DE202015106066U1

DE202015106066U1 - Hydrodynamisches Axialgleitlager

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Publication number: DE202015106066U1
Application number: DE202015106066.1U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2025-11-12
Also published as: DE102015220217A1; DE102015220213A1

Abstract

Hydrodynamisches Axialgleitlager zur Abstützung von Axialkräften (FA) zwischen relativ zueinander rotierenden Lagerteilen aufweisend zumindest eine in eine Axialrichtung (A) zu einem der Lagerteile (2) weisende Tragoberfläche (3), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Tragoberfläche (3) in einer Radialrichtung (R) gesehen zur Radialrichtung (R) geneigt angeordnet ist und/oder konturiert ist, wobei die Neigung und/oder Konturierung zur Ausbildung eines sich radial nach außen verengenden Schmierspalts (s) zwischen der Tragoberfläche (3) und dem korrespondierenden Lagerteil (2) eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Axialgleitlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US 5,829,338 ist ein gattungsgemäßes hydrodynamisches Axialgleitlager bekannt, welches Tragoberflächen besitzt, die dazu ausgebildet sind, dass sich zwischen den Tragoberflächen und einem Lagerpartnerteil im Betrieb ein hydrodynamischer Schmierfilm aus einem flüssigen Schmierstoff bilden kann.
Die Tragoberflächen sind dabei parallel zu korrespondierenden Tragoberflächen des Lagerpartnerteils ausgerichtet. In Umfangsrichtung vorgelagert sind Fangflächen angeordnet, die zu einer Normalen auf die Tragoberfläche geneigt ausgebildet sind. Diese Neigung geschieht in Umfangsrichtung. Zweck dieser Fangflächen ist es, einen keilförmigen Spalt zum Lagerpartnerteil zu bilden, um bei einer Relativbewegung des hydrodynamischen Axialgleitlagers relativ zum Lagerpartnerteil Schmierstoff in einen Schmierspalt zwischen der Tragoberfläche und dem Lagerpartnerteil zu befördern.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydrodynamisches Axialgleitlager derart weiterzubilden, dass ein Reibungsverhalten und ein Verschleißverhalten des hydrodynamischen Axialgleitlagers auch hinsichtlich seines Lagerpartnerteiles weiter verbessert werden. Als besonderer Anwendungsfall soll der axiale Reibkontakt zwischen einem Pleuel und einer Kurbelwelle verbessert werden. Ziel ist es, eine Verschleißminimierung und eine verringerte Reibung zwischen Lagerpartnerteilen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einem hydrodynamischen Axialgleitlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein hydrodynamisches Axialgleitlager zur Abstützung von Axialkräften F_A zwischen relativ zueinander rotierenden Lagerteilen aufweisend zumindest eine in einer Axialrichtung zu einem der Lagerteile weisende Tragoberfläche dadurch weitergebildet, dass die zumindest eine Tragoberfläche in einer Radialrichtung R gesehen zur Radialrichtung R geneigt angeordnet ist und/oder konturiert ist, wobei die Neigung und/oder Konturierung zur Ausbildung eines sich radial nach außen verengenden Schmierspalts s zwischen der Tragoberfläche und dem korrespondierenden Lagerteil, d. h. einem Lagerpartnerteil eingerichtet ist.
Mit einer solchen in Radialrichtung ausgebildeten Neigung/Konturierung der Tragoberflächen gelingt es, flüssigen Schmierstoff, der aufgrund von Fliehkräften von einer Lagerbohrung des Axiallagers radial nach außen entweichen will, durch einen radial einwärts vergrößerten Schmierspalt s aufzufangen und in dem sich radial nach außen verjüngenden Schmierspalt s zu transportieren.
