DE102022133736A1

DE102022133736A1 - Lageranordnung für eine Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine sowie Kurbelgehäuse mit selbiger

Info

Publication number: DE102022133736A1
Application number: DE102022133736.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Hartmann; Timm Laumann
Original assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2024-06-27
Also published as: WO2024126520A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) für eine Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine (100), wobei die Verbrennungskraftmaschine (100) ein Kurbelgehäuse (1) aufweist, die Nockenwelle (5) ein Nockenwellenzahnrad (9) und ein dem Nockenwellenzahnrad (9) zugeordnetes Wellenende (7) aufweist, und die Lageranordnung (1) ein Axiallager (11) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Nockenwelle (5) auf der Seite des Wellenendes (7) zu lagern. Es wird vorgeschlagen, dass das Axiallager (11) einen sichelförmigen Gleitlagerkörper (13) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Nockenwelle (5) axial zu lagern, und mittels einer Montageschnittstelle (19) an dem Kurbelgehäuse (1) befestigt zu werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine ein Kurbelgehäuse aufweist, die Nockenwelle ein Nockenwellenzahnrad und ein dem Nockenwellenzahnrad zugeordnetes Wellenende aufweist, und die Lageranordnung ein Axiallager aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Nockenwelle auf der Seite des Wellenendes zu lagern.
Lageranordnungen der vorbezeichneten Art sind allgemein bekannt und werden im Motorenbau dazu verwendet, eine laufstabile und positionsgenaue Anordnung der Nockenwelle im Kurbelgehäuse sicherzustellen. Da über die Nockenwelle die zeitliche Abfolge der Zündpunkte des Motors kontrolliert wird, sind ein sauberer Lauf und eine möglichst hohe Ausfallsicherheit von hoher Bedeutung.
Während die bekannten Lageranordnungen allgemein zufriedenstellend ihre Lageraufgabe wahrnehmen, so besteht doch ein Wunsch danach, die Lageranordnungen hinsichtlich der Kosteneffizienz zu verbessern, ohne die Qualität und Funktionssicherheit der Lageranordnung zu kompromittieren.
Der Erfindung lag dementsprechend die Aufgabe zugrunde, bei einer Lageranordnung der eingangs bezeichneten Art die vorstehend beschriebenen Nachteile möglichst weitgehend abzumildern. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung anzugeben, welche eine vereinfachte Wartung und Montage ermöglicht, ohne die Laufqualität der Nockenwelle zu beeinträchtigen.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe, indem sie eine Lageranordnung gemäß Anspruch 1 vorschlägt. Insbesondere schlägt die Erfindung bei einer Lageranordnung der eingangs bezeichneten Art vor, dass das Axiallager einen sichelförmigen Gleitlagerkörper aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Nockenwelle axial zu lagern und mittels einer Montageschnittstelle an dem Kurbelgehäuse befestigt zu werden.
In einer ersten Weiterbildung weist die Nockenwelle eine Lagernut auf, welche umlaufend in die Nockenwelle eingebracht ist, der sichelförmige Gleitlagerkörper ist dazu eingerichtet, in die Lagernut zur axialen Lagerung der Nockenwelle eingeschoben zu werden, die Nockenwelle im eingeschobenen Zustand axial zu lagern und im eingeschobenen Zustand mittels der Montageschnittstelle an dem Kurbelgehäuse befestigt zu werden.
Alternativ schlägt die Erfindung vor, dass nicht die Nockenwelle, sondern der Gleitlagerkörper die Lagernut aufweist und dazu eingerichtet ist, zur axialen Lagerung der Nockenwelle auf eine korrespondierende Schulter der Nockenwelle aufgeschoben zu werden, die Nockenwelle im aufgeschobenen Zustand axial zu lagern und im aufgeschobenen Zustand mittels einer Montageschnittstelle an dem Kurbelgehäuse befestigt zu werden. Die nachfolgenden Betrachtungen und bevorzugten Ausführungsformen gelten entsprechend auch für diese Alternative.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass konventionelle Axiallagerungen aufgrund ihrer im Vergleich zur Wälzlagerung zwar schon reduzierten, aber doch insgesamt immer noch recht hohen Teilezahl einen optimierungsfähigen Montageaufwand mit sich bringen. In konventionellen Axiallagerungen, bei denen drehende Teile axial an stehenden Teilen gelagert werden sollen, sind die Axiallagerungen als dedizierte Baueinheiten ausgeführt gewesen, bei denen immer ein stehender Teil an einer ersten Komponente angebracht werden musste und ein drehender Teil an der zweiten, sich drehenden Komponente angebracht wurde, wobei diese stehenden und drehenden Bauteile der Axiallagerung jeweils ein- oder mehrteilig ausgeführt waren, und häufig noch weitere, die Gleitfläche oder sonstige Lagerfläche ausbildenden Interaktionselemente aufwiesen.
