DE1013928B - Lager- und Zapfen-Kombination fuer schwingende Relativbewegung und im wesentlichen staendigen, in gleichbleibender Richtung wirkenden Druck - Google Patents

Lager- und Zapfen-Kombination fuer schwingende Relativbewegung und im wesentlichen staendigen, in gleichbleibender Richtung wirkenden Druck

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DE1013928B
DE1013928B DEN8198A DEN0008198A DE1013928B DE 1013928 B DE1013928 B DE 1013928B DE N8198 A DEN8198 A DE N8198A DE N0008198 A DEN0008198 A DE N0008198A DE 1013928 B DE1013928 B DE 1013928B
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connecting rod
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DEN8198A
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Benjamin William Barlow
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Napier Turbochargers Ltd
Original Assignee
D Napier and Son Ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10Connection to driving members
    • F16J1/14Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections

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Description

  • Lager- und Zapfen-Kombination für schwingende Relativbewegung und im wesentlichen ständigen, in gleichbleibender Richtung wirkenden Druck Die Erfindung geht von einer Zapfenlagerung aus, bei der zwischen den aufeinanderliegen den Flächen von Zapfen und Lager eine Relativbewegung dadurch herbeigeführt wird, daß die Teile 'hin- und hergehende Schwingungsbewegungen zueinander ausführen. Dabei setzt die Erfindung voraus, daß die Lagerflächen einem im wesentlichen ständigen Druck in gleichbleibender Richtung unterworfen sind.
  • Bei Lagern dieser Art, wie sie z. B. als Kolbenbolzenlager bei Verbrennungsmotoren Verwendung finden, macht die ausreichende Versorgung mit Schmieröl er'hebliche Schwierigkeiten. Während bei Lagern für ständige rotierende Bewegung infolge der sich einstellenden Exzentrizität der Welle ein keilförmiger Raum zwischen Welle und Lagerfläche gebildet wird, in dem das Schmieröl unter der Einwirkung der Relativbewegung zwischen den Flächen zu der Stelle größter Belastung hingetrieben wird, liegen die Verhältnisse in einem Lager für hin- und herschwingende Bewegung und ständig in derselben Richtung wirkenden Druck erheblich ungünstiger, da die wirksame Lagerfläche sich nur über einen Bogen von weniger als 180° erstreckt und die hin- und hergehende Bewegung die Bildung eines keilförmigen Schmierölraumes erschwert.
  • Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, hat man bereits die aufeinander laufenden Flächen von Lager und Zapfen in mindestens zwei in axialer Richtung nebeneinanderliegende Abschnitte unterteilt, deren Krümmungsachsen parallel zueinander liegen, und hat die Lagerflächen dabei an Lagerschalen vorgesehen, die durch den Lagerdruck in einer teilzylindrischen Vertiefung des Stützteils gehalten werden. Eine derartige Anordnung gewährleistet eine ausreichende Versorgung des Lagers mit Schmieröl, da sich infolge der Anwendung von zwei Krümmungsachsen bei der hin- und herschwingenden Bewegung stets der eine oder der andere Flächenabschnitt von der Gegenfläche abhebt, so daß das Schmieröl in ausreichendem Maße Zutritt zu den Lagerflächen erhält.
  • Die bekannten Lager dieser Art haben jedoch den Nachteil, daß ihre Herstellung unter Berücksichtigung der verschiedenen Krümmungsachsen bei der erforderlichen Genauigkeit erhebliche Schwierigkeiten machst und komplizierte Maschinen erfordert und daß sie die Verwendung der heute allgemein üblichen dünnen Stahlschalen nicht zuläßt.
  • Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß mindestens eine der Lagerschalen in der Dicke von einem zum anderen Ende hin abnimmt, um die zueinander versetzte Lage der Krümmungsachsen zu gewährleisten. Bei der Verwendung derartiger Schalen genügt eine einfache und daher leicht herstellbare zylindrische Vertiefung in dem Stützteil, um eine aus zwei oder mehr Abschnitten mit verschiedenen Krümmungsachsen bestehende Lagerfläche zu erhalten. Zugleich ermöglicht eine solche Anordnung auch die Verwendung von dünnwandigen Stahlschalen.
