DE102016005472A1 - Bearing element for supporting a crankshaft of a reciprocating engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lagerelement zum Lagern einer Kurbelwelle an einem Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einer Lageröffnung (10) zum zumindest teilweisen Aufnehmen eines Wellenzapfens der Kurbelwelle, wobei wenigstens eine Seite (18, 22) eines die Lageröffnung (10) zumindest teilweise begrenzenden Grundkörpers (20) des Lagerelements zumindest bereichsweise mit einer Gleitschicht (16, 24) versehen ist, an welcher die Kurbelwelle in ihrer axialen Richtung abstützbar ist.The invention relates to a bearing element for supporting a crankshaft on a crankcase of a reciprocating engine, having at least one bearing opening (10) for at least partially receiving a shaft journal of the crankshaft, wherein at least one side (18, 22) of a bearing body (10) at least partially limiting body (20) of the bearing element is at least partially provided with a sliding layer (16, 24) on which the crankshaft can be supported in its axial direction.
Description
Die Erfindung betrifft ein Lagerelement zum Lagern einer Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a bearing element for supporting a crankshaft of a reciprocating engine according to the preamble of patent claim 1.
Ein solches Lagerelement zum Lagern einer Kurbelwelle an einem Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine ist beispielsweise bereits aus der
Herkömmlicherweise kommt wenigstens eine separat von dem Lagerelement und separat von der Kurbelwelle ausgebildete und zusätzlich dazu vorgesehene Anlaufscheibe zum Einsatz, durch welche ein Axiallager für die Kurbelwelle gebildet ist. Üblicherweise ist die Anlaufscheibe in axialer Richtung der Kurbelwelle zwischen dieser, insbesondere zwischen einer Kurbelwange der Kurbelwelle, und dem Lagerelement angeordnet, sodass die Kurbelwelle mittels des Axiallagers beziehungsweise unter Vermittlung der Anlaufscheibe in axialer Richtung der Kurbelwelle an dem Lagerelement abstützbar und somit gelagert ist.Conventionally, at least one thrust washer formed separately from the bearing element and separately from the crankshaft and additionally provided for this purpose is used, by means of which a thrust bearing for the crankshaft is formed. Typically, the thrust washer is arranged in the axial direction of the crankshaft between this, in particular between a crank arm of the crankshaft, and the bearing element, so that the crankshaft by means of the thrust bearing or mediation of the thrust washer in the axial direction of the crankshaft on the bearing element can be supported and thus stored.
Derartige Anlaufscheiben kommen als Axiallager üblicherweise zum Einsatz, um axiale Kräfte, welche beispielsweise auf die Kurbelwelle wirken, aufzunehmen und insbesondere an dem Lagerelement abzustützen. Insbesondere wird eine solche Anlaufscheibe in axialer Richtung der Kurbelwelle zwischen diese und das Lagerelement eingelegt, sodass die Anlaufscheibe in einem jeweiligen Längenbereich der Kurbelwelle diese in deren Umfangsrichtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, umgibt. Üblicherweise liegen die Anlaufscheiben seitlich einerseits an einer Kurbelwange der Kurbelwelle und andererseits an dem Lagerelement, das heißt an dem Lagerstuhl oder dem Lagerdeckel, an. Üblicherweise zeichnen sich die Anlaufscheiben durch besonders gute Gleiteigenschaften aus, sodass die Kurbelwelle problemlos in ihrem Lager rotieren kann und sodass axiale Kräfte schadlos aufgenommen werden können.Such thrust washers are usually used as thrust bearings to absorb axial forces acting, for example, on the crankshaft, and in particular to support it on the bearing element. In particular, such a thrust washer is inserted in the axial direction of the crankshaft between it and the bearing element, so that the thrust washer in a respective longitudinal region of the crankshaft in the circumferential direction at least partially, in particular completely, surrounds. Usually, the thrust washers are laterally on the one hand on a crank arm of the crankshaft and on the other hand on the bearing element, that is on the bearing block or the bearing cap on. Usually, the thrust washers are characterized by particularly good sliding properties, so that the crankshaft can easily rotate in their camp and so that axial forces can be absorbed without damage.
