DE102020200947A1

DE102020200947A1 - Halbes drucklager für kurbelwelle eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102020200947A1
Application number: DE102020200947.3A
Authority: DE
Inventors: Shiho Goto
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2040-01-28
Also published as: US10907683B2; CN111550489A; DE102020200947B4; US20200256383A1; JP2020128773A; JP6804578B2; CN111550489B

Abstract

Ein halbes Drucklager (8) umfasst eine Stützmetallschicht (84), eine Lagerlegierungsschicht (85), die eine Gleitfläche (81) definiert, und zwei Axialdruckentlastungen (82, 82), die angrenzend an beide Umfangsendflächen (83, 83) des halben Drucklagers ausgebildet sind und jeweils eine Axialdruckentlastungsfläche (82s) umfassen. Die Stützmetallschicht (84) umfasst eine freiliegende Endfläche (84e), die mindestens einen Teil der Umfangsendfläche bildet, eine freiliegende schräge Fläche (84i), die mindestens einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche bildet, und eine Übergangsfläche (84t), die zwischen der freiliegenden Endfläche und der freiliegenden schrägen Fläche gebildet ist. Die Übergangsfläche ist mit einem Abdeckelement (86) bedeckt, das umfasst: eine Abdeckendfläche (86e), die zumindest einen Teil der Umfangsendfläche bildet, und eine schräge Abdeckfläche (86i), die zumindest einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche (82s) bildet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein halbes Drucklager, das die Axialkraft einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors aufnimmt.
Beschreibung des Stands der Technik
Eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors wird an einem Zapfenabschnitt davon durch einen Zylinderblock-Unterteil des Verbrennungsmotors über ein Hauptlager drehbar gelagert, das durch die Kombination eines Paares von Halblagern in einer zylindrischen Form konfiguriert ist.
Eine oder beide Lagerhälften werden in Kombination mit einem halben Drucklager verwendet, das die Axialkraft einer Kurbelwelle aufnimmt. Das halbe Drucklager ist an einer oder beiden axialen Endflächen des halben Lagers angeordnet.
Das halbe Drucklager nimmt die in der Kurbelwelle erzeugte Axialkraft auf. Das heißt, das halbe Drucklager ist zur Aufnahme der auf die Kurbelwelle ausgeübten Axialkraft angeordnet, z.B. wenn die Kurbelwelle und ein Getriebe durch eine Kupplung miteinander verbunden sind.
Auf der Seite der Gleitfläche des halben Drucklagers wird in der Nähe jedes Umfangsendes des halben Drucklagers eine Axialdruckentlastung so ausgebildet, dass die Dicke eines Lagerelements zu einer Umfangsendfläche des halben Drucklagers hin geringer wird. Im Allgemeinen wird die Axialdruckentlastung so ausgebildet, dass ihre Länge von der Umfangsendfläche des halben Drucklagers bis zu einer Gleitfläche und ihre Tiefe in der Umfangsendfläche unabhängig von den radialen Positionen konstant werden. Die Axialdruckentlastung wird gebildet, um Ausrichtungsfehler der Endflächen des Drucklagerpaares zu absorbieren, wenn die Drucklagerhälften in einem geteilten Lagergehäuse zusammengesetzt werden (siehe 10 von JP H11-201145 A ).
Die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wird an ihrem Zapfenteil über das Hauptlager, das aus dem Paar von Halblagern besteht, vom Zylinderblock-Unterteil des Verbrennungsmotors gelagert. Dabei wird das Schmieröl von einem Ölkanal in einer Zylinderblockwand durch eine Durchgangsbohrung in einer Wand des Hauptlagers in eine Schmierölnut geleitet, die entlang einer inneren Umfangsfläche des Hauptlagers ausgebildet ist. Das Schmieröl wird auf diese Weise in die Schmierölnut des Hauptlagers geleitet und dann dem halben Drucklager zugeführt. Es ist zu beachten, dass für das Drucklager, das die Axialkraft der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors aufnimmt, im Allgemeinen eine Schichtstruktur verwendet wird, bei der eine Aluminiumlagerlegierungsschicht oder eine Kupferlagerlegierungsschicht auf einer Oberfläche einer Stützmetallschicht aus einer Fe-Legierung gebildet wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn die durch die Kopplung der Kurbelwelle mit einem Getriebe o.ä. auf die Kurbelwelle ausgeübte Axialkraft auf die Gleitfläche des halben Drucklagers aufgebracht wird, wird die Stoßkraft im Wesentlichen gleichzeitig in der Nähe der Umfangsendflächen des halben Drucklagers aufgebracht, und daher kann es zu einer Ermüdung (Risse und/oder Abblättern) in der Axialdruckentlastung oder der Lagerlegierungsschicht der an die Axialdruckentlastung angrenzenden Gleitfläche kommen.
