DE102007058744B4 - Slide bearing shell and bearing arrangement - Google Patents
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Abstract
Gleitlagerschale (1) mit zwei Teilflächen (2a, b) und mit zwei Seitenflächen (3a, b), mit mindestens einer eine Gleitfläche bildenden Gleitschicht (12) aus einem Gleitschichtmaterial und mit mindestens einer am Innenumfang angeordneten Schmiermittelbarriere (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelbarriere (20) aus einem gegenüber der Gleitfläche vorstehenden Materialaufwurf besteht, wobei das Material des Materialaufwurfs das Gleitschichtmaterial und/oder ein unter dem Gleitschichtmaterial befindliches Lagermetall (11) aufweist, und dass neben der Schmiermittelbarriere (20) eine nutartige Vertiefung (25) vorgesehen ist. Sliding bearing shell (1) with two partial surfaces (2a, b) and with two lateral surfaces (3a, b), with at least one sliding surface forming sliding layer (12) made of a sliding layer material and having at least one lubricant barrier (20) arranged on the inner circumference, characterized in that the lubricant barrier (20) consists of a material charge that protrudes from the sliding surface, the material of the material charge having the sliding layer material and / or a bearing metal (11) located below the sliding layer material, and that next to the lubricant barrier (20) a groove-like depression (25) is provided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Gleitlagerschale mit zwei Teilflächen und mit zwei Seitenflächen, mit mindestens einer eine Gleitfläche bildenden Gleitschicht aus einem Gleitschichtmaterial und mit mindestens einer am Innenumfang angeordneten Schmiermittelbarriere.The invention relates to a sliding bearing shell with two partial surfaces and with two side surfaces, with at least one sliding surface forming a sliding layer of a sliding layer material and having at least one lubricant barrier arranged on the inner circumference.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Lageranordnung.The invention also relates to a bearing arrangement.
Die Gleitlagerschalen besitzen an der Innenseite eine Gleitfläche, die durch ein Gleitschichtmaterial gebildet wird. Die Gleitlagerschalen können aus einem Monometall bestehen, bevorzugt ist jedoch ein Schichtverbundwerkstoff. In der Regel weisen die Gleitlagerschalen ein Trägermaterial, insbesondere einen Stahlrücken, auf, auf dem ein Gleitschichtmaterial oder ein Schichtsystem mit einem Gleitschichtmaterial als obere Schicht aufgebracht ist. Ein typischer Schichtaufbau sieht ein Lagermetall, das auf dem Stahlrücken aufgebracht ist, sowie eine auf dem Lagermetall aufgebrachte Gleitschicht vor, wobei zwischen dem Lagermetall und der Gleitschicht ggf. eine oder mehrere Diffusionssperrschichten angeordnet sein können.The plain bearing shells have on the inside a sliding surface, which is formed by a sliding layer material. The plain bearing shells may consist of a monometallic, but preferred is a layered composite material. In general, the plain bearing shells on a support material, in particular a steel backing, on which a sliding layer material or a layer system is applied with a sliding layer material as the upper layer. A typical layer structure provides for a bearing metal, which is applied to the steel backing, as well as a sliding layer applied to the bearing metal, wherein optionally one or more diffusion barrier layers may be arranged between the bearing metal and the sliding layer.
Derartige Gleitlagerschalen sind allgemein bekannt und werden vorwiegend in Verbrennungsmotoren zur Lagerung der Kurbelwelle eingesetzt. Die Kurbelwellenhauptlager werden über Kanäle mit Schmiermitteln, insbesondere Schmieröl, versorgt, wobei das Öl über eine Ölnut in der Gleitlagerschale und über die Kurbelwellenwange dem Pleuellagerzapfen und somit dem Pleuel zugeführt wird. Es wurde festgestellt, dass nur ungefähr 25 % des Öls am Pleuellager ankommen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Ölverluste hauptsächlich in axialer Richtung bezogen auf die Hauptlagerschalen, das heißt senkrecht zur Nutrichtung, sehr groß sind. Der Ölabfluss wird mit zunehmendem Spiel zwischen der Gleitlagerschale und dem Gegenläufer, wie Wellen oder Zapfen, begünstigt. Um ständig eine ausreichende Schmierung sicherzustellen, sind entsprechend große Ölpumpen zur Förderung einer ausreichend großen Ölmenge erforderlich. Eine Unterversorgung und somit ein Abriss des Ölfilms im Pleuellager sowie die ungenügende Versorgung des Pleuels mit Öl würde zu einem schnellen Verschleiß oder Fressen der Gleitpartner und zu einem vorzeitigen Ausfall des Lagers führen.Such sliding bearing shells are well known and are mainly used in internal combustion engines for mounting the crankshaft. The crankshaft main bearings are supplied via channels with lubricants, in particular lubricating oil, wherein the oil is supplied via an oil groove in the plain bearing shell and the crankshaft cheek the connecting rod journal and thus the connecting rod. It was found that only about 25% of the oil arrives at the connecting rod bearing. This is due to the fact that the oil losses are mainly in the axial direction relative to the main bearing shells, that is perpendicular to the groove direction, very large. The oil drain is favored with increasing clearance between the sliding bearing shell and the counter-rotor, such as shafts or spigots. To constantly ensure adequate lubrication, correspondingly large oil pumps are required to deliver a sufficiently large amount of oil. A shortage and thus a demolition of the oil film in the connecting rod bearing and the insufficient supply of the connecting rod with oil would lead to rapid wear or seizure of the sliding partners and premature failure of the bearing.
