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Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenlager-Anordnung mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Lagerdeckel.
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Aus
EP 1 031 723 B1 ist eine Kurbelwellenlager-Anordnung in einem Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine bekannt, deren Lagerdeckel über Traversen mit dem Lagerstuhl des Kurbelgehäuses verschraubt sind. An dem Lagerdeckel sind außenseitig Schrägen vorgesehen, die sich in Verschraubungsrichtung betrachtet von der jeweiligen Traverse aus in Breitenrichtung bis zu einer Maximalbreite erstrecken. Die Auflagefläche zwischen Lagerdeckel und Lagerstuhl ist senkrecht zu den Schraubachsen ausgebildet.
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Aus
DE 43 42 041 C2 ist eine als Kurbelwellen-Endlager bezeichnete Kurbelwellenlager-Anordnung mit einem Lagerstuhl und einem Lagerdeckel bekannt, bei welcher der Lagerdeckel über zwei Schrauben unmittelbar mit dem Lagerstuhl verschraubt und zusätzlich eine Brücke vorgesehen ist, die mit dem Lagerdeckel verschraubt ist. Auch bei dieser Kurbelwellenlager-Anordnung sind an dem Lagerdeckel außenseitig Schrägen vorgesehen, die sich in Verschraubungsrichtung von den Schraubenkopfauflagen aus in Breitenrichtung bis zu einer Maximalbreite erstrecken. Die Auflagefläche zwischen Lagerdeckel und Lagerstuhl ist senkrecht zu den Schraubachsen ausgebildet.
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Aus
EP 2 660 485 A1 ist eine Kurbelwellenlager-Anordnung mit einem Lagerstuhl und einem Lagerdeckel bekannt, bei welcher an dem Lagerdeckel als „reinforcing parts“ bezeichnete Verstärkungsstrukturen ausgebildet sind. Bei dieser Kurbelwellenlager-Anordnung ist der Lagerdeckel in Richtung der Schraubachsen so gestaltet, dass er sich in Verschraubungsrichtung betrachtet ausgehend von einer größeren Breite zur Mitte hin verjüngt und sich dann in Richtung der Auflagefläche zum Lagerstuhl die Breite wieder vergrößert. Die Auflagefläche zwischen Lagerdeckel und Lagerstuhl ist senkrecht zu den Schraubachsen ausgebildet.
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Ein in Verbindung mit den aus dem Stand der Technik bekannten Kurbelwellenlager-Anordnungen besteht darin, dass es im Laufe der Nutzungsdauer zu einem sogenannten Reibschwingverschleiß im Bereich der Auflagefläche des Lagerstuhls mit der korrespondierenden Auflagefläche des Lagerdeckels kommt. Dieser Reibschwingverschleiß führt dazu, dass sich die Auflageflächen auf den den Lagerflächen abgewandten Seiten sowohl auf der Druckseite als auch auf der Gegendruckseite der Kurbelwellenlager-Anordnung zunehmend abnutzen, was zu einer zunehmend abnehmenden Kontaktpressung in diesen Bereichen bis hin zur Bildung einer Kante führt, in deren Ebene dann erhöhte Spannungen auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurbelwellenlager-Anordnung zur Verfügung zu stellen, mit welcher der Reibschwingverschleiß reduziert bzw. möglichst weitestgehend reduziert vermieden werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Kurbelwellenlager-Anordnung umfasst ein Zylinderkurbelgehäuse mit mindestens einem daran vorgesehenen Lagerstuhl und einem Lagerdeckel, welche im montierten Zustand gemeinsam ein eine Kurbelwelle umschließendes Hauptlager mit einer zylindrischen Lagerfläche bilden, wobei der Lagerstuhl mindestens zwei, sich seitlich an die Lagerfläche anschließende Lagerstuhl-Auflageflächen aufweist. Dabei weist der Lagerdeckel mindestens zwei, sich seitlich an die Lagerfläche anschließende Lagerdeckel-Auflageflächen auf, wobei zumindest zwei Paarungen aus jeweils einer Lagerstuhl-Auflagefläche mit einer korrespondierenden Lagerdeckel-Auflagefläche vorgesehen sind, die im montierten Zustand unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind. Dabei ist zumindest eine Paarung aus Lagerstuhl-Auflagefläche und Lagerdeckel-Auflagefläche derart gestaltet, dass sich von der Lagerfläche aus betrachtet ein nach außen ansteigender Übermaßverlauf ergibt. Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Gestaltung der Reibschwingverschleiß einer entsprechenden Kurbelwellenlager-Anordnung signifikant reduziert werden kann. Insbesondere kann so einer Rissbildung und/oder einer außenseitig der Lagerdeckel-Auflageflächen entstehende sinkende Kontaktpressung vermieden werden.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kurbelwellenlager-Anordnung ist der Übermaßverlauf durch eine von der Lagerfläche aus nach außen kontinuierlich ansteigende Lagerstuhl-Auflagefläche oder eine von der Lagerfläche aus nach außen kontinuierlich ansteigende Lagerdeckel-Auflagefläche gebildet. Dies hat den Vorteil, dass nur eine der Flächen eine entsprechende Ausbildung erfordert, während die andere Fläche einfach gehalten werden kann und insbesondere senkrecht zu einer sich an die Lagerstuhl-Auflagefläche oder die Lagerdeckel-Auflagefläche anschließende Lagerstuhlseitenwand oder Lagerdeckelseitenwand angeordnet ist.