Genauer gesagt wird das halbe Drucklager verwendet, indem es mit einem Lagersitz (Sitzfläche) in den Seitenflächen eines Zylinderblocks und einem Lagerdeckel montiert wird. Da jedoch ein Innendurchmesser des Lagersitzes etwas größer als ein Außendurchmesser des halben Drucklagers ausgebildet ist, ist das halbe Drucklager in Umfangsrichtung leicht beweglich. Andererseits, wenn ein Paar der Drucklagerhälften verwendet wird, indem sie zu einer Ringform kombiniert werden (siehe z.B. 10 von JP H11-201145 A ), neigt eine Druckringoberfläche der Kurbelwelle dazu, zuerst die Gleitfläche einer der Drucklagerhälften zu berühren, anstatt gleichzeitig beide Gleitflächen des Paares der Drucklagerhälften zu berühren, und eine momentane Axialkraft von der Kurbelwelle wird auf die Gleitfläche des Drucklagers ausgeübt. So bewegt sich eines der halben Drucklager entsprechend der Drehung der Druckringoberfläche leicht in Umfangsrichtung, eine Umfangsendfläche eines der halben Drucklager auf einer Vorderseite der Drehrichtung der Kurbelwelle kollidiert mit einer Umfangsendfläche des anderen halben Drucklagers auf einer Rückseite der Drehrichtung der Kurbelwelle, und es wird eine Stoßbelastung in der Nähe der Umfangsendflächen der halben Drucklager aufgebracht. Die Ermüdung (Risse oder Abblättern von einer Metallrückseitenschicht aus Stahl) neigt dazu, in der an die Umfangsendfläche des halben Drucklagers angrenzenden Axialdruckentlastung oder in der Lagerlegierungsschicht der an die Axialdruckentlastung angrenzenden Gleitfläche aufgrund der Wirkung der wiederholt ausgeübten Stoßbelastung aufzutreten, wenn die Kurbelwelle und das Getriebe miteinander verbunden werden.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist daher die Bereitstellung eines halben Drucklagers für eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, bei dem die Ermüdung im Betrieb nicht leicht auftritt.
Um die oben beschriebenen Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein halbringförmiges halbes Drucklager zur Aufnahme der Axialkraft einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors bereit, wobei das halbe Drucklager umfasst: eine Stützmetallschicht aus einer Fe-Legierung, die eine erste Fläche und eine zweite, zur ersten Fläche parallele Fläche aufweist, und eine Lagerlegierungsschicht, die auf der ersten Fläche der Stützmetallschicht aufgebracht ist, die eine Gleitfläche des halben Drucklagers parallel zur ersten Fläche definiert, wobei das halbe Drucklager ferner umfasst: zwei Axialdruckentlastungen, die angrenzend an beide Umfangsendflächen des halben Drucklagers ausgebildet sind, wobei jede Axialdruckentlastung eine Axialdruckentlastungsfläche aufweist, die so ausgebildet ist, dass eine Wanddicke des halben Drucklagers von der Gleitfläche zur Umfangsendfläche hin kleiner wird, wobei
die Stützmetallschicht ferner umfasst: eine freiliegende Endfläche, die mindestens einen Teil der Umfangsendfläche des Halbschublagers bildet, eine freiliegende schräge Fläche, die sich von der ersten Fläche aus geneigt erstreckt und mindestens einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche bildet, und eine zwischen der freiliegenden Endfläche und der freiliegenden schrägen Fläche gebildete Übergangsfläche, und
die Übergangsfläche mit einem Abdeckelement bedeckt ist, das aus derselben Lagerlegierung wie die Lagerlegierungsschicht hergestellt ist, wobei das Abdeckelement umfasst: eine Abdeckendfläche, die zumindest einen Teil der Umfangsendfläche des halben Drucklagers bildet, und eine schräge Abdeckfläche, die zumindest einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche bildet.
Die Lagerlegierungsschicht kann eine schräge Lagerlegierungsfläche umfassen, die sich von der Gleitfläche aus geneigt erstreckt und zumindest einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche bildet.
Die schräge Lagerlegierungsfläche, die freiliegende schräge Fläche und die schräge Abdeckfläche können sich zumindest teilweise in derselben Ebene erstrecken, und die freiliegende Endfläche und die Abdeckendfläche können sich zumindest teilweise in derselben Ebene erstrecken.
Vorzugsweise kann eine axiale Länge (A1) der Abdeckendfläche in der Umfangsendfläche des halben Drucklagers 0,2 bis 1,5 mm betragen.
Vorzugsweise kann eine axiale Tiefe (RD1) der Axialdruckentlastung von der Gleitfläche in der Umfangsendfläche des halben Drucklagers zwischen einem radial inneren Ende und einem radial äußeren Ende des halben Drucklagers konstant sein und 0,1 bis 1 mm betragen.
Vorzugsweise kann eine Länge (L1) der Axialdruckentlastung von der Umfangsendfläche des halben Drucklagers zwischen einem radial inneren Ende und einem radial äußeren Ende des halben Drucklagers konstant sein und 3 bis 25 mm betragen.
Darüber hinaus kann zumindest die Gleitfläche mit einer Überzugsschicht bedeckt werden.
Wie oben beschrieben, nimmt das halbe Drucklager für die Kurbelwelle die Axialkraft der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abdeckelement teilweise in der Umfangsendfläche vorgesehen, d.h. die Übergangsfläche der Stützmetallschicht wird mit dem Abdeckelement aus dem gleichen Material wie eine Lagerlegierungsschicht bedeckt. Daher wird auf der Seite der Axialdruckentlastungsfläche der Umfangsendfläche des halben Drucklagers das aus der Lagerlegierung hergestellte Abdeckelement zunächst stoßweise belastet und elastisch verformt, so dass die auf die Stützmetallschicht wirkende Last verringert wird. Andererseits liegt auf einer hinteren Oberflächenseite (einer Seite, die der Axialdruckentlastungsfläche gegenüberliegt) der Umfangsendfläche des halben Drucklagers die freiliegende Endfläche der Stützmetallschicht, die weniger leicht elastisch verformt wird als das Abdeckelement, frei, so dass die Stoßbelastung hauptsächlich auf den Bereich (d.h. die freiliegende Endfläche der Stützmetallschicht) der Umfangsendfläche wirkt, der vom Abdeckelement entfernt liegt.
