DE102006052774A1

DE102006052774A1 - Gleitlagereinheit

Info

Publication number: DE102006052774A1
Application number: DE102006052774A
Authority: DE
Inventors: Lucian Dipl.-Ing. Novi Botez; Aaron Harrison Township Brechko
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2007-06-28
Also published as: WO2007057320A1

Abstract

Gleitlagereinheit, umfassend einen Bolzen sowie mindestens eine vom Bolzen durchsetzte Lagerhülse, wobei der Bolzen eine senkrecht zur Bolzenlängsachse einwirkende, außermittige Kraft aufnimmt, wobei sich der Bolzen (8) zu beiden Enden hin konisch oder ballig verjüngt und einen mittigen zylindrischen Abschnitt (13) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Gleitlagereinheit umfassend einen Bolzen sowie mindestens eine vom Bolzen durchsetzte Lagerhülse, wobei der Bolzen eine senkrecht zur Bolzenlängsachse einwirkende, außermittige Kraft aufnimmt.

Hintergrund der Erfindung

Eine solche Gleitlagereinheit kommt in allen Bereichen zum Einsatz, wo ein Element um eine Drehachse verdreh- oder verschwenkbar gelagert werden soll. Ein Beispiel ist ein Zugmittelspannsystem, insbesondere ein Riemenspanner. Hier dient die Gleitlagereinheit dazu, beispielsweise einen Spannhebel, an dem ein am Zugmittel wie beispielsweise dem Riemen angreifendes Spannelement wie eine Spannrolle angeordnet ist, schwenkbar um die Bolzenachse zu lagern. Ein solches Zugmittelspannsystem kommt beispielsweise in einem Steuertrieb oder einem Aggregattrieb einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz.

Üblicherweise ist bei einem solchen Riemenspannsystem der Arm des Spannhebels und damit die Spannrolle außermittig in Bezug auf die Gleitlagereinheit bzw. die von ihr gebildete Bolzen-Lagerhülsen-Einheit angeordnet. Nachdem die Spannrolle am Zugmittel angreift, um dieses zu spannen, wirkt folglich auf die Spannrolle eine vom Zugmittel ausgeübte Kraft, die über den Spannhebel außermittig in die Bolzen-Lagerhülsen-Einheit, also das Gleitlager, eingeleitet wird. Hieraus resultiert eine Kantenbelastung der Lagerhülse durch den Bolzen. Diese verursacht eine erhöhte lokale Flächenpressung auf den Bolzen und die Lagerhülse mit der Folge, dass die Lebensdauer des Gleitlagers gegebenenfalls verkürzt wird. Besonders bei hohen außermittig einwirkenden Kräften und langer Betriebsdauer führt dies zu einer Verkippung des Spannhebels und mithin der Spannrolle, so dass insgesamt die Führung des Spannsystems für einen störungsfreien Betrieb nicht einwandfrei ist.

Zur Reduzierung des Verschleißes bei Gleitlagern ist es aus DE 102 36 113 B3 bekannt, einen feststehenden Keramikkörper mit einer Lagerfläche zu verwenden. Der verwendete Keramikwerkstoff besitzt eine hohe Verschleißfestigkeit und kann bei hohen Belastungen, wie beispielsweise außermittig einwirkenden Kräften oder hohen Temperaturen, eine zuverlässige und langlebige Drehlagerung bereitstellen.

Nachteilig hierbei ist jedoch der hohe Aufwand, um den Keramikkörper in eine bereitgestellte Gleitlagerhülse einzusetzen. Denn das Keramikmaterial ist extrem formbeständig, was seine Verbauung verkompliziert, ferner ist damit ein hoher Zeitaufwand verbunden. Bei erhöhter Presskraft kann der Keramikkörper aufgrund seiner spröden Materialeigenschaften zerstört werden. Infolgedessen ist bei der dort beschriebenen Drehlagerung die Gleitlagerhülse, die den Keramikkörper aufnimmt, zu erwärmen, erst dann kann der Keramikkörper eingesetzt werden. Die dort beschriebene Drehlagerung ist also von der Montage her sehr aufwändig und teuer.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Gleitlagereinheit anzugeben, die bei einfachem Aufbau eine Erhöhung der Lagerlebensdauer ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist eine Gleitlagereinheit vorgesehen, wie sie sich aus den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3 ergibt.