Die Erfindung löst sich von diesem konventionellen Konzept, indem sie die Axiallagerung aus nur zwei mechanischen Elementen ausbildet, wenn man die Nockenwelle hinzuzählt. Strenggenommen weist die Axiallagerung nur ein einziges Bauelement auf, nämlich den sichelförmigen Gleitlagerkörper, der mit seinen an die Nut angepassten Lagerflächen in die Nut eingreift.
Der Term der Sichelform ist im Zusammenhang mit der Erfindung so zu verstehen, dass der Gleitlagerkörper einen Abschnitt mit im Wesentlichen halbkreisförmigen Verlauf aufweist, der sich der umlaufenden Lagernut anschmiegt, insbesondere eine identische Krümmung aufweist.
Eine Optimierung der Kosteneffizienz ist durch die Teilereduktion bereits erzielt.
Eine weitere Optimierung der Kosteneffizienz wird dadurch erreicht, dass der sichelförmige Gleitlagerkörper seitlich in die Lagernut eingeschoben werden kann, nämlich in einer radialen oder radial/tangentialen Bewegung. Dies erlaubt es, Nockenwelle und Kurbelgehäuse zu montieren und in die vorbestimmte Position im Kurbelgehäuse einzuschieben. Sobald die Lagernut näherungsweise in der designierten Montageposition angeordnet ist, kann der Gleitlagerkörper durch Einschieben in die Lagernut mit der Nockenwelle in Eingriff gebracht werden. Da die Nockenwelle in axialer Richtung zu diesem Zeitpunkt immer noch beweglich ist, kann sodann eine Montage der gebildeten Einheit aus Nockenwelle und Gleitlagerkörper in einem einzigen Arbeitsschritt vorgenommen werden, indem der Gleitlagerkörper mit der Montageschnittstelle am Kurbelgehäuse befestigt wird.
Hierdurch wird auch die Montage beschleunigt und vereinfacht, was eine weitere Steigerung der Kosteneffizienz mit sich bringt. Zugleich bleibt der Gleitlagerkörper auch für Wartungsarbeiten besser zugänglich.
Sofern im Zusammenhang mit der Erfindung von einer axialen Richtung gesprochen wird, so ist hierunter die Richtung der Rotationsachse der Nockenwelle zu verstehen. Gleichermaßen ist unter einer radialen oder tangentialen Bewegung immer eine Bewegung relativ zu der Rotationsachse der Nockenwelle zu verstehen.
Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet, indem die Montageschnittstelle eine Kontaktfläche aufweist, wobei das Kurbelgehäuse eine korrespondierende Kontaktfläche aufweist, die vorzugsweise an einer Wand des Kurbelgehäuses angeordnet ist.
In bevorzugten Ausführungsformen wird als Kurbelgehäusewand eine Seitenwand, Stirnwand oder sonstige Trennwand im Kurbelgehäuse verwendet. Die Wand kann Teilvolumina des Kurbelgehäuses oder das ganze Kurbelgehäuse vollständig verschließen, oder auch nur Teilbereiche des Kurbelgehäuses. Alternativ zu einer Wand können auch andere, dem Kurbelgehäuse Steifigkeit verleihende Strukturen wie Streben oder Stege zum Halten der Nockenwelle allgemein, und der Axiallagerung insbesondere, verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gleitlagerkörper dazu eingerichtet, mit dem Kurbelgehäuse axial verschraubt zu werden. Die Position des Gleitlagerkörpers am Kurbelgehäuse lässt sich über mechanische Bearbeitung der Kontaktflächen der Montageschnittstelle und des Kurbelgehäuses sehr präzise definieren. Es wird hierdurch das Aufbauen längerer Toleranzketten vermieden, wie sie bei konventionellen Axiallagerungen unvermeidlich sind. Die axiale Verschraubung des Gleitlagerkörpers am Kurbelgehäuse erleichtert auch die Montage der Baueinheit aus Nockenwelle und Gleitlagerkörper.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Montageschnittstelle am Gleitlagerkörper eine Anzahl von Durchgangsbohrungen in einem vorbestimmten Muster auf, die sich in axialer Richtung von einer der Kontaktfläche abgewandten ersten Seite zu einer der Kontaktfläche zugewandten zweiten Seite des Gleitlagerkörpers hindurch erstrecken, und wobei das Kurbelgehäuse in demselben Muster eine Anzahl Gewindebohrungen aufweist.
