DE102010031200B4 - Haupt- und/oder Pleuellager mit einer Lagermetallschicht und einer Gleitschicht - Google Patents

Abstract

Haupt- und/oder Pleuellager (10) mit einer Lagermetallschicht (14) und einer auf der der Lagermetallschicht aufgebrachten Gleitschicht (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (16) in axialer Richtung in einen Niederlastabschnitt (18) mit einer Niederlastgleitfläche (22) und einen Hauptlastabschnitt (20) mit einer Hauptlastgleitfläche (24) unterteilt ist, wobei der Niederlastabschnitt (18) eine höhere Elastizität als der Hauptlastabschnitt (20) aufweist, wobei im Niederlastabschnitt (18) ein Niederlastgleitelement (31) angeordnet ist, das die Niederlastgleitfläche (22) bildet, und wobei die Niederlastgleitfläche (22) radial einwärts über die Hauptlastgleitfläche (24) übersteht.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Haupt- und/oder Pleuellager mit einer Lagermetallschicht und einer auf der Lagermetallschicht aufgebrachten Gleitschicht. Haupt- und Pleuellager werden insbesondere in Motoren eingesetzt, mit denen beispielsweise Kraftfahrzeuge angetrieben werden. Lagerschalen zur Verwendung in solchen Lagern sind beispielsweise aus den Schriften DE 10 2007 044 250 A1 oder 10 2007 058 744 A1 bekannt. Die dort gezeigten Lagerschalen weisen einen sich mindestens teilweise über den Innenumfang erstreckenden Schmiermittelkanal zur Verteilung von Öl im Lagerspalt in Umfangsrichtung auf.
• Um den Kraftstoffverbrauch und den damit verbundenen CO₂-Ausstoß zu vermindern, weisen moderne Motoren eine so genannte Start-Stopp-Vorrichtung auf. Sobald das Kraftfahrzeug eine bestimmte Zeit anhält, beispielsweise an einer roten Ampel, wird der Motor abgeschaltet. Springt die Ampel auf grün, wird der Motor durch Betätigen des Gaspedals automatisch gestartet.
• Bei hydrodynamisch geschmierten Haupt- und/oder Pleuellagern können im Wesentlichen zwei Lastfälle unterschieden werden, nämlich zum einen ein Niederlastbereich, in dem der Motor nicht oder nur mit einer sehr geringen Drehzahl läuft und in dem das Haupt- und/oder Pleuellager kaum belastet wird, und zum anderen ein Hauptlastbereich, in dem der Motor mit einer normalen bis hohen Drehzahl läuft und das Haupt- und/oder Pleuellager normalen bis hohen Belastungen ausgesetzt ist.
• Während der üblichen Lebensdauer eines Motors werden ungefähr 600000 dieser Start-Stopp-Vorgänge ausgeführt. Während der Startphase befinden sich die Haupt- und/oder Pleuellager im Niederlastbereich. Aufgrund der geringen Drehzahl hat sich noch kein Ölfilm ausgebildet hat, auf dem die Welle gleiten kann. Man spricht hier auch vom trockenen oder ungeschmierten Zustand, in welchem die Gleitschicht hoch belastet wird. Auch wenn die Startphasen sehr kurz sind (0,3 bis 0,8 Sekunden) und damit bei 600000 Startvorgängen nur ca. 1% der gesamten Lebensdauer des Haupt- und/oder Pleuellagers ausmachen, verursachen sie dennoch ca. 90% des Verschleißes des Haupt- und/oder Pleuellagers, insbesondere der Gleitschicht. Erst ab einer bestimmten Drehzahl bildet sich ein stabiler Ölfilm aus, der eine weitgehend verschleißfreie Lagerung der Wellen auch bei starker Belastung ermöglicht.
• Gegenwärtig existiert kein Material für die Gleitschicht, welches optimal in den beiden oben beschriebenen Lastbereichen arbeitet. Zwar existieren Haupt- und Pleuellager mit einer gesputterten Gleitschicht, welche sich insbesondere für den Hauptlastbereich eignen, jedoch weisen diese eine hohe Abriebsrate im Niederlastbereich auf, so dass sie für Start-Stopp-Anwendungen nicht in Frage kommen. Andererseits eignen sich Gleitlager mit einer Polymer-Gleitschicht, welche sich gut im Niederlastbereich trocken oder ungeschmiert betreiben lassen, nicht für einen längeren Betrieb im Hauptlastbereich.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Gleitschicht für ein Haupt- und/oder Pleuellager der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass es sich sowohl im Niederlastbereich als auch im Hauptlastbereich zuverlässig betreiben lässt.
