WO2007104288A1 - Lagerschale und lager - Google Patents

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WO2007104288A1
WO2007104288A1 PCT/DE2007/000439 DE2007000439W WO2007104288A1 WO 2007104288 A1 WO2007104288 A1 WO 2007104288A1 DE 2007000439 W DE2007000439 W DE 2007000439W WO 2007104288 A1 WO2007104288 A1 WO 2007104288A1
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groove
bearing shell
section
shell according
cross
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PCT/DE2007/000439
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French (fr)
Inventor
Martin Klein
Original Assignee
Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh
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    • F16C9/02—Crankshaft bearings
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    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
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    • F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/22—Internal combustion engines

Definitions

  • the invention relates to a bearing shell, in particular for crankshaft bearings with partial surfaces, with an on the inner sliding surface, at least partially extending over the circumference of the oil groove, and with at least one opening into the oil groove oil hole.
  • the invention also relates to a bearing with such a bearing shell.
  • an oil groove is meant a recess whose extension in the longitudinal direction, i. in the circumferential direction of the bearing shell is greater than the width of the oil groove.
  • the reduction of the ⁇ lnutqueriteses offers the further advantage that the oil pump power can be reduced, whereby the power loss of the internal combustion engine is reduced. Due to the rotation of the counter-rotor, however, a negative pressure simultaneously arises at the other partial surface, which has the disadvantage that, in spite of the reduction in cross-section, an oil-pressure loss is caused on this side of the partial surface. This side of the bearing shell is called the negative pressure side.
  • the oil pressure loss on the negative pressure side is due to the fact that the applied pump pressure P P is greater than the by the rotation of the counter-rotor (crankshaft) generated negative pressure PRotation (Ppumpe> P Rota ti o n) -
  • the oil pressure loss is caused by the fact that the oil very easily can emerge laterally over the groove cross-section and the wall thickness course (free-puller or exposure area), which may possibly reduce towards the partial surface.
  • JP 8-93769 A describes a bearing shell with a groove which extends only over a partial region of the inner circumference. At the end of the groove, which ends at a distance to a partial surface, a step is provided, against which the supplied oil flows and generates a dynamic pressure there. Before the step, an outlet opening is provided in the groove, through which the accumulated oil can be removed.
  • This bearing shell or a bearing formed therefrom has the disadvantage that the primary dirt accumulates before this stage and can only be dissipated to a limited extent via the outlet line.
  • the object of the invention is to provide a bearing shell and a bearing, in which / which is formed on the negative pressure side oil pressure loss is reduced.
  • This object is achieved with a bearing shell in that the ⁇ Inut opens into the second part surface and ends with its groove end at a distance from the first part surface.
  • the asymmetrical design of the ⁇ Inut requires a corresponding installation position of this bearing shell with respect to the direction of rotation of the counter-rotor or with respect to the flow direction of the oil.
  • the bearing shell is to be installed in such a way that the lubricating oil flows from the first partial surface to the second partial surface.
  • the ⁇ Inut is open to the second partial surface.
  • the cross-sectional area of the ⁇ Inut can be constant over at least 50% of the total groove length.
  • the cross-sectional area of the ⁇ Inut decreases continuously to the first part-surface spaced groove end.
  • This reduction in cross-section can be realized by the groove depth T and / or the groove width B decreasing / decreasing continuously towards the end of the groove. This means that the groove depth T and / or the groove width B are continuously reduced / reduced to the value zero.
  • the cross-sectional area of the ⁇ Inut continuously decreases from the vertex of the bearing shell, in particular from the second partial surface, to the end of the groove.
  • the circular arc forming the groove bottom of the oil groove has a radius of curvature Ri related to a center Mi
  • the sliding surface has a radius of curvature R related to a center M, the centers Mi and M being offset from one another.
  • the midpoints M, Mi are arranged offset from one another on the connecting line of the partial surfaces.
  • the center Mi is preferably between M and the second partial surface.
  • the oil groove has a first section with a large groove cross-section and a second section with a small groove cross-section, wherein the first section with a large groove cross-section ends with its groove end at a distance from the first face and the second section with a small groove cross-section ends on the one hand in the second Partial surface and on the other hand in the first section opens.
  • the bearing shell whose oil groove has a portion with a smaller cross-section, is to be installed such that the portion of the oil groove, which has the smaller cross-section, is disposed at the end of the flow path of the oil.
  • the advantage of this bearing shell is that it comes on the negative pressure side because of the larger compared to the prior art groove cross-section to no or at most significantly lower oil loss.
  • the improved oil pressure conditions also lead to an improved supply of the connecting rod bearings.
  • the cross section of the first section decreases continuously at least to the second partial surface.
  • the first section preferably has its largest cross section in the apex of the bearing shell, wherein the cross section can decrease continuously both in the direction of the first and the second partial surface.
  • M denotes the center of the radius R of the sliding surface
  • M 1 the radius of the groove base of the first section.
  • the center Mi is between M and the apex of the bearing shell.
  • the cross-sectional changes can be realized by reducing the groove width B and / or the groove depth T.
  • the groove depth Ti of the first section is greater than the groove depth T 2 of the second section, measured on the second partial surface.
  • the groove depth Ti of the first section is preferably 1.6 mm to 2.4 mm, in particular 1.8 mm to 2.2 mm.
  • the groove depth T 2 of the second section, measured on the partial surface, is preferably in the range from 0.2 mm to 1 mm, in particular from 0.4 mm to 0.8 mm.
  • the groove width Bi of the first portion at the apex is greater than the groove width B 2 of the second portion measured at the partial surface.
  • the groove width B 2 of the second section is at least 0.5 mm smaller than that of the first section.
  • the ratio of the groove cross-sectional area Fi in the first section to the groove cross-sectional area F 2 in the second section is preferably 5 to 30, in particular 10 to 20.
