WO2007131744A2 - Vorrichtung zur verbindung von zwei maschinenteilen und verfahren zur herstellung einer derartigen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur verbindung von zwei maschinenteilen und verfahren zur herstellung einer derartigen vorrichtung Download PDF

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WO2007131744A2
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coating
roughened
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Steen Cosmus Thaning
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Man Diesel Filial Af Man Diesel Se, Tyskland
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B2/00—Friction-grip releasable fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B2/00—Friction-grip releasable fastenings
    • F16B2/005—Means to increase the friction-coefficient
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/02—Crankshaft bearings

Definitions

  • the invention relates to a device for connecting two machine parts which are held together in the region of a parting line and held together by holding forces transverse to the parting line, in particular a lower part integrated into the machine frame and an upper part of a crank which can be attached thereto by tie rods - Welien main bearing of a large engine.
  • Another inventive idea includes a method for producing such a device.
  • a main crankshaft bearing of a two-stroke large diesel engine wherein a device for preventing lateral relative movements of the upper part relative to the lower part is provided in the form that inclined in the region of the parting line between the lower part and upper part relative to the horizontal direction , Mutual contact surfaces are provided which can accommodate vertical and lateral forces.
  • a device for preventing lateral relative movements of the upper part relative to the lower part is provided in the form that inclined in the region of the parting line between the lower part and upper part relative to the horizontal direction , Mutual contact surfaces are provided which can accommodate vertical and lateral forces.
  • the bearing bore may only be produced in the assembled state.
  • this proves to be very cumbersome because the crankshaft can be used only with disassembled shell.
  • Another object of the invention is directed to the provision of a simple and inexpensive method for producing a device of the type mentioned.
  • the object directed to the improvement of the device is achieved according to the invention in that the mutually facing abutment surfaces of the abutting machine parts only have regions extending at right angles to the holding forces and if they have mutual friction-increasing means with particles embedded in metallic carrier material and projecting on the surface side a relation to the machine parts underlying material harder material are assigned.
  • a plate which increases the friction and is provided with projecting particles on both sides can be inserted between the mutually facing contact surfaces of the machine parts which are to be connected to one another.
  • This plate is an additional component that can be produced in an advantageous manner, regardless of the machine parts to be joined together.
  • By using different thickness plates can be varied in an advantageous manner, the mutual distance of the machine parts. In connection with a crankshaft main bearing allows this to achieve a different head clearance between roll neck and top. The head game can therefore be adapted to the circumstances of the case in an advantageous manner.
  • the projecting particles may consist of a ceramic material.
  • an irregular surface with sharp edges can be achieved in a simple manner, which can be pressed well into the respective mating counter surface due to the high hardness of ceramic material.
  • a supernatant of the projecting particles on the receiving material from 50 to 90 microns may be provided. This allows for a sufficient dimensional stability and on the other hand results in a reliable manner the desired mini-form-fitting.
  • the object relating to the method is achieved according to the invention in that at least one component with at least one parting joint between the machine parts to be joined together, running perpendicular to the holding forces in the area of each such surface with a layer embedded in metallic material, opposite the material underlying the machine parts harder particles is provided, wherein preferably this layer is then partially ground away on the surface side and then exposed to a surface-side etching treatment.
  • the subsequent etching treatment advantageously makes it possible to achieve the desired supernatant of the hard, preferably ceramic particles via the material receiving them.
  • the component containing the hard particles can be melted on the surface side, wherein the particles are introduced directly into the surface-side melt.
  • the hard particles are introduced directly into the base material of the associated component, resulting in an excellent binding of the hard particles containing near-surface layer with the underlying layers of said component.
  • the component containing the hard particles can be provided on the surface side with a coating which is produced from a material mix containing the hard particles and a metallic matrix material accommodating them, the matrix material having a lower melting point than having the underlying component of the coating supporting the coating.
  • the coating comprising the hard particles is practically sintered on. It comes in an advantageous manner to a comparatively low heat input into the coating receiving component, which has a favorable effect on the prevention of distortion. The measures mentioned are therefore to be preferred in particular with comparatively thin components.
  • nickel alloy which, apart from nickel, contains at least phosphorus, preferably phosphorus and silicon. Due to the above-mentioned alloying components, the melting point of nickel is lowered significantly below the melting point of steel or cast iron.
  • the component to be provided on the surface side with the hard particles can preferably be roughened on the surface side by sandblasting. Subsequently, the particles can be deepened to at least a portion of their diameter in the roughened surface. This can be bombarded with the particles for this purpose.
  • the PVD method can be used.
  • the particles injected into the roughened surface advantageously already project over the surface in the desired manner, so that as a rule an etching process can be dispensed with. In many cases, even a grinding process can be dispensed with. In some cases, however, it may be advantageous to achieve a high dimensional accuracy to perform a grinding process here as well.
  • FIG. 2 shows a view of a friction plate inserted between the contact surfaces of lower part and upper part of the arrangement according to FIG. 1,
  • FIGS. 4-6 are schematic representations of successive production steps for producing a friction plate according to FIG. 3.
  • Main field of application of the invention are crankshaft main bearings of large engines, especially two-stroke large diesel engines.
  • the basic structure and operation of such engines are known per se.
  • crankshaft main bearing of a two-stroke large diesel engine consists of a built-in machine frame 1 lower part 2 and an attachable to this upper part 3. This is held by here only indicated by their center lines, vertical tie rods 4.
  • the lower part 2 and upper part 3 are facing each other, q ⁇ er to the tie rods 4 extending, parallel contact surfaces 5, 6 are provided.
