DE10230425A1

DE10230425A1 - Lagerschalenanordnung, insbesondere Exzenterschalenanordnung für einen Kurbeltrieb

Info

Publication number: DE10230425A1
Application number: DE2002130425
Authority: DE
Inventors: Franz Kreil
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-07-06
Filing date: 2002-07-06
Publication date: 2004-01-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerschalenanordnung, insbesondere eine Exzenterschalenanordnung für den Kurbeltrieb einer Brennkraftmaschine. Die erfindungsgemäße Lagerschalenanordnung umfasst einen Schalenkörper, der in eine erste Lagerschalenhälfte und eine zweite Lagerschalenhälfte geteilt ist, wobei die beiden Lagerschalenhälften über eine erste und eine zweite Stoßstelle aneinander grenzen. Im Bereich der Axialenden des Schalenkörpers ist jeweils ein umlaufender Ringflansch ausgebildet. Erfindungsgemäß ist in einem, die jeweilige Stoßstelle übergreifenden Bereich eine Spangenanordnung vorgesehen, die mit dem jeweiligen Ringflansch in Eingriff steht und die beiden Lagerschalenhälften im Bereich der Stoßstellen gegeneinander drängt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Stoßstellen als Bruchtrennflächen ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es möglich, insbesondere bei der Realisierung eines exzentrischen Kurbelzapfenlagers eine hohe Schmierfilmtragfähigkeit sicherzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerschalenanordnung, insbesondere eine Exzenterschalenanordnung für einen Kurbeltrieb einer Brennkraftmaschine.

Aus DE 101 08 461 A1 ist eine axial geteilte Exzenterschale für eine Kolbenbrennkraftmaschine bekannt, über welche eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in einem Kurbelgehäuse verstellbar abgestützt ist. Die Exzenterschale ist mit einer Paßschraubenanordnung versehen, durch welche die Schalenhälften der geteilten Exzenterschale miteinander verschraubt sind.

Aus DE 197 03 948 C1 ist eine Exzenter-Verstellvorrichtung bekannt, die eine im Bereich einer Kurbelzapfenbohrung eines Pleuels angeordnete exzentrische Lagerschalenanordnung aufweist, wobei durch Schwenken der Lagerschalenanordnung innerhalb der Kurbelzapfenbohrung der Abstand einer Kolbenbolzenachse von der zugeordneten Hubzapfenachse der Kurbelwelle im Rahmen der Achsexzentrizität der Lagerschalenanordnung veränderbar ist. Durch die Änderung des Abstandes einer Kolbenbolzenachse von einer Kurbelzapfenachse wird es möglich, insbesondere die obere Totpunkt-Position des Kolbens einer Brennkraftmaschine – und damit das Verdichtungverhältnis – zu verändern. Durch Bereitstellung unterschiedlicher Verdichtungsverhältnisse wird es möglich, den bei Betrieb eines Kraftfahrzeuges variierenden Motorbetriebsbedingungen, insbesondere hinsichtlich Abgasqualität, Wirkungsgrad und – im Hochlastbereich – der Vermeidung von Motorklopfen verbessert Rechnung zu tragen.

Aus EP 0 438 121 A1 ist ebenfalls eine Exzenter-Verstellvorrichtung für den Kurbelbetrieb einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei dieser herkömmlichen Exzenter-Verstellvorrichtung erfolgt eine Fixierung der Lagerschalenanordnung in einer jeweils gewünschten Schwenkposition durch Druckölbeaufschlagung eines im Pleuelschaft oder Pleueldeckel vorgesehenen Arretierstiftes.