• Gelöst wird die Aufgabe mittels einer Gleitschicht, welche in axialer Richtung in einen Niederlastabschnitt mit einer Niederlastgleitfläche und einem Hauptlastabschnitt mit einer mit einer Hauptlastgleitfläche unterteilt ist, wobei der Niederlastabschnitt eine höhere Elastizität als der Hauptlastabschnitt (20) aufweist, wobei im Niederlastabschnitt ein Niederlastgleitelement angeordnet ist, das die Niederlastgleitfläche bildet, und wobei die Niederlastgleitfläche radial einwärts über die Hauptlastgleitfläche übersteht.
• Durch die Unterteilung der Gleitschicht in einen Niederlastabschnitt und einen Hauptlastabschnitt ist es möglich, das Material der Gleitschicht der jeweiligen Bereiche so zu wählen, dass es optimal auf den entsprechenden Lastfall abgestimmt ist. Das Niederlastgleitelement wird vorzugsweise mit einem Material gefertigt, was sich insbesondere für die Startphase eignet. Besonders geeignet ist hierbei ein Polymer. Die Fertigung der Gleitschicht wird hierdurch erleichtert.
• Bei Stillstand und bei niedrigen Drehzahlen des Motors wird die zu lagernde Welle von der Niederlastgleitfläche getragen, was dadurch ermöglicht wird, dass diese radial einwärts über die Hauptlastgleitfläche übersteht, so dass letztere keinen oder nur einen sehr geringen Teil zur Lagerung beiträgt. Mit höherer Belastung und mit zunehmender Drehzahl nimmt die Belastung auf den Niederlastabschnitt zu, der aufgrund seiner höheren Elastizität und der zunehmenden Belastung immer weiter nachgibt und radial nach außen gedrückt wird. Ab einer gewissen Last wird die Welle nicht mehr oder nicht mehr nur vom Niederlastbereich, sondern vollständig oder hauptsächlich vom Hauptlastbereich getragen.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Niederlastgleitfläche ein Maß a zwischen 1 und 100 μm, insbesondere 5 bis 30 μm auf, mit dem es über die Hauptlastgleitfläche übersteht. Es hat sich herausgestellt, dass bei der Wahl des Maßes a innerhalb des beanspruchten Bereichs die Lebensdauer der Haupt- und/oder Pleuellager besonders wirkungsvoll maximiert werden kann.
• Vorzugsweise ist das Niederlastgleitelement auf der Gleitschicht angeordnet. Dies hat fertigungstechnische Vorteile, da bei dieser Ausführungsform keine Aufnahmenut oder dergleichen vorgesehen werden muss. Das Niederlastgleitelement muss nur hinreichend fest auf der Gleitschicht fixiert werden, beispielsweise durch Kleben oder Beschichten.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers, weist die Lagermetallschicht eine oder mehrere Ausnehmungen auf, in welchen das Niederlastgleitelement angeordnet ist. Die Ausnehmungen bewirken eine Fixierung des Niederlastgleitelementes insbesondere in axialer Richtung, so dass eine erhöhte Verbindungsfestigkeit durch zusätzlichen Formschluss erreicht werden kann.
• Die DE 34 12 562 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Abdichten von wartungsfreien Lagern, die eine auswechselbare, das Eindringen von Fremdkörpern zwischen die Gleitflächen der zueinander bewegten Teile des Lagers verhindernde Dichtung aufweist. Die Dichtung ist in einer Ausnehmung angeordnet. Weiterhin dient die Dichtung dazu, den Austritt von Öl aus dem Lager zu verringern. Die Dichtung besteht zwar aus einem anderen Material als die übrige Gleitschicht, jedoch dient der Dichtbereich nicht zum Tragen der Welle und definiert daher keine Gleitfläche.
