DE1233675B - Anordnung zum Schmieren eines zyklisch belasteten Gleitlagers - Google Patents

Description

• Anordnung zum Schmieren eines zyklisch belasteten Gleitlagers Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schmieren eines zyklisch belasteten Gleitlagers mit einer in der Lagerfläche der Lagerschale vorgesehenen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Aussparung, die in Drehrichtung eines Zapfens vor der die zyklische Belastung aufnehmenden Lagerfläche in einer abrupt in die Lagerfläche übergehenden Stufe, die in einem Bereich von etwa 90 bis 30' vor der höchstbelasteten Lagerstelle liegt, endet und die mit der Umfangsfläche des Zäpfens eine flache Kammer für das über die Stufe in die belastete Lagerfläche eintretende Schmieröl bildet, das der Kammer über eine Bohrung im Zapfen und eine ölzuführungsnut in der Lagerschale zugeführt wird. Die sich zyklisch wiederholende Belastung tritt im selben Lagerflächenbereich auf. Derartige Belastungsverhältnisse sind beispielsweise bei den Kurbelwellenlagem und den Pleuelstangenlagem von Maschinen mit hin- und hergehender Arbeitsbewegung vorhanden.
• Bei einer bekannten Anordnung dieser Art erstreckt sich die Schmierölbohrung im Zapfen, die an eine längs der Zapfenachse verlaufende Bohrung angeschlossen ist, längs eines Zapfendurchmessers, so daß zwei einander diametral gegenüberliegende Mündungen in der Zapfenumfangsfläche vorhanden sind, von denen bei jeder Winkelstellung des Zapfens weniastens eine mit der Aussparung in der Lagerschale bzw. mit der flachen Kammer in Verbindung steht. Infolge dieser ständigen Verbindung mit dem Schmierölkreislauf herrscht in der flachen Kammer stets der gleiche, durch die Umwälzung bestimmte Schmieröldruck, mit dem das Schmieröl über die Stufe in den Lagerspalt im belasteten Bereich der Lagerfläche eintritt. Ferner ist bei der bekannten Ausbildung die in der Zapfenumfangsfläche mündende Bohrung so angeordnet, daß sie im Zeitpunkt der stärksten Lagerbelastung mit ihrem einen Ende nahe vor der Stufe in die flache Kammer mündet, so daß hier notwendigerweise der statische Druck des Schmierölsystems herrscht. Bei dieser bekannten Anordnung müssen infolge der kontinuierlichen Ölzuführung große Öhnengen umgewälzt werden, zumal das öl ständig unter hohem, ein Entweichen an den Lagerstellen begünstigendem Druck zugeführt werden muß, damit auch im Zeitpunkt der stärksten Belastung ein ölfilm an der belasteten Lagerfläche vorhanden ist. Denn es besteht bei zyklisch belasteten Lagern im besonderen Maße die Gefahr, daß der ölfilm zwischen der belasteten Lagerfläche und dem Zapfen herausgedrückt wird, so daß ein hoher ölzuführungsdruck erforderlich ist, um den ölfilm vor der nächsten Belastungsspitze wiederherzustellen. Daher muß bei der bekannten Anordnung ein vergleichsweise hoher hydrostatischer öldruck aufrechterhalten werden, um eine wirksame Lagerschmierung zu gewährleisten.