  • the groove cross section of the first section and / or that of the second section can be constant over the respective groove length.
  • the groove cross-sectional area of the first portion in the apex of the bearing shell is preferably greatest and decreases continuously to the groove ends.
  • the circular arc forming the groove bottom of the first section has a radius of curvature Ri which is smaller than the radius of curvature R of the circular arc forming the sliding surface.
  • the centers of the circular arcs are offset, wherein the center of the groove bottom forming arc is offset to the bearing shell out.
  • the groove cross-section of the second section can change continuously.
  • the groove cross-section of the second section from the second partial surface towards the first section continuously.
  • the second section with a small groove cross section preferably extends partially into the first section with a large groove cross section.
  • the second section extends with about% to 1/3 of its length in the first section.
  • the second section extends over an angular range ⁇ of 5 ° to 45 °, where ⁇ is calculated from the second partial surface.
  • Further preferred angular ranges are 5 ° to 30 ° and 5 ° to 25 °. The shorter the angular range ⁇ is selected, the further the first section extends in the direction of the second partial surface. This also means that the negative pressure region is displaced to the second partial surface.
  • the ⁇ Inut or the first section preferably ends in an angular range ß of 5 ° to 40 ° before the first part surface. Preferred values are 5 ° to 30 ° and 5 ° to 20 °.
  • the groove end of the groove bottom of the ⁇ Inut or the first portion of the ⁇ Inut continuously merges into the sliding surface.
  • the oil flows largely turbulence-free from the sliding surface into the ⁇ Inut.
  • the groove bottom can pass over an edge into the sliding surface at the end of the groove. It is important that there is no step at the end of the groove, which could eventually cause an oil pressure drop in this area. Due to the fact that the cross-sectional area of the ⁇ Inut continuously decreases in the direction of the first partial surface, the edge is only weakly pronounced.
  • the Sliding surface preferably forms an angle Y ⁇ 200 ° with the groove bottom at the groove end.
  • the bearing shell can additionally have an exposure area on both partial surfaces. In this case, it is preferably to be ensured that the exposure areas each end at a distance in front of the oil groove or before the first section.
  • the groove flanks of the oil groove and the first and second portions of the oil groove are arranged obliquely.
  • the bearing shells according to the invention are preferably combined with a smooth shell to form a bearing.
  • a rotating counter runner is lubricated with oil. Since the bearing shell according to the invention is not symmetrical, pay attention to the mounting position.
  • the bearing shell according to the invention is installed such that the lubricating oil flows from the first partial surface to the second partial surface or the second portion is arranged in the flow direction of the oil behind the first portion. This means that the second section is arranged on the overpressure side of the bearing shell.
  • such bearings are used as crankshaft main bearings.
  • the smooth shell forms the lower shell and the bearing shell according to the invention the upper shell.
  • the ranges of values given for the dimensions of groove width, groove depth and groove cross-sectional areas as well as for the angles .alpha. And .beta. are preferably valid for bearing shells with an inner diameter of 26 mm to 150 mm. Preferred inner diameters are 50 mm to 100 mm.
  • FIG. 2 shows the two ends of the bearing shell shown in Figure 1a in a perspective view broken apart into two parts, for full insight into the two end portions in front of the faces,
  • FIG. 4 shows a section through the bearing shell shown in FIG. 2 along the line IV-IV
  • Figure 5 is an enlarged view of the detail X in Figure 4.
  • FIG. 6 shows a bearing consisting of a bearing shell according to the invention and a smooth bearing shell.
  • a bearing shell 1 is shown in perspective.
  • the direction of flow of the lubricating oil when the counter-rotor is rotating (not shown in Figure 1a, reference numeral 9 in Figure 6) is indicated by the arrow.
  • the built-in bearing shell thus forms the vacuum side at the first partial surface 2 and the overpressure side at the second partial surface 3.
  • the bearing shell 1 On the inner sliding surface 4, the bearing shell 1 has an oil groove 10, which is divided into a first section 11 and a second section 15.
  • the first section 11 has a large groove cross section and the second cross section 15 has a small groove cross section.
  • the different groove cross sections are realized essentially by different groove widths Bi and B 2 .
  • the second section 15 extends with approximately ⁇ A of its length into the first section 11.
  • flanks 11a, 11b and 15a, 15b are arranged inclined with respect to the groove bottom and form with the perpendicular to the groove bottom an angle between 25 ° and 35 °, preferably 30 °.
  • FIG. 1b differs from the bearing shell shown in FIG. 1a only in that, in each case, an exposure region 7 and 8 is arranged in front of the two partial surfaces 2 and 3. These exposure areas 7 and 8 are achieved by reducing the wall thickness.
  • FIG. 1d shows a further embodiment in which the oil groove 10 likewise only consists of a continuous section 11.
  • the cross section of the oil groove 10 increases continuously from the groove end 12 a, which is arranged at a distance from the first part surface 2, to the second part surface 3.
  • the groove flanks 10a, 10b are arranged inclined to the groove bottom.
  • the depth of the groove bottom increases continuously in the direction of the partial surface 3.
  • the arrow marks the flow direction of the oil.
  • the oil groove 10 merges into the sliding surface 4. Due to the different radii of curvature of the sliding surface and groove base or due to the horizontal offset of the centers of the two radii of curvature is formed at the groove end 12a an edge 12c, which may also be rounded, so that a continuous transition between the groove bottom and the sliding surface 4 can be made.
  • the bearing shells can consist of a solid material. However, it is also possible to produce the bearing shell from a layer composite material, so that the bearing shell 1 may have, for example, a steel backing and a bearing material with an applied sliding layer.
  • FIG. 2 shows the end sections of the bearing shell shown in FIG. 1a.
