DE102006010698B4 - Bearing shell and bearing - Google Patents
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Abstract
Lagerschale (1), insbesondere für Kurbelwellenlager, mit orthogonal zur Umfangsrichtung in einer gemeinsamen Ebene liegenden Teilflächen (2, 3), mit einer an der innenliegenden Gleitfläche (4) sich mindestens teilweise über den Umfang erstreckenden Ölnut (10) und mit mindestens einer in die Ölnut (10) mündenden Ölbohrung (5), wobei die Ölnut (10) in die zweite Teilfläche (3) mündet und mit ihrem Nutende (12a) im Abstand zu der ersten Teilfläche (2) endet, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nutquerschnittsfläche zum Nutende (12a) kontinuierlich verringert, und dass die Nutquerschnittsfläche vom Scheitel (6) der Lagerschale (1) mindestens in Richtung der zweiten Teilfläche (3) abnimmt.Bearing shell (1), in particular for crankshaft bearings, with partial surfaces (2, 3) lying orthogonal to the circumferential direction in a common plane, with an oil groove (10) extending at least partially over the circumference on the inner sliding surface (4) and with at least one in the oil groove (10) opening oil bore (5), the oil groove (10) opening into the second partial surface (3) and ending with its groove end (12a) at a distance from the first partial surface (2), characterized in that the groove cross-sectional area to the groove end (12a) is continuously reduced, and that the groove cross-sectional area decreases from the apex (6) of the bearing shell (1) at least in the direction of the second partial surface (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lagerschale, insbesondere für Kurbelwellenlager mit Teilflächen, mit orthogonal zur Umfangsrichtung in einer gemeinsamen Ebene liegenden Teilflächen, mit einer an der innenliegenden Gleitfläche sich mindestens teilweise über den Umfang erstreckenden Ölnut, und mit mindestens einer in die Ölnut mündenden Ölbohrung, wobei die Ölnut in die zweite Teilfläche mündet und mit ihrem Nutende im Abstand zu der ersten Teilfläche endet. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Lager mit einer solchen Lagerschale.The invention relates to a bearing shell, in particular for crankshaft bearings with partial surfaces, lying with orthogonal to the circumferential direction in a common plane faces, with an on the inner sliding surface at least partially extending over the circumference oil groove, and with at least one opening into the oil groove oil hole, said Oil groove opens into the second part surface and ends with its groove end at a distance from the first part surface. The invention also relates to a bearing with such a bearing shell.
Aus der
Diese sich kontinuierlich verringernde Querschnittsfläche führt wegen der Rotation des Gegenläufers an der einen Teilfläche zu einem Druckstau, der zu einer verbesserten Zwangsversorgung der Pleuellagerschalen führt, die über Bohrungen in der Kurbelwelle ausgehend von den Hauptlagerzapfen versorgt werden. Diese Seite der Lagerschale wird als Überdruckseite bezeichnet.This continuously decreasing cross-sectional area, due to the rotation of the counter-rotor at one face, results in a pressure jam which leads to an improved forced supply of the connecting rod bearing shells, which are supplied via bores in the crankshaft starting from the main journals. This side of the bearing shell is called the overpressure side.
Darüber hinaus bietet die Reduzierung des Ölnutquerschnittes den weiteren Vorteil, dass die Ölpumpenleistung verringert werden kann, wodurch auch der Leistungsverlust des Verbrennungsmotors reduziert wird.In addition, the reduction of the Ölnutquerschnittes offers the further advantage that the oil pump power can be reduced, whereby the power loss of the internal combustion engine is reduced.
Durch die Rotation des Gegenläufers stellt sich aber gleichzeitig an der anderen Teilfläche ein Unterdruck ein, der den Nachteil hat, dass trotz der Querschnittsverringerung auf dieser Seite der Teilfläche ein Öldruckverlust hervorgerufen wird. Diese Seite der Lagerschale wird als Unterdruckseite bezeichnet.Due to the rotation of the counter-rotor, however, a negative pressure simultaneously arises at the other partial surface, which has the disadvantage that, in spite of the reduction in cross-section, an oil-pressure loss is caused on this side of the partial surface. This side of the bearing shell is called the negative pressure side.