Daher wird die Stoßbelastung nicht leicht auf die Lagerlegierungsschicht unterhalb der Gleitfläche neben der Axialdruckentlastungsfläche oder der Axialdruckentlastung übertragen, so dass in diesen Bereichen eine Ermüdung der Lagerlegierungsschicht nicht leicht auftritt.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Lagervorrichtung;
2 ist eine Frontansicht der Lagervorrichtung;
3 ist ein Schnitt durch die Lagervorrichtung;
4 ist eine Frontansicht eines halben Drucklagers der Ausführungsform 1;
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht, in der die Umgebung eines Umfangsendes des halben Drucklagers der Ausführungsform 1 von innen gesehen wird (eine Richtung des Pfeils YI in 4);
6 ist ein Schnitt durch die Umgebung des Umfangsendes in axialer Richtung, wie in 5 dargestellt;
7 ist ein Schnitt durch ein halbes Drucklager, bei dem eine Überzugsschicht auf einer Lagerlegierungsschicht gebildet ist;
8 ist eine Frontansicht eines halben Drucklagers der Ausführungsform 2;
9 ist eine vergrößerte Seitenansicht, in der die Umgebung eines Umfangsendes des halben Drucklagers der Ausführungsform 2 von innen gesehen wird;
10 ist eine vergrößerte Seitenansicht, in der die Umgebung eines Umfangsendes eines halben Drucklagers der Ausführungsform 3 von innen gesehen wird;
11 ist eine Frontansicht eines Halblagers; und
12 ist eine Ansicht von unten, in der die in 11 dargestellte Lagerhälfte von einer radial inneren Seite aus gesehen wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
[Ausführungsform 1]
(Gesamtkonfiguration der Lagervorrichtung)
Zunächst wird eine Gesamtkonfiguration einer Lagervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 1 unter Verwendung der 1 bis 3 beschrieben. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, wird in einem Lagergehäuse 4, das durch Anbringen eines Lagerdeckels 3 an einem Bodenteil eines Zylinderblocks 2 gebildet ist, eine Lagerbohrung (Haltebohrung) 5 gebildet, die eine kreisförmige, zwischen den beiden Seitenflächen durchgehende Bohrung ist, und an den Umfangskanten der Lagerbohrung 5 sind an den Seitenflächen Lagersitze 6, 6 ausgebildet, die ringförmige Vertiefungen sind. Halbe Lager 7, 7, die einen Zapfenteil 11 einer Kurbelwelle drehbar lagern, werden zu einer zylindrischen Form zusammengesetzt und dann in die Lagerbohrung 5 eingepasst. Halbe Drucklager 8, 8, die über einen Druckring 12 der Kurbelwelle die Axialkraft f (siehe 3) aufnehmen, werden zu einer Ringform zusammengesetzt und dann in die Lagersitze 6, 6 eingepasst.
Wie in 2 dargestellt, ist auf der inneren Umfangsfläche des Halblagers 7 auf der Seite des Zylinderblocks 2 (Oberseite) der ein Hauptlager konfigurierenden Halblager 7 eine Schmierölnut 71 gebildet und in der Schmierölnut 71 ist eine bis zu einer äußeren Umfangsfläche reichende Durchgangsbohrung 72 gebildet (siehe auch 11 und 12). Es ist zu beachten, dass die Schmierölnuten 71 auch sowohl in der oberen als auch der unteren Lagerhälfte ausgebildet sein können.
Darüber hinaus werden in jedem der Halblager 7 an beiden Umfangsenden davon Anstoßaussparungen 73, 73 gebildet, die an die Anschlagflächen der Halblager 7 angrenzen (siehe 2, 11 und 12). Die Anstoßaussparung 73 ist ein Bereich mit abnehmender Wanddicke, der so geformt ist, dass die Wanddicke eines Bereichs, der an das Umfangsende der Lagerhälfte 7 angrenzt, zum Umfangsende hin allmählich kleiner wird. Die Anstoßaussparung 73 wird mit der Absicht gebildet, Ausrichtungsfehler und Verformungen der Stoßflächen beim Zusammensetzen des Paares der Lagerhälften 7, 7 auszugleichen.
(Konfiguration des halben Drucklagers)
Als nächstes wird die Konfiguration des halben Drucklagers 8 der Ausführungsform 1 mit Hilfe der 2 bis 5 beschrieben. Das halbe Drucklager 8 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Gleitfläche 81 (Lagerfläche), die in einem zentralen Umfangsbereich ausgebildet ist und die Axialkraft f aufnimmt, sowie Axialdruckentlastungen 82, 82, die in den an die beiden Umfangsendflächen 83, 83 angrenzenden Bereichen ausgebildet sind. Die Axialdruckentlastung 82 hat eine flache Axialdruckentlastungsfläche (Ebene) 82s. Zwei Ölnuten 81a, 81a sind auf der Gleitfläche 81 zwischen den Axialdruckentlastungen 82, 82 auf beiden Seiten ausgebildet, um die Ölrückhalteleistung für das Schmieröl zu verbessern.
Die Axialdruckentlastung 82 ist ein Bereich mit abnehmender Wandstärke des halben Drucklagers 8, der auf der Seite der Gleitfläche 81 in einem Bereich neben jeder Umfangsendfläche 83 so ausgebildet ist, dass eine Wandstärke T des halben Drucklagers 8 zur Umfangsendfläche 83 hin allmählich kleiner wird, und erstreckt sich über die gesamte radiale Länge des halben Drucklagers 8. Die Axialdruckentlastung 82 wird gebildet, um Ausrichtungsfehler der Umfangsendflächen 83, 83 des Paares der halben Drucklager 8, 8, die sich aus Ausrichtungsfehlern oder ähnlichem ergeben, zu erleichtern, wenn die halben Drucklager 8 in dem geteilten Lagergehäuse 4 zusammengesetzt werden.
