DE19961905A1 - Nadellager für Pleuel - Google Patents

Abstract

Ein Nadellager für den Einsatz an einem kurbelwellenseitigen oder einem kolbenseitigen Ende eines Pleuels (23) umfasst eine zylindrische Rollenaufnahme, eine Mehrzahl von beabstandeten Taschen, die darin in einer Umfangsrichtung der zylindrischen Wand definiert sind, sowie eine entsprechende Mehrzahl von Stegen (5), die jeweils zwischen den benachbarten Taschen (4) zum Aufnehmen jeweiliger Nadelrollen (3) angeordnet sind. Die Rollenaufnahme (2) weist eine äußere Oberfläche auf, die im Gebrauch gleitend durch eine innere Außenfläche des kolbenseitigen oder kurbelwellenseitigen Endes des Pleuels (23) geführt ist. Jeder der Stege (5) weist eine Ecke auf, die zwischen jeweiligen gegenüberliegenden Seitenflächen der jeweiligen Stege (5) benachbart der Taschen (4) und deren seitliche Außenfläche definiert ist. Die Ecke ist so gebildet, dass sie eine auswärts gebogene, abgesenkte Oberfläche (6) darstellt, die solch einen Querschnitt aufweist, dass ihr Kurvenradius graduell sich in Richtung auf einen Mittelpunkt der Breite eines jeweiligen Steges vergrößert. Die abgesenkte Oberfläche (6) wird durch Benutzung eines Trommelprozesses hergestellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Nadella­ ger und insbesondere auf ein Nadellager für den Einsatz an einem Pleuel einer Verbrennungsmaschine, das als Verbindung zwischen einem kurbelwellenseitigen Pleuelstangenkopf und einem Kurbelzapfen oder einem kolbenseitigen Pleuelstangen­ kopf und einem Kolbenbolzen verwendet wird.

Bei der für hohe Drehzahlen ausgerichteten Verbrennungsma­ schine wird zwischen einem kurbelwellenseitigen Pleuelstan­ genkopf (large end) und einem Kurbelzapfen oder zwischen einem kolbenseitigen Pleuelstangenkopf (small end) und einem Kolbenbolzen häufig ein Wälzlager verwendet. Das für diesen Zweck eingesetzte Wälzlager besteht im Allgemeinen aus einem Nadellager, das so aufgebaut ist, dass der Kur­ belzapfen bzw. der Kolbenbolzen als ein innerer Laufring und der kurbelwellenseitige bzw. kolbenseitige Pleuelstan­ genkopf als ein äußerer Laufring dient, während dazwischen in einer Rollenaufnahme gehaltene Nadellager untergebracht sind. Das so aufgebaute Nadellager umfaßt die Rollenauf­ nahme sowie die dadurch gehaltenen Nadellager.

Die Rollenaufnahme des in Zusammenhang mit dem Pleuel ver­ wendeten Nadellagers ist allgemein von einem extern geführ­ ten Typ, bei welchem eine Außenfläche der Rollenaufnahme vom äußeren Laufring gleitend geführt wird. Diese Rollen­ aufnahme ist im Allgemeinen empfindlich gegenüber einer Wärmeentwicklung, die infolge eines Kontaktes zwischen dem Pleuel und der Außenfläche der Rollenaufnahme entsteht. Ob­ wohl eine Ölschmierung die Wärmeentwicklung unterdrückt, machen die neueren Geschwindigkeitserhöhungen der Verbren­ nungsmaschine eine Erhöhung der Schmierfähigkeit erforderlich, so dass zur Unterdrückung der Wärmeentwick­ lung ein Ölfilm gebildet werden kann.

Zur Erhöhung der Schmierung der extern geführten Rollenauf­ nahme wurde, wie in Fig. 13 dargestellt, vorgeschlagen, eine Außenfläche 52a der jeweiligen Strebe 52 der Rollen­ aufnahme 51 mit einem bogenförmigen Querschnitt zu verse­ hen, der über einen kleinen Krümmungsradius verfügt, so dass eine offene Kante der entsprechenden, an die jeweilige Tasche angrenzenden Strebe 52 zurückgesetzt werden kann. Entsprechend dieser Bauart kann ein Schmieröl in einem zu­ rückgesetzten Abschnitt in der Außenfläche 52a der Rollen­ aufnahme 51 gehalten werden.

Mit dem bogenförmigen Querschnitt ist eine Erhöhung der Schmierfähigkeit allerdings immer noch ungenügend, und es ist schwierig, eine ausreichende Schmierfähigkeit sicherzu­ stellen, insbesondere wenn das Nadellager in einer Umgebung mit hohen Drehzahlen verwendet wird. Ferner erfolgt die Bildung des bogenförmigen Querschnitts der Außenfläche 52a der jeweiligen Strebe 52 im Allgemeinen durch die Verwen­ dung eines Preßformverfahrens, um die Produktivität sicher­ zustellen. Durch die Verwendung des Preßformens werden je­ doch Grate gebildet, die in die Taschen hineinragen. Diese Grate werden dann während des Betriebs der Nadellager ent­ fernt, und wenn das Gratmaterial zwischen die Laufrillen gelangt, kommt es zu einer Behinderung der Drehung.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Nadellager für den Einsatz an einer Verbindungsstange bzw. an einem Pleuel zu schaffen, bei welchem die Außenfläche der Rollenaufnahme selbst bei hoher Drehgeschwindigkeit ausreichend geschmiert werden kann, und welches durch ein Verfahren hergestellt werden kann, das ohne Gratbildung in der Rollenaufnahme eine Steigerung der Produktivität bewirkt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Nadellagers für den Einsatz an einem Pleuel vorzusehen, wodurch das Nadellager mit einer hohen Produktivität hergestellt wird.

