DE102008030897B3

DE102008030897B3 - Montageverfahren für ein Lager an einer Welle

Info

Publication number: DE102008030897B3
Application number: DE102008030897A
Authority: DE
Inventors: Frank Will
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: CN101618495A

Abstract

Montageverfahren für ein Lager an einer Welle, insbesondere eines Pleuellagers an einer einteilig gefertigten Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine, vor allem Brennkraftmaschine, wobei das Lager Lagerhalbschalen und ein diese umgebendes Lagergehäuse und das Lager eine Durchbrechung für die Welle aufweist, umfassend die nachfolgenden Schritte:
- das Lagergehäuse wird mittels Bruchtrennen zumindest in zwei Lagergehäuseteile geteilt,
- die Lagerhalbschalen werden in die Lagergehäuseteile eingelegt,
- die beiden Lagergehäuseteile werden zu einem die Welle umschließenden Lager vereinigt,
- die beiden Lagergehäuseteile werden miteinander durch Schweißen fest verbunden,
wobei das Verschweißen der Lagergehäuseteile lediglich in einem definierten Außenbereich stattfindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Montageverfahren für ein Lager an einer Welle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 44 15 100 A1 ist ein Montageverfahren für einen insbesondere eine Verzahnung tragenden Körper (d. h. Zahnrad) an einer einteilig gefertigten, mehrfach gekröpften Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine, vor allem Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Kurbelwelle an einer von zwei über einen Lagerzapfen verbundenen Kurbelwangen eine zapfenseitig angeordnete Aufnahme aufweist zur Montage des mit der Kurbelwange drehfest verbindbaren Körpers. Der eine der Aufnahme zugeordnete Durchbrechung aufweisende Körper wird dazu mittels Bruchtrennen zumindest in zwei Lagergehäuseteile geteilt, diese beiden Lagergehäuseteile werden dann im Bereich eines der Aufnahme benachbarten Lagerzapfens zu einem diesen umschließenden Körper vereinigt und anschließend miteinander fest verbunden. Abschließend wird dann der einteilige Körper mittels der Aufnahme zentriert mit der Kurbelwange drehfest verbunden. Zum Verbinden der Lagergehäuseteile wird z. B. Schweißen verwendet.
Aus der EP 1 034 868 B1 ist ein Verfahren zur Ausbildung einer Anrissstelle zum Bruchtrennen eines Bauteiles aus einem Kohlenstoffstahl bekannt, wobei zur gezielten Bruchauslösung eine Anrissstelle mittels Strahlenergie (Laserstrahl, Elektronenstrahl) erzeugt wird und zumindest abschnittsweise entlang einer Seite der Bruchtrennebene von der Bauteil Oberfläche aus durch Stege voneinander getrennte, trichterförmig sacklochartige Vertiefungen durch Schmelzen, Verdampfen und/oder Ausblasen erzeugt werden und durch Verschneidung benachbarter, trichterförmiger Vertiefungen oberflächennahe Stegspitzen mit durch Eigenabschreckung jeweils glashart versprödetem Querschnitt zur Ausbildung von Härterissen als zum Bruchtrennen dienender Starterrisse erzielt werden, wobei das Bauteil aus einem Kohlenstoffstahl mit C < 0,5 % besteht, das Bauteil zunächst mindestens im Bereich der Anrissstelle oberflächengehärtet wird, und anschließend die trichterförmigen Vertiefungen der Anrissstelle mittels Laser gebohrt werden. Bei dem Bauteil kann es sich um einen Steuerring einer ventilgesteuerten Hubkolbenmaschine in einer Ventilsteuerung mit einer Steuervorrichtung zur steuerbaren Änderung der Ventilöffnungsperiode mit einer verstellbaren Schubschwinge handeln, wobei jeder druckgeschmierte Steuerring über seine äußere Gleitfläche in einem bruchgetrennten Lager (Pleuel, Schubschwinge) angeordnet wird und wobei bei radial auswärts wirkendem Schmieröldruck auf die Steuerringteile diese nach einer Montage entlang der Bruchtrennflächen zumindest abschnittsweise miteinander fest verbunden werden z. B. durch Schweißen oder Kleben.
Aus der WO 01/33114 A1 ist ein weiteres Montageverfahren bekannt, in dem ein Pleuel mit einem Kolbenbolzen mit einem Kolben verbunden werden, der ein Kolbenbolzenauge zur Aufnahme des Kolbenbolzens aufweist, wobei zur Montage zunächst der Bolzen in das Auge eingeführt und anschließend mit dem Pleuel verschweißt wird.
Aus der WO 01/50029 A1 ist entsprechendes Montageverfahren bekannt, bei dem in umgekehrter Vorgehensweise das Pleuellager aus einem gebogenen Metall gebildet wird, das an der Pleuelstange nach Umlegen um das Lagerstück verschweißt wird.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Montageverfahren für Lager an Wellen zur Verfügung zu stellen, bei dem die Lagergehäuseteile der Lager durch Bruchtrennen hergestellt sind und an der Welle zusammengesetzt werden.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren gelöst.
Das erfindungsgemäße Montageverfahren für ein Lager an einer Welle, insbesondere eines Pleuellagers an einer einteilig gefertigten Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine, vor allem Brennkraftmaschine, wobei das Lager Lagerhalbschalen und ein diese umgebendes Lagergehäuse und das Lager eine Durchbrechung für die Welle aufweist, umfasst die nachfolgenden Schritte:

