-
Die
Erfindung betrifft ein Lager für eine Welle, aufgebaut
aus zumindest zwei Lagerhälften, nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
-
Bei
der Fertigung von Lagergassen bei Nockenwellen wird der Zylinderkopf
mit Lagerbrücken oder Zylinderkopfhauben verschraubt und
dann entweder ausgedreht oder ausgerieben. Nach dem Lösen
der Verschraubung verformen sich beide Bauteile und bei der Montage
der Bauteile wird die ursprüngliche Lage der Bauteile zueinander
nicht mehr erreicht, sodass bei der Montage der zugehörigen Welle
eine Formabweichung eintritt. Diese Formabweichung führt
zu Überständen in der Trennfuge und bei Rotation
der Weile zu erhöhter Reibung. Bei besonders großen
Abweichungen kann es durch den hohen Verschleiß zu erheblichen
Schäden oder zu Funktionsstörungen des Lagers
kommen. Ähnliche Probleme treten ebenso bei Lagern von
Kurbelwellen auf. Bisher wurde diesem Problem durch präzise Montagevorschriften
und durch einen kontrollierten Montageprozess, welche einen höheren
Montageaufwand bedeuten, entgegengetreten.
-
Aus
der
DE 101 39 508
A1 ist ein Radialgleitlager mit zwei innenliegenden Lagerschalen
bekannt, das durch eine härtere Randschicht und durch ein Kreuzriefenmuster
die Lagerschalen gegen Verdrehen sichert. Damit wird versucht ein
fertigungstechnisch einfach gestaltetes Lager bereitzustellen. Nachteilig
bei diesem bekannten Lager ist aber, dass zusätzlich Lagerschalen
eingesetzt werden müssen und diese wiederum gesichert werden
müssen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Lager für eine Welle anzugeben,
dass durch eine einfache Bearbeitung einen reibungsarmen Betrieb
sowie eine verbesserte Schmierwirkung aufgrund eines geringeren
Fließwiderstands des Schmiermediums, einen verschleißreduzierten
Betrieb einer Welle und eines Lagers gewährleistet. Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch ein Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Lager wird der Übergang
einer der Lagerhälften zu der Trennebene hin abgeschrägt
und/oder abgerundet. Dadurch kann die Welle trotz Formabweichungen
der Lagerhälften nahezu reibungsfrei rotieren, ohne, dass
die Montage besonders streng überwacht werden muss, noch, dass
die Welle oder die Lager Schaden nehmen. Des Weiteren wird somit
die Montage kostengünstiger und die Ausschussrate wird
wesentlich reduziert.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen mindestens zwei
Lagerhälften einen abgeschrägten oder abgerundeten Übergang
zu der Trennebene auf. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft,
wenn die Welle sich nur in eine Richtung um ihre Achse dreht.
-
Erfindungsgemäß erfolgt
die Abschrägung oder Abrundung durch einen Materialabtrag,
insbesondere Schleifen, Läppen, Stein-/Bandfinishen und/oder
Bürsten. Ebenso sind Beschichtungsverfahren, wie CVD-,
PVD- und galvanische Verfahren, besonders geeignet um erfindungsgemäße
Abschrägungen/Abrundungen zu erzielen. Da die Abschrägung/Abrundung
ihre optimale Wirkung im Bezug auf Reibungsreduzierung und die Verteilung
des Schmiermediums dann erzielt, wenn die Abschrägung/Abrundung
sehr klein ausgestaltet ist, erweist sich ein Materialabtrag mit
oben genannten Verfahren als besonders vorteilhaft.
-
Besonders
vorteilhaft ist es eine Abschrägung oder Abrundung für
Lager von Kurbelwellen oder Nockenwellen. Diese müssen
zuverlässig und langlebig sein, da Schäden durch
einen Verschleiß erhebliche Probleme verursachen, wie z.
B. einen Motorschaden. Gleichzeitig werden die Reibungsverluste
minimiert, da die Strömungsverhältnisse im Lagerspalt
wesentlich weniger gestört werden.