  • the contact surfaces 5, 6 contain only horizontal, that is perpendicular to the tie rods 4 extending areas.
  • the clamping forces generated by the tie rods 4 are accordingly perpendicular to the contact surfaces 5, 6 and are passed through them in the vertical direction. Side forces are not generated here.
  • lateral forces are transmitted by friction from the upper part 3 to the lower part 2.
  • the lower part 2 and the upper part 3 are provided with mutually to a bearing bore 7 complementary recesses.
  • a shaft journal 8 is received in the bearing bore 7, a shaft journal 8 is received.
  • the recesses of lower part 2 and upper part 3 for forming the bearing bore 7 are produced independently of each other with dismantled upper part 3.
  • the mutual contact surfaces 5, 6 are assigned a mutual friction increasing device.
  • a friction plate 9 is inserted, which is provided in the region of their mutually remote, the contact surfaces 5, 6 facing sides with the friction increasing means.
  • the friction plates 9 would be dispensable or could be formed as spacers with or without the friction increasing means.
  • the friction plates 9 each extend over the entire, associated mutual abutment region of the lower part 2 and upper part 3.
  • the friction plates 9 are accordingly, as shown in Figure 2, provided with feed-throughs 10, through which the tie rods 4 with circumferential game feasible.
  • the thickness of the friction plates 9 may be about 5 mm +/- an addition or a deduction for varying the head clearance of the shaft journal 8.
  • the friction plate 9 includes, as shown in Figure 3, a steel core 11 which is provided to form the friction-increasing means in the region of its opposite surfaces with surface-side projecting particles 12, which consist of a material which is harder than that in the area the contact surfaces 5 and 6 of the lower part 2 and upper part 3 existing material.
  • the particles 12 are embedded in surrounding, metallic material, which thus acts as a matrix. These may be the outer zones of the steel core 11 itself or a metallic coating applied to the steel core 11. The same applies to the case that the hard particles 12 are provided directly in the region of the contact surfaces 5 and 6 respectively.
  • the hardness of the particles 12 is at least 1000 HV. For this exist the
  • Particles expediently made of ceramic material such as TiC, WoC, NiobC, etc ..
  • the particles 12 as further indicated in FIG. regular surface with sharp edges. Accordingly, the particles 12 can be pressed into the facing contact surface of the respective opposing component, which results in a mini-form fit, which leads to a high coefficient of friction.
  • the frictional force here depends on the number of particles and assuming an approximately uniform surface distribution of the particles 12 depending on the surface.
  • the friction plate 9 extends over the entire mutual abutment region of the abutment surfaces 5, 6 or, in the case of a diskless design, they are provided with hard particles 12 in the entire abutment region.
  • the particle size is expediently at a diameter of 30 ⁇ to 110 ⁇ .
  • the maximum supernatant of the particles 12 over the top of the receiving metallic material is suitably 50 ⁇ to 90 ⁇ .
  • FIGS. 4 to 6 illustrate the production of a friction plate made of steel with particles 12 embedded in the near-surface steel zones.
  • the component carrying the particles 12, here the steel core 11 underlying the friction plate 9 is heated on the surface side such that a zone 13 close to the surface melts , The heating is expediently carried out such that the molten zone 13 has a depth t, as indicated in FIG. 4, of 0.8 to 1 mm.
  • the particles 12 are introduced.
  • a blowing nozzle 14 is provided in the example shown, by means of which the molten zone 13 is bombarded with the particles 14.
  • the heating up to the surface-side melting of the core material is expediently carried out by means of a locally effective heat source, which is moved over the surface to be heated or vice versa.
  • a laser beam 16 generated by means of a laser source 15 is provided for this purpose.
  • the supply of the particles 12 takes place directly in the region of the heating spot generated by the laser beam 16 or in a directly adjacent region.
  • the tuyere 14 follows the laser source 15. As a result of the relative movement of the laser gun 15 and tuyere 14 opposite the surface to be treated it is treated gradually over its entire surface.
  • the treated surface is expediently subjected to inert gas, which prevents oxidation.
  • the blowing nozzle 14 can be acted upon for spraying the particles 12 with inert gas.
  • an additional protective gas nozzle 17 is provided, through which the laser beam 16 hit and acted upon by the particles 12 area is exposed to inert gas.
  • the tuyere 14, the laser source 15 and optionally the protective gas nozzle 17 can be conveniently combined to form a processing head, which allows a uniform relative movement of these three organs relative to the surface to be treated.
  • other heating sources can be used instead of a laser beam, for example a gas flame, an induction coil or the like.
  • the friction plate 9 instead of embedding the ceramic particles 12 in the near-surface zones of the steel core 11, the friction plate 9, as already mentioned above, also be provided with a coating which is made of a preferably present in powder material mix, the particles 12 and a receiving them contains metallic matrix.
  • This coating can be sprayed onto the metal core 11, for example, in the thermospray process.
  • the coating is sintered on, which is possible with a comparatively low heat input, whereby a delay of the steel core 11 is counteracted.
  • the melting point is lower than the melting point of the coated component, here the steel core 11, underlying material. in the In the case of steel, the melting point is about 1300 ° C.
  • the melting point of the matrix material should be much lower.
  • the matrix material should have at least the same strength as steel, preferably even higher strength.
  • a good bond of the coating with the core material should result.
  • a nickel alloy which, apart from nickel, contains at least phosphorus, preferably at least phosphorus and silicon. By means of these alloying components, the melting point of nickel is forced to about 850 ° C. and thus to a value which is well below the melting point of steel.