Um hier Abhilfe zu schaffen, werden in der
Als Dehnelemente werde daher solche vorgeschlagen, die einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, als die Materialien, aus denen das Lagerelement und die zu lagernde Welle bzw. die Gleitlagerschale gefertigt sind.As expansion elements, therefore, those are proposed which have a greater coefficient of thermal expansion than the materials from which the bearing element and the shaft to be supported or the plain bearing shell are made.
Soweit die Dehnelemente in der Gleitfläche der Gleitlagerschale angeordnet sind, befinden sich diese am Gleitlagerschalenrand und somit beabstandet zur Schmiermittelnut.As far as the expansion elements are arranged in the sliding surface of the plain bearing shell, they are located on the plain bearing shell edge and thus spaced from the lubricant groove.
Da die Dehnelemente einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, kann bei einem geringen Spalt zwischen der Gleitlagerschale und der Welle unter Umständen bei hohen Temperaturen durch die Dehnelemente ein Klemmdruck aufgebaut werden, der die Rotation der Welle behindert bzw. den Verschleiß der Dehnelemente erhöht, wodurch diese ihre Wirkung verlieren.Since the expansion elements have a high coefficient of thermal expansion, a clamping pressure can be built up at high temperatures by the expansion elements at a small gap between the sliding bearing shell and the shaft, which hinders the rotation of the shaft or increases the wear of the expansion elements, whereby their effect to lose.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Dehnelemente separat gefertigt und anschließend in eigens dafür vorbereiteten Nuten eingesetzt werden müssen. Der Fertigungsaufwand ist dadurch sehr hoch.Another disadvantage is that the expansion elements must be manufactured separately and then used in specially prepared grooves. The production cost is very high.
Die
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Gleitlagerschale bereitzustellen, die im Betrieb keine bzw. allenfalls nur geringe Schmiermittelverluste zulässt, wobei die Schmiermittelbarrieren einfach und kostengünstig hergestellt werden sollen.It is therefore an object of the invention to provide a plain bearing shell, which allows no or at most only slight lubricant losses during operation, the lubricant barriers are to be produced easily and inexpensively.
Diese Aufgabe wird mit einer Gleitlagerschale und einer Lageranordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.This object is achieved with a sliding bearing shell and a bearing assembly according to the independent claims.
Die erfindungsgemäße Gleitlagerschale umfasst zwei Teilflächen und zwei Seitenflächen, mindestens eine eine Gleitfläche bildende Gleitschicht aus einem Gleitschichtmaterial und mindestens eine am Innenumfang angeordnete Schmiermittelbarriere. Die Schmiermittelbarriere besteht aus einem gegenüber der Gleitfläche vorstehenden Materialaufwurf. Das Material des Materialaufwurfs weist das Gleitschichtmaterial und/oder ein unter dem Gleitschichtmaterial befindliches Lagermetall auf. Neben der Schmiermittelbarriere ist eine nutartige Vertiefung vorgesehen.The sliding bearing shell according to the invention comprises two partial surfaces and two lateral surfaces, at least one sliding layer, which forms a sliding surface, of a sliding layer material and at least one lubricant barrier arranged on the inner circumference. The lubricant barrier consists of a material overhang protruding from the sliding surface. The material of the material throw has the sliding layer material and / or a bearing metal located under the sliding layer material. In addition to the lubricant barrier, a groove-like depression is provided.
