DE102007048500A1

DE102007048500A1 - bearings

Info

Publication number: DE102007048500A1
Application number: DE200710048500
Authority: DE
Inventors: Ian Graham Pegg
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2008-04-24
Also published as: GB2442969A; GB0620707D0

Abstract

Ein flüssigkeitsgeschmiertes Gleitlager mit: gegenüberliegenden und relativ beweglichen ersten und zweiten Lagerflächen und einem Flüssigkeitsdurchlass in einer der Flächen zum Ermöglichen eines Strömens von Flüssigkeit zwischen den Flächen, wobei mindestens eine der Flächen strukturiert ist, um Bereiche örtlich begrenzten höheren Drucks in der Flüssigkeit zu erzeugen, so dass die auf die Flüssigkeit wirkende relative Bewegung einen die Lagerflächen auseinanderpressenden Druck erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass eine strukturierte Fläche längliche Taschen umfasst, die jeweils zu der Richtung der relativen Bewegung der Lagerflächen so geneigt sind, dass die Flächen schmierende Flüssigkeit weg von den Kanten und hin zur Mittellinie des Lagers gelenkt wird.A fluid lubricated journal bearing having opposing and relatively movable first and second bearing surfaces and a fluid passage in one of the surfaces for permitting fluid flow between the surfaces, at least one of the surfaces being structured to create regions of localized higher pressure in the fluid. such that the relative movement acting on the liquid creates a pressure that presses apart the bearing surfaces, characterized in that a structured surface comprises elongated pockets which are each inclined to the direction of relative movement of the bearing surfaces such that the surfaces lubricate fluid away from the edges and directed to the center line of the warehouse.

Description

Diese Erfindung betrifft flüssigkeitsgeschmierte Gleitlager und insbesondere Lager mit strukturierter Oberfläche für verbesserte Belastbarkeits- und verbesserte Schmiermittelrückhalteeigenschaften.These Invention relates to liquid-lubricated Plain bearings and in particular bearings with a textured surface for improved Load capacity and improved lubricant retention properties.

WO 2004/063533 erläutert näher die Vorteile von Laseroberflächenstrukturierung (LST, vom engl. Laser Surface Texturing) von Lagerflächen zur Verbesserung der Leistung von Flüssigkeitsfilmlagern. Die Offenbarung betrifft im Einzelnen Axiallager, ist aber gleichermaßen auf Radiallager anwendbar, wie sie zum Lagern der Pleuelstangen und Kurbelwelle in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. WO 2004/063533 further details the benefits of laser surface texturing (LST) of bearing surfaces for improving the performance of fluid film bearings. Specifically, the disclosure relates to thrust bearings, but is equally applicable to radial bearings as used for supporting the connecting rods and crankshaft in internal combustion engines.

Die hierin durch Erwähnung aufgenommene obige Offenbarung lehrt, wie durch Bilden von Mikroporen in den gegenüberliegenden Flächen des Lagers Taschen hohen Drucks in dem Ölfilm erzeugt werden. Dieser hohe Druck dient zum Auseinanderdrücken der Lagerflächen, was zu vermindertem Verschleiß und auch zu verminderten Reibwerten führt.The herein by mention The above disclosure teaches how by forming micropores in the opposite surfaces of the bearing high pressure pockets are created in the oil film. This high pressure is used to push the bearing surfaces apart, something to reduced wear and tear also leads to reduced coefficients of friction.

Zum Herstellen der Taschen, die die Strukturierung der Fläche bilden, werden Laser verwendet. Die Taschen können daher sehr präzis angeordnet werden, und ihre Form, Größe und Dichte können gut gesteuert werden.To the Producing the pockets that make up the structuring of the surface, lasers are used. The pockets can therefore be arranged very precisely, and their shape, size and density can be well controlled.