  • the component to be coated with the coating here the steel core 11
  • the material mix containing the particles 12 and the matrix material is applied.
  • the heat previously applied to the component to be coated is sufficient due to the comparatively low melting point of the matrix material to melt it, whereby embedding of the particles 12 in the matrix material is achieved.
  • a second heating process can take place.
  • a laser beam, an induction coil or the like can be used. Important here is a reliable controllability to dose the heat input can.
  • an outer zone of this layer is removed again.
  • This zone to be removed is expediently ground off, as indicated in FIG. 5 by a grinding wheel 18.
  • the material removal takes place expediently on a thickness of 30 ⁇ , as indicated in Figure 5 at d. With the help of the grinding process, an exact total thickness of the friction plate 9 can be achieved.
  • the ground surface is etched by an acid such as HCl, HF or the like.
  • the etching treatment yields the desired supernatant of the particles 6 over the surface of the material surrounding the particles 12, here over the surface of the steel core 11.
  • the etching treatment is expediently carried out to a depth of not more than 5 - 30 ⁇ , preferably 10 ⁇ , as indicated in Figure 6 at ü, so that the desired supernatant results.
  • Another possibility for attaching the hard particles 12 may be to roughen the surface in question and then mechanically insert the particles 12 into the roughened surface up to at least part of their diameter.
  • this can be suitably subjected to a sandblast treatment.
  • the roughening takes place with a roughness of 5 ⁇ .
  • the hard particles 12 can be pressed into the roughened surface.
  • the roughened surface is expediently bombarded with the particles 12. This results in not only a good fit of Partikei, but at the same time a certain compaction hardening of the surrounding material particles.
  • the PVD process plasma vapor deposition
  • This method can preferably also be used in conjunction with the other possibilities of applying the particles 12 described above.
  • FIGS. 4 to 6 the treatment of only one side of the friction plate 9 is shown. Of course, both sides are treated. These treatments are conveniently carried out one after the other so that the side treated in each case can point upwards, which counteracts undesired dripping of the molten material.
  • one or both contact surfaces 5, 6 may be treated directly in the same way as shown above for a plate instead of a plate.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Verbindung von zwei entlang einer Teilfuge aneinander anliegenden, durch quer zur Teilfuge verlaufende Haltekräfte zusammengehaltenen Maschinenteilen, insbesondere eines in das Maschinengestell (1) integrierten Unterteils (2) und eines hierauf aufsetzbaren, durch Zuganker (4) hiermit verbindbaren Oberteils (3) eines Großmotors, lassen sich dadurch auf einfache Weise bei der Montage entstehende Seitenkräfte vermeiden und dennoch quer zu den Haltekräften verlaufende Belastungen zuverlässig übertragen, dass die einander zugewandten Anlageflächen (5, 6) der aneinander anliegenden Maschinenteile nur rechtwinklig zu den Haltekräften verlaufende Bereiche aufweisen und dass diesen die gegenseitige Reibung erhöhende Mittel mit in ein metallisches Trägermaterial eingebetteten, oberf lächenseitig vorspringenden Partikeln (12) aus einem gegenüber dem im Bereich der Auflageflächen (5, 6) vorhandenen Material härteren Material zugeordnet sind.

Description

Vorrichtung zur Verbindung von zwei Maschinenteilen und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung
Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Erfindungsgedanken eine Vorrichtung zur Verbindung von zwei im Bereich einer Teilfuge aneinander anliegenden, durch quer zur Teilfuge verlaufende Haltekräfte zusammengehaltenen Maschinenteilen, insbesondere eines in das Maschinengestell integrierten Unterteils und eines hier- auf aufsetzbaren, durch Zuganker hiermit verbindbaren Oberteils eines Kurbel- welien-Hauptlagers eines Großmotors.
Ein weiterer Erfindungsgedanke enthält ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Vorrichtung.
Aus der DE 101 36 638 A1 ist ein Kurbelwellen-Hauptlager eines Zweitakt-Großdieselmotors ersichtlich, wobei eine Einrichtung zur Verhinderung seitlicher Relativbewegungen des Oberteils gegenüber dem Unterteil in der Form vorgesehen ist, dass im Bereich der Teilfuge zwischen Unterteil und Oberteil gegenüber der horizontalen Richtung geneigte, gegenseitige Anlageflächen vorgesehen sind, die vertikale und seitlich wirkende Kräfte aufnehmen können. Hierbei werden zwar die im Betrieb auftretenden Seitenkräfte zuverlässig vom Oberteil auf das Unterteil übertragen. Beim Zusammenbau der bekannten Anordnung ergibt sich jedoch erfahrungsgemäß eine Aufweitung des Oberteils. Die Folge davon ist, dass die Lagerbohrung nur im zusammengebauten Zustand hergestellt werden darf. Dies erweist sich jedoch als sehr umständlich, da die Kurbelwelle nur bei demontiertem Oberteil eingesetzt werden kann.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass seitliche Relativbewegungen der aneinander anliegenden Maschinenteile zuverlässig verhindert werden, ohne dass zur Richtung der Haltekräfte geneigte Anlageflächen erforderlich sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist auf die Bereitstellung eines einfachen und kostengünstigen Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung eingangs erwähnter Art gerichtet.