Bei den herkömmlichen Lagerschalenanordnungen, insbesondere bei deren Ausbildung als Exzenterschalenanordnung zur Bereitstellung unterschiedlicher Kompressionsverhältnisse, können beim Aufbau eines hinreichend tragfähigen Schmierfilmes Probleme auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerschalenanordnung, insbesondere eine Exzenterschalenanordnung für den Kurbeltrieb einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welcher im Innenbereich der Lagerschalenanordnung ein hinreichend tragfähiger Schmierfilm auf zuverlässige Weise aufgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lagerschalenanordnung für eine Brennkraftmaschine, die einen Schalenkörper umfasst, der in eine erste Lagerschalenhälfte und in eine zweite Lagerschalenhälfte geteilt ist, wobei die beiden Lagerschalenhälften über eine erste und eine zweite Stoßstelle aneinander angrenzen und im Bereich eines ersten Axialendes des Schalenkörpers ein erster Ringflansch und im Bereich eines zweiten Axialendes des Schalenkörpers ein zweiter Ringflansch vorgesehen ist, wobei sich diese Lagerschalenanordnung dadurch auszeichnet, daß in einem die jeweilige Stoßstelle übergreifenden Bereich eine Spangenanordnung vorgesehen ist, die mit dem jeweiligen Ringflansch in Eingriff steht und die beiden Lagerschalenhälften im Bereich der Stoßstellen gegeneinander drängt.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Auseinanderklaffen des Schalenkörpers im Bereich der Stoßstellen – und damit verbunden – einen unzulässig hohen Abfluss des Schmiermittels im Bereich der Stoßstellen, zu verhindern. In vorteilhafter Weise wird hierdurch auch im Bereich der Stoßstellen eine hohe Schmiertilmtragfähigkeit erreicht.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine der beiden Stoßstellen des Schalenkörpers durch Bruchtrennung gebildet. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, durch die im Bereich der Stoßstellen gebildete Mikro-Struktur eine hochpräzise, versatzfreie Positionierung der Lagerschalen zueinander zu erreichen. Die Ausbildung der Stoßstellen im Wege der Bruchtrennung kann in vorteilhafter Weise durch eine lokale Gefügeveränderung des Schalenkörpers unterstützt werden. Diese Gefügeveränderung kann durch gezielte Werkstoffdiffusion z.B. durch Laser- oder Elektronenstrahl-Beaufschlagung herbeigeführt werden.

Eine besonders wirkungsvolle Positionierung der beiden Lagerschalenhälften zueinander kann gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung dadurch erreicht werden, daß beide Stoßstellen durch Bruchtrennung gebildet sind.

Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, bildet der Schalenkörper eine in einem Pleuelauge schwenkbar angeordnete Exzenterbuchse zur Bereitstellung unterschiedlicher effektiver Pleuellängen. Der Schalenkörper weist hierbei eine, um eine Lagerinnenachse umlaufende Lagerinnenfläche und eine, um eine Lageraußen- bzw. Pleuelaugenachse umlaufende Lageraußenfläche auf, wobei die beiden Achsen zueinander parallel und voneinander beabstandet angeordnet sind.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Spangenanordnung in Kombination mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausbildung der Stoßstellen als Bruchflächen, erweist sich insbesondere bei der Verwendung des Schalenkörpers als Exzenterbuchse als besonders vorteilhaft, da trotz des zur leichtgängigen Drehbewegbarkeit des Schalenkörpers in dem Pleuelauge erforderlichen Lagerspieles kein Versatz der Lagerschalenhälften zueinander auftreten kann.

Vorzugsweise umfasst jede Spangenanordnung zwei zueinander im wesentlichen parallel angeordnete Spangenelemente. Die Spangenelemente sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß diese im Bereich ihrer jeweiligen Endabschnitte mit einer Eingriffsstruktur versehen sind, die mit einem in dem jeweiligen Ringabschnitt, im wesentlichen komplementär ausgebildeten Eingriffsgegenabschnitt, in Eingriff bringbar ist. Die Spangenelemente sind vorzugsweise derart dimensioniert, daß deren in Axialrichtung des Schalenkörpers gemessene Breite (oder Dicke), nicht größer ist als die ebenfalls in Axialrichtung des Schalenkörpers gemessene Breite des jeweiligen Ringflansches. Dadurch wird es möglich, die Spangenelemente in dem jeweiligen Ringflansch versenkt -oder zumindest axialbündig – anzuordnen.

Die Spangenelemente sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß diese von der Achse der Lagerschalenanordnung aus betrachtet, eine schwach konkave Krümmung aufweisen und den innen liegenden Bereich der Stoßstelle bügelartig übergreifen.