Die Aufgabe wird durch das Nadellager mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Zur Lösung dieser. Aufgaben führt insbesondere, dass die vorliegende Erfindung ein Nadellager zur Verwendung an einem kurbelwellenseitigen bzw. kolbenseitigen Pleuelstangenkopf (großes bzw. kleines Ende der Pleuelstange) vorsieht, welches eine zylindrische Rollenaufnahme, mehrere darin in Umfangsrichtung der zylindrischen Wand in Abständen zueinander angeordnete Taschen aufweist und ferner eine entsprechende Anzahl von Streben aufweist, welche zur Unterbringung der jeweiligen Nadellager jeweils zwischen den benachbarten Taschen angeordnet sind. Die Rollenaufnahme verfügt über eine Außenfläche, welche während des Betriebs durch eine Innenfläche des kurbelwellenseitigen bzw. kolbenseitigen Pleuelstangenkopfes gleitend geführt wird. Jede Strebe hat eine Ecke, die zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Streben, die an die benachbarten Taschen angrenzen, und deren Außenflächen begrenzt ist. Die Ecke ist so geformt, dass sie eine nach außen gebogene, ab­ gesenkte Fläche aufweist. Der oben und nachfolgend verwen­ dete Begriff "abgesenkte Fläche" bezeichnet eine Fläche, die einen Querschnitt mit einem Krümmungsradius aufweist, der sich graduell in Richtung auf einen Mittelpunkt der Breite der jeweiligen Strebe vergrößert.

Erfindungsgemäß vorteilhaft bewirkt das Vorsehen der abgesenkten Fläche in einem Abschnitt der Außenfläche der Rollenaufnahme, der an die offene Kante der jeweiligen Tasche angrenzt, dass das Schmieröl zurückgehalten und somit eine gleichmäßige Drehung der extern geführten Rollenaufnahme ohne Auslaufen von Schmieröl sichergestellt werden kann. Da der Querschnitt der abgesenkten Fläche einen Krümmungsradius aufweist, der sich graduell in Richtung Mittelpunkt der Breite der jeweiligen Strebe vergrößert, kann insbesondere während der Hochgeschwindigkeitsdrehung eine verstärkte Schmierung bei minimiertem Temperaturanstieg des Schmieröls vorgenommen werden. Das wirksame Unterdrücken des Temperaturanstiegs des Schmieröls infolge der erfindungsgemäß speziellen Form der abgesenkten Fläche wurde anhand von Versuchen festgestellt. Wenn die abgesenkte Fläche einen Querschnitt mit einem Krümmungsradius aufweist, der sich langsam in Richtung auf einen Mittelpunkt der Breite der jeweiligen Strebe, wie oben beschrieben, vergrößert, kann das Trommelverfahren vorteilhafterweise eingesetzt werden. Da das Trommelverfahren ein Verfahren ist, bei welchem mehrere Rollenaufnahmen gleichzeitig in einem Mischbehälter oder Tumbler bearbeitet werden können, ist die Produktivität groß und der Einsatz des Trommelverfahrens (tumbling process) bewirkt die Formung der abgesenkten Fläche bei hoher Produktivität.

Die abgesenkte Fläche, auf die oben Bezug genommen wird, ist vorzugsweise eine Fläche, die mit Hilfe eines Trommel­ verfahrens gebildet wird. Der Einsatz des Trommelverfahrens bewirkt das Formen der abgesenkten Fläche mit dem speziel­ len Querschnitt bei hoher Produktivität.

Unter der Annahme, dass ein Schnittpunkt zwischen der Außenfläche der Rollenaufnahme und einer Linie, die in Be­ rührung mit den beiden gegenüberliegenden Seiten der jewei­ ligen, der angrenzenden Tasche gegenüberstehenden Strebe verläuft, mit A bezeichnet wird und eine Linie, die sich parallel zu einer breitenmäßigen Mittellinie der Strebe in einem Abstand von 0,25 mm zu Punkt A in vertikaler Richtung zur breitenmäßigen Mittellinie der Strebe erstreckt, mit C bezeichnet wird, wird ein Absenkbetrag der abgesenkten Fläche, der dem Abstand entlang der Linie C zwischen der Außenfläche der Rollenaufnahme und einer Außenseite der ab­ gesenkten Fläche entspricht, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,010 mm und 0,050 mm gewählt. Wird darüber hinaus angenommen, dass eine Linie, die parallel zu einer breiten­ mäßigen Mittellinie der Strebe in einem Abstand von 0,15 mm zu Punkt A in vertikaler Richtung zu der breitenmäßigen Mittellinie der Strebe verläuft, mit B bezeichnet wird, wird ein Absenkbetrag der abgesenkten Fläche, der dem Ab­ stand entlang der Linie B zwischen der Außenfläche der Rollenaufnahme und der Außenseite der abgesenkten Fläche entspricht, in einem Bereich von 0,030 mm und 0,100 mm ge­ wählt.

Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Nadellagers der vorhergehend beschriebe­ nen Bauweise vor. Insbesondere wird die abgesenkte Fläche der Rollenaufnahme, nachdem diese wärmebehandelt wurde, einem Trommelverfahren (tumbling process) unterzogen, bei welchem ein Schleifmaterial verwendet wird, das aus einer Mischung von Schleifpartikeln unterschiedlicher Partikel­ größen besteht.

Die Verwendung der Schleifpartikel unterschiedlicher Parti­ kelgrößen ist insofern vorteilhaft, als die Außenfläche der jeweiligen Strebe durch die großen Schleifpartikel ge­ schliffen werden kann, während die kleinen Schleifpartikel Ausbuchtungen entfernen, die in die Taschen hineinragen und durch das Schleifen der Außenfläche der Streben entstehen würden, und ebenso Grate entfernen, die infolge des Preß­ formens bei der Bildung der Taschen entstehen würden. Aus diesem Grund können die jeweiligen Streben in der Rollen­ aufnahme mit Hilfe des Trommelverfahrens bequemerweise so geformt und profiliert werden, dass die abgesenkte Fläche eine gebogene Form, das heißt, einen Querschnitt mit einem Krümmungsradius aufweist, der sich graduell in Richtung auf den Mittelpunkt der Breite der jeweiligen Strebe vergrößert. Demgemäß können die Streben der Rollenaufnahme mit hoher Produktivität geformt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nunmehr durch die nachfol­ gende Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Zeichnungen dienen jedoch nur dem Zwecke der Darstellung und Erläuterung und sind in keiner Weise als einschränkend in Bezug auf den Umfang der vorliegenden Erfindung zu betrachten. In den beigefügten Zeichnungen werden in sämtlichen Ansichten gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, in welchen

Fig. 1A eine Teil-Querschnittsansicht eines Abschnittes des erfindungsgemäßen Nadellagers entlang einer senkrechten Linie zur Längsachse des Nadellagers ist;

Fig. 1B ist eine Teil-Querschnittsansicht in einem ver­ größerten Maßstab eines Abschnittes des in Fig. 1A dargestellten Nadellagers;

Fig. 2 ist ein Teil-Längsschnitt des Abschnitts des Nadellagers;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer in einem Nadellager eingesetzten Rollenaufnahme;

Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht eines Ab­ schnitts einer Verbrennungsmaschine und zeigt das erfindungsgemäße Nadellager als Verbindung zwischen Kolben und Kurbelwelle;

Fig. 5 ist eine Teil-Seitenansicht in einem vergrößerten Maßstab und zeigt den Pleuel und die Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine;

Fig. 6 ist ein Diagramm, in welchem das Verhältnis zwischen dem Absenkbetrag der abgesenkten Fläche und dem Temperaturanstieg dargestellt wird;

Fig. 7 ist ein Diagramm, in welchem das Verhältnis zwischen dem Absenkbetrag der abgesenkten Fläche und der Metall-zu-Metall-Kontaktrate dargestellt wird;

Fig. 8 ist ein Diagramm, in welchem das Verhältnis zwischen der Position der abgesenkten Fläche und dem Absenkbetrag der abgesenkten Fläche dargestellt wird;

Fig. 9 ist ein Schema, das das zur Bildung der abgesenkten Fläche verwendete Trommelverfahren darstellt;

Fig. 10A, Fig. 10B zeigen jeweils ein Schema, in welchem die Rollenaufnahme mittels Trommelverfahren bear­ beitet wird;

Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht einer modifizierten Form der Rollenaufnahme;

Fig. 12A ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren, modifizierten Form der Rollenaufnahme;

Fig. 12B ist ein Teil-Längsschnitt eines Abschnitts der in Fig. 12A dargestellten weiteren, modifizierten Rollenaufnahme und

Fig. 13 zeigt einen Teil eines quergeführten Schnitts durch einen Abschnitt eines herkömmlichen Nadellagers.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird nunmehr mit Bezug auf die Fig. 1 bis 10 be­ schrieben. Insbesondere mit Bezug auf Fig. 4 wird ein Ab­ schnitt einer Verbrennungsmaschine für beispielsweise ein Motorrad dargestellt, bei welcher ein erfindungsgemäßes Nadellager mit einem Pleuel verwendet wird. Die Verbren­ nungsmaschine umfaßt einen Zylinder 21 mit einem Hubkolben 22, der über ein Pleuel 23 mit einer Kurbelwelle 24 an­ treibbar verbunden ist. Die Kurbelwelle 24 wird durch Lager 25, die fest mit dem Motorgehäuse 26 verbunden sind, dreh­ bar gehalten. Das Pleuel 23 verfügt über einander gegen­ überliegende kurbelwellenseitige (großes Ende) 23a und kol­ benseitige (kleines Ende) 23b Pleuelstangenköpfe, wobei der kurbelwellenseitige Pleuelstangenkopf 23a über ein Lager 28 mit einem Kurbelzapfen 27 der Kurbelwelle 24 drehbar ver­ bunden ist, während der kolbenseitige Pleuelstangenkopf 23b über ein Lager 30 drehbar mit einem Kolbenbolzen 29 verbun­ den ist, der fest am Kolben 22 und mit diesem beweglich an­ gebracht ist. Das erfindungsgemäße Nadellager 1 wird in der nachfolgend beschriebenen Weise in einem oder in beiden der kurbelwellenseitigen 23a und kolbenseitigen 23b Pleuelstan­ genköpfe des Pleuels 23 eingesetzt.