Es kann vorteilhaft sein, die Rundbohrungen, welche das Muster definieren, am Gleitlagerkörper und am Kurbelgehäuse in einem einzigen Arbeitsgang einzubringen. In bevorzugten Ausgestaltungen liegen die Bohrungen des Musters, also die Durchgangsbohrungen am Gleitlagerkörper und die Gewindebohrungen am Kurbelgehäuse, auf einem gemeinsamen Teilkreis um die Nockenwellenachse herum.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Gleitlagerkörper im Bereich der Montageschnittstelle eine erhöhte Materialstärke in axialer Richtung auf, vorzugsweise ausgebildet als Vorsprung an der ersten Seite. Die Bereiche erhöhter Materialstärke bewirken vorteilhaft eine Erhöhung der Klemmlänge für die Schraubverbindung. Die Materialverstärkungen können integral am Gleitlagerkörper ausgebildet sein, wenn dieser beispielsweise ein Gussteil ist, sie können alternativ aber auch zusätzlich am Gleitlagerkörper vorgesehen werden, beispielsweise mittels Scheiben oder Hülsen, die an dem Gleitlagerkörper angeordnet werden oder fest mit diesem verbunden werden.
Der Gleitlagerkörper kann in einer bevorzugten Variante als Gussteil bereitgestellt werden, oder in einer weiteren bevorzugten Variante als Blechteil, in beiden Varianten ist eine präzise Formgestaltung und Bearbeitung der relevanten Kontaktflächen und Lagerflächen auch in hoher Stückzahl möglich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Gleitlagerkörper eine erste Lagerfläche und eine der ersten Lagerfläche gegenüberliegende zweite Lagerfläche auf, die Lagernut weist zwei gegenüberliegende Nutflanken auf, und die Lagerflächen sind jeweils im eingeschobenen Zustand des Gleitlagerkörpers einer der Nutflanken zugewandt. Die Nutflanken und die Gleitlagerflächen sind vorzugsweise parallel zueinander ausgebildet. Es bildet jeweils eine Lagerfläche des Gleitlagerkörpers und eine ihm zugewandte Nutflanke eine Gleitlager-Flächenpaarung.
Der (erste) axiale Abstand zwischen den gegenüberliegenden Nutflanken ist in einer bevorzugten Ausführungsform größer als der (zweite) axiale Abstand zwischen den gegenüberliegenden Lagerflächen des Gleitlagerkörpers, wobei der erste axiale Abstand vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis 0,5 mm größer ist als der zweite Abstand, sodass sich im eingeschobenen Zustand zwischen den Lagerflächen und den Nutflanken jeweils ein axialer Lagerspalt ausbilden kann. Weiter vorzugsweise beträgt der axiale Lagerspalt zu beiden Seiten der Lagerflächen jeweils 0,025 mm bis 0,4 mm oder mehr, besonders bevorzugt 0,05 mm bis 0,2 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Axiallagerung eine fluidgeschmierte Axiallagerung, und der Gleitlagerkörper weist einen Fluidkanal auf, der fluidleitend mit einer Schmiermittelversorgung verbindbar ist, wobei der Fluidkanal für jede Lagerfläche mindestens einen Auslass aufweist, der in der Lagerfläche mündet. Das Ausbringen von Schmiermittel auf beide Lagerflächen mittels des Fluidkanals hat den Vorteil, dass sich auf beiden Seiten des Gleitlagerkörpers an der jeweiligen Nutflanke ein Fluidfilm ausbilden kann, der zugleich eine hydrodynamische Zentrierung des Gleitlagerkörpers im durch die Nutflanken gebildeten Lagerspalt begünstigt oder herbeiführt. Es wird besonders bevorzugt, wenn die Auslässe des Fluidkanals jeweils symmetrisch, besonders bevorzugt fluchtend miteinander, zu den gegenüberliegenden Seiten des Gleitlagerkörpers hin ausgerichtet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Gleitlagerkörper bezogen auf einen Betriebsdrehsinn der Nockenwelle in Umfangsrichtung eine Einlassseite und eine Auslassseite auf. Unter Betriebsdrehsinn wird im Zusammenhang mit der Erfindung derjenige Drehsinn verstanden, in dem sich die Nockenwelle in einem Normalbetrieb des Motors den überwiegenden Teil der Betriebszeit dreht.
Die Auslässe des Fluidkanals sind vorzugsweise näher an der Einlassseite als an der Auslassseite positioniert. Dies ist vorteilhaft für die Schmiermittelverteilung entlang der Lagerspalte.