• Die DE 10 2004 028 773 A1 offenbart ein Gleitlager zur Lagerung einer Welle, bei dem in einer Lagerschale eine Ölnut vorhanden ist und die Oberfläche der Welle und die Lagerschale einen Spalt definieren. Weiterhin ist in der Lagerschale ein Dehnelement vorgesehen, welches dafür sorgt, dass sich die Dimensionen des Spaltes bei verschiedenen Lastfällen nicht ungünstig verändern. Das Dehnelement ist in einer Ausnehmung angeordnet. Auch hier kommen zwei verschiedene Materialien zum Einsatz, die mit der Welle in Kontakt treten. Das Dehnelement kann als eine Art Abstandhalter aufgefasst werden und dient nicht der Lagerung der Welle. Auch hier definiert das Dehnelement keine Gleitfläche und ist somit nicht als Niederlastgleitelement im Sinne der vorliegenden Erfindung aufzufassen.
• Die DE 10 2008 056 202 A1 offenbart ein Gleitlager mit Leitelementen, welche einen Ölstrom im Gleitlager erzeugen sollen, um die Schmierung des Gleitlagers zu gewährleisten. Diese Leitelemente nehmen aber nicht an der Lagerung der Welle teil, womit sie ebenfalls keine Gleitfläche und keine Niederlastgleitelemente im Sinne der vorliegenden Erfindung darstellen.
• Aus der JP 08-109929 A sind Lager für Vertikalpumpen oder Schraubenradpumpen bekannt, welche keramische Lagerringe aufweisen, die in ein weiches Lagermaterial eingebettet sind. Das weiche Lagermaterial dient dazu, Stöße zu dämpfen, um einen Bruch der Keramikringe zu vermeiden.
• Vorzugsweise weist die Ausnehmung eine Tiefe t auf, die das 5 bis 20-fache des Maßes a beträgt. In diesem Bereich ist einerseits das Niederlastgleitelement sicher fixiert, andererseits kann das Niederlastgleitelement weit genug komprimiert werden, so dass die Welle bei steigender Belastung vom Hauptlastabschnitt getragen wird.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers, welches weiterhin einen Stahlrücken umfasst, weist das Haupt- und/oder Pleuellager zwei Niederlastgleitelemente auf, welche die Gleitfläche in drei Hauptlastabschnitte unterteilen. Die beiden voneinander beabstandeten Niederlastgleitelemente bewirken eine Stabilisierung der Welle bei Niederlast und insbesondere die beiden axial äußeren Hauptlastabschnitte eine Stabilisierung der Welle bei Hauptlast. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, da bei vielen Anwendungen die Welle auch auf Biegung belastet wird. Bei Ausführungsformen, welche nur ein Niederlastgleitelement umfassen, kann eine zu starke Biegebelastung eine Neigung der Drehachse der Welle führen, so dass auch im Niederlastbereich die Hauptlastabschnitte mit der Welle in Kontakt treten und daher einem erhöhten Verschleiß unterliegen. In dieser Ausgestaltung wird die Welle mittels der beiden Niederlastelemente so stabilisiert, dass ihre Drehachse auch dann weitgehend mit der Längsachse des Haupt- und/oder Pleuellagers fluchtet, dass die Hauptlastabschnitte bei Niederlast nicht oder nur in unkritischem Umfang mit der Welle in Kontakt treten. Auch bei Hauptlast wird die Welle stabilisiert, da dann die beiden axial äußeren Hauptlastabschnitte dafür sorgen, dass die Drehachse der Welle bei Biegebelastung weitgehend mit der Längsachse des Haupt- und/oder Pleuellagers fluchtet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die axial äußeren Hauptlastabschnitte aus besonders widerstandsfähigem Material aufgebaut sind, um die Biegebelastungen sicher aufnehmen zu können. Diese Ausgestaltung erhöht in besonderem Maße die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers, wenn die Welle auf Biegung belastet wird. Eine derartige Biegebelastung tritt bei Kurbelwellen häufig auf, die in Motoren mit Start-Stopp-Vorrichtungen verbaut sind. Insbesondere für diese Anwendung ist diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers besonders geeignet.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Stahlrücken im Niederlastabschnitt eine geringere Steifigkeit als im Hauptlastabschnitt auf. Aufgrund der geringeren Steifigkeit des Stahlrückens im Niederlastabschnitt wird dieser mit zunehmender Belastung radial nach außen gedrückt. Die Welle wird daher bei Niederlast vom Niederlastabschnitt getragen, während sie mit steigender Belastung vom Hauptlastabschnitt getragen wird. In dieser Ausführungsform wird die Elastizität des Niederlastabschnitts zumindest teilweise vom Stahlrücken erbracht.