-
Erfindungsgemäß schließt
die Schräge zu der Trennebene einen Winkel α ein,
der zwischen 20° und 80° liegt. Dies gewährleistet
in Abhängigkeit des Wellendurchmessers und der Lagergröße
eine optimale Schmiermittelverteilung.
-
Vorteilhaft
ist es, wenn der Materialabtrag der Abrundung einen Radius aufweist,
der zwischen 2 μm und
liegt, wobei A speziell für
Nockenwellen ein Wert zwischen 4 μm und 50 μm
ist. Bei diesen geringen Radien wird durch den Materialabtrag eine
Abrundung geschaffen, welche sowohl ein Verkanten der Welle verhindert
als auch ein verbesserte Schmiermittelverteilung und -mitnahme gewährleistet.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen
hervor. Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung vereinfacht
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
-
Dabei
zeigen:
-
1 ein
Lager für eine Welle mit nur einer Drehrichtung ohne bearbeitete
Lagerhälften,
-
2 ein
Lager für eine Welle mit zwei Drehrichtungen ohne bearbeitete
Lagerhälften,
-
3 ein
erfindungsgemäßes Lager für eine Welle
mit nur einer Drehrichtung,
-
4 ein
erfindungsgemäßes Lager für eine Welle
mit nur einer Drehrichtung,
-
5 ein
erfindungsgemäßes Lager für eine Welle
mit zwei Drehrichtungen,
-
6 ein
erfindungsgemäßes Lager für eine Welle
mit einer Abrundung, und
-
7 ein
erfindungsgemäßes Lager für eine Welle
mit einer Abschrägung.
-
1 zeigt
ein Lager für eine Welle 1 mit nur einer Drehrichtung
ohne bearbeitete Lagerhälften 2 und 3.
Dieses Lager besteht aus zwei Lagerhälften 2 und 3 die
an einer Trennebene mit ihren jeweiligen Trennflächen 4 und 5 aneinander
liegen. Die Lagerhälften werden miteinander verschraubt
und anschließend wird die Lagergasse ausgerieben oder ausgedreht.
Danach erfolgt erst die Montage der Welle 1 und dazu wird
die Verschraubung gelöst und nach dem Einsetzen der Welle 1 wieder
verschraubt. Bei der Demontage des Lagers nach der mechanischen
Fertigbearbeitung und/oder der Montage der Welle kann es durch frei
werdende Eigenspannungen und/oder von außen induzierte
Spannungen zu einer Verformung der Bauteile kommen, was ungenaue Übergänge
in der Lagergasse hervorruft.
-
In 1 ist
ein Überstand 8 in einer Lagerhälfte 3 bei
einem Lager für eine Welle 1 mit nur einer Drehrichtung
dargestellt. An diesem Überstand 8 wird die Welle 1 beschädigt
und ein Schmiermedium, in den meisten Einsatzgebieten wird Öl
verwendet, wird an diesem Überstand 8 zurückgehalten.
-
2 zeigt
ein Lager für eine Welle 1 mit zwei Drehrichtungen
ohne bearbeitete Lagerhälften 2 und 3.
Hierbei wird durch die beiden Überstände 8 die
Welle 1 in jeder Drehrichtung beschädigt. Ebenso wird
ein Schmiermedium zurückgehalten.
-
Ein
erfindungsgemäßes Lager für Wellen 1, insbesondere
Nockenwellen oder Kurbelwellen, besteht aus zwei Lagerhälften,
einer ersten Lagerhälfte 2 und einer zweiten Lagerhälfte 3.
Diese werden an einer Trennebene zusammengefügt. Die erste
Lagerhälfte 2 hat eine erste Trennebene 4 und
die zweite Lagerhälfte 3 hat eine zweite Trennebene 5.
An einem Übergang einer Lauffläche einer ersten und/oder
zweiten Lagerhälfte 2, 3, in welcher
die Welle 1 gelagert ist, zu einer ersten und/oder zweiten Trennebene 4, 5 ist
mindestens eine Abrundung 7 oder eine Abschrägung 6 vorhanden.