  • the first section 11 ends with the groove end 12 a at a distance in front of the first partial surface 2. If, as shown in FIG. 1 b, the exposure areas 7 and 8 are present below the sub-areas 2 and 3, the ends 12 a, 12 b of the first area lie below and thus outside the exposure areas 7 and 8.
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III through the bearing shell shown in FIG. It can be seen that the groove cross-section of the first section is configured trapezoidal, wherein the groove width tapers to the second partial surface 3 as measured on the sliding layer side.
  • the groove bottom 13 has a constant width.
  • the second section 15 also has a trapezoidal cross section, widening in the direction of the partial surface 3.
  • FIG. 4 shows a section along the line IV-IV of the bearing shell shown in FIG.
  • the distance of the groove end 12a of the first portion 11 from the first partial surface 2 is characterized by the angle ß.
  • the length of the second section 15 of the oil groove 10 is characterized by the angle ⁇ . Both angles have the value 20 ° in the embodiment shown here.
  • the sliding surface 4 and the groove base 13 form an angle v ⁇ 200 ° with each other.
  • the radii of curvature R and Ri are drawn.
  • the radius of curvature R refers to the arc 4 forming the arc
  • the radius of curvature Ri refers to the groove bottom 13 forming arc of the first section. It can clearly be seen that at the apex 6, the groove depth of the first section is the largest and continuously decreases to the groove ends 12a, 12b.
  • the centers of the radii of curvature R and Ri are arranged on the vertical 20 on the vertex 6 offset from one another.
  • the center M-i belonging to the radius of curvature Ri lies between the center M of the radius of curvature R and the apex 6 of the bearing shell 1.
  • the two center points M and Mi are offset on the connecting line 22 of the two partial surfaces 2 and 3.
  • the midpoint M 1 of the radius of curvature Ri lies between the center M and the partial surface 3.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the detail X. It can be seen that the groove depth of the first section 11 decreases in the direction of the second partial surface 3 and merges into the second section 15, whose groove depth increases towards the partial surface 3.
  • FIG. 6 shows a bearing which is used, for example, for a crankshaft main bearing.
  • the bearing consists of a bearing shell 1 according to the invention, which is installed as an upper shell.
  • the lower shell is formed by a smooth shell 100, which has no oil groove.
  • the counter-rotor 9, which symbolizes the crankshaft, rotates clockwise, so that the oil, which is located between the counter-rotor 9 and the bearing shells 1 and 100 flows in the direction of the arrow.

Abstract

Es wird eine Lagerschale (1) mit Teilflächen (2, 3), mit einer an der innenliegenden Gleitfläche (4) sich mindestens teilweise über den Umfang erstreckenden Ölnut (10) und mit mindestens einer in die Ölnut (10) mündenden Ölbohrung (5) beschrieben. Die Ölnut (10) endet im Abstand zu der ersten Teilfläche (2) und mündet in die zweite Teilfläche (3). Die Ölnut (10) kann in einen ersten Abschnitt (11) mit großem Nutquerschnitt und einem zweiten Abschnitt (15) mit kleinem Nutquerschnitt unterteilt sein. Es wird außerdem ein Lager beschrieben, insbesondere ein Kurbelwellenhauptlager, mit einer solchen Lagerschale in Kombination mit einer Glattschale (100), in dem ein ölgeschmierter, rotierender Gegenläufer gelagert ist. Die Lagerschale (1) wird derart in dem Lager eingebaut, dass das Schmieröl von der ersten Teilfläche (2) zur zweiten Teilfläche (3) strömt.

Description

Lagerschale und Lager
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Lagerschale, insbesondere für Kurbelwellenlager mit Teilflächen, mit einer an der innenliegenden Gleitfläche, sich mindestens teilweise über den Umfang erstreckenden Ölnut, und mit mindestens einer in die Ölnut mündenden Ölbohrung. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Lager mit einer solchen Lagerschale.
Unter einer Ölnut wird eine Ausnehmung verstanden, deren Erstreckung in Längsrichtung, d.h. in Umfangsrichtung der Lagerschale größer ist als die Breite der Ölnut.
Aus der EP 1 510 709 A2 ist eine Lagerschale mit einer Ölnut bekannt, deren erster Nutabschnitt mit konstantem großen Nutquerschnitt geht vor jeder der beiden Teilflächen in zweite Nutabschnitte übergeht, deren Querschnitte sich kontinuierlich in Richtung Teilfläche verringern.
Diese sich kontinuierlich verringernde Querschnittsfläche führt wegen der Rotation des Gegenläufers an der einen Teilfläche zu einem Druckstau, der zu einer verbesserten Zwangsversorgung der Pleuellagerschalen führt, die über Bohrungen in der Kurbelwelle ausgehend von den Hauptlagerzapfen versorgt werden. Diese Seite der Lagerschale wird als Überdruckseite bezeichnet.
Darüber hinaus bietet die Reduzierung des Ölnutquerschnittes den weiteren Vorteil, dass die Ölpumpenleistung verringert werden kann, wodurch auch der Leistungsverlust des Verbrennungsmotors reduziert wird. Durch die Rotation des Gegenläufers stellt sich aber gleichzeitig an der anderen Teilfläche ein Unterdruck ein, der den Nachteil hat, dass trotz der Querschnittsverringerung auf dieser Seite der Teilfläche ein Öldruckverlust hervorgerufen wird. Diese Seite der Lagerschale wird als Unterdruckseite bezeichnet.
Der Öldruckverlust auf der Unterdruckseite ist dadurch begründet, dass der anliegende Pumpendruck PP größer ist als der durch die Rotation des Gegenläufers (Kurbelwelle) erzeugte Unterdruck PRotation (Ppumpe > PRotation)- Der Öldruckverlust entsteht dadurch, dass das Öl sehr leicht über den Nutquerschnitt und den gegebenenfalls sich zur Teilfläche hin reduzierenden Wanddickenverlauf (Freizieher oder Freilegungsbereich) der Lagerschale seitlich austreten kann.