Materialaufwürfe haben den Vorteil, dass die Schmiermittelbarriere integraler Bestandteil der Gleitlagerschale ist und somit im Gegensatz zu separaten Elementen keine Maßnahmen zur Fixierung der Schmiermittelbarrieren erforderlich sind.Materialaufwürfe have the advantage that the lubricant barrier is an integral part of the plain bearing shell and thus in contrast to separate elements no measures to fix the lubricant barriers are required.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass ein Materialaufwurf mindestens aus dem Gleitschichtmaterial besteht und somit dieselben positiven Gleiteigenschaften aufweist, wie die übrige Gleitfläche. Je nach Art des Schichtaufbaus der Gleitlagerschale und der Höhe der Schmiermittelbarriere besteht der Materialaufwurf entweder ausschließlich aus dem Gleitschichtmaterial oder der Aufwurf enthält neben dem Material der Gleitschicht noch Material aus den darunter liegenden Schichten, wie z. B. dem Lagermetall oder ggf. auch aus dem Material der Diffusionssperrschicht. Es besteht somit die Möglichkeit, die Eigenschaften der Schmiermittelbarriere durch den Anteil von Materialien aus den tiefer liegenden Schichten gezielt zu verändern.Another advantage is the fact that a Materialaufwurf consists at least of the sliding layer material and thus has the same positive sliding properties, as the rest of the sliding surface. Depending on the nature of the layer structure of the plain bearing shell and the height of the lubricant barrier material deposition consists either exclusively of the sliding layer material or the Aufwurf contains in addition to the material of the overlay still material from the underlying layers such. As the bearing metal or possibly also from the material of the diffusion barrier layer. There is thus the possibility of deliberately changing the properties of the lubricant barrier by the proportion of materials from the lower layers.
Der Materialaufwurf besteht vorzugsweise aus einem Schmelzeaufwurf, der mittels Behandlung der Gleitschicht mittels eines Laserstrahls auf einfache Weise erzeugt werden kann.The Materialaufwurf preferably consists of a melt charge, which can be generated by means of treatment of the sliding layer by means of a laser beam in a simple manner.
Als Alternativen zum Schmelzeaufwurf kann der Materialaufwurf aus einem Prägeaufwurf, einem Rollieraufwurf oder einem Rändelaufwurf bestehen. Derartige Aufwürfe werden durch mechanische Verfahren erzeugt, bei denen ein Prägestempel, ein Rolliermesser oder ein Rändelwerkzeug eingesetzt wird. Die Ausbildung der Schmiermittelbarrieren erfolgt bei den mechanischen Verfahren durch Materialverdrängung.As alternatives to the melt design of the material Aufauf consist of a minting, a Rollieraufwurf or a Rändelaufwurf. Such jars are produced by mechanical methods employing a die, a roller blade or a knurling tool. The formation of the lubricant barriers occurs in the mechanical process by material displacement.
Vorzugsweise werden die Gleitlagerschalen in Kurbelwellenhauptlagern verwendet. Es hat sich gezeigt, dass sich bei einem Einsatz dieser Gleitlagerschalen in Kurbelwellenhauptlagern der Ölstrom um bis zu 30 % reduzieren lässt. Der Vorteil des reduzierten Ölstroms ermöglicht daher den Einsatz kleiner dimensionierter Ölpumpen, wodurch Motoren deutlich sparsamer betrieben werden können.Preferably, the plain bearing shells are used in crankshaft main bearings. It has been shown that when using these plain bearing shells in crankshaft main bearings, the oil flow can be reduced by up to 30%. The advantage of the reduced oil flow therefore allows the use of smaller dimensioned oil pumps, which engines can be operated significantly more economical.
Gleitlagerschalen weisen vorzugsweise einen Schmiermittelkanal auf. Mindestens eine Schmiermittelbarriere ist zwischen dem Lagerschalenrand und dem Schmiermittelkanal angeordnet.Plain bearing shells preferably have a lubricant channel. At least one lubricant barrier is arranged between the bearing shell rim and the lubricant channel.
Die Schmiermittelbarriere ist vorzugsweise am Rand oder beabstandet zum Rand der Gleitlagerschale angeordnet. Bei Lagerschalen mit Schmiermittelkanal können die Schmiermittelbarrieren soweit nach innen verlegt werden, dass sie am Rand oder benachbart zum Rand des Schmiermittelkanals angeordnet sind.The lubricant barrier is preferably arranged at the edge or at a distance from the edge of the sliding bearing shell. For bearings with lubricant channel, the lubricant barriers can be moved inward to the extent that they are located at the edge or adjacent to the edge of the lubricant channel.
