DE102013203565A1

DE102013203565A1 - Verfahren zur Montage eines geteilten Radiallagers und nach dem Verfahren hergestelltes geteiltes Radiallager

Info

Publication number: DE102013203565A1
Application number: DE201310203565
Authority: DE
Inventors: Norbert Dembinski; Thomas Spiess; Roy Dille; Walter Nederegger; Eckard Püschel; Attila Solymosi
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-04

Abstract

Verfahren zur Montage eines geteilten Radiallagers für eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Lagerfuss und einem Lagerdeckel, deren Trennflächen mittels zumindest einer Schraube gegeneinander verspannbar sind, wobei • in zumindest eine Trennfläche eine Oberflächenvertiefung eingebracht wird und anschließend • ein Kleber auf zumindest eine Trennfläche aufgebracht wird und anschließend • der Lagerdeckel und der Lagerfuss mittels der zumindest einen Schraube gegeneinander verspannt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein geteiltes Radiallager kostengünstig mit höchster Präzision hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines geteilten Radlagers mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein geteiltes Radiallager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, hergestellt mit dem Verfahren.
Dynamische Kräfte am Hauptlager des Kurbeltriebs einer Brennkraftmaschine werden üblicherweise mittels aufwendiger Verschraubungskonzepte abgefangen. Beispiele hierfür sind die Kombination aus Gerad-(Vertikal)- und Schrägverschraubung. Ein Beispiel hierfür ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 037 461 A1 bekannt.
Nachteilig hierbei ist, dass Horizontalkräfte, d. h. die Kräfte in Richtung der Trennebene mit Schrägverschraubungen nur unvollständig abgefangen werden. Dies führt zu horizontalen Mikrobewegungen in der Trennebene was zu Fraßkorrosion, auch Fretting genannt, führt, was wiederum in Folge zu Rissen im Lagerstuhl führen kann.
Eine weitere Möglichkeit Horizontalkräfte abzufangen besteht darin, die Trennfläche des Lagerstuhls und/oder des Lagerdeckels makroskopisch oder mikroskopisch zu strukturieren. Hierdurch ergibt sich nach der Montage des geteilten Radiallagers ein Formschluss, der die Horizontalkräfte auffangen kann. Beispiele hierfür sind in den deutschen Offenlegungsschriften DE 100 01 780 A1 oder DE 198 19 080 A1 oder DE 198 19 081 A1 aufgeführt.
Nachteilig bei der Strukturierung mit anschließendem Formschluss bei der Montage (Verpressung von Lagerdeckel und Lagerstuhl) ist der sehr hohe Fertigungsaufwand.
Eine weitere Möglichkeit die Horizontalkräfte aufzunehmen bei gleichzeitig optimierter Passform von Lagerdeckel und Lagerstuhl besteht darin, das geteilte Radiallager bruchzutrennen. Beispiele hierfür sind in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 13 255 A1 und in der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 53 307 A1 beschrieben.
Auch hierbei ist der sehr hohe Fertigungsaufwand von Nachteil.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein geteiltes Radiallager kostengünstig, bei gleichzeitig höchster mechanischer Präzision herzustellen.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und hardwaremäßig durch die Merkmale im Patentanspruch 6 gelöst. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäß geteilte Radiallager ist die Nutzung bestehender Fertigungseinrichtungen möglich. Weiter ist es in vorteilhafter Weise eine minimalinvasive Optimierung bestehender Verschraubungskonzepte (beispielsweise Gerad- und Schrägverschraubung). Das Restrisiko der Mikroquer(Relativ)-Bewegung zwischen Lagerdeckel und Lagerstuhl wird direkt auf der Verschraubungsfläche durch Klebe- und Verzahnungseffekte minimiert. Hierbei entfallen durch den Formschluss des hochfesten Klebstoffs aufwendige Toleranzanforderungen. Der Reibschluss (Flächenklebung) in Verbindung mit einem durch den Kleber gebildetem Formschluss (Verzahnung des Klebers in beidseitig ausgeführten Oberflächenvertiefungen) ersetzt somit in vorteilhafter Weise toleranzaufwendige Bauteilpaarungen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Oberflächenvertiefung gemäß Patentanspruch 2 ist zumindest eine geradlinige Rille, die sich weitgehend in Richtung der Kurbelwellenachse erstreckt, wobei die geradlinige Rille den Lagerstuhl und/oder den Lagerdeckel vollständig überstreichen kann und/oder quer zu der Kurbelwellenachse ausgerichtet sein kann und/oder weitgehend kreisförmig, konzentrisch zu einer Schraube in die Trennfläche eingebracht sein kann. Auch eine punktuelle Oberflächenvertiefung ist möglich.