Ölfilmlager erfordern ein ständiges Nachfüllen des Öls, da der Lastdruck auf die Lager das Öl zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Lagers heraus zu pressen pflegt. Daher wird Öl in das Lager gepumpt, um zwischen den Lagerflächen einen hohen Druck zu erhalten. Durch Senken der Rate, bei der Öl aus dem Lager ausgestoßen wird, würde auch die Last auf den Zufuhrsumpf fallen. Dies würde die Verwendung einer kleineren Ölpumpe ermöglichen und die Pumpverluste reduzieren, die ein die Pumpe antreibender Motor überwinden muss.Oil film bearing require a constant refill of the oil, because the load pressure on the bearings the oil between the opposite surfaces of the bearing. Therefore, oil is pumped into the warehouse to between the storage areas to get a high pressure. By lowering the rate at which oil from the Warehouse launched would, would also the load falling on the feed sump. This would allow the use of a smaller oil pump and reduce pumping losses caused by a pump driving the pump Overcome the engine got to.

Mit diesem Ziel vor Augen gibt die vorliegende Erfindung ein flüssigkeitsgeschmiertes Gleitlager an die Hand, welches umfasst: gegenüberliegende und relativ bewegliche erste und zweite Lagerflächen sowie einen Flüssigkeitsdurchlass in einer der Flächen, um Flüssigkeit zwischen den Flächen strömen zu lassen, wobei mindestens eine der Flächen strukturiert ist, um Bereiche örtlich begrenzten höheren Drucks in der Flüssigkeit zu erzeugen, so dass die auf die Flüssigkeit wirkende relative Bewegung einen Druck erzeugt, der die Lagerflächen auseinanderpresst, dadurch gekennzeichnet, dass eine strukturierte Fläche längliche Taschen umfasst, die jeweils zu der Richtung der relativen Bewegung der Lagerflächen so geneigt sind, dass die Flächen schmierende Flüssigkeit weg von den Kanten und hin zur Mittellinie des Lagers gelenkt wird.With With this aim in mind, the present invention provides a fluid lubricant Sliding bearing to the hand, which comprises: opposite and relatively movable first and second storage areas as well a fluid passage in one of the areas, around liquid between the surfaces flow to leave at least one of the areas is structured to localize areas higher pressure in the liquid so that the relative to the liquid acting relative Movement generates a pressure that squeezes the bearing surfaces, characterized characterized in that a structured surface comprises elongated pockets which in each case to the direction of the relative movement of the bearing surfaces so inclined are the surfaces lubricating fluid away from the edges and towards the center line of the bearing.

Beide Flächen können strukturiert sein.Both surfaces can be structured.

Vorteilhafterweise kann die Strukturierung beider Flächen längliche Taschen umfassen, die jeweils eine von einer Kante hin zur Mittellinie des Lagers und in Richtung von Flüssigkeitsströmen im Verhältnis zu jeder der jeweiligen Flächen weisende Längsachse aufweisen.advantageously, For example, the structuring of both surfaces may include elongated pockets that one each from an edge towards the center line of the bearing and in the direction of liquid flows in relation to each of the respective areas pointing longitudinal axis exhibit.

Bevorzugt sind benachbart zu beiden Kanten, die sich an gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie des Lagers befinden, angeordnete Taschen an der Mittellinie verbunden, um in die Richtung von Flüssigkeitsströmen weisende keilförmige Taschen zu bilden.Prefers are adjacent to both edges, which are opposite each other Side of the center line of the bearing are located, arranged pockets connected to the center line to point in the direction of liquid flows wedge-shaped To form pockets.

Vorteilhafterweise werden die Taschen durch einen Laser hergestellt.advantageously, The bags are made by a laser.

Alternativ werden die Taschen durch eine mechanische Presse hergestellt.alternative The bags are made by a mechanical press.

Als weitere Option können die Taschen mit Hilfe einer strukturierten Walze geprägt werden.When another option the pockets are shaped using a textured roller.

In einer bevorzugten Ausführung können angrenzend an die Mittellinie des Lagers sekundäre Taschen vorgesehen werden.In a preferred embodiment can secondary pockets are provided adjacent the center line of the bearing.