Die Schmiermittelbarriere erstreckt sich vorzugsweise mindestens über einen Abschnitt des Innenumfangs. Die Schmiermittelbarriere kann auch Unterbrechungen aufweisen und somit längs des Umfangs mehrere Barrierenabschnitte umfassen. Unterbrechungen der Schmiermittelbarriere haben den Vorteil, dass gezielt geringe Ölmengen in axialer Richtung abfließen können und dadurch Schmutzpartikel ausgetragen werden können.The lubricant barrier preferably extends at least over a portion of the inner periphery. The lubricant barrier may also have interruptions and thus include a plurality of barrier sections along the circumference. Interruptions of the lubricant barrier have the advantage that targeted small amounts of oil can flow in the axial direction and thus dirt particles can be discharged.
Die Schmiermittelbarriere erstreckt sich vorzugsweise von der Teilfläche über einen Abschnitt des Innenumfangs. Die Anordnung der Schmiermittelbarriere in diesem Bereich ist deshalb von Vorteil, weil festgestellt wurde, dass dort die größten Ölverluste auftreten.The lubricant barrier preferably extends from the partial surface over a portion of the inner circumference. The arrangement of the lubricant barrier in this area is advantageous because it has been determined that the largest oil losses occur there.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Gleitlagerschale in diesem Bereich eine Freilegung aufweist. Freilegungen erstrecken sich von einem Endbereich der Gleitlagerschale bis zur Teilfläche und sind entweder vor einer Teilfläche oder vor beiden Teilflächen angeordnet. Die Schmiermittelbarriere erstreckt sich bei dieser Ausführungsform vorzugsweise von der Teilfläche mindestens über den Bereich der Freilegung.This is especially true when the plain bearing shell has an exposure in this area. Exposures extend from an end region of the sliding bearing shell to the partial surface and are arranged either in front of a partial surface or in front of both partial surfaces. The lubricant barrier in this embodiment preferably extends from the partial surface at least over the region of the exposure.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Gleitlagerschale sieht vor, dass sich die Schmiermittelbarriere über den gesamten Innenumfang der Gleitlagerschale erstreckt.A further advantageous embodiment of the plain bearing shell provides that the lubricant barrier extends over the entire inner circumference of the plain bearing shell.
Vorzugsweise ist an jedem Rand oder beabstandet zu jedem Rand mindestens eine Schmiermittelbarriere angeordnet.Preferably, at least one lubricant barrier is arranged at each edge or spaced from each edge.
Die Abdichtung kann deutlich erhöht werden, wenn in axialer Richtung der Gleitlagerschale mindestens zwei Schmiermittelbarrieren angeordnet sind. Es wird auf diese Weise eine Art Labyrinthdichtung erzeugt. Diese Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit einem deutlichen Verschleiß der Schmiermittelbarrieren im Betrieb und somit einer Beeinträchtigung der Dichtwirkung zu rechen ist. Eine gestaffelte Anordnung von Schmiermittelbarrieren in axiale Richtung, vorzugsweise auch mit unterschiedlichen Höhen H der Schmiermittelbarrieren, verbessert die Dichtwirkung.The seal can be significantly increased if at least two lubricant barriers are arranged in the axial direction of the plain bearing shell. It creates a kind of labyrinth seal in this way. This arrangement is particularly advantageous if it is to be reckoned with a significant wear of the lubricant barriers during operation and thus a deterioration of the sealing effect. A staggered arrangement of lubricant barriers in the axial direction, preferably also with different heights H of the lubricant barriers, improves the sealing effect.
Schmiermittelbarrieren können beliebig ausgeführt werden. Bevorzugt sind gradlinige Schmiermittelbarrieren, wellenförmige Schmiermittelbarrieren und zickzackförmige Schmiermittelbarrieren, wobei auch verschieden Ausführungen kombiniert werden können.Lubricant barriers can be carried out arbitrarily. Preference is given to straight-line lubricant barriers, undulating lubricant barriers and zigzag lubricant barriers, it also being possible to combine different designs.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Schmiermittelbarriere in Richtung Teilfläche nach außen abbiegt. Wenn auf beiden Seiten Schmiermittelbarrieren vorgesehen sind, wird dadurch der Strömungsquerschnitt des Schmiermittels in Richtung Teilfläche vergrößert. Der Staudruck kann dadurch gezielt verringert werden.It has proven to be advantageous if the lubricant barrier turns in the direction of the partial surface to the outside. If lubricant barriers are provided on both sides, this increases the flow cross section of the lubricant in the direction of the partial surface. The dynamic pressure can be reduced thereby targeted.
Es ist auch möglich, die Schmiermittelbarrieren in Richtung Teilflächen nach innen abzubiegen. Entsprechend wird bei einer Anordnung von zwei Schmiermittelbarrieren der Strömungsquerschnitt entsprechend verkleinert, wodurch eine Druckerhöhung im Bereich zwischen den Schmiermittelbarrieren erreicht werden kann.It is also possible to bend the lubricant barriers in the direction of partial surfaces inwards. Accordingly, in the case of an arrangement of two lubricant barriers, the flow cross section is correspondingly reduced, as a result of which an increase in pressure in the area between the lubricant barriers can be achieved.