Bevorzugt wird die Oberflächenvertiefung gemäß Patentanspruch 3 durch Strehlen in die Trennfläche eingebracht.
Darüber hinaus wird der Kleber gemäß Patentanspruch 4 zumindest im Bereich der Oberflächenvertiefung auf die Trennfläche aufgebracht.
Um eine höchste Festigkeit des Verbundes zu erzielen, sollte zumindest die Oberflächenvertiefung gemäß Patentanspruch 5 vollständig mit Kleber ausgefüllt werden.
Die besten Festigkeitsresultate für ein geteiltes Radiallager wurden gemäß Patentanspruch 6 dadurch erzielt, dass die Oberflächenvertiefung eine Breite zwischen 0,1 mm und 1 mm und eine Tiefe zwischen 0,1 mm und 1 mm aufweist.
Bevorzugte Querschnitte der Oberflächenvertiefung sind gemäß Patentanspruch 7 dreieckig oder rechteckig oder halbkreisförmig. Bei mehreren eingebrachten Oberflächenvertiefungen kann auch eine Kombination der unterschiedlichen Querschnitte von Vorteil sein.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist bei einem erfindungsgemäßen, geteilten Radiallager gemäß Patentanspruch 8 der Lagerdeckel aus einem Gussmaterial und der Lagerfuss aus einem Leichtmetall.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von sechs Figuren für 4 Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1 zeigt eine Aufsicht auf einen halb transparent dargestellten erfindungsgemäßen Radiallagerabschnitt.
2 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Lagerstuhlabschnitt.
3a zeigt eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Lagerdeckelabschnitt.
3b zeigt eine Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Lagerdeckelabschnitt.
3c zeigt eine Aufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Lagerdeckelabschnitt.
3d zeigt eine Aufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Lagerdeckelabschnitt.
Im Folgenden gelten in den 1 bis 3d für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt eines dargestellten erfindungsgemäßen Radiallagers 1, bestehend aus einem durchsichtig dargestellten Lagerdeckel 2, von dem nur die äußeren Kanten erkennbar sind. Eine Trennfläche des Lagerdeckels 2 ist mit 2' beziffert. Ein Lagerstuhl 3 mit einer Trennfläche 3' ist als Formkörper dargestellt. Der Lagerdeckel 2 und der Lagerstuhl 3 weisen in einer nicht bezifferten Lagerbohrung zwei Lagerschalen 7 auf. Der Lagerdeckel 2 weist beidseitig der Lagerbohrung zwei Schraubenbohrungen 8 auf, die im Lagerdeckel 2 als Durchgangsbohrungen ausgeführt sind. Der Lagerstuhl 3 weist korrespondierende Schraubenbohrungen 8 auf, die mit Gewinden ausgestattet sind zum Befestigen des Lagerdeckels 2 auf dem Lagerstuhl 3. Bei der Montage des Lagerdeckels 2 auf den Lagerstuhl 3 werden die Trennflächen 2', 3' miteinander verspannt. Mit 6 ist ein Radius gekennzeichnet, der einen Übergang des Lagerstuhls 3 zu einem nicht bezifferten Kurbelgehäuse darstellt. Insbesondere dieser Radius 6 neigt aufgrund der eingangs erwähnten Fraßkorrosion zur Rißbildung.
Um diese fraßkorrosionsbedingte Rißbildung im Bereich 6 zu verhindern, wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Montage des geteilten Radiallagers 1 für eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass

– in zumindest einer Trennfläche 2', 3' eine Oberflächenvertiefung 5 eingebracht wird (sichtbar in den 2 bis 3d) und anschließend
– ein Kleber auf zumindest eine Trennfläche 2', 3' aufgebracht wird und anschließend
– der Lagerdeckel 2 und der Lagerstuhl 3 mittels der zumindest einen Schraube 4 gegeneinander verspannt werden.