Die auf die Verbesserung der Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die einander zugewandten Anlageflächen der aneinander anliegenden Maschinenteile nur rechtwinklig zu den Haltekräften verlaufende Bereiche aufweisen und dass diesen die gegenseitige Reibung erhö- hende Mittel mit in metallisches Trägermaterial eingebetteten, oberflächenseitig vorspringenden Partikeln aus einem gegenüber dem den Maschinenteilen zugrundeliegenden Material härteren Material zugeordnet sind.
Diese Maßnahmen ergeben eine rechtwinklig zu den Haltekräften verlaufende Teilfuge und ermöglichen dementsprechend bei einem Kurbelwellen-Hauptlager die Verwirklichung einer horizontalen Teilfuge zwischen Unterteil und Oberteil. Hierdurch wird daher sichergestellt, dass bei der Anbringung des Oberteils keine nach außen gerichteten Kräfte erzeugt werden, so dass das Oberteil nicht aufgeweitet wird. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Lagerbohrung im demon- tierten Zustand des Lagers hergestellt werden kann, was eine mehrfache Montage und Demontage des Oberteils entbehrlich macht. Gleichzeitig wird durch die Erhöhung der gegenseitigen Reibung sichergestellt, dass die im Betrieb auftretenden Seitenkräfte zuverlässig aufgenommen werden können. Die aus einem vergleichsweise harten Material bestehenden, oberflächenseitig vorspringenden Partikel können sich unter der Wirkung der Haltekräfte in die jeweils zugeordnete Gegenfläche eindrücken, was zu einem gegenseitigen Mini-Formschluss und damit zu einem hohen Reibkoeffizienten führt.
Vorteilhaft kann zwischen die einander zugewandten Anlageflächen der mitein- ander zu verbindenden Maschinenteile eine die Reibung erhöhende, beidseitig mit vorspringenden Partikeln versehene Platte eingelegt werden. Diese Platte stellt ein zusätzliches Bauteil dar, das in vorteilhafter Weise unabhängig von den miteinander zu verbindenden Maschinenteilen hergestellt werden kann. Durch die Verwendung unterschiedlich dicker Platten kann dabei in vorteilhafter Weise der gegenseitige Abstand der Maschinenteile variiert werden. Im Zusammenhang mit einem Kurbelwellen-Hauptlager ermöglicht dies die Erzielung eines unterschiedlichen Kopfspiels zwischen Walzenzapfen und Oberteil. Das Kopfspiel kann daher in vorteilhafter Weise an die Verhältnisse des Einzelfalls angepasst werden.
Zweckmäßig können die vorspringenden Partikel aus einem keramischen Material bestehen. Dabei lassen sich auf einfache Weise eine unregelmäßige Oberfläche mit spitzen Kanten erreichen, die sich infolge der großen Härte von keramischem Material gut in die jeweils zugeordnete Gegenfläche eindrücken können.
Vorteilhaft kann ein Überstand der vorspringenden Partikel über das sie aufnehmende Material von 50 bis 90 μm vorgesehen sein. Dies ermöglicht zum einen eine ausreichende Maßhaltigkeit und ergibt zum anderen in zuverlässiger Weise den erwünschten Mini-Formschluss.
Die auf das Verfahren sich beziehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens ein Bauteil mit wenigstens einer der Teilfuge zwischen den miteinander zu verbindenden Maschinenteilen zugeordneten, rechtwinklig zu den Haltekräften verlaufenden Oberfläche im Bereich jeder derartigen Oberfläche mit einer Schicht mit in metallisches Material eingebetteten, gegenüber dem den Maschinenteilen zugrundeliegenden Material härteren Partikeln versehen wird, wobei vorzugsweise diese Schicht anschließend oberflächenseitig teilweise weggeschliffen und dann einer oberflächenseitigen Ätzbehandlung ausgesetzt wird.
Mit Hilfe des Schleifvorgangs lässt sich in vorteilhafter Weise eine hohe Maßhaltig- keit erreichen. Die anschließende Ätzbehandlung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Erzielung des erwünschten Überstands der harten, vorzugsweise keramischen Partikel über das sie aufnehmende Material.
Vorteilhaft kann das die harten Partikel enthaltende Bauteil oberflächenseitig angeschmolzen werden, wobei die Partikel direkt in die oberflächenseitige Schmelze eingebracht werden. Hierbei werden die harten Partikel direkt in das Grundmaterial des zugehörigen Bauteils eingebracht, wodurch sich eine ausgezeichnete Bindung der die harten Partikel enthaltenden oberflächennahen Schicht mit den darunter sich befindenden Schichten des genannten Bauteils ergibt. Gemäß einer anderen Ausgestaltung des übergeordneten Verfahrens kann das die harten Partikel enthaltende Bauteil oberflächenseitig mit einer Beschichtung versehen werden, die aus einem die harten Partikel und ein diese aufnehmendes, metallisches Matrix-Material enthaltenden Materialmix hergestellt wird, wobei das Matrix-Material einen niedrigeren Schmelzpunkt als das dem die Beschichtung tragenden Bauteil zugrundeliegende Material aufweist. Die die harten Partikel aufweisende Beschichtung wird hierbei praktisch aufgesintert. Dabei kommt es in vorteilhafter Weise zu einem vergleichsweise geringen Wärmeeintrag in das die Beschichtung aufnehmende Bauteil, was sich günstig auf die Vermeidung von Verzug auswirkt. Die genannten Maßnahmen sind daher insbesondere bei vergleichsweise dünnen Bauteilen zu bevorzugen.