• Vorzugsweise weist der Stahlrücken im Niederlastabschnitt eine Materialreduzierung auf. Mittels einer Materialreduzierung kann mit einfachen Mitteln die Steifigkeit des Stahlrückens im Niederlastabschnitt geändert und auf das gewünschte Maß gebracht werden. Die Materialreduzierung kann beispielsweise bereits bei der Herstellung des Stahlrückens vorgesehen sein oder durch spanabhebende Verfahren realisiert werden.
• Vorzugsweise ist die Materialreduzierung als eine Ölnut und/oder als eine oder mehrere Bohrungen ausgebildet, wobei sich die Bohrung durch den Stahlrücken und die Gleitschicht erstreckt. In dieser Ausgestaltung verläuft die Ölnut entlang der radialen Außenseite des Stahlrückens und bewirkt neben der Ölversorgung gleichzeitig noch eine Reduzierung der Steifigkeit des Stahlrückens im Niederlastabschnitt. Somit können mehrere Funktionen der Ölnut zusammengefasst werden, was den Fertigungsaufwand des Haupt- und/oder Pleuellagers weiter reduziert.
• Vorzugsweise erstreckt sich die Bohrung durch das Niederlastgleitelement. In dieser Ausgestaltung weist der Stahlrücken im Niederlastbereich nicht nur eine geringere Steifigkeit, sondern noch zusätzlich ein im Niederlastbereich angeordnetes Niederlastgleitelement auf. Schon bei niedrigen Drehzahlen setzt die Ölförderung ein, die im Bereich des geringsten Abstandes zwischen der Welle und dem Haupt- und/oder Pleuellager am effizientesten ist. Bereits bei niedrigeren Drehzahlen bildet sich ein tragender Ölfilm aus.
• Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Bezug auf die anhängenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Es zeigen
• 1 eine prinzipielle Darstellung des Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels einer Gleitschicht eines erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 2 das in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer Gleitschicht bei Hauptlast,
• 3 eine prinzipielle Darstellung des Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispiels der Gleitschicht eines erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 5 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 6 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 7 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 9 ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 10 ein siebtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers,
• 11 ein achtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers, und
• 12 ein neuntes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers, jeweils in einer Schnittdarstellung entlang seiner Längsachse.
• 13 das in 4 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Haupt- und/oder Pleuellagers bei Niederlast,
• 14 das in 4 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Haupt- und/oder Pleuellagers bei Hauptlast,
• 15 das in 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des Haupt- und/oder Pleuellagers bei Niederlast, und
• 16 das in 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des Haupt- und/oder Pleuellagers bei Hauptlast.