Ein Materialaufwurf geht mit einer Materialverringerung an anderer Stelle einher. Insofern bildet sich bei der Herstellung der Schmiermittelbarrieren neben der Schmiermittelbarriere eine nutartige Vertiefung aus. Diese nutartige Vertiefung kann vorteilhaft genutzt werden, wenn sie an der nach innen weisenden Seite der Schmiermittelbarriere angeordnet ist und somit vom Schmiermittel, insbesondere dem Schmieröl, überströmt wird. Es hat sich gezeigt, dass Schmutzpartikel im Schmiermittel sich in dieser nutartigen Vertiefung sammeln und somit dem Schmiermittel auf einfache Weise entzogen werden können.A Materialaufwurf goes along with a reduction in material elsewhere. In this respect, forms a groove-like depression in the preparation of the lubricant barriers next to the lubricant barrier. This groove-like depression can be advantageously used if it is arranged on the inwardly facing side of the lubricant barrier and thus is overflowed by the lubricant, in particular the lubricating oil. It has been found that dirt particles in the lubricant collect in this groove-like depression and thus can be removed from the lubricant in a simple manner.
Die nutartige Vertiefung kann auch an der nach außen weisenden Seite der Schmiermittelbarriere angeordnet sein.The groove-like depression can also be arranged on the outwardly facing side of the lubricant barrier.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die nutartige Vertiefung zwischen zwei Schmiermittelbarrieren angeordnet sein. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise mittels eines Laserstrahls erzeugt werden, der senkrecht auf die Innenfläche der Gleitlagerschale gerichtet ist, sodass sich beidseitig des Laserstrahls ein Materialaufwurf ausbildet.According to a further embodiment, the groove-like depression may be arranged between two lubricant barriers. Such an arrangement can be produced for example by means of a laser beam, which is directed perpendicular to the inner surface of the sliding bearing shell, so that a material aufaufet forms on both sides of the laser beam.
Die Höhe H der Schmiermittelbarriere liegt vorzugsweise bei 5 bis 60 µm und richtet sich im Wesentlichen nach dem Spalt zwischen der Gleitlagerschale und dem Gegenläufer. Bevorzugte Höhen der Schmiermittelbarriere sind 10 bis 50 µm, 30 bis 50 µm und 30 bis 40 µm.The height H of the lubricant barrier is preferably from 5 to 60 μm and depends essentially on the gap between the plain bearing shell and the counter rotor. Preferred heights of the lubricant barrier are 10 to 50 μm, 30 to 50 μm and 30 to 40 μm.
Die Breite B der Schmiermittelbarriere liegt vorteilhafterweise bei 0,5 bis 2 mm, insbesondere bei 0,75 bis 1,5 mm. Breitere Schmiermittelbarrieren haben den Vorteil, dass im Betrieb ein geringerer Abtrag der Schmiermittelbarrieren stattfindet als dies bei schmaleren Schmiermittelbarrieren der Fall ist. The width B of the lubricant barrier is advantageously 0.5 to 2 mm, in particular 0.75 to 1.5 mm. Wider lubricant barriers have the advantage that during operation a lesser removal of the lubricant barriers takes place than is the case with narrower lubricant barriers.
Eine erfindungsgemäße Lageranordnung sieht zwei Gleitlagerschalen und eine in den Gleitlagerschalen gelagerten rotierenden Gegenläufer vor, wobei zwischen Gegenläufer und Gleitfläche der Gleitlagerschale ein Lagerspalt S vorhanden ist, wobei mindestens eine Gleitlagerschale einen Schmiermittelkanal und mindestens eine am Innenumfang angeordnete, den Lagerspalt S zwischen der Gleitlagerschale und dem Gegenläufer schließende Schmiermittelbarriere aufweist. Mindestens eine Gleitlagerschale dieser Lageranordnung weist eine Schmiermittelbarriere auf, die aus einem Materialaufwurf besteht, wobei das Material des Materialaufwurfs das Gleitschichtmaterial und/oder ein unter dem Gleitschichtmaterial befindliches Lagermetall aufweist. Neben der Schmiermittelbarriere ist ferner eine nutartige Vertiefung vorgesehen. Im Betrieb berührt die Schmiermittelbarriere den Gegenläufer.A bearing arrangement according to the invention provides for two plain bearing shells and a rotating counter-rotor mounted in the sliding bearing shells, wherein a bearing gap S is present between the counter-rotor and sliding surface of the sliding bearing shell, wherein at least one sliding bearing shell has a lubricant channel and at least one bearing gap S between the sliding bearing shell and the at least one arranged on the inner circumference Counteractor has closing lubricant barrier. At least one sliding bearing shell of this bearing arrangement has a lubricant barrier, which consists of a material throw, wherein the material of the material throw-up comprises the sliding layer material and / or a bearing metal located below the sliding layer material. In addition to the lubricant barrier, a groove-like depression is furthermore provided. During operation, the lubricant barrier contacts the counter-rotor.