Wie in den Fig. 2 und 3 am deutlichsten dargestellt wird, weist das Nadellager 1 eine allgemein zylindrische Rollenaufnahme 2 mit einer zylindrischen Wand und ferner einen mit dieser Wand einstückig gebildeten ringförmigen Flansch oder Kranz 2d auf, der von einem entsprechenden zylindrischen Ende 2a dieser Wand radial nach innen ver­ läuft. Die zylindrische Wand der Rollenaufnahme 2 weist in axialer Richtung einen Mittelabschnitt auf, der radial nach innen vertieft liegt und einen Abschnitt 2b mit einem kleineren (verringerten) Durchmesser sowie an jeder Seite dieses Abschnittes 2b eine radial geneigte Schräge 2c er­ gibt, die sich an dessen gegenüberliegenden Enden zum Mit­ telabschnitt 2b und jedem der gegenüberliegenden zylindri­ schen Enden 2a fortsetzt. Die zylindrische Wand der Rollen­ aufnahme 2 mit den Kränzen 2d, der Abschnitt 2b mit ver­ jüngtem Durchmesser und die radial geneigten Schrägen 2c an den jeweiligen Seiten des Abschnittes 2b weisen, bei einer Betrachtung entlang einer parallelen Ebene zur Längsachse der Rollenaufnahme 2, einen im Allgemeinen M-förmigen Quer­ schnitt auf.

Die Rollenaufnahme 2 verfügt über zahlreiche darin axial in Unfangsrichtung der zylindrischen Rollenaufnahme 2 verlau­ fenden und vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander an­ geordneten, allgemein länglichen Taschen 4 und beinhaltet vorzugsweise eine entsprechende Anzahl von Nadelwalzen 3, die drehbar in den Taschen 4 aufgenommen sind. Jede der in der zylindrischen Rollenaufnahme 2 definierten Taschen 4 weist die Form eines länglichen Durchbruches durch die ge­ samte Dicke der zylindrischen Wand der Rollenaufnahme 2 auf und verläuft von einem Ende 2a des Zylinders über den Ab­ schnitt 2b mit verringertem Durchmesser zum gegenüberliegenden Ende 2a des Zylinders. Durch die Bildung der Taschen 4 in der zylindrischen Wand der Rollenaufnahme 2 in dieser Weise entsteht zwischen den benachbarten Ta­ schen 4 eine Strebe 5. Die Rollenaufnahme 2 der oben be­ schriebenen Bauart wird vorzugsweise durch Ausbohren eines Rohres oder einer Stange aus Stahl einer allgemein als Material für Lager verwendeten Werkstoffklasse hergestellt, kann aber auch durch Anwendung eines beliebigen bekannten Preßformverfahrens aus einer Stahlplatte hergestellt werden.

Wie in Fig. 1A dargestellt, wird das Nadellager 1 in der Praxis in solcher Weise eingesetzt, dass die in den jewei­ ligen Taschen 4 in der Rollenaufnahme 2 untergebrachten Na­ delwalzen 3 zwischen äußeren und inneren Laufringen a und b eingeschlossen sind und in drehendem Kontakt mit diesen ge­ führt werden. Der äußere Laufring a wird durch eine Außen­ fläche des Kurbelzapfens 27 bzw. des Kolbens 29 definiert, während der innere Laufring b durch eine Innenfläche des kurbelwellenseitigen 23a bzw. kolbenseitigen 23b Pleuel­ stangenkopfes des Pleuels 23 definiert wird. Mit den Nadel­ walzen 3, die von der Rollenaufnahme 2 gehalten werden und zwischen dem äußeren und inneren Laufring a und b angeord­ net sind, gehört die Rollenaufnahme 2 zu einer extern ge­ führten Bauart, bei welcher eine Außenfläche der zylindri­ schen Wand der Rollenaufnahme 2 durch den äußeren Laufring b gleitend geführt wird.

Jede der zwischen den benachbarten Taschen 4 liegenden Streben 5 verfügt über eine abgesenkte Fläche 6, die radial nach außen gebogen ist, an einer Ecke, die zwischen den je­ weiligen gegenüberliegenden Seiten der entsprechenden Stre­ ben begrenzt ist, welche an die benachbarten Taschen 4 und deren Außenflächen angrenzen. Bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel wird ein Bereich der Ecke, an welcher die ab­ gesenkte Fläche 6 gebildet ist, als ein Abschnitt jeder der gegenüberliegenden zylindrischen Enden 2a (Fig. 3) ge­ wählt, der an eine offene Kante der entsprechenden Tasche 4 angrenzt.