• In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gleitschicht 16 ₁ eines erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers anhand einer Prinzipskizze dargestellt. Es umfasst ein erstes axiales Ende 13, ein zweites axiales Ende 15 sowie eine radiale Außenseite 17. Die Gleitschicht 16 ₁ weist einen Niederlastabschnitt 18 und einen Hauptlastabschnitt 20 auf, wobei der Niederlastabschnitt 18 eine Niederlastgleitfläche 22 und der Hauptlastabschnitt 20 eine Hauptlastgleitfläche 24 umfasst. Der Niederlastabschnitt 18 weist eine höhere Elastizität als der Hauptlastabschnitt 20 auf und reicht bis an die radiale Außenseite 17 der Gleitschicht 16 ₁ heran. In 1 ist die Gleitschicht mit nur einer sehr geringen Kraft F1 belastet. Die Niederlastgleitfläche 22 steht dann mit dem Maß a über die Hauptlastgleitfläche 24 über.
• In 2 ist das in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Gleitschicht 16 ₁ des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers bei Hauptlast dargestellt, was durch die Kraft F₂ angedeutet ist. Die Kraft F₂ ist größer als die Kraft F₁ aus 1. Die Belastung bewirkt, dass der Niederlastabschnitt 18 aufgrund seiner höheren Elastizität gegenüber dem Hauptlastabschnitt 20 stärker in Richtung der radialen Außenseite 17 gedrückt wird, so dass die Niederlastgleitfläche 22 nicht mehr über die Hauptlastgleitfläche 24 übersteht.
• In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Gleitschicht 16 ₂ eines erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers dargestellt. Im Vergleich zu 1 ist im Niederlastabschnitt 18 ein Niederlastgleitelement 31 ₁ angeordnet, welches nicht bis an die radiale Außenseite 17 der Gleitschicht 16 ₂ heranreicht, sondern radial nach außen vom Hauptlastabschnitt 20 umgeben ist. Das Niederlastgleitelement 31 ₁ bildet die Niederlastgleitfläche 22. Bei Niederlast steht die Niederlastgleitfläche 22 wiederum mit dem Maß a über die Hauptlastgleitfläche 24 über. Bei Hauptlast verhält sich die Gleitschicht 16 ₂ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel analog zum ersten Ausführungsbeispiel.
• Das in 4 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₁ weist einen Stahlrücken 12 auf, auf welchem eine Lagermetallschicht 14 angebracht ist, das wiederum mit der Gleitschicht 16 verbunden ist. Das Haupt- und/oder Pleuellager 10 weist analog zur Darstellung der Gleitschicht 16 in den 1 bis 3 das erste axiale Ende 13 und das zweite axiale Ende 15 sowie die radiale Außenseite 17 auf. Die Gleitschicht 16 unterteilt das Haupt- und/oder Pleuellager 10 in axialer Richtung in einen Niederlastabschnitt 18 und zwei Hauptlastabschnitte 20. Die Gleitschicht 16 bildet im Niederlastabschnitt 18 radial innen die Niederlastgleitfläche 22, während der Hauptlastabschnitt 20 radial innen die Hauptlastgleitfläche 24 definiert. Die Niederlastgleitfläche 22 steht radial nach innen mit dem Maß a über die Hauptlastgleitfläche 24 vor.
• In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₂ dargestellt, welches zwei Niederlastabschnitte 18 aufweist, die an den jeweils axialen Enden des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 angeordnet sind. Der Hauptlastabschnitt 20 ist mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Niederlastabschnitt 18 angeordnet. Wiederum steht die Niederlastgleitfläche 22 um das Maß a über die Hauptlastgleitfläche 24 über.
• 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₃, bei dem die Lagermetallschicht 14 zwei Ausnehmungen 30 ₁ umfasst. Die Ausnehmungen 30 ₁ durchdringen dabei die Gleitschicht 16 und ragen teilweise in die Lagermetallschicht 14 hinein. Ausgehend von der Hauptlastgleitfläche 24 weisen die Ausnehmungen 30 ₁ jeweils eine Tiefe t auf. In den Ausnehmungen 30 ₁ ist jeweils ein Niederlastgleitelement 31 ₁ angeordnet. Das Niederlastgleitelement 31 bildet an seinem freien radialen Ende die Niederlastgleitfläche 22 ₁, die um das Maß a über die Hauptlastgleitfläche 24 über steht. Das Material des Niederlastgleitelements 31 ist dabei so gewählt, dass es optimal auf die Bedingungen bei Niederlast abgestimmt ist. Die beiden Niederlastgleitelemente 31 ₁ unterteilen die Gleitschicht in zwei Niederlastabschnitte 22 ₁ und drei Hauptlastabschnitte 24' bis 24''', wobei die Hauptlastabschnitte 24' und 24''' am ersten axialen Ende 13 bzw. am zweiten axialen Ende 15 abschließen.