Wie in 4 dargestellt, hat die Axialdruckentlastung 82 der vorliegenden Ausführungsform eine konstante Axialdruckentlastungslänge L1 zwischen einem radial inneren Ende und einem radial äußeren Ende des halben Drucklagers 8. Insbesondere bei der Verwendung in einer Kurbelwelle (von der ein Zapfenteil einen Durchmesser von etwa 30 bis 100 mm hat) eines kleinen Verbrennungsmotors eines Automobils oder dergleichen wird die Länge L1 der Axialdruckentlastung 82, gemessen von der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8, auf 3 bis 25 mm eingestellt.
Hier wird die Axialdruckentlastungslänge L1 der Axialdruckentlastung 82 als eine Länge definiert, die in einer senkrechten Richtung von einer Ebene (Drucklager-Spaltebene HP) aus gemessen wird, die die beiden Umfangsendflächen 83 des halben Drucklagers 8 einschließt. Insbesondere ist die Axialdruckentlastungslänge L1 an einem radial inneren Ende des halben Drucklagers 8 definiert als eine Länge in einer senkrechten Richtung von der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 bis zu einem Punkt, an dem sich die Axialdruckentlastungsfläche 82s mit einer inneren Umfangskante der Gleitfläche 81 schneidet.
Darüber hinaus ist die Axialdruckentlastung 82 des halben Drucklagers 8 so ausgebildet, dass sie in der Umfangsendfläche 83 eine axiale Tiefe RD1 aufweist, die zwischen dem radial inneren Ende und dem radial äußeren Ende des halben Drucklagers 8 konstant ist. Die axiale Tiefe RD1 der Axialdruckentlastung 82 kann auf 0,1 bis 1 mm eingestellt werden.
Hier bedeutet die axiale Tiefe der Axialdruckentlastung 82 einen axialen Abstand von einer Ebene, die die Gleitfläche 81 des halben Drucklagers 8 einschließt, zur Axialdruckentlastungsfläche 82s. Mit anderen Worten, die axiale Tiefe der Axialdruckentlastung 82 ist ein Abstand, der senkrecht von einer imaginären Gleitfläche, die eine Verlängerung der Gleitfläche 81 über der Axialdruckentlastung 82 ist, bis zur Axialdruckentlastungsfläche 82s gemessen wird. Daher ist die axiale Tiefe RD1 der Axialdruckentlastung 82 in der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 definiert als ein Abstand von der gedachten Gleitfläche, die die Verlängerung der Gleitfläche 81 ist, bis zu einem Schnittpunkt der Axialdruckentlastungfläche 82s und der Umfangsendfläche 83.
Das halbe Drucklager 8 wird zu einer halbringförmigen, flachen Platte geformt, und zwar mit Hilfe eines Bimetalls, wobei eine dünne Lagerlegierungsschicht 85 mit einer Stützmetallschicht 84 aus einer Fe-Legierung verbunden ist (siehe auch 6). Eine Cu-Lagerlegierung, eine Al-Lagerlegierung oder ähnliches kann als Lagerlegierungsschicht 85 verwendet werden, die die Gleitfläche 81 definiert, während Stahl, Edelstahl oder ähnliches als Fe-Legierung der Stützmetallschicht 84 verwendet werden kann. Die Lagerlegierungsschicht 85 ist in der Härte niedriger (nämlich weicher) als die Stützmetallschicht 84 aus der Fe-Legierung und ist daher bei äußerer Krafteinwirkung größer im Ausmaß der elastischen Verformung als die Stützmetallschicht 84.
Die Stützmetallschicht 84 umfasst zwei Flächen, d.h. eine erste Fläche 84a, mit der die Lagerlegierungsschicht 85 verbunden ist, und eine zweite Fläche 84b parallel zur ersten Fläche 84a, die eine Rückseitenfläche des halben Drucklagers 8 bildet. Ferner umfasst die Stützmetallschicht 84 eine freiliegende schräge Fläche 84i, die sich von der ersten Fläche 84a aus so geneigt erstreckt, dass sie einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche 82s bildet, eine freiliegende Endfläche 84e angrenzend an die zweiten Fläche 84b, die einen Teil der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 bildet, und eine Übergangsfläche 84t, die zwischen der freiliegenden schrägen Fläche 84i und der freiliegenden Endfläche 84e gebildet ist.
Wie in 6 dargestellt, enthält das halbe Drucklager 8 außerdem ein Abdeckelement 86, das so aufgebracht ist, dass es die Übergangsfläche 84t der Stützmetallschicht 84 abdeckt. Dieses Abdeckelement 86 umfasst eine schräge Abdeckfläche 86i, die sich in derselben Ebene wie die freiliegende schräge Fläche 84i der Stützmetallschicht 84 erstreckt und dadurch einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche 82s bildet, und eine Abdeckendfläche 86e, die sich in derselben Ebene wie die freiliegende Endfläche 84e der Stützmetallschicht 84 erstreckt und dadurch einen Teil der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 bildet. Das Abdeckelement 86 ist aus der gleichen Lagerlegierung wie die Lagerlegierungsschicht 85 gebildet.
Die Lagerlegierungsschicht 85 umfasst eine schräge Lagerlegierungsfläche 85i, die sich von der Gleitfläche 81 aus geneigt erstreckt und dadurch zumindest einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche 82s bildet.
In der Ausführungsform 1 sind die schräge Lagerlegierungsfläche 85i, die freiliegende schräge Fläche 84i und die schräge Abdeckfläche 86i ohne irgendeine Stufe zur Bildung der Axialdruckentlastungsfläche 82s ausgerichtet, und die freiliegende Endfläche 84e und die Abdeckendfläche 86e sind ohne irgendeine Stufe zur Bildung der Umfangsendfläche 83 ausgerichtet.