Ein Abschnitt der radialen Außenfläche jeder Strebe 5, der die jeweilige abgesenkte Fläche 6 definiert, weist einen Querschnitt mit einem Krümmungsradius auf, der sich, wie in einem vergrößerten Maßstab in Fig. 1B dargestellt, langsam in Richtung Mittelpunkt der Breite der jeweiligen Strebe 5 vergrößert. Die abgesenkte Fläche 6 ist, mit anderen Worten, so geformt und profiliert, dass sie eine radiale Außenfläche G aufweist, die, ausgehend von einer Position an der breitenmäßigen Mittellinie der Strebe 5, graduell gleichmäßig in Richtung zur angrenzenden Tasche 4 vertieft wird.

Es werden nunmehr die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Nadellagers 1 beschrieben.

Mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 kann das Nadellager 1 mit 20 Nadelwalzen 3 beispielsweise einen Innendurchmesser von 26 mm, einen Außendurchmesser von 31 mm und eine Länge von 13,8 mm aufweisen; jede der Nadelwalzen 3 kann einen Durch­ messer von 2,5 mm und eine Länge von 10,8 mm haben; und die Rollenaufnahme 2 kann einen Außendurchmesser von 30,9 mm mit Streben 5 von jeweils 2,30 mm Breite aufweisen. Jede der abgesenkten Flächen 6 in der jeweiligen Strebe 5 des Nadellagers 1 mit den spezifischen Abmessungen wird in der nachfolgend beschriebenen Weise geformt und zusammenge­ stellt.

Insbesondere mit Bezug auf die Fig. 1B wird ein Schnitt­ punkt zwischen der Außenfläche H der Rollenaufnahme 2 und der Linie K, die anliegend an den jeweiligen gegenüberlie­ genden Seiten der jeweiligen Strebe 5, die der angrenzenden Tasche 4 gegenübersteht, verläuft, mit A bezeichnet. Linien, die parallel zur breitenmäßigen Mittellinie O der Strebe 5 in einem entsprechenden Abstand von 0,15 mm und 0,25 mm zu Punkt A senkrecht zur breitenmäßigen Mittellinie O der Strebe 5 verlaufen, werden mit B bzw. C bezeichnet. Die Außenseite G der jeweiligen abgesenkten Fläche 6 bildet den Ausgangspunkt, von welchem aus die Fläche sich abzusen­ ken beginnt, und D bezeichnet einen Punkt, der einen allge­ mein mittleren Abschnitt der Breite eines Mittelabschnitts der jeweiligen Strebe 5 anzeigt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Absenk­ betrag 61 der abgesenkten Fläche 6 (der Betrag, über wel­ chen die Fläche 6 abgesenkt wird), der dem Abstand entlang der Linie C zwischen der Außenfläche H der Rollenaufnahme 2 und der Außenseite G der abgesenkten Fläche 6 entspricht, in einem Bereich von 0,010 mm und 0,050 mm gewählt. Ferner wird der Absenkbetrag 62 (der Betrag, über welchen die Fläche 6 abgesenkt wird) der abgesenkten Fläche 6, der dem Abstand entlang der Linie B zwischen der Außenseite H der Rollenaufnahme 2 und der Außenseite G der abgesenkten Fläche 6 entspricht, in einem Bereich von 0,030 mm und 0,100 mm gewählt. Der Absenkbetrag 62 entlang der Linie B, der im Bereich von 0,030 mm und 0,100 mm liegt, ist der Be­ reich, in welchem, wenn die Absenkung 61 entlang der Linie C in einem Bereich von 0,010 mm und 0,050 mm gewählt wird, die Außenseite G der abgesenkten Fläche 6 sich langsam ent­ sprechend des vorhergehend besprochenen, veränderten Krüm­ mungsradius biegen kann.

Zur Verdeutlichung der Form der abgesenkten Fläche 6 im dargestellten Ausführungsbeispiel werden nunmehr die Ver­ gleiche 1 und 2 beschrieben. Bei einer Rollenaufnahme für den Einsatz bei niedriger Drehgeschwindigkeit, die den Ver­ gleich 1 darstellt, weist der Querschnitt der abgesenkten Fläche eine Krümmung entsprechend der Kurve E in Fig. 1B auf und eine Absenkung 62 wird hier nicht gebildet. Eine weitere Rollenaufnahme für den Einsatz bei hoher Drehge­ schwindigkeit, welche den Vergleich 2 darstellt, ist so ge­ baut, dass die abgesenkte Fläche im Querschnitt eine Krüm­ mung entsprechend der in Fig. 1B dargestellten Kurve F aufweist und entlang der Linie B leicht abfällt, eine Ab­ senkung 61 wird jedoch nicht gebildet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Außen­ seite G der abgesenkten Fläche 6 so geformt, dass sich die Absenkung 61 entlang der Linie C ergibt. Mit anderen Worten ist die abgesenkte Fläche 6 so geformt, dass diese von der an die Tasche 4 angrenzenden Seite über einen Bereich der Breite, der 1/5 bis 1/3 der Breite der jeweiligen Strebe 5 entspricht, verläuft.

