DE69102094T2

DE69102094T2 - Achslager.

Info

Publication number: DE69102094T2
Application number: DE69102094T
Authority: DE
Inventors: Charles J Hahn
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: EP0450679A2; DE69102094D1; EP0450679A3; JPH0765615B2; EP0450679B1; US5009522A; JPH04219521A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Achslager für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf ein Achslager mit einer exzentrischen Schmiermittel- Zufuhrrinne, welche den Fluß von Schmiermittel durch das Achslager dosiert.
Typische Verbrennungsmotoren nutzen Achslager, um die Kurbelwelle in dem Block zu montieren und um die Verbindungsstangen an den Kurbelzapfen zu befestigen. Die Achslager schließen typischerweise ein Paar halbkreisförmiger oder halb-zylindrischer Einsätze oder Lagerschalen ein, welche in einer zylindrischen Bohrung in der Verbindungsstange oder dem Block zurückgehalten werden, worin eine Hälfte der Bohrung durch eine abnehmbare Kappe gebildet wird, die vorgesehen ist, um einen Zusammenbau des Achszapfens und der Lagerschalen in der Bohrung zu gestatten. Vertiefungen, die bei der Spaltlinie zwischen den zwei halbkreisförmigen Einsätzen geformt sind, sind vorgesehen, um eine übermäßige Abnutzung bzw. einen übermäßigen Verschleiß oder einen Schaden bzw. ein Fehlstellen der Einsätze zu verhindern, die durch ein "Einschließen" bzw. "Heranarbeiten" oder eine geringfügige Fehlausrichtung der Schalen während eines Zusammenbaus hervorgerufen werden. Ohne eine solche Spaltlinien- Vertiefung kann die Verminderung in dem Lagerzwischenraum bei der Spaltlinie ein übermäßige Abnutzung oder einen Schaden bzw. ein Fehlstellen der Einsätze zur Folge haben.
Auch typisch für in Verbrennungsmotoren verwendete Achslager ist das Vorsehen einer Schmiermittel-Zufuhrrinne, die in der oberen Lagerschale geformt ist, welche durch einen Schmiermittel-Zufuhrdurchgang mit dein Ölgang des Motors verbunden ist. Die Schmiermittel-Zufuhrrinne stellt eine ausreichende Zufuhr von Öl sicher, um einen Schmierfilm zwischen dem Achszapfen und der inneren Seitenfläche der Lagerschale auszubilden. Die Schmiermittei-Zufuhrrinne wird sich typischerweise entlang des gesamten inneren Umfangs der Lagerschale erstrecken, was einen beträchtlichen Flußweg für ein Schmiermittel zu der Spaltlinie und einen entsprechend beträchtlichen Öldruckabfall zur Folge hat, der das gesamte Schmiersystem des Motors beeinflußt.
Solch eine Anordnung ist in US-Patent Nr. 3,743,367 offenbart.
Ein Achslager gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Achslager für eine Verwendung in einem Verbrennungsmotor offenbart. Das Achslager trägt einen drehbaren Achszapfen innerhalb einer zylindrischen Öffnung, welche durch ein Paar von halbkreisförmigen oder halb-zylindrischen Lagerschalen definiert wird, die unter End-Anlagern bei einer Spaltlinie erhalten werden. Die nach innen gewandten Lageroberflächen der Lagerschalen können den getragenen Achszapfen in einer engen Paß-Lagerbeziehung mit einem Zwischenraum umgeben, der dazwischen für einen eine Last tragenden Schmierölfilm vorgesehen ist. Die nach innen gewandte Lageroberfläche von mindestens einer Lagerschale ist umfangsmäßig in ein konzentrisches Zentralteilstück, welches bei allen Punkten von der Zentralachse des Achslagers äquidistant ist und welches sich umfangsmäßig über eine vorher bestimmte Winkeldistanz erstreckt, und ein Paar von exzentrischen Endteilstücken geteilt, die sich von den entgegengesetzten Enden des Zentralteilstücks auswärts erstrecken und welche einen progressiv zunehmenden Zwischenraum zwischen dem getragenen Achszapfen und der nach innen gewandten Lageroberfläche von den Enden des Zentralteilstücks zu den äußeren Enden der Lagerschale schaffen.