Der Öldruckverlust auf der Unterdruckseite ist dadurch begründet, dass der anliegende Pumpendruck PP größer ist als der durch die Rotation des Gegenläufers (Kurbelwelle) erzeugte Unterdruck PRotation (PPumpe > PRotation). Der Öldruckverlust entsteht dadurch, dass das Öl sehr leicht über den Nutquerschnitt und den gegebenenfalls sich zur Teilfläche hin reduzierenden Wanddickenverlauf (Freizieher oder Freilegungsbereich) der Lagerschale seitlich austreten kann.The oil pressure loss on the negative pressure side is due to the fact that the applied pump pressure P P is greater than the negative pressure P rotation generated by the rotation of the counter-rotor (crankshaft) (P pump > P rotation ). The oil pressure loss is caused by the fact that the oil can easily escape laterally beyond the groove cross-section and the wall thickness course (free-puller or exposure area) of the bearing shell, which possibly reduces towards the partial surface.
Dieser Umstand wird auf der Überdruckseite (PPumpe + PRotation) gezielt in Kauf genommen, weil in der Anwendung dafür gesorgt werden muss, dass im Motor möglicherweise vorhandener Urschmutz über die Teilfläche herausgespült werden kann.This circumstance is deliberately accepted on the overpressure side (P pump + P rotation ), because in the application it must be ensured that any dirt present in the engine can be flushed out over the partial surface.
Die
Die
Die
Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lagerschale bereitzustellen, bei der der auf der Unterdruckseite entstehende Öldruckverlust reduziert ist.The object of the invention is therefore to provide a bearing shell, in which the resulting on the negative pressure oil pressure loss is reduced.
Diese Aufgabe wird mit einer Lagerschale mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.This object is achieved with a bearing shell with the features of claim 1 and with a bearing with the features of claim 18.
Es ist vorgesehen, dass sich die Nutquerschnittsfläche vom Scheitel der Lagerschale mindestens in Richtung der zweiten Teilfläche, vorzugsweise in beide Richtungen, d. h. in Richtung der ersten Teilfläche und in Richtung der zweiten Teilfläche, abnimmt. Dies kann dadurch realisiert werden, dass sich die Nutbreite B und/oder die Nuttiefe T verringert. Vorzugsweise verringert sich die Nuttiefe von T1, gemessen im Scheitel der Lagerschale, auf T2 = 0,1·T1, wobei T2 die Nuttiefe an der zweiten Teilfläche bezeichnet. It is envisaged that the groove cross-sectional area decreases from the vertex of the bearing shell at least in the direction of the second partial area, preferably in both directions, ie in the direction of the first partial area and in the direction of the second partial area. This can be realized by reducing the groove width B and / or the groove depth T. Preferably, the groove depth of T 1 , measured at the apex of the bearing shell, is reduced to T 2 = 0.1 · T 1 , where T 2 denotes the groove depth at the second partial surface.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ölnut einen ersten Abschnitt mit großer Nutquerschnittsfläche und einen zweiten Abschnitt mit kleiner Nutquerschnittsfläche auf, wobei der erste Abschnitt mit großer Nutquerschnittsfläche im Abstand zu der ersten Teilfläche endet und der zweite Abschnitt mit kleiner Nutquerschnittsfläche einerseits in die zweite Teilfläche und andererseits in den ersten Abschnitt mündet.According to a further embodiment, the oil groove has a first section with a large groove cross-sectional area and a second section with a small groove cross-sectional area, wherein the first section with a large groove cross-sectional area terminates at a distance from the first partial area and the second section with a small cross-sectional groove area ends at the one side into the second partial area and at the other in the first section opens.
Die asymmetrische Ausgestaltung der Ölnut bedingt eine entsprechende Einbaulage dieser Lagerschale bezüglich der Rotationsrichtung des Gegenläufers bzw. bezüglich der Strömungsrichtung des Öls. Die Lagerschale ist derart einzubauen, dass das Schmieröl von der ersten Teilfläche zur zweiten Teilfläche strömt. Am Ende des Strömungsweges ist die Ölnut zur zweiten Teilfläche offen.The asymmetrical configuration of the oil groove causes a corresponding installation position of this bearing shell with respect to the direction of rotation of the counter-rotor or with respect to the flow direction of the oil. The bearing shell is to be installed in such a way that the lubricating oil flows from the first partial surface to the second partial surface. At the end of the flow path, the oil groove is open to the second partial surface.
