DE3309792C2

DE3309792C2 - Lager für die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE3309792C2
Application number: DE3309792A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Ing.(grad.) 7000 Stuttgart Thom
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE3309792A1

Abstract

Es wird ein als Schalenlager ausgebildetes Kurbelwellenlager angegeben, dessen Lagerschalenhälften je einen äußeren und einen inneren halbzylindrischen Mantelkörper umfassen sowie einen dazwischen angeordneten, seinerseits halbzylindrischen Pufferkörper aus einem Elastomer, das gute Schwingungsdämmungs- und -dämpfungseigenschaften aufweist. In axialer Richtung ist der den Pufferkörper aufnehmende Zwischenraum durch radiale Flansche der inneren oder der äußeren Mantelkörper begrenzt, so daß nur enge radiale Spalte übrigbleiben, in die das Pufferkörpermaterial praktisch nicht ausweichen kann. Das Lager läßt maximale Schwingungsamplituden von 1 mm zu. Als Elastomer für den Pufferkörper ist Fluorkautschuk mit einer Shor-A-Härte von 83 vorgesehen. Der Pufferkörper hat ein Längen/Dickenverhältnis zwischen 15 und 30. Die in axialer Richtung gemessenen Weiten der radialen Ausweichspalte betragen zwischen 0,3 und 0,5 mm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager für die Brennkraftmaschine der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeuges mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs I genannten, gatuingsbeslimmcnden Merkmalen.

Ein Lager dieser Art, das in einem weiten Frequenzbereich der im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Transversalschwingungen der Kurbelwelle eine wirksame Schwingungsdämpfung und damit Schallisolierung vermitteln soll, ist aus der DE-OS 3017 847 bekannt Es ist als Schalenlager ausgebildet dessen Lagerschalenhälften je einen äußeren und einen inneren halbzylindrischen Mantelkörper umfassen, zwischen denen als Pufferkörper eine nachgiebig-elastische Schicht aus einem schwingungsdämpfenden Material angeordnet ist deren Dicke zwischen 0,5 und 2 mm befägt Bei üblicher Dimensionierung eines solchen Lagers mit einer etwa der axialen Länge der Lagerstelle entsprechenden axialen Länge des Pufferkörpers von ca. 20 mm ergibt sich dann ein Längen/Dicken-Verhältnis von mindestens 10. Wird ein solches Lager so dimensioniert daß es zwar der statischen Last standhalten kann, um eine wirksame Schwingungsdämmung zu erzielen aber Schwingungsamplituden von mindestens 5/100 mm erlaubt, so treten, wegen des extremen Längen/Dicken-Verhältnisses erhebliche axiale Ausgleichsbewegungen in dem Pufferkörper auf, die die Standfestigkeit des Lagers beeinträchtigen können. Wird andererseits für den Pufferkörper ein Material gewählt das härter ist und demzufolge nur geringere Schwingungsamplituden und entsprechend geringere Ausgleichsbewegungen zuläßt, so muß eine erheblich schlechtere Schalldämmung in Kauf genommen werden, was natürlich unerwünscht ist

Weiter ist es in Verbindung mit großtn ölförderpum-

pen, deren Schwingbalken mittels eines Kurbel/ Schubstangen-Triebes angetrieben ist bekannt (US-PS 22 71 741), mittels eines gummielastischen Pufferkörpers eine nachgiebige Verbindung zwischen der Schubstange und dem Gelenklager zu schaffen, um dadurch unerwünschte Knickbelastungen des Kurbelzapfens zu reduzieren. Das Gelenklager ist als Wälzlager ausgebildet dessen innerer Lagerring auf dem Kurbelzapfen sitzt und dessen äußerer Lagerring mit dem Schubstangenkopf über einen in dessen Lageröffnung eingesetzten Gummiring verbunden ist, der schubstangenseitig zwischen radialen Ringflanschen einer inneren Ringnut der Lageröffnung des Schubstangenkopfes angeordnet