• In 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₄ dargestellt, welches eine mittige Ausnehmung 30 ₂ aufweist, in dem das Niederlastgleitelement 31 ₂ angeordnet ist. Im Gegensatz zu dem in 6 gezeigten Niederlastgleitelement 31 ₁ weist das hier dargestellte Niederlastgleitelement 31 ₂ eine in axialer Richtung gewölbte Niederlastgleitfläche 22 ₂ auf. Ferner weist die Ausnehmung 30 eine Fase 32 auf, die vorzugsweise einen Winkel α von 20 bis 60° aufweist, der aber auch bis zu 90° oder weniger als 20° betragen kann, jeweils bezogen auf die Längsachse des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₄. Die Fase kann die Gleitschicht 16 komplett durchlaufen. In diesem bevorzugten Winkelbereich kann das Niederlastgleitelement 31 besonders gut mit der Lagermetallschicht 14 verbunden werden, da die Fase 32 als Zentrierung wirkt.
• In 8 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₅ dargestellt, bei welchem der Stahlrücken 12 an seinen axialen Enden 13, 15 eine Materialreduzierung 34 aufweist. Die Materialreduzierung 34 umfasst einen gekrümmten Bereich 36 und einen planaren Bereich 38, wobei auch andere Gestaltungen denkbar sind. Diese Materialreduzierung 34 führt zu einer verringerten Steifigkeit des Stahlrückens 12 im Niederlastabschnitt 18. Weiterhin weist das Haupt- und/oder Pleuellager 10 im Niederlastabschnitt 18 eine dritte Ausführungsform des Niederlastgleitelements 31 ₃ mit einer gewölbten Niederlastgleitfläche 22 ₃ auf. Bei zunehmender Belastung der hier nicht dargestellten Welle 26 (vgl. 2 und 13 bis 16) wird der Stahlrücken 12 im Niederlastabschnitt 18 in Richtung des Pfeils P radial nach außen gedrückt, so dass ab einer bestimmten Belastung nur noch der Hauptlastabschnitt 20 die Welle 26 trägt.
• In 9 ist eine sechste Ausführungsform des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₆ dargestellt. Die Materialreduzierung 34 im Stahlrücken 12 definiert den Niederlastabschnitt 18 und wird hier mittels eines sich verjüngenden Bereichs 40 bewirkt, der in einen planaren Bereich 38 übergeht. Der Übergang zwischen dem planaren Bereich 38 und dem sich verjüngenden Bereich 40 weist dabei einen nicht näher dargestellten Radius auf, um Spannungsspitzen zu reduzieren. Die Materialreduzierung 34 läuft am ersten axialen Ende 13 bzw. am zweiten axialen Ende 15 des Haupt- und/oder Pleuellagers aus und weist dort eine Tiefe b auf. Die Tiefe b muss nicht an beiden axialen Enden 13, 15 gleich sein, sondern kann je nach Anwendungsbereich unterschiedlich sein, insbesondere dann, wenn eine Welle (vgl. 13 bis 16) einseitig stärker auf Biegung belastet ist. Auch hier bewirkt die Materialreduzierung 34 eine Verringerung der Steifigkeit des Stahlrückens 12, so dass dieser bei steigender Belastung radial nach außen gedrückt wird, wie es durch den Pfeil P angedeutet ist (vgl. 2 und 13 bis 16).
• In 10 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₇ gezeigt. Die Materialreduzierung 34 im Stahlrücken 12 definiert den mittig und zwischen den beiden Hauptlastabschnitten 20 angeordneten Niederlastabschnitt 18 und wird hier mittels einer Vertiefung 42 ₁ bewirkt, die stetig ohne Kanten in den planaren Bereich 38 übergeht. Somit werden Spannungsspitzen bei zunehmender Belastung und bei der folgenden Biegung des Niederlastabschnitts 18 verringert. Im Niederlastabschnitt 18 weist die Materialreduzierung 34 eine Tiefe b auf.
