DE10203324A1 - Gleitlager für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird ein Gleitlager für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer in einem Lagerkörper (2) vorgesehenen Lagerbohrung (3) beschrieben, die in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen (8) profiliert und mit einer eine Lauffläche (9) zur Aufnahme eines Lagerzapfens bildenden Laufschicht (4) versehen ist. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß die Lauffläche (9) der auf die Lagerbohrung (3) aufgebrachten Laufschicht (4) eine hinsichtlich der Teilung mit der Profilierung der Lagerbohrung (3) übereinstimmende Profilierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen (10) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleitlager für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer in einem Lagerkörper vorgesehenen Lagerbohrung, die in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen profiliert und mit einer eine Lauffläche zur Aufnahme eines La­ gerzapfens bildenden Laufschicht versehen ist.

Werden zur Lagerung der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine im Kur­ belgehäuse bzw. der Kurbelwellenzapfen in den Pleueln nicht herkömmliche Gleitlager mit in einen Lagerkörper eingesetzten Lagerschalen, sondern Gleitla­ ger verwendet, bei denen die Lagerbohrungen in den Lagerkörpern gegebenen­ falls nach dem Aufbringen einer Zwischenschicht unmittelbar mit einer Lauf­ schicht beschichtet werden, so kann die Toleranz für das Lagerspiel wegen des Wegfallens eines sonst zu berücksichtigenden Toleranzbereiches für die Ferti­ gung der Lagerschalen verringert werden. Da die Lagergeräusche vom jeweils größten Lagerspiel abhängen, kommt der Verringerung des Lagerspiels im Hin­ blick auf die Geräuschbildung dieser Gleitlager und damit der Verkleinerung des für das größte Lagerspiel maßgebenden Toleranzbereiches eine besondere Be­ deutung zu.

Um den Einfluß einer harten Zwischenschicht zwischen der Laufschicht und ei­ ner Lagermetallschicht auf die Lebensdauer eines Gleitlagers bei einem teilwei­ sen Verschleiß der Laufschicht herabzusetzen, ist es bekannt (EP 0 155 257 B2), die die Zwischenschicht tragende Oberfläche der Lagermetallschicht mit einer Profilierung zu versehen, die in Umfangsrichtung verlaufende Nuten bildet, so daß bei einem Verschleiß der Laufschicht, die beim Auftragen auf die Zwi­ schenschicht der Profilierung der Lagermetallschicht folgt, die im Bereich der Lauffläche durchtretende Zwischenschicht keine größeren, zusammenhängen­ den Oberflächenbereiche bilden kann, weil mit zunehmendem Verschleiß der Laufschicht auch die in der Lauffläche liegenden Zwischenschichtbereiche ab­ getragen werden und dadurch die darunter liegende Lagermetallschicht freige­ legt wird, die noch ausreichende Gleiteigenschaften sicherstellt. Voraussetzung für die angestrebte Wirkung ist somit, daß die Zwischenschicht auf einer Lager­ metallschicht und nicht auf einer stählernen Stützschicht aufgebracht wird.

Schließlich ist es bekannt (US 2 187 755 A), die Lagerbohrung eines Maschi­ nenelementes mit einer Profilierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen zu versehen, auf die eine mehrlagige Laufschicht galvanisch abgeschieden und dann teilweise abgetragen wird, so daß eine glatte, nicht profilierte Lauffläche entsteht, die an ihrer Oberfläche abwechselnd Bereiche unterschiedlicher Lagerwerkstoffe auf­ weist. Laufflächen mit abwechselnden Bereichen unterschiedlicher Lagerwerk­ stoffe können die Lagerbedingungen hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Lauf­ eigenschaften verbessern. Auf die Geräuschbildung haben solche Laufflächen mit unterschiedlichen Lagerwerkstoffen jedoch keinen Einfluß.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager für eine Verbren­ nungskraftmaschine der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß mit einer deutlichen Verminderung der Lagergeräusche gerechnet werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Lauffläche der auf die Lagerbohrung aufgebrachten Laufschicht eine hinsichtlich der Teilung mit der Profilierung der Lagerbohrung übereinstimmende Profilierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Aus­ nehmungen aufweist.

Durch die Profilierung der Lauffläche in Form von in Umfangsrichtung verlaufen­ den, nutenartigen Ausnehmungen kann das zur Ausbildung eines hydrodynami­ schen Schmiermittelkeiles vorzugebende Mindestlagerspiel für eine Vollschmie­ rung verringert werden, weil sich durch die in Umfangsrichtung verlaufenden Ausnehmungen einerseits ein zusätzliches Schmierölangebot im engsten Spalt zwischen Lauffläche und Zapfen ergibt und anderseits die axiale Schmierölver­ drängung nach außen zu den beiden Lagerseiten hin behindert wird. Überra­ schenderweise wird die Betriebssicherheit der Gleitlager durch die Profilierung der Lagerbohrung nicht beeinträchtigt, obwohl die Laufschicht unmittelbar oder über eine Zwischenschicht zur Haftvermittlung oder als Diffusionssperre auf dem stählernen Lagerkörper aufgebracht ist. Maßgebend hierfür dürfte die Einhaltung enger Toleranzbereiche sein, wie sie nur beim Wegfall von Lagerschalen mög­ lich sind. Aufgrund der engen Toleranzbereiche und der Absenkung der unteren Grenze für das vorzugebende Lagerspiel können vorteilhafte Voraussetzungen für geräuscharme Gleitlager zur Lagerung einer Kurbelwelle in einem Kurbelge­ häuse bzw. eines Pleuels auf dem Kurbelwellenzapfen sichergestellt werden.