-to und dadurch gegen eine axiale Verschiebung relativ zum Schubstangenkopf gesichert ist. Lagerseitig sitzt der Gummiring auf einer mit dem äußeren Lagerring des Wälzlagers fest verbundenen Hülse die einen dem einen Halteflansch des Schubstangenkopfes radial gegenüberliegend angeordneten Flansch hat, an dem der Gummiring in der einen axialen Bewegungsrichtung abgestützt ist, und auf der Gegenseite mit einem aufgesetzten, ebenfalls fianschförmigen Haltering versehen ist, durch den der Gummiring bezüglich axialer Verrükkungen relativ zur Hülse in der entgegengesetzten Richtung gesichert ist. Zwischen den Ringflanschen des Schübstangenkopfes und dem radialen Flansch der Lagerring-festen Hülse verbleiben Ringspalte, die sich in axialer Richtung erstrecken, so daß Material dieses Pufferkörpers, wenn dieser bereichsweise in radialer Richtung gequetscht würde, d. h. bei radialen Schwingungsbewegungen der Schubstange gegen den Kurbelzapfen, in axialer Richtung in die Ringspalte ausweichen könnte. In diesem Falle würde jedoch in die Ringspalte verdrängtes Material durch die zunehmende Spaitvercngung zusätzlich gequetscht, mit der Folge, duß die Steifigkeit dieser Pufferanordnung mit zunehmender Schwingungsamplitude stark anwachsen würde und eine Dämmwirkung entsprechend verringert würde, was

b5 natürlich bei einem Kurbelwellenlager höchst unerwünscht wiirc. Zwar könnte dieser unerwünschte Effekt durch eine drastische Vergrößerung der radialen Spaltweiten der Ringspalte im Vergleich zu den möglichen

Schwingungsamplituden und einer entsprechenden Vergrößerung der Dicke des Gummiringes reduziert werden, jedoch nur um den Preis einer erheblichen Vergrößerung des Bauraumes, der aber im Kurbelgehäuse eines Kraftfahrzeug-Motors nicht zur Verfügung steht. Die bekannte Lageranordnung wäre daher für eine Anwendung im Kraftzeugbau nicht geeignet

Dasselbe gilt sinngemäß auch für ein in Verbindung mit Kurbelantrioben für Gattersägen bekannte^ nachgiebiges Lager (DE-PS 5 09 996), das die gelenkige Verbindung der Schub- bzw. Zugstangen je eines Kurbeltriebes iTiit je einem Lagerzapfen vermittelt, die an einander gegenüberliegenden Seiten des an einem Sägengestell auf- und abbeweglichen Sägeblattrahmens angeordnet sind. Dieses bekannte Lager ist als Schalenlager mit zwei Lagerschalenhälften ausgebildet, die in einem gabelförmig gestalteten Endabschnitt der Schubstange, in deren Längsrichtung, um einige Zehntel Millimeter hin- und herverschiebbar sind. Die eine, innere Lagerschale ist zur Schubstange hin mittels eines ersten Gummipuffers abgestützt, die andere Lagerschale über einen zweiten Gummipuffer gegen eine Druckplatte, die mittels einer Spannvorrichtung zum Lager hin verschiebbar ist, wodurch eine erwünschte Vorpressung der beiden Gummipuffer erzielt werden kann. Die Gummipuffer sind innerhalb zylindrisch-topfförmiger Vertiefungen der Druckplatte bzw. der Schubstange angeordnet, in welche außenseitig von den Lagerschalen abstehende Stempel, die einen zum lichten Querschnitt der Hohlräume komplementären Querschnitt haben, hineinragen, wobei die durch die Vertiefungen und die Stempel begrenzten, nach außen geschlossenen Hohlräume vollständig mit dem Gummipuffer-Material ausgefüllt sind. Zweck dieser Art der Lagergestaltung ist es, eine gewisse Nachgiebigkeit des Lagers dahingehend zu erzielen, daß eine nicht exakt fluchtende Anordnung der am Sägeblattrahmen angeordneten Gelenkzapfen ausgeglichen werden kann. Dadurch so!! vermieden werden, daß — für den Fall der nicht exakt fluchtenden Anordnung der Lagerzapfen — in den Totpunkten der Gatterbewegungen die Schubstangen der beiden Kurbelantriebe zeitweise gegeneinander arbeiten und die Lagerzapfen dadurch überhöhten Knickbeanspruchungen ausgesetzt sein können. Auch das bekannte Lager wäre, selbst wenn man eine Einstellbarkeit der Steifigkeit in weitesten Grenzen unterstellt, als Lager für die Kurbelwelle eines Kraftfahrzeuges nicht geeignet, da es allenfalls in einem kleinen Bruchteil des vollen 360°-Winkelbereiches, innerhalb dessen die Kurbelwelle Schwingungen unterworfen sein kann, eine Dämmwirkung entfalten könnte. Es muß auch davon ausgegangen werden, daß ein Lager mit diesem Aufbau auch den in einem Faiirzeugmotor auftretenden thermischen Belastungen nicht standhalten könnte

