-
Mehrschichtige Gleitlagerbüchse Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige
Gleitlagerbüchse für drehende Teile, insbesondere für die Pleuellagerung von Hubkolbenmaschinen,
mit einer radial inneren, harten Lagerschale und einem radial äußeren, zumindest
bereichsweise am Umfang gegenüber dem Werkstoff der Lagerschale weichen Lagerfutter,
durch das die Lagerschale gegenüber dem Lagergehäuse elastisch abgestützt ist.
-
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 885 728 ist ein Lagerbock bekannt,
bei dem eine innere, aus einem Schichtmaterial aufgebaute, feste Lagerschale in
ein aus einem weniger festen regellosen Schnitzelmaterial bestehendes Lagerfutter
eingebettet ist Derartige Lager sind mit dem Vorteil verbunden, daß gegebenenfalls
Stöße, die durch Fluchtungsfehler oder eine Unrundheit des Lagerzapfens verursacht
werden können, vom Lagerfutter elastisch aufgenommen werden. Eine zu große Nachgiebigkeit
des Lager futters wirkt jedoch dem Aufbau eines ausreichenden Stützdrucks
im
Schmiermittel. der mit den auf den Lagerzapfen wirkenden Kräften im Gleichgewicht
sien soll, entgegen. Hieraus ergibt sich insbesondere im Bereich der größten zu
erwartenden Kräfte eine nicht zufriedenstellende Schmierung und damit eine Beschleunigung
des Verschleißes. Andererseits hängt eine zufriedenstellende Schmierung im hochbelasteten
Bereich auch wesentlich davon ab, daß die Schmiermittelzufuhr zum engsten Schmierspalt
aus den in Drehrichtung davor liegenden Bereichen nicht abreißt. Diese Gefahr ist
dann gegeben wenn der vom Lagerzapfen mitgerissene Schmiermittelfilm, etwa durch
eine Unrundheit des Lagerzapfens, infolge einer zu geringen Nachgiebigkeit der Lagerbüchse
abgepreßt werden kann.
-
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei
einer Gleitlagerbüchse der eingangs erwähnten Art unter Inkaufnahme eines vertretbares
Aufwandes gute Laufeigenschaften und eine lange Lebensdauer sicherzustellen.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verformbarkeit
des Lagerfutters in Winkelbereichen einer großen zu erwartenden Belastung einen
Minimalwert annimmt und außerhalb dieser Bereiche auf einen Maximalwert ansteigt,
Hierdurch wird erreicht, daß einerseits in den Bereichen großer Belastung1 also
in den Bereichen in denen die vom Schnmiermittel aufgebaute Stützkraft sehr groß
und damit der Schmierspalt sehr eng sein müssen, die Lagerbüchse nicht zu sehr nachgeben
kann, was im gegenteiligen Fall mit einer Erweiterung des Schmierspaltes und damit
mit einem Abbau der Stützkraft verbunden wäre, und daß andererseits in den außerhalb
liegenden Winkelbereichen die Nachgiebig.
-
keit der Lagerbüchse ein Abkneifen des Schmierfilms und damit eine
Unterbrechung der Schmiermittelförderung zum engsten Schmierspalt hin, was bei einem
Schlagen des Lagerzapfens gegebenenfalls eintreten könnte, nahezu unmöglich macht
und damit die Bildung eines kontinuierlichen Schmierfilms sicherstellt, Die mit
der Erfindung erzielbaren Vorteile sind demnach insbesondere in der Verbesserung
der hydrodynamischen Tragfähigkeit zu sehen, Bei Gleitlagerbüchsen, bei denen das
Lagerfutter durchgehend aus demselben Werkstoff aufgebaut ist und demnach die Dehnung
im wesentlichen nur noch von der Kraft und der Materialdicke abhängt, kann die Erfindung
in besonders einfacher und vorteilhafter Weise dadurch verwirklicht werden, daß
die Wandstärke des Lagerfutters von einem Minimalwert im Winkelbereich einer großen
zu erwartenden Belastung auf einen Maximalwert in einem außerhalb dieses Bereichs
liegenden Bereich ansteigt. Bei Lagerbüchsen mit nur einem Schmierspalt, die beispielsweise
in eine zylindrische Bohrung einsetzbar sind, wird dies ohne jeden fertigungstechnischen
Aufwand dadurch erreicht, daß die Lagerschale außermittig im Lagerfutter angeordnet
ist, Zudem ergibt sich hierbei ein übersichtlicher stetiger Anstieg der Wandstärke
des Lagerfutters von einem Minimalwert in Richtung der größten Außermittigkeit bis
zu einem Maximalwert im gegenüberliegenden Winkelbereich, In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist das Lagerfutter aus mehreren gleich starken Segmenten mit unterschiedlichem
Ver.