Um die Spangenelemente – oder Klammern – zu montieren ist es möglich, diese definiert zu erwärmen. Im erwärmten und somit verlängerten Zustand können diese dann mit Hilfe einer Montagevorrichtung axial in die entsprechenden Aussparungen, vorzugsweise gleichzeitig, eingesetzt werden. Nach Abkühlung wird infolge zurückgehender Wärmedehnung eine Spannkraft aufgebaut, welche die Lagerschalenhälften im Bereich der Stoßstellen gegeneinander drängt.

Es ist in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Lagerschalenhälften bereits bei der Herstellung derselben, insbesondere während des Herstellprozesses derselben im Bereich der Krafteinleitungspunkte der Spangenelemente, zu spannen – oder bereits durch die Spangenelemente zu koppeln. Durch die derart erreichte Einleitung der Spannkräfte wird es möglich, die Kurbelzapfenbohrung in einem Belastungszustand zu bearbeiten, der weitgehend der Einsatzbelastung entspricht. Hierdurch wird eine besonders günstige Innengeometrie der Kurbelzapfenbohrung, sowie eine günstige Außenflächengeometrie jener in dem Pleulauge sitzenden Lagerschalenaußenfläche erreicht.

Insbesondere bei der Ausgestaltung des Schalenkörpers afs Exzenterbuchse zur Bereitstellung unterschiedlicher effektiver Pleuellängen, ist die Lagerschalenanordnung vorzugsweise im Bereich der Ringflansche mit einer Arretierstruktur versehen, durch welche der Schalenkörper selektiv in einer bestimmten Winkelposition in dem entsprechenden Pleuelauge fixierbar ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lagerschalenanordnung hier als Exzenterschale für das Kurbelzapfenlager eines Pleuels;
2 eine Detaillansicht der Lagerschalenanordnung nach 1 mit Blick auf eine, durch ein Spangenelement überbrückte Stoßstelle;
3 eine perspektivische Ansicht einer Lagerschalenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls mit Spangenelementen zur Überbrückung der Lagerschalenstoßstellen; Die in 1 dargestellte Lagerschalenanordnung umfasst einen Schalenkörper, der eine erste Lagerschalenhälte 1 und eine zweite Lagerschalenhälfte 2 aufweist, die über eine erste Stoßstelle 3 und eine zweite Stoßstelle 4 aneinander grenzen.
Im Bereich eines ersten Axialendes des Schalenkörper ist ein erster Ringflansch 5 vorgesehen, der hier einstöckig mit dem, eine innere Lagerfläche 6 bildenden, Schalenkörper ausgebildet ist.
Im Bereich eines dem ersten Ringflansch 5 gegenüberliegenden zweiten Axialendes des Schalenkörpers ist ein zweiter Ringflansch 7 vorgesehen. Dieser Ringflansch 7 ist ebenfalls integral mit der jeweiligen Lagerschalenhälfte 1 bzw. 2 ausgebildet. In einem die jeweilige Stoßstelle 3, 4 übergreifenden Bereich B1, B2 ist eine Spangenanordnung vorgesehen, die mit dem jeweiligen Ringflansch 5, 7 in Eingriff steht und dabei die beiden Lagerschalenhälften 1, 2 im Bereich der Stoßstellen 3, 4, gegen einander drängt.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Stoßstellen 3, 4 als Bruchflächen ausgebildet, die durch Aufspaltung des ursprünglich einteiligen Schalenkörpers in die erste und zweite Lagerschalenhälfte 1, 2 ausgebildet sind. Die Auftrennung des Schalenkörpers in die erste und zweite Lagerschalenhälfte 1, 2 im Wege eines Bruchtrennverfahrens, kann durch eine lokale Gefügeveränderung des Schalenkörpers im Bereich der Stoßstellen unterstützt werden. Diese lokale Gefügeveränderung kann insbesondere erreicht werden, indem Legierungsbestandteile des im Bereich der inneren Lagerfläche 6 vorgesehenen Lagermetalles durch einen energiereichen Strahl, insbesondere Laser- oder Elektronenstrahl, lokal in das Basismaterial des Schalenkörpers eindiffundiert werden.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform der Lagerschalenanordnung ist die zu einer Kurbelzapfenachse X, konzentrische innere Lagerfläche 6, gegenüber einer äußeren und zu einer Pleuelaugenachse X₂ konzentrischen Lagerfläche 8, versetzt ausgebildet. Der Versatz der Achsen X₁, X₂ zueinander, um die in dieser Figur als Exzentrizitätsmaß e gekennzeichnete Versatzstrecke entspricht der halben, durch Schwenken der Lagerschalenanordnung herbeiführbaren Änderung der effektiven Pleuellänge.