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lager der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine hohe Langzeit-Standfestigkeit auszeichnet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Hiernach ist eine Gestaltung der Mantelkörper vorgesehen, bei der das Pufferschichtmaterial nahezu vollständig in einen kreiszylindrischen Ringraum eingesperrt ist, wobei die Mantelkörper der Lagerschalcnhälften lediglich durch enge, radiale Ringspalte gegeneinander abgesetzt sind, in die das Pufferschichtmaterial, wenn es unter dem Einfiuß der Kurbelwellenschwingungen in radialer Richtung zusammengedrückt wird, praktisch nicht eindringen kenn, mit der vorteilhaften Folge, daß keinerlei nennenswerte Ausweichbewegungen im Pufferschichtmaterial auftreten, die zu einer Beschädigung desselben führen könnten. Das erfindungsmäße Lager zeichnet sich durch eine hervorragende Langzeit-Standfestigkeit aus und kann auch auf relativ hohe Schwingungsamplituden ausgelegt werden. Ein wesentlicher, hieraus resultierender Vorteil ist darin zu sehen, daß sich insbesondere im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, bei dem besonders große Schvvingungsamplituden der Kurbelwelle auftreten, eine wirksame Geräuschdärnmung erzielen läßt Durch die Merkmale des Anspruchs 2 ist eine konstruktiv einfache und funktionell günstige Gestaltung der Mantelkörper des erfindungsgemäßen Lagers angegeben, bei der dieses ohne Schwierigkeit in den dafür vorhandenen Einbauräumen einer üblichen Brennkraftmaschine untergebracht werden kann.
Im Hinblick hierauf sind durch die Merkmale des An-Spruchs 3 spezielle Dimensionierungc des erfmdungsgemäßen Lagers angegeben, die sich bei ner versuchsweisen praktischen Erprobung als besonders günstig herausgestellt haben.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben ^rich aus der nachfolgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 ein erfindungsgemäßes Kurbelwellenlager im eingebauten Zustand, teilweise im Schnitt rechtwinklig zur zentralen Achse der Kurbelwelle, teilweise in Ansicht in Richtung ihrer zentralen Achse,

F i g. 2 das Lager gemäß F i g. 1 in einem teiiweisen Schnitt längs der zentralen Achse der Kurbelwelle und
Fig.3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurbelwellenlagers, in einer der F i g. 2 entsprechenden, vereinfachten Längsschnittdarstellung. Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Kurbelwellenlager 10 für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges ist, wie an sich üblich, als Schalen-Gleitlager ausgebildet, das eine in den Lagerstuhl 11 des ansonsten nicht näher dargestellten Kurbelgehäuses eingesetzte, insgesamt mit 12 bezeichnete Lagerschalenhälfte und eine in den am Lagerstuhl 11 festgeschraubten Lagerdeckel 13 eingesetzte, insgesamt mit 14 bezeichnete Lagerschalenhälfte umfaßt, die zusammen eine geschlossene, ringzylindrische Lagerschale für einen Lagerzapfen 16 der mit 17 bezeichneten Kurbelwelle bilden.