Weiterhin können bevorzugt die sekundären Taschen von länglicher Form sein und eine Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur Mittellinie des Lagers aufweisen.Farther can prefers the secondary bags from oblong Be a shape and a longitudinal axis have substantially perpendicular to the center line of the bearing.

Bevorzugt ist die verwendete Flüssigkeit Öl.Prefers the liquid used is oil.

Nun wird die Erfindung weiter beispielhaft unter Bezug die Begleitzeichnungen und wie in diesen dargestellt beschrieben. Hierbei zeigen:Now the invention will be further exemplified with reference to the accompanying drawings and as described in these illustrated. Hereby show:

1 eine Draufsicht auf eine Lagerfläche, wobei sie die durch eine erfindungsgemäße Ausführung beschriebenen Taschen zeigt, 1 a plan view of a bearing surface, showing the described by an embodiment of the invention pockets,

2 ebenfalls eine Draufsicht auf eine Lagerfläche, wobei sie keilförmige Taschen nach einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung zeigt, 2 also a plan view of a bearing surface, showing wedge-shaped pockets according to another embodiment of the invention,

3 eine vergrößerte Ansicht des in 1 mit A bezeichneten gestrichelten Kreises, 3 an enlarged view of the in 1 A dashed circle labeled A,

4 eine Draufsicht auf eine herkömmliche Lagerfläche, die die örtlich begrenzte Bewegung von Öl zeigt, 4 a top view of a conventional storage area showing the localized movement of oil,

5 eine Draufsicht auf die Lagerfläche von 1, die die örtlich begrenzte Bewegung von Öl zeigt, 5 a plan view of the bearing surface of 1 showing the localized movement of oil,

6 eine dreidimensionale Ansicht einer sich drehenden Lagerfläche, die die gleichen durch die vorliegende Erfindung beschriebenen Taschen zeigt, und 6 a three-dimensional view of a rotating bearing surface showing the same pockets described by the present invention, and

7 eine dreidimensionale Ansicht der Lagerfläche von 1. 7 a three-dimensional view of the storage area of 1 ,

4 zeigt das herkömmliche Strömen von Schmierflüssigkeit, in diesem Fall Öl in einem Lager. Gleitlager funktionieren durch in Kontakt bringen einer Lagerschale aus weicherem Metall mit einem härteren, meist aus Stahl bestehenden Drehelement mit einer Lagerfläche zum Drehen im Verhältnis zur Lagerschale, beispielsweise eine Kurbelwelle, die in einem Lagersitz eines Kurbelgehäuses dreht, oder in dem großen Ende einer Pleuelstange. Öl wird meist entweder durch die Lagerschale oder durch die Lagerfläche des Drehelements zugeführt, um den Raum zwischen den beiden Lagerflächen einzunehmen, damit diese zueinander gleiten können. 4 shows the conventional flow of lubricating fluid, in this case oil in a warehouse. Sliding bearings operate by contacting a softer metal bearing shell with a harder, mostly steel, rotary member having a bearing surface for rotation relative to the bearing shell, such as a crankshaft rotating in a bearing seat of a crankcase, or in the large end of a connecting rod. Oil is usually supplied either through the bearing shell or through the bearing surface of the rotary member to occupy the space between the two bearing surfaces so that they can slide to each other.

Unmittelbar angrenzend an die erste Lagerfläche 10 pflegt der Ölfilm aufgrund von Reibung mit der Fläche stationär zu sein. Bei zunehmendem Abstand von der Fläche scheren die Schichten des Ölfilms, was sie zueinander gleiten lässt. Die entfernteste Ölschicht, die an die gegenüberliegende Lagerfläche 26 angrenzt, ist bezüglich dieser Fläche stationär, bewegt sich aber zu der ersten Lagerfläche 10 am schnellsten.Immediately adjacent to the first storage area 10 The oil film tends to be stationary due to friction with the surface. As the distance from the surface increases, the layers of the oil film shear, causing them to slide together. The most distant layer of oil, which is on the opposite bearing surface 26 is stationary with respect to this surface, but moves to the first bearing surface 10 as fast as possible.

