter Freilegungsbereich
5a, b: Hälfte des zweiten Freilegungsbereiches
6a, b: Begrenzungslinie
7: Gleitflächenbereich
8: Welle
9: Schmieröl
10: Mittellinie
11: Strömungsrichtung des Schmieröls
20a, b: Ölnut
21: Nutabschnitt
22: Nutabschnitt
23: Endbereich
30a, b: Ölnut
40: Bandmaterial
41: Trennlinie
42: Platine
n: Drehrichtung
β: Winkel

Claims

Lagerschale (1, 1') mit einem ersten Freilegungsbereich (4) und einem zweiten Freilegungsbereich (5), wobei die beiden Freilegungsbereiche (4, 5) an der Innenfläche der beiden Lagerschalenenden (3a, 3b) ausgebildet sind, mit einem Gleitflächenbereich (7) zwischen den beiden Freilegungsbereichen (4 und 5) und mit Ölnuten (20a, b, 30a, 30b), die mindestens in den Freilegungsbereichen (4,5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnuten (20a, 20b, 30a, 30b) in Strömungsrichtung (11) des Schmieröls (9) zur Mittellinie (10) der Lagerschale (1, 1') geneigt ausgerichtet sind.
Lagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnuten (20a, 20b, 30a, 30b) beidseitig neben der Mittellinie (10) jeweils parallel zueinander angeordnet sind und mit der Mittellinie (10) einen Winkel β bilden.
Lagerschale nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Neigungswinkel β gilt: 0 < β < 45°.
Lagerschale nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Neigungswinkel β gilt: 10° < β < 30°.
Lagerschale nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Neigungswinkel β gilt: 15° < β < 25°.
Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnuten (20a, 20b, 30a, 30b) mindestens des ersten Freilegungsbereichs (4) sich bis in den Gleitflächenbereich (7) erstrecken.
Lagerschale nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutabschnitte (21) im Freilegungsbereich (4) eine größere Tiefe aufweisen als die Nutabschnitte (22) im Gleitflächenbereich (7).
Lagerschale nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutabschnitte (22) im Gleitflächenbereich (7) denselben Neigungswinkel β aufweisen wie die Nutabschnitte (21) im dazugehörigen Freilegungsbereich (4).
Lagerschale nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Nutabschnitte (22) im Gleitflächenbereich (7) parallel zur Mittellinie (10) angeordnet sind.
Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (23) der Nutabschnitte (22) spitz auslaufen.
Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutabschnitte (22) sich über den gesamten Gleitflächenbereich (7) erstrecken.
Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutabschnitte (21) im Freilegungsbereich (4, 5) sich bis zu den Teilflächen (2) erstrecken.
Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnuten (20a, 20b) im ersten Freilegungsbereich (4) breiter sind als die Ölnuten (30a, 30b) im zweiten Freilegungsbereich (5).
Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund der Ölnuten kreisförmig, parabolisch oder elliptisch ist.
Lagerschale nach einem Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutabstand A größer gleich der Nutbreite B ist, wobei A zwischen der Mitte zweier benachbarter Nuten (20a, 20b, 30a, 30b) gemessen wird.
Verwendung der Lagerschalen nach Anspruch 1 für Nockenwellenlagerungen bei PKW- und LKW-Motoren.
Verwendung der Lagerschalen nach Anspruch 1 bei schmalen Pleuellagern.
Lager mit zwei Lagerschalen gemäß Anspruch 1, wobei jeweils der erste Freilegungsbereich (4) der einen Lagerschale (1) benachbart zum zweiten Freilegungsbereich (5) der anderen Lagerschale (1') angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung von Lagerschalen mit einem ersten und einem zweiten Freilegungsbereich, wobei die beiden Freilegungsbereiche an der Innenfläche der beiden Lagerschalenenden ausgebildet sind, mit einem Gleitflächenbereich zwischen den beiden Freilegungsbereichen und mit Ölnuten, die mindestens in den Freilegungsbereichen angeordnet sind, bei dem von einem Bandmaterial Platinen abgetrennt und anschließend diese Platinen zu Lagerschalen umgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilegungsbereiche am Bandmaterial hergestellt werden und dass die Ölnuten in das Bandmaterial, in die abgetrennte Platine oder in die umgeformte Lagerschale eingeprägt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnuten beim Abtrennen der Platinen eingeprägt werden.