DE102007055039A1

DE102007055039A1 - Maschinenteil-Kontaktpartner mit Gleit- und Wälzflächen

Info

Publication number: DE102007055039A1
Application number: DE102007055039A
Authority: DE
Inventors: Georg Hofmann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-11-17
Filing date: 2007-11-17
Publication date: 2009-06-04

Abstract

Bei einer Baueinheit mit zwei als Kontaktpartner ausgebildeten Maschinenteilen, welche gegenseitig aufeinander einwirkende und relativ zueinander bewegbare Funktions- bzw. Gleitflächen aufweisen, wobei ind er Gleitfläche eines ersten Maschinenteils (1) linienförmige, parallel hintereinander angeordnete Ausnehmungen (6) zur Aufnahme von Schmierstoff eingearbeitet sind, welche mit ihrer jeweiligen Längsrichtung etwa rechtinklig zu der Gleitrichtung eines zweiten Maschinenteils verlaufen, erstreckt sich erfindungsgemäß eine Ausnehmung (6) jeweils auf der gesamten Kontaktfläche von einer vorderen Stirnseite (11) zu einer hinteren Stirnseite (12) des ersten Maschinenteils (1) und ist von zwei ebenen Wänden begrenzt, von welchen eine Wand (10) in der Gleitrichtung des zweiten Maschinenteils betrachtet, sich im Bereich der Ausnehmung (6) von einem Tal (8) zu einem Berg (9) erstreckt. Die Ausnehmung (6) ist leicht ansteigend angeordnet und bildet mit der Gleitrichtung einen spitzen Winkel (gamma).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Baueinheit mit zwei als Kontaktpartner ausgebildeten Maschinenteilen, welche gegenseitig aufeinander einwirkende und relativ zueinander bewegbare Funktions- bzw. Gleitflächen aufweisen, wobei in der Gleitfläche eines ersten Maschinenteils linienförmige, parallel hintereinander angeordnete Ausnehmungen zur Aufnahme von Schmierstoff eingearbeitet sind, welche mit ihrer jeweiligen Längsrichtung etwa rechtwinklig zu der Gleitrichtung eines zweiten Maschinenteils verlaufen.
Dabei handelt es sich um Funktionsflächen zweier Kontaktpartner eines tribologischen Systems, die einen Gleitanteil im Kontakt aufweisen. Dies können beispielsweise der Bolzen einer Nockenrolle und/oder dessen Wälzkörper oder Lagerring sein, in welchem sich bei der Ausführung als Wälzlager die Wälzkörper mit der Oberfläche der Nockenrolle im Kontakt befinden. In den Wälzkontakten von Nockenrollen kann ein gewisser Gleitanteil vorhanden sein. Als Kon taktpartner kommt bei einem Wälzlager auch einer der beiden Lagerringe in Betracht, beispielsweise derjenige, welcher den höchsten Schlupf bzw. Gleitanteil aufweist. Auch reine Gleitlager sind mit ihren Maschinenteilen Welle und Lagerring Kontaktpartner im Sinne der Erfindung.
Funktionsflächen für Gleitkontakte zweier Kontaktpartner befinden sich auch bei Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen im Nockengleitabgriff zwischen Nocken und Tassenstößeln bzw. Schlepp-, Kipp- und Schwinghebeln. Diese Maschinenteile können mit oder ohne Beschichtung mit einer entsprechenden Oberflächenstruktur ausgestattet sein.
Aus der Druckschrift DE 102 49 761 A1 , der entsprechenden Druckschrift WO 2004/038184 A1 und aus der Druckschrift DE 32 41 002 A1 sind bei Maschinenteilen Oberflächenstrukturen mit Kreuzschliff, Rändelungen, strukturierten und unstrukturierten Öltaschenanordnungen für den Schmierstoff bekannt. Dabei sind die Öltaschen als Schmierstofflöcher ausgeführt, die keinen Mechanismus zum Verhindern von Abrasion durch im Öl befindliche kleine Partikel wie Ruß bilden. Bei Dieselmotoren und direkteinspritzenden Otto-Motoren kann das Öl einen Rußanteil aufweisen.