Hierdurch werden ein zuverlässigerer Aufbau und ein tragfähigerer Ölfilm zwischen den sich zueinander bewegenden Oberflächen also der Tragoberfläche und einer korrespondierenden Tragoberfläche des Lagerpartnerteils erreicht. Es konnte beobachtet werden, dass hierdurch die Reibung und der Verschleiß in dem erfindungsgemäßen Axiallager und einem Lagerpartnerteil vermindert wird. Insbesondere geschieht bei einer geringeren Relativbewegung der Lagerpartnerteile zueinander der Schmierfilm-aufbau schneller und bei niedrigerer Relativgeschwindigkeit der Lagerpartnerteile zueinander.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Tragoberfläche zusätzlich zu der Radialrichtung auch in einer Umfangsrichtung geneigt und/oder konturiert ausgebildet ist, wobei die Neigung/Konturierung in Umfangsrichtung U zur Ausbildung eines sich in Umfangsrichtung verengenden Schmierspalts s zwischen der Tragoberfläche und einen korrespondierenden Lagerteil eingerichtet ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, das benachbart zur Tragoberfläche in Umfangsrichtung U und/oder in der Radialrichtung R weiter innenliegend zumindest eine Fangfläche zur Ausbildung eines Schmierstofffangspaltes angeordnet ist. Eine solche Fangfläche kann dabei derart angeordnet sein, dass sie gegenüber dem Lagerpartnerteil einen vergrößerten Spalt nach Art einer Fangtasche bildet, in dem sich Schmierstoff im Betrieb anreichert und zum Ausbilden des z. B. radial weiter außen liegende Schmierspaltes s zur Verfügung steht. Eine Fangfläche bildet zweckmäßiger Weise gegenüber dem Lagerpartnerteil einen deutlich vergrößerten Schmierspalt s aus als die Tragoberfläche.
In einer besonderen Ausführungsform ist die Tragoberfläche ein Teil einer Außenfläche eines Pleuels, welcher insbesondere mit einer Lagerpartnerfläche eines Lagerpartnerteils, z. B. einer Kurbelwelle zusammenwirkt. Das erfindungsgemäße hydrodynamische Axialgleitlager hat sich gerade für diesen Reibkontakt besonders bewährt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltungsform beträgt ein Neigungswinkel α der Tragoberfläche in Radialrichtung R weniger als 5°, bevorzugt weniger als 1°.
Ein dazugehöriger Schmierspalt s, der erfindungsgemäß in Radialrichtung R nach außen sich verjüngend, z. B. keilförmig verläuft, ist radial weiter innenliegend, zweckmäßigerweise weniger als 50 μm größer als an seiner engsten Stelle. Als besonders zweckmäßig hat sich herausgestellt, den Schmierspalt s radial weiter innenliegend 20 μm bis 40 μm größer zu gestalten als an seiner engsten Stelle.
Zusätzlich zu den vorgenannten Maßnahmen kann es zweckmäßig sein, dass das hydrodynamische Axiallager gemäß der Erfindung zum korrespondierenden Lagerteilpartnerteil hin offene Schmierstoffnuten besitzt. Diese Schmierstoffnuten dienen einmal dazu, genügend Schmierstoff für die Ausbildung eines tragfähigen, hydrodynamisch auszubildenden Schmierspalts s bereitzuhalten. Andererseits verbinden die Schmierstoffnuten einen radial innenliegenden Bereich einer Lagerbohrung des Axiallagers mit einem radial außenliegenden Außenbereich des Axiallagers fluidisch miteinander, so dass überschüssiger Schmierstoff, der beispielsweise nicht zur Ausbildung der tragenden Schmierfilme benötigt wird, die Lagestelle möglichst ungehindert verlassen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers mit einer über die Maßen vergrößerten Neigung einer Tragoberfläche;
2: einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrodynamischen Gleitlagers mit einer ebenso über die Maßen vergrößerten Neigung der Tragoberfläche;
3: einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß hydrodynamischen Gleitlagers mit einer über die Maßen vergrößerten Neigung der Tragoberfläche und
4: einen Anwendungsfall des Axialgleitlagers gemäß 3 zwischen einem Pleuel und einer Kurbelwelle.
Ein erfindungsgemäßes hydrodynamisches Axialgleitlager 1 (1) dient zur Abstützung von Axialkräften F_A zwischen relativ zueinander rotierenden Lagerteilen. Eines der Lagerteile ist in den Figuren mit den Bezugszeichen 2 gestrichelt als Wellenstumpf dargestellt. Ein zweites relativ zum ersten Lagerteil 2 rotierendes Lagerteil kann beispielweise das Axialgleitlager 1 selbst oder ein fest mit diesem verbundenes Teil sein.