• Es ist ferner eine Anordung zum Schmieren der Kurbelwellen- und Pleuelstangenlager einer Kolbenmaschine mit hin- und hergehender Arbeitsbewegung bekannt, bei der eine in der Lagerfläche des Zapfens mündende Bohrung vorgesehen ist, die während einer Zapfenumdrehung zweimal mit einer Aussparung in der Lagerschale in Verbindung kommt, wobei die Anordnung von Aussparung und Bohrung so getroffen ist, daß die Verbindung jeweils kurz vor Erreichen der Kolbenendstellungen erfolgt, so daß die ölzufuhr während jeder Zapfendrehung zweimal unterbrochen ist und vor Erreichen der Höchstlast wieder einsetzt. Bei dieser bekannten Ausführung wird die umzuwälzende öhnenge zwar herabgesetzt, jedoch tritt auch hier das öl unter dem hydrostatischen Druck im ölsystem in die belastete Lagerfläche ein, so daß mit einem hohen hydrostatischen Öldruck gearbeitet werden muß bzw. die Gefahr einer nicht genügenden Lagerschmierung besteht.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Lager für zyklische Belastung derart auszubilden, daß Schmieröl mit einem Druck, der über dem in der ölzuführleitung herrschenden Druck liegt, vor Erreichen der Höchstbelastung zugeführt und eine wirksame Schmierung der die Hauptbelastung aufnehmenden Lagerteile im Zeitpunkt der stärksten Belastung mit Sicherheit erreicht wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung eines über dem Schmiermittelzuführungsdruck liegenden hydrodynamischen Druckes vor der Stufe am Ende der geschlossenen Kammer, der im Zeitpunkt höchster Belastung in der belasteten Laggerfläche wirksam ist, die ölzuführungsbohrung im Zapfen kurz vor Erreichen der Höchstlast mit dem der Stufe gegenüberliegenden Ende der Ölzuführungsnut in Strömungsverbindung gebracht wird.
• Bei dieser Ausbildung wird erreicht, daß sich kurz vor Erreichen der Höchstlast vor der als Staustufe wirkenden abrupten Stufe ein hydrodynamischer Druck aufbaut, der über dem im ölverteilersystem herrschenden hydrostatischen Druck liegt und eine wirksame Schmierun- der belasteten Lagerfläche gewährleistet. Außerdem wird erreicht, daß dem Lager nur unmittelbar vor Erreichen der Höchstlast öl zugeführt wird, so daß auch der ölverlust insgesamt herabgesetzt ist.
• Für ein Schublager ist zwar bereits eine Ausbildung bekannt, bei welcher in der einen ebenen Gleitfläche Aussparungen bzw. Stufen vorhanden sind. Hier handelt es sich jedoch nicht um die Lagerung eines Zapfens in einem Radiallager, und es tritt auch nicht wie bei der Anordnung gemäß der Erfindung eine z lische Belastung auf. Ferner sind bei dem Yk C vorbekannten Schublager auch keine Maßnahmen vorgesehen, um das öl zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen zu halten, was zur Erzielung einer in der Wirkung vergleichbaren hydrodynamischen Druckerhöhung notwendig wäre.
• Es hat sich gezeigt, daß bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung günstige Verhältnisse dann erzielt werden, wenn sich die Kammer über einen Umfangsbereich zwischen 20 und 50' erstreckt.
• Zweckmäßig wird die Tiefe der Kammer zrößer als gewählt, jedoch soll die Tiefe der Kammer das Achtfache dieses Wertes nicht überschreiten. Bei Beachtung dieser Werte ist ein hoher hydrodynamischer Druck vor der Staustufe gewährleistet, weil keine nennenswerte> den Druckaufbau vor der Stufe hindernde Rückströmung am Boden der Aussparung auftritt. Aus praktischen Gründen sollte die Tiefe der Aussparung jedoch wenigstens 0,025min betragen.
• Ferner ist es zweckmäßig, an dem der Stufe gegenüberliegenden Ende der Kammer eine in der Lagerfläche der Lagerschale ausgebildete ölverteilemut vorzusehen, die sich über die Breite der Kammer erstreckt und tiefer als die Kammer ist. Durch diese Ausbildung wird eine gleichmäßige Verteilung des zugeführten öls über dieBreite derKammer erreicht, und es ergibt sich eine weitere Verbesserung der Lagerschmieruno, Bei einer zweckmäßigen Ausbildung sind in der Lagerfläche der Lagerschale hinter der die zyklische Belastung aufnehmenden Lagerfläche etwa in dem der Stufe bis zu einer Abweichung von 201 diametral gegenüberliegenden Bereich flache, das seitliche Entweichen von Öl aus dein Lagerspalt erleichternde, Aussparungen vorgesehen. Dadurch wird verhindert, daß sich an der betreffenden Stelle ein nennenswerter Öldruck aufbaut, der bestrebt wäre, der Ausbildung eines ölfilms von der Aussparung über die Stufe hinweg entgegenzuwirken.
• Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• F i 1 ist eine teilweise als Schnitt gezeichnete Stimansicht des Kurbelzapfenlagers einer Pleuelstange eines Kolbenmotors; F i g. 2 zeigt die Abwicklung der unteren Lagerschalenhälfte; F i g. 3 zeigt in verkleinertem Maßstab die Pleuelstange mit Kolben und Kurbelzapfenlager in Seitenansicht; F i g. 4 zeigt die Abwicklung einer abgeänderten unteren Lagerschalenhälfte.
• Die Pleuelstange 10 ist in üblicher Weise an ihrem einen Ende als Gehäuseteil 11 zur Aufnahme der einen Lagerschalenhälfte ausgebildet, und es ist ein Lagerdeckel 12 vorgesehen, der mit dem Gehäuseteil 11 verschraubt ist. An ihrem anderen Ende ist die Pleuelstange 10 mit einem Kolben 13 verbunden. Auf Grund der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 13 bzw. der Pleuelstange 10 ergibt sich eine zyklische Belastung des Kurbelzapfenlagers, wobei die Hauptbelastung im Lagerbereich 14 auftritt.
• Zwischen dem Lagergehäuseteil 11 der Pleuelstange 10 und dem Lagerdeckel 12 sind zwei halbzylindrische Lagerschalen 15, 16 eingespannt. In der Lagerfläche der Lagerschalenhälfte 16 ist eine sich in Umfangsrichtung erstreckende konzentrische Aussparung 17 ausgebildet, die vor dem am stärksten belasteten Lagerbereich 14 mit einer Stufe 18 in die Lagerfläche übergeht. Bei der gezeigten Ausführung gemäß F i g. 1 ist die Stufe 18 an der Trennfuge zwischen den beiden Lagerschalenhälften 15, 16 gebildet, also 901 vor dem am stärksten belasteten Lagerbereich 14 angeordnet. In Abweichung von der gezeigten Ausführung kann die Stufe 18 bis zu 30' vor dem Lagerbereich 14 liegen. Die Aussparung 17 erstreckt sich über einen Mittelpunktswinkel a, der zwischen 20 und 501 betragen kann. Sie nimmt nicht die ganze Breite der Lagerschalenhälfte 16 ein, vielmehr verbleiben zu beiden Seiten der Aussparung Stege 19, die ein seitliches Austreten von öl aus der Aussparung 17 verhindern sollen.
• In der durch den Pfeil 20 gekennzeichneten Drehrichtung des Kurbelzapfens gesehen, ist vor der Aussparung 17 eine sich parallel zur Lagerachse erstreckende ölverteilernut 21 in der Breite der Aussparung vorgesehen, deren Tiefe annähernd doppelt so groß wie die der Aussparung ist. Diese ölverteilernut 21 steht mit einer Ölzuführungsnut 22 in Verbindung, die in der Lagerfläche der Lagerschalenhälften 15, 16 ausgebildet ist und sich in Umfangsrichtung über die eine Stoßkante 23 zwischen den Lagerschalenhälften 15, 16 hinaus erstreckt, wobei das Ende 24 der ölzuführungsnut 22 der ölverteilernut21 etwa diametral gegenüberliegt.
• Der Zapfen 28 weist eine radiale ölzuführungsbohrung 29 auf, die so angeordnet ist, daß sie kurz vor Erreichen der Höchstlast mit dem Ende 24 der ölzuführungsnut 22 in Verbindung tritt, damit über die ölzuführungsbohrung 29 unter Druck stehendes öl über die Zuführungsnut 22 und die ölverteilernut 21 in die Aussparung 17 tritt und das Öl über die Stufe 18 hinweg einen Ölfilm zwischen der Lagerschalenhälfte 15 und dem Zapfen 28 bildet.