Es wurden verschiedene Tests zur Darstellung der Eigen­ schaften durchgeführt, die sich durch das Nadellager 1 er­ gaben, wenn die Form der abgesenkten Fläche 6 verändert wurde.

Zuerst wurde eine Temperaturänderung des Nadellagers 1 ge­ messen, die sich infolge einer Temperaturerhöhung des Schmieröls ergab und beim Einsatz des Nadellagers 1 unter Testbedingungen, wie in Tabelle 1 gezeigt, festgestellt wurde, während der veränderte Absenkbetrag 61 (der Betrag, über welchen die Fläche 6 abgesenkt wird) entlang der Linie C in einem Bereich von 0 bis 0,060 mm (60 µm) angewendet wurde.

Tabelle 1

Umdrehungen der Welle	14.000 Upm konstant
Last	3.400 N (350 kgf)
Versuchsdauer	5 Stunden
Verwendetes Schmiermittel	4-Takt-Motorenöl: 10 W-30 tropfenweise zugeführt: 0,05 ml/35 Sek. pro Tropfen

Eine Beurteilung der Beziehung zwischen Temperaturunter­ schieden des Nadellagers 1 bezogen auf den Absenkbetrag 61 beim Einsatz unter den oben dargestellten Testbedingungen ergab die in Fig. 6 dargestellten Daten, in welcher auf der X-Achse die Absenkung (µm) und auf der Y-Achse die Tem­ peratur (°C) darstellt wird. Mit Bezug auf die Fig. 6 ist der Temperaturanstieg des Nadellagers 1, wenn die Absenkung 61 im Bereich von 0,010 mm (10 µm) bis 0,050 mm (50 µm) liegt, für dieses so geeignet, dass ein ungewünschter Tem­ peraturanstieg des Schmieröls erfolgreich unterdrückt werden konnte. Es ist allerdings zu beachten, dass bei einem Absenkbetrag 61 von 0,030 mm (30 µm) der Tempara­ turanstieg minimal war.

Daraufhin wurde die Häufigkeit (Rate) des Metall-zu-Metall- Kontaktes zwischen der Außenfläche H der Rollenaufnahme und einem Gehäuse des Nadellagers 1 gemessen, die beim Einsatz des Nadellagers 1 unter den in Tabelle 2 dargestellten Testbedingungen festgestellt wurde; es wurde hierbei ein veränderter Absenkbetrag 61 (der Betrag, über welchen die Fläche 6 abgesenkt wird) entlang der Linie C im Bereich von zwischen 0 und 0,060 mm (60 µm) angewendet.

Tabelle 2

Umdrehungszahl	0 → 6.000 Upm
Last	8,5 kgf
Schmiermittel	4-Takt-Motorenöl: 10 W-30
Schmierverfahren	Kissenschmierung
Versuchsdauer	350 Sekunden

Eine Beurteilung der Beziehung zwischen der Häufigkeit (Rate) des Metall-zu-Metall-Kontaktes zwischen der Außen­ fläche H des Nadellagers 1 und dem Lagergehäuse beim Ein­ satz unter den oben dargestellten Testbedingungen ergab die in Fig. 7 dargestellten Daten, in welcher auf der X-Achse die Absenkung (µm) und auf der Y-Achse der Metall-zu-Me­ tall-Kontakt (%) darstellt wird. Wie in Fig. 7 gezeigt wird, ist der Metall-zu-Metall-Kontakt des Nadellagers 1, wenn die Absenkung 61 im Bereich von 0,010 mm (10 µm) bis 0,050 mm (50 µm) liegt, für dieses so geeignet, dass ein ungewünschter Temperaturanstieg des Schmieröls erfolgreich unterdrückt werden konnte. Es ist allerdings zu beachten, dass bei einem Absenkbetrag 61 von 0,030 mm (30 µm) der Me­ tall-zu-Metall-Kontakt minimal war.

Aus den in den Fig. 6 und 7 dargestellten jeweiligen Diagrammen wurde entnommen, dass eine geeignete Schmierung erhalten werden kann, wenn der Absenkbetrag 61 der abge­ senkten Fläche 6 entlang der Linie C entsprechend einem er­ findungsgemäß vorbestimmten Betrag gewählt wird.

In Fig. 8 wird die Beziehung zwischen der gewählten Posi­ tion, gemessen von Punkt A der abgesenkten Fläche 6, und dem Absenkbetrag an dieser gewählten Position dargestellt, wobei der veränderte Absenkbetrag 61 (der Betrag, über wel­ chen die Fläche 6 abgesenkt wird) entlang der Linie C im Bereich von zwischen 0 und 0,060 mm (60 µm) liegt. In Fig. 8 wird auf der X-Achse der Abstand (mm) vom Punkt A zur ge­ wählten Position und auf der Y-Achse der Absenkbetrag (µm) 61 dargestellt. Es ist verständlich, dass, basierend auf den in Fig. 8 dargestellten Ergebnissen, die entsprechen­ den Positionen für die Linien B und C leicht nachvollzogen werden können.