Das Axialgleitlager 1 besitzt eine zum Lagerteil 2 hin weisende Tragoberfläche 3, die zur Ausbildung eines Schmierspaltes s zwischen dem Lagerteil 2 – im Folgenden Lagerpartnerteil 2 – dient.
Die Tragoberfläche 3 ist bei einem erfindungsgemäßen Axialgleitlager 1 in einer Radialrichtung R gesehen zu dieser Radialrichtung R geneigt ausgebildet, wobei die Neigung zur Ausbildung des sich radial nach außen verengenden Schmierspalts s eingerichtet ist. Der Schmierspalt s ist zwischen der Tragoberfläche 3 und dem korrespondierenden Lagerteil – also dem Lagerpartnerteil 2 – angeordnet. Neben einer Neigung einer im Querschnitt gemäß 1 ebenen Fläche, kann ein sich radial nach außen verjüngender Schmierspalt s auch durch eine Konturierung der Tragoberfläche 3 ergeben. Beispielsweise kann die Tragoberfläche 3 im Querschnitt gewölbt sein, wobei die Wölbung derart angeordnet ist, dass sich zumindest teilbereichsweise radial nach außen eine Verjüngung des Schmierspalts s ergibt. Es konnte beobachtet werden, dass an einer engsten Stelle 4 des Schmierspalts s durch die Neigung/Konturierung der Tragoberfläche 3 ein besonders tragfähiger und belastbarer hydrodynamischer Schmierfilm entsteht, was bewirkt, dass das Axialgleitlager 1 und das Lagerpartnerteil 2 einen verringerten Verschleiß aufweisen. Es konnte auch beobachtet werden, dass ein Schmierspaltaufbau sich bereits bei geringeren Relativgeschwindigkeiten der Lagerteile zueinander einstellt, im Vergleich zu Tragoberflächen 3 gemäß dem Stand der Technik, die in Radialrichtung R gesehen parallel zum Lagerpartnerteil 2 verlaufen.
Die Neigung der Tragoberfläche 3 in Radialrichtung R nach innen erfolgt um einen Winkel α, der zweckmäßiger Weise weniger als 5°, insbesondere weniger als 1° beträgt. Der Winkel α ist dabei relativ zur Radialrichtung R gemessen zu verstehen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (2) ist radial innerhalb der Tragoberfläche 3 eine radial geneigte Fangfläche 5 angeordnet. Die Fangfläche 5 ist gegenüber der Tragoberfläche 3 in Radialrichtung beispielsweise stärker geneigt angeordnet oder gestuft, jedenfalls derart ausgebildet, dass ein gegenüber dem sich verjüngenden Schmierspalt s vergrößerter Schmierstofffangspalt 6 ausgebildet ist. In diesem Schmierstofffangspalt 6, der im vorliegenden Beispiel keilförmig ausgebildet ist, kann sich Schmierstoff sammeln, der zur Ausbildung des eigentlich tragenden hydrodynamischen Schmierfilmes, der im Betrieb im Schmierspalt s entsteht, zur Verfügung steht.
Alternativ oder zusätzlich zu den Fangflächen 5 kann das Axiallager 1 über den Umfang verteilt zum korrespondierenden Lagerpartnerteil 2 hin offene Schmierstoffnuten 7 besitzen. Derartige Schmierstoffnuten 7, die einen radial innenliegenden Bereich einer Lagerbohrung 8 des Axiallagers 1 mit einem radial außenliegenden Außenbereich 9 des Axiallagers 1 fluidisch miteinander verbinden, sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. In einer Umfangsrichtung U gesehen, können von der Schmierstoffnut 7 aus Schmierstofffangflächen 5 vorgesehen sein, die in der Umfangsrichtung U partiell für eine Vergrößerung des Schmierspaltes s sorgen. Derartige in Umfangsrichtung U verlaufende Fangflächen 5 sind aus dem Stand der Technik gemäß der US 5,829,338 bekannt, können jedoch die vorliegende Erfindung vorteilhaft ergänzen.
In einer weiteren Ausführungsform (4) ist das hydrodynamische Axialgleitlager 1 in einem Pleuel 10 integriert, z. B. eines Verbrennungsmotors angeordnet, wobei die Tragoberfläche 3 ein Teil einer Außenfläche eines Pleuels 10, insbesondere eines Pleuellagerauges ist. In einem solchen Fall kommt das erfindungsgemäße hydrodynamische Axialgleitlager 1 in besonders bevorzugter Art und Weise zwischen dem Pleuel 10 und einer Kurbelwelle 11 zum Einsatz.
Bezugszeichenliste