Es ist zu beachten, dass die Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 z.B. so ausgebildet werden kann, dass die freiliegende Endfläche 84e auf einer angrenzenden Seite der freiliegenden Endfläche 84e zu der Übergangsfläche 84t bezüglich der Abdeckendfläche 86e eben (oder bündig) ist, aber auf einer angrenzenden Seite der freiliegenden Endfläche 84e zu der zweiten Fläche 84b von der ebenen Fläche zurück- oder weggesetzt ist.
Darüber hinaus kann die Form der Axialdruckentlastungsfläche 82s aus der Sicht der tatsächlichen Herstellung eine leicht gebogene Kurve in einem Umfangsabschnitt senkrecht zur Gleitfläche 81 sein.
Genauer gesagt ist die Form des Abdeckelements 86 in einem Abschnitt senkrecht zur Gleitfläche 81 und zur Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 als ein Teil definiert, das eingeschlossen ist von einem Schnittpunkt PI, der sich ergibt bei der Verlängerung der freiliegenden schrägen Fläche 84i und der freiliegenden Endfläche 84e der Stützmetallschicht 84, einem Schnittpunkt P2 der freiliegenden schrägen Fläche 84i und der Übergangsfläche 84t der Stützmetallschicht 84 und einem Schnittpunkt P3 der Übergangsfläche 84t und der freiliegenden Endfläche 84e der Stützmetallschicht 84.
Eine axiale Länge A1 des Abdeckelements 86, die ein Abstand vom Schnittpunkt P1 zum Schnittpunkt P3 ist, beträgt vorzugsweise 0,2 bis 1,5 mm und insbesondere vorzugsweise 10 bis 40 % der Länge A der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8.
Darüber hinaus ist eine Länge (Dicke) A2 des Abdeckelements 86 entlang der schräge Abdeckfläche 86i, die einen Abstand vom Schnittpunkt P1 zum Schnittpunkt P2 darstellt, vorzugsweise 0,2 bis 1 mm.
Es ist zu beachten, dass das Abdeckelement 86 über die gesamte radiale Länge der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 aufgebracht ist.
Ferner beträgt in einem Abschnitt senkrecht zur Gleitfläche 81 und der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 eine Freilagelänge A3 der freiliegenden schrägen Fläche 84i der Stützmetallschicht 84 vorzugsweise 1 bis 10 mm.
Die Übergangsfläche 84t ist in der Ausführungsform 1 als ebene Fläche ausgebildet, kann aber auch als gekrümmte Fläche ausgebildet sein, die zum Abdeckelement 86 hin konvex ist, d.h. eine gekrümmte Fläche mit einem Krümmungsradius mit einem Krümmungsmittelpunkt auf einer dem Abdeckelement 86 gegenüberliegenden Seite. Alternativ kann die Übergangsfläche 84t aus einer Vielzahl von Ebenen oder einer diskontinuierlichen Oberfläche gebildet werden, so dass sie eine konvexe Form zum Abdeckelement 86 als Ganzes aufweist.
Darüber hinaus kann eine Ecke zwischen der Axialdruckentlastungsfläche 82s und der Umfangsendfläche 83 in eine runde Form (R-Form) gebracht werden.
Es ist zu beachten, dass, wie in 7 dargestellt, auf der Gleitfläche 81 der Lagerlegierungsschicht 85 in einem axialen Abschnitt des halben Drucklagers 8 eine Überzugsschicht 87 gebildet werden kann. Als Überzugsschicht 87 kann ein Metall oder eine Legierung wie Sn, eine Sn-Legierung, Bi, eine Bi-Legierung, Pb oder eine Pb-Legierung oder ein Harzgleitmaterial verwendet werden. Das Harzgleitmaterial wird aus einem Harzbindemittel und einem festen Schmiermittel gebildet. Obwohl ein bekanntes Harz als Harzbindemittel verwendet werden kann, ist es vorzuziehen, eine oder mehrere Arten zu verwenden, die aus der Gruppe bestehend aus hoch hitzebeständigem Polyamid-Imid, Polyimid und Polybenzimidazol ausgewählt werden. Es ist auch möglich, als Harzbindemittel eine Harzzusammensetzung zu verwenden, in der ein hoch hitzebeständiges Harz, das eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid-Imid, Polyimid und Polybenzimidazol, enthält, mit 1 bis 25 Volumenprozent Harz, das eine oder mehrere Arten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Epoxid und Polyethersulfon, enthält, oder einer polymerlegierten Harzzusammensetzung gemischt wird. Als Festschmierstoff können Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Graphit, Polytetrafluorethylen, Bornitrid oder ähnliches verwendet werden. Das Zugabeverhältnis eines Festschmierstoffs zum Harzgleitmaterial beträgt vorzugsweise 20 bis 80 Volumenprozent. Um die Verschleißfestigkeit des Harzgleitmaterials zu erhöhen, können außerdem 0,1 bis 10 Volumenprozent harte Partikel aus Keramik, einer intermetallischen Verbindung oder ähnlichem im Harzgleitmaterial enthalten sein.
Die Überzugsschicht 87 kann nicht nur auf die Gleitfläche 81 der Lagerlegierungsschicht 85, die die axiale Kraft f der Kurbelwelle aufnimmt, sondern auch auf die Axialdruckentlastungsfläche 82s, eine Oberfläche der Ölnut 81a, eine Oberfläche des Außendurchmessers, eine Oberfläche des Innendurchmessers, eine Rückseitenfläche, eine Umfangsendfläche und ähnliches des halben Drucklagers 8 aufgebracht werden. Die Dicke der Überzugsschicht 87 beträgt 0,5 bis 20 µm, vorzugsweise 1 bis 10 µm.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Beschreibung die Gleitfläche 81, die Axialdruckentlastungsfläche 82s, die Rückseitenfläche 84b und die Umfangsendfläche 83 als Oberflächen definiert sind, wenn die Überzugsschicht 87 nicht gegeben ist.