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Wenn der Lagerstuhl und der Lagerdeckel aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind und der Übermaßverlauf durch eine nach außen kontinuierlich ansteigende Auflagefläche desjenigen Elements gebildet ist, das - in dem relevanten Kontaktbereich - eine größere Härte aufweist, ergibt sich eine verbesserte Langlebigkeit.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kurbelwellenlager-Anordnung ist der Übermaßverlauf von der Lagerfläche aus nach außen linear ausgebildet. Darunter ist insbesondere eine lineare Ausbildung eines Übermaßverlaufes über die gesamte Breite der Auflagefläche, die sich senkrecht zur Achse des Hauptlagers der zylindrischen Lagerfläche erstreckt.
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Durch ausführliche Simulationsrechnungen und Versuche wurde festgestellt, dass sich besonders gute Ergebnisse zur Reduzierung bzw. Vermeidung des Reibschwingverschleißes ergeben, wenn das Übermaß an der Außenseite der Paarung aus Lagerstuhl-Auflagefläche und Lagerdeckel-Auflagefläche im Vergleich zu dem der Lagerfläche nächstkommenden Bereich zwischen 5 µm und 200 µm beträgt. Weiter bevorzugt werden für diesen Bereich Werte zwischen 5 µm und 100 µm gewählt, besonders bevorzugt 10 µm bis 50 µm und insbesondere 25 µm +/- 15 µm, d.h. ein Bereich zwischen 10 µm und 40 µm.
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Eine weitere Reduzierung des Reibschwingverschleißes ergibt sich, wenn an dem Lagerdeckel eine sich über einen Teil der Höhe erstreckende, in einem Winkel β gegenüber einer Verschraubungsachse orientierte Schulter ausgebildet ist. Eine derartige Schulter ist vorzugsweise mit einer ebenen Schulterfläche versehen, deren Winkel gegenüber einer Verschraubungsebene einen konstanten Wert aufweist.
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Beispielsweise kann ein derartiger Winkel β zwischen 10° und 80° gewählt werden, insbesondere zwischen 10° und 60° und besonders bevorzugt zwischen 20° und 40°.
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Die Schulter erstreckt sich vorzugsweise über eine Höhe von 20 Prozent bis 80 Prozent der Höhe des Lagerdeckels, bevorzugt zwischen 25 Prozent und 60 Prozent und besonders bevorzugt zwischen 30 Prozent und 50 Prozent der Höhe des Lagerdeckels.
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Weitere Vorteile ergeben sich in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Kurbelwellenlager-Anordnung, wenn der Lagerdeckel zwischen der Schulter und dem außenseitigen Ende der Lagerdeckel-Auflagefläche mindestens einen stufenartig ausgebildeten Lagerdeckel-Außenabschnitt aufweist. Explizit verwiesen wird darauf, dass an einem Lagerdeckel zwischen der Schulter und dem außenseitigen Ende auch mehrere stufenartig ausgebildete Lagerdeckel-Außenabschnitte ausgebildet sein können, insbesondere ein erster stufenartig ausgebildeter Lagerdeckel-Außenabschnitt, welcher als Haltefläche für Bearbeitungsmaschinen dient und/oder ein zweiter stufenartig ausgebildeter Lagerdeckel-Außenabschnitt, welcher aus Pressbereich für die Montage eines Lagerdeckels an einem Zylinderkurbelgehäuse dient.
