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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf diese Weise werden bei jeder Hin- und Herbewegung alle Lager-
und Laufflächen ausreichend geschmiert.