Die Montage von solchen Anlaufscheiben ist jedoch relativ aufwendig und umständlich.. Üblicherweise ist die Anlaufscheibe aus einem metallischen Werkstoff gebildet und muss im Rahmen der Montage der Hubkolbenmaschine zusätzlich zu der Kurbelwelle und zusätzlich zu dem Lagerelement montiert werden. Aus der Verwendung der Anlaufscheibe resultieren somit eine hohe Teileanzahl und ein hoher Montageaufwand der Hubkolbenmaschine.However, the mounting of such thrust washers is relatively complicated and cumbersome .. Usually, the thrust washer is formed of a metallic material and must be mounted in the context of assembly of the reciprocating engine in addition to the crankshaft and in addition to the bearing element. From the use of the thrust washer thus result in a high number of parts and a high assembly cost of the reciprocating engine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Lagerelement der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Teileanzahl und der Aufwand zum Montieren der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden können.Object of the present invention is therefore to develop a bearing element of the type mentioned in such a way that the number of parts and the cost of mounting the reciprocating engine can be kept very low.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagerelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a bearing element with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um ein Lagerelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Teileanzahl und der Aufwand zur Montage der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine Seite eines die Lageröffnung zumindest teilweise begrenzenden Grundkörpers des Lagerelements zumindest bereichsweise mit einer Gleitschicht versehen ist, an welcher die Kurbelwelle in ihrer axialen Richtung abstützbar ist. Die Gleitschicht ist eine Beschichtung, welche auf den Grundkörper beziehungsweise auf die Seite des Grundkörpers aufgebracht ist. Die Gleitschicht ist somit nicht unabhängig von dem Lagerelement herstellbar beziehungsweise kein unabhängig von dem Lagerelement hergestelltes Bauteil, sondern die Gleitschicht wird im Rahmen ihrer Herstellung auf die Seite des Grundkörpers aufgebracht, sodass die Seite zumindest teilweise beschichtet ist.To further develop a bearing element specified in the preamble of claim 1 type such that the number of parts and the cost of mounting the reciprocating engine can be kept particularly low, it is inventively provided that at least one side of the bearing opening at least partially limiting body of the bearing element at least partially is provided with a sliding layer on which the crankshaft is supported in its axial direction. The sliding layer is a coating which is applied to the base body or to the side of the main body. The sliding layer is thus not independent of the bearing element to produce or not independently manufactured by the bearing element component, but the overlay is applied in the context of their production on the side of the body, so that the page is at least partially coated.
Die Gleitschicht fungiert als Axiallager, mittels welchem die Kurbelwelle besonders einfach und dennoch reibungsarm in axialer Richtung der Kurbelwelle an dem Lagerelement gelagert werden kann. Die Gleitschicht ist temperaturbeständig und gegenüber Öl unempfindlich, sodass während des Betriebs der beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine eine reibungsarme axiale Lagerung der Kurbelwelle gewährleistet werden kann.The sliding layer acts as a thrust bearing, by means of which the crankshaft can be mounted on the bearing element in a particularly simple yet low-friction manner in the axial direction of the crankshaft. The sliding layer is temperature-resistant and insensitive to oil, so that a low-friction axial bearing of the crankshaft can be ensured during operation of the example designed as a reciprocating internal combustion engine reciprocating engine.
In fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ist die Gleitschicht beispielsweise in axialer Richtung der Kurbelwelle dieser, insbesondere einer Kurbelwange der Kurbelwelle, zugewandt, sodass die Kurbelwelle, insbesondere über ihre Kurbelwangen, in axialer Richtung der Kurbelwelle an der Gleitschicht und somit unter Vermittlung der Gleitschicht an dem Grundkörper beziehungsweise an dem Lagerelement insgesamt abstützbar ist. Beispielsweise liegt das Lagerelement mit seiner Gleitschicht unmittelbar an der Kurbelwange der Kurbelwelle an, wodurch eine definierte und vorteilhafte Lagerung der Kurbelwelle insbesondere in ihrer axialen Richtung realisiert werden kann.In finished manufactured state of the reciprocating engine, the sliding layer, for example in the axial direction of the crankshaft, this, in particular a crank arm of the crankshaft, faces, so that the crankshaft, in particular via its crank webs, in the axial direction of the crankshaft on the sliding layer and thus mediating the Sliding layer on the main body or on the bearing element as a whole can be supported. For example, the bearing element lies with its sliding layer directly on the crank arm of the crankshaft, whereby a defined and advantageous bearing of the crankshaft can be realized in particular in its axial direction.