Jede der beiden Lagerschalenhälften 12 und 14 umfaßt einen inneren, wellenseitigen, halbzylindrischen Mantelkörper 18 bzw. 19, der in der Gebrauchslage gemäß Fig. 1 den oberen bzw. den unteren 180°-Mantelbereich des Kurbelwellenzapfens 16 umgibt, und einen äuPere.., iagerstuhl- bzw. lagerdeckelseitigen, seinerseits halbzylindrischen Mantelkörper 21 bzw. 22, die aus einem formstabilen, festen Material bestehen.

Zwischen dem inneren und äußeren Mantelkörper 18 und 21 bzw. 19 und 22 der Lagerschalenhälften 12 bzw. 14 ist je ein seinerseits halbzylindrischer Pufferkörper 23 bzw. 24 angeordnet, die sich im eingebauten Zustand des Lagers 10 zu einem insgesamt ringzylindrischen Pufferkörper ergänzen, der den Raum zwischen den inneren Mantelkörpern 18 sowie 19 und den äußeren Mantelkörpern 21 sowie 22 der beiden Lagerschalenhälften 12 und 14 vollständig ausfüllt.

Der Pufferkörper 23, 24 ist so ausgelegt, daß er in einem günstig weiten Frequenzbereich der Schwingungen, die die Kurbelwelle 17 unter dem Einfluß der an ihr angreifenden Gas- und Massenkräfte im wesentlichen

senkrecht zu ihrer Längsachse 26 bzw. des Lagers 10 ausführt, eine wirksame Isolation dieser Schwingungen gegenober dem Kurbelgehäuse vermittelt und dadurch eine erwünschte Geräuschdämmung erzielt wird. Die Auslegung des Pufferkörpers 23, 24 ist im übrigen derart getroffen, daß im Bereich der Leerlaufdrehzahl von z. B. 1000 U/min der Brennkraftmaschine, d. h. im niederfrequenten Bereich der transversalen Schwingungen der Kurbelwelle 17, in dem diese ihre größten Amplituden haben, die transversalen Auslenkungen der Kurbel- welle auf ca. 0,1 mm begrenzt werden.

Hierzu ist das Kurbelwellenlager 10 mit der mehr im einzelnen aus der F i g. 2 ersichtlichen speziellen Gestaltung wie folgt realisiert:

Der Durchmesser DO des Lagerzapfens 16, mit dem sich die Kurbelwelle gemäß F i g. 2 an den inneren Mantelflächen 27 der inneren Mantelkörper 18 und 19 des Lagers 10 im Betrieb über einen dünnen Ölfilm gleitend abstützt, sei mit 70 mm vorausgesetzt. Die radiale Dicke D, der inneren Mantelkörper 18 und 19 beträgt 2.2 mm. Die in Richtung der Längsachse 26 gemessene, der axialen Länge der Lagerstelle entsprechende Länge / der inneren Mantelkörper 18 und 19 beträgt 24 mm.