Gemäß der ersten erfindungsgemäßen Lagereinheit ist vorgesehen, dass sich der Bolzen zu beiden Enden hin konisch oder ballig verjüngt und einen mittigen zylindrischen Abschnitt aufweist. Der Bolzen ist also – anders als bisher bekannt – Gleitlagereinheiten, wie sie insbesondere für Spanneinrichtungen verwendet werden, nicht zylindrisch ausgeführt, vielmehr ist eine spezielle Endprofilierung am Bolzen vorgesehen. Der Bolzen verjüngt sich zu den Enden hin, also in dem Bereich, in dem die eine oder bevorzugt die beiden Lagerhülsen angreifen, konisch, also kegelförmig, oder ballig, also leicht gekrümmt. Durch diese konische oder ballige Endprofilierung wird die Kontaktfläche zwischen dem Bolzen und der oder den Lagerhülsen, insbesondere bei einer außermittigen Krafteinwirkung, vorteilhaft groß gehalten, so dass die Flächenpressung in der Bolzen-Lagerhülsen-Einheit erheblich reduziert und die Lebensdauer erhöht wird. Infolge insbesondere der konischen Endprofilierung ergibt sich bei der aus der außermittigen Krafteinleitung resultierenden, wenngleich minimalen, so doch aus verschleißtechnischen Gründen beachtlichen Verkippung des Bolzens nach wie vor eine großflächige Bolzenanlage an der oder den Gleitlagerhülsen, Kraftspitzen an den Hülsenrändern treten infolgedessen nicht oder nur in einem extrem reduzierten Maß auf.

Üblicherweise beträgt das Radialspiel zwischen dem Bolzen und der oder den Lagerhülsen maximal 20 μm, die Endprofilierung, also die konkrete Konus- oder Krümmungsausgestaltung, wird unter Berücksichtigung des Radialspiel wie auch der maximal einwirkenden außermittigen Kraft bestimmt. Durch die deutliche Vergrößerung der Last tragenden Fläche im Falle eines außermittigen Lasteingriffs, einhergehend mit einer Verringerung der Flächenpressung, lässt vorteilhaft eine erhebliche Verschleißreduzierung und damit Lebensdauererhöhung zu. Ein weiterer Vorteil ist, dass mit üblichen Lagerbauteilen bzw. Lagermaterialien gearbeitet werden kann, da – anders als im eingangs beschriebenen Stand der Technik unter Verwendung der Keramikhülse – keine speziellen Materialien vonnöten sind. Auch die Montage ändert sich im Vergleich zur üblichen Gleitlagermontage nicht.

Wenngleich es denkbar ist, nur eine Lagerhülse einzusetzen, die sich axial gesehen über den mittigen Zylinderabschnitt sowie über die wesentliche Länge der beiden konischen Endabschnitte erstreckt, ist es gleichermaßen denkbar, zwei Lagerhülsen vorzusehen, die jeweils einen sich konisch oder ballig verjüngenden Abschnitt weitgehend und den zylindrischen Abschnitt zumindest teilweise übergreifen.

Eine Erfindungsalternative zur beschriebenen Ausgestaltung, bei dem am Bolzen zu beiden Enden hin die sich konisch oder ballig verjüngenden Abschnitte vorgesehen sind, sieht demgegenüber vor, dass der Bolzen zwei ballige Abschnitte aufweist, die sich zu den Bolzenenden als auch zur Bolzenmitte hin im Durchmesser verjüngen. Auch bei dieser Erfindungsausgestaltung weicht der Bolzen also von der üblichen Zylinderform ab und ist endseitig profiliert. Infolge der Balligkeit, die hier sowohl zum jeweiligen Bolzenende als auch zur Bolzenmitte hin gegeben ist, kann bei einem außermittigen Lastangriff eine übermäßige Kantenbeanspruchung vermieden werden und eine Vergrößerung der Last tragenden Fläche in Verbindung mit einer Verringerung der Flächenpressung erreicht werden. Auch durch diese geometrische Ausgestaltung kann also eine Verschleißminderung und damit Lebensdauererhöhung erreicht werden. Wie auch bei der erstgenannten Ausgestaltung kommen auch hier lediglich übliche Lagerbauteile zum Einsatz. Bei dem Bolzen handelt es sich wie auch bei dem der ersten Erfindungsausgestaltung um einen üblichen Stahlbolzen, der lediglich entsprechend zu profilieren ist. Sonderbauteile oder Bauteile aus besonderen Materialien kommen auch hier nicht zum Einsatz. Auch bei dieser Erfindungsausgestaltung kann auf handelsübliche Herstellungsarten zurückgegriffen werden.

