DE10130253B4

DE10130253B4 - Gleitlager, insbesondere einer Pleuelstange für Hubkolbenbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10130253B4
Application number: DE2001130253
Authority: DE
Inventors: Kai Rieck; Nikolaus Lulay; Dietmar Pinkernell; Franz Dr. Bergbauer
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2021-06-23
Also published as: DE10130253A1; FI117906B; FI20020954A0; FI20020954A

Abstract

Gleitlager für eine Pleuelstange für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, das einen Stützkörper umfasst, in dessen Querbohrung sich zu einer vollständigen Lagerhülse ergänzende Lagerschalen eingesetzt sind, die wiederum einen aufzunehmenden Kurbelzapfen mit Verbleib eines Restspaltes in Gleitkontakt in Form einer Lauffläche umgreifen, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem durch die verwendete Art der Pleuelstange (1) zu erwartenden Verformungsverhalten der Lagerhülse (11) bezüglich einer in axialer Richtung ebenen Anlagefläche (18) der Querbohrung (9) des Stützkörpers (8) bzw. bezüglich eines in axialer Richtung ebenen Lagerhülsenrückens (17) bzw. bezüglich einer in axialer Richtung ebenen Lauffläche (15) der Lagerhülse (11) mindestens eine einer betriebsbedingten Verformung der Lauffläche (15) entgegenwirkende umlaufende Flächenprofilierung in Form einer konkaven oder konvexen Ausbildung in radialer Richtung an der Lauffläche (15) oder dem Lagerrücken (17) der Lagerschale (11) oder der Anlagefläche (18) der Querbohrung (9) vorgesehen ist, wobei die jeweils gegenüberliegende Lauffläche (15) bzw. der Rücken (17) der Lagerschale (11) als in axialer...

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager, insbesondere einer Pleuelstange für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit den Einzelmerkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 198 01 200 C2 ist bereits ein derartiges Gleitlager, das in einer Pleuelstange verwendet wird, bekannt. In bekannter Weise umfaßt die dort beschriebene Pleuelstange den Pleuelkopf, den Pleuelschaft und das Pleuellager und stellt so das Verbindungsglied zwischen dem geradeführenden Teil eines Kurbeltriebes (Kolben) und der Kurbelwelle dar. Das Gleitlager, das einen durch Pleuelfuß und Pleueldeckel gebildeten Stützkörper, in dessen Querbohrung sich zu einer vollständigen Lagerhülse ergänzende Lagerschalen eingesetzt sind, die zur Aufnahme des Kurbelzapfens vorgesehen ist, umfasst, wird bei Druckwechsel stoßartig beansprucht. Dabei ergeben sich hohe Lagerbelastungen. Derartige äussere Kräfte und auch thermische Einflüsse führen in der Regel zu Verformungen des Lagers, insbesondere der Lagerhülse.

Zur Schmierung und Kühlung dienendes Öl ist bei diesem gattungsbildenden Gleitlager unter Druck aus Zuführkanälen insbesondere des Kurbelzapfens zu der Lagerhülse, von dort durch Öffnungen in einen außerhalb derselben im Stützkörper ausgebildeten Sammelraum, von dort über Bohrungen im Stützkörper, Pleuelschaft und Pleuelkopf sowie über Kanäle im bzw. um den Kolbenbolzen in Kühlräume eines an den Kolbenbolzen angeschlossenen Tauchkolbens einspeisbar.

Bei weiter erhöhten Drehzahlen und größeren Zündrucken, wie dies beispielsweise bei modernen Hubkolbenbrennkraftmaschinen der Fall ist, ändert sich aber auch durch Schwingungen des Kurbelzapfens eben in Folge der Massen- und Zündkräfte das Spiel, das heißt die Höhe des sogenannten Restspaltes zwischen der Lagerhülse und dem Kurbelzapfen sehr schnell. Dies bedeutet, daß sich auch der Öldruck in diesem Restspalt sehr schnell ändert und somit auch an der inneren Mantelfläche der Lagerhülse zumindest im Bereich ihrer größten stoß- und zugartigen Belastung, sowie an der diesem Bereich der Lagerhülse gegenüberstehenden Teil der Umfangsfläche des Kurbelzapfens Kavitationserscheinungen auftreten können. Um so wichtiger ist dann die Einhaltung einer im Betrieb optimalen Lagerkontur des Gleitlagers.