• Das in 11 dargestellte achte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel nur darin, dass die Vertiefung 42 ₂ selbst noch einen planaren Abschnitt 38 aufweist, weshalb sie breiter ist als diejenige, die in 10 gezeigt ist. Somit kann die Steifigkeit weiter verringert werden. Im Niederlastabschnitt 18 weist die Materialreduzierung 34 eine Tiefe b auf.
• Das in 12 gezeigte neunte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers 10 umfasst eine Ölnut 44, welche von der radialen Außenseite 17 des Haupt- und/oder Pleuellagers ausgeht. Die Ölnut weist einen planaren Abschnitt 38 auf, dessen axiale Ausdehnung x mit der des Niederlastgleitelements 31 übereinstimmt, welches auf der Gleitfläche angeordnet ist und den Niederlastabschnitt 18 definiert. Ausgehend von der Ölnut 44 erstreckt sich eine Bohrung 46 durch den Stahlrücken 12, die Lagermetallschicht 14 sowie durch die Gleitschicht 16 und das Niederlastgleitelement 31 ₅. Der planare, sich nicht verjüngende Abschnitt 38 geht wiederum mit einem nicht näher dargestellten Radius in einen sich verjüngenden Abschnitt 40 über, um Spannungsspitzen zu reduzieren. Die Ölnut 44 bewirkt eine Reduzierung der Steifigkeit des Stahlrückens 12 im Niederlastabschnitt 18, so dass er mit steigender Belastung radial nach außen gedrückt wird, wie es durch den Pfeil P angedeutet ist. Ab einer bestimmten Belastung trägt der Hauptlastabschnitt 20 die zu lagernde Welle 26 (vgl. 2 und 13 bis 16).
• In 13 ist das in 4 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₁ bei Niederlast dargestellt. Es wird eine Welle 26 gelagert, die sich um eine Drehachse 28 dreht und mit einer Kraft F₁ belastet wird.
• Man erkennt, dass in diesem Fall nur der Niederlastabschnitt 18 die Welle 26 trägt und die Niederlastgleitfläche 22 über die Hauptlastgleitfläche 24 übersteht.
• In 14 ist das in 4 dargestellte Haupt- und/oder Pleuellager 10 ₁ bei Hauptlast dargestellt. Hierbei wird die Welle 26 mit der Kraft F₂ belastet, die größer ist als die Kraft F₁. Man erkennt, dass in diesem Fall die Welle 26 zum größten Teil vom Hauptlastabschnitt 20 getragen wird und die Niederlastgleitfläche 22 des Niederlastabschnitts 18 nicht mehr über die Hauptlastgleitfläche 24 des Hauptlastabschnitts 20 übersteht. Die Niederlastgleitfläche 22 wird dabei nicht gegenüber der Hauptlastgleitfläche 24 zurückstehen, wie es in 14 aus Gründen der Anschaulichkeit dargestellt ist. Dennoch wird sie bei Hauptlast nur einen im Vergleich zur Hauptlastgleitfläche 24 geringen Teil der Welle 26 tragen.
• In 15 ist das in 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₃ bei Niederlast dargestellt, bei der es mit der Kraft F₁ belastet wird. Die Welle 26 wird durch die beiden Niederlastgleitelemente 31 ₁ getragen, wobei die Niederlastgleitfläche 22 ₁ mit dem Maß a über die Hauptlastgleitfläche 24 übersteht. Dadurch, dass die Welle 26 von zwei Niederlastgleitelementen 31 ₁ getragen wird, erfährt sie bei Niederlast eine Stabilisierung entlang ihrer Drehachse 28, so dass die Drehachse 28 der Welle 26 und die Längsachse des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₃ fluchten oder zumindest nahezu parallel zueinander verlaufen.
• In 16 ist das in 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₃ bei Hauptlast dargestellt, bei der es mit der Kraft F₂ belastet wird, die größer als die Kraft F₁ ist. Wie bereits in 14 dargestellt, werden die Niederlastgleitelemente 31 ₁ durch die Welle 26 zur radialen Außenseite 17 des Haupt- und/oder Pleuellagers 10 ₃ gedrückt, wodurch die Welle 26 im Wesentlichen von den Hauptlastabschnitten 24' bis 24''' getragen wird. Die ungefähre Lastverteilung ist durch die Pfeile angedeutet. Die beiden Hauptlastabschnitte 24' und 24''' stabilisieren die Welle 26 entlang ihrer Drehachse 28 bei Hauptlast.
• Bezugszeichenliste