Die Lagerschale, deren Ölnut einen Abschnitt mit geringerem Querschnitt aufweist, ist derart einzubauen, dass der Abschnitt der Ölnut, der die geringere Querschnittsfläche besitzt, am Ende des Strömungsweges des Öls angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der Abschnitt der Ölnut mit geringerer Querschnittsfläche die Überdruckseite und der Abschnitt der Ölnut mit der größeren Querschnittsfläche die Unterdruckseite bildet. Der Vorteil dieser Lagerschale besteht darin, dass es auf der Unterdruckseite wegen der im Vergleich zum Stand der Technik größeren Nutquerschnittsfläche zu keinem oder allenfalls deutlich geringeren Ölverlust kommt. Die verbesserten Öldruckverhältnisse führen auch zu einer verbesserten Versorgung der Pleuellager.The bearing shell whose oil groove has a portion of lesser cross-section is to be installed such that the portion of the oil groove having the smaller cross-sectional area is located at the end of the flow path of the oil. This means that the portion of the oil groove having a smaller cross-sectional area forms the overpressure side and the portion of the oil groove having the larger cross-sectional area forms the negative pressure side. The advantage of this bearing shell is that there is no or at most significantly lower oil loss on the negative pressure side because of the larger in comparison with the prior art groove cross-sectional area. The improved oil pressure conditions also lead to an improved supply of the connecting rod bearings.
Vorzugsweise ist die Nuttiefe T1 des ersten Abschnitts größer als die Nuttiefe T2 des zweiten Abschnitts.Preferably, the groove depth T 1 of the first section is greater than the groove depth T 2 of the second section.
Die Nuttiefe T1 des ersten Abschnitts, gemessen am Scheitel der Lagerschale, beträgt vorzugsweise 1,6 mm bis 2,4 mm, insbesondere 1,8 mm bis 2,2 mm.The groove depth T 1 of the first section, measured at the vertex of the bearing shell, is preferably 1.6 mm to 2.4 mm, in particular 1.8 mm to 2.2 mm.
Die Nuttiefe T2 des zweiten Abschnitts, gemessen an der Teilfläche, liegt vorzugsweise im Bereich 0,2 mm bis 1 mm, insbesondere bei 0,4 mm bis 0,8 mm.The groove depth T 2 of the second section, measured on the partial surface, is preferably in the range from 0.2 mm to 1 mm, in particular from 0.4 mm to 0.8 mm.
Um unterschiedliche Querschnittsflächen von erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt zu realisieren, können auch die Nutbreiten entsprechend unterschiedlich gewählt werden, wobei dies auch mit den Nuttiefen kombiniert werden kann.In order to realize different cross-sectional areas of the first section and the second section, the groove widths can be correspondingly chosen differently, and this can also be combined with the groove depths.
Vorzugsweise ist die Nutbreite B1 des ersten Abschnitts am Scheitel größer als die Nutbreite B2 des zweiten Abschnitts gemessen an der Teilfläche.
Vorzugsweise ist die Nutbreite B2 des zweiten Abschnitts um mindestens 0,5 mm geringer als die des ersten Abschnitts.Preferably, the groove width B 2 of the second section is at least 0.5 mm smaller than that of the first section.
Unabhängig von Nutbreite und Nuttiefe beträgt das Verhältnis der Nutquerschnittsfläche F1 im ersten Abschnitt zur Nutquerschnittsfläche F2 im zweiten Abschnitt vorzugsweise 5 bis 30, insbesondere 10 bis 20.Irrespective of the groove width and groove depth, the ratio of the groove cross-sectional area F 1 in the first section to the groove cross-sectional area F 2 in the second section is preferably 5 to 30, in particular 10 to 20.