Versuche haben gezeigt, dass in Abhängigkeit der Form, bzw. Art der Pleuelstange unterschiedliche Verformugsverhalten beobachtet werden können. Bei manchen Pleuelstangen erfährt die Lauffläche der Lagerhülse im Betrieb eine konkave, also eine vertiefte, nach innen gewölbte Verformung in radialer Richtung, andere Ausgestaltungen einer Pleuelstange bewirken im Betrieb ein genau umgekehrtes Verformungsverhalten der Lagerhülse, d.h. die Lauffläche der Lagerhülse erfährt eine konvexe, d.h. eine nach aussen gewölbte Verformung in radialer Richtung.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Gleitlager der gattungsbildenden Art so weiterzubilden, dass im Betrieb eine optimale Lagerkontur erzielt wird, bzw. dass sich im Betrieb ein optimal tragendes Gleitlager einstellt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass in Abhängigkeit von dem durch die verwendete Art der Pleuelstange zu erwartenden Verformungsverhalten der Lagerhülse bezüglich einer in axialer Richtung ebenen Anlagefläche der Querbohrung des Stützkörpers bzw. bezüglich eines in axialer Richtung ebenen Lagerhülsenrückens bzw. bezüglich einer in axialer Richtung ebenen Lauffläche der Lagerhülse mindestens eine einer betriebsbedingten Verformung der Lauffläche entgegenwirkende umlaufende Flächenprofilierung in Form einer konkaven oder konvexen Ausbildung in radialer Richtung an der Lauffläche oder dem Lagerrücken der Lagerschale oder der Anlagefläche der Querbohrung vorgesehen ist, wobei die jeweils gegenüberliegende Lauffläche bzw. der Rücken der Lagerschale als in axialer Richtung ebene Anlagefläche ausgebildet ist, so dass einer betriebsbedingten konkaven oder konvexen Verformung der Lauffläche mindestens eine entsprechend gegenläufige Flächenprofilierung einer Lagerfläche des Gleitlagers entgegensteht.

Abhängig von dem zu erwartenden Verformungsverhalten des vorliegenden Gleitlagers im Betrieb, das wiederum von der verwendeten Art der Pleuelstange abhängt, wird also eine Lagerfläche, d.h. entweder die Anlagefläche der Querbohrung des Stützkörpers, oder der Lagerhülsenrücken, oder die Lauffläche der Lagerhülse mit einer umlaufenden Flächenprofilierung ausgebildet, d.h. die Kontur der Lagerflächen vorteilhaft so ausgestaltet, dass sich im Betrieb ein optimal tragendes Gleitlager einstellt.

Je nach Verformungsverhalten wird mindestens eine Lagerfläche konvex oder konkav profiliert. Diese Profilgebung kann auf der Lauffläche der Lagerhülse oder auf dem Lagerhülsenrücken in entsprechender Weise konkav/konvex oder umgekehrt erfolgt sein. Der gleiche Effekt ist auch zu erzielen, wenn die Anlagefläche der Querbohrung des Stützkörpers eine entsprechende konkave/konvexe Profilierung aufweist.

Ein weiterer besonders vorteilhafter Effekt der erfindungsgemässen Ausgestaltung eines Gleitlagers ist darin zu sehen, dass falls Einschränkungen bei der Gestaltung des Stützkörpers existieren, durch die entsprechende Profilierung der Lagerhülse unabhängig von der Gestaltung des Stützkörpers im Betrieb einer Reduktion der Schmierfilmdicke, z.Bsp. aufgrund von Kantentragen der Lauffläche der Lagerhülse, entgegen gewirkt werden kann.