Das Öl hat daher über die Dicke der Lagerfläche eine mittlere Geschwindigkeit, und die Richtung dieses Öls zur Fläche wird in jeder Figur durch einen mit 12 bezeichneten Pfeil gezeigt.The oil therefore has an average speed over the thickness of the bearing surface, and the direction of this oil to the surface is in each figure by a 12 indicated arrow shown.

In den Raum zwischen den Flächen entlang der Mittellinie des Lagers (in den Figuren als gerade Strichlinie gezeigt) wird gleich weit von den Außenkanten 18'' entfernt Öl durch eine Ölzufuhröffnung zugeführt, die durch eine (nicht dargestellte) Ölleitung versorgt wird. Das Öl wird durch die Reibung zwischen der sich drehenden Achse (z.B. der Kurbelwelle) und der angrenzenden Ölschicht und durch Reibung zwischen angrenzenden Schichten um den Umfang getrieben. Das Öl pflegt aufgrund des hohen Hydraulikdrucks entlang der Mittellinie der Lagerflächen und des niedrigen bis nicht vorhandenen Drucks an den Kanten 18'' entlang der Mittellinie des Lagers und hin zu den Kanten 18'' des Lagers zu strömen.In the space between the surfaces along the center line of the camp (shown in the figures as a straight dashed line) is equidistant from the outer edges 18 '' removes oil supplied through an oil supply port, which is supplied by an oil line (not shown). The oil is driven around the circumference by the friction between the rotating axis (eg, the crankshaft) and the adjacent oil layer and by friction between adjacent layers. Due to the high hydraulic pressure, the oil maintains along the center line of the bearing surfaces and the low to nonexistent pressure at the edges 18 '' along the center line of the camp and towards the edges 18 '' of the camp to stream.

Es wurde in WO 2004/063533 gezeigt, dass Taschen in den Lagerflächen örtlich begrenzte Bereiche hohen Öldrucks bewirken, ähnlich wie sie von der Fläche eines Golfballs erzeugt werden. Ein höherer Öldruck wird hydrodynamisch erzeugt, d.h. durch Bewegung des Öls zu der Fläche 10 und den Taschen 16. Der hohe Druck dient dazu, die Lagerflächen 10 und 26 auseinander zu pressen, was das Lager besser mit geringerer Reibung arbeiten lässt.It was in WO 2004/063533 shown that pockets in the bearing surfaces cause localized areas of high oil pressure, similar to those generated by the surface of a golf ball. A higher oil pressure is generated hydrodynamically, ie by movement of the oil to the surface 10 and the bags 16 , The high pressure serves the storage areas 10 and 26 apart, which makes the camp work better with less friction.

In der vorliegenden Erfindung, die hauptsächlich in 1 gezeigt wird, hat der Erfinder erkannt, dass die Bereiche höheren Drucks zusätzlich zu dem Auseinanderpressen der Lagerflächen zum Mindern des Austretens von Öl aus dem Lager verwendet werden können (siehe 5, vgl. 4). Durch Verwenden von länglichen Taschen 14, die hin zur Mittellinie der Lagerfläche 10 (und in 6 zu 26) „weisen", trifft Öl, das hin zu den Außenkanten 18 der Lagerflächen zu strömen neigt, auf einen Bereich hohen Drucks und wird um ihn abgelenkt. Die Position und Form der Taschen ist von solcher Art, dass es zurück zur Mittellinie geleitet wird.In the present invention, which are mainly used in 1 5, the inventor has recognized that the higher pressure areas may be used in addition to pressing the bearing surfaces apart to reduce the leakage of oil from the bearing (see FIG 5 , see. 4 ). By using elongated pockets 14 leading to the center line of the storage area 10 (and in 6 to 26 ) "Wise", meets oil, which goes to the outer edges 18 the bearing surfaces tends to flow to a region of high pressure and is deflected around it. The position and shape of the pockets is such that it is routed back to the centerline.