Zur Sicherstellung einer Zufuhr von Schmiermittel, die ausreichend ist, um den gewünschten, eine Last tragenden Schmierölfilm zwischen dem Achszapfen und dem Achslager auszubilden, wird eine sich umfangsmäßig erstreckende Schmiermittel- Zufuhrrinne in der nach innen gewandten Lageroberfläche geformt. Die Schmiermittel- Zufuhrrinne ist auf einer Achse zentriert, die von der Zentralachse des Achslagers exzentrisch angeordnet ist, was bewirkt daß die Schmiermittel-Zufuhrrinne sich von einem Punkt maximaler Tiefe bei dem Zentrum der Lagerschale verjüngt, um innerhalb jedes der exzentrischen Endteilstücke zwischen den Enden des konzentrischen Zentralteilstücks und den äußeren Enden der Schale gelegen zu enden. Als eine Folge werden Schmiermittel-Dosieröffnungen bei der Grenzfläche des konzentrischen Zentralteilstücks, der exzentrischen Endteilstücke und der exzentrischen Schmiermittel-Zufuhrrinne gebildet, um den Fluß von Schmiermittel von der Schmiermittel-Zufuhrrinne zu der Spaltlinie zu regeln oder zu dosieren, wodurch der Druckverlust innerhalb des Ölgangs des Motors reduziert wird.
Das Volumen an Schmiermittel, das durch das Achslager fließt, hängt von den vorher bestimmten Winkelabmessungen des konzentrischen Zentralteilstückes und der Schmiermittel-Zufuhrrinne ab. Durch Variieren dieser Abmessungen können die Flußcharakteristiken auf die spezifische Motoranwendung zugeschnitten werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Figur 1 eine Schnittansicht eines Kurbelwellenzapfens und seines zugeordneten Achslagers ist, welches die vorliegende Erfindung verkörpert;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Lagerschale ist, welche die vorliegende Erfindung verkörpert;
Figur 3 eine Draufsicht der Lagerschale von Figur 2 ist, die die innere Lageroberfläche zeigt;
Figur 4 eine Seitenansicht der Lagerschale ist, welche die vorliegende Erfindung verkörpert;
Figur 5 eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Bereichs von Figur 4 ist;
Figur 6 eine Schnittansicht des Lagers ist, gelegt entlang einer Linie 6-6 von Figur 4; und
Figur 7 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Lagerschale ist, welche die vorliegende Erfindung verkörpert.
In Figur 1 ist ein Kurbelwellenzapfen 10 dargestellt, der in einer zylindrischen Bohrung 12, welche durch einen Zylinderblock 14 und eine abnehmbare Lagerkappe 16 definiert ist, drehbar getragen wird. Innerhalb jeder zylindrischen Bohrung 12 ist fest in drehbarem Lagerkontakt mit dem Kurbelwellenzapfen 10 ein Achslager befestigt, das im allgemeinen mit 18 bezeichnet ist. Das Achslager 18 umfaßt ein Paar halbzylindrischer Lagerschalen oder Einsätze 20 und 22, welche sich unter End-Anlagern bei einer Spaltlinie 24 treffen. Ein Zwischenraum ist zwischen dem Achslager 18 und dem Kurbelwellenzapfen 10 für die Bildung eines eine Last tragenden Schmierölfilms dazwischen vorgesehen, um einen direkten Kontakt während einer Drehung zu verhindern. Ein Ölzufuhrkanal 26 führt Schmieröl von dem Ölgang des Zylinderblocks 14 oder einer anderen externen Quelle dem Achslager 18 durch eine Schmiermittel- Zufuhröffnung 28 in der Lagerschale 20 zu.