Vorzugsweise sind mindestens im Bereich der Schmiermittelnut beidseitig jeweils Schmiermittelbarrieren in Form von Materialaufwürfen vorgesehen.Preferably, lubricant barriers in the form of material drops are provided on both sides at least in the region of the lubricant groove.
Ein Verfahren zur Herstellung von Gleitlagerschalen kann folgende Schritte umfassen:
- - Bereitstellen einer vorgefertigten Gleitlagerschale, und
- - Ausbilden mindestens einer Schmiermittelbarriere mittels mindestens eines Laserstrahls, der unter einem Winkel α auf die Innenfläche der Gleitlagerschale gelenkt und längs einer vorbestimmten Bahn über die Innenfläche geführt wird, wobei der Winkel α zwischen dem Laserstrahl und der Senkrechten auf der Innenfläche gemessen wird.
- - Providing a prefabricated plain bearing shell, and
- - Forming at least one lubricant barrier by means of at least one laser beam which is directed at an angle α on the inner surface of the sliding bearing shell and guided along a predetermined path over the inner surface, wherein the angle α between the laser beam and the perpendicular to the inner surface is measured.
Der Einsatz von Laserstrahlen hat den Vorteil, dass nach der Bereitstellung der Gleitlagerschale ohne mechanische Belastung die Schmiermittelbarrieren hergestellt werden können. Dies bedeutet, dass die Gleitlagerschale auch bereits kalibriert sein kann und lediglich nur noch diesem mechanisch nicht belastenden Verfahrensschritt unterworfen werden muss.The use of laser beams has the advantage that after the provision of the sliding bearing shell without mechanical stress, the lubricant barriers can be produced. This means that the sliding bearing shell can already be calibrated and only has to be subjected to this mechanically non-incriminating process step.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Laserstrahl an jeden beliebigen Punkt der Innenfläche der Gleitlagerschale gelenkt werden kann, sodass an jedem beliebigen Punkt die Schmiermittelbarrieren erzeugt werden können.Another advantage is that the laser beam can be directed to any point of the inner surface of the plain bearing shell, so that at any point the lubricant barriers can be generated.
Über die Leistung des Laserstrahls einerseits und über den Winkel α andererseits können verschiedene Eigenschaften der Schmiermittelbarrieren und der der Schmiermittelbarriere benachbarten nutartigen Vertiefung eingestellt werden.On the other hand, various properties of the lubricant barriers and the groove-like depression adjacent to the lubricant barrier can be adjusted via the power of the laser beam on the one hand and over the angle α on the other hand.
Über die Leistung des Lasers und damit über den Energieeintrags durch den Laserstrahl kann die Höhe des Schmelzeaufwurfs gesteuert werden. Es ist somit möglich, die Höhe des Materialaufwurfs konstant zu halten oder auch die Höhe nach einem vorgegebenen Muster zu variieren.The power of the laser and thus the energy input by the laser beam can be used to control the level of the melt charge. It is thus possible to keep the height of the material charge constant or to vary the height according to a predetermined pattern.
Längs der Bahn ist es möglich, sowohl die Höhe der Schmiermittelbarriere als auch deren Breite durch Veränderung der Leistung und ggf. auch durch eine Veränderung des Winkels α einzustellen. Je größer der Winkel α gewählt wird, desto breiter wird die nutartige Vertiefung, aus der das Material für den Materialaufwurf bereitgestellt wird. Bei senkrechtem Einfall (Winkel α = 0) wird beidseitig der nutartigen Vertiefung ein Materialaufwurf erzeugt, sodass eine Doppelbarriere gebildet wird.Along the path, it is possible to adjust both the height of the lubricant barrier and its width by changing the power and possibly also by changing the angle α. The larger the angle α is chosen, the wider the groove-like depression, from which the material is provided for the material throw-up. In the case of normal incidence (angle α = 0), material deposition is created on both sides of the groove-like depression, so that a double barrier is formed.