  • Die Verwendung von Lagerschalen, deren Dicke von einem zum anderen Ende der Schale hin abnimmt, ist an sich bekannt. Bei den bekannten Lagern dieser Art sind jedoch nicht zwei oder mehr Lagerschalen mit verschiedenen Krümmungsachsen in axialer Richtung nebeneinander angeordnet. Die bekannten Lager sind daher nur für ständig in derselben Richtung umlaufende Wellen vorgesehen und geeignet, aber zur Lagerung schwingend bewegter, einseitig belasteter Teile nicht mit Erfolg verwendbar.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei handelt es sich um das Kolbenbolzenlager an der Pleuelstange eines Zweitaktverbrennungsmotors.
  • Fig, 1 zeigt einen Schnitt durch die Lageranordnung längs einer Ebene; die die Achse des Kolbenbolzenlagers enthält; Fig. 2 ist eine Ansicht des Lagerstücks von unten; Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Ebene A-A in Fig.1, wobei die Pleuelstange nach links geschwenkt ist; Fig. 4 zeigt einen Querschnitt längs der Ebene B-B in Fig. 1, wobei die Pleuelstange nach links geschwenkt ist; Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Ebene A-A in Fig. 1, wobei die Pleuelstange ihre Mittellage einnimmt; Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der Ebene A-A in Fig. 1, wobei die Pleuelstange nach rechts geschwenkt ist; Fig. 7 ist ein Querschnitt längs der Ebene B-B in Fig. 1, wobei die Pleuelstange nach rechts geschwenkt ist.
  • Dieses Ausführungsbeispiel wird unter der Annahme beschrieben, daß der Zylinder senkrecht steht und daß sich der Zylinderkopf zuoberst befindet; es ist jedoch ersichtlich, daß sich die Erfindung ohne Rücksicht auf die räumliche Lage des Zylinders anwenden läßt.
  • In den Figuren ist der untere Teil des Kolbens 10 in strichpunktierten Linien angedeutet. Der auf den Boden des Kolbens 10 ausgeübte Druck wirkt während des normalen Betriebs derart, daß auf das kolbenseitige Ende 11 der Pleuelstange stets eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt wird. In dem Kolben ist ein halbrundes Lagerstück 12 so befestigt, daß seine konvexe Fläche nach unten weist. Am kolbenseitigen Ende 11 der Pleuelstange ist eine gewöhnliche konkave Ausnehmung vorgesehen, die drei Lagerschalen 13, 14 und 15 trägt; diese Lagerschalen, die nebeneinander angeordnet sind, schließen jeweils einen ; Winkel von erheblich weniger als 180° ein.
  • Um die Pleuelstange mit dem Lagerstück 12 in Berührung zu halten, wenn die erwähnte, nach unten gerichtete Kraft nicht mehr wirkt, wenn z. B. der Motor zum Zwecke des Anlassens angetrieben wird, sind mit Hilfe eines durchgehenden Schraubenbolzens 17 an den Enden des Lagerstückes 12 hakenförmige Bauteile 16 befestigt. Diese hakenförmigen Bauteile 16 greifen hinter Schultern 18, die an den seitlichen Enden des dem Kolben zugewandten Endes 11 der Pleuelstange ausgebildet sind, wobei zwischen den Bauteilen 16 und den Schultern 18 ein geringes Spiel vorgesehen ist. Bei einer alternativen Ausführungsform könnte das Lagerstück 12 durch einen Kolbenbolzen von kreisrundem Querschnitt ersetzt sein, und an der Pleuelstange könnte ein Halteglied vorgesehen sein, das sich mit geringem Spiel über die Oberseite des Kolbenbolzens erstreckt.
  • Das Lagerstück 12 ist in drei Laufflächen unterteilt, und zwar in eine breite mittlere Lauffläche 19 und zwei Laufflächen 20 und 21 an den Enden, die beide etwas schmaler sind als die mittlere Lauffläche.