Wenngleich die beiden balligen Abschnitte unmittelbar aneinander anschließen können, sieht eine zweckmäßige Erfindungsausgestaltung vor, zwischen den beiden balligen Abschnitten einen Übergangsabschnitt, der vorzugsweise zy lindrisch ist, auszubilden. Dieser Abschnitt ermöglicht hinsichtlich der Balligkeit der daran anschließenden Abschnitte den gewünschten Radius einstellen zu können.

Neben den beschriebenen Gleitlagereinheiten selbst betrifft die Erfindung ferner eine Spanneinrichtung für ein Zugmittel wie einen Riemen oder eine Kette, umfassend einen Spannhebel, der über eine Gleitlagereinheit gegen eine Rückstellkraft bezüglich eines Basisteils verschwenkbar ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich diese Spanneinrichtung dadurch aus, dass eine Gleitlagereinheit der beschriebenen Art eingesetzt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung umfassend eine erfindungsgemäße Lagerung,
2 eine vergrößerte Detailansicht des Bolzens der in 1 gezeigten Lagerung,
3 die Lagerung aus 1 mit verkipptem Bolzen, und
4 eine weitere Alternativausführung eines für eine erfindungsgemäße Lagerung verwendbaren Bolzens.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erfindungsgemäße Spanneinrichtung 1, umfassend einen Spannhebel 2, an dem über einen Bolzen 3, der eine Drehachse bildet, befestigt eine Spannrolle 4 angeordnet ist, die von einem nicht näher gezeigten Zugmittel, bevorzugt einem Riemen, umschlungen ist. Der Spannhebel 2 ist über eine Gleitlagereinheit 5 gegen die Rückstellkraft einer Schraubenfeder 6 relativ zu einem Basisteil 7, das beispielsweise lagefest an einem Motorblock angeordnet ist, verschwenkbar. Die Drehachse D wird von dem Bolzen 8, der drehfest mit dem Spannhebel 2 verbunden ist, gebildet. Die Lagerung des Bolzens 8, der Teil der Gleitlagereinheit 5 ist, erfolgt über im gezeigten Beispiel zwei Lagerhülsen 9, die ebenfalls Teil der Lagereinheit bilden, und die an einem zylindrischen Abschnitt 10 eines Gehäuseteils 11, das Teil des Basisteils 7 bildet, angeordnet sind.
Wie in 1 dargestellt ist, greift an der Spannrolle 4 eine Kraft F, erzeugt über das die Spannrolle 4 umschlingenden Zugmittel, an. Diese Kraft greift, nachdem die Spannrolle 4 außermittig bezüglich der Gleitlagereinheit 5 angeordnet ist, an dieser Gleitlagereinheit ebenfalls außermittig an, was dazu führt, dass der Bolzen 8, der mit dem Spannhebel 2 verbunden ist, um den Drehpunkt P relativ zum Basisteil 7 und damit auch zu den beiden Lagerhülsen 9 verschwenkt wird. Es ergibt sich – im gezeigten Beispiel natürlich aus Übersichtlichkeitsgründen verstärkt dargestellt – eine Verkippung um einen Winkel T. Dies führt dazu, dass die beiden Ränder der Lagerhülse 9 in den Bereichen R₁ und R₂ verstärkt beaufschlagt werden und einem stärkeren Verschleiß ausgesetzt wären, wenn nicht am Bolzen 8 eine besondere Endprofilierung vorgesehen wäre, die es ermöglicht, in diesem Fall eine vergrößerte Last tragende Anlagefläche des Bolzens an den jeweiligen Lagerhülsen 9 zur Verfügung zu stellen.
2 zeigt in vergrößerter Darstellung den Bolzen aus 1. Dieser ist in den beiden seitlichen Abschnitten 12 konisch profiliert. Zwischen den beiden Abschnitten 12 ist ein mittiger zylindrischer Abschnitt 13 vorgesehen. Ausgehend von diesem mutigen zylindrischen Abschnitt 13 gleichen Radius nimmt in den beiden konisch profilierten Abschnitten 12 der Radius ab, so dass sich kegelstumpfförmige Endprofilierungen ergeben. Denkbar wäre es auch, die Abschnitte 12 ballig auszugestalten, das heißt, die Abschnitte 12 würden leicht gekurvt bzw. gekrümmt auslaufen.
3 zeigt den Bolzen 8 sowie die beiden Lagerhülsen 9 aus 1. Dargestellt ist der Bolzen 8 in der leicht verkippten Position, wie sie in 1 gezeigt ist. Ersichtlich liegen hier die beiden Lagerschalen infolge der Verkippung flächig auf den jeweiligen Abschnitten 12 auf. Es ergibt sich eine große Lagerfläche auch im Falle der gezeigten Verkippung, so dass sich die Kraftspitzen an den Rändern R₁ und R₂, die gegeben wären, wenn der Bolzen nicht in der beschriebenen Form profiliert wäre, nicht ergeben. Vielmehr wird infolge der großen Auflagefläche eine niedrige Flächenpressung erreicht.
Im Falle einer leicht balligen Ausgestaltung würden ebenfalls an den Rändern R₁ und R₂ keine Kraftspitzen gegeben sein. Vielmehr würde der Auflagerpunkt zur Mitte der Lagerhülse hin verschoben werden, wobei die endgültige Lage vom Grad der Verkippung bestimmt wird.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bolzens 8, der Teil einer erfindungsgemäßen Gleitlagereinheit sein kann. Am Bolzen 8 sind zwei Abschnitte 14 ausgebildet, die jeweils ballig ausgestaltet sind, deren Außenseite also kurvenförmig mit einem bestimmten Radius verläuft. Die balligen Abschnitte verjüngen sich symmetrisch zu beiden Seiten, also zu dem jeweiligen Bolzenende wie auch zur Mitte hin. Mittig ist ein im gezeigten Beispiel schmaler zylindrischer Übergangsabschnitt 15 vorgesehen, der in seiner Breite unterschiedlich sein kann, worüber letztlich auch der Radius der balligen Abschnitte 14 variiert werden kann. Natürlich können die balligen Abschnitte 14 auch mit ungleichförmigem Radius zwischen Bolzenmitte und Bolzenende variieren.
In jedem Fall ergibt sich auch hier bei einer Verkippung, wie sie in 3 gezeigt ist, eine Verschiebung des Auflagerpunktes der Lagerhülsen am jeweiligen balligen Abschnitt 14 des Bolzens 8 zur Mitte hin, so dass eine Kantenbeanspruchung, wie bisher bei zylindrischen Bolzen, nicht gegeben ist.
Der Bolzen selbst besteht wie üblich aus Stahl, während die Lagerhülsen ebenfalls aus Stahl mit einer Gleitbeschichtung, beispielsweise einer Bronze-PTFE-Matrix, bestehen können.