Wie vorstehend bereits angedeutet sind in einer bevorzugten Ausführungsform die Auslässe des Fluidkanals vorzugsweise koaxial zueinander ausgerichtet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Lagerflächen an ihrem einlaufseitigen Ende eine Stirnseite in Umfangsrichtung auf, an der jeweils eine Fase ausgebildet ist, wobei die Fase vorzugsweise einen Winkel von 2° bis 10° aufweist, besonders bevorzugt von 4° bis 6°, sodass der Gleitlagerkörper an dem einlaufseitigen Ende keilförmig verjüngt ist. Die durch die Fasen herbeigefügte keilförmige Verjüngung hat zum einen den Vorteil, dass die Montage, also das Einschieben, des Gleitlagerkörpers in die Lagernut deutlich vereinfacht wird. Zum anderen leistet die keilförmige Verjüngung einen Beitrag dazu, dass im laufenden Betrieb, also bei rotierender Nockenwelle, Schmiermittel, welches nicht durch den Fluidkanal in den Spalt gebracht wird, sondern welches aufgrund der rotierenden Teile im Motorengehäuse aufgewirbelt wird, und welches auf die Einlassseite der Axiallagerung trifft, durch die Rotation der Nockenwelle in den als Trichter wirkenden Keil hineingezogen wird, was die Schmierung der Axiallagerung weiter verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lageranordnung ein Radiallager für die Nockenwelle, insbesondere im Bereich des Wellenendes, wobei das Radiallager die Nockenwelle radial am Kurbelgehäuse lagert. In einer solchen Ausführungsform ist vorzugsweise das Radiallager in einem Lagersitz des Kurbelgehäuses angeordnet, und die Axiallagerung ist in axialer Richtung zwischen dem Radiallager und dem Nockenwellenzahnrad angeordnet.
Das Radiallager ist in einer bevorzugten Ausführungsform in der Wand des Kurbelgehäuses angeordnet, an welcher von einer der axialen Stirnseiten her auch das Axiallager mit seiner Montageschnittstelle angebracht wird. Somit sitzen das Nockenwellenzahnrad und das Axiallager bezogen auf die Wand des Kurbelgehäuses, in der das Radiallager sitzt, vorzugsweise auf derselben Seite, was die Montage wie auch die Wartung weiter vereinfacht. Zum Warten oder Austauschen des Axiallagers muss lediglich das Nockenwellenzahnrad stirnseitig vom Wellenende entfernt werden, und das gesamte Axiallager liegt an der Wand des Kurbelgehäuses frei.
Das Axiallager ist vorzugsweise derart ausgerichtet, dass der Gleitlagerkörper die Nockenwelle untergreift. Mit anderen Worten umschlingt der Gleitlagerkörper die Nockenwelle - bezogen auf die Schwerkraftrichtung in betriebsmäßiger Ausrichtung des Kurbelgehäuses - von unten her. Die Sichelform bewirkt hierbei, dass der Gleitlagerkörper einen Trog bildet. Dies hat den Vorteil, dass sowohl im Betrieb als auch im Stillstand weniger Öl entweicht. Dies hat insbesondere nach Stillstandzeiten den Vorteil, dass eine Notschmierung gewährleistet ist, bis nach Motorstart ein ausreichender Öldruck in der Schmiermittelversorgung der Lageranordnung anliegt, vorzugsweise in einem Zeitraum von 15 bis 20 Sekunden nach Motorstart.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer Lageranordnung in einem ersten Aspekt beschrieben. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Nockenwelle, einem an der Nockenwelle befestigten Nockenwellenzahnrad zum Antrieb der Nockenwelle, und einer Lageranordnung.
Die Erfindung löst gemäß dem zweiten Aspekt die eingangs bezeichnete Aufgabe dadurch, dass die Lageranordnung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ausgebildet ist.
Die Erfindung macht sich bezüglich des zweiten Aspekts dieselben Vorteile zunutze wie die Lageranordnung gemäß dem ersten Aspekt. Bevorzugte Ausführungsformen der Lageranordnung des ersten Aspekts sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Kurbelgehäuses gemäß dem zweiten Aspekt und umgekehrt, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Dadurch, dass in dem erfindungsgemäßen Kurbelgehäuse die Nockenwelle das Nockenwellenzahnrad aufweist und ein dem Nockenwellenzahnrad zugeordnetes Wellenende, und die Lageranordnung das Axiallager aufweist, welches die Nockenwelle auf der Seite des Wellenendes axial lagert, wobei die Nockenwelle die Lagernut aufweist, welche umlaufend in die Nockenwelle eingebracht ist, und das Axiallager den sichelförmigen Gleitlagerkörper aufweist, der in die Lagernut zur axialen Lagerung der Nockenwelle eingeschoben ist, die Nockenwelle axial lagert, und mittels der Montageschnittstelle an dem Kurbelgehäuse befestigt ist, wird eine zuverlässige Lagerung der Nockenwelle erreicht, die im Vergleich zu konventionellen Axiallagerungen deutlich einfacher montier- und wartbar ist, ohne dass Abstriche an der Qualität der axialen Positionierung der Nockenwelle gemacht werden müssen.
