DE102014213883A1

DE102014213883A1 - Kurbelwellen- oder Pleuellagerung einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102014213883A1
Application number: DE102014213883.3A
Authority: DE
Inventors: Yvonne Koehler; Volker Wendt; Roland Haas; Armin Olschewski
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-07-17
Also published as: US20160017919A1; DE102014213883B4; CN105275996A; US9551377B2; CN105275996B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellen- oder Pleuellagerung einer Verbrennungskraftmaschine, die einen als Lagerinnenring fungierenden Lagerzapfen (1) aufweist und einen den Lagerzapfen (1) umgebenden Lageraußenring, wobei zwischen dem Lagerzapfen (1) und dem Lageraußenring mindestens eine Reihe Wälzkörper (2) angeordnet ist, wobei die Wälzkörper (2) von einem Käfig (3) gehalten werden und wobei der Käfig (3) aus mindestens zwei Käfigsegmenten (3‘, 3‘‘) besteht, die sich jeweils um einen Umfangsabschnitt des Lagerzapfens (1) erstrecken. Um eine reibungsarme und stabile Lagerung des Lagerzapfens bzw. des Pleuels sicherzustellen, sieht die Erfindung vor, dass die mindestens zwei Käfigsegmente (3‘, 3‘‘) an mindestens einer in Umfangsrichtung liegenden Stoßstelle (4, 5) miteinander stoffschlüssig verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellen- oder Pleuellagerung einer Verbrennungskraftmaschine, die einen als Lagerinnenring fungierenden Lagerzapfen aufweist und einen den Lagerzapfen umgebenden Lageraußenring, wobei zwischen dem Lagerzapfen und dem Lageraußenring mindestens eine Reihe Wälzkörper angeordnet ist, wobei die Wälzkörper von einem Käfig gehalten werden und wobei der Käfig aus mindestens zwei Käfigsegmenten besteht, die sich jeweils um einen Umfangsabschnitt des Lagerzapfens erstrecken.
Typischer Weise werden die Lagerzapfen einer Kurbelwelle sowie die Pleuel auf der Kurbelwelle mittels Gleitlager gelagert; allerdings werden auch Wälzlagerungen an dieser Lagerstelle eingesetzt. Zur Führung der Wälzkörper werden in diesem Falle Käfigsegmente eingesetzt, die die Wälzkörper halten und die zwischen den zu lagernden Zapfen und das umgebende Gehäuse, das als Lageraußenring fungiert, platziert werden. Jedes Käfigsegment erstreckt sich über einen vorgegebenen Umfangsbereich des zu lagernden Zapfens; hierbei werden zumeist zwei Käfigsegmente eingesetzt, die sich jeweils über 180° Umfangswinkel erstrecken.
Die Käfigsegmente werden dabei samt Wälzkörper um den zu lagernden Zapfen gelegt und in den umgebenden Außenring eingebracht.
Nachteilig ist, dass die Lagerung auf dieser Weise mitunter eine nicht unerhebliche Reibung aufweist. Ferner ist die Stabilität der Lagerung nicht immer optimal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kurbelwellen- bzw. Pleuellagerung einer Verbrennungskraftmaschine so fortzubilden, dass eine reibungsarme und stabile Lagerung des Lagerzapfens bzw. des Pleuels sichergestellt ist.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Käfigsegmente an mindestens einer in Umfangsrichtung liegenden Stoßstelle miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
Die stoffschlüssige Verbindung ist dabei bevorzugt eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung, insbesondere eine Hartlötverbindung. Die Lötverbindung ist etwas weniger steif als eine Schweißverbindung, was unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft sein kann, dass es in einer Verbrennungskraftmaschine zu Stößen und Vibrationen kommt. Generell ist als stoffschlüssige Verbindung auch eine Klebeverbindung denkbar und möglich.
Bevorzugt überlappen die beiden an der Stoßstelle zusammenstoßenden Käfigsegmente in Umfangsrichtung. Die beiden Endbereiche der beiden Käfigsegmente können hierzu so verformt sein, dass sie zueinander komplementär ausgebildet sind. Dabei ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass ein Endbereich des einen Käfigsegments radial nach außen verformt ist und der andere Endbereich radial nach innen verformt ist. Die beiden Endbereiche bilden dabei vorzugsweise in radialer Richtung eine Stufe.
Das Käfigsegment kann zwecks Spannungsentlastung nahe der Stoßstelle eine Ausnehmung aufweisen. Die Ausnehmung kann dabei schlitzförmig ausgebildet sein und sich in axiale Richtung quer über das Käfigsegment erstrecken. In diesem Falle beträgt bevorzugt die Länge der schlitzförmigen Ausnehmung mindestens 50 % der Breite des Käfigsegments. Durch die eingestanzte Ausnehmung kann die Form der angrenzenden Tasche optimiert werden, da hierdurch Spannungen von der Tasche ferngehalten werden können.
Bevorzugt ist dabei die Ausnehmung in Umfangsrichtung zwischen der letzten Aufnahmetasche des Käfigsegments und dessen in Umfangsrichtung liegendem Ende angeordnet.