• In dem der Stufe 18 etwa diametral gegenüberliegenden Bereich sind in der Lagerfläche der Lagerschale 15, 16 von der Ölzuführungsnut 22 getrennte seitliche Aussparungen 25 vorgesehen, die ein Entweichen von Öl erleichtern und damit den Aufbau eines Druckes verhindern, der dem zur Ausbildung des ölfilms führenden Druck im Bereich der Aussparung 17 und der Stufe 18 entgegenwirken würde. Die flachen Aussparungen 25 verlaufen gleichfalls konzentrisch zur Lagerachse und können sich über einen Winkelbereich von 10 bis 80' erstrecken. Bei einem Lager mit einem Durchmesser von 75 mm soll die Tiefe der Aussparungen 25 mindestens 0,25 mm betragen.
• In F i g. 4 ist eine abgeänderte Ausbildung der unteren Lagerschalenhälfte 16 dargestellt. In Ab- änderung von der vorbeschriebenen Ausführung ist an Stelle der in der Lagerfläche der Lagerschale ausgebildeten Ölzuführungsnut 22 ein kürzerer, mit der ölzuführungsbohrung 29 im Zapfen 28 zusammenwirkender Schlitz 26 vorgesehen, der durch einen Verbindungskanal 27 auf der Rückseite der Lagerschalenhälfte 16 hinter der Lagerfläche mit der Ölverteilernut 21 verbunden ist. Durch die Länge des Schlitzes 26 ist die Zeitdauer der Zuführung von Öl zur Aussparung 17 während jeder Umdrehung des Zapfens 28 bestimmt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zum Schmieren eines zyklisch belasteten Gleitlagers mit einer in der Lagerfläche der Lagerschale vorgesehenen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Aussparung, die in Drehrichtung eines Zapfens vor der die zyklische Belastung aufnehmenden Lagerfläche in einer abrupt in die Lagerfläche übergehenden Stufe, die in einem Bereich von etwa 90 bis 301 vor der höchstbelasteten Lagerstelle liegt, endet und die mit der Umfangsfläche des Zapfens eine flache Kammer für das über die Stufe in die belastete Lagerfläche eintretende Schmieröl bildet, das der Kammer über eine Bohrung im Zapfen und eine ölzuführungsnut in der Lagerschale zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines über dem Schmiermittelzuführungsdruck liegenden hydrodynamischen Druckes vor der Stufe (18) am Ende der geschlossenen Kammer (17), der im Zeitpunkt höchster Belastung in der belasteten Lagerfläche wirksam ist, die ölzuführungsbohrung (29) im Zapfen (28) kurz vor Erreichen der Höchstlast mit dem der Stufe gegenüberliegenden Ende der Ölzuführungsnut (22) in Strömungsverbindung gebracht wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kammer (17) über einen Umfangsbereich zwischen 20 und 501 erstreckt. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Kammer (17) größer ist als und daß sie das Achtfache dieses Wertes nicht überschreitet. 4. Anordnung nach Ansprach 1 bis 3, dadurch aekennzeichnet, daß an dem der Stufe (18) gegen-CD C überliegenden Ende der Kammer(17) eine in der Laaerfläche der Laaerschale (15, 16) ausgebildete ölverteilernut C (21) C vorgesehen ist, die sich C über die Breite der Kammer erstreckt und tiefer als die Kammer ist. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lagerfläche der Lagerschale (15, 16) hinter der die zyklische Belastung aufnehmenden Lagerfläche (14) etwa in dem der Stufe (18) bis zu einer Abweichung von 201 diametral gegenüberliegendenBereich flache, das seitliche Entweichen von Öl aus dem Lagerspalt erleichternde Aussparunfren(25) vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 664 788; schwedische Patentschrift Nr. 71289; britische Patentschrift Nr. 450 786; USA.-Patentschriften Nr. 2 199 699, 1497 009.