Die Oberflächenvertiefung 5 wird als zumindest eine geradlinige Rille weitgehend in Richtung einer Kurbelwellenachse (2, 3a, 3c) und/oder quer zu einer Kurbelwellenachse und/oder weitgehend kreisförmig, konzentrisch zur Schraubenbohrung 4 in die Trennfläche 2', 3' eingebracht. Hierbei zeigt 3c eine Sonderausführung, bei der die Oberflächenvertiefungen 5 nicht über die ganze Breite des Lagerdeckels gezogen sind.
Bevorzugt wird die Oberflächenvertiefung 5 durch Strehlen in die Trennfläche 2', 3' eingebracht. Strehlen ist dem Fachmann allgemein durch das bekannte Gewindestrehlen geläufig.
Der Kleber wird bevorzugt zumindest im Bereich der Oberflächenvertiefung 5 auf die Trennfläche 2', 3' aufgebracht, wobei wiederum bevorzugt die Oberflächenvertiefung 5 vollständig mit Kleber ausgefüllt wird, um maximale Schub- und Scherspannungen, verursacht durch die Mikrobewegungen zwischen den Trennflächen 2', 3', aufnehmen zu können.
Besonders bevorzugt weist die Oberflächenvertiefung 5 eine Breite zwischen 0,1 mm und 1 mm und eine Tiefe zwischen 0,1 mm und 1 mm auf.
Bevorzugte Querschnitte der Oberflächenvertiefung 5 sind dreieckige oder rechteckige oder halbkreisförmige Querschnitte oder bei mehreren Oberflächenvertiefungen 5 auch Mischformen daraus.
Besonders vorteilhaft eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren, wenn der Lagerdeckel 2 aus einem Gussmaterial, insbesondere Grauguss und der Lagerstuhl 3 aus einem Leichtmetall, insbesondere übereutektisches Aluminium besteht.
2 zeigt eine Aufsicht auf eine Hälfte eines erfindungsgemäßen Lagerstuhls 3, der Bestandteil eines Kurbelgehäuses ist. In die Trennfläche 3' sind zwei Oberflächenvertiefungen 5 eingebracht, die in anderen Ausführungsbeispielen auch oder nur eine einzige oder eine Vielzahl von Oberflächenvertiefungen 5 sein können. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Oberflächenvertiefungen 5 über die ganze Breite des Lagerstuhls 3.
3a zeigt eine Aufsicht auf eine Hälfte für ein erstes Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Lagerdeckels 2. In die Trennfläche 2' des Lagerdeckels 2 sind wiederum zwei Oberflächenvertiefungen 5 eingebracht, die sich wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 über die gesamte Breite des Lagerdeckels erstrecken. Diese Oberflächenvertiefungen 5 können zu den Oberflächenvertiefungen 5 im Lagerstuhl 3 korrespondieren oder auch dagegen versetzt sein. Auch die Anzahl von Oberflächenvertiefungen 5 im Lagerdeckel 2 und Lagerstuhl 3 können variieren.
3b zeigt eine Aufsicht auf eine Hälfte für ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Lagerdeckel 2, der in seiner Trennfläche 2' eine koaxial zu der Schraubenbohrung 8 angeordnete Oberflächenvertiefung 5 aufweist, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können auch mehrere koaxiale Oberflächenvertiefungen 5 vorgesehen sein, auch um die zweite Schraubenbohrung 8. Auch ist es möglich, dass sich die Oberflächenvertiefungen um die Schraubenbohrungen 8 überkreuzen.
3c zeigt eine Aufsicht auf eine Hälfte für ein drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Lagerdeckel 2, bei dem in die Trennfläche 2' ebenfalls wie in den 2 und 3a zwei Oberflächenvertiefungen 5 eingebracht sind, die sich jedoch nicht über die gesamte Breite der Trennfläche 2' des Lagerdeckels 2 erstrecken.
3d zeigt eine Aufsicht auf eine Hälfte für ein viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Lagerdeckel 2, der auf seiner Trennfläche 2' vier um die Schraubenbohrung 8 verteilte Oberflächenvertiefungen 5 aufweist. In anderen Ausführungsbeispielen können auch mehr oder weniger Oberflächenvertiefungen 5 vorgesehen werden, die sich auch um die zweite Schraubenbohrung 8 erstrecken können.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäß geteilte Radiallager für ein Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine ist die Nutzung hausinterner bestehender Fertigungseinrichtungen möglich. Weiter ist es in vorteilhafter Weise eine minimalinvasive Optimierung bestehender Verschraubungskonzepte (beispielsweise Gerad- und Schrägverschraubung). Das Restrisiko der Mikroquer(Relativ)-Bewegung zwischen Lagerdeckel 2 und Lagerstuhl 3 wird direkt auf der Verschraubungsfläche oder den Trennflächen 2', 3' durch Klebe- und Verzahnungseffekte minimiert. Hierbei entfallen durch den Formschluss des hochfesten Klebstoffs aufwendige Toleranzanforderungen. Der Reibschluss (Flächenklebung) in Verbindung mit einem durch den Kleber gebildetem Formschluss (Verzahnung des Klebers in beidseitig ausgeführten Oberflächenvertiefungen) ersetzt somit in vorteilhafter Weise toleranzaufwendige Bauteilpaarungen.
Als Kleber können beispielsweise bekannte Zwei-Komponenten-Kleber eingesetzt werden oder beispielsweise die bekannten, im Handel befindlichen Kleber der Firma Loctite mit dem Handelsnamen Loctite 603 oder der Firma omniTECHNIK Mikroverkapselungs mit dem Handelsnamen Precote 85.
Bezugszeichenliste