  • Die mittlere Lauffläche 19 wird durch Schleifen in eine halbzylindrische Form gebracht, deren Krümmungsachse mit der Linie 22 (Fig. 2) zusammenfällt, und die Laufflächen 20 und 21 erhalten durch Schleifen eine halbzylindrische Form vom gleichen Halbmesser, wobei jedoch die Krümmungsachse eine andere ist und mit der Linie 23 zusammenfällt, die zu der Krümmungsachse 22 parallel ist. Betrachtet man das Lagerstück 12 von einem Ende her, erscheint es als aus zwei sich überschneidenden Halbzylindern gebildet, wobei der eine Halbzylinder gegenüber dem anderen seitlich ein kleines Stück versetzt ist.
  • Die beiden halbzylindrischen Laufflächen 19 einersei.ts und 20 und 21 andererseits lassen sich leicht durch Drehen oder Schleifen des. Lagerstücks zwischen verschiedenen Spitzenachsen herstellen, die jeweils mit den beiden Krümmungsachsen 22 und 23 zusammenfallen. Die in die konkave Ausnehmung im kolbenseitigen Ende der Pleuelstange eingesetzten drei dünnwandigen Lagerschalen 13, 14 und 15 besitzen konkave Innenflächen, die so angeordnet sind, daß sie jeweils den Laufflächen 20, 19 und 21 des Lagerstücks entsprechende Lagerflächen darbieten. Diese Lagerschalen werden an Ort und Stelle durch die Widerlager 24 und 25 festgehalten, die sich längs der Kanten der konkaven Ausnehmung erstrecken. Die Lagerschalen sind mit Preßsitz zwischen den Widerlagern 24 und 25 eingesetzt, so daß sie in Umfangsrichtung unter Druck stehen und sich fest an die konkave Ausnehmung anlegen, die die erforderliche Starrheit gewährleistet. Diese Anbringungsart ist in der bereits angezogenen britischen Patentschrift 633 934 beschrieben.
  • Um die erforderliche gegenseitige Versetzung der Krümmungsachsen zu erreichen, sind die Lagerschalen so geformt, daß sich ihre Dicke vom einen Ende zum anderen fortlaufend verringert, wobei sich die dickeren Enden der beiden äußeren Lagerschalen 13 und 15 gemäß den Fig. 4 und 7 auf der linken Seite der Pleuelstange befinden, während das dickere Ende der mittleren Lagerschale 14 gemäß den Fig. 3, 5 und 6 auf der rechten Seite der Pleuelstange liegt. Ein Verfahren, das dazu dient, den Lagerschalen diese Form zu verleihen, besteht darin, daß man von Schalen mit gleichmäßiger Wandstärke ausgeht, diese Schalen auf einen drehbaren Dorn aufsetzt und etwas Werkstoff von der Rückseite der Schalen abschleift, wobei die Achse des Dorns gegenüber seiner Drehachse in der Schleifmaschine versetzt isst.
  • Ein anderes Verfahren zur Herstellung der Lagerschalen besteht in der Verwendung von Beilegstreifen, deren Breite der Länge der Lagerschalen in Achsrichtung entspricht, und die einen leicht keilförmigen Querschnitt aufweisen; von diesem Beilegstreifen schneidet man Stücke ab, deren Länge der Breite der Schalen entspricht, und gibt dann den keilförmigen Stücken die gewünschte Krümmung, wodurch man Lagerschalen erhält, die am einen Ende dicker sind als am anderen.
  • Vorzugsweise stellt man die Dicke der Lagerschalen von der Rückseite her und nicht von der Lagerfläche her ein, denn die verhältnismäßig weiche Lagermetallschicht soll gleichmäßig dünn sein.
  • Ein weiteres Verfahren bestände darin, Lagerschalen gleichmäßiger Dicke zu verwenden und die konkaven Ausnehmungen im kolbenseitigen Ende 11 der Pleuelstange derart zu bearbeiten, daß zwei getrennte Lagerflächen mit gegeneinander versetzten Krümmungsachsen entstehen.