Aus der Druckschrift US 4,856,466 ist eine Baueinheit der eingangs genannten Art bekannt. Dort ist das erste Maschinenteil ein Schwing- oder Kipphebel des Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, auf welchen als zweites Maschinenteil ein Nocken einwirkt. Die linienförmigen, parallel hintereinander angeordneten Ausnehmungen des Hebels haben dort eine geschlossene Rechteckform, so dass ein Ausströmen von Schmierstoff und von darin ggf. enthaltenen Rußpartikeln in Achsrichtung des Nockens, also zu den Stirnseiten des Hebels hin, im Bereich der Ausnehmung von zwei Wänden behindert wird. Das hat den Nachteil, dass insofern in den Maschinenteilen eine Abrasion durch kleine Rußpartikel erfolgen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst verschleißfrei arbeitende Baueinheit mit zwei aufeinander einwirkenden Maschinenteilen anzugeben. Dabei soll auch für alle möglichen Wälzkontakte mit Gleitanteilen eine geeignete Oberflächenstruktur des jeweiligen Maschinenteils mit einer harten Oberflächenschicht geschaffen werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Ausnehmung jeweils auf der gesamten Kontaktfläche von einer vorderen Stirnseite zu einer hinteren Stirnseite des ersten Maschinenteils verläuft und von zwei ebenen Wänden begrenzt ist, von welchen eine Wand, in der Gleitrichtung des zweiten Maschinenteils betrachtet, sich im Bereich der Ausnehmung von einem Tal zu einem Berg erstreckt und, mit der Gleitrichtung einen spitzen Winkel bildend, ansteigend angeordnet ist. Auf diese Weise wird der Schmierstoff in den Kontakt zwischen dem ersten Maschinenteil und dem zweiten Maschinenteil gefördert, dort zunächst gehalten und kann beim anschließenden Ausströmen aus dem Kontaktbereich im Schmierstoff enthaltene Rußpartikel längs der Ausnehmungen abführen.
Die parallelen Ausnehmungen können geradlinig ausgeführt sein und exakt rechtwinklig zur Gleitrichtung verlaufen oder leicht schräg unter einem Winkel zur Normalen der Gleitrichtung angeordnet sein, dessen Betrag kleiner als 45° ist. Es ist auch möglich, die Ausnehmungen in der Form von Bögen auszuführen, deren Tangenten an den Kontaktstellen idealerweise rechtwinklig zu der Gleitrichtung verlaufen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 als Wälzlager einen Nockenfolger mit zwei als Kontaktpartner ausgebildeten Maschinenteilen im Querschnitt;
2 einen Nockenrollenbolzen als erstes Maschinenteil im Querschnitt und in der Seitenansicht, in welcher eine an der Oberfläche ausgebildete Funktions- bzw. Gleitfläche dargestellt ist;
3 eine vergrößerte Teilabwicklung der Oberflächenstruktur im Querschnitt des Maschinenteils nach 2;
4 ein 2 entsprechendes Maschinenteil mit einer abgewandelten Oberflächenstruktur;
5 ein 2 entsprechendes Maschinenteil mit einer weiteren abgewandelten Oberflächenstruktur.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Ein erfindungsgemäßes Bauteil besteht aus einem ersten Maschinenteil 1 und einem zweiten Maschinenteil 2, welches sich mit dem ersten Maschinenteil 1 in einem Gleit- und Wälzkontakt befindet. Als Beispiel für das Bauteil ist in den 1 bis 3 eine Nockenrolle dargestellt, bei welcher das erste Maschinenteil 1 ein Nockenrollenbolzen und das zweite Maschinenteil 2 ein Wälzkörper der wälzgelagerten Nockenrolle 3 ist. Um Schmierstoff 4 an die Kontaktstelle 5 der beiden Maschinenteile 1 und 2 zu fördern und dort zu halten, damit eine sehr gute hydrodynamische Schmierfilmausbildung erzeugt wird, sind in der Mantelfläche des ersten Maschinenteils 1 Ausnehmungen 6 eingearbeitet, die senkrecht bzw. rechtwinklig zu der Wälz- bzw. Gleitbewegung des zweiten Maschinenteils 2 verlaufen, welches sich mit dem ersten Maschinenteil 1 im Kontakt befindet. Diese Ausnehmungen 6 können auch als Bearbeitungsspuren oder Rauhigkeitsstrukturen bezeichnet werden, wenn sie z. B. durch eine Bear