Der Gleitlagerkörper muss nicht verpresst werden, sondern kann axial mit dem Kurbelgehäuse verschraubt sein. Der Fluidkanal des Gleitlagerkörpers kann mit geringem Aufwand mit einer Schmiermittelversorgung verbunden sein, wobei der Fluidkanal die Schmierung des Gleitlagers gewährleistet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben.
Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen.
Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

1 eine schematische räumliche Darstellung eines Kurbelgehäuses gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
2 eine teilweise geschnittene schematische Draufsicht des Kurbelgehäuses gemäß 1 aus einer anderen Perspektive,
3 eine teilweise geschnittene schematische Draufsicht des Kurbelgehäuses gemäß 1 und 2 aus einer anderen Perspektive,
4 eine teilweise geschnittene schematische Draufsicht des Kurbelgehäuses gemäß 1 bis 3 aus einer anderen Perspektive,
5 eine Draufsicht auf eine Wand des Kurbelgehäuses gemäß 1 bis 3 mit entferntem Nockenwellenzahnrad, und
6 verschiedene, teilweise geschnittene Detailansichten eines Gleitlagerkörpers für das Kurbelgehäuse der 1 bis 5.

In 1 ist ein Kurbelgehäuse 1 einer Verbrennungskraftmaschine 100 dargestellt. Das Kurbelgehäuse 1 weist eine Wand 3 auf, in der eine Nockenwelle 5 mittels einer Lagerordnung (vgl. 2 bis 6) gelagert ist. Die Nockenwelle 5 weist ein Wellenende 7 auf, an dem ein Nockenwellenzahnrad 9 befestigt ist. Das Nockenwellenzahnrad 9 ist dazu eingerichtet, mittels eines Getriebes angetrieben zu werden und die Nockenwelle 5 in einer Betriebsdrehrichtung B um eine Rotationsachse A zu drehen. Das Kurbelgehäuse 1 kann mit einem oder mehreren Deckeln verschlossen werden, die zum Erläutern der Erfindung hier aber nicht notwendig und daher nicht dargestellt sind.
Zwischen dem Nockenwellenzahnrad 9 und der Wand 3 ist, wie aus den 2 bis 5 ersichtlich, eine Axiallagerung 11 angeordnet. Die Axiallagerung 11 weist einen sichelförmigen Gleitlagerkörper 13 auf. Der Gleitlagerkörper 13 weist einen Lagerabschnitt 15 auf, der in eine Lagernut 17 eingeschoben ist, welche umlaufend an der Nockenwelle 5 vorgesehen ist.
Der Gleitlagerkörper 13 weist ferner eine Montageschnittstelle 19 auf, mittels welcher der Gleitlagerkörper 13 an der Wand 3 befestigt ist.
Die Montage vollzieht sich vorzugsweise derart, dass die Nockenwelle 5 in etwa in ihre designierte Betriebsposition in Richtung der Achse A geschoben wird. Sodann wird, vorzugsweise bei noch nicht montiertem Nockenwellenzahnrad 9, der Gleitlagerkörper 13 seitlich so mit der Nockenwelle 5 in Eingriff gebracht, dass der Lagerabschnitt 15 in die Lagernut 17 eintaucht.
Sodann wird der Gleitlagerkörper 13 mittels der Montageschnittstelle in Anlage mit der Wand 3 gebracht und befestigt, beispielweise axial verschraubt, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierzu weist die Lageranordnung eine Anzahl, insbesondere Mehrzahl, von Schrauben 21 auf, die entlang eines vorbestimmten Musters am Gleitlagerkörper 13 und an der Wand 3 angebracht werden.
Die Wand 3 weist zur Aufnahme des Gleitlagerkörpers 13 korrespondierend zu dessen Montageschnittstelle 19 eine Kontaktfläche 23 auf, die einteilig oder segmentiert in mehrere voneinander beabstandete Teile ausgebildet sein kann. Nach Montage des Gleitlagerkörpers 13 sowie Befestigung an der Wand 3 kann schließlich das Nockenwellenzahnrad 9 in bekannter Weise mit dem Wellenende 7 der Nockenwelle 5 verbunden werden.
Der Eingriff des Gleitlagerkörpers 13 in die Nockenwelle 5, insbesondere in deren Lagernut 17, ist in den 3 und 4 näher dargestellt.
Die Lagernut 17 weist einen Nutgrund 25 auf, sowie eine erste Nutflanke 27 und eine gegenüberliegend angeordnete zweite Nutflanke 29.
Die Nutflanken 27, 29 sind vorzugsweise mit ihrer Flächennormalen axial ausgerichtet und zueinander parallel.