Die vorgefertigte Gleitlagerschale kann gemäß einem ersten beispielhaften Verfahren bereits die Gleitschicht aufweisen. Im Anschluss daran kann die Ausbildung der Schmiermittelbarrieren durchgeführt werden. Dieses Verfahren eignet sich für Gleitlagerschalen, deren Gleitschicht eine entsprechende Dicke aufweist. Dies ist beispielsweise bei Gleitlagerschalen der Fall, die auf dem Stahlrücken eine mehrere 100µm dicke Gleitschicht tragen.The prefabricated plain bearing shell may already have the sliding layer according to a first exemplary method. Subsequently, the formation of the lubricant barriers can be performed. This method is suitable for plain bearing shells whose sliding layer has a corresponding thickness. This is the case, for example, with plain bearing shells which carry a sliding layer several 100 μm thick on the steel backing.
Gemäß einem weiteren beispielhaften Verfahren können auch dünnere Gleitschichten bereits auf der Gleitlagerschale aufgebracht sein. Derartige Gleitschichten können aufplattiert oder auch galvanisch aufgebracht sein. Diese auf einem Lagermetall aufgebrachten Gleitschichten liegen in der Regel im Bereich von wenigen 10 µm. Bei diesem beispielhaften Verfahren ist es von Vorteil, den Winkel α möglichst groß zu wählen, sodass die darunter liegende Schicht nicht durch den Laserstrahl beeinträchtigt wird und somit auch kein Material dieser darunter liegenden Schicht abgetragen wird. Wenn es allerdings erforderlich sein sollte, auch dieses Material abzutragen und in den Schmelzeaufwurf einzubringen, um die Eigenschaften der Schmiermittelbarriere entsprechend einzustellen, kann auch ein entsprechend kleinerer Winkel α gewählt werden.According to another exemplary method, thinner sliding layers can also already be applied to the plain bearing shell. Such overlays can be plated or applied by electroplating. These applied to a bearing metal sliding layers are usually in the range of a few 10 microns. In this exemplary method, it is advantageous to choose the angle α as large as possible, so that the underlying layer is not affected by the laser beam and thus no material of this underlying layer is removed. However, if it should be necessary to remove this material and incorporate it in the melt charge to adjust the properties of the lubricant barrier accordingly, a correspondingly smaller angle α can be selected.
Die vorgefertigte Gleitlagerschale kann beispielsweise auch noch keine Gleitschicht umfassen, sodass der Schmelzeaufwurf aus dem Material der unter der Gleitschicht befindlichen Schicht, beispielsweise Lagermetallschicht, gebildet wird. Die Gleitschicht wird bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Ausbilden der Schmiermittelbarriere aufgebracht. Die Gleitschicht überzieht somit auch die Schmiermittelbarriere. Die Gleitschicht kann bei beispielsweise galvanisch aufgebracht werden.For example, the prefabricated slide bearing shell can not yet comprise a sliding layer, so that the melt deposition is formed from the material of the layer located below the sliding layer, for example a bearing metal layer. The sliding layer is applied in this embodiment of the method after the formation of the lubricant barrier. The sliding layer thus also covers the Grease barrier. The sliding layer can be applied galvanically, for example.
Vorzugsweise wird ein gepulster Laser, insbesondere ein gepulster Festkörperlaser verwendet. Mittels eines gepulsten Lasers wird kurzzeitig eine hohe Leistung eingebracht, die den gewünschten Materialaufwurf erzeugt. Vorzugsweise wird der Laser mit einer Frequenz von 50 bis 100 Hertz, insbesondere von 60 bis 80 Hertz gepulst. Dies führt im Bereich der nutartigen Vertiefung zu einer schuppenartigen Ausbildung, was damit zusammenhängt, dass der gepulste Laserstrahl kontinuierlich über die Innenfläche der Gleitlagerschale bewegt wird.Preferably, a pulsed laser, in particular a pulsed solid-state laser is used. By means of a pulsed laser, a high power is briefly introduced, which generates the desired material Aufauf. Preferably, the laser is pulsed at a frequency of 50 to 100 hertz, in particular 60 to 80 hertz. This leads to a scale-like formation in the region of the groove-like depression, which is related to the fact that the pulsed laser beam is moved continuously over the inner surface of the sliding bearing shell.
Der Laserstrahl wird vorzugsweise unter einem Winkel α zwischen 0° und 50° auf die Innenfläche gelenkt. Bevorzugte Winkel liegend bei 25° bis 35°.The laser beam is preferably directed at an angle α between 0 ° and 50 ° to the inner surface. Preferred angles lying at 25 ° to 35 °.