Zweckmäßig kann als Matrix-Material eine Nickellegierung Verwendung finden, die außer Nickel zumindest Phosphor, vorzugsweise Phosphor und Silizium ent- hält. Durch die genannten Legierungskomponenten wird der Schmelzpunkt von Nickel deutlich unter den Schmelzpunkt von Stahl bzw. Gusseisen abgesenkt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des übergeordneten Verfahrens kann das oberflächenseitig mit den harten Partikeln zu versehende Bauteil vorzugsweise durch Sandstrahlen oberflächenseitig angeraut werden. Anschließend können die Partikel bis zu wenigstens einem Teil ihres Durchmessers in die angeraute Oberfläche eingetieft werden. Diese kann hierzu mit den Partikeln beschossen werden. Dabei kann vorzugsweise das PVD-Verfahren angewandt werden. Die in die angeraute Oberfläche eingeschossenen Partikel stehen in vorteilhafter Weise be- reits in der gewünschten Weise über die Oberfläche vor, so dass in der Regel ein Ätzvorgang entfallen kann. Vielfach kann sogar auf einen Schleifvorgang verzichtet werden. In manchen Fällen kann es jedoch zur Erzielung einer hohen Maßgenauigkeit vorteilhaft sein, auch hier einen Schleifvorgang durchzuführen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen: Figur 1 eine Ansicht eines Kurbelwellen-Hauptlagers eines Zweitakt-Großdieselmotors,
Figur 2 eine Ansicht einer zwischen die Anlageflächen von Unterteil und Oberteil der Anordnung gemäß Figur 1 eingelegten Reibplatte,
Figur 3 einen Teilschnitt durch die Reibplatte gemäß Figur 2 und
Figuren 4- 6 schematische Darstellungen von aufeinander folgenden Herstellungsschritten zur Herstellung einer Reibplatte gemäß Figur 3.
Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Kurbelwellen-Hauptlager von Großmotoren, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Motoren sind an sich bekannt.
Das der Figur 1 zugrundeliegende Kurbelwellen-Hauptlager eines Zweitakt-Großdieselmotors besteht aus einem in das Maschinengestell 1 integrierten Unterteil 2 und einem auf dieses aufsetzbaren Oberteil 3. Dieses wird durch hier lediglich durch ihre Mittellinien angedeutete, vertikale Zuganker 4 gehalten. Das Unterteil 2 und Oberteil 3 sind mit einander zugewandten, qμer zu den Zugankern 4 verlaufenden, parallelen Anlageflächen 5, 6 versehen.
Die Anlageflächen 5, 6 enthalten ausschließlich horizontal, das heißt rechtwinklig zu den Zuganker 4 verlaufende Bereiche. Die von den Zugankern 4 erzeugten Spannkräfte verlaufen dementsprechend rechtwinklig zu den Anlageflächen 5, 6 und werden durch diese in vertikaler Richtung durchgeleitet. Seitenkräfte werden hierbei nicht erzeugt. Im Betrieb entstehende Seitenkräfte werden durch Reibung vom Oberteil 3 auf das Unterteil 2 übertragen.
Das Unterteil 2 und das Oberteil 3 sind mit einander zu einer Lagerbohrung 7 sich ergänzenden Ausnehmungen versehen. In der Lagerbohrung 7 wird ein Wellenzapfen 8 aufgenommen. Die Ausnehmungen von Unterteil 2 und Oberteil 3 zur Bildung der Lagerbohrung 7 werden unabhängig voneinander bei demon- tiertem Oberteil 3 hergestellt. Um im Betrieb seitliche Relativbewegungen zwischen Unterteil 2 und Oberteil 3 sicher auszuschließen ist den gegenseitigen Anlageflächen 5, 6 eine die gegenseitige Reibung erhöhende Einrichtung zugeordnet.
Bei dem der Figur 1 zugrundeliegenden Ausführungsbeispiel ist hierzu zwischen die linken Anlageflächen 5, 6 und die rechten Anlageflächen 5, 6, d.h. links und rechts von der Lagenbohrung 7, jeweils eine Reibplatte 9 eingelegt, die im Bereich ihrer voneinander abgewandten, den Anlageflächen 5, 6 zugewandten Seiten mit die Reibung erhöhenden Mitteln versehen ist. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, die Anlagefläche 5, 6 selbst mit einer derartigen Einrichtung zu versehen. In diesem Fall würden die Reibplatten 9 entbehrlich oder könnten als Abstandshalter mit oder ohne die Reibung erhöhende Mittel ausgebildet sein.
Die Reibplatten 9 erstrecken sich jeweils über den gesamten, zugeordneten gegenseitigen Anlagebereich von Unterteil 2 und Oberteil 3. Die Reibplatten 9 sind dementsprechend, wie aus Figur 2 ersichtlich ist, mit Durchführausnehmungen 10 versehen, durch welche die Zuganker 4 mit umfangsseitigem Spiel durchführbar sind. Die Dicke der Reibplatten 9 kann etwa 5 mm +/- einer Zugabe bzw. eines Abzugs zur Variation des Kopfspiels des Wellenzapfens 8 betragen.
Die Reibplatte 9 enthält, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, einen Stahlkern 11 , der zur Bildung der die Reibung erhöhenden Einrichtungen im Bereich seiner einander gegenüberliegenden Oberflächen mit oberflächenseitig vorspringenden Partikeln 12 versehen ist, die aus einem Material bestehen, das härter als das im Bereich der Anlageflächen 5 bzw. 6 von Unterteil 2 und Oberteil 3 vorhandene Material ist. Die Partikel 12 sind in sie umgebendes, metallisches Material eingebettet, das somit als Matrix fungiert. Dabei kann es sich um die äußeren Zonen des Stahlkerns 11 selbst oder um eine auf den Stahlkern 11 aufgebrachte metallische Beschich- tung handeln. Dasselbe gilt für den Fall, dass die harten Partikel 12 direkt im Bereich der Anlageflächen 5 bzw. 6 vorgesehen sind.
