DE3328509C1 - Gleitlageranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitlageranordnung mit einem dünnwandigen Gleitlagerelement, das in eine Lageraufnahme eingesetzt ist, wobei in zumindest einer der beiden Sitzflächen feine, zu den freien Enden der Sitzflächen führende Kanäle gebildet sind.

Im Interesse von Energieeinsparung wird auf vielen Gebieten des Maschinenbaus eine leichte Bauweise bei hoher Maschinenleistung angestrebt. Dies gilt besonders bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, wo dies u. a. dazu führt, daß auch Pleuelstangen relativ leicht gebaut sind und unter den Belastungen elastisch nachgeben. Auch die Verwendung von Lagern geringer Wanddicke kommt dieser Leichtbauweise entgegen. In der Praxis wurde insbesondere in Verbrennungskraftmaschinen die Erscheinung eines Ölkohleaufbaus auf dem Lagerrücken festgestellt, wobei begünstigt durch die leichte Bauweise der Lager in der Lagerbohrung eine ausgeprägte Verschleißsfelle entsteht, die — über lange Zeiträume gesehen — zum Ausfall des Lagers führen kann. Der kausale Zusammenhang zwischen Ölkohlebildung und Verschleiß im Lagerinneren konnte aufgrund der Tatsache gefunden werden, daß ähnliche Verschleißerscheinungen bei Gleitlagern auftreten, bei denen während des Einbaus des Lagers Schmutz zwischen der Rückenfläche der Lagerschale und der Aufnahmebohrung zu liegen kommt. Es besteht Grund zur Annahme, daß in solchen Fällen der Schmutz die Lagerschale von der Aufnahmebohrung weg gegen das Innere, also gegen den Lagerzapfen drückt und dadurch an dieser Stelle erhöhten Verschleiß verursacht. Ähnlich verhält sich auch Ölkohle, die sich zwischen der Rückenfläche des Lagers und der Lageraufnahme aufbaut. In der Vergangenheit konnte man dem Ölkohleaufbau damit begegnen, daß die Vorspannung im Lager erhöht wurde. Dieser Maßnahme sind jedoch insofern Grenzen gesetzt, als besonders aus Herstellungsgründen die Fließgrenze der Stahlstützschalen von Lagern nicht beliebig erhöht werden kann. Außerdem würde die Erhöhung der Vorspannung im Lager stärkere und damit schwere das Lager aufnehmende Maschinenteile und stärkere, d. h. schwerere diese Maschinenteile zusammenpressende Schrauben oder sonstige Befestigungselemente notwendig machen. Dies wiederum würde der angestrebten Leichtbauweise entgegenstehen.

Aus DE-PS 5 46 781 ist es zwar bekannt, bei Lageranordnungen der Entstehung von Reibkorrosion dadurch entgegenzuwirken, daß zumindest an einer der beiden Sitzflächen von Lagerelement und Lageraufnahme feine, zu den freien Enden der Sitzflächen auslaufende Kanäle gebildet sind. Diese Kanäle sollen dort die Entstehung hoher Drücke und hoher Temperaturen in der zwischen dem Lagerelement und der Lageraufnahme eingefangenen Luft und damit erhöhte chemische Reaktion des Metalls des Lagerelements bzw. der Lageraufnahme mit dem eingeschlossenen Luftsauerstoff verhindern. Jedoch war es nicht bekannt, ob und wie solche feinen Kanäle für die Vermeidung oder Verminderung

so der Ölkohlebildung in Betracht kommen könnten.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Maßnahme zu schaffen, die den Ölkohleaufbau zwischen der Rückenfläche des Lagers und der Aufnahmebohrung verhindert, ohne die das Lager aufnehmenden Maschinenteile und die die Lageranordnung zusammenhaltenden Elemente, insbesondere Schrauben, verstärkt und damit schwerer ausbilden zu müssen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die feinen Kanäle als Dränagekanäle für flüssiges Schmiermittel maximal 15% der Berührungsfläche einnehmen und die Tiefe der an der Sitzfläche des Gleitlagerelements befindlichen Dränagekanäle 0,03 bis 0,20 mm bzw. bei Wanddicken 54 mm 2% bis 5% der Wanddicke des Gleitlagerelements beträgt.

Hierbei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die im Betrieb der Gleitlageranordnung unvermeidbar auftretende Relativbewegung zwischen den beiden Sitzflächen, nämlich der Rückenfläche des Gleitlager-

elements und der Innenfläche der Lageraufnahme, eine Art vom Pumpwirkung für flüssiges Schmiermittel ausübt, auf die die Ölkohle-Entstehung zurückzuführen ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Dränagekanälen für flüssiges Schmiermittel in mindestens einer der beiden Sitzflächen jvird dem zwischen den beiden Sitzflächen eindringenden flüssigen Schmiermittel Gelegenheit geboten, im Verlauf der Relativbewegung nach den freien Enden der Sitzflächen hin auszuweichen. Es wurde überraschend gefunden, daß sich auf diese Weise die Voraussetzungen für Ölkohle-Entstehung hinsichtlich Druck und Temperatur in dem zwischen die Sitzflächen gelangenden Schmiermittel vermeiden lassen. Andererseits wird durch die Begrenzung, daß die Dränagekanäle maximal 15% der Berührungsfläche einnehmen und daß die Tiefe der an der Sitzfläche des Gleitlagerelements befindlichen Dränagekanäle 0,3 bis 0,2 mm bzw. 2% bis 5% der Wanddicke des Gleitlagerelements beträgt, erreicht, daß bei ausreichender ausgebildet sein.

Für Radialgleitlageranordnungen können sich im einfachsten Fall die Dränagekanäle über die gesamte axiale Breite des Gleitlagerelements von einer zur anderen Stirnkante erstrecken. In einer anderen Ausbildungsmöglichkeit für Radialgleitlageranordnungen können sich die Dränagekanäle vom axialen Mittelbereich des Gleitlagerelements zu dessen einer oder anderer Stirnkante erstrecken. Bevorzugt erstrecken sich bei Radialgleitlageranordnungen die Dränagekanäle in im wesentlichen axialer Richtung bezüglich des Gleitlagerelements.

Eine andere, bei Gleitlageranordnungen jeglicher Art anwendbare Ausbildungsmöglichkeit für die Dränagekanäle sieht vor, daß in mindestens einer der Sitzflächen ein Netz von sich kreuzenden Dränagekanälen gebildet ist. Eine andere Ausbildungsmöglichkeit für die Dränagekanäle besteht darin, daß in jeder der Sitzflächen Dränagekanäle derart gebildet sind, daß sich die in der einen

Größe der Dränagekanäle praktisch keine Beeinträchti- 20 Sitzfläche gebildeten Dränagekanäle mit den in der angung der Abstützung des Gleitlagerelements in der La- deren Sitzfläche gebildeten Dränagekanälen kreuzen.

geraufnahme und keine Beeinträchtigung der Stabilität und Dauerbelastbarkeit des Gleitlagerelements auftritt. Insbesondere bleibt die Vorspannung des Gleitlagerelements voll aufrechterhalten, so daß die erfindungsgemaß vorgesehenen Dränagekanäle wirklich nur eine Ausweichmöglichkeit für zwischen die beiden Sitzflächen gelangendes flüssiges Schmiermittel bilden. Es ist zwar aus US-PS 29 05 511 bekannt, Gleitlagerelemente an der Rückenfläche mit Vertiefungen auszubilden, um dadurch die Elastizität und Plastizität der Gleitlagerelemente zu erhöhen, so daß sich das Gleitlagerelement besser der Sitzfläche an der Lageraufnahme anschmiegen und damit geometrische Ungenauigkeiten und Paßungenauigkeiten ausgleichen kann, um auf diese Weise auf Ermüdung, Fressen und Kantenläufer zurückzuführende Lagerausfälle zu vermindern. Diese zur Erhöhung der Elastizität und Plastizität des Lagerelements vorgesehenen Vertiefungen sind aber nicht als Dränagekanäle für flüssiges Schmiermittel vorgesehen, insbesondere sind sie um ein vielfaches zu grob ausgebildet, um als Dränagekanäle im Sinne der Erfindung wirken zu können. Im übrigen wird durch die Erhöhung der Elastizität und Plastizität der Gleitlagerelemente die Relativbewegung zwischen den beiden Sitzflächen wesentlich vergrößen und dadurch erst recht flüssiges Schmiermittel veranlaßt, in erheblichen Mengen zwischen die beiden Sitzflächen einzudringen und an den zwischen den Vertiefungen verbliebenen Rückflächenbereichen ökohlebildung hervorzurufen. Nicht zuletzt hat sich auch herausgestellt, daß durch die aus US-PS 29 05 511 bekannten, groben Vertiefungen die Stabilität und Dauerbelaslbarkeit der Gleitlagerelemente vermindert werden und derart ausgebildete Gleitlagerelemente zum Brechen während des Betriebes neigen. Mit den erfindungsgemäßen Dränagekanälen wird eine wirksame Ausweichmöglichkeit für das flüssige Schmiermittel geschaffen, ohne die oben erläuterten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Da die Ölkohlebildung häufig nur örtlich auftritt, und zwar reproduzierbar an den gleichen Stellen bei einem bestimmten Maschinentyp, also in Abhängigkeit von der Art der Druckbelastung der Gleitlageranordnung, genügt es in vielen Fällen, wenn die Dränagekanäle nur in einem bestimmten Teilbereich, nämlich dem für den jeweiligen Maschinentyp feststellbaren, zu Ölkohlebildung neigenden Teilbereich, vorhanden sind.

Die Dränagekanäle können in verschiedenster Form Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Dränagekanäle vom Mittelbereich des Gleitlagerelements zu den freien Enden der Sitzflächen hin zunehmenden Querschnitt aufweisen. Hierdurch ist das Gleitlagerelement in seinem die höchste Belastung aufnehmenden Mittelbereich praktisch ungeschwächt, so daß jegliches Durchfedern vermieden und somit ein vorzeitiges Ermüden der Laufschicht verhindert wird. Für die Querschnittszunahme nach den freien Enden der Sitzflächen hin können die Dränagekanäle vom Mittelbereich des Gleitiagerelements zu den freien Enden der Sitzflächen hin zunehmende Breite aufweisen. Zusätzlich dazu oder stattdessen können die Dränagekanäle vom Mittelbereich des Gleitlagerelements zu den freien Enden der Sitzfläche hin zunehmende Tiefe aufweisen.

Die Erfindung läßt sich auf Gleitlageranordnungen verschiedenster Art anwenden; beispielsweise kann man Dränagekanäle an der Rückenfläche von Axialgleitlagern bzw. Anlaufscheiben und bzw. oder der Anlagefläche einer Lageraufnahme für solche Axialgleitlager bzw. Anlaufscheiben ausbilden. In solchem Fall sollten sich die Dränagekanäle von der einen radialen Kante zu der anderen radialen Kante des Axialgleitlagers bzw. der Anlaufscheibe erstrecken.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Lageranordnung, perspektivisch, mit teilweise weggebrochenem Gleitlagerelement und teilweise weggebrochener Lageraufnahme;

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung in gleicher Darstellungsweise wie F i g. 1;

F i g. 3 eine in eine Ebene abgewickelte Draufsichtdarstellung einer abgewandelten Ausbildung der Dränagekanäle;

F i g. 4 eine weitere Abwandlung der Dränagekanäle in Darstellungsweise wie F i g. 3;

Fig.5 sich kreuzende Dränagekanäle in Darstellungsweise wie F i g. 3;

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindungsgemäßen Lageranordnung in Darstellungsweise wie Fig. 1;

F i g. 7 im Mittelbereich der Lageranordnung unterbrochene Dränagekanäle in entsprechender Darstellungsweise wie F i g. 3;

5 6

F i g. 8 eine weitere Ausbildungsweise von im Mittel- ebenfalls von der einen axialen Stirnkante 15a bis zur

bereich der Lageranordnung unterbrochenen Dräna- anderen axialen Stirnkante 156 des Gleitlagerelements

gekanälen in Darstellungsweise entsprechend F ig. 3; verlaufen. Diese sich kreuzenden Dränagekanäle \6d

Fig.9 eine dritte Möglichkeit für im Mittelbereich können wiederum entweder in der Sitzfläche 13 des der Gleitlageranordnung unterbrochene Dränagekanä- 5 Gleitlagerelements 11 oder in der Sitzfläche 14 der Laie in Darstellungsweise entsprechend F i g. 3; geraufnahme 12 angebracht sein.

Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung von sich nach Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit sich kreuzende Dränaden freien Enden der Sitzflächen hin erweiternden Drä- gekanäle dadurch zu schaffen, daß in einer Richtung nagekanäle in Draufsicht und schräg verlaufende Dränagekanäle 166 gemäß F i g. 3 in

Fig. 11 einen Schnitt XI-XI der F i g. 10. 10 der Sitzfläche 13 des Lagerelements 11 und in anderer

Die dargestellten Beispiele beziehen sich auf eine Ra- Richtung schräg verlaufende Dränagekanäle 160 in der

dial-Gleitlageranordnung, bei der ein dünnwandiges, Sitzfläche 14 der Lageraufnahme 12 angebracht sind,

elastisches Gleitlagerelement 11 in Form einer Gleitla- Beide Gruppen von Dränagekanälen 166 erstrecken

gerschale ausgebildet ist Diese Gleitlagerschale ist in sich von der einen axialen Stirnkante 15a bis zur ande-

eine Lageraufnahme 12 eines Maschinenteiles, bei- 15 ren axialen Stirnkante 156 des Gleitlagerelements 11.

spielsweise einer Pleuelstange, eingesetzt, so daß die Wie im mittleren Teil der F i g. 6 dargestellt, kreuzen

Rückenfläche als Sitzfläche 13 des Gleitlagerelements sich die gestrichelt dargestellten Dränagekanäle der La-

11 mit der die zweite Sitzfläche 14 bildenden Innenflä- geraufnahme 12 mit den strichpunktiert dargestellten

ehe der Lageraufnahme 12 in abstützender Flächenbe- Dränagekanälen des Gleitlagerelements 11.

rührung liegt, und zwar unter Vorspannung des Gleitla- 20 Um jegliche Schwächung des Gleitlagerelements 11

gerelements 11. und jegliche Verminderung der Berührungsfläche in

Im Beispiel der Fig. 1 sind in der Sitzfläche 13 des dem axial mittleren, am höchsten belasteten Bereich der Gleitlagerelements 11 sich von der einen axialen Stirn- Lageranordnung zu vermeiden, können die Dränagekakante 15a bis zur anderen axialen Stirnkante 156, also näle 16 im Mittelbereich 17 unterbrochen sein. Die über die gesamte axiale Breite des Gleitlagerelements 25 Fig.7 und 8 zeigen diese Möglichkeit für sich axial 11 erstreckende Dränagekanäle 16 vorgesehen. Diese erstreckende Dränagekanäle 16, die sich wie im Beispiel Dränagekanäle 16 verlaufen etwa parallel zur Achse der der Fig. 1 und 2 im wesentlichen axial von der einen Lageranordnung. Die von den Dränagekanälen 16 ein- axialen Stirnkante 15a zur anderen axialen Stirnkante genommene Fläche beträgt nur wenige Prozent der Be- 156 erstrecken und entweder in der Sitzfläche 13 des rührungsfläche der beiden Sitzfiächen 13, 14. Sie kann 30 Gleitlagerelements 11 oder in der Sitzfläche 14 der Lamaximal bis zu 15% der Berührungsfläche der beiden geraufnahme 12 ausgebildet sind. Die Ausführungen Sitzflächen 13,14 ausmachen. Die Tiefe der Dränageka- nach F i g. 7 und 8 unterscheiden sich darin, daß gemäß näle 16 liegt zwischen 0,05 und 0,1 mm. Die Begrenzung F i g. 7 die zu beiden Seiten des Mittelbereiches 17 ausliegt zwischen 0,03 und 0,20 mm. Für dickere Gleitlager- gebildeten Dränagekanäle 16 miteinander ausgerichtet elemente, d. h. solche Gleitlagerelemente, deren Wand- 35 sind, während die Dränagekanäle 16 gemäß F i g. 8 zu dicke S:4 mm beträgt, soll die Tiefe der Dränagekanäle beiden Seiten des Mittelbereiches 17 gegeneinander 2 bis 5% der Wanddicke des Gleitlagerelements betra- versetzt sind,
gen. F i g. 9 zeigt die Möglichkeit der Unterbrechung sich

In der abgewandelten Ausführungsform nach Fi g. 2 kreuzender Dränagekanäle 16dim Mittelbereich 17. Ei-

ist das Gleitlagerelement 11 in herkömmlicher Weise 40 ne weitere Ausbildungsmöglichkeit für die Dränageka-

mit glatter Sitzfläche 13 ausgebildet. Dafür sind in der näle ergibt sich gemäß Fig. 10 und Fig. 11 dahinge-

Sitzfläche 14 der Lageraufnahme 12 sich von der einen hend, daß Dränagekanäle 16e vorgesehen werden, die

axialen Stirnkante 15a bis zur anderen axialen Stirnkan- zwar von der einen axialen Stirnkante 15a bis zur ande-

te 156 des Gleitlagerelements 11 erstreckende Dräna- ren axialen Stirnkante 156 durchgehen, aber vom Mit-

gekanäle 16a angeordnet. Diese Dränagekanäle 16a 45 telbereich 17 der Lageranordnung aus nach den beiden

nehmen ebenfalls nur wenige Prozent, maximal 15% der axialen Stirnkanten 15a und 156 hin zunehmende Quer-

Berührungsfläche der beiden Sitzflächen 13,14 ein. Hin- schnittgröße aufweisen. Wie die F i g. 10 und 11 zeigen,

sichtlich der Tiefe der Dränagekanäle bestehen in sol- haben die Dränagekanäle 16e sich nach den axialen

ehern Fall keine besonderen Grenzbedingungen. Stirnkanten 15a und 156 hin vergrößernde Breite und

Fig.3 zeigt eine abgewandelte Ausbildung, bei der so ebenfalls nach den axialen Stirnkanten 15a und 156 hin

sich die Dränagekanäle 166 schräg vor der einen axialen zunehmende Tiefe. Solche Dränagekanäle 16e mit nach

Stirnkante 15a zur an deren axialen Stirnkante 156 des den axialen Stirnkanten 15a und 156 hin zunehmender

Gleitlagerelements 11 erstrecken. Die Dränagekanäle Querschnittsgröße können entweder in der Sitzfläche

166 können, wie im Beispiel der F i g. 1, in der Sitzfläche 13 des Gleitlagerelements 11 oder in der Sitzfläche 14

13 des Gleitlagerelements 11 oder, wie im Beispiel der 55 der Lageraufnahme 12 ausgebildet sein.

F i g. 2, in der Sitzfläche 14 der Lageraufnahme 12 ange-

bracht sein. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Fig.4 zeigt eine andere Abwandlungsmöglichkeit,

bei der sich die Dränagekanäle 16c bogenförmig von
der einen axialen Stirnkante 15a zur anderen axialen 60
Stirnkante 156 des Gleitlagerelements erstrecken. Solche bogenförmigen Dränagekanäle 16c können wahlweise in der Sitzfläche 13 des Gleitlagerelements 11
oder in der Sitzfläche 14 der Lageraufnahme 12 angebracht sein. 65

Nach einer weiteren Abwandlung, wie sie in Fig.5
gezeigt ist, können sich schräg erstreckende, sich kreuzende Dränagekanäle 16c/ vorgesehen sein, die jedoch

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gleitlageranordnung mit einem dünnwandigen Gleitlagerelement, das in eine Lageraufnahme eingesetzt ist, wobei in zumindest einer der beiden Sitzflächen feine, zu den freien Enden der Sitzfläche auslaufende Kanäle gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Kanäle als Dränagekanäle (16) für flüssiges Schmiermittel maximal 15% der Berührungsfläche einnehmen und die Tiefe der an der Sitzfläche (13) des Gleitlagerelements (11) befindlichen Dränagekanäle (16) 0,03 bis 0,20 mm bzw. bei Wanddicken ä4 mm 2% bis 5% der Wanddicke des Gleitlagerelements (11) beträgt.

2. Radial-Gleitlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dränagekanäle (16) über die gesamte axiale Breite des Gleitlagerelements (11) von einer zur anderen Stirnkante (15a, i5b) erstrecken.

3. Radial-Gleitlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dränagekanäle (16) vom Mittelbereich (17) des Gleitlagerelements (11) zu dessen einer oder anderer Stirnkante (15a, 15b) erstrecken.

4. Radial-Gleitlageranordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dränagekanäle (16) in im wesentlichen axialer Richtung bezüglich des Gleitlagerelements (11) erstrecken.

5. Gleitlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer d.er Sitzflächen (13, 14) ein Netz von sich kreuzenden Dränagekanälen (16c/;gebildefist. V /T"'

6. Gleitlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Sitzflächen (13,14) Dränagekanäle (16£>; derart gebildet sind, daß sich die in der einen Sitzfläche (13) gebildeten Dränagekanäle (16Z>; mit den in der anderen Sitzfläche (14) gebildeten Dränagekanälen (16£^kreuzen,

7. Gleitlageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dränagekanäle (i6e) vom Mittelbereich des Gleitlagerelements (11) zu den freien Enden der Sitzflächen (13,14) hin zunehmenden Querschnitt aufweisen.

8. Gleitlageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dränagekanäle (16e) vom Mittelbereich des Gleitlagerelements (11) zu den freien Enden der Sitzflächen (13,14) hin zunehmende Breite aufweisen.

9. Gleitlageranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dränagekanäle (16e,) vom Mittelbereich des Gleitlagerelements (11) zu den freien Enden der Sitzflächen (13,14) hin zunehmende Tiefe aufweisen.