Der Lagerabschnitt 15 weist eine erste Lagerfläche 31 und eine gegenüberliegende zweite Lagerfläche 33 auf. Die erste Lagerfläche 31 ist vorzugsweise der Nutflanke 27 zugewandt, während die zweite Lagerfläche 33 der zweiten Nutflanke 29 zugewandt ist. Die Lagerflächen 31, 33 sind vorzugsweise mit ihrer Flächennormalen axial ausgerichtet und zueinander parallel.
Die Nockenwelle 5 ist mittels einer als Gleitlager ausgebildeten Radiallagerung 34 radial in der Wand 3 des Kurbelgehäuses 1 gelagert, sodass die Axiallagerung 11 benachbart und beabstandet zu der Radiallagerung 35 einerseits und dem Nockenwellenzahnrad 9 andererseits der Nockenwelle 5 wirkt.
Der Sitz der Nockenwelle 5 wird über die Feinbearbeitung der Kontaktfläche 23 der Wand 3 einerseits und die maßhaltige Bearbeitung der Montageschnittstelle 19 sichergestellt. Wie ferner in 4 insbesondere veranschaulicht ist, erstrecken sich die Schrauben 21 axial von einer ersten Seite S1 des Gleitlagerkörpers 13 zu einer zweiten Seite S2 des Gleitlagerkörpers hindurch (vgl. 6).
Die Materialstärke im radial äußeren Bereich des Gleitlagerkörpers 13, also radial außerhalb des Lagerabschnitts 15, weist eine in axialer Richtung erhöhte Materialstärke auf, was zu einer höheren Stabilität des Gleitlagerkörpers 13 und zu einer erhöhten Klemmlänge für die Schrauben 21 führt.
In den 3 und 4 ist ein Querschnitt durch das Kurbelgehäuse 1 entlang der Achse A gezeigt.
Der Bereich der erhöhten Materialstärke erstreckt sich als Vorsprung in Richtung der Achse A an der ersten Seite S1 des Gleitlagerkörpers 13.
In 5 --dies konkret unterteilt in 5a und 5b-- ist der sichelförmige Aufbau des Gleitlagerkörpers 13 veranschaulicht. Der Term der Sichelform beschreibt, dass der Lagerabschnitt 15 einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Verlauf nimmt, um sich bestmöglich in die Lagernut 17 einfügen zu können. Es ist möglich, und in bevorzugten Varianten auch vorgesehen, die Schultern an einer Einlassseite 37 und einer in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Auslassseite 39 noch zu verlängern, der Umschlingungswinkel, den der Lagerabschnitt 15 in der Lagernut 17 um die Nockenwelle 5 herum nimmt, bleibt aber zum Erhalt der Montagefähigkeit auf 180° oder weniger beschränkt.
5a zeigt eine Draufsicht auf den Gleitlagerkörper in der montierten Position an der Wand 3 des Kurbelgehäuses 1 mit ausgeblendetem Nockenwellenzahnrad 9.
Der Gleitlagerkörper 13 ist von der Einlassseite 37 bis zur Auslassseite 39 in Richtung des Betriebsdrehsinns B in etwa halbkreisförmig ausgebildet. Die in den 5a und 5b gezeigte Axiallagerung 11 ist zur Schmiermittelzuführung mit einer Schmiermittelquelle 43 über einen Zufuhrkanal 41 in der Wand 3 des Kurbelgehäuses 1 fluidleitend verbunden.
Die äußere Kontur des Gleitlagerkörpers kann, wie gezeigt, auch im Wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet sein. Die genaue Kontur entlang der Montageschnittstelle 19 mit den Verschraubungen 21 ist allerdings nicht für die Lagerung selbst funktionswesentlich, sondern eher von fertigungsökonomischem Interesse und abhängig von der im Anwendungsfall gewünschten oder erforderlichen Anordnung der Schrauben 21, des Zufuhrkanals 41 etc.
Wie sich aus 5b ergibt, weist der Gleitlagerkörper 13 in seinem dort im Querschnitt dargestellten Inneren einen Fluidkanal 45 auf, durch welchen Schmiermittel in Richtung des Pfeils Pi zur Einlassseite 37 geleitet wird.
An der Einlassseite 37 weist der Gleitlagerkörper 13 zwei Auslässe 47, 49 auf, von denen einer zur ersten Seite S1 und der andere zur zweiten Seite S2 hin in die Lagerflächen 31, 33 mündet, wobei die Auslässe 47, 49 koaxial zueinander symmetrisch ausgerichtet sind.
Durch das symmetrische Einleiten von Schmiermittel durch den Fluidkanal 45 und die Auslässe 47, 49 wird eine hydrodynamische Zentrierung des Gleitlagerkörpers 13 in der Lagernut 17 erreicht, wenn sich die Nockenwelle 5 mit der vorgesehenen Betriebsdrehzahl dreht. Der Fluidkanal 45 kann, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel, als Kombination fluidleitend miteinander verbundener geradliniger Bohrungen ausgebildet sein, die endseitig mit geeigneten Stopfen verschlossen sind.