Die Härte der Partikel 12 beträgt zumindest 1000 HV. Hierzu bestehen die
Partikel zweckmäßig aus keramischem Material, wie TiC, WoC, NiobC etc.. Zweckmäßig besitzen die Partikel 12, wie in Figur 3 weiter angedeutet ist, eine un- regelmäßige Oberfläche mit spitzen Kanten. Die Partikel 12 können sich dementsprechend gut in die zugewandte Anlagefläche des jeweils gegenüberliegenden Bauteils eindrücken, wodurch sich ein Mini-Formschluss ergibt, der zu einem hohen Reibungskoeffizienten führt. Infolge des durch sie sich eindrückenden Partikel 12 bewirkten Mini-Formschlusses ist hier die Reibkraft abhängig von der Anzahl der Partikel und bei angenommener, etwa gleichmäßiger Flächenverteilung der Partikel 12 abhängig von der Fläche. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, wenn sich die Reibplatte 9 über den gesamten gegenseitigen Anlagebereich der Anlagenflächen 5, 6 erstreckt bzw. diese im Falle einer plattenlosen Ausführung im gesamten Anlagebereich mit harten Partikeln 12 versehen sind. Die Partikelgröße liegt zweckmäßig bei einem Durchmesser von 30 μ bis 110 μ. Der maximale Überstand der Partikel 12 über die Oberseite des sie aufnehmenden metallischen Materials beträgt zweckmäßig 50 μ bis 90 μ.
Die Partikel 12 können, wie schon erwähnt, direkt in die oberflächennahen Zonen des Grundmaterials des sie aufnehmenden Bauteil oder in eine auf die Oberfläche des Grundmaterials aufgebrachte metallische Beschichtung eingebettet sein. Die Figuren 4 - 6 verdeutlichen die Herstellung einer aus Stahl bestehenden Reibplatte mit in die oberflächennahen Stahlzonen eingebetteten Partikeln 12. Hierzu wird das die Partikel 12 tragende Bauteil, hier der der Reibplatte 9 zugrundeliegende Stahlkern 11 , oberflächenseitig so erwärmt, dass eine oberflächennahe Zone 13 schmilzt. Die Erwärmung erfolgt zweckmäßig so, dass die geschmolzene Zone 13 eine in Figur 4 angedeutete Tiefe t von 0,8 bis 1 mm aufweist. In die geschmolzene Zone 13 werden die Partikel 12 eingebracht. Hierzu ist im dargestellten Beispiel eine Blasdüse 14 vorgesehen, mittels welcher die geschmolzene Zone 13 mit den Partikeln 14 beschossen wird.
Die Erwärmung bis zum oberflächenseitigen Schmelzen des Kernmaterials erfolgt zweckmäßig mittels einer lokal wirksamen Wärmequelle, die über die zu erwärme- nde Fläche bewegt wird oder umgekehrt. Im dargestellten Beispiel ist hierzu ein mittels einer Laserquelle 15 erzeugter Laserstrahl 16 vorgesehen. Die Zufuhr der Partikel 12 erfolgt direkt in den Bereich des vom Laserstrahl 16 erzeugten Heizflecks oder in einen diesem direkt benachbarten Bereich. In jedem Fall folgt die Blasdüse 14 der Laserquelle 15. Infolge der Relativbewegung von Laserkanone 15 und Blasdüse 14 gegenüber der zu behandelnden Oberfläche wird diese nach und nach auf ihrer ganzen Fläche behandelt.
Die mittels der Blasdüse 14 auf die zu behandelnde Oberfläche aufgesprühten Partikel 12 dringen in das geschmolzene Metall der Zone 13 ein, so dass sich beim Erstarren der Schmelze eine Einbettung der Partikel 12 in das sie umgebende metallische Material ergibt, das dementsprechend als die Partikel 12 aufnehmende und haltende Matrix fungiert.
Während des Schmelzvorgangs und der Abkühlung wird die behandelte Oberfläche zweckmäßig mit Schutzgas beaufschlagt, das eine Oxidation verhindert. Hierzu kann die Blasdüse 14 zum Aufsprühen der Partikel 12 mit Schutzgas beaufschlagt werden. Im dargestellten Beispiel ist eine zusätzliche Schutzgasdüse 17 vorgesehen, durch welche der vom Laserstrahl 16 getroffene und mit den Partikeln 12 beaufschlagte Bereich mit Schutzgas beaufschlagt wird. Die Blasdüse 14, die Laserquelle 15 und gegebenenfalls die Schutzgasdüse 17 können zweckmäßig zu einem Bearbeitungskopf zusammengefasst werden, der eine gleichförmige Relativbewegung dieser drei Organe gegenüber der zu behandelnden Oberfläche ermöglicht. Anstelle eines Laserstrahls können natürlich auch andere Heiz- quellen Verwendung finden, beispielsweise eine Gasflamme, eine Induktionsspule oder dergleichen.