Dieser Umstand wird auf der Überdruckseite (Ppumpe + PRotation) gezielt in Kauf genommen, weil in der Anwendung dafür gesorgt werden muss, dass im Motor möglicherweise vorhandener Urschmutz über die Teilfläche herausgespült werden kann.
Die JP 8-93769 A beschreibt eine Lagerschale mit einer Nut, die sich nur über einen Teilbereich des Innenumfangs erstreckt. Am Ende der Nut, die beabstandet zu einer Teilfläche endet, ist eine Stufe vorgesehen, gegen die das zugeführte Öl strömt und dort einen Staudruck erzeugt. Vor der Stufe ist in der Nut eine Auslassöffnung vorgesehen, durch die das aufgestaute Öl abgeführt werden kann. Mittels einer Regeleinrichtung in der Auslassleitung kann der Staudruck eingestellt und auf das Spiel des Gegenläufers mit der Lagerschale abgestimmt werden. Diese Lagerschale bzw. ein daraus gebildetes Lager hat den Nachteil, dass sich der Urschmutz vor dieser Stufe ansammelt und nur bedingt über die Auslassleitung abgeführt werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lagerschale und ein Lager bereitzustellen, bei der/dem der auf der Unterdruckseite entstehende Öldruckverlust reduziert ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Lagerschale dadurch gelöst, dass die ÖInut in die zweite Teilfläche mündet und mit ihrem Nutende im Abstand zu der ersten Teilfläche endet.
Die asymmetrische Ausgestaltung der ÖInut bedingt eine entsprechende Einbaulage dieser Lagerschale bezüglich der Rotationsrichtung des Gegenläufers bzw. bezüglich der Strömungsrichtung des Öls. Die Lagerschale ist derart einzubauen, dass das Schmieröl von der ersten Teilfläche zur zweiten Teilfläche strömt. Am Ende des Strömungsweges ist die ÖInut zur zweiten Teilfläche offen.
Die Querschnittsfläche der ÖInut kann mindestens über 50 % der gesamten Nutlänge konstant sein.
Vorzugsweise nimmt die Querschnittsfläche der ÖInut zum zur ersten Teilfläche beabstandeten Nutende kontinuierlich ab. Diese Querschnittsabnahme kann dadurch realisiert werden, dass die Nuttiefe T und/oder die Nutbreite B zum Nutende kontinuierlich abnimmt/abnehmen. Dies bedeutet, dass sich die Nuttiefe T und/oder die Nutbreite B kontinuierlich auf den Wert Null verringert/verringern.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform nimmt die Querschnittsfläche der ÖInut vom Scheitel der Lagerschale, insbesondere von der zweiten Teilfläche, bis zum Nutende kontinuierlich ab. Vorzugsweise weist der den Nutgrund der Ölnut bildende Kreisbogen einen auf einen Mittelpunkt Mi bezogenen Krümmungsradius Ri und die Gleitfläche einen auf einen Mittelpunkt M bezogenen Krümmungsradius R auf, wobei die Mittelpunkte Mi und M versetzt zueinander angeordnet sind.
Um eine kontinuierliche Querschnittsverringerung der Ölnut in Richtung des zur ersten Teilfläche beabstandeten Nutendes zu erreichen, ist es bevorzugt, dass die Mittelpunkte M, Mi auf der Verbindungslinie der Teilflächen versetzt zueinander angeordnet sind. Der Mittelpunkt Mi liegt vorzugsweise zwischen M und der zweiten Teilfläche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ölnut einen ersten Abschnitt mit großem Nutquerschnitt und einen zweiten Abschnitt mit kleinem Nutquerschnitt auf, wobei der erste Abschnitt mit großem Nutquerschnitt mit seinem Nutende im Abstand zu der ersten Teilfläche endet und der zweite Abschnitt mit kleinem Nutquerschnitt einerseits in die zweite Teilfläche und andererseits in den ersten Abschnitt mündet.
Die Lagerschale, deren Ölnut einen Abschnitt mit geringerem Querschnitt aufweist, ist derart einzubauen, dass der Abschnitt der Ölnut, der den geringeren Querschnitt besitzt, am Ende des Strömungsweges des Öls angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der Abschnitt der Ölnut mit geringerem Querschnitt die Überdruckseite und der Abschnitt der Ölnut mit dem größeren Querschnitt die Unterdruckseite bildet. Der Vorteil dieser Lagerschale besteht darin, dass es auf der Unterdruckseite wegen des im Vergleich zum Stand der Technik größeren Nutquerschnitts zu keinem oder allenfalls deutlich geringeren Ölverlust kommt. Die verbesserten Öldruckverhältnisse führen auch zu einer verbesserten Versorgung der Pleuellager. Vorzugsweise nimmt der Querschnitt des ersten Abschnitts mindestens zur zweiten Teilfläche kontinuierlich ab. Der erste Abschnitt besitzt vorzugsweise seinen größten Querschnitt im Scheitel der Lagerschale, wobei der Querschnitt sowohl in Richtung zur ersten als auch zur zweiten Teilfläche hin kontinuierlich abnehmen kann. Um dies zu realisieren, ist es bevorzugt, die Mittelpunkte M, Mi auf der Senkrechten auf dem Scheitel der Lagerschale versetzt anzuordnen, wobei M der Mittelpunkt des Radius R der Gleitfläche und M1 der Radius des Nutgrundes des ersten Abschnittes bezeichnet. Der Mittelpunkt Mi liegt zwischen M und dem Scheitel der Lagerschale.
Die Querschnittsveränderungen können dadurch realisiert werden, dass sich die Nutbreite B und/oder die Nuttiefe T verringert.