Die Ausnehmung durchsetzt das Käfigsegment vorzugsweise vollständig, wobei die Ausnehmung vorzugsweise durch einen Stanzvorgang hergestellt ist.
Die Käfigsegmente können in einem Schnitt senkrecht zur Umfangsrichtung eine wannenförmige Kontur aufweisen.
Der Käfig weist bevorzugt zwei Käfigsegmente auf.
Die Wälzkörper sind bevorzugt Zylinderrollen oder Nadeln.
Der anspruchsgemäße Lageraußenring kann – wie bereits oben erwähnt – natürlich auch durch das Pleuel bzw. Pleuelauge oder durch das Kurbelwellengehäuse selber verwirklicht sein; es muss sich also beim Lageraußenring keinesfalls um ein separates Bauteil handeln. Die Bohrung im Pleuel bzw. im Kurbelwellengehäuse ist bzw. bildet in diesem Falle die Laufbahn für die Wälzkörper.
Die vorgeschlagene Lagerung kommt bei der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zum Einsatz, wobei die Lagerzapfen der Kurbelwelle selber und/oder die Lagerzapfen für die Pleuel entsprechend ausgeführt sein können. Genauso ist es aber auch möglich, die Nockenwelle der Brennkraftmaschine zu lagern. Im letztgenannten Falle können insbesondere die Lagerstellen der Nockenwelle im Zylinderkopf entsprechend ausgeführt sein.
Mit der vorgeschlagenen Lösung wird ein hoher Grad an Stabilität des Käfigs und damit auch der Führung der Wälzkörper an der Lagerstelle erreicht, so dass vorteilhaft eine relativ geringe Lagerreibung erzielt wird.
Die Stabilität wird durch die stoffschlüssige Verbindung der Stoßenden der Käfigsegmente sichergestellt. Hierdurch wird in sehr vorteilhafter Weise sichergestellt, dass zu keinem radialen Auffedern des Käfigs (insbesondere unter Last) kommen kann. Die Führung der Wälzkörper ist somit wesentlich verbessert. Die Reibung der Lagerrung kann somit vorteilhaft vermindert werden. Schließlich ist auch der Rundlauf des Käfigs vorteilhaft verbessert.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Schnitt durch einen Lagerzapfen einer Kurbelwelle, die mittels einer Kurbelwellenlagerung in einem – nicht dargestellten – Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine gelagert ist,
2 die Ansicht „C“ gemäß 1 auf einen Abschnitt des Käfigs,
3 den Schnitt D-E gemäß 2 durch den Käfig und
4 den Schnitt A-B gemäß 2 durch den Käfig.
In 1 ist der Axialschnitt durch einen Lagerzapfen 1 einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors dargestellt. Zu sehen ist der Lagerzapfen 1 der Kurbelwelle und eine Wälzkörperreihe, die diesen umgibt. Die einzelnen Wälzkörper 2 werden von einem Käfig 3 gehalten, der vorliegend aus zwei Käfigsegmenten 3‘ und 3‘‘ besteht. Die beiden Käfigsegmente 3‘ und 3‘‘ stoßen an zwei Stoßstellen 4 und 5 zusammen, die sich diametral am Lagerzapfen 1 gegenüberliegen. Die beiden Stoßstellen 4 und 5 sind also in Umfangsrichtung U um 180° versetzt. Eingetragen sind noch die radiale Richtung r und die axiale Richtung a, wobei letztere in 1 senkrecht auf der Zeichenebene steht.
Die beiden Käfigsegmente 3’ und 3‘‘ weisen eine Anzahl Aufnahmetaschen 11 auf, in die jeweils ein Wälzkörper 2 eingesetzt ist.
Aus der Zusammenschau der 2 und 4 ergibt sich, wie die beiden Käfigsegmente 3‘ und 3‘‘ an den beiden Stoßstellen 4 und 5 miteinander verbunden sind.
Hierzu weisen die Käfigsegmente 3‘, 3‘‘ an ihren Endbereichen 6 und 7 Kröpfungen auf, wie es sich aus 4 ergibt. Das Ende des in 4 linken Käfigsegments 3‘ ist radial nach außen gekröpft, das Ende des in 4 rechten Käfigsegments 3‘‘ radial nach innen, so dass sich zwei Stufen 8 und 9 ergeben. Insgesamt ergänzen sich die stufenförmigen Ausformungen weitgehend und komplementär, so dass die Käfiggrundkontur über die Stoßstelle 4, 5 hinaus weitgehend kontinuierlich verläuft.
Ein fester Verbund wird hergestellt, indem außen an der Stoßstelle 4, 5 eine Schweißnaht 12 angebracht ist, so dass eine steife und stabile Käfigstruktur entsteht.
Die stufenförmige Ausformungen wird bevorzugt mittels eines Umformvorgangs des Blechs hergestellt, aus dem die Käfigsegmente 3‘, 3‘‘ gefertigt werden.