Um eine ausreichende Betriebssicherheit zu gewährleisten, ist die Tiefe der nu­ tenartigen Ausnehmungen nach oben zu beschränken. Vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich, wenn die Tiefe der nutenartigen Ausnehmungen höchstens der halben Dicke der Laufschicht entspricht. Damit die Wirkung der in Umfangsrich­ tung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen auf die Größe des vorzugeben­ den Mindestspiels vorteilhaft genützt werden kann, kann die Tiefe dieser Aus­ nehmungen nach unten auf ein Fünftel der Dicke der Laufschicht begrenzt wer­ den.

Da es im Hinblick auf die Geräuschbildung erfindungsgemäßer Gleitlager auf das maximale Lagerspiel ankommt, soll der Verschleiß der Laufschicht möglichst gering ausfallen. Zu diesem Zweck kann die Laufschicht eine Mindesthärte von 35 HV aufweisen. Der verringerte Verschleiß der Laufschicht bringt außerdem eine größere Betriebssicherheit im Zusammenhang mit der profilierten Lagerboh­ rung im stählernen Lagerkörper mit sich.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein Pleuel mit einem erfindungsgemäßen Gleitlager in einer vereinfachten Ansicht in Richtung der Lagerachse,

Fig. 2 das Pleuel nach der Fig. 1 in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein Kurbelgehäuse ausschnittsweise im Bereich eines erfindungsgemä­ ßen Gleitlagers für die Kurbelwelle in einer stirnseitigen Ansicht,

Fig. 4 einen schematischen Axialschnitt durch die Laufschicht eines erfindungs­ gemäßen Gleitlagers in einem größeren Maßstab und

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante eines erfindungsgemäßen Gleitlagers.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte, stählerne Pleuel 1, das auch pulvermetall­ urgisch hergestellt sein kann, bildet im Bereich seines Kopfes einen Lagerkörper 2 mit einer Lagerbohrung 3 für ein Gleitlager zum Aufnehmen eines Zapfens ei­ ner Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine. Im Gegensatz zu herkömmli­ chen Gleitlagern mit mehrschichtigen Lagerschalen trägt die Lagerbohrung 3 des Lagerkörpers 2 selbst die Laufschicht 4, so daß sich Lagerschalen erübrigen. Damit kann nicht nur die Lagerbohrung 3 im Lagerkörper 2 einen geringeren Durchmesser aufweisen, was der Festigkeit des Pleuels zugute kommt, sondern auch die Fertigungstoleranz verringert werden, weil der sonst zu berücksichti­ gende Toleranzbereich für die Lagerschalen entfällt. Es kommt daher lediglich auf die Toleranz der Lagerbohrung 3 und die Toleranz der Laufschichtdicke an, wobei für den Toleranzbereich des Lagerspiels zusätzlich die Toleranz für den Zapfendurchmesser und die einbaubedingte Verformung zu berücksichtigen ist. Der Lagerkörper 2 ist ja zur Aufnahme des Kurbelwellenzapfens geteilt, so daß sich ein Lagerdeckel 5 ergibt, der mit dem anderen Teil des Lagerkörpers 2 ver­ schraubt werden muß.

In der Fig. 3 wird ein erfindungsgemäßes Gleitlager für die Lagerung der Kur­ belwelle im Kurbelgehäuse 6 gezeigt, wobei der Lagerkörper 2 durch eine Quer­ wand 7 des Kurbelgehäuses 6 gebildet wird. Es ergeben sich ähnliche Toleranz­ verhältnisse, weil die Laufschicht 4 wiederum auf die Lagerbohrung 3 aufge­ bracht ist. Der Lagerkörper 2 ist wiederum geteilt ausgeführt und bildet einen Lagerdeckel 5, um die Kurbelwelle einsetzen zu können. Das Fehlen von Lager­ schalen bringt außerdem den Vorteil mit sich, daß die Lagerbohrungen 3 für die Kurbelwelle gemeinsam gebohrt werden können, was Fluchtfehler ausschließt, wie sie beim Einsetzen von Lagerschalen auftreten können.