– Teilen des Lagergehäuses mittels Bruchtrennen in mindestens zwei Lagergehäuseteile,
– Einlegen der Lagerhalbschalen in die Lagergehäuseteile,
– Vereinigen der beiden Lagergehäuseteile zu einem die Welle umschließenden Lager, und
– Verbinden der beiden Lagergehäuseteile durch Verschweißen.

Dadurch, dass das Verschweißen der Lagergehäuseteile lediglich in einem definierten Außenbereich stattfindet, wird erfindungsgemäß verhindert, dass ein ungewolltes Verschweißen des Lagers mit der Welle bzw. der Lagerschalen mit dem Lagergehäuse oder mit der Welle stattfindet.
Das erfindungsgemäße hergestellte Lager zeichnet sich durch eine hohe Paßgenauigkeit aus, da die beiden Lagergehäuseteile an Ihren Bruchtrennflächen paßgenau vor dem Verscheißen zueinander positioniert werden können. Weiterhin ist es hochfest, da die Schweißnaht so ausgeführt sein kann, daß zumindest die Grundfestigkeit des Lagergehäuses erreicht wird. Außerdem ist das Lager wesentlich leichter als ein durch Schrauben verbundenes Lager.
Neben der erhöhten Genauigkeit ergeben sich weitere Vorteile bei dem Aufwand zur Nachbearbeitung der Bauteile, der Lagergehäuseteilezahl, den Kosten und der Zuverlässigkeit bzw. Lebensdauer. Zusätzlich wird durch die so montierten Lager/Welle Anordnungen Gewicht gespart.
Insbesondere ist es sinnvoll, die Lagergehäuseteile beim Verschweißen aufeinander zupressen, um einen möglichst spielfreien Sitz des Lagers auf der Welle zu gewährleisten.
Als Schweißverfahren kommen jegliche Schweißverfahren in Betracht. Besonders geeignet sind der Einsatz eines Widerstandsschweiß-, Ultraschallschweiß- oder Kaltschweiß-Verfahrens.
Zusätzlich kann isolierendes Material zwischen den Lagerschalen und/oder der Welle und den Gehäusehälften vor dem Schweißen eingebracht werden, um das ungewollte Verschweißen zu verhindern (siehe oben). Das eingebrachte Material ist dann vorzugsweise niedrig schmelzend und wird nach dem Verschweißen durch Wärmeeintrag restlos entfernt.
Vorteilhaft eignet sich das Verfahren um Maschinenelemente herzustellen, die auf Wellen gelagert sind oder Wellen lagern. Beispielhaft eignet es sich für das Pleuellager einer Pleuelstange eines Verbrennungsmotors. Damit kann eine sehr leichte Pleuelstange direkt auf der Kurbelwelle des Motors hergestellt werden. Ein weiteres beispielhaftes Maschinenelement ist ein Kurbelwellenlager zur Lagerung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Insbesondere ist dies geeignet, wenn ein Kurbelwellenträger im Motor angeordnet ist, da dann die Hauptkräfte direkt von der Kurbelwelle in den Kurbelwellenträger übertragen wird und nicht von der Schweißnaht in die Lagergehäuseteile.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, in der
1 eine schematisch Draufsicht auf eine Pleuelstange zeigt und
2 die Pleuelstange aus 1 in einem Ausschnitt um das große Pleuellager in einer schematischen Seitenansicht.
In den Figuren ist eine Pleuelstange 1 eines KFZ Verbrennungsmotors gezeigt. Für die Montage des großen Pleuellagers 2 wird das Montageverfahren nach der Erfindung eingesetzt. Die entsprechende Welle ist zur besseren Übersicht nicht dargestellt, durchgreift aber theoretisch die Durchbrechung 3.
Das Lager bzw. große Pleuellager 2 umfasst zwei Lagerhalbschalen 5 und ein diese umgebendes Lagergehäuse 4. Das Lagergehäuse 4 wird mittels Bruchtrennen entlang der Bruchtrennfläche 9 in zwei Lagergehäuseteile 4A und 4B geteilt. Zum leichteren Bruchtrennen ist im Bereich der Bruchtrennfläche eine Kerbe 9 in das Lagergehäuse 4 eingeformt. So läßt sich eine genau definierte Bruchtrennfläche 9 erzeugen.
Nach dem Bruchtrennen werden die beiden Lagerhalbschalen 5 in die jeweiligen Lagergehäuseteile 4A und 4B eingelegt. Dann werden die beiden Lagergehäuseteile 4A und 4B zu einem die Welle umschließenden Lager bzw. dem Auge 2 zusammengesetzt. Anschließend werden die beiden Lagergehäuseteile 4A und 4B miteinander durch Schweißen fest verbunden. Dabei erfolgt die Verschweißung in der Kerbe 9. Vorzugsweise wird ein Laser- oder Elektronenstrahlverfahren verwendet. Zur Erhöhung der Festigkeit kann vorgesehen werden, die Kerbe durch zusätzliches Schweiß- und/oder Lötmaterial aufzufüllen bzw. ausschließlich ein Schweißverfahren zu verwenden, womit eine Schweißnaht 10 aufgetragen werden kann.
Dabei werden die Lagergehäuseteile 4A und 4B beim Verschweißen lediglich in einem definierten Außenbereich 6 verbunden, der durch die Pfeile angedeutet ist und hier im wesentlichen durch die Kerbe 9 definiert ist.
Gleichzeitig werden die Lagergehäuseteile 4A und 4B beim Verschweißen mit einer Kraft F aufeinander zu gepresst. Diese Kraft ist durch die entsprechenden Pfeile angedeutet. Die Kraft F wird zum einen in den zu verschweißenden Außenbereich eingeleitet und andererseits in die beiden Pleuellagern fluchtend mit der Längsrichtung des Pleuels.
Der Außenbereich 6 wird einerseits durch die äußeren Bereiche der Lagergehäuseteile 4A und 4B und andererseits durch entsprechende Materialvorsprünge 7 definiert, die die ringförmigen Lagergehäuseteile 4A und 4B im zu verschweißenden Außenbereich 6 „verdicken" oder vergrößern. Somit wird trotz zuverlässiger Verschweißung in einem großen Bereich ein ungewolltes „Mitverschweißen" der Lagerhalbschalen 5 und/oder der Welle verhindert.