In 2 ist zu erkennen, dass nahe der Stoßstelle 4, 5 in die Käfigsegmente 3‘, 3‘‘ eine Ausnehmung 10 eingearbeitet ist. Hierbei handelt es sich im Ausführungsbeispiel um eine schlitzförmige Kontur, die per Stanzen in das Material des Käfigsegments 3‘, 3‘‘ eingebracht ist. Die Länge L der Ausnehmung beträgt dabei meist 50 % oder mehr der Breite B des Käfigsegments 3‘, 3‘‘.
Die Ausnehmung 10 fungiert als Spannungsentlastungselement. Das gilt insbesondere auch für den Fall, dass die Käfigsegmente 3‘, 3‘‘ zumindest über ihre wesentliche Erstreckung in Umfangsrichtung U eine Profilierung aufweisen. Ein solches Beispiel ist in 3 gezeigt. Hiernach hat das Käfigsegment 3‘, 3‘‘ in einem Schnitt D-E gemäß 2 eine wannenförmige Ausgestaltung, die dem Käfigsegment 3‘, 3‘‘ eine relativ steife Struktur verleiht.
Bevor diese Struktur den Endbereich 6, 7 erreicht, geht das Käfigsegment 3‘, 3‘‘ in eine rechteck-streifenförmige Kontur über; der Übergang von der Wannenform zur Streifenform erfolgt am Ort der Ausnehmung 10.
Die erläuterte Lagerstelle ist zum einen bevorzugt die Lagerung der Kurbelwelle im Gehäuse des Verbrennungsmotors. Genauso kann die Lagerung eingesetzt werden, um ein Pleuel mit seinem Pleuelauge auf dem Zapfen 1 zu lagern, der Bestandteil der Kurbelwelle ist.
Bezugszeichenliste

1: Lagerzapfen
2: Wälzkörper
3: Käfig
3‘: Käfigsegment
3‘‘: Käfigsegment
4: Stoßstelle
5: Stoßstelle
6: Endbereich des Käfigsegments
7: Endbereich des Käfigsegments
8: Stufe
9: Stufe
10: Ausnehmung (Schlitz)
11: Aufnahmetasche
12: Schweißnaht
U: Umfangsrichtung
r: radiale Richtung
a: axiale Richtung
L: Länge der Ausnehmung
B: Breite des Käfigsegments

Claims

Kurbelwellen- oder Pleuellagerung einer Verbrennungskraftmaschine, die einen als Lagerinnenring fungierenden Lagerzapfen (1) aufweist und einen den Lagerzapfen (1) umgebenden Lageraußenring, wobei zwischen dem Lagerzapfen (1) und dem Lageraußenring mindestens eine Reihe Wälzkörper (2) angeordnet ist, wobei die Wälzkörper (2) von einem Käfig (3) gehalten werden und wobei der Käfig (3) aus mindestens zwei Käfigsegmenten (3‘, 3‘‘) besteht, die sich jeweils um einen Umfangsabschnitt des Lagerzapfens (1) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Käfigsegmente (3‘, 3‘‘) an mindestens einer in Umfangsrichtung liegenden Stoßstelle (4, 5) miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung oder eine Lötverbindung, insbesondere eine Hartlötverbindung, ist.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden an der Stoßstelle (4, 5) zusammenstoßenden Käfigsegmente (3‘, 3‘‘) in Umfangsrichtung (U) überlappen.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endbereiche (6, 7) der beiden Käfigsegmente (3‘, 3‘‘) so verformt sind, dass sie zueinander zumindest abschnittsweise komplementär ausgebildet sind.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endbereich (6) des einen Käfigsegments (3‘) radial (r) nach außen verformt ist und der andere Endbereich (7) radial (r) nach innen verformt ist.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endbereiche (6, 7) in radialer Richtung (r) eine Stufe (8, 9) bilden.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Käfigsegment (3‘, 3‘‘) nahe der Stoßstelle (4, 5) mindestens eine Ausnehmung (10) aufweist.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10) schlitzförmig ausgebildet ist und sich in axiale Richtung (a) quer über das Käfigsegment (3‘, 3‘‘) erstreckt.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der schlitzförmigen Ausnehmung (10) mindestens 50 % der Breite (B) des Käfigsegments (3‘, 3‘‘) beträgt.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10) in Umfangsrichtung zwischen der letzten Aufnahmetasche (11) des Käfigsegments (3‘, 3‘‘) und dessen in Umfangsrichtung (U) liegendem Ende angeordnet ist.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (10) das Käfigsegment (3‘, 3‘‘) vollständig durchsetzt, wobei die Ausnehmung (10) vorzugsweise durch einen Stanzvorgang hergestellt ist.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Käfigsegmente (3‘, 3‘‘) in einem Schnitt senkrecht zur Umfangsrichtung (U) eine wannenförmige Kontur aufweisen.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (2) zwei Käfigsegmente (3‘, 3‘‘) aufweist.
Kurbelwellen- oder Pleuellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (2) Zylinderrollen oder Nadeln sind.