Vorzugsweise ist die Nuttiefe Ti des ersten Abschnitts, gemessen im Scheitel der Lagerschale, größer als die Nuttiefe T2 des zweiten Abschnitts, gemessen an der zweiten Teilfläche. Vorzugsweise gilt T2 ≤ 0,5 • Ti, insbesondere T2 < 0,1 • T-i.
Die Nuttiefe Ti des ersten Abschnitts, gemessen am Scheitel der Lagerschale, beträgt vorzugsweise 1 ,6 mm bis 2,4 mm, insbesondere 1 ,8 mm bis 2,2 mm.
Die Nuttiefe T2 des zweiten Abschnitts, gemessen an der Teilfläche, liegt vorzugsweise im Bereich 0,2 mm bis 1 mm, insbesondere bei 0,4 mm bis 0,8 mm.
Vorzugsweise ist die Nutbreite Bi des ersten Abschnitts am Scheitel größer als die Nutbreite B2 des zweiten Abschnitts gemessen an der Teilfläche. Nutbreite B1 Nutbreite B2
1 ,5 - 2,0 mm 1 ,0 mm
2,0 - 2,5 mm 1 ,0 - 1 ,5 mm
2,5 - 3,0 mm 1 ,5 - 2,0 mm
3,0 - 4,0 mm 1 ,5 - 2,5 mm
4,0 - 6,0 mm 2,0 - 3,5 mm
Vorzugsweise ist die Nutbreite B2 des zweiten Abschnitts um mindestens 0,5 mm geringer als die des ersten Abschnitts.
Unabhängig von Nutbreite und Nuttiefe beträgt das Verhältnis der Nutquerschnittsfläche Fi im ersten Abschnitt zur Nutquerschnittsfläche F2 im zweiten Abschnitt vorzugsweise 5 - 30, insbesondere 10 - 20.
Der Nutquerschnitt des ersten Abschnittes und/oder der des zweiten Abschnittes kann/können über die jeweilige Nutlänge konstant sein.
Um sprunghafte Druckänderungen des Öls in der Ölnut zu verhindern, ist die Nutquerschnittsfläche des ersten Abschnittes im Scheitel der Lagerschale vorzugsweise am größten und verringert sich kontinuierlich zu den Nutenden.
Als besondere Ausführungsform weist der den Nutgrund des ersten Abschnittes bildende Kreisbogen einen Krümmungsradius Ri auf, der kleiner ist als der Krümmungsradius R des die Gleitfläche bildenden Kreisbogens. Die Mittelpunkte der Kreisbögen sind versetzt, wobei der Mittelpunkt des den Nutgrund bildenden Kreisbogen zur Lagerschale hin versetzt angeordnet ist.
Auch der Nutquerschnitt des zweiten Abschnittes kann sich kontinuierlich verändern. Vorzugsweise nimmt der Nutquerschnitt des zweiten Abschnitts von der zweiten Teilfläche in Richtung zum ersten Abschnitt kontinuierlich ab.
Um den Übertritt des Öls von erstem zum zweiten Abschnitt zu erleichtern, erstreckt sich der zweite Abschnitt mit kleinem Nutquerschnitt vorzugsweise teilweise in den ersten Abschnitt mit großem Nutquerschnitt. Hierbei erstreckt sich der zweite Abschnitt mit etwa % bis 1/3 seiner Länge in den ersten Abschnitt.
Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Abschnitt über einen Winkelbereich α von 5° bis 45°, wobei α von der zweiten Teilfläche an gerechnet wird. Weitere bevorzugte Winkelbereiche sind 5° bis 30° und 5° bis 25°. Je kürzer der Winkelbereich α gewählt wird, desto weiter erstreckt sich der erste Abschnitt in Richtung der zweiten Teilfläche. Dies bedeutet auch, dass der Unterdruckbereich zur zweiten Teilfläche verlagert wird.
Die ÖInut bzw. der erste Abschnitt endet vorzugsweise in einem Winkelbereich ß von 5° bis 40° vor der ersten Teilfläche. Bevorzugte Werte sind 5° bis 30° und 5° bis 20°.
Vorzugsweise geht am Nutende der Nutgrund der ÖInut bzw. des ersten Abschnitts der ÖInut kontinuierlich in die Gleitfläche über. Im Betrieb der Lagerschale strömt das Öl weitgehend turbulenzfrei von der Gleitfläche in die ÖInut ein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Nutgrund am Nutende über eine Kante in die Gleitfläche übergehen. Wichtig ist, dass am Nutende keine Stufe vorhanden ist, die eventuell einen Öldruckabfall in diesem Bereich erzeugen könnte. Dadurch, dass sich die Querschnittsfläche der ÖInut in Richtung erster Teilfläche kontinuierlich verringert, ist die Kante nur schwach ausgeprägt. Die Gleitfläche bildet mit dem Nutgrund am Nutende vorzugsweise einen Winkel Y < 200°.
Die Lagerschale kann zusätzlich an den beiden Teilflächen jeweils einen Freilegungsbereich aufweisen. Hierbei ist vorzugsweise darauf zu achten, dass die Freilegungsbereiche jeweils im Abstand vor der Ölnut bzw. vor dem ersten Abschnitt enden.
Vorzugsweise gilt für die Radien R, R-i:
R1 -S R.
Vorzugsweise sind die Nutflanken der Ölnut bzw. der ersten und zweiten Abschnitte der Ölnut schräg angeordnet.
Die erfindungsgemäßen Lagerschalen werden vorzugsweise mit einer Glattschale zur Bildung eines Lagers kombiniert. In einem solchen Lager ist ein rotierender Gegenläufer ölgeschmiert gelagert. Da die erfindungsgemäße Lagerschale nicht symmetrisch aufgebaut ist, ist auf die Einbaulage zu achten. Hierbei wird die erfindungsgemäße Lagerschale derart eingebaut, dass das Schmieröl von der ersten Teilfläche zur zweiten Teilfläche strömt bzw. der zweite Abschnitt in Strömungsrichtung des Öls hinter dem ersten Abschnitt angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der zweite Abschnitt auf der Überdruckseite der Lagerschale angeordnet ist.