In einer bevorzugten, in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsform ist die nach innen gewandte Lageroberfläche 30 der Lagerschale 20 umfangsmäßig in ein konzentrisches Zentralteilstück 32, welches auf der Zentralachse 34 der zylindrischen Bohrung 12 zentriert ist, und ein Paar von exzentrischen Endteilstücken 36 mit einer Achse 38, welche zu der Zentralachse 34 exzentrisch angeordnet ist, geteilt. Das konzentrische Zentralteilstück 32 ist bei allen Punkten von der Zentralachse 34 äquidistant und erstreckt sich umfangsmäßig über eine vorher bestimmte Winkeldistanz, um bei konzentrischen Endteilstücken 40 zu enden. Die exzentrischen Endteilstücke 36 erstrecken sich von jedem konzentrischen Endteilstück 40 des konzentrischen Zentralteilstücks 32 progressiv auswärts, um bei den äußeren Enden 42 der Lagerschale 20 zu enden. Die tatsächliche Krümmung der exzentrischen Endteilstücke 36 wird von der Anordnung der Achse 38 abhängen. Die exzentrischen Endteilstücke 36, welche sich über die gesamte axiale Länge der Lagerschale 20 erstrecken, schaffen eine radiale Aussparung bei der Spaltlinie 24, welche einen Lagerschaden aufgrund eines Einschließens bzw. Heranarbeitens der Lagerschalen 20, 22 bei der Spaltlinie verhindert, der durch eine Deformation der zylindrischen Bohrung 12 infolge sich verändernder Lasten oder infolge einer geringfügigen Fehlausrichtung der äußeren Enden 42 während eines Zusammenbaus hervorgerufen wird.
Zur Sicherstellung einer ausreichenden Zufuhr von Schmiermittel, um den erforderlichen Schmierfilm zwischen dem Kurbelwellenzapfen 10 und dem Achslager 18 auszubilden, ist eine Schmiermittel-Zufuhrrinne 44, die in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, in der nach innen gewandten Lageroberfläche 30 der Lagerschale 20 geformt. Die Schmiermittel-Zufuhrrinne 44 ist auf einer Achse 46, siehe Figur 4, zentriert, die zu der Zentralachse 34 exzentrisch angeordnet ist. Als eine Folge verjüngt sich die Schmiermittel-Zufuhrrinne 44 von einem Punkt maximaler Tiefe, vorzugsweise dem Zentrum des konzentrischen Zentralteilstücks 32, um bei einer Position zwischen dem Zentrum der Lagerschale 20 und ihren äußeren Enden 42 gelegen zu enden. Die Schmiermittel-Zufuhrrinne 44 hat daher eine vorher bestimmte Länge. Um einen ausreichenden Fluß eines Schmiermittels durch das Achslager 18 zu schaffen, wodurch Staub und Verunreinigung davon abgehalten werden, sich zwischen der nach innen gewandten Lageroberfläche 30 und dem Kurbelwellenzapfen 10 zu sammeln, ist die (exzentrische) Achse 46 angeordnet, so daß die Schmiermittel-Zufuhrrinne 44 innerhalb jedes der exzentrischen Endteilstücke 36 endet, wodurch Schmiermittel-Dosieröffnungen 48 bei der Grenzfläche des konzentrischen Zentralteilstücks 32, der exzentrischen Endteilstücke 36 und der (exzentrischen) Schmiermittel-Zufuhrrinne 44 gebildet werden. Die Folge ist eine Reduktion im Öldruckverlust, der normalerweise mit Achslagern verbunden ist, welche Schmiermittel-Zufuhrrinnen besitzen, die sich zu der Spaltlinie erstrecken, was eine Zunahme in der Effizienz liefert, weil weniger Motorleistung erforderlich ist, um einen Öldruck aufrechtzuerhalten. Das Vorsehen der Schmiermittel- Dosieröffnungen 48 gestattet auch, daß ein geregelter oder dosierter Fluß von Schmieröl durch das Achslager 18 gelangt, um die Anreicherung von schädlichem Schmutz und Ablagerungen darin zu verhindern. Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, die Schmiermittel-Flußrate durch das Achslager 18 passend zu machen, indem die Exzentrizität der Achse 46 variiert wird, um den Endpunkt der Rinne und folglich die Größe der Schmiermittel-Dosieröffnungen 48 zu verändern. Das Volumen an Schmiermittel, das durch die Schmiermittel-Dosieröffnungen 48 und die Lagerschale 20 gelangt, ist daher ein vorher bestimmter Wert, welcher von dem Zwischenraum zwischen dem Kurbelwellenzapfen 10 und der nach innen gewandten Lageroberfläche 30 bei dem Ende der Schmiermittel-Zufuhrrinne 44 abhängt. Die Folge ist ein Achslager, welches hergestellt werden kann, um sich für spezifische Aufbau-Anwendungen zu eignen.