1: Spanneinrichtung
2: Spannhebel
3: Bolzen
4: Spannrolle
5: Gleitlagereinheit
6: Schraubenfeder
7: Basisteil
8: Bolzen
9: Lagerhülsen
10: Zylindrischer Abschnitt
11: Gehäuseteil
12: Abschnitt
13: Zylindrischer Abschnitt
14: Ballige Abschnitte
15: Übergangsabschnitt
D: Drehachse
F: Kraft
P: Drehpunkt
T: Winkel
R₁: Bereich
R₂: Bereich

Claims

Gleitlagereinheit umfassend einen Bolzen sowie mindestens eine vom Bolzen durchsetzte Lagerhülse, wobei der Bolzen eine senkrecht zur Bolzenlängsachse einwirkende, außermittige Kraft aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bolzen (8) von einem mittigen zylindrischen Abschnitt (13) ausgehend, zu beiden Enden hin konisch oder ballig verjüngt.
Gleitlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lagerhülsen (9) vorgesehen sind, die jeweils einen sich konisch verjüngenden Abschnitt (12) weitgehend und den zylindrischen Abschnitt (13) zumindest teilweise übergreifen.
Gleitlageeinheit umfassend einen Bolzen sowie mindestens eine vom Bolzen durchsetzte Lagerhülse, wobei der Bolzen eine senkrecht zur Bolzenlängsachse einwirkende, außermittige Kraft aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (8) zwei ballige Abschnitte (14) aufweist, die sich sowohl zu den Bolzenenden hin als auch zur Bolzenmitte hin im Durchmesser verjüngen.
Gleitlagereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden balligen Abschnitten (14) ein vorzugsweise zylindrischer Übergangsabschnitt (15) vorgesehen ist.
Spanneinrichtung für ein Zugmittel wie Riemen oder Kette, umfassend einen Spannhebel, der über eine Gleitlagereinheit gegen eine Rückstellkraft bezüglich eines Basisteils verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleitlagereinheit (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 vorgesehen ist.