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:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Gleitlagerschale gemäß einer ersten Ausführungsform, in der Mitte aufgeschnitten und aufgeklappt, -
2 eine perspektivische Darstellung eines Endabschnitts einer Gleitlagerschale gemäß einer weiteren Ausführungsform, vergrößert, -
3 eine perspektivische Darstellung eines Endabschnitts einer Gleitlageschale gemäß einer weiteren Ausführungsform, vergrößert, -
4 eine perspektivische Darstellung einer Gleitlagerschale gemäß einer weiteren Ausführungsform, in der Mitte aufgeschnitten und aufgeklappt, -
5a -5f verschiedene Ausführungsformen von Schmiermittelbarrieren anhand von halbierten Lagerschalen in perspektivischen Darstellungen, -
6 -14 verschieden Querschnittsformen und Anordnungen von Schm ierm ittelbarrieren, -
15 die Teildraufsicht auf eine Schmiermittelbarriere mit benachbarter nutartiger Vertiefung mit geschuppter Oberfläche in vergrößerter Darstellung, -
16 die Seitenansicht einer Gleitlagerschale mit einer Schmiermittelbarriere gemäß einer weiteren Ausführungsform, -
17 -18 schematische Darstellungen verschiedener mechanischer Herstellungsverfahren im Schnitt, -
19 eine Lageranordnung in Seitenansicht, -
20 eine Lageranordnung im Längsschnitt in der Ebene XX-XX der 19 , und -
21 ein Diagramm, das den Ölfluss in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Gegenläufers und des Öldruckes zeigt.
-
1 a perspective view of a plain bearing shell according to a first embodiment, cut open in the middle and opened, -
2 3 a perspective view of an end section of a sliding bearing shell according to a further embodiment, enlarged, -
3 a perspective view of an end portion of a sliding bearing shell according to another embodiment, enlarged, -
4 a perspective view of a sliding bearing shell according to another embodiment, cut open in the middle and opened, -
5a -5f various embodiments of lubricant barriers based on halved bearings in perspective views, -
6 -14 various cross-sectional shapes and arrangements of lubricant barriers, -
15 the partial plan view of a lubricant barrier with adjacent groove-like recess with scaly surface in an enlarged view, -
16 the side view of a sliding bearing shell with a lubricant barrier according to another embodiment, -
17 -18 schematic representations of various mechanical production processes in section, -
19 a bearing arrangement in side view, -
20 a bearing arrangement in longitudinal section in the plane XX-XX of19 , and -
21 a diagram showing the oil flow as a function of the speed of rotation of the counter-rotor and the oil pressure.
In der
In der in der
Die Schmiermittelbarrieren
In der
Die Gleitlagerschale der
In der
In den
In den
In der
In der
In der
In der
In der
Wenn der Winkel α größer gewählt wird, wird die nutartige Vertiefung flacher und breiter, wie dies in der
Wenn der Laserstrahl
In der
In der
In der
Um eine Schmiermittelbarriere
In der
In der
In der
In der
In den
In der
In der
In der
In der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1'1, 1 '
- Gleitlagerschaleplain bearing shell
- 2a,b2a, b
- Teilflächesubarea
- 3a,b3a, b
- Seitenflächeside surface
- 44
- Außenflächeouter surface
- 55
- Innenflächepalm
- 66
- Achse der GleitlagerschaleAxle of the plain bearing shell
- 77
- Scheitel der GleitlagerschaleVertex of the plain bearing shell
- 88th
- Gegenläuferexpeller
- 99
- Schmiermittellubricant
- 1010
- Trägermaterialsupport material
- 1111
- Lagermetallbearing metal
- 1212
- GleitschichtOverlay
- 1515
- Schmiermittelkanallubricant channel
- 1616
- Freilegungexposure
- 1717
- Ölbohrungoil well
- 2020
- Schmiermittelbarrierelubricant barrier
- 2121
- Abschnitt der SchmiermittelbarriereSection of the lubricant barrier
- 2222
- Abschnitt der SchmiermittelbarriereSection of the lubricant barrier
- 2525
- nutartige Vertiefunggroove-like depression
- 2626
- Schmutzdirt
- 2727
- Schuppenshed
- 3030
- Laserstrahllaser beam
- 3232
- Senkrechtevertical
- 4040
- Stempelstamp
- 4242
- Vorsprunghead Start
- 4444
- Vertiefungdeepening
- 5050
- Rolliermesserrolling knife
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Representative=s name: MEHLER ACHLER PATENTANWAELTE, 65185 WIESBADEN, DE Representative=s name: MEHLER ACHLER PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT MBB, DE Representative=s name: MEHLER ACHLER PATENTANWAELTE, DE |
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