1: Radiallager
2: Lagerdeckel
2': Trennfläche Lagerdeckel
3: Lagerfuss
3': Trennfläche Lagerfuss
4: Schraube
5: Oberflächenvertiefung
6: Rissbildung
7: Lagerschale
8: Schraubenbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007037461 A1 [0002]
DE 10001780 A1 [0004]
DE 19819080 A1 [0004]
DE 19819081 A1 [0004]
DE 4413255 A1 [0006]
DE 19853307 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Montage eines geteilten Radiallagers (1) für eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Lagerdeckel (2) und einem Lagerfuss (3), deren Trennflächen (2', 3') mittels zumindest einer Schraube (4) gegeneinander verspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass • in zumindest eine Trennfläche (2', 3') eine Oberflächenvertiefung (5) eingebracht wird und anschließend • ein Kleber auf zumindest eine Trennfläche (2', 3') aufgebracht wird und anschließend • der Lagerdeckel (2) und der Lagerfuss (3) mittels der zumindest einen Schraube (4) gegeneinander verspannt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • die Oberflächenvertiefung (5) als zumindest eine geradlinige Rille weitgehend in Richtung einer Kurbelwellenachse und/oder quer zu einer Kurbelwellenachse und/oder weitgehend kreisförmig, konzentrisch zur Schraubenbohrung (4) in die Trennfläche (2', 3') eingebracht wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass • die Oberflächenvertiefung (5) durch Strehlen in die Trennfläche (2', 3') eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass • der Kleber zumindest im Bereich der Oberflächenvertiefung (5) auf die Trennfläche (2', 3') aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass • zumindest die Oberflächenvertiefung (5) vollständig mit Kleber ausgefüllt wird.
Geteiltes Radiallager hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenvertiefung (5) eine Breite zwischen 0,1 mm und 1,0 mm und eine Tiefe zwischen 0,1 mm und 1,0 mm aufweist.
Geteiltes Radiallager hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenvertiefung (5) einen dreieckigen oder rechteckigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
Geteiltes Radiallager hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerdeckel (2) aus einem Gussmaterial ist und der Lagerfuss (3) aus einem Leichtmetall ist.