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Wenn das Zylinderkurbelgehäuse aus Aluminium hergestellt ist und jeweils in dem außenseitigen Bereich der Lagerstuhl-Auflageflächen zumindest ein Freistich ausgebildet ist, wird das Aluminiummaterial vor übermäßigem Druck und einer daraus resultierenden Materialschädigung bzw. übermäßigen Materialbeanspruchung geschützt.
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Die Erfindung betrifft insbesondere Kurbelwellenlager-Anordnungen, bei welchen der Lagerdeckel mittels mindestens zwei Schrauben mit dem Lagerstuhl verschraubt ist. Dabei wird insbesondere auf Gestaltungen verwiesen, bei welchen der Lagerdeckel mittels mindestens zwei Schrauben unmittelbar mit dem Lagerstuhl verschraubt ist, d.h. in dem Lagerstuhl selbst entsprechende Gewinde für die Schrauben ausgebildet sind.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Kurbelwellenlager-Anordnung mit einem Zylinderkurbelgehäuse mit mindestens einem daran vorgesehenen Lagerstuhl und einem Lagerdeckel, welche im montierten Zustand gemeinsam ein eine Kurbelwelle umschließendes Hauptlager mit einer zylindrischen Lagerfläche bilden,
- 2 einen erfindungsgemäßen Lagerdeckel in einer Ansicht von unten,
- 3 einen erfindungsgemäßen Lagerdeckel in einer Ansicht von oben,
- 4 den in 2 gestrichelt gekennzeichneten Bereich eines erfindungsgemäßen Lagerdeckels.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Kurbelwellenlager-Anordnung 10 mit einem Zylinderkurbelgehäuse 12 mit mindestens einem daran vorgesehenen Lagerstuhl 14 und einem Lagerdeckel 16, welche im montierten Zustand gemeinsam ein eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) umschließendes Hauptlager mit einer zylindrischen Lagerfläche 18 bilden. Das Zylinderkurbelgehäuse 12 weist zwei sich seitlich an die Lagerfläche 18 anschließende Lagerstuhl-Auflageflächen 20a, 20b auf, und der Lagerdeckel 16 weist zwei sich seitlich an die Lagerfläche 18 anschließende Lagerdeckel-Auflageflächen 22a, 22b auf. Dabei sind zwei Paarungen aus jeweils einer Lagerstuhl-Auflagefläche 20a, 20b mit einer korrespondierenden Lagerdeckel-Auflagefläche 22a, 22b vorgesehen, die im montierten Zustand unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind. Die Paarungen bestehen in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel aus der Lagerstuhl-Auflagefläche 20a und der Lagerdeckel-Auflagefläche 22a sowie aus der Lagerstuhl-Auflagefläche 20b und der Lagerdeckel-Auflagefläche 22b.
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In der gezeigten Ausführungsform weist jede dieser Paarungen (20a, 22a); (20b, 22b) einen sich von der Lagerfläche 18 aus betrachtet nach außen ansteigenden Übermaßverlauf auf. Der Übermaßverlauf ist, wie in 4 durch die gestrichelte Linie 26 angedeutet ist, dadurch realisiert, dass die Lagerdeckel-Auflagefläche 22b (und auch die in 4 nicht dargestellte Lagerdeckel-Auflagefläche) einen linear ansteigenden Verlauf aufweist, d.h. der in 4 mit α gekennzeichnete Winkel einen kleinen positiven Betrag aufweist, so dass sich bei der Montage der Kurbelwellenlager-Anordnung 10 außenseitig aufgrund einer Übermaßhöhe HÜ eine höhere Flächenpressung ergibt als innenseitig, aber die jeweilige innenseitige Kante 28a, 28b zwischen der Lagerdeckel-Aufnahmefläche 22a, 22b und der Lagerfläche 18 mit der korrespondierenden Kante 30a, 30b zwischen der Lagerstuhl-Auflagefläche 20a, 20b und der Zylinderfläche 18 zur Anlage kommen (vgl. 1).
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Die Übermaßhöhe HÜ liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 5 µm und 200 µm, weiter bevorzugt zwischen 5 µm und 100 µm, und besonders bevorzugt zwischen 10 µm und 40 µm.
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Bei einer Breite BL von ca. 30 mm und einer Übermaßhöhe von 25 µm ergibt sich damit ein Winkel α von ca. 0,05°.