Diese Abschrägung 6 und/oder Abrundung 7 sind
an der Seite der Lagehälfte 2 oder 3 entgegengesetzt
einer Drehrichtung der Welle 1 angeordnet. Durch die Anordnung entgegengesetzt
zu der Drehrichtung der Welle 1 wird verhindert, dass die
Welle 1 beim Rotieren an eine Kante der Lagerhälften 2, 3 stößt
und die Welle 1 somit beschädigt wird. Weiterhin
kann ein Schmiermittelfilm, bevorzugt Öl, der die Welle 1 umgeben
und auf den Lagerflächen gleichmäßig
verteilt sein soll, an Kanten der Lagerhälften 2, 3 unterbrochen
werden. Durch das Einbringen von Abschrägungen 6 und/oder
Abrundungen 7 bilden diese zusätzlich einen kleinen
Speicher für das Schmiermittel, so dass das Schmiermittel
in Drehrichtung der Welle 1 durch die Trägheit
und Viskosität des Schmiermittels nicht an Kanten abrupt
gestoppt wird, sondern durch die Abschrägung 6 und/oder
Abrundung 7 das Schmiermittel in Drehrichtung der Welle 1 mitgenommen
werden kann.
-
In 3 ist
so ein erfindungsgemäßes Lager für eine
Welle 1 mit nur einer Drehrichtung dargestellt. Dabei weisen
die beiden Lagerhälften 2 und 3 jeweils
eine Abschrägung 6 auf, welche in Abhängigkeit
der Drehrichtung der Welle 1 angeordnet ist. Bei einer
Rotation der Welle 1 in nur einer Richtung ist eine Abschrägung 6 je
Lagerhälfte 2 und 3 ausreichend, um bei
beliebigen Formabweichungen der Lagerhälften 2 und 3 einen
reibungsarmen Betrieb der Welle 1 und eine verbesserte
Schmiermittelmitnahme im Gegensatz zu den in 1 und 2 gezeigten
Lagern zu gewährleisten. Das Schmiermedium kann hier durch
die Anordnung der Abschrägung 6, die scharfkantige Überstände 8 eliminiert,
in Drehrichtung der Welle 1 mitlaufen und verteilt sich
somit gleichmäßig über die gesamte Welle 1.
-
In 4 ist
ein weiteres erfindungsgemäßes Lager für
eine Welle 1 mit nur einer Drehrichtung dargestellt. Dabei
weisen die beiden Lagerhälften 2 und 3 jeweils
eine Abrundung 7 auf, welche in Abhängigkeit der
Drehrichtung der Welle 1 angeordnet ist. Bei einer Rotation
der Welle 1 in nur einer Richtung ist eine Abrundung 7 je
Lagerhälfte 2 und 3 ausreichend, um bei
beliebigen Formabweichungen der Lagerhälften 2 und 3 einen
reibungsarmen Betrieb der Welle 1 und eine verbesserte
Schmiermittelmitnahme im Gegensatz zu den in 1 und 2 gezeigten
Lagern zu gewährleisten. Das Schmiermedium kann hier durch
die Anordnung der Abrundung 7, die scharfkantige Überstände 8 eliminiert,
in Drehrichtung der Welle 1 mitlaufen und verteilt sich
somit gleichmäßig über die gesamte Welle 1.
-
5 zeigt
ein erfindungsgemäßes Lager für eine
Welle 1 mit zwei Drehrichtungen. Hierbei weisen die beiden
Lagerhälften 2 und 3 jeweils zwei Abrundungen 7 auf.
Somit wird ein reibungsarmer Betrieb der Welle 1 und eine
wesentlich verbesserte Schmiermittelmitnahme gegenüber
Lagern, wie in 1 und 2 gezeigt,
erreicht. Alternativ könnten die Übergänge
anstatt von Abrundungen 7 durch Abschrägungen 6 ausgebildet
sein. Ebenso ist es denkbar Abrundungen 7 und Abschrägungen 6 gemischt einzusetzen.