Vorzugsweise werden solche Lager als Kurbelwellenhauptlager verwendet. In solchen Kurbelwellenhauptlagern bildet die Glattschale die Unterschale und die erfindungsgemäße Lagerschale die Oberschale. Die genannten Wertebereiche für die Abmessungen von Nutbreite, Nuttiefe und Nutquerschnittsflächen sowie für die Winkel α und ß gelten vorzugsweise für Lagerschalen mit einem Innendurchmesser von 26 mm bis 150 mm. Bevorzugte Innendurchmesser sind 50 mm bis 100 mm.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figuren 1a,b,c,d Lagerschalen in perspektivischer Darstellung gemäß vier Ausführungsformen,
Figur 2 die beiden Enden der in Figur 1a gezeigten Lagerschale in perspektivischer Darstellung auseinandergebrochen in zwei Teile, zur vollen Einsicht in die beiden Endabschnitte vor den Teilflächen,
Figur 3 einen Schnitt durch die in Figur 2 gezeigte Lagerschale längs der Linie MI-III,
Figur 4 einen Schnitt durch die in Figur 2 gezeigte Lagerschale längs der Linie IV-IV,
Figur 5 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X in Figur 4 und
Figur 6 ein Lager bestehend aus einer erfindungsgemäßen Lagerschale und einer Glattlagerschale. In der Figur 1a ist eine Lagerschale 1 perspektivisch dargestellt. Die Strömungsrichtung des Schmieröls bei rotierendem Gegenläufer (in Figur 1a nicht dargestellt; in Figur 6 Bezugszeichen 9) ist durch den Pfeil angedeutet. Die eingebaute Lagerschale bildet somit an der ersten Teilfläche 2 die Unterdruckseite und an der zweiten Teilfläche 3 die Überdruckseite.
An der innenliegenden Gleitfläche 4 weist die Lagerschale 1 eine Ölnut 10 auf, die sich in einen ersten Abschnitt 11 und einen zweiten Abschnitt 15 unterteilt. Der erste Abschnitt 11 besitzt einen großen Nutquerschnitt und der zweite Querschnitt 15 einen kleinen Nutquerschnitt. Die unterschiedlichen Nutquerschnitte werden im Wesentlichen durch unterschiedliche Nutbreiten Bi und B2 realisiert.
In die Ölnut 10 münden zwei Ölbohrungen 5, durch die das Schmieröl zugeführt wird.
Der zweite Abschnitt 15 erstreckt sich mit etwa ΛA seiner Länge in den ersten Abschnitt 11.
Die Flanken 11a, 11b und 15a, 15b sind bezüglich des Nutgrundes geneigt angeordnet und bilden mit der Senkrechten auf den Nutgrund einen Winkel zwischen 25° und 35°, vorzugsweise 30°.
Die in Figur 1b gezeigte Lagerschale unterscheidet sich von der in Figur 1a gezeigten Lagerschale lediglich dadurch, dass vor den beiden Teilflächen 2 und 3 jeweils ein Freilegungsbereich 7 und 8 angeordnet ist. Diese Freilegungsbereiche 7 und 8 werden durch eine Wanddicken red uzierung erreicht. Die Figur 1c beschreibt eine Lagerschale, bei der die Ölnut 10 nur einen durchgehenden Abschnitt 11 aufweist, dessen Nutende 12a beabstandet zur ersten Teilfläche 2 ist. Der Abschnitt 11 mündet in die zweite Teilfläche 3. Der Nutquerschnitt ist über die gesamte Länge der Ölnut 10 konstant, d. h. Bi = B2 und Ti = T2.
In der Figur 1d ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Ölnut 10 ebenfalls nur aus einem durchgehenden Abschnitt 11 besteht. Der Querschnitt der Ölnut 10 nimmt von dem Nutende 12a, das beabstandet zur ersten Teilfläche 2 angeordnet ist, zur zweiten Teilfläche 3 kontinuierlich zu. Die Nutflanken 10a, 10b sind geneigt zum Nutgrund angeordnet. Die Tiefe des Nutgrundes nimmt in Richtung zur Teilfläche 3 kontinuierlich zu. Der Pfeil markiert die Strömungsrichtung des Öls.
Am Nutende 12a geht die Ölnut 10 in die Gleitfläche 4 über. Aufgrund der unterschiedlichen Krümmungsradien von Gleitfläche und Nutgrund bzw. aufgrund des horizontalen Versatzes der Mittelpunkte der beiden Krümmungsradien entsteht am Nutende 12a eine Kante 12c, die auch abgerundet sein kann, so dass ein kontinuierlicher Übergang zwischen dem Nutgrund und der Gleitfläche 4 hergestellt werden kann.
Die Lagerschalen können aus einem Massivwerkstoff bestehen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Lagerschale aus einem Schichtverbundwerkstoff herzustellen, so dass die Lagerschale 1 beispielsweise einen Stahlrücken und einen Lagerwerkstoff mit aufgebrachter Gleitschicht aufweisen kann.
In der Figur 2 sind die Endabschnitte der in Figur 1a gezeigten Lagerschale zu sehen. Der erste Abschnitt 11 endet mit dem Nutende 12a im Abstand vor der ersten Teilfläche 2. Wenn, wie in Figur 1 b dargestellt ist, unterhalb der Teilflächen 2 und 3 der Freilegungsbereich 7 und 8 vorhanden ist, liegen die Enden 12a, 12b des ersten Abschnittes unterhalb und damit außerhalb der Freilegungsbereiche 7 und 8.