beitung mit Topfschleifscheiben erzeugt worden sind. Insgesamt bilden die Ausnehmungen 6 an dem ersten Maschinenteil 1 eine Oberflächenquerstruktur 7 mit Tälern 8 und Bergen 9. Wie 3 zeigt, wird jede Ausnehmung 6 von zwei ebenen Wänden begrenzt, welche sich jeweils von einem Tal 8 zu einem Berg 9 erstrecken, und bildet ein Ölreservoir. In Gleitrichtung des zweiten Maschinenteils 2 gesehen steigt eine ebene Wand 10 des Ölreservoirs von dem Tal 8 aus bis zum Berg 9 hin leicht an, bildet also mit der Gleitrichtung einen spitzen Winkel γ. Hinter dem Berg 9 folgt in der Oberflächenquerstruktur 7 die nächste Ausnehmung 6 mit ihrem Tal 8. Infolge dieser spezifizierten Rauhigkeit 7a wird das an der Oberfläche haftende bzw. in einem Tal 8 befindliche Öl durch die Wälz- und Gleitbewegung des zweiten Maschinenteils 2 an die Kontaktstelle 5 gefördert und dort gehalten. Durch die Stauwirkung in dem Öl, welche längs der ebenen Wand 10 angehoben wird, wird ein tragender Druckberg aufgebaut. Im Öl enthaltene Rußpartikel werden dabei infolge der Druckverteilung entlang den rinnenartigen Vertiefungen, also den Tälern 8 der Ausnehmungen 6, von der Kontaktstelle 5 nach außen transportiert, weil hier ein Druckgefälle entsteht. Dieses Abströmen des Öls mit den Rußpartikeln ist möglich, weil sich die Ausnehmungen auf der gesamten Mantelfläche des ersten Maschinenteils 1 von dessen vorderer Stirnseite 11 zu dessen hinterer Stirnseite 12 erstrecken. Somit können die Rußpartikel eine abrasive Wirkung in der Druckzone nicht voll entfalten.
Grundsätzlich ebenso, wie das erste Maschinenteil 1 nach den 1 bis 3, sind die in den 4 und 5 dargestellten ersten Maschinenteile 1 ausgebildet. Daher werden in der Beschreibung und in der Zeichnung für entsprechende Merkmale des ersten Maschinenteils 1 dieselben Bezugszeichen verwendet.
In 4 verlaufen die Ausnehmungen 13 als Bearbeitungsspuren bzw. Rauhigkeitsstrukturen des ersten Maschinenteils 1 gemäß dem Durchmesser der bei der Herstellung verwendeten Topfschleifscheibe in der Form von parallelen Bögen quer zur Gleit- und Wälzbewegung des zweiten Maschinenteils 2. Durch den im Verhältnis zur Breite großen Durchmesser der Topfschleifscheibe ergibt sich eine zu 2 analoge Wirkungsweise der Oberflächenquerstruktur 14.
Durch den Bogen ergibt sich jeweils für eine Ausnehmung 13 ein veränderlicher geringer Winkel β, der von der Tangente 15 und der Normalen 16 der Gleitrichtung gebildet wird. Dadurch wird in der als Ölreservoir ausgebildeten Ausnehmung 13 die Ruß abtransportierende Wirkung unterstützt, und zwar insbesondere dann, wenn der Mittelpunkt des Bogens in der Gleitrichtung liegt.
In 5 verlaufen die Ausnehmungen 17 als Bearbeitungsspuren bzw. Rauhigkeitsstrukturen des ersten Maschinenteils 1 geradlinig parallel und leicht schräg zur Normalen 16 der Gleit- und Wälzbewegung. Sie sind gegenüber der Normalen 16 um einen Winkel α geneigt angeordnet, der kleiner als 45° ist. Auch bei dieser Oberflächenquerstruktur 18 wird das an der Oberfläche des ersten Maschinenteils 1 haftende bzw. im Tal 8 befindliche Öl infolge der Wälz- und Gleitbewegung des zweiten Maschinenteils 2 an die Kontaktstelle 5 gefördert und dort gehalten. Aufgrund der Stauwirkung in dem Öl an der ebenen Wand 10 wird ein tragender Druckberg aufgebaut. Im Öl enthaltene Rußpartikel werden entlang den rinnenartigen Tälern 8 infolge des dort bestehenden Druckgefälles von der Kontaktstelle 5 nach außen transportiert, ohne dass sie ihre abrasive Wirkung in der Druckzone voll entfalten können. Durch den geringen Neigungswinkel α der Ausnehmung 17 wird der für den Kontakt der Maschinenteile 1 und 2 unschädliche Abtransport der Rußpartikel unterstützt.