Anstelle der Einbettung der Keramikpartikel 12 in die oberflächennahen Zonen des Stahlkerns 11 kann die Reibplatte 9, wie oben schon erwähnt wurde, auch mit einer Beschichtung versehen werden, die aus einem vorzugsweise in Pulverform vorliegenden Materialmix hergestellt wird, der die Partikel 12 und eine diese aufnehmende metallische Matrix enthält. Diese Beschichtung kann beispielsweise im Thermosprühverfahren auf den Metallkern 11 aufgesprüht werden. Zweckmäßig wird die Beschichtung aufgesintert, was mit einem vergleichsweise geringen Wärmeeintrag möglich ist, wodurch einem Verzug des Stahlkerns 11 entgegengewirkt wird.
Zweckmäßig findet dabei zur Bildung der metallischen Matrix ein Material
Verwendung, dessen Schmelzpunkt niedriger als der Schmelzpunkt des dem be- schichteten Bauteil, hier dem Stahlkern 11 , zugrundeliegenden Materials ist. Im Falle von Stahl liegt der Schmelzpunkt bei etwa 1300 °C. Der Schmelzpunkt des Matrixmaterilas soll deutlich niedriger liegen. Andererseits soll das Matrixmaterial zumindest dieselbe Festigkeit wie Stahl, vorzugsweise eine noch höhere Festigkeit, aufweisen. Außerdem soll sich eine gute Bindung der Beschichtung mit dem Kernmaterial ergeben. Zweckmäßig findet als Matrixmaterial eine Nickellegierung Verwendung, die außer Nickel zumindest Phosphor, vorzugsweise zumindest Phosphor und Silizium, enthält. Durch diese Legierungskomponenten wird der Schmelzpunkt von Nickel auf etwa 850 0C gedrückt und damit auf einen deutlich unterhalb des Schmelzpunkts von Stahl liegenden Wert.
Zum Aufsintern einer Beschichtung vorstehend genannter Art wird zunächst das mit der Beschichtung zu versehende Bauteil, hier der Stahlkern 11 oberflächensei- tig bis höchstens kurz unterhalb seines Schmelzpunkts erwärmt. Anschließend wird der die Partikel 12 und das Matrix-Material enthaltende Materialmix aufge- bracht. Die dem zu beschichtenden Bauteil vorher zugeführte Wärme reicht infolge des vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkts des Matrix-Materials aus, um dieses zu schmelzen, wodurch eine Einbettung der Partikel 12 in das Matrix-Material erreicht wird. Zur Bewerkstelligung einer gleichmäßigen Oberfläche sowie einer oberflächenseitigen Verdichtung der Beschichtung kann anschließend ein zweiter Erwärmungsvorgang stattfinden. Als Heizeinrichtung kann wie oben ein Laserstrahl, eine Induktionsspule oder dergleichen dienen. Wichtig ist hier eine zuverlässige Steuerbarkeit, um den Wärmeeintrag dosieren zu können.
Nachdem die die Partikel 12 enthaltende Schicht hergestellt ist, wird eine äußere Zone dieser Schicht wieder entfernt. Diese zu entfernende Zone wird zweckmäßig abgeschliffen, wie in Figur 5 durch eine Schleifscheibe 18 angedeutet ist. Die Materialabnahme erfolgt dabei zweckmäßig auf einer Dicke von 30 μ wie in Figur 5 bei d angedeutet ist. Mit Hilfe des Schleifvorgangs lässt sich eine exakte Gesamtdicke der Reibplatte 9 erreichen.
Nach dem Schleifvorgang erfolgt eine Ätzbehandlung der geschliffenen Oberfläche mittels einer Säure, z.B. HCl, HF oder dergleichen. Die Ätzbehandlung ergibt, wie aus Figur 6 hervorgeht, den gewünschten Überstand der Partikel 6 über die Oberfläche des die Partikel 12 umgebenden Materials, hier über die Oberfläche des Stahlkerns 11. Die Ätzbehandlung erfolgt zweckmäßig bis zu einer Tiefe von maximal 5 - 30 μ, vorzugsweise 10 μ, wie in Figur 6 bei ü angedeutet ist, so dass sich der gewünschte Überstand ergibt.
Eine andere Möglichkeit zum Anbringen der harten Partikel 12 kann darin be- stehen, die betreffende Oberfläche anzurauen und anschließend die Partikel 12 bis zu wenigstens einem Teil ihres Durchmessers mechanisch in die angeraute Oberfläche einzutiefen. Zum Anrauen der Oberfläche kann diese zweckmäßig einer Sandstrahlbehandlung unterzogen werden. Vorteilhaft erfolgt die Anrauung mit einer Rauhigkeit von 5 μ. Die harten Partikel 12 können in die angeraute Ober- fläche eingepresst werden. Hierzu wird die angeraute Oberfläche zweckmäßig mit den Partikeln 12 beschossen. Dabei ergibt sich nicht nur ein guter Sitz der Partikei, sondern gleichzeitig auch eine gewisse Verdichtungshärtung des die Partikel umgebenden Materials. Zum Beschießen der angerauten Oberfläche mit den Partikeln kann zweckmäßig das PVD-Verfahren (Plasma Vapor Deposition) Anwendung finden. Dieses Verfahren kann vorzugsweise auch im Zusammenhang mit den anderen, oben geschilderten Möglichkeiten zur Aufbringung der Partikel 12 Verwendung finden.