Um Schmiereigenschaften weiter zu verbessern, kann die Schmiermittel-Zufuhrrinne 44 mit abgeschrägten Kanten, wie in Figur 6 dargestellt, geformt werden. Die abgeschrägten Kanten bewirken eine Reduktion in der axialen Abmessung der Schmiermittel-Zufuhrrinne 44, siehe Figur 3, weil sich die Tiefe verringert. Die resultierende Schmiermittel-Zufuhrrinne 44 hat ein relativ großes Volumen nahe dem Zentrum der Lagerschale 20, die beträchtliches Schmiermittel zuführen kann, und ein relativ kleines Volumen bei jedem Ende, wo das Schmiermittel durch die Schmiermittel- Dosieröffnungen 48 gelangt.
Die andere Lagerschale 22 kann von irgendeinem herkömmlichen Aufbau sein, besitzt aber vorzugsweise einen Zwischenraum, welcher durch exzentrische Endteilstücke 70 bei ihren äußeren Enden 72 definiert ist, die im wesentlichen den exzentrischen Endteilstücken 36 der Lagerschale 20 entsprechen.
Eine zweite Ausführungsform des Achslagers der vorliegenden Erfindung ist in Figur 7 dargestellt. In Figur 7 hat die Lagerschale 50 eine nach innen gewandte Lageroberfläche 52 mit einem gebogenen Querschnitt, die auf einer Achse 54 zentriert ist welche von der Zentralachse 56 exzentrisch angeordnet ist. Infolge der exzentrischen Versetzung der nach innen gewandten Lageroberfläche 52 nimmt der Zwischenraum zwischen dem Kurbelwellenzapfen und der nach innen gewandten Lageroberfläche 52 von dem Zentrum der Lagerschale 50 zu ihren äußeren Enden 58 progressiv zu. Der vergrößerte Zwischenraum beseitigt die Notwendigkeit verschiedener exzentrischer Endteilstücke, wie oben beschrieben. Andere Merkmale der Lagerschale 50 sind denjenigen der Lagerschale 20, mit Ausnahme der unten detailliert ausgeführten, ähnlich.
Eine Schmiermittel-Zufuhrrinne 60 ist in der nach innen gewandten Lageroberfläche 52 geformt und ist auf einer Achse 62 zentriert, welche zu der Zentralachse 56 des Achslagers exzentrisch angeordnet ist. Ähnlich der obigen Ausführungsform verjüngt sich die Schmiermittel-Zufuhrrinne 60 von einem Punkt maximaler Tiefe bei dem Zentrum der Lagerschale 50, um bei einer Position zwischen dem Zentrum der Lagerschale 50 und ihren äußeren Enden 58 gelegen zu enden. In dieser Ausführungsform schafft sie, weil der Zwischenraum der nach innen gewandten Lageroberfläche auf die äußeren Enden 58 zu zunimmt, einen Flußweg zu der Spaltlinie für das unter Druck gesetzte Schmiermittel in der (sich verjüngenden) Schmiermittel-Zufuhrrinne 60. Durch Variieren der Exzentrizität der Schmiermittel-Zufuhrrinne 60 und daher der Distanz, über die sich die Schmiermittel-Zufuhrrinne in den stetig zunehmenden Lagerzwischenraum vor ihrem Ende erstreckt, kann die Rate eines Schmiermittelflusses durch das Achslager geregelt werden. Folglich ist der Druckverlust bei der Spaltlinie infolge der Schmiermittel-Zufuhrrinne, welche sich über die volle Länge der Lagerschale erstreckt, reduziert, während weiterhin ein Schmiermittelfluß durch das Achslager vorgesehen ist, der notwendig ist, um Schmutz und Verunreinigung davon abzuhalten, sich in dem Achslager zu sammeln.
Obwohl die obige Beschreibung sich auf eine obere Lagerschale eines Kurbelwellenzapfenlagers bzw. Kurbelwellen-Achslagers bezieht, ist die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt. Das Achslager der vorliegenden Erfindung ist in jeder Lageranwendung nützlich, wo Schmiermittelanforderungen eine beträchtliche Zufuhr von Schmiermittel zu dem Achslager erfordern und wo es wünschenswert ist, den Druckverlust zu reduzieren, welcher normalerweise mit Achslagern verbunden ist, die Schmiermittel-Zufuhrrinnen besitzen, welche sich zu der Spaltlinie erstrecken.