  • Die äußersten Enden jeder Lagerfläche können durch Abschrägen etwas weggearbeitet sein, um zu verhindern, daß die Enden an die zugehörige Lauffläche am Lagerstück anstoßen, wenn die Pleuelstange in ihre äußerste Lage auf derjenigen Seite geschwenkt wird, auf der in der weiter unten beschriebenen Weise ein Spalt zwischen diesen Flädhen erzeugt wird.
  • Längs der Mittellinie der Pleuelstange verläuft ein Ölkanal 26, der oben mit Abzweigungen 27 versehen ist, die zu Ölbohrungen in den drei Lagerschalen führen und durch die Drucköl zugeführt werden kann.
  • Die Anordnung arbeitet wie folgt: Wenn die Pleuelstange gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und' 4 nach links geschwenkt wird, ruht die mittlere Lagerschale-14 einwandfrei auf der mittleren Lauffläche 19 des Lagerstücks; jedoch werden die äußeren Lagerschalen 13 und 15 etwas nach unten von den äußeren Laufflächen 20 und 21 wegbewegt, wodurch kleine Spalte zwischen diesen Lagerschalen und Laufflächen entstehen, wie die Darstellung in Fig. 4 erkennen läßt. Infolgedessen kann Schmierstoff aus dem Ölkanal 26 durch die Abzweigungen 27 unbehindert in diese Spalte eindringen.
  • Wenn die Pleuelstange nach rechts zurückschwingt, durchläuft sie die in Fig. 5 dargestellte Totpunktstellung, in der alle drei Lagerschalen einwandfrei auf den zugehörigen Laufflächen des Lagerstücks aufsitzen. Wenn sich die Pleuelstange in die in den Fig. 6 und 7 gezeigte äußerste Stellung auf der rechten Seite bewegt, bleiben die äußeren Lagerschalen 13 und 15 mit den äußeren Laufflächen 20 und 21 des Lagerstücks in Berührung, während die innere Lagerschale 14 leicht nach unten von der inneren Lauffläche 19 des Lagerstücks abgehoben wird, wodurch zwischen dieser Lagerschale und der Lauffläche 19 ein kleiner Spalt entsteht, in den Schmierstoff aus dem Ölkanal 26 unbehindert eintreten kann.
  • Auf diese Weise werden bei jeder Hin- und Herbewegung alle Lager- und Laufflächen ausreichend geschmiert.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Lager- und Zapfen-Kombination für schwingende Relativbewegung und im wesentlichen ständigen, in gleichbleibender Richtung wirkenden Druck, bei der die zusammenwirkenden Flächen von Lager und Zapfen jeweils, von mindestens zwei axial getrennten bogenförmigen Flächen gebildet werden, deren Krümmungsachsen in einer im wesentlichen senkrecht zur Mittellinie der schwingenden Bewegung stehenden Ebene parallel und im Abstand voneinander liegen, und die Lagerflächen an dünnwandigen Lagerschalen vorgesehen sind, die durch in Umfangsrichtung wirkenden Druck in einer teilzylindrischen, konkaven Vertiefung in einem starren Stützteil gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung mindestens einer der Lagerschalen (13, 15) zur Gewährleistung der Versetzung der Krümmungsachse (23) ihrer Lagerfläche gegen die Krümmungsachse (22) der anderen Lagerfläche bzw. -flächen in der Dicke fortschreitend von einem zum anderen Ende abnimmt.
  2. 2. Lager- und Zapfen-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der bzw. jeder Lagerschale (14), an der die andere Lagerfläche vorgesehen ist, in umgekehrter Richtung als bei der ersten Lagerschale bzw. den ersten Lagerschalen (13, 15) in der Dicke fortschreitend von einem zum anderen Ende abnimmt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 890284, 840634; britische Patentschriften Nr. 633 934, 548 363, 450441.
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Citations (5)

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