Die abgesenkte Fläche 6 in der Rollenaufnahme 2 kann auf folgende Weise gebildet werden. Ein anders geformtes Zwischenprodukt, aus dem allmählich die Rollenaufnahme her­ gestellt werden soll, wird mit Hilfe eines beliebigen be­ kannten Schleif- oder Preßformverfahrens vorbereitet. Nach der Wärmebehandlung des Zwischenproduktes wird dieses zur Bildung der abgesenkten Fläche 6, wie in Fig. 9 darge­ stellt, einem Trommelverfahren (tumbling process) unterzo­ gen.

Das Trommelverfahren ist eine Technik, bei welcher, während das wärmebehandelte Zwischenprodukt 6A und eine Masse von Schleifpartikeln 11 in einem Rührbehälter 12, das heißt, einer Trommel (tumbler), untergebracht sind, dieser Rührbe­ hälter 12 zum Schleifen des Zwischenproduktes 6A mittels der Schleifpartikel 11 gedreht wird. Die Masse der Schleif­ partikel 11 besteht vorzugsweise aus Partikeln 11A einer großen Partikelgröße und Partikeln 11B einer kleinen Parti­ kelgröße. Die großen Schleifpartikel 11A verfügen vorzugs­ weise über eine Partikelgröße, die etwa dreimal dem Durch­ messer der jeweiligen Nadelwalze 3 entspricht, während die kleinen Schleifpartikel 11B eine Partikelgröße aufweisen, die etwa 80% des Durchmessers der jeweiligen Nadelwalze 3 entspricht.

Die Verwendung der Schleifpartikel 11A und 11B in den ver­ schiedenen Partikelgrößen, wie oben beschrieben, ist inso­ fern vorteilhaft, als die Außenseite der jeweiligen Strebe 5 durch die großen Schleifpartikel 11A, wie in Fig. 10A gezeigt, geschliffen werden kann, während entsprechend der Fig. 10B die kleinen Schleifpartikel 11B in die Taschen 4 hineinragende Ausbuchtungen 9 abschleifen können, die in­ folge des Schleifens der Außenseite der jeweiligen Strebe 5 entstehen würden, und ebenso Grate entfernen können, die sich beim Preßformen zur Bildung der Taschen 4 ergeben. Aus diesem Grunde kann während des Trommelverfahrens jede der Streben 5 in der Rollenaufnahme 2 leicht so geformt und profiliert werden, dass die abgesenkte Fläche 6 eine gebo­ gene Form annimmt, das heißt, einen Querschnitt mit einem Krümmungsradius aufweist, der sich graduell in Richtung des Mittelpunkts der Breite der jeweiligen Strebe 5 vergrößert. Es ist zu beachten, dass die Verwendung der Mischung von großen und kleinen Schleifpartikeln 11A und 11B unter­ schiedlicher Partikelgrößen darüber hinaus insofern vor­ teilhaft ist, als selbst bei längerer Anwendung des Trom­ melverfahrens zur Erhöhung des Absenkbetrages keine Aus­ buchtungen entstehen.

Da die abgesenkte Fläche 6 in einem Abschnitt der Außenflä­ che der Rollenaufnahme 2 gebildet wird, die an eine offene Kante der jeweiligen Tasche 4 angrenzt, kann bei dem Nadel­ lager 1 der oben beschriebenen Bauart das Schmieröl wirksam an der abgesenkten Fläche 6 gehalten werden, um die Schmie­ rung der von außen geführten Rollenaufnahme 2, bei welcher eine Außenfläche der zylindrischen Wand durch den äußeren Laufring b gleitend geführt wird, zu steigern und hierdurch ein gleichmäßiges Drehen zu gewährleisten. Da die abge­ senkte Fläche 6 einen Querschnitt mit einem Krümmungsradius aufweist, der sich allmählich in Richtung eines Mittelpunk­ tes der Breite der jeweiligen Strebe 5 vergrößert, ist eine hohe Schmierfähigkeit bei hoher Drehgeschwindigkeit und mit minimalem Temperaturanstieg des Schmieröls insbesondere wünschenswert.

Sofern die abgesenkte Fläche 6 einen Querschnitt mit einem Krümmungsradius aufweist, der sich langsam in Richtung eines Mittelpunktes der Breite der jeweiligen Strebe 5 ver­ größert, kann das oben beschriebene Trommelverfahren vor­ teilhafterweise bei der praktischen Anwendung der vorlie­ genden Erfindung eingesetzt und gleichzeitig eine Steige­ rung der Produktivität erreicht werden.

Bei der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung kann die Rollenaufnahme 2 jedoch nicht immer auf die oben in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschriebene Form beschränkt werden, soweit sie allerdings eine zylindrische Form hat, kann eine beliebige geeignete Form verwendet werden. Wie in Fig. 12 dargestellt, kann die Rollenaufnahme 2 beispielsweise eine Form aufweisen, bei welcher nur die Innenfläche der zylin­ drischen Wand der Rollenaufnahme 2 einen nach innen zurück­ gesetzten, das heißt, von der Rollenaufnahme radial nach außen tieferliegenden Zwischenabschnitt aufweist, während die zylindrische Wand über einen gleichmäßigen Außendurch­ messer verfügt.