1: Pleuelstange
2: Pleuellager
3: Durchbrechung
4: Lagergehäuse
4A, B: Lagergehäuseteile
5: Lagerhalbschalen
6: Außenbereich
7: Materialvorsprung
8: Kerbe
9: Bruchtrennfläche
10: Schweißnaht
F: Kraft

Claims

Montageverfahren für ein Lager (2) an einer Welle, insbesondere eines Pleuellagers an einer einteilig gefertigten Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine, wobei das Lager (2) Lagerhalbschalen (5) und ein diese umgebendes Lagergehäuse (4) und das Lager (2) eine Durchbrechung (3) für die Welle aufweist, umfassend die nachfolgenden Schritte: – Teilen des Lagergehäuses (4) mittels Bruchtrennen in mindestens zwei Lagergehäuseteile (4A, 4B), – Einlegen der Lagerhalbschalen (5) in die Lagergehäuseteile (4A, 4B), – Vereinigen der beiden Lagergehäuseteile (4A, 4B) zu einem die Welle umschließenden Lager, – Verbinden der beiden Lagergehäuseteile (4A, 4B) durch Verschweißen, wobei das Verschweißen der Lagergehäuseteile (4A, 4B) lediglich in einem definierten Außenbereich stattfindet.
Montageverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagergehäuseteile (4A, 4B) beim Verschweißen aufeinander gepresst werden.
Montageverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschweißen ein Widerstandsschweiß-, Ultraschallschweiß- oder Kaltpressschweiß-Verfahren eingesetzt wird.
Montageverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass isolierendes Material zwischen den Lagerschalen (5) und/oder der Welle und den Lagergehäuseteilen (4A, 4B) vor dem Schweißen eingebracht wird.
Montageverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material niedrig schmelzend ist und nach dem Verschweißen durch Wärmeeintrag entfernt wird.
Montageverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lagergehäuse (4) zumindest eine Kerbe (8) im Bereich der Bruchtrennfläche (9) der Lagergehäuseteilen (4A, 4B) aufweist, und die beiden Lagergehäuseteile (4A, 4B) entlang der Kerbe (8) verschweißt werden.
Maschinenelement, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche.
Maschinenelement nach Anspruch 7, wobei das Maschinenelement eine Pleuelstange (1) einer Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, ist.
Maschinenelement nach Anspruch 7, wobei das Maschinenelement ein Kurbelwellenlager einer Hubkolbenmaschine ist.