Jede der Spangenanordnungen umfasst zwei hier baugleich ausgeführte Spangenelemente 12. Jedes der Spangenelemente 12 weist eine Eingriffsstruktur 13 auf, die mit einem im wesentlichen komplementär in dem jeweiligen Abschnitt des Ringflansches ausgebildeten Eingriffsgegengabschnitt 14, in Eingriff steht. Die Spangenelemente 12 sind versenkt in dem jeweiligen Abschnitt des Ringflansches 5, 7 angeordnet. Die Spangenelemente 12 weisen eine zur Mittelachse X, der inneren Lagerfläche 6 hin konkav gekrümmte, bügelartige Gestalt auf.
Die Lagerschalenanordnung ist mit einer Raststruktur 15 versehen, durch welche die Lagerschalenanordnung in einer vorgegebenen Schwenkposition in einem Pleuelauge festlegbar ist. Die Raststruktur 15 weist hier eine halbzylindrisch in den ersten Ringflansch eingebuchtete Anschlagfläche auf, die mit einem beispielsweise als Zylinderstiftabschnitt ausgebildeten Verriegelungselement in Eingriff bringbar ist.
In dem, der Raststruktur 15 gegenüberliegenden zweiten Ringflansch 7 ist an der dem Pleuelschaft zugewandten Innenfläche ein Bahnabschnitt 16 ausgebildet, in welchem ein Endabschnitt des mit der Raststruktur 15 in Eingriff bringbaren Verriegelungsstiftes, eintauchen kann. Der Bahnabschnitt 16 gestattet nach Entriegelung der Raststruktur 15 eine Schwenkbewegung der Lagerschalenanordnung um 180°. In dieser geschwenkten Position gelangt der zunächst gegen den Bahnabschnitt 16 gedrängte Verriegelungsabschnitt des Verriegelungselementes mit einer Raststruktur in Eingriff, die in ihrem Aufbau im wesentlichen der vorangehend genannten, in dem ersten Ringflansch 5 ausgebildeten Raststruktur 15 entspricht.
In 2 ist in Form einer Detaillansicht die erfindungsgemäße Lagerschalenanordnung im Bereich der Stoßstelle 3 dargestellt. Die Stoßstelle 3 wird durch das Spangenelement 12 überbrückt. Das Spangenelement 12 drängt die, durch Bruchtrennung getrennten Lagerschalenhälften 1, 2, unter Aufbringung vorgegebener Haltekräfte F, gegeneinander. Die Aufbringung der Haltekräfte F erfolgt durch elastische Längung des zwischen den Eingriffsstrukturen 13 liegenden Bereiches des jeweiligen Spangenelementes 12. Die Einleitung der Haltekräfte F über die an den Spangenelementen 12 ausgebildeten Eingriffsstrukturen 13 erfolgt nach Maßgabe einer vorgegebenen, hier durch Pfeilsymbole angedeuteten, Flächenpressungsverteilung. An dem hier dargestellten Spangenelement 12 sind im Bereich der Eingriffsstrukturen 13 Aufnahmebohrungen 17 ausgebildet über die das Spangenelement ergriffen und gegebenenfalls elastisch gelängt werden kann.
Über die in dem entsprechenden Ringflansch 5 bzw. 7 zur Befestigung der. Spangenelemente 12 ausgebildeten Komplementärstrukturen ist es möglich, die zur Durchführung der Bruchtrennung erforderlichen Spaltkräfte einzuleiten oder gegebenenfalls auch insbesondere zur Bearbeitung der inneren Lagerfläche 6 des Schalenkörpers, diesen in einem Bearbeitungszentrum zu spannen.
In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lagerschalenanordnung dargestellt, bei welcher der Rückenbereich der Spangenelemente 12 nach außen hin freiliegt. Für die weiteren Einzelheiten dieser Lagerschalenanordnung gelten die vorangegangenen Ausführungen sinngemäß. Die Positionierung der Spangenelemente 12 in axialer Richtung kann bei der dargestellten Ausfüh rungsform auf Grund der im Bereich der Eingriffsstrukturen 13 herrschenden Flächenpressung hinreichend sichergestellt werden. Ergänzend hierzu ist es jedoch möglich, beispielsweise in Form von Vorsprüngen oder Ausbuchtungen lokale Anschlagstrukturen auszubilden, durch welche die Spangenelemente 12 formschlüssig in ihrer Montageposition – insbesondere in Richtung der Achse X₁- fixiert sind.