In der Figur 3 ist ein Schnitt längs der Linie Ill-Ill durch die in Figur 2 gezeigte Lagerschale dargestellt. Es ist zu sehen, dass der Nutquerschnitt des ersten Abschnittes trapezförmig ausgestaltet ist, wobei sich die Nutbreite gemessen an der Gleitschichtseite zur zweiten Teilfläche 3 hin verjüngt. Der Nutgrund 13 besitzt eine konstante Breite.
Der zweite Abschnitt 15 besitzt ebenfalls einen trapezförmigen Querschnitt, wobei dieser sich in Richtung Teilfläche 3 verbreitert.
In der Figur 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV der in Figur 2 gezeigten Lagerschale dargestellt. Der Abstand des Nutendes 12a des ersten Abschnittes 11 von der ersten Teilfläche 2 wird durch den Winkel ß gekennzeichnet. Die Länge des zweiten Abschnittes 15 der Ölnut 10 wird durch den Winkel α gekennzeichnet. Beide Winkel haben in der hier gezeigten Ausführungsform den Wert 20°.
Am Nutende 12a bilden die Gleitfläche 4 und der Nutgrund 13 miteinander einen Winkel v < 200°.
Außerdem sind die Krümmungsradien R und Ri eingezeichnet. Der Krümmungsradius R bezieht sich auf den die Gleitfläche 4 bildenden Kreisbogen, während der Krümmungsradius Ri sich auf den den Nutgrund 13 bildenden Kreisbogen des ersten Abschnittes bezeichnet. Es ist deutlich zu sehen, dass im Scheitel 6 die Nuttiefe des ersten Abschnittes am Größten ist und sich kontinuierlich bis zu den Nutenden 12a, 12b verringert. Die Mittelpunkte der Krümmungsradien R und Ri sind auf der Senkrechten 20 auf dem Scheitel 6 versetzt zueinander angeordnet.
Der Mittelpunkt M-i, der zum Krümmungsradius Ri gehört, liegt zwischen dem Mittelpunkt M des Krümmungsradius R und dem Scheitel 6 der Lagerschale 1.
Um die Ausführungsform gemäß der Figur 1d zu realisieren, liegen die beiden Mittelpunkte M und Mi versetzt auf der Verbindungslinie 22 der beiden Teilflächen 2 und 3. In dieser Ausführungsform liegt der Mittelpunkt M1 des Krümmungsradius Ri zwischen dem Mittelpunkt M und der Teilfläche 3.
In der Figur 5 ist eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X zu sehen. Es ist erkennbar, dass sich die Nuttiefe des ersten Abschnittes 11 in Richtung der zweiten Teilfläche 3 verringert und in den zweiten Abschnitt 15 übergeht, dessen Nuttiefe sich zur Teilfläche 3 hin vergrößert.
In der Figur 6 ist ein Lager dargestellt, das beispielsweise für ein Kurbelwellenhauptlager zum Einsatz kommt. Das Lager besteht aus einer erfindungsgemäßen Lagerschale 1 , die als Oberschale eingebaut ist. Die Unterschale wird durch eine Glattschale 100 gebildet, die keine Ölnut aufweist. Der Gegenläufer 9, der die Kurbelwelle symbolisiert, dreht sich im Uhrzeigersinn, so dass das Öl, das sich zwischen dem Gegenläufer 9 und der Lagerschalen 1 und 100 befindet in Pfeilrichtung strömt. Bezugszeichenliste
1 Lagerschale
2 erste Teilfläche
3 zweite Teilfläche
4 Gleitfläche
5 Ölbohrung
6 Scheitel
7 Freilegungsbereich
8 Freilegungsbereich
9 Gegenläufer
10 Ölnut
10a,b Nutflanke
11 erster Abschnitt mit großem Nutquerschnitt
11a,b Nutflanke
12a, b Nutende
12c Kante
13 Nutgrund
15 zweiter Abschnitt mit kleinem Nutquerschnitt
15a,b Nutflanke
20 Senkrechte
22 Verbindungslinie
100 Glattlagerschale
Bi Breite des ersten Abschnittes
B2 Breite des zweiten Abschnittes
M Mittelpunkt
Mi Mittelpunkt
Ti Tiefe des ersten Abschnittes T2 Tiefe des zweiten Abschnittes
Fi Querschnittsfläche des ersten Abschnittes am Scheitel
F2 Querschnittsfläche des zweiten Abschnittes an der
Teilfläche
α Winkel ß Winkel
Y Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Lagerschale (1 ), insbesondere für Kurbelwellenlager, mit Teilflächen (2, 3), mit einer an der innenliegenden Gleitfläche (4) sich mindestens teilweise über den Umfang erstreckenden Ölnut (10) und mit mindestens einer in die Ölnut (10) mündenden Ölbohrung (5), dadurch gekennzeichnet,
dass die Ölnut (10) in die zweite Teilfläche (3) mündet und mit ihrem Nutende (12a) im Abstand zu der ersten Teilfläche (2) endet.
2. Lagerschale nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Ölnut (10) mindestens über 50 % der gesamten Nutlänge konstant ist.
3. Lagerschale nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Ölnut (10) zum Nutende (12a) kontinuierlich abnimmt.
4. Lagerschale nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe T zum Nutende (12a) kontinuierlich abnimmt.
5. Lagerschale nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutbreite B zum Nutende (12a) kontinuierlich abnimmt.
6. Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der den Nutgrund (13) der Ölnut (10) bildende Kreisbogen einen auf einen Mittelpunkt Mi bezogenen Krümmungsradius Ri und die Gleitfläche (4) einen auf einen Mittelpunkt M bezogenen Krümmungsradius R aufweist, wobei die Mittelpunkte M1 und M versetzt zueinander angeordnet sind.
7. Lagerschale nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte M, Mi auf der Verbindungslinie (22) der Teilflächen (2, 3) versetzt angeordnet sind.