-
formungswiderstand aufgebaut. Das bzw. die Segmente mit einem großen
Verformungswiderstand sind hierbei in Bereichen einer großen zu erwartenden Belastung,
das bzw, die Segmente mit einem kleinen Verformungswiderstand
sind
außerhalb dieser Bereiche angeordnet, Hierbei läßt sich in vorteilhafter Weise eine
Lagerbüchse mit einem durchgehend gleich starken Lagerfutter herstellen, mit der
dennoch die erfindungsgemäßen Vorteile verbunden sind.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Gleitlagerbüchse
als Verbundträger aus einer dünnen, aus metallischem Werkstoff aufgebauten Lagerschale
und aus einem aus Kunststoff aufgebauten Lagerfutter ausgebildet, Hierbei ist die
Bildung von Passungsrost an der Trennfuge zwischen dem Lagerfutter und dem Lagergehäuse
wirkungsvoll unterbunden und somit auch eine lange Lebensdauer des Lagersitzes gewährleistet.
Infolge der unkomplizierten Verarbeitungsmöglichkeit und der leichten Bearbeitbarkeit
von Kunststoffen ergibt sich hierbei beispielsweise durch Umspritzen oder Umwickeln
der Lagerschale eine fertigungstechnisch besonders einfach herstellbare Lagerbüchse,
Die niedrigen Verarb eitungstemperatur en der thermoplastischen Kunststoffe sowie
die Möglichkeit der Kaltauftragung von duroplastischen Kunststoffen ergeben den
zusätzlichen Vorteil, daß das Lagerfutter auf die dünne Lagerschale aufgebracht
werden kann, ohne daß ein Wärmeverzug dieses empfindlichen Bauteils befürchtet werden
müßte.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Lagerfutter
aus glasfaserverstärkten Kunststoffen aufgebaut, Hierbei läßt sich durch die Wahl
der Konzentration an Glasfasern in den einzelnen Winkelbereichen die Verformbarkeit
des Lagerfutters auf einfache Weise regulieren, Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung einiger
Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung in Verbindung mit den restlichen Unteransprüchen.
-
Hierbei zeigen Figur 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
anhand eines Pleuellagers einer Hubkolbenbr ennkraftmas ehine, Figur 2 einen Schnitt
entlang der Linie II-II in Figur 1 und Figur 3 einen Schnitt durch ein weiteres
Ausführungs beispiel.
-
In Figur 1 ist mit 1 ein Kurbelzapfen bezeichnet, auf dem mittels
einer mehrschichtigen Gleitlagerbüchse 2 beispielsweise eine Pleuelstange 3 einer
Hubkolbenbrennkraftmaschine gelagert ist. Die Pleuelstange 3 bildet dabei im gezeichneten
Beispiel das Lagergehäuseunterteil und ist mit dem das Lagergehäuseoberteil bildenden
Lagerdeckel 4 mittels bei 5 angedeuteten Schrauben fest verbunden, Die Gleitlagerbüchse
2 ist im vorliegenden Fall entsprechend dem Lagergehäuse entlang der Lagerteilfuge
6 geteilt. Die Gleitlagerbüchse 2 weist eine radial innere, dünne Lagerschale 7
auf, dieser elastischen Aufnahme und Dämpfung von Stößen des Kurbelzapfens 1 mittels
eines weichen, radial äußeren Lagerfutters 8 gegenüber dem Lagergehäuse abgestützt
ist, Zur Erzielung guter Laufeigenschaften ist die Lagerschale 7 an ihrer Innenseite
mit einer, einen besonders geringen Reibungswiderstand
aufweisenden,
verschleißfesten Laufschicht 9, beispielsweise aus Teflon, ausgekleidet, Die Lagerschale
7, die als harte Dünnwandschale ausgebildet ist, besteht beispielsweise aus einem
tragfähigen Sintermetall. Hierdurch ist eine hohe Belastbarkeit und eine ausreichende
Stabilität sichergestellt. Das weiche Lagerfutter 8 ist beispielsweise aus einem
glasfaserverstärkten Kunstharz aufgebaute Ein derartiger Aufbau ist mit dem Vorteil
verbunden, daß das Lagerfutter 8 kalt auf die Lagerschale 7 aufgewickelt werden
kann. Ein Wärmeverzug der Lagerschale 7, der eine Nachbearbeitung erforderlich machen
würde, ist damit von Anfang an wirkungsvoll unterbunden, Es ist jedoch auch denkbar,
die Gleitlagerbüchse 2 durch Umspritzen der Lagerschale 7, beispielsweise mit PVC,
herzustellen, Infolge der niedrigen Plastifizierungstemperaturen vieler thermoplastischer
Kunststoffe ist auch hierbei die Gefahr eines Wärmeverzugs der Lagerschale 7 ausgeschaltet.
Außerdem läßt sich bei diesem Verfahren infolge des großen zur Anwendung kommenden
Drucks ein sehr kompaktes Material, das frei von Lufteinschlüssen ist, sowie eine
hohe Genauigkeit erreichen.