1: erste Lagerschalenhälfte
2: zweite Lagerschalenhälfte
3: erste Stoßstelle
4: zweite Stoßstelle
5: erster Ringflansch
6: Lagerinnenfläche
7: zweiter Ringflansch
8: Lageraußenfläche
12: Spangenelement
13: Eingriffsstruktur
14: Eingriffsgegenabschnitt
15: Raststruktur
X₁: Achse
X₂: Achse
16: Bahnabschnitt
17: Aufnahmebohrung

Claims

Lagerschalenanordnung für eine Brennkraftmaschine umfassend: einen Schalenkörper der in eine erste Lagerschalenhälfte (1) und eine zweite Lagerschalenhälfte (2), die über eine erste Stoßstelle (3) und über eine zweite Stoßstelle (4) an die erste Lagerschalenhälfte (1) angrenzt, geteilt ist, einen im Bereich eines ersten Axialendes des Schalenkörpers vorgesehenen ersten Ringflansch (5) und einen an einem zweiten Axialende des Schalenkörpers vorgesehenen zweiten Ringflansch (7), dadurch gekennzeichnet, daß in einem die jeweilige Stoßstelle übergreifenden Bereich (B1, B2) eine Spangenanordnung vorgesehen ist, die mit dem jeweiligen Ringflansch (5, 7) in Eingriff steht und die beiden Lagerschalenhälften (1, 2) im Bereich der Stoßstellen gegeneinander drängt.
Lagerschalenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Stoßstellen (3, 4) durch Bruchtrennung gebildet ist.
Lagerschalenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalenkörper ein um eine Lagerinnenachse (X₁) umlaufende Lagerinnenfläche und eine um eine Lageraußenachse (X₂) umlaufende Lageraußenfläche (8) bildet, wobei die beiden Achsen (X₁, X₂) zueinander parallel, jedoch um ein Exzentrizitätsmaß (e) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Lagerschalenanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spangenanordnung zwei Spangenelemente (12) aufweist.
Lagerschalenanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spangenelement (12) eine Eingriffsstruktur (13) aufweist, die mit einem im wesentlichen komplementär in dem jeweiligen Ringflansch (7) ausgebildeten Eingriffsgegenabschnitt (14) in Eingriff steht.
Lagerschalenanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spangenelemente (12) in dem jeweiligen Ringflansch (5, 7) versenkt angeordnet sind.
Lagerschalenanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spangenelemente (12) eine bügelartige Gestalt aufweisen.
Lagerschalenanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Raststruktur (15) vorgesehen ist, zur schaltbar aufhebbaren Fixierung des Schalenkörpers in einer vorgegebenen Dreh-Position in einem Pleuelauge.
Lagerschalenanordnung für eine Brennkraftmaschine insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend: einen Schalenkörper der in eine erste Lagerschalenhälfte (1) und eine zweite Lagerschalenhälfte (2), die über eine erste und über eine zweite Stoßstelle (3, 4) an die erste Lagerschalenhälfte (1) angrenzt, geteilt ist, einen im Bereich eines ersten Axialendes des Schalenkörpers vorgesehenen ersten Ringflansch (5), und einen, an einem zweiten Axialende des Schalenkörpers vorgesehenen zweiten Ringflansch (5), wobei der Schalenkörper eine um eine Lagerinnenachse (X₁) umlaufende Lagerinnenfläche (6) und eine um eine Lageraußenachse (X₂) umlaufende Lageraußenfläche (8) bildet, wobei die beiden Achsen (X₁, X₂) zueinander parallel, und um ein Exzentrizitätsmaß (e) voneinander beabstandet angeordnet sind und wenigstens eine der beiden Stoßstellen (3, 4) durch Bruchtrennung gebildet ist.