Das Ergebnis ist, dass ein kleinerer Ölfluss durch das Lager zum Aufrechterhalten der Trennung zwischen den Lagerflächen genutzt werden kann, worin die Last an einer Ölpumpe reduziert wird, die zum Vorsehen einer Ölversorgung des Lagers verwendet wird.The Result is that a smaller flow of oil through the bearing to the Maintaining the separation between the storage areas used can be, wherein the load is reduced to an oil pump, the Provide an oil supply of the warehouse is used.

3 zeigt näher den gestrichelten Kreis in 1, der mit A bezeichnet ist. Die Pfeile in der Figur zeigen die örtlich begrenzte Bewegung von Öl, wenn es sich der länglichen geneigten Tasche 14 nähert. Wie gezeigt tritt ein Teil des Öls aus der Lagerfläche 10 von der Kante 18 aus, doch ein erheblicher Teil wird durch den der Tasche 14 zugeordneten Bereich hohen Drucks zurück in das Lager geleitet. Dies ist nur aufgrund der Neigung der Tasche bezüglich der Richtung des Ölstroms 12 zur Fläche 10 möglich. 3 shows closer the dashed circle in 1 , which is labeled A. The arrows in the figure show the localized movement of oil when it is the elongated inclined pocket 14 approaches. As shown, part of the oil exits the bearing surface 10 from the edge 18 but a considerable part of it is due to the bag 14 associated high pressure area headed back to the warehouse. This is only due to the inclination of the pocket with respect to the direction of the oil flow 12 to the surface 10 possible.

In 2 zeigt eine andere Ausführung die Verwendung von keilförmigen Taschen 20' zum Erreichen einer ähnlichen Wirkung wie bei den Taschen 14 und 16 von 1. Hier hat der Ölstrom 12 entlang der Mittellinie der Lagerfläche 10' keine andere Wahl, als direkt über die Taschen zu fließen, wodurch örtlich begrenzte Bereiche höheren Drucks erzeugt werden, die die Lagerfläche 10' und die gegenüberliegende Lagerfläche 26 (in dieser Figur nicht gezeigt) auseinander pressen. Wiederum wird ein großer Teil des hin zu den Kanten 18' der Lagerfläche 10' strömenden Öls zurück zur Mittellinie gelenkt.In 2 another embodiment shows the use of wedge-shaped pockets 20 ' to achieve a similar effect as the bags 14 and 16 from 1 , Here is the oil flow 12 along the center line of the storage area 10 ' no choice but to flow directly over the pockets, creating localized areas of higher pressure, the storage area 10 ' and the opposite storage area 26 (not shown in this figure) press apart. Again, a lot of the way to the edges 18 ' the storage area 10 ' flowing oil back to the center line.

Zurück zu der bevorzugten Ausführung zeigt 5 klar das schwache Strömen von Öl um die Taschen 14. Die mittleren Taschen 16 sind hier nicht dargestellt, da sie das umlaufende Strömen nicht beeinflussen, sondern lediglich eine radiale Lagerflächen-Trennkraft ausüben.Back to the preferred embodiment shows 5 clearly the faint flow of oil around the pockets 14 , The middle pockets 16 are not shown here, since they do not affect the circulating currents, but merely exert a radial bearing surface separation force.