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In der gezeigten Ausführungsform sind der Lagerstuhl 14 und der Lagerdeckel 16 aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt, nämlich der Lagerstuhl 14 aus einem AluminiumWerkstoff und der Lagerdeckel 16 aus einem Stahl-Werkstoff. Der Lagerdeckel 16 weist daher eine größere Härte auf als der Lagerstuhl 14. Aus diesem Grund wurde das Übermaß seitens des Lagerdeckels 16 vorgesehen.
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In der gezeigten Ausführungsform beträgt das Übermaß jeweils im Bereich der außenseitigen Kante 32a, 32b zwischen der Lagerdeckel-Auflagefläche 22a, 22b und einem sich außenseitig anschließenden Lagerdeckel-Außenabschnitt 34a, 34b etwa 25 µm, wobei Fertigungstoleranzen von +/- 15 µm toleriert werden.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Lagerdeckel 16 mit dem Lagerstuhl 14 des Zylinderkurbelgehäuses 12 mit Hilfe von zwei Schrauben 36a, 36b unmittelbar verschraubt. Die jeweilige Verschraubung erfolgt entlang einer entsprechenden Verschraubungsachse 38a, 38b, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel senkrecht zu den entsprechenden Lagerstuhl-Auflageflächen 20a, 20b orientiert ist.
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In den 2 und 3 ist ferner gut zu erkennen, dass an dem Lagerdeckel 16 eine sich über einen Teil der Höhe erstreckende, in einem Winkel β gegenüber der zugeordneten Verschraubungsachse 38a, 38b orientierte Schulter 40a, 40b an dem Lagerdeckel 16 ausgebildet ist. Die jeweilige Schulter 40a, 40b erstreckt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von der jeweiligen Schraubenkopf-Auflagefläche 42a, 42b, wo der jeweilige Kopf 24a, 24b der Schrauben 36a, 36b mit dem Lagerdeckel 16 zur Anlage kommt, ungefähr über die halbe Höhe bis zu dem jeweiligen Lagerdeckel-Außenabschnitt 34a, 34b.
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In 1 ist gut zu erkennen, dass das Zylinderkurbelgehäuse 12 in dem sich seitlich an den Lagerdeckel 16 anschließenden Bereich, welcher sich von der Lagerstuhl-Auflagefläche 20a, 20b in Richtung des Lagerdeckels 16 erstreckt, jeweils einen Freistich 44a, 44b aufweist.
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Der Vollständigkeit halber wird noch darauf verwiesen, dass die sich in Axialrichtung der nicht dargestellten Kurbelwelle erstreckende Länge LL des in den 1 bis 4 gezeigten Lagerdeckels 16 vorzugsweise in einem Bereich zwischen 15 mm und 30 mm liegt, besonders bevorzugt zwischen 18 mm und 25 mm, weiter bevorzugt zwischen 20 mm und 23 mm.
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Die sich senkrecht dazu erstreckende Breite BL liegt vorzugsweise zwischen 15 mm und 40 mm, insbesondere zwischen 20 mm und 35 mm und besonders bevorzugt zwischen 23 mm und 30 mm. Die Breite BL kann auch auf der Druckseite und auf der Gegendruckseite des Lagerdeckels 16 jeweils unterschiedlich groß sein, beispielsweise auf der Druckseite etwas größer als auf der Gegendruckseite. In der gezeigten Ausführungsform ist die Breite BL auf der Gegendruckseite um 4 mm kürzer als auf der Druckseite. Sie beträgt hier zum einen ca. 26 mm und zum anderen ca. 30 mm.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kurbelwellenlager-Anordnung
- 12
- Zylinderkurbelgehäuse
- 14
- Lagerstuhl
- 16
- Lagerdeckel
- 18
- Lagerfläche
- 20a,b
- Lagerstuhl-Auflageflächen
- 22a,b
- Lagerdeckel-Auflageflächen
- 24a,b
- Kopf der Schraube
- 26
- gestrichelte Linie
- 28a,b
- innenseitige Kante
- 30a,b
- Kante
- 32a,b
- außenseitige Kante
- 34a,b
- Lagerdeckel-Außenabschnitt
- 36a,b
- Schraube
- 38a,b
- Verschraubungsachse
- 40a,b
- Schulter
- 42a,b
- Schraubenkopf-Anlagefläche
- 44a,b
- Freistich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1031723 B1 [0002]
- DE 4342041 C2 [0003]
- EP 2660485 A1 [0004]