(Wirkungen gemäß Ausführungsform 1)
Wie oben beschrieben, kollidiert im Wesentlichen gleichzeitig mit der Ausübung der Axialkraft f von der Kurbelwelle auf die Gleitfläche 81 des halben Drucklagers 8 die Umfangsendfläche 83 des einen halben Drucklagers 8 mit der Umfangsendfläche 83 des anderen halben Drucklagers 8, so dass eine Stoßbelastung jeweils auf die Nähe der Umfangsendflächen 83 der halben Drucklager 8 ausgeübt wird. Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu der Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Lagersitz 6, der eine ringförmige Vertiefung am Umfangsrand der Lagerbohrung 5 ist, nur an der Seitenfläche des Zylinderblocks 2 des Lagergehäuses 4 gebildet wird, die durch die Befestigung des Lagerdeckels 3 am unteren Teil des Zylinderblocks 2 gebildet wird, wie in 1 dargestellt, und daher ein einzelnes halbes Drucklager auf einer Seitenfläche des Lagergehäuses 4 angeordnet ist, die Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 mit einer Endfläche (Spaltfläche) des Lagerdeckels 3 kollidiert, und dadurch die Stoßbelastung in der Nähe der Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 aufgebracht wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch das Abdeckelement 86 aus der gleichen Lagerlegierung wie die Lagerlegierungsschicht 85 auf einer Seite der Umfangsendfläche 83 an die Axialdruckentlastung 82 angrenzend ausgebildet, so dass dieses Element die Stoßbelastung erhält und somit elastisch verformt wird. Dementsprechend wird die Belastung, die auf einen Bereich der Stützmetallschicht 84 angrenzend an die Lagerlegierungsschicht 85 ausgeübt wird, in der Umfangsendfläche 83 verringert. Andererseits ist auf einer hinteren Oberflächenseite (einer Seite, die von der Axialdruckentlastung 82 entfernt ist) der Umfangsendfläche 83 die freiliegende Fläche 84e der Stützmetallschicht 84, die weniger leicht elastisch verformbar ist als das Abdeckelement 86, freigelegt, so dass die Stoßbelastung hauptsächlich auf einen Bereich der Stützmetallschicht 84 wirkt, der von der Axialdruckentlastungsfläche 82s entfernt ist. Darüber hinaus ist auf der Axialdruckentlastungsfläche 82s die freiliegende schräge Fläche 84i der Stützmetallschicht 84 neben dem Abdeckelement 86 ausgebildet und daher befindet sich das Abdeckelement 86 entfernt von der schrägen Lagerlegierungsfläche 85i (d.h. der Lagerlegierungsschicht 85). So wird die Stoßbelastung in einem Bereich der Axialdruckentlastung 82 und einem Bereich der Gleitfläche 81, der an die Axialdruckentlastung 82 angrenzt, nicht leicht auf die Lagerlegierungsschicht 85 übertragen, so dass in diesen Bereichen eine Ermüdung der Lagerlegierungsschicht 85 nicht leicht auftritt.
Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Abdeckelement 86 auf der gesamten (ganzflächigen) Umfangsendfläche 83 des halben Drucklagers 8 ausgebildet wird, die Stoßbelastung im Bereich der Umfangsendfläche unabhängig von der Position in einer Dickenrichtung (Axialrichtung) derselben gleichmäßig auf die Stützmetallschicht übertragen wird, wie bei einem herkömmlichen halben Drucklager, so dass sich die Stoßbelastung auch auf die Stützmetallschicht im Bereich der Axialdruckentlastung und im Bereich der an die Axialdruckentlastung angrenzenden Gleitfläche ausbreitet, wodurch die Ermüdung in der daran angrenzenden Lagerlegierungsschicht leicht auftreten kann.
Auch wenn die axiale Länge A1 des Abdeckelements 86 zu groß ist, wird der Anteil der Oberfläche (freiliegende Endfläche 84e) der Stützmetallschicht, die hauptsächlich die Stoßbelastung in der Umfangsendfläche 83 trägt, gering, so dass auch auf die Oberfläche (Abdeckendfläche 86e) des Abdeckelements 86 eine große Stoßbelastung ausgeübt wird. Da die große Stoßbelastung auf diese Weise auf die Oberfläche des Abdeckelements 86 aufgebracht wird, tritt die Ermüdung leicht in der Lagerlegierung des Abdeckelements auf.
Wenn die axiale Länge A1 und/oder die Dicke A2 des Abdeckelements 86 zu klein sind, wird die elastische Verformung der Lagerlegierung zur Verringerung der Stoßbelastung gering, so dass die Verringerung der Stoßbelastung nicht ausreicht. Daher wird eine große Stoßbelastung auf die Stützmetallschicht 84 im Bereich der Axialdruckentlastung 82 und im Bereich der an die Axialdruckentlastung 82 angrenzenden Gleitfläche 81 übertragen, und in der Lagerlegierungsschicht 85 tritt leicht Ermüdung auf.
Wenn während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eine Durchbiegung der Kurbelwelle auftritt, kann ein Druckring 12 der Kurbelwelle mit der Axialdruckentlastungsfläche 82s in Kontakt kommen. Dementsprechend werden bei einer zu großen Freilauflänge A3 der freiliegenden schrägen Fläche 84i in der Axialdruckentlastungsfläche 82s die freiliegende schräge Fläche 84i und der Druckring 12 der Kurbelwelle leicht miteinander in Kontakt gebracht, und es besteht die Möglichkeit, dass ein Festfressen auftritt.