Wesentlich für die Erfindung ist nicht nur, daß die Lagerbohrung 3 im Lagerkör­ per 2 die Laufschicht 4 trägt, sondern auch, daß die Lagerbohrung 3 eine Profi­ lierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlau­ fenden, nutenartigen Ausnehmungen 8 aufweist, wie dies den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist. Die beispielsweise galvanisch auf der Lagerbohrung abgeschie­ dene Laufschicht 4 folgt der Profilierung der Lagerbohrung 3, so daß die Laufflä­ che 9 eine hinsichtlich der Teilung übereinstimmende Profilierung ebenfalls in Form von nutenartigen Ausnehmungen 10 bildet. Die Tiefe t dieser nutenartigen Ausnehmungen 10 soll nicht größer als die halbe Dicke d der Laufschicht 4 und nicht kleiner als ein Fünftel dieser Dicke d sein. Je nach der Art der Laufschicht 4 kann es notwendig sein, zwischen der Laufschicht 4 und dem Lagerkörper 2 eine Zwischenschicht 11 als Haftvermittler oder Diffusionssperre gemäß der Fig. 4 vorzusehen. Eine unmittelbare Aufbringung der Laufschicht 4 ohne Zwischen­ schicht auf den Lagerkörper 2 ist in der Fig. 5 dargestellt.

Unabhängig davon, ob die Laufschicht 4 mit oder ohne Zwischenschicht 11 auf den Lagerkörper 2 aufgebracht wurde, erlauben die in Umfangsrichtung verlau­ fenden, nutenartigen Ausnehmungen 10 in der Lauffläche 9 eine Schmierölauf­ nahme, die im engsten Spalt zwischen der Lauffläche 9 und dem Kurbelwellen­ zapfen bzw. der Kurbelwelle die Aufrechterhaltung einer hydrodynamischen Vollschmierung unterstützt, zumal die Stege zwischen den nutenartigen Aus­ nehmungen 10 eine axiale Schmierölverdrängung nach außen behindern. Dies bedeutet, daß das vorzugebende kleinste Lagerspiel für die Aufrechterhaltung einer Vollschmierung herabgesetzt werden kann, was im Zusammenwirken mit den verringerten Toleranzbereichen zu einer deutlichen Verkleinerung des ma­ ximalen Lagerspiels führt. Muß beispielsweise bei einem Zapfendurchmesser von 50 mm bei herkömmlichen Pleuellagern mit einem vorgegebenen Mindestla­ gerspiel von 0,04% des Zapfendurchmessers gerechnet werden, so ergibt sich aufgrund des Toleranzbereiches ein Lagerspiel zwischen 20 und 68 µm. Bei ei­ nem erfindungsgemäßen Gleitlager kann das Lagerspiel auf 16 bis 50 µm ver­ ringert werden. Dies bedeutet, daß das für das Lagergeräusch maßgebende maximale Lagerspiel von 68 auf 50 µm herabgesetzt werden kann.

Da von einer üblichen Laufschichtdicke von 12 bis 20 µm ausgegangen werden kann, ist die Tiefe t der Ausnehmungen 10 nach oben mit 6 bis 10 µm zu be­ grenzen. Es ist jedoch darauf zu achten, daß nicht mit zunehmendem Verschleiß der Laufschicht 4 die Profilierung eingeebnet wird. Aus diesem Grunde wird die Laufschicht 4 bevorzugt mit einer Härte von etwa 40 HV ausgeführt werden. Der von Ausnehmungsmitte zu Ausnehmungsmitte gemessene Abstand der Aus­ nehmungen 10 kann zwischen 120 und 200 µm gewählt werden, wobei sich die Ausnehmungen 10 durch eine schraubenförmige Umfangsnut erzeugen lassen. Da es lediglich auf die geometrische Form der Lauffläche 9 ankommt, ist die Er­ findung von der Werkstoffwahl für die Laufschicht 4 unabhängig, wenn nur si­ chergestellt ist, daß die Laufschicht 4 ausreichende Gleiteigenschaften bei ei­ nem entsprechend geringen Verschleiß mit sich bringt.

Claims (4)

1. Gleitlager für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer in einem Lager­ körper vorgesehenen Lagerbohrung, die in Form von über die axiale Länge ver­ teilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenartigen Ausnehmungen profiliert und mit einer eine Lauffläche zur Aufnahme eines Lagerzapfens bildenden Lauf­ schicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (9) der auf die Lagerbohrung (3) aufgebrachten Laufschicht (4) eine hinsichtlich der Teilung mit der Profilierung der Lagerbohrung (3) übereinstimmende Profilierung in Form von über die axiale Länge verteilten, in Umfangsrichtung verlaufenden, nutenar­ tigen Ausnehmungen (10) aufweist.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) der nutenartigen Ausnehmungen (8, 10) höchstens der halben Dicke (d) der Lauf­ schicht (4) entspricht.

3. Gleitlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) der nutenartigen Ausnehmungen (8, 10) zumindest einem Fünftel der Dicke (d) der Laufschicht (4) entspricht.

4. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschicht (4) eine Mindesthärte von 35 HV aufweist.