In den Figuren 4 bis 6 ist die Behandlung lediglich einer Seite der Reibplatte 9 ge- zeigt. Selbstverständlich werden beide Seiten behandelt. Diese Behandlungen erfolgen zweckmäßig nacheinander, so dass die jeweils behandelte Seite nach oben zeigen kann, wodurch einem unerwünschten Abtropfen des geschmolzenen Materials entgegengewirkt wird. Anstelle einer Platte können natürlich, wie oben bereits erwähnt, auch eine oder beide Anlageflächen 5, 6 direkt in derselben Weise wie vorstehend für eine Platte gezeigt, behandelt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Verbindung von zwei im Bereich einer Teilfuge aneinander anliegenden, durch quer zur Teilfuge verlaufende Haltekräfte zusammengehaltenen Maschinenteilen, in Form eines in das Maschinengestell (1) integrierten Unterteils (2) und eines hierauf aufsetzbaren, durch Zuganker (4) hiermit verbindbaren Oberteils (3) eines Kurbelwellen-Hauptlagers eines Großmotors, wobei die einander zugewandten die Lagerbohrung flan- kierenden Anlageflächen (5, 6) von Unterteil (2) und Oberteil (3) nur rechtwinklig zu den Haltekräften verlaufende Bereiche aufweisen und wobei zwischen die einander zugewandten Anlageflächen (5, 6) jeweils eine die Reibung erhöhende, Reibplatte (9) mit in ein metallisches Trägermaterial eingebetteten, oberflächenseitig vorspringenden Partikeln (12) aus einem gegenüber dem im Bereich der Auflageflächen (5, 6) vorhandenen Material härteren Material eingelegt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (12) aus keramischem Material bestehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (12) aus TiC und/oder WoC und/oder NiobC bestehen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Partikel (12) eine unregelmäßige Oberfläche mit spitzen
Kanten aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (12) einen Durchmesser von 30 μ bis 100 μ aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (12) maximal 50 μ bis 90 μ über die Oberfläche des sie aufnehmenden Materials vorstehen.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (12) eine größere Härte als 1000 HV aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die die Reibung erhöhenden Mittel über den gesamten, gegenseitigen Anlagebereich der Anlageflächen (5, 6) erstrecken.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Reibplatte (9) mit den Zugankern (4) zugeordneten
Durchführausnehmungen (10) versehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (12) in eine oberflächennahe Schicht des Grundmaterials des sie aufnehmenden Bauteils oder einer auf dem Grundmaterial angebrachten Beschichtung eingebettet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der einander zugewandten Anlageflächen (5, 6) ebenfalls mit in sie eingebetteten, oberflächenseitig vorspringenden, harten Partikeln versehen ist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zwi- sehen einander zugewandte Anlagenflächen (5, 6) einlegbare, aus Stahl bestehende Reibplatte (9) hergestellt wird, die im Bereich ihrer beiden, voneinander abgewandten Oberflächen mit in das metallische Material eingebetteten, vorspringenden, harten Partikeln (12) versehen wird, die aus einem gegenüber dem im Bereich der gegenseitigen Anlageflächen (5, 6) vorhandenen Material härteren Material bestehen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die die Partikel (12) enthaltende Schicht nach der Beschichtung oberflächenseitig teilweise entfernt und dann einer oberflächenseitigen Ätzbehandlung aus- gesetzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die die Partikel (12) enthaltende Schicht oberflächenseitig teilweise abgeschliffen wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das oberflächenseitig mit den Partikeln (12) zu versehende Bauteil oberflächenseitig angeschmolzen wird und dass die Partikel (12) direkt in die oberflächenseitige Schmelze eingebracht werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil auf einer Dicke von 0, 8 bis 1 mm angeschmolzen wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mit den Partikeln (12) zu versehende Bauteil oberflächenseitig mit einer Beschichtung versehen wird, die aus einem die Partikel (12) und ein als Matrix für die Partikel (12) fungierendes Metall enthaltenden Materialmix hergestellt wird, wobei das die Matrix bildende Metall einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger als der Schmelzpunkt des dem die Beschichtung tragenden Bauteil zugrundeliegenden Materials ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Matrix bildende Metall eine zumindest Ni1 P, vorzugsweise Ni1 P1Si enthaltende Nickellegierung ist.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das die Beschichtung tragende Bauteil oberflächenseitig höchstens bis kurz unterhalb des Schmelzpunkts des ihm zugrundeliegenden Materials erwärmt wird und dass hierauf ein das Matrix-Material und die Partikel (12) enthal- tender Materialmix vorzugsweise in pulverförmiger Form aufgebracht wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die die Partikel (12) enthaltende Oberfläche zumindest während der Beaufschlagung mit den Partikeln (12) mit Schutzgas beaufschlagt wird.
21 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die die Partikel (12) enthaltende Schicht nach der
Anbringung der Partikel (12) auf einer Dicke von 20 - 50 μ, vorzugsweise 30 μ abgeschliffen wird.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschliffene Oberfläche bis zu einer Tiefe von maximal 5 - 30 μ, vorzugsweise 10 μ, geätzt wird.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass das oberflächenseitig mit Partikeln (12) zu versehende Bauteil oberflächenseitig angeraut wird und dass die Partikel (12) mit wenigstens einem Teil ihrer Stärke in die angeraute Oberfläche einge- tieft werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit einer Rauigkeit von 5 μ angeraut wird.
25. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche sandgestrahlt wird.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 - 25, dadurch gekennzeichnet, dass die angeraute Oberfläche mit den Partikeln (12) be- schössen wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (12) im PVD-Verfahren (Plasma Vapor Deposition) auf die angeraute Oberfläche aufgebracht werden.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der einander zugewandten Anlageflächen (5, 6) mit vorspringenden, harten Partikeln (12) versehen wird.
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