Nachstehend sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gleitlagers anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1: ein schematischer Schnitt durch eine Pleuelstange mit einem erfindungsgemässen Gleitlager,
2: eine um 90° gedrehte Ansicht der 1 entlang des Schnittes S1-S1 durch die Pleuelstange,
3: eine schematische Ansicht einer Lagerschale der Lagerhülse des Gleitlagers, bei abgenommenen Pleueldeckel,
4: eine um 90° gedrehte Ansicht der 3 entlang des Schnittes S3-S3 durch die Lagerschale, und
5a–e: weitere Ausführungsbeispiele in stark schematisierter Ansicht für ein erfindungsgemäss ausgestaltetes Gleitlager.
In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Teile der Übersichtlichkeit wegen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den 1 und 2 ist eine Pleuelstange 1 für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine dargestellt. Die Pleuelstange 1 besteht in bekannter Weise aus einem Pleuelkopf 2 mit Querbohrung 3 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens, ferner einem sich am Pleuelkopf 2 anschließenden Pleuelschaft 4 sowie einem sich daran anschließenden Pleuelfuss 5, der zusammen mit einem an ihm über zwei Dehnschrauben 6a, 6b befestigten Pleueldeckel 7 den Stützkörper 8 eines Gleitlager bildet. Der Stützkörper ist von einer Querbohrung 9 durchsetzt, deren obere Hälfte sich oberhalb einer Trennebene 10 im Pleuelfuss 5 und deren untere Hälfte sich unterhalb der Trennebene 10 im Pleueldeckel 7 erstreckt.
In der Querbohrung 9 des Stützkörpers 8 sitzen zwei sich zu einer vollständigen Lagerhülse 11 ergänzende Lagerschalen 12a, 12b, die einen hier nicht gezeigten Kurbelzapfen mit Verbleib eines Restspaltes in Gleitkontakt umgreifen.
In bekannter Weise wird durch Zuführkanäle sowohl zur Schmierung als auch zur Kühlung dienendes Öl durch den Kurbelzapfen unter Druck zunächst an die Lagerschalen 12a, 12b herangeführt, von dort gelangt das Öl durch Ölbohrungen 13 in der Lagerhülse 11 in wenigstens einen, ausserhalb der Lagerhülse 11 angeordneten, sich im Pleuelfuss 5 und auch im Pleueldeckel 7 erstreckenden Sammelraum. Von einem solchen Sammelraum gelangt das Öl über miteinander in Verbindung stehenden Bohrungen in eine Bohrung 14, die sich vom Pleuelfuss 5 ausgehend durch den Pleuelschaft 4 hindurch in den Pleuelkopf 2 hinein erstreckt.
3 zeigt im Detail die Lagerschale 12b der Lagerhülse 11 mit einer durch über den Umfang verteilten Ölbohrungen 13 mit Schmierstoff beaufschlagbaren Lauffläche 15.
Gemäss 4 ist in die Lauffläche 15 eine umlaufende oder zumindest teilweise umlaufende U-förmige Ölnut 16 zur Ölführung eingearbeitet. Die Lauffläche 15 ist konkav ausgebildet, so dass eine umlaufende Flächenprofilierung mit der Konkavität K in radialer Richtung des Gleitlagers entsteht.
Wie bereits eingangs beschrieben, sind in Abhängigkeit der Form der Pleuelstange unterschiedliche Verformungsverhalten des Gleitlagers, insbesondere der Lagerhülse 11 zu erwarten. Bei der beispielhaft gezeigten Pleuelstange 1 bewirken die äusseren Kräfte und die thermischen Einflüsse im Betrieb eine konvexe Verformung der Lauffläche 15 der Lagerhülse 11, so dass hier mit einer konkaven Ausbildung einer Flächenprofilierung der Lauffläche 15 dieser Verformung im Betrieb entgegengewirkt werden kann.
Je nach Verformungsverhalten des Gleitlagers sind jedoch geeignete konkave/konvexe Flächenprofilierungen an der Anlagefläche 18 der Querbohrung 9 des Stützkörpers 8, des Lagerhülsenrückens 17 oder der Lauffläche 15 der Lagerhülse 11 auszubilden.
Die 5a bis e zeigen mögliche Varianten einer Flächenprofilierung in Form einer konkaven/konvexen Ausbildung in radialer Richtung des Gleitlagers.
So kann nach 5c die Lauffläche 15 der Lagerhülse 11 mit einer umlaufenden konvexen Flächenprofilierung zur Kompensation einer betriebsbedingten konkaven Verformung der Lauffläche 15 ausgeführt sein.
Den gleichen Effekt erzielt man, wenn nach 5b der Lagerhülsenrücken 17 mit einer umlaufenden Konkaven Flächenprofilierung ausgebildet ist.
Eine alternative Ausführung zu 4 zeigt 5a, bei der der Lagerhülsenrücken 17 mit einer umlaufenden konvexen Flächenprofilierung ausgeführt ist.
Das Gegenstück zur Ausbildung der Lauffläche 15 nach 5c ist bereits in 4 aufgezeigt.
Wenn möglich ist selbst die Gestaltung des Stützkörpers 8, bzw. dessen Anlagefläche 18 der Querbohrung 9, denkbar, die dann eben mit einer umlaufenden konkaven/konvexen Flächenprofilierung, je nach Verformungsverhalten des Gleitlagers, versehen ist.