Die äußeren Mantelkörper 21 und 22 der Lagerschalenhälften 12 und 14 sind in der Längsschnittdarstellung der Fig.2 topfförmig ausgebildet, wobei der sich an dem den Lagerträger bildenden Lagerdeckel 13 abstützende, halbzylindrische Mantelteil gleichsam den Boden des Topfes bildet, der in axialer Richtung durch radiale, zur Kurbelwelle hin weisende Endflansche 28 und 29 begrenzt ist, wobei das Lager 10 insgesamt symmetrisch bezüglich seiner rechtwinklig zur Längsachse 26 verlaufenden Quermittelebene 31 ausgebildet ist Der axiale Abstand der Endflansche 28 und 29 ist, zwischen ihren einander gegenüberliegenden, inneren, radiale Seitenflächen 32 und 33 gemessen, ca. 0,6 bis 1 mm größer als die axiaie Länge / der inneren fvianteikörper ie und i9. Die von der inneren Mantelfläche 34 der äußeren Mantelkörper 21 und 22 aus gemessene radiale Höhe h der Erdflansche 28 und 29 beträgt 1,5 bis 2 mm. Diese Höhe h ist damit um 0,6 bis 1,1 mm größer als der ca. 0,9 mm betragende mittlere radiale Abstand der inneren Mantelflächen 34 der äußeren Mantelkörper 21 und 22 von den äußeren Mantelflächen 36 der inneren, kurbelwellenseitigen Mantelkörper 18 und 19, wobei dieser Ab- stand der mittleren radialen Dicke der Pufferkörperhälften 23 und 24 entspricht die, in Längsrichtung gesehen, sich zwischen den radialen Flanschen 28 und 29 erstreckend, zwischen den Mantelkörpern 18,19 und 21, 22 angeordnet sind. Zwischen den Innenflächen 32 und so 33 der radialen Flansche 28 und 29 und den diesen Innenflächen jeweils gegenüberliegend angeordneten, ringförmigen Stirnflächen 37 und 38 der inneren Mantelkörper 18 und 19 verbleibende, radiale Ausgleichsspalte 39 und 41 haben eine in axialer Richtung gemes- sene lichte Weite von jeweils 03 bis maximal 0,5 mm. Die axiale Dicke der Endflansche 28 und 29 beträgt zwischen 1,5 und 2 mm.

Die Pufferkörperhälften 23 und 24 bestehen aus einem hochtemperaturfesten Elastomer, vorzugsweise ei- nem Fluor-Kautschuk-Material, das bei Zimmertemperatur eine Shore-A-Härte von mindestens 80, gegebenenfalls auch noch eine größere Härte hat

In dem in Fig. 1 wiedergegebenen, eingebauten Zustand stehen die Pufferkörperhäiften 23 und 24 unter einer erheblichen Vorspannung, die dadurch erzielt wird, daß die Pufferkörperhäiften beim Einbau des Lagers 10 in die Brennkraftmaschine auf etwa ³A bis Vj ihrer dem entspannten Zustand entsprechenden Dicke zusammengedrückt werden, wobei das Pufferkörpermaterial wegen der geringen Weite der Ausgleichsspal-Ie 39 und 41 nur geringfügig in diese hinein ausweichen kann, wodurch auch der im Sinne einer guten Langzeit-Standfestigkeit des Lagers 10 erwünschte Effekt erzielt wird, daß bei den im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen der Kurbelwelle 17 keine nennenswerten axialen Ausgleichsbewegungen innerhalb des Pufferkörpermaterials auftreten können, da dieses in einem allenfalls geringfügigen Maß in die engen radialen Spalte 39 und 41 hineinquellen kann.

Die Pufferkörperhäiften 23 und 24 sind an mindestens einem der Mantelkörper 18 und 19 bzw. 21 und 22 und vorzugsweise an beiden Mantelkörpern einer Lagerschalenhälfte 12 bzw. 14 anvulkanisiert. Dadurch wird zum einen die Montage des Kurbelwellenlagers 10 erleichtert und zum anderen auch eine zusätzliche Behinderung axialer bzw. radialer Ausweichbewegungen des Pufferkörpermaterials erreicht.

Das in der F i g. 3 weiter dargestellte Kurbelwellenlager 20 entspricht baulich und funktionell weitgehend dem anhand der F i g. 1 und 2 erläuterten Lager 10. wobei einander entsprechende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen belegt sind und insoweit auf die vorstehende Beschreibung des Lagers 10 verwiesen wird.