Da der Abstand der Lagerflächen 31, 33 in axialer Richtung etwas geringer ist als der Abstand der korrespondierenden Nutflanken 27, 29 der Lagernut 17, bildet sich zu beiden Seiten des Lagerabschnitts 15 des Gleitlagerkörpers 13 ein Lagerspalt aus, der im Betrieb mit Schmiermittel gefüllt ist, um ein im Wesentlichen reibungsfreies Gleiten der Nockenwelle 5 in der Axiallagerung 11 zu bewirken.
In 6 sind einige weitere Details des Gleitlagerkörpers 13 für die Lageranordnung und das Kurbelgehäuse der 1 bis 5 gezeigt. 6 ist in die drei 6a, 6b und 6c unterteilt. In 6a ist die erste Seite S1 des Gleitlagerkörpers 13 gezeigt.
Radial außerhalb benachbart des Lagerabschnitts 15 ist der bereits vorstehend allgemein beschriebene Bereich der Montageschnittstelle mit erhöhter Materialstärke ausgebildet. An den Stellen, an denen die Schrauben 21 (vgl. 1 bis 5) durch entsprechende Durchgangsbohrungen 35 des Gleitlagerkörpers 13 hindurchgeführt werden sollen, ist an der ersten Seite S1 jeweils ein erhabenes Auge 51 mit einer Stützfläche 53 ausgebildet, wobei die Stützfläche 53 jeweils zur Anlage an einem Schraubenkopf der Schrauben 21 ausgebildet ist.
In 6a ist zudem der Blick auf den ersten Auslass 47 für das Schmiermittel freigegeben.
6b zeigt einen Querschnitt durch den Gleitlagerkörper 13, um erneut den Verlauf des Fluidkanals 45 zu verdeutlichen. Der Fluidkanal 45 weist einen ersten Teilkanal 45a und einen zweiten Teilkanal 45b auf, die endseitig jeweils mittels entsprechender Stopfen 55 fluiddicht verschlossen sind.
6c gibt den Blick von außen auf die zweite Seite S2 des Gleitlagerkörpers 13 frei. Auf der zweiten Seite S2 ist eine plane Fläche 57 ausgebildet, die stetig in die Lagerfläche 31 übergeht, vorzugsweise eine durchgehende ebene Fläche mit ihr ausbildet.
Auf der Einlassseite 37 weist die Lagerfläche 31 eine Stirnseite 59 auf, an der sowohl auf der ersten Seite S1 wie auf der zweiten Seite S2 eine Fase 61 angeordnet ist. Die Fasen 61 haben jeweils vorzugsweise einen Winkel relativ zu der jeweiligen Lagerfläche 31, 33 von 2° bis 10°, vorzugsweise 4° bis 6°, besonders bevorzugt 5° und erzeugen so eine keilförmige Verjüngung zur Stirnseite 59 hin. Das Einführen des Gleitlagerkörpers 13 in die Lagernut 17 wird hierdurch vereinfacht.
Zudem ist in 6c ein Einlass 63 des Fluidkanals 45 gezeigt, der fluidleitend mit der Schmiermittelquelle 43 und dem Zufuhrkanal 41 verbindbar ist und von dem aus sich das Schmiermittel durch den Fluidkanal 45 bis zu den Auslässen 47, 49 fördern lässt.