Claims

Gleitlager für eine Pleuelstange für Hubkolbenbrennkraftmaschinen, das einen Stützkörper umfasst, in dessen Querbohrung sich zu einer vollständigen Lagerhülse ergänzende Lagerschalen eingesetzt sind, die wiederum einen aufzunehmenden Kurbelzapfen mit Verbleib eines Restspaltes in Gleitkontakt in Form einer Lauffläche umgreifen, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem durch die verwendete Art der Pleuelstange (1) zu erwartenden Verformungsverhalten der Lagerhülse (11) bezüglich einer in axialer Richtung ebenen Anlagefläche (18) der Querbohrung (9) des Stützkörpers (8) bzw. bezüglich eines in axialer Richtung ebenen Lagerhülsenrückens (17) bzw. bezüglich einer in axialer Richtung ebenen Lauffläche (15) der Lagerhülse (11) mindestens eine einer betriebsbedingten Verformung der Lauffläche (15) entgegenwirkende umlaufende Flächenprofilierung in Form einer konkaven oder konvexen Ausbildung in radialer Richtung an der Lauffläche (15) oder dem Lagerrücken (17) der Lagerschale (11) oder der Anlagefläche (18) der Querbohrung (9) vorgesehen ist, wobei die jeweils gegenüberliegende Lauffläche (15) bzw. der Rücken (17) der Lagerschale (11) als in axialer Richtung ebene Anlagefläche ausgebildet ist, so dass einer betriebsbedingten konkaven oder konvexen Verformung der Lauffläche (15) mindestens eine entsprechend gegenläufige Flächenprofilierung einer Lagerfläche des Gleitlagers entgegensteht.
Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Lauffläche (15) der Lagerhülse (11) mit einer umlaufenden konkaven Flächenprofilierung zur Kompensation einer betriebsbedingten konvexen Verformung der Lauffläche (15) ausgeführt ist.
Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Lauffläche (15) der Lagerhülse (11) mit einer umlaufenden konvexen Flächenprofilierung zur Kompensation einer betriebsbedingten konkaven Verformung der Lauffläche (15) ausgeführt ist.
Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (18) der Querbohrung (9) des Stützkörpers (8) mit einer umlaufenden konkaven oder konvexen Flächenprofilierung versehen ist .