Die radial nach innen verlaufenden Flansche oder Kränze, die mit der Bezugsziffer 2d beschrieben und dargestellt und an den jeweiligen Enden der zylindrischen Wand der Rollen­ aufnahme 2 in der vorhergehenden Ausführungsform einge­ setzt wurden, sind bei der praktischen Anwendung der vor­ liegenden Erfindung, wie in Fig. 11 dargestellt, nicht von wesentlicher Bedeutung. Durch die in Fig. 11 dargestellte Abänderung kann die Rollenaufnahme 2 durch Rollen einer bandförmigen Metallplatte in eine zylindrische Form ge­ bracht werden, bei der die gegenüberliegenden Enden zusam­ mengeschweißt werden und somit eine geschweißte, zylin­ drische Rollenaufnahme erhalten wird.

Die abgesenkte Fläche 6 kann an den jeweils gegenüberlie­ genden Enden 2a des Zylinders definiert werden, wie dies bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs­ form sowie bei der in Fig. 11 gezeigten modifizierten Rollenaufnahme 2 der Fall ist, oder an der offenen Kante der jeweiligen Tasche über deren gesamte Breite, wie dies im Falle der in Fig. 12 dargestellten modifizierten Rollenaufnahme 2 gezeigt wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit deren bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezug auf die bei­ gefügten Zeichnungen, die nur dem Zwecke der Darstellung dienen, vollständig beschrieben wurde, kann sich der Fach­ mann anhand der hier dargelegten Beschreibung der vorlie­ genden Erfindung zahlreiche Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Offensichtlichkeit der vorliegenden Erfindung vorstellen. Solche Änderungen und Modifikationen sind, so­ weit sie nicht von dem durch die beigefügten Patentan­ sprüche bezeichneten Umfang der vorliegenden Erfindung ab­ weichen, als hierin enthalten zu betrachten.

Claims (5)

1. Nadellager für den Einsatz an einem kurbelwellenseiti­ gen oder kolbenseitigen Pleuelstangenkopf, mit:
einer zylindrischen Rollenaufnahme (2) mit einer Mehrzahl von darin definierten Taschen (4), die in Abständen in Umfangsrichtung in dieser Rollenaufnahme angeordnet sind, und einer entsprechenden Anzahl von Streben (5), die sich jeweils zwischen den benachbarten Taschen befinden, wobei die Rollenaufnahme eine Außenfläche aufweist, die im Gebrauch von einer Innenfläche des kur­ belwellenseitigen oder kolbenseitigen Pleuelstangen­ kopfes gleitend geführt wird; und
einer Mehrzahl von Nadelrollen (3), die drehbar in den jeweiligen Taschen gehalten werden;
wobei jede der Streben über eine Ecke verfügt, die zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen (K) der jeweiligen, an die benachbarten Taschen angrenzenden Strebe und deren Außenflächen begrenzt ist, wobei diese Ecke so geformt ist, dass sie eine nach außen gebogene, abgesenkte Fläche darstellt, deren Quer­ schnittsform (G) einen Krümmungsradius aufweist, der sich graduell in Richtung auf einen Mittelpunkt der Breite der jeweiligen Strebe vergrößert.

2. Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesenkte Fläche durch ein Trommelverfahren gebildet wird.

3. Nadellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Annahme, dass ein Schnittpunkt zwischen der Außenfläche der Rollenaufnahme und einer Linie, die in Berührung mit den beiden gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen, der angrenzenden Tasche gegen­ überstehenden Strebe verläuft, mit A bezeichnet wird und eine Linie, die sich parallel zu einer breiten­ mäßigen Mittellinie der Strebe in einem Abstand von 0,25 mm zu Punkt A in vertikaler Richtung zur breiten­ mäßigen Mittellinie der Strebe erstreckt, mit C be­ zeichnet wird, ein Absenkbetrag der abgesenkten Fläche, der dem Abstand entlang der Linie C zwischen der Außenfläche der Rollenaufnahme und einer Außen­ seite der abgesenkten Fläche entspricht, in dem Be­ reich zwischen 0,010 mm und 0,050 mm gewählt wird.

4. Nadellager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Annahme, dass eine Linie, die parallel zu einer breitenmäßigen Mittellinie der Strebe in einem Abstand von 0, 15 mm zu Punkt A in vertikaler Richtung zu der breitenmäßigen Mittellinie der Strebe verläuft, mit B bezeichnet wird, ein Absenkbetrag der abgesenk­ ten Fläche, der dem Abstand entlang der Linie B zwischen der Außenfläche der Rollenaufnahme und der Außenseite der abgesenkten Fläche entspricht, in dem Bereich von 0,030 mm und 0,100 mm gewählt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Nadellagers nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgesenkte Fläche in der Rollenaufnahme nach einer Wärmebehand­ lung einem Trommelverfahren unterzogen wird, bei welchem ein Schleifmaterial aus einer Mischung aus Schleifpartikeln unterschiedlicher Partikelgrößen ver­ wendet wird.