10₁–10₉

Haupt- und/oder Pleuellager

12

Stahlrücken

13

erstes axiales Ende

14

Lagermetallschicht

15

zweites axiales Ende

16

Gleitschicht

17

radiale Außenseite

18

Niederlastabschnitt

20

Hauptlastabschnitt

22–22₅

Niederlastgleitfläche

24, 24' bis 24'''

Hauptlastgleitfläche

26

Welle

28

Drehachse

30

Ausnehmung

31₁–31₅

Niederlastgleitelement

32

Fase

34

Materialreduzierung

36

gekrümmter Bereich

38

planarer Bereich

40

sich verjüngender Bereich

42₁–42₂

Vertiefung

44

Ölnut

46

Bohrung

a

Maß

b

Tiefe von 34

t

Tiefe von 30

x

axiale Ausdehnung von 44

α

Winkel

Claims (11)

1. Haupt- und/oder Pleuellager (10) mit einer Lagermetallschicht (14) und einer auf der der Lagermetallschicht aufgebrachten Gleitschicht (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (16) in axialer Richtung in einen Niederlastabschnitt (18) mit einer Niederlastgleitfläche (22) und einen Hauptlastabschnitt (20) mit einer Hauptlastgleitfläche (24) unterteilt ist, wobei der Niederlastabschnitt (18) eine höhere Elastizität als der Hauptlastabschnitt (20) aufweist, wobei im Niederlastabschnitt (18) ein Niederlastgleitelement (31) angeordnet ist, das die Niederlastgleitfläche (22) bildet, und wobei die Niederlastgleitfläche (22) radial einwärts über die Hauptlastgleitfläche (24) übersteht.
2. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederlastgleitfläche (22) mit einem Maß (a) zwischen 1 bis 100 μm über die Hauptlastgleitfläche (24) übersteht.
3. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederlastgleitfläche (22) mit einem Maß (a) zwischen 5 bis 30 μm über die Hauptlastgleitfläche (24) übersteht.
4. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederlastgleitelement (31) auf der Gleitschicht (16) angeordnet ist.
5. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung (30) durch die Gleitschicht bis in die Lagermetallschicht (14), in welcher das Niederlastgleitelement (31) angeordnet ist.
6. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (30) eine Tiefe (t) aufweist, die das 5 bis 20-fache des Maßes (a) beträgt.
7. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das weiterhin einen Stahlrücken (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Haupt- und/oder Pleuellager zwei Niederlastgleitelemente (31) aufweist, welche die Gleitfläche (16) in drei Hauptlastabschnitte (24', 24'', 24''') unterteilen.
8. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlrücken (12) im Niederlastabschnitt (18) eine geringere Steifigkeit als im Hauptlastabschnitt (20) aufweist.
9. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlrücken (12) im Niederlastabschnitt (18) eine Materialreduzierung (34) aufweist.
10. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialreduzierung (34) als eine Ölnut (44) und/oder als eine oder mehrere Bohrungen (46) ausgebildet ist, wobei sich die Bohrung (46) durch den Stahlrücken (12) und die Gleitschicht (16) erstreckt.
11. Haupt- und/oder Pleuellager (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrung (46) durch das Niederlastgleitelement (31) erstreckt.

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