F_A: Axialkraft
R: Radialrichtung
U: Umfangsrichtung
α: Neigungswinkel
A: Axialrichtung
s: Schmierspalt
1: hydrodynamisches Axialgleitlager
2: Lagerpartnerteile
3: Tragoberfläche
4: engste Stelle
5: Fangfläche
6: Schmierstofffangspalt
7: Schmierstoffnuten
8: Lagerbohrung
9: Außenbereich
10: Pleuel
12: Kurbelwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5829338 [0002, 0025]

Claims

Hydrodynamisches Axialgleitlager zur Abstützung von Axialkräften (F_A) zwischen relativ zueinander rotierenden Lagerteilen aufweisend zumindest eine in eine Axialrichtung (A) zu einem der Lagerteile (2) weisende Tragoberfläche (3), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Tragoberfläche (3) in einer Radialrichtung (R) gesehen zur Radialrichtung (R) geneigt angeordnet ist und/oder konturiert ist, wobei die Neigung und/oder Konturierung zur Ausbildung eines sich radial nach außen verengenden Schmierspalts (s) zwischen der Tragoberfläche (3) und dem korrespondierenden Lagerteil (2) eingerichtet ist.
Hydrodynamisches Axialgleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragoberfläche (3) in einer Umfangsrichtung (U) geneigt und/oder konturiert ausgebildet ist, wobei die Neigung/Konturierung in Umfangsrichtung (U) zur Ausbildung eines sich in Umfangsrichtung (U) verengenden Schmierspalts (s) zwischen der Tragoberfläche (3) und dem korrespondierenden Lagerteil (2) eingerichtet ist.
Hydrodynamisches Axialgleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung (U) benachbart zur der Tragoberfläche (3) und/oder in Radialrichtung (R) weiter innenliegend zumindest eine Fangfläche (5) zur Ausbildung eines Schmierstofffangspaltes (6) angeordnet ist.
Hydrodynamisches Axialgleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragoberfläche (3) ein Teil einer Außenfläche eines Pleuels (10) ist.
Hydrodynamisches Axialgleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die korrespondierenden Lagerteile ein Pleuel (10) und eine Kurbelwelle (12) sind.
Hydrodynamisches Axialgleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungswinkel (α) der Tragoberfläche (3) in Radialrichtung (R) weniger als 5°, bevorzugt weniger als 1° beträgt.
Hydrodynamisches Axialgleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierspalt (s) radial innen weniger als 50 μm größer ist als an seiner engsten Stelle (4), insbesondere 20 μm bis 40 μm größer ist.
Hydrodynamisches Axialgleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (1) zu korrespondierenden Lagerteilpartnerteil (2) hin offene Schmierstoffnuten (7) besitzt.
Hydrodynamisches Axialgleitlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffnuten (7) einen radial innenliegenden Bereich einer Lagerbohrung (8) des Axiallagers (1) mit einem radial außenliegenden Außenbereich (9) des Axiallagers (1) fluidisch verbinden.