Die 6 und 7 zeigen die Position der Taschen 14 und 16 in drei Dimensionen. Diese Figuren zeigen, wie die Taschen an den gebogenen Flächen eingesetzt werden, die zueinander drehen. 6 zeigt einen Kurbelwellen-Hauptlagerzapfen 22. Pfeil 24 zeigt die Richtung der Drehung der Welle. Es ist klar, dass die geneigten länglichen Taschen 14 in der Gegenrichtung zu den entsprechenden Taschen an der Stirnseite der in 7 gezeigten Lagerschale angeordnet sind. Dies liegt daran, dass die Kurbelwelle 22 die Drehung vorsieht, was heißt, dass die mittlere Geschwindigkeit des sie umgebenden Öls aufgrund des Widerstands an Öl aus der stationären Lagerfläche 10a niedriger als die Drehgeschwindigkeit ist. Somit ist an der Fläche der Kurbelwelle die Richtung des Ölstroms 12 in Gegenrichtung zu ihrer Drehung.The 6 and 7 show the position of the bags 14 and 16 in three dimensions. These figures show how the pockets are inserted on the curved surfaces which rotate with each other. 6 shows a crankshaft main journal 22 , arrow 24 shows the direction of rotation of the shaft. It is clear that the inclined elongated pockets 14 in the opposite direction to the corresponding pockets on the front of the in 7 are shown bearing shell arranged. This is because the crankshaft 22 the rotation provides, which means that the mean velocity of the surrounding oil due to the resistance to oil from the stationary bearing surface 10a is lower than the rotational speed. Thus, at the surface of the crankshaft is the direction of the oil flow 12 in the opposite direction to their rotation.

Analog bleibt in 7 die Lagerschale zum (nicht dargestellten) Lagersitz des Kurbelgehäusehauptlagers fest. Aufgrund von Widerstand an der sich drehenden Kurbelwelle ist die durchschnittliche Geschwindigkeit des Ölstroms größer als die der stationären Lagerfläche 10. Die Richtung 12 des Ölstroms zur Lagerfläche 10 ist daher gleich der Richtung der Kurbelwellendrehung.Analog remains in 7 the bearing shell to the (not shown) bearing seat of the crankcase main bearing firmly. Due to resistance to the rotating crankshaft, the average velocity of the oil flow is greater than that of the stationary bearing surface 10 , The direction 12 the oil flow to the storage area 10 is therefore equal to the direction of crankshaft rotation.

Durch Anordnen der Taschen 14 und 16 an den gegenüberliegenden Lagerflächen in dieser Art und Weise tragen beide Gruppen von Taschen jeweils zur Senkung von Ölverlust von den Kanten der Flächen und zur Senkung der Reibung im Lager durch die Trennkraft bei.By arranging the bags 14 and 16 on the opposite bearing surfaces in this manner both groups of pockets each contribute to the reduction of oil leakage from the edges of the surfaces and to the reduction of friction in the bearing by the separation force.

Claims

Fluid-lubricated slide bearing comprising: opposite and relatively movable first and second bearing surfaces ( 10 . 26 ) and a fluid passage in one of the surfaces for allowing fluid to flow between the surfaces, wherein at least one of the surfaces is structured ( 16 ) to create regions of localized higher pressure in the liquid so that the relative movement acting on the liquid creates a pressure that presses apart the bearing surfaces, characterized in that a structured surface comprises elongated pockets ( 14 ) which are each inclined to the direction of relative movement of the bearing surfaces so that the surface lubricating fluid away from the edges ( 18 ) and directed to the center line of the bearing.

Bearing according to claim 1, characterized in that both surfaces are structured.

storage area according to claim 2, characterized in that the structuring both surfaces elongated Includes pockets, one each from one edge to the centerline of the bearing and in the direction of liquid flows in relation to each of the respective areas pointing longitudinal axis exhibit.

Bearing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that adjacent to both edges, which are located opposite one another Side of the center line of the warehouse are located, arranged pockets connected at the center line to point in the direction of liquid flows wedge-shaped To form pockets.

Bearing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least some of the pockets by a laser getting produced.

Bearing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least some of the pockets by a mechanical Press are produced.

Bearing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least some of the pockets by means of a structured roller can be produced.

Bearing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that adjacent to the center line of the bearing secondary pockets are provided.

Bearing according to claim 8, characterized in that the secondary ones Pockets of elongated shape are and a longitudinal axis have substantially perpendicular to the center line of the bearing.

Bearing according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the liquid is oil.

Stock, as essentially stated herein with respect to all accompanying drawings except 4 is described.