Im Gegensatz dazu besteht bei einer zu geringen Freilauflänge A3 der freiliegenden schrägen Fläche 84i die Möglichkeit, dass die vom Abdeckelement 86 aufgenommene Stoßbelastung im Bereich der Axialdruckentlastung 82 und dem an die Axialdruckentlastung 82 angrenzenden Bereich der Gleitfläche 81 auf die Stützmetallschicht 84 übertragen wird.
(Abmessungen der Lagerlegierungsschicht und der Stützmetallschicht)
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht, in der die Umgebung eines Umfangsendes des halben Drucklagers in der Ausführungsform 1 von innen gesehen wird (eine Richtung des Pfeils YI in 4). 6 ist ein Schnitt in axialer Richtung, der die Umgebung des in 5 dargestellten Umfangsendes zeigt.
Bei der Verwendung in einer Kurbelwelle (von der ein Zapfenteil einen Durchmesser von etwa 30 bis 100 mm hat) eines kleinen Verbrennungsmotors eines Automobils oder ähnlichem beträgt die Dicke T des halben Drucklagers 8 1,5 bis 3,5 mm, die Dicke TA der Lagerlegierungsschicht 85 0,1 bis 0,7 mm und die Dicke TB der Stützmetallschicht 84 1,1 bis 3,2 mm, und zwar in einem Bereich, in dem die Gleitfläche 81 gebildet ist. In dem Bereich, in dem die Gleitfläche 81 gebildet ist, sind die Dicke TA der Lagerlegierungsschicht 85 und die Dicke TB der Stützmetallschicht 84 vorzugsweise konstant.
Darüber hinaus ist die Axialdruckentlastung 82 des halben Drucklagers 8 so ausgebildet, dass die Wandstärke des halben Drucklagers 8 hin zu der Umfangsendfläche 83 allmählich kleiner wird. Eine axiale Länge A des halben Drucklagers 8 in der Umfangsendfläche 83, d.h. ein axialer Abstand A vom Schnittpunkt P1, der sich bei der Verlängerung der freiliegenden schrägen Fläche 84i und der freiliegenden Endfläche 84e der Stützmetallschicht 84 ergibt, zur zweiten Fläche 84b beträgt 0,6 bis 2,7 mm.
(Herstellung des halben Drucklagers)
Das halbe Drucklager 8 der vorliegenden Ausführungsform wird geformt durch Schneiden eines planaren mehrschichtigen Gleitmaterials, das aus der Stützmetallschicht 84 und der Lagerlegierungsschicht 85 besteht, zu einer halbringförmige Form, und zwar mit Hilfe eines Paars aus Patrize und Matrize und einer Pressmaschine. Im Allgemeinen wurde der Abstand zwischen den Schneidabschnitten des Matrizenpaares eng gestaltet, um die durch den Schnitt entstehenden Grate zu reduzieren. Bei der Herstellung des halben Drucklagers 8 der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Schneidabschnitten an einer inneren Umfangsfläche und einer äußeren Umfangsfläche mit halbringförmiger Form zwar wie bei der herkömmlichen Herstellung eng, der Abstand am Umfangsende ist jedoch größer als bei der herkömmlichen Herstellung. Folglich wird beim Pressformen die Lagerlegierungsschicht 85 auf der Stützmetallschicht 84 in der Umgebung der Umfangsendfläche 83 beim plastischen Fließen im Zwischenraum so geschnitten, dass sie die Seitenfläche (Umfangsendfläche 83) der Stützmetallschicht 84 bedeckt, und sie haftet dann an einem Teil der Umfangsendfläche 83. Weiterhin werden durch die Bildung der Axialdruckentlastungsfläche 82s durch den Schneidvorgang die freiliegende schräge Fläche 84i und die Übergangsfläche 84t der Stützmetallschicht 84 sowie das aus einer Lagerlegierung hergestellte Abdeckelement 86 auf der Übergangsfläche 84t aufgebracht.
Es ist zu beachten dass, obwohl die Lagervorrichtung 1 des Typs, in dem das Halblager 7 und das halbe Drucklager 8 getrennt sind, in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden ist, die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt und auch auf die Lagervorrichtung 1 des Typs anwendbar, in dem das Halblager 7 und das halbe Drucklager 8 integriert sind.
Während Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben wurde, ist eine bestimmte Konfiguration nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und Grade von Änderungen der Konstruktion, die nicht vom Geist der vorliegenden Erfindung abweichen, fallen unter die vorliegende Erfindung.
[Ausführungsform 2]
Wie in 8 und 9 dargestellt, kann die vorliegende Erfindung beispielsweise auch angewendet werden auf ein halbes Drucklager 8' mit einem Vorsprung 8p, der in einem mittleren Umfangsbereich davon zu einer radial äußeren Seite hin vorsteht, und zwar zum Zwecke der Positionierung und Verdrehsicherung. Eine Umfangslänge dieses halben Drucklagers 8' kann um eine vorbestimmte Länge S 1 kürzer sein als das in der Ausführungsform 1 dargestellte halbe Drucklager 8. Darüber hinaus kann das halbe Drucklager 8' geschnitten sein, um eine Bogenform mit einem Radius R in der inneren Umfangsfläche in der Nähe der Umfangsendfläche 83 aufzuweisen. Ebenso ist es möglich, an einer radial äußeren Kante oder einer radial inneren Kante auf der Seite der Gleitfläche 81 des halben Drucklagers 8' eine in Umfangsrichtung verlaufende Fase zu bilden.