Im (unterschied zu diesem sind bei dem Lager 20 gemäß F i g. 3 die kurbelwellenseitigen inneren Mantelkörper 18' und 19' mit den radial abstehenden, hier von dem Lagerzapfen 16 der Kurbelwelle 17 weg weisenden Endflanschen 28' und 29' versehen, die die axialen Ausweichbewegungen der Pufferkörperhäiften 23 und 24 verhindern. Bei dieser Anordnung der Endflansche 28' und 29' können diese mit größeren radialen Höhen realisiert werden, ohne daß die Gefahr eines schwingungsbedingten Anschiagens an einem benachbarten Teil besteht. Die funktionell den Lagerschalenhälften 12 und 14 gemäß F i g. 1 entsprechenden Lagerschalenhälften des Lagers 20 sind mit 12' und 14' bezeichnet Die den äußeren Mantelkörpern 21 und 22 gemäß Fig. 1 entsprechenden Mantelkörper des Lagers 20 sind mit 2V und 22' bezeichnet

Sowohl beim Lager 20 gemäß F i g. 3 als auch beim Lager 10 gemäß F i g. 1 erfolgt die Schmierölzufuhr zur Lagerstelle über eine gehäuseseitige Ölbohrung 42, die durch die gehäuseseitige Lagerschalenhälfte 12' bzw. 12 des Lagers 20 bzw. 10 hindurchgeführt ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lager für die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit zwei in ihrer Gebrauchslage die Lagerstelle der Kurbelwelle vollständig umgebenden ringzylindrischen Lagerschalen bildenden Lagerschalenhälften, deren eine am Kurbelgehäuse und deren andere an einem am Kurbelgehäuse festlegbaren Lagerdeckel angeordnet ist wobei die Lagerschalenhälften je einen inneren, kurbelwellenseitigen, halbzylindrischen Mantelkörper und einen äußeren, gehäuse- bzw. lagerdeckelseitig angeordneten, halbzylindrischen Mantelkörper umfassen, zwischen denen ihrerseits halbzylindrisch ausgebildete und in der Gebrauchslage einen in sich geschlossenen ringzylindrischen, in radialer Richtung nachgiebigen Pufferkörper bildende Zwischenkörper aus einem Elastomer angeordnet sind, wobei das Verhältnis UEh der in axialer Richtung gemessenen wirksamen Länge / dieser Zwischenkörper zu ihrer radialen Dicke D₂ mindestens 5 beträgt und der Pufferkörper eine Shore-Α-Härte von mindestens 75 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von den Mantelkörpern (21,22; 18', 19') der Lagerschalenhälften (12,14; 12', 14') entweder die beiden äußeren (21,22) oder die beiden inneren (18', 19') in axialer Richtung länger sind als die jeweils radial gegenüberliegend angeordneten Mantelkörper und daß die axial längeren Mantelkörper mit radialen Endflanschc:. (28, 29; 28', 29') versehen sind, deren radiale Höhe größer ist als <*ie Dicke D₁ des zwischen den Mantelkörpern eingeschlossenen Pufferkörpers (23, 24), und da£r die in axialer Richtung gemessene lichte Weite der durch die radialen Endflansche der axial längeren Mantelkörper und die kreisringförmigen Stirnflächen der anderen Mantelkörper begrenzten Ausgleichsspalte (39 und 41) zwischen 0,2 und 0,5 mm beträgt.

2. Lager nach Anspruch 1, wobei die radialen Endflansche an den äußeren Mantelkörpern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe h der Endflansche (28 und 29) um 20 bis 50% größer ist als die mittlere radiale Dicke D₁ des Pufferkörpers (23, 24) in dessen Gebrauchslage, und daß die radiale Dicke Dy der inneren Mantelkörper (18, 19) mindestens der radialen Dicke Di des Pufferkörpers (23,24) entspricht oder etwas größer ist als diese.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstelle eine axiale Ausdehnung zwischen 15 und 30 mm hat, daß die Mantelkörper (18, 19) eine radiale Dicke D\ zwischen 2 und 3,5 mm und der Pufferkörper eine mittlere radiale Dicke zwischen 0,9 und 1,2 mm haben, daß die Höhen der radialen Flansche (28 und 29) zwischen 1,2 und 1,8 mm und ihre in axialer Richtung gemessenen Flanschdikken zwischen 1,5 und 2 mm betragen.