1: Erstes Maschinenteil
2: Zweites Maschinenteil
3: Nockenrolle
4: Schmierstoff
5: Kontaktstelle
6: Ausnehmung
7: Oberflächenquerstruktur
7a: Spezifizierte Rauhigkeit
8: Tal
9: Berg
10: Ebene Wand
11: Vordere Stirnseite
12: Hintere Stirnseite
13: Ausnehmung
14: Oberflächenquerstruktur
15: Tangente
16: Normale
17: Ausnehmung
18: Oberflächenquerstruktur
α: Winkel
β: Winkel
γ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10249761 A1 [0004]
- WO 2004/038184 A1 [0004]
- DE 3241002 A1 [0004]
- US 4856466 [0005]

Claims

Baueinheit mit zwei als Kontaktpartner ausgebildeten Maschinenteilen (1, 2), welche gegenseitig aufeinander einwirkende und relativ zueinander bewegbare Funktions- bzw. Gleitflächen aufweisen, wobei in der Gleitfläche eines ersten Maschinenteils (1) linienförmige, parallel hintereinander angeordnete Ausnehmungen (6, 13, 17) zur Aufnahme von Schmierstoff (4) eingearbeitet sind, welche mit ihrer jeweiligen Längsrichtung etwa rechtwinklig zu der Gleitrichtung eines zweiten Maschinenteils (2) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausnehmung (6, 13, 17) jeweils auf der gesamten Kontaktfläche von einer vorderen Stirnseite (11) zu einer hinteren Stirnseite (12) des ersten Maschinenteils (1) verläuft und von zwei ebenen Wänden begrenzt ist, von welchen eine Wand (10), in der Gleitrichtung des zweiten Maschinenteils (2) betrachtet, sich im Bereich der Ausnehmung (6, 13, 17) von einem Tal (8) zu einem Berg (9) erstreckt und, mit der Gleitrichtung einen spitzen Winkel (γ) bildend, ansteigend angeordnet ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Berg jeweils von einer ebenen Wand plateauförmig gebildet ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Ausnehmungen (6) geradlinig ausgeführt und exakt rechtwinklig zu der Gleitrichtung angeordnet sind.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Ausnehmungen (13) in der Form von Bögen ausgeführt sind, deren Tangenten (15) an den Kontaktstellen (5) idealerweise rechtwinklig zu der Gleitrichtung verlaufen.
Baueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der von einer Tangente (15) und der Normalen (16) der Gleitrichtung jeweils gebildete veränderliche Winkel (β) an den Stirnseiten (11, 12) des ersten Maschinenteils (1) ein spitzer Winkel ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Ausnehmungen (17) geradlinig ausgeführt und leicht schräg unter einem Winkel (α) zur Normalen (16) der Gleitrichtung angeordnet sind, dessen Betrag kleiner als 45° ist.