Die Nutquerschnittsfläche des zweiten Abschnittes kann über die jeweilige Nutlänge konstant sein.The groove cross-sectional area of the second section can be constant over the respective groove length.
Um sprunghafte Druckänderungen des Öls in der Ölnut zu verhindern, ist die Nutquerschnittsfläche des ersten Abschnittes im Scheitel der Lagerschale vorzugsweise am größten und verringert sich kontinuierlich zu den Nutenden.In order to prevent sudden pressure changes of the oil in the oil groove, the groove cross-sectional area of the first portion in the apex of the bearing shell is preferably greatest and decreases continuously to the groove ends.
Als besondere Ausführungsform weist der den Nutgrund als ersten Abschnittes bildende Kreisbogen einen Krümmungsradius R1 auf, der kleiner ist als der Krümmungsradius R des die Gleitfläche bildenden Kreisbogens. Die Mittelpunkte der Kreisbögen sind versetzt, wobei der Mittelpunkt des den Nutgrund bildenden Kreisbogen zur Lagerschale hin versetzt angeordnet ist. As a particular embodiment, the circular arc forming the groove base as the first section has a radius of curvature R 1 which is smaller than the radius of curvature R of the circular arc forming the sliding surface. The centers of the circular arcs are offset, wherein the center of the groove bottom forming arc is offset to the bearing shell out.
Auch die Nutquerschnittsfläche des zweiten Abschnittes kann sich kontinuierlich verändern. Vorzugsweise nimmt die Nutquerschnittsfläche des zweiten Abschnitts von der zweiten Teilfläche in Richtung zum ersten Abschnitt kontinuierlich ab.The groove cross-sectional area of the second section can also change continuously. Preferably, the groove cross-sectional area of the second portion continuously decreases from the second partial surface toward the first portion.
Um den Übertritt des bis von erstem zum zweiten Abschnitt zu erleichtern, erstreckt sich der zweite Abschnitt mit kleiner Nutquerschnittsfläche vorzugsweise teilweise in den ersten Abschnitt mit großem Nutquerschnitt. Hierbei erstreckt sich der zweite Abschnitt mit etwa ¼ bis 1/3 seiner Länge in den ersten Abschnitt.In order to facilitate the passage from the first to the second section, the second section with a small groove cross-sectional area preferably extends partially into the first section with a large groove cross-section. Here, the second section extends with about ¼ to 1/3 of its length in the first section.
Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Abschnitt über einen Winkelbereich α von 5° bis 45°, wobei α von der zweiten Teilfläche an gerechnet wird. Weitere bevorzugte Winkelbereiche sind 5° bis 30° und 5° bis 25°. Je kürzer der Winkelbereich α gewählt wird, desto weiter erstreckt sich der erste Abschnitt in Richtung der zweiten Teilfläche. Dies bedeutet auch, dass der Unterdruckbereich zur zweiten Teilfläche verlagert wird.Preferably, the second section extends over an angular range α of 5 ° to 45 °, where α is calculated from the second partial surface. Further preferred angular ranges are 5 ° to 30 ° and 5 ° to 25 °. The shorter the angular range α is selected, the further the first section extends in the direction of the second partial surface. This also means that the negative pressure region is displaced to the second partial surface.
Die Ölnut bzw. der erste Abschnitt endet vorzugsweise in einem Winkelbereich β von 5° bis 40° vor der ersten Teilfläche. Bevorzugte Werte sind 5° bis 30° und 5° bis 20°.The oil groove or the first section preferably ends in an angular range β of 5 ° to 40 ° in front of the first partial surface. Preferred values are 5 ° to 30 ° and 5 ° to 20 °.
Die Lagerschale kann zusätzlich an den beiden Teilflächen jeweils einen Freilegungsbereich aufweisen. Hierbei ist vorzugsweise darauf zu achten, dass die Freilegungsbereiche jeweils im Abstand vor der Ölnut bzw. vor dem ersten Abschnitt enden.The bearing shell can additionally have an exposure area on both partial surfaces. In this case, it is preferably to be ensured that the exposure areas each end at a distance in front of the oil groove or before the first section.