Mittels des erfindungsgemäßen Lagerelements kann nicht nur die Montage der Hubkolbenmaschine im Vergleich zu herkömmlichen Hubkolbenmaschinen erleichtert werden, da die Bereitstellung und Einbringung von separat von der Kurbelwelle und separat von dem Lagerelement hergestellten, zusätzlich dazu vorgesehenen Anlaufscheiben wegfällt, sondern außerdem können aufgrund des Wegfalls von Anlaufscheiben das beispielsweise als Lagerdeckel ausgebildete Lagerelement und ein korrespondierender Lagerstuhl besonders klein dimensioniert werden, sodass das Gewicht der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden kann. Ferner ist es denkbar, dass das Lagerelement als Lagerstuhl ausgebildet ist. Des weiteren können durch den Einsatz der als Beschichtung ausgebildeten Gleitschicht Fertigungstoleranzen wesentlich besser eingehalten werden beziehungsweise sogar kompensiert werden, sodass Nacharbeiten entfallen können. Insgesamt ist es möglich, im Vergleich zu herkömmlichen Hubkolbenmaschinen die Materialkosten, Fertigungskosten und Montagekosten zu reduzieren. Ferner kann die Reibleistung der Hubkolbenmaschine gering gehalten werden, sodass beispielsweise die CO2-Emissionen der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine gering gehalten werden können. Ferner können die Teileanzahl und somit das Gewicht der Hubkolbenmaschine sowie deren Kosten gering gehalten werden, wobei gleichzeitig eine besonders hohe Betriebssicherheit gewährleistet werden kann. Da zudem die Anzahl an zu montierenden Teilen gering gehalten werden kann, kann die Wahrscheinlichkeit von Montagefehlern in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.By means of the bearing element according to the invention, not only the assembly of the reciprocating engine compared to conventional reciprocating engines can be facilitated, since the provision and introduction of separately manufactured by the crankshaft and separately from the bearing element, additionally provided thrust washers omitted, but also can due to the elimination of thrust washers For example, designed as a bearing cap bearing element and a corresponding bearing block are particularly small dimensions, so that the weight of the reciprocating engine can be kept very low. Furthermore, it is conceivable that the bearing element is designed as a bearing block. Furthermore, by using the sliding layer formed as a coating manufacturing tolerances can be maintained much better or even compensated, so that rework can be omitted. Overall, it is possible to reduce material costs, manufacturing costs and assembly costs compared to conventional reciprocating engines. Furthermore, the friction power of the reciprocating engine can be kept low, so that, for example, the CO 2 emissions of the internal combustion engine designed as a reciprocating engine can be kept low. Furthermore, the number of parts and thus the weight of the reciprocating engine and their costs can be kept low, at the same time a particularly high reliability can be guaranteed. In addition, since the number of parts to be assembled can be kept low, the likelihood of assembly errors can be kept to a particularly low level.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings; these show in:
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Die Hubkolbenmaschine weist beispielsweise ein erstes Lagerelement in Form eines in den Fig. nicht dargestellten Lagerstuhls auf, welcher eine Mehrzahl von in axialer Richtung der Kurbelwelle hintereinander angeordneten beziehungsweise aufeinanderfolgenden Lagerstellen aufweist. Der Lagerstuhl ist beispielsweise einstückig mit dem Kurbelgehäuse ausgebildete Lagerstelle ist eine Lageraufnahme vorgesehen, in welcher jeweils ein Wellenzapfen der Kurbelwelle aufnehmbar ist. In fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine durchdringt der Wellenzapfen die jeweilige Lageraufnahme.The reciprocating engine has, for example, a first bearing element in the form of a bearing block, not shown in the figures, which has a plurality of axially arranged in the axial direction of the crankshaft or successive bearing points. The bearing block, for example, formed integrally with the crankcase bearing a bearing receptacle is provided, in each of which a shaft journal of the crankshaft is receivable. In finished manufactured state of the reciprocating engine, the shaft journal penetrates the respective bearing mount.
Das in
Hierzu weist – wie besonders gut aus
Um eine besonders reibungsarme Lagerung der Kurbelwelle zu realisieren, ist üblicherweise zwischen dem jeweiligen Wellenzapfen und dem jeweiligen Lagerelement (Lagerstuhl und Lagerdeckel) wenigstens ein Lagerteil angeordnet, welches beispielsweise als Gleitlager, insbesondere als Gleitlagerschale, oder aber als Wälzlager ausgebildet ist. Somit ist die Kurbelwelle in ihrer radialen Richtung unter Vermittlung des Lagerteils an den Lagerelementen abstützbar beziehungsweise abgestützt. Das Lagerteil wird somit zur Realisierung einer radialen Lagerung, das heißt einer Radiallagerung der Kurbelwelle, genutzt. Dadurch können auf die Kurbelwelle wirkende Kräfte in radialer Richtung der Kurbelwelle an dem Kurbelgehäuse abgestützt werden. Um auch in axialer Richtung der Kurbelwelle auf diese wirkende Kräfte an dem Kurbelgehäuse abzustützen, ist wenigstens ein Axiallager
Um nun die Teileanzahl, das Gewicht, die Kosten und den Aufwand zur Montage der Hubkolbenmaschine besonders gering zu halten, umfasst das Axiallager
Aus
Im fertig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine ist beispielsweise die Gleitschicht
Durch den Einsatz der als Gleitbeschichtungen ausgebildeten Gleitschichten
Während des Betriebs der Hubkolbenmaschine wirken auf die Kurbelwelle Kräfte in axialer Richtung der Kurbelwelle. Zu diesen axialen Kräften kommt es beispielsweise durch Kupplungsbetätigung, Berg- und Talfahrt, Kurvenfahrt, Verzögerungen, Beschleunigungen und durch einen Wandler eines beispielsweise als Automatikgetriebe ausgebildeten Getriebes des Antriebsstrangs. Des Weiteren entstehen während des Betriebs dynamische Kräfte, die unter anderem aus Verbrennungsvorgängen in Brennräumen der Hubkolbenmaschine resultieren. Zur Aufnahme dieser axialen Kräfte kommen nun die Gleitschichten
Bei der anhand von
Es wurde gefunden, dass die Kosten für die jeweilige Gleitschicht
Ferner ist es vorliegend vorgesehen, dass – wie am Beispiel der Gleitschicht
Um eine besonders reibungsarme Lagerung zu realisieren, ist die verschleißfeste Gleitschicht
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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