-
Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, umklammern an den beiden Enden der
Lagerbüchse 2 in Nuten 10 des Lagerfutters 8 eingreifende Stege 11 der Lagerschale
7 den inneren Bereich des Lagerfutters 8, Hierdurch ergibt sich eine große Sicherheit
gegen seitliches Kriechen des Materials des Lagerfutters 8, Im vorliegenden Beispiel
sind zur Erzielung einer besonders guten Haftung des Lagerfutters 8 auf der Lagerschale
7 auch innerhalb der Randbereiche der Lagerbüchse 2 Nuten 10 und gegenseitig in
die Nuten 10 eingreifende Stege 11 v orgesehen, Es ist auch denkbar, daß in gleicher
Weise an den Anlageflächen des Lagerfutters
8 am Lagergehäuse Nuten
und Stege vorgesehen sind.
-
Erfindungsgemäß ist die Wandstärke und damit die Verformbarkeit des
Lagerfutters 8 im Winkelbereich des bei 12 angedeuteten engsten Bereichs des bei
einer hydrodynamischen Lagerschmie.
-
rung sich einstellenden Schmierspaltes 13 am dünnsten, in dem etwa
um 1800 versetzten Winkelbereich am größten, Zur Verdeutlichung sind in der schematischen
Darstellung nach Figur 1 der Schmierspalt 13 sowie die Dicke des Lagerfutters 8
übertrieben gezeichnet, Im Bereich des engsten Schmierspaltes 12 steht der im Schmiermittel
aufgebaute Stützdruck mit der größten äußeren Lagerbelastung im Gleichgewicht. Der
Schmiermitteldruck in diesem Bereich ist deshalb sehr groß, der Durchflußquerschnitt
sehr klein. Durch die geringe Nachgiebigkeit des Lagerfutters 8 in diesem Bereich
hohen Drucks ist sichergestellt, daß der Schmierspalt 12 sich nicht aufgrund eines
Ausweichens des Lagerfutters 8 wesentlich vergrößern kann, Der Schmiermitteldruck
kann also aufgrund einer Vergrößerung des Schmierspaltes in diesem Bereich nicht
abfallen. Durch die außermittige Anordnung der Lagerschale 7 im Lagerfutter 8 nimmt
die Wandstärke vom Bereich des engsten Schmierspaltes 12 kontinuierlich bis zu dem
diesem Bereich gegenüberliegenden Bereich zu. Aufgrund des Anwachsens der Wandstärke
nimmt auch die Verformbarkeit zu. Beispielsweise eine Unrundheit des Kurbelzapfens
1 läßt sich somit leicht ausgleichen und führt noch nicht zu einem Abkneifen des
durch die Pfeile 14 angedeuteten Schmiermittelstroms und damit zu einer Unterbrechung
der Schmiermittelversorgung im Bereich des engsten Schmierspaltes 12. Somit ist
auch
von der Versorgungsseite her die Aufrechterhaltung eines ausreichenden
Schmiermitteldrucks im Bereich des engsten Schmierspaltes 12 sichergestellt, Beispielsweise
über eine Bohrung 15 im Kurbelzapfen 1 wird die Gleitlagerbüchse 2 von außen mit
Schmiermittel, etwa Schmieröl, versorgt. Zweckmäßig können an der Innenseite der
Gleitlagerbüchse 2 im Bereich der Teilfuge 6 Öltaschen 16 vorgesehen sein.
-
Die in Figur 3 dargestellte Gleitlagerbüchse 17 zeigt eine radial
innere, harte Dünnwand-Lagerschale 18, die an ihrer Außenseite von einem durch mehrere
Ringsegmente 19 gebildeten Lagerfutter 20 umgeben ist. Die Wandstärke der Segmente
19 ist über den ganzen Umfang gleich. Der Verformungswiderstand des im Bereich des
engsten Schmierspaltes 21 angeordneten Ringssegments ist hierbei entsprechend dem
hohen Druck im Bereich des engsten Schmierspaltes 21 sehr groß, Mit zunehmender
Entfernung von diesem Bereich nimmt der Verformungswiderstand der Elemente 19 ab.
Durch eine sehr häufige Unterteilung des Lagerfutters 20 sowie eine entsprechende
Materialauswahl läßt sich hierbei ein annähernd stetiger Verlauf des Verformungswiderstands
und damit der Verformbarkeit über dem gesamten Umfang erreichen. Bei aus glasfaserverstärkten
Kunststoffe aufgebauten Ringsegmenten 19 läßt sich auf einfache Weise der Grad der
Verformbarkeit durch den Anteil der Glasfasern am Gesamtvolumen einstellen. Es ware
jedoch auch denkbar, zur Erzielung des gewünschten Verformungswiderstands, vor allem
im Bereich des engsten Schmierspaltes 21, unterschiedliche Materialien für die einzelnen
Ringsegmente zu verwenden und etwa zusätzlich die Wandstärke erfindungsgemäß
zu
verändern. Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen jeweils Lager mit einem
Schmierspalt, In vorteilhafter Weise ist die Erfindung auch bei Lagern mit mehreren
Schmierspalten anwendbar, wobei im Bereich der engsten Schmierspalte eine geringe
Nachgiebigkeit in den zwischen den engsten Schmierspalten liegenden Bereichen eine
große Nachgiebigkeit des Lagerfutters vorgesehen ist.
-
Wie sich aus den oben stehenden Ausführungen ergibt, ist die Anwendbarkeit
der vorliegenden Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt,