DE3905450A1

DE3905450A1 - Gleitlager

Info

Publication number: DE3905450A1
Application number: DE3905450A
Authority: DE
Inventors: George Daxer; Joao Carlos Salamani; Jr Manfred Kaufmann; Jr Durval Duarte
Original assignee: Metal Leve SA Industria e Commercio
Current assignee: Metal Leve SA Industria e Commercio
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1989-08-31
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: ATA40789A; SE8900585L; SE8900585D0; GB2216199A; GB8904066D0; AT407289B; BR8800816A; SE511801C2; GB2216199B; DE3905450C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lager für Innenverbrennungs motoren, insbesondere auf Mehrschichtlager für starke Belastungen, ins besondere für Dieselmotoren.

Die Lager von Innenverbrennungsmotoren sind starken mechanischen Lasten unterworfen, die durch den Druck der Verbrennungsgase an dem Kolbenkopf erzeugt werden, und die auf die Lager durch die Pleuelstangen übertragen werden. Diese Lager müssen eine Anzahl von Eigenschaften haben: Widerstandsfähigkeit gegen Reibungsabnützung, Beständigkeit gegen Ermüdung durch zyklischen Lastwechsel, die Möglichkeit, Fremdpartikel in dem Motorenöl einzubetten und Paßfähigkeit, um Fehlausrichtungen der Welle zu kompensieren.

Wegen dieser Vielfalt von Eigenschaften müssen Gleitlager aus unter schiedlichen Materialien für die erforderliche Leistungsfähigkeit hergestellt sein. Eine bekannte Lagerbauart ist das sogenannte Mehr schichtlager, das aus einer Stützplatte, im allgemeinen aus Stahl oder Aluminium, mindestens einer Zwischenschicht, im allgemeinen eine Alumi niumlegierung oder eine Legierung mit Kupferbasis, und einer Lager- oder Gleitschicht besteht, im allgemeinen eine Kupfer-Zinn-Bleilegierung. Eine Diffusions- oder Bindungsschicht kann zwischen der Lagerschicht und der Zwischenschicht vorgesehen sein. Es ist jedoch bekannt, daß bei bestimmten Anwendungen diese Lager häufig eine geringe Standzeit haben, wenn sie extrem großen Belastungen und Reibung, wie bei spielsweise in derzeitigen Dieselmotoren, unterworfen werden, weil das Material der Gleitschicht zwar geeignet ist, die Reibung zwischen der Welle und dem Lager herabzusetzen, jedoch nicht die Verschleißfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit eines härteren Materials aufweist. Andererseits würde ein härteres Material auf der Gleitschicht eine zu große Reibung und eventuell ein Festfressen der Welle bewirken.

Zur Lösung dieser Probleme wurde vorgeschlagen, Gleitlager mit Nuten zu versehen, die mit weicherem Material gefüllt sind, so daß sich das här tere Material mit dem weicheren Material in der Gleitschicht abwech selt, mit dem Ziel, bessere Verschleißfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit zu erreichen.

Das Konzept der mit Nuten versehenen Lager ist ziemlich alt. Eine erste Beschreibung dieser Lösung geht aus der britischen Patentschrift Nummer 5 24 128 vom 30. Juli 1940 hervor. Auch die US-Patentschriften 27 57 055 vom 31. Juli 1956, 29 71 248 vom 14. Februar 1961 und - als neuere - die US-Patentschriften 44 00 099 vom 23. August 1983 zeigen Lager mit Nuten zur Verwendung bei Innenverbrennungsmotoren. Abgesehen von den in den genannten Patentschriften beschriebenen und illustrierten Details, haben die dort gezeigten Lager alle eine Gleitschicht mit abwechselnd härteren und weicheren Materialien. Eine weitere grundsätzliche Eigen schaft dieser Lager ist, daß die Nuten auf dem härteren Material eine einheitliche Tiefe und einheitliche Nutabstände aufweisen.

Wenngleich die Lager gegenüber konventionellen Gleitlagern für gewisse Anwendungsfälle eine Verbesserung aufweisen, werden bei den vorgenann ten Vorschlägen einige spezifische Eigenschaften von Motoren und dem nach die Anforderungen an die Lagerleistung nicht berücksichtigt. Mit anderen Worten: das Vorsehen von Nuten mit einheitlicher Tiefe und einheitlichen Nutabständen definiert eine gleichmäßige Verteilung von härterem Material und weicherem Material, so daß das Lager einheitliche Eigenschaften erhält, unabhängig von den besonderen Anforderungen eines jeden Bereiches des Lagers.

Aus diesem Grund besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Mehrschich tenlager zu schaffen, bei dem die Zwischenschicht quer über die La gerlänge mit Nuten versehen ist und mit Material gefüllt ist, das weicher als das Material der Zwischenschicht ist.

Demgemäß liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein Mehrschichtgleit lager mit einer Zwischenschicht zu schaffen, in der Nuten ausgebildet sind und die mit einem Lager oder Gleitmaterial angefüllt sind, in wobei eine selektive Verteilung von härterem Material und weicherem Material in ausgewählten Flächenbereichen des Lagers vorgesehen ist, in Ab hängigkeit von spezifischen Lagerbetriebsbedingungen.

Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß interne periphere mit Nuten versehene Abschnitte quer über die Lagerlänge vorgesehen werden, die in Längsrichtung gegenseitig beabstandet sind und deren Eigenschaf ten wie Tiefe und Abstand in Längsrichtung durch irgendeine variable und uniforme Bedingung definiert sind, wobei mindestens eine der Eigenschaf ten nach zwingender Vorschrift variabel ist. Eine solche Bauweise ermög licht grundsätzlich eine bessere Dimensionierung der Gleitschicht auf den Lagerteilen, die in stärkerem Maße große Lasten und Wellenfehlausrich tungen unterworfen sind. Sie führt auch zu einer gleichmäßigeren Druckverteilung auf diesen Lagerteilen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1, 2 und 3: Schnitte von Gleitlagern, die mit Nuten unterschiedlicher Formen versehen sind und gleichmäßige Abstände aufweisen;

Fig. 4: einen Schnitt eines Mehrschicht gleitlagers, das mit Nuten gleichmäßi ger Tiefe und variablen Abständen zwi schen den Nuten versehen ist;

Fig. 5: einen Schnitt eines Mehrschicht gleitlagers, das mit Nuten unterschied licher Tiefe versehen ist und gleichmäßi ge Abstände zwischen den Nuten aufweist;

Fig. 6: einen Schnitt eines Mehrschicht gleitlagers mit Nuten unterschiedlicher Tiefe und variablen Nutabständen;

Fig. 7 und 7a: grafische Darstellung zur Erläuterung der Auswirkungen der Nuten auf den Spitzendruck in dem Lager;

Fig. 8: eine schematische Darstellung der Last deformation des die Nuten ausfüllenden Materials;

Fig. 9: eine vergleichende grafische Darstel lung der Druckverteilung bei einem kon ventionellen Gleitlager ohne Nuten, einem bekannten Gleitlager mit Nuten und einem Gleitlager gemäß der Erfindung;

Fig. 10: eine schematische Darstellung der Win kelverteilung der Last im Druckbe reich eines konventionellen Gleitlagers oder eines Lagers mit gleichmäßig beab standeten Nuten;

Fig. 10a: eine schematische Darstellung der Last winkelverteilung des Druckbereichs eines Gleitlagers mit Nuten, die variable Tie fen und Abstände aufweisen;

Fig. 11: den Steigungswinkel der Nuten in bezug zur Lagertraversalachse;

Fig. 12: eine perspektivische Ansicht eines Gleit lagers der Erfindung mit Nuten über seine gesamte Umfangslänge und

Fig. 13: eine perspektivische Ansicht des Gleit lagers der Erfindung, das Nuten nur über einen Teil seiner Umfangslänge aufweist.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen drei verschiedene Konfigurationen von be kannten Lagern, die mit Nuten versehen sind und eine Stützschicht 1, eine Nuten aufweisende Zwischenschicht 2 und eine Diffusions- oder Bin dungsschicht 3 sowie ein Lager- oder Gleitmaterial 4 aufweisen, das die Nuten der Zwischenschicht 2 ausfüllt. Bei dieser Lagerbauart sind die Tie fe der Nuten und die Abstände zwischen den Nuten gleichmäßig, wodurch das Lager gleichmäßige Eigenschaften erhält.

Lager gemäß der Erfindung sind in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt. In diesen Figuren ist auf der Stützschicht 11 die Zwischenschicht 12 ange ordnet, die mit Nuten versehen ist, die mit Gleitmaterial 14 ausgefüllt sind. Eine Diffusions- oder Bindungsschicht 13 kann zwischen der Zwi schenschicht 12 und dem Gleitmaterial 13 angebracht sein. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Zwischenschichtnuten gleichmäßige Tiefe, jedoch ist der Abstand zwischen den Nuten variabel. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Tiefe der Nuten variabel und die Nutabstände sind gleichmäßig. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Tiefen der Nuten als auch die Abstände zwischen den Nuten variabel. Die Auswahl einer dieser Charakteristiken oder eine Kombination von zwei oder drei Ausführungs formen hängt von den spezifischen Anforderungen an das Lager ab. Bei spielsweise ist für ein Lager, das großen Lasten ausgesetzt ist, das Vor sehen eines größeren Anteils von weicherem Material, d. h. Gleitmaterial, an dem Teil des Lagers zu empfehlen, der am stärksten beansprucht wird. Das gleiche trifft zu für diejenigen Teile des Lagers, die eine Wellenfehlausrichtung kompensieren müssen.

Der Druck längs des Longitudinalquerschnitts des Lagers ändert sich nach einer parabolischen Kurve. Das Einsetzen einer Nut in das Lager verur sacht eine Änderung des Druckprofils. Wenn die Tiefe der Nut größer als das diametrale Lagerspiel ist, d. h. größer als das Spiel zwischen der Wel le und dem Lager ist, ändert sich das Druckprofil wie in der Skizze in der Fig. 7 gezeigt. wenn in einem solchen Fall ein Drucktal infolge des Einführens einer Nut erreicht würde, würden gleichzeitig Druckspitzen er zeugt, die noch größer sind als die ursprüngliche Druckspitze. Wenn jedoch die Tiefe der Nut kleiner als der Ölfilm zwischen der Welle und dem Lager ist, ändert sich das resultierende Profil wie in Fig. 7a ge zeigt. Das Vorsehen von Nuten mit geeigneten Tiefen und Abständen als Funktion von spezifischen Druckwerten ermöglicht eine gleichmäßigere Druckverteilung auf den am meisten belasteten Teilen des Lagers mit einer Abflachung des Ölfilmspitzendrucks, der sich aus dem Effekt einer induzierten elastischen Deformation des Gleitmaterials (Fig. 8) ergibt.

Das Schaubild in Fig. 9 zeigt die Druckverteilung bei einem Gleitlager ohne Nuten, bei einem konventionellen Gleitlager mit Nuten und einem Gleitlager mit Nuten, gemäß der Erfindung.

Die Lösung gemäß der Erfindung führt auch dazu, daß der Druck über einen größeren Winkelbereich (Fig. 10a) verteilt ist, verglichen mit dem Winkelbereich, der bei einem konventionellen Nutenlager (Fig. 10) einge schlossenist, wodurch der Kavitationsbereich verringert wird.

Ein weiterer wichtiger Vorteil bezieht sich auf die Schmierung: die Ver teilung und damit verbundene Abflachung der Druckspitze führt zu einer Vergrößerung der Verdichtsteife der Druckableitung in bezug auf die La gerecken, was zu einem stärkeren Strom an Schmieröl führt, wodurch die Öltemperatur verringert und die Viskosität des Öls vergrößert wird.

Gemäß der Erfindung können Nuten über die gesamte Umfangsfläche oder nur ein Teil der Umfangsfläche des Lagers oder der Lagerschale wie in Fig. 12 und 13 jeweils gezeigt, vorgesehen sein. Für gewisse Anwendungsfälle beispielsweise kann es ausreichend sein, Nuten nur auf definierten Abschnitten des Lagers vorzusehen, während es an anderen Stellen von Bedeutung sein kann, eine konventionelle Struktur beizubehalten, um bestimmten Anforderungen zu entsprechen.

Die Nuten verlaufen wendelförmig in Richtung der Lagerachse und müssen unter einem Winkel angeordnet sein, der zwischen 0° und 45°, wie in Fig. 11 gezeigt, liegt. Es ist wünschenswert, daß dieser Winkel so nahe wie möglich bei Null liegt. Es sei darauf hingewiesen, daß beim Überschreiten eines gewissen Winkelwertes Schaden für das Gleitlager bei Betrieb bestehen kann, beispielsweise ein Herauswischen von Gleit material aus den Nuten.

Claims

1. Gleitlager mit einer Stützschicht (11), einer Zwischenschicht (12) auf der Stützschicht (11), die mit Teilen von internen peripheren Nuten quer zur Lagerlänge versehen ist, die longitudinal gegenseitig beabstandet sind, gegebenenfalls mit einer Diffusions- oder Bindungsschicht (13) auf der Oberfläche der Nutteile; mit einer Gleitschicht aus einem Material, das weicher ist als das Material der Zwischenschicht, und das die mit Nuten versehenen Teile ausfüllt, wobei die mit Nuten versehenen Teile Charakteristiken der Tiefe und des longitudinalen Abstands aufweisen, die durch ein variables und/oder gleichmäßiges Muster definiert sind, wobei mindestens eine der Charakteristiken zwingenderweise variabel ist.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, bei dem die mit Nuten versehenen Teile mindestens über einen Teil der Lagerumfangslänge vorgesehen sind.

3. Gleitlager nach Anspruch 1, bei dem die mit Nuten versehenen Teile unter einem Winkel von 0 bis 45° in bezug auf die Radialrichtung angeordnet sind.