8. Lagerschale nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt Mi zwischen M und der zweiten Teilfläche (3) liegt.
9. Lagerschale nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnut (10) einen ersten Abschnitt (11) mit großem Nutquerschnitt und einen zweiten Abschnitt (15) mit kleinem Nutquerschnitt aufweist,
dass der erste Abschnitt (11) mit großem Nutquerschnitt mit seinem Nutende (12a) im Abstand zu der ersten Teilfläche (2) endet und
dass der zweite Abschnitt (15) mit kleinem Nutquerschnitt einerseits in die zweite Teilfläche (3) und andererseits in den ersten Abschnitt (11) mündet.
10. Lagerschale nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des ersten Abschnitts (11) mindestens zur zweiten Teilfläche (3) kontinuierlich abnimmt.
11. Lagerschale nach einem der Ansprüche 6 oder 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte M, Mi auf der Senkrechten (20) auf dem Scheitel (6) der Lagerschale versetzt angeordnet sind.
12. Lagerschale nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt Mi zwischen M und dem Scheitel (6) liegt.
13. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutbreite B des ersten Abschnitts (11) vom Scheitel (6) der Lagerschale (1) mindestens zur zweiten Teilfläche (3) kontinuierlich abnimmt.
14. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe T des ersten Abschnitts (11) vom Scheitel (6) der Lagerschale (1) mindestens zur zweiten Teilfläche (3) kontinuierlich abnimmt.
15. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Abschnitt (11) die Nuttiefe T-i, gemessen im Scheitel (6) der Lagerschale (1), größer ist als die Nuttiefe T2 im zweiten Abschnitt (15), gemessen an der zweiten Teilfläche (3).
16. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Abschnitt (11) die Nutbreite Bi, gemessen am Scheitel (6) der Lagerschale (1), größer ist als die Nutbreite B2, gemessen an der Teilfläche (3), im zweiten Abschnitt (15).
17. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Nutquerschnittsfläche F1 im ersten Abschnitt (11) zur Nutquerschnittsfläche F2 im
F F zweiten Abschnitt (15) — = 5 bis — = 30 beträgt, wobei Fi die
F2 F2
Querschnittsfläche im Scheitel (6) der Lagerschale (1) und F2 die Querschnittsfläche an der zweiten Teilfläche (3) bezeichnet.
18. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutquerschnitt des ersten Abschnitts (11) und/oder der des zweiten Abschnitts (15) über die jeweilige Nutlänge konstant ist.
19. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutquerschnittsfläche des ersten Abschnitts (11) im Scheitel (6) der Lagerschale (1) am größten ist und sich kontinuierlich zu den Nutenden (12a, b) verringert.
20. Lagerschale nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der den Nutgrund (13) des ersten Abschnitts (11) bildende Kreisbogen einen Krümmungsradius Ri aufweist, der kleiner ist als der Krümmungsradius R des die Gleitfläche (4) bildenden Kreisbogens.
21. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutquerschnitt des zweiten Abschnitts (15) von der zweiten Teilfläche (3) in Richtung zum ersten Abschnitt (11) kontinuierlich abnimmt.
22. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (15) mit kleinem Nutquerschnitt sich teilweise in den ersten Abschnitt (11) mit großem Nutquerschnitt erstreckt.
23. Lagerschale nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sich ΛA bis Vz des zweiten Abschnitts (15) in den ersten Abschnitt (11) erstrecken.
24. Lagerschale nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Abschnitt (15) über einen Winkelbereich α von 5° bis 45° erstreckt, wobei α von der zweiten Teilfläche (3) gerechnet wird.
25. Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnut (10) in einem Winkelbereich ß von 5° bis 40° vor der ersten Teilfläche (2) endet.
26. Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (13) am Nutende (12a) kontinuierlich in die Gleitfläche (4) übergeht.
27. Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (13) am Nutende (12a) über eine Kante (12c) in die Gleitfläche (4) übergeht.
28. Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 27, gekennzeichnet durch zwei Freilegungsbereiche (7, 8) an den beiden Teilflächen (2, 3).
29. Lagerschale nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilegungsbereiche (7, 8) jeweils im Abstand vor der Ölnut (10) oder vor dem ersten Abschnitt (11) der Ölnut (10) enden.
30. Lagerschale nach einem der Ansprüche 6 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass für die Radien R, Ri gilt: Ri ≤ R.
31. Lagerschale nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutflanken (10a,b, 11a,b, 15a,b) schräg angeordnet sind.
32. Lager, insbesondere Kurbelwellenhauptlager, mit einer Lagerschale (1) mit Teilflächen (2, 3), mit einer an der innenliegenden Gleitfläche (4) sich mindestens teilweise über den Umfang erstreckenden Ölnut (10) und mit mindestens einer in die Ölnut mündenden Ölbohrung (5), wobei die Ölnut (10) in die zweite Teilfläche (3) mündet und mit ihrem Nutende (12a) im Abstand zu der ersten Teilfläche (2) endet, und mit einer Glattlagerschale (100), in dem ein ölgeschmierter, rotierender Gegenläufer lagerbar ist, wobei die Lagerschale (1) derart eingebaut ist, dass das Schmieröl von der ersten Teilfläche (2) zur zweiten Teilfläche (3) strömt.
33. Lager nach Anspruch 32 mit einer Lagerschale (1), bei der die Ölnut (10) einen ersten Abschnitt (11) mit großem Nutquerschnitt und einen zweiten Abschnitt (15) mit kleinem Nutquerschnitt aufweist, der erste Abschnitt (11) mit großem Nutquerschnitt im Abstand zu der ersten Teilfläche (2) endet und der zweite Abschnitt (15) mit kleinem Nutquerschnitt einerseits in die zweite Teilfläche (3) und andererseits in den ersten Abschnitt (11) mündet.
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