-
In
6 ist
ein erfindungsgemäßes Lager für eine
Welle
1 mit einer Abrundung
7 dargestellt. In
Abhängigkeit des Durchmessers der Welle
1 und
der Größe des Lagers erfolgt ein Materialabtrag
mit einem Radius der zwischen r
min und r
max liegt. Dabei beträgt bei einem
erfindungsgemäßen Lager r
min 2 μm und
r
max wobei A speziell für
Nockenwellen ein Wert zwischen 4 μm und 50 μm
ist. C ist ein Abstand zwischen dem Übergang einer Lauffläche
der Welle
1 der ersten Lagerhälfte
2 zu
der ersten Trennebene
4 und einem Überstand der
zweiten Trennebene
5 der zweiten Lagerhälfte
3,
welcher nicht an der ersten Lagerhälfte
2 anliegt.
In diesem Beispiel ist der Überstand in der Trennfuge A
1 kleiner als der Überstand in der
Trennfuge A
2. Deswegen wird als Maß A
für die Berechnung des Radius des Materialabtrags A
1 gewählt. Allgemein gilt für
die Berechnung des Radius des Materialabtrags:
- a.)
Fall 1: A1 ≥ A2 → A
= A2
Fall 2: A1 < A2 → A
= A1
- b.) Minimaler Abtrag: rmin = 2 μm
- c.) C ≥ 0.
-
Dadurch
ist eine optimale Schmiermittelmitnahme möglich und der
Verschleiß der Welle 1, durch einen ungewünschten
Kontakt zu Überständen 8, wird minimiert.
-
7 zeigt
ein erfindungsgemäßes Lager mit einer Abschrägung 6.
In Abhängigkeit des Durchmessers der Welle 1 und
der Größe des Lagers wird ein Winkel α zwischen
der Abschrägung 6 und der Trennebene so gewählt,
dass eine optimale Schmiermittelmitnahme möglich ist und
der Verschleiß der Welle 1, durch einen ungewünschten
Kontakt zu Überständen 8, minimiert wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Lager wird die Abschrägung 6 so
ausgearbeitet, dass der Winkel α zwischen 20° und
80° liegt. C ist ein Abstand zwischen dem Übergang
einer Lauffläche der Welle 1 der ersten Lagerhälfte 2 zu
der ersten Trennebene 4 und einem Überstand der
zweiten Trennebene 5 der zweiten Lagerhälfte 3,
welcher nicht an der ersten Lagerhälfte 2 anliegt.
In diesem Beispiel ist der Überstand in der Trennfuge A1 kleiner als der Überstand in der
Trennfuge A2. Deswegen wird als Maß A
für den Materialabtrag der Abschrägung 6 A1 gewählt. Dabei liegt ein typisches
Maß A für Nockenwellen zwischen 4 μm
und 50 μm. Allgemein gilt für die Berechnung des
Materialabtrags der Abschrägung 6:
- a.) Fall 1: A1 ≥ A2 → A
= A2
Fall 2: A1 < A2 → A
= A1
- b.) 20° ≤ α ≥ 80°
- c.) C ≥ 0.
-
Bevorzugte
Verfahren zur Herstellung solcher Abrundungen 7 und Abschrägungen 6 sind Schleifen,
Läppen, Stein-/Bandfinishen und Bürsten. Diese
eignen sich besonders, da nur ein geringer Materialabtrag erwünscht
ist. Bei größeren Abrundungen bildet sich in der
Trennfuge zwischen der ersten und der zweiten Lagerhälfte 2 und 3 eine
Vertiefung, die strömungstechnisch nachteilig ist, da sie
den Aufbau des hydrodynamischen Drucks behindert, sodass das Lager
nur geringe Kräfte verschleißfrei übertragen
kann bzw. bei hohen Kräften Kontakt und entsprechender
Verschleiß zwischen der Welle 1 und den Lagerhälften 2 bzw. 3 entsteht.
-
Alternativ
sind zum Erreichen der Materialkontur an den Übergängen
der Lagerhälften 2 und 3 aber auch auftragende
Verfahren denkbar, wie z. B. Beschichtungsverfahren. Ebenso beschränkt
sich das erfindungsgemäße Lager nicht nur auf
Kurbel- und Nockenwellen, sondern schließt sämtliche
Lager für Wellen 1 mit ein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