Claims

1. Ein Achslager (18) für eine zylindrische Bohrung (12) in einem Verbrennungsmotor oder dergleichen, in welchem ein Achszapfen (10) für eine Drehung um eine Zentralachse (34, 56) aufgenommen werden kann, wobei das Achslager einschließt eine Lagerschale (20) mit einem halb-zylindrischen Aufbau, welcher in der zylindrischen Bohrung aufgenommen werden kann, und einer nach innen gewandten Lageroberfläche (30, 52), die ein Teilstück des Achszapfens in einer engen Paß-Lagerbeziehung umgeben kann; eine Schmiermittel- Zufuhrrinne (44, 60), die in der nach innen gewandten Lageroberfläche geformt ist und sich von einer maximalen Tiefe bei einem zwischen ihren Enden gelegenen Punkt verjüngt, um Schmiermittel-Dosieröffnungen bei den Enden davon zu definieren; und eine Schmiermittel-Zufuhröffnung (28), welche sich durch die Lagerschale erstreckt, um die Schmiermittel-Zufuhrrinne zu schneiden; gekennzeichnet durch mindestens ein Teilstück (36, 52) der nach innen gewandten Lageroberfläche, welches um eine Achse (38, 54) gebogen ist, die von der Zentralachse versetzt ist, um einen größeren Zwischenraum zwischen dem Achszapfen und der nach innen gewandten Lageroberfläche bei den äußeren Enden (42, 58) der Lagerschale als bei dem Zentrum davon zu schaffen; und dadurch, daß die Schmiermittel-Zufuhrrinne eine vorher bestimmte Länge hat, wobei ihre Enden zwischen dem Zentrum der Lagerschale und den äußeren Enden davon gelegen angeordnet sind.

2. Ein Achslager, wie in Anspruch 1 beansprucht, worin die nach innen gewandte Lageroberfläche (30) ein konzentrisches Zentralteilstück (32) und ein Paar exzentrischer Endteilstücke (36) einschließt, wobei das konzentrische Zentralteilstück sich umfangsmäßig über eine vorher bestimmte Winkelabmessung von dem Zentrum der Lagerschale (20) zu konzentrischen Endteilstücken (40) erstreckt und bei allen Punkten von der Zentralachse (34) äquidistant ist; die exzentrischen Endteilstücke sich axial über die volle Breite der Lagerschale erstrecken, sich von den konzentrischen Endteilstücken auswärts erstrecken und das Teilstück der nach innen gewandten Lageroberfläche definieren, so daß die nach innen gewandte Lageroberfläche von progressiv zunehmendem Abstand von der Zentralachse von den konzentrischen Endteilstücken auf die äußeren Enden (42) der Lagerschale zu ist; und worin sich die Schmiermittel-Dosieröffnungen (48) bei den konzentrischen Endteilstücken befinden und sich auf die exzentrischen Endteilstücke zu öffnen.

3. Ein Achslager, wie in Anspruch 1 beansprucht, worin das Teilstück der nach innen gewandten Lageroberfläche (52) sich über die volle Länge der nach innen gewandten Lageroberfläche erstreckt und bei allen Punkten von der Achse (54) äquidistant ist, welche von der Zentralachse (56) versetzt ist, so daß die nach innen gewandte Lageroberfläche von progressiv zunehmendem Abstand von der Zentralachse von dem Zentrum der Lagerschale (50) auf die äußeren Enden (58) der Lagerschale zu ist.

4. Ein Achslager, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, worin die Kanten der Schmiermittel-Zufuhrrinne (44, 60) abgeschrägt sind.

5. Ein Achslager, wie in irgendeinein der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht, worin der Punkt, bei welchem die Schmiermittel-Zufuhrrinne (44, 60) ihre maximale Tiefe besitzt, bei dem Zentrum der Lagerschale (20, 50) liegt.

6. Ein Achslager, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, worin die Schmiermittel-Zufuhröffnung (28) die Schmiermittel-Zufuhrrinne (44, 60) bei dem Punkt schneidet, bei welchem die Schmiermittel-Zufuhrrinne ihre maximale Tiefe besitzt.