Der in den 1 bis 6 skizzierte Aufbau lässt sich mit wenigen Handgriffen und in kurzer Zeit von einem vollständig demontierten in einen vollständig montierten Zustand verbringen, einfach warten und kostengünstig herstellen. Die Qualität der Axiallagerung steht konventionellen Axiallagerungen dabei in nichts nach.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Kurbelgehäuse
3: Wand
5: Nockenwelle
7: Wellenende
9: Nockenwellenzahnrad
11: Axiallagerung
13: Gleitlagerkörper
15: Lagerabschnitt
17: Lagernut
19: Montageschnittstelle
21: Schrauben
23: Kontaktfläche
25: Nutgrund
27: erste Nutflanke
29: zweite Nutflanke
31: erste Lagerfläche
33: zweite Lagerfläche
34: Gleitlagerung / Radiallagerung
35: Durchgangsbohrung
37: Einlassseite
39: Auslassseite
41: Zufuhrkanal
43: Schmiermittelquelle
45: Fluidkanal
45a: erster Teilkanal
45b: zweiter Teilkanal
47, 49: Auslässe
53: Stützfläche
55: Stopfen
57: plane Fläche
59: Stirnseite
61: Fase
100: Verbrennungskraftmaschine
A: Rotationsachse
B: Betriebsdrehsinn
Pi: Pfeil
S1: erste Seite
S2: zweite Seite

Claims

Lageranordnung (1) für eine Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine (100), wobei die Verbrennungskraftmaschine (100) ein Kurbelgehäuse (1) aufweist, die Nockenwelle (5) ein Nockenwellenzahnrad (9) und ein dem Nockenwellenzahnrad (9) zugeordnetes Wellenende (7) aufweist, und die Lageranordnung (1) ein Axiallager (11) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Nockenwelle (5) auf der Seite des Wellenendes (7) zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (11) einen sichelförmigen Gleitlagerkörper (13) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Nockenwelle (5) axial zu lagern, und mittels einer Montageschnittstelle (19) an dem Kurbelgehäuse (1) befestigt zu werden.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (5) eine Lagernut (17) aufweist, welche umlaufend in die Nockenwelle (5) eingebracht ist, und der sichelförmige Gleitlagerkörper dazu eingerichtet ist, in die Lagernut (17) zur axialen Lagerung der Nockenwelle (5) eingeschoben zu werden, die Nockenwelle (5) in eingeschobenem Zustand axial zu lagern, und im eingeschobenen Zustand mittels der Montageschnittstelle (19) an dem Kurbelgehäuse (1) befestigt zu werden.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerkörper eine Lagernut aufweist, und dazu eingerichtet ist, zur axialen Lagerung der Nockenwelle auf eine korrespondierende Schulter der Nockenwelle aufgeschoben zu werden, die Nockenwelle im aufgeschobenen Zustand axial zu lagern und im aufgeschobenen Zustand mittels einer Montageschnittstelle an dem Kurbelgehäuse befestigt zu werden.
Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageschnittstelle (19) eine Kontaktfläche (23) aufweist, wobei das Kurbelgehäuse (1) eine korrespondierende Kontaktfläche (23) aufweist, die vorzugsweise an einer Wand (3) des Kurbelgehäuses (1) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerkörper (13) dazu eingerichtet ist, mit dem Kurbelgehäuse (1) axial verschraubt zu werden.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerkörper (13) im Bereich der Montageschnittstelle (19) eine erhöhte Materialstärke in axialer Richtung aufweist, vorzugsweise ausgebildet als Vorsprung an der ersten Seite (S1).
Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerkörper (13) eine erste Lagerfläche (31) und eine der ersten Lagerfläche (31) gegenüberliegende zweite Lagerfläche (33) aufweist, die Lagernut (17) zwei gegenüberliegende Nutflanken (27, 29) aufweist, und die Lagerflächen (31, 33) im eingeschobenen Zustand jeweils einer der Nutflanken (27, 29) zugewandt sind.
Lageranordnung nach Anspruch 7, wobei ein axialer Abstand zwischen den gegenüberliegenden Nutflanken (27, 29) größer ist als ein axialer Abstand zwischen den gegenüberliegenden Lagerflächen (31, 33), so dass sich im eingeschobenen Zustand zwischen den Lagerflächen (31, 33) und den Nutflanken (27, 29) jeweils ein axialer Lagerspalt ausbilden kann.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerkörper (13) einen Fluidkanal (45) aufweist, der fluidleitend mit einer Schmiermittelversorgung (43) verbindbar ist, wobei der Fluidkanal (45) für jede Lagerfläche (31, 33) mindestens einen Auslass (47, 49) aufweist, der in der Lagerfläche (31, 33) mündet.
Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerkörper (13) bezogen auf einen Betriebsdrehsinn (B) der Nockenwelle (3) in Umfangsrichtung eine Einlassseite (37) und eine Auslassseite (39) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (47, 49) näher an der Einlassseite (37) als an der Auslassseite (39) positioniert sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslässe (47, 49) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerflächen (31, 33) an ihrem einlaufseitigen Ende eine Stirnseite (59) in Umfangsrichtung aufweisen, an der j eweils eine Fase (61) ausgebildet ist, so dass der Gleitlagerkörper (13) an dem einlaufseitigen Ende keilförmig verjüngt ist.
Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Radiallager auf Seiten des Wellenendes (7), welches die Nockenwelle (3) radial am Kurbelgehäuse lagert, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager in einem Lagersitz des Kurbelgehäuses (1) angeordnet ist, und die Axiallagerung (11) zwischen dem Radiallager und dem Nockenwellenzahnrad (9) angeordnet ist.
Kurbelgehäuse (1) einer Verbrennungskraftmaschine (100), mit einer Nockenwelle (3), einem an der Nockenwelle (3) befestigten Nockenwellenzahnrad (9) zum Antrieb der Nockenwelle, und einer Lageranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.