Die erfindungsgemäßen Lagerschalen werden vorzugsweise mit einer Glattschale zur Bildung eines Lagers kombiniert. In einem solchen Lager ist ein rotierender Gegenläufer ölgeschmiert gelagert. Da die erfindungsgemäße Lagerschale nicht symmetrisch aufgebaut ist, ist auf die Einbaulage zu achten. Hierbei wird die erfindungsgemäße Lagerschale derart eingebaut, dass das Schmieröl von der ersten Teilfläche zur zweiten Teilfläche strömt oder der zweite Abschnitt in Strömungsrichtung des Öls hinter dem ersten Abschnitt angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der zweite Abschnitt auf der Überdruckseite der Lagerschale angeordnet ist.The bearing shells according to the invention are preferably combined with a smooth shell to form a bearing. In such a bearing, a rotating counter runner is lubricated with oil. Since the bearing shell according to the invention is not symmetrical, pay attention to the mounting position. In this case, the bearing shell according to the invention is installed such that the lubricating oil flows from the first part surface to the second part surface or the second part is arranged in the flow direction of the oil behind the first part. This means that the second section is arranged on the overpressure side of the bearing shell.
Vorzugsweise werden solche Lager als Kurbelwellenhauptlager verwendet. In solchen Kurbelwellenhauptlagern bildet die Glattschale die Unterschale und die erfindungsgemäße Lagerschale die Oberschale.Preferably, such bearings are used as crankshaft main bearings. In such crankshaft main bearings, the smooth shell forms the lower shell and the bearing shell according to the invention the upper shell.
Die genannten Wertebereiche für die Abmessungen von Nutbreite, Nuttiefe und Nutquerschnittsflächen sowie für die Winkel α und β gelten vorzugsweise für Lagerschalen mit einem Innendurchmesser von 26 mm bis 150 mm. Bevorzugte Innendurchmesser sind 50 mm bis 100 mm.Said ranges of values for the dimensions of groove width, groove depth and groove cross-sectional areas as well as for the angles α and β preferably apply to bearing shells with an inner diameter of 26 mm to 150 mm. Preferred inner diameters are 50 mm to 100 mm.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
In der
An der innenliegenden Gleitfläche
In die Ölnut
Der zweite Abschnitt
Die in
Die
Beide Lagerschalen können aus einem Massivwerkstoff bestehen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Lagerschale aus einem Schichtverbundwerkstoff herzustellen, so dass die Lagerschale
In der
Wenn, wie in
In der
Der zweite Abschnitt
In der
Außerdem sind die Krümmungsradien R und R1 eingezeichnet. Der Krümmungsradius R bezieht sich auf den die Gleitfläche
In der
In der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Lagerschalebearing shell
- 22
- erste Teilflächefirst partial area
- 33
- zweite Teilflächesecond subarea
- 44
- Gleitflächesliding surface
- 55
- Ölbohrungoil well
- 66
- Scheitelvertex
- 77
- Freilegungsbereichexposure zone
- 88th
- Freilegungsbereichexposure zone
- 99
- Gegenläuferexpeller
- 1010
- Ölnutoil groove
- 1111
- erster Abschnitt mit großem Nutquerschnittfirst section with large groove cross-section
- 12a, b12a, b
- Nutendegroove end
- 1313
- Nutgrundgroove base
- 1515
- zweiter Abschnitt mit kleinem Nutquerschnittsecond section with a small groove cross-section
- 100100
- GlattlagerschaleSmooth bearing shell
- B1 B 1
- Breite des ersten AbschnittesWidth of the first section
- B2 B 2
- Breite des zweiten AbschnittesWidth of the second section
- T1 T 1
- Tiefe des ersten AbschnittesDepth of the first section
- T2 T 2
- Tiefe des zweiten AbschnittesDepth of the second section
- F1 F 1
- Querschnittsfläche des ersten Abschnittes am ScheitelCross-sectional area of the first section at the apex
- F2 F 2
- Querschnittsfläche des zweiten Abschnittes an der TeilflächeCross-sectional area of the second section on the partial surface
- αα
- Winkelangle
- ββ
- Winkelangle
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