[Ausführungsform 3]
Wie in 10 dargestellt, kann ein halbes Drucklager 8" gemäß Ausführungsform 3 eine Rückseitenentlastung 89 haben, die eine Form hat, die der der Axialdruckentlastung 82 angrenzend an beide Umfangsenden einer Rückseitenfläche (einer zweiten Fläche einer Stützmetallschicht) auf einer der Gleitfläche 81 gegenüberliegenden Seite ähnelt. In diesem Fall wird die Dicke der Stützmetallschicht 84 als eine von der zweiten Fläche aus gemessene Dicke definiert, falls die Rückseitenentlastung 89 nicht gebildet ist.
Alternativ kann die Rückseitenentlastung 89 so konfiguriert sein, dass sie eine Ebene parallel zur Gleitfläche 81 hat.
Es ist zu beachten, dass, wie in 10 dargestellt, eine Entlastungslänge L3 der Rückseitenentlastung 89 größer ist als die oben beschriebene Axialdruckentlastungslänge L1 der Axialdruckentlastung 82, aber nicht darauf beschränkt ist, und gleich der Axialdruckentlastungslänge L1 sein oder kleiner als die Axialdruckentlastungslänge L1 sein kann.
Darüber hinaus werden zwar vier halbe Drucklager 8 in der Lagervorrichtung 1 in der Ausführungsform 1 verwendet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und gewünschte vorteilhafte Effekte können durch die Verwendung von mindestens einem halben Drucklager 8 gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Darüber hinaus können das halbe Drucklager 8 gemäß der vorliegenden Erfindung und ein konventionelles Drucklager miteinander gepaart und somit als ringförmiges Drucklager verwendet werden. Ferner kann in der Lagervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung das halbe Drucklager 8 an einer oder beiden axialen Endflächen des halben Lagers 7, das eine Kurbelwelle drehbar trägt, angeformt sein.
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

JP H11201145 A [0005, 0008]

Claims

Halbringförmiges halbes Drucklager (8) zur Aufnahme einer Axialkraft (f) einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, wobei das halbe Drucklager (8) umfasst: eine Stützmetallschicht (84) aus einer Fe-Legierung, die umfasst: eine erste Fläche (84a) und eine zweite Fläche (84b) parallel zur ersten Fläche (84a), und eine Lagerlegierungsschicht (85), die auf der ersten Fläche (84a) der Stützmetallschicht (84) aufgebracht ist, die eine Gleitfläche (81) des halben Drucklagers (8) definiert, die parallel zur ersten Fläche (84a) ist, wobei das halbe Drucklager (8) ferner umfasst: zwei Axialdruckentlastungen (82, 82), die angrenzend an beide Umfangsendflächen (83, 83) des halben Drucklagers (8) ausgebildet sind, wobei jede Axialdruckentlastung (82) umfasst: eine Axialdruckentlastungsfläche (82s), die so ausgebildet ist, dass eine Wanddicke des halben Drucklagers (8) von der Gleitfläche (81) hin zu der Umfangsendfläche (83) kleiner wird, die Stützmetallschicht (84) umfasst ferner eine freiliegende Endfläche (84e), die mindestens einen Teil der Umfangsendfläche (83) des halben Drucklagers (8) bildet, eine freiliegende schräge Fläche (84i), die sich von der ersten Fläche (84a) aus geneigt erstreckt und mindestens einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche (82s) bildet, und eine Übergangsfläche (84t), die zwischen der freiliegenden Endfläche (84e) und der freiliegenden schrägen Fläche (84i) ausgebildet ist, und die Übergangsfläche (84t) ist mit einem Abdeckelement (86) bedeckt, das aus der gleichen Lagerlegierung wie die Lagerlegierungsschicht (85) hergestellt ist, wobei das Abdeckelement (86) umfasst: eine Abdeckendfläche (86e), die zumindest einen Teil der Umfangsendfläche (83) des halben Drucklagers (8) bildet, und eine schräge Abdeckfläche (86i), die zumindest einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche (82s) bildet.
Halbes Drucklager (8) nach Anspruch 1, wobei eine axiale Länge (AI) der Abdeckendfläche (86e) in der Umfangsendfläche (83) des halben Drucklagers (8) 0,2 bis 1,5 mm beträgt.
Halbes Drucklager (8) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine axiale Tiefe (RD1) der Axialdruckentlastung (82) von der Gleitfläche (81) in der Umfangsendfläche (83) des halben Drucklagers (8) zwischen einem radial inneren Ende und einem radial äußeren Ende des halben Drucklagers (8) konstant ist und 0,1 bis 1 mm beträgt.
Halbes Drucklager (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Länge (L1) der Axialdruckentlastung (82) von der Umfangsendfläche (83) des halben Drucklagers (8) zwischen einem radial inneren Ende und einem radial äußeren Ende des halben Drucklagers (8) konstant ist und 3 bis 25 mm beträgt.
Halbes Drucklager (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens die Gleitfläche (81) mit einer Überzugsschicht (87) bedeckt ist.
Halbes Drucklager (8) nach Anspruch 1, wobei die Lagerlegierungsschicht (85) umfasst: eine schräge Lagerlegierungsfläche (85i), die sich von der Gleitfläche (81) aus geneigt erstreckt und zumindest einen Teil der Axialdruckentlastungsfläche (82s) bildet.
Halbes Drucklager (8) nach Anspruch 6, wobei die schräge Lagerlegierungsfläche (85i), die freiliegende schräge Fläche (84i) und die schräge Abdeckfläche (86i) sich zumindest teilweise in derselben Ebene erstrecken und die freiliegende Endfläche (84e) und die Abdeckendfläche (86e) sich zumindest teilweise in derselben Ebene erstrecken.