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Patent Searching and Data


Title:
SHAFT OR AXLE BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1994/004836
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to increase the service life of a bearing for a shaft (1) or axle (1a) whose main radial load lies in a stationary angular area with respect to the bore (2) of the bearing which receives the shaft (1) or the axle (1a), whereas a running layer (5) made of a sliding bearing material cooperates in the area of the bearing spot with a harder complementary running surface, the shaft (1) or axle (1a) has a running layer (5) made of a softer bearing material than the complementary running surface of the bore (2) of the bearing.

Inventors:
AUFISCHER RAINER W (AT)
EDERER ULF G (AT)
EITZINGER GUENTER (AT)
GAERTNER WALTER (AT)
Application Number:
PCT/AT1993/000133
Publication Date:
March 03, 1994
Filing Date:
August 24, 1993
Export Citation:
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Assignee:
MIBA GLEITLAGER AG (AT)
AUFISCHER RAINER W (AT)
EDERER ULF G (AT)
EITZINGER GUENTER (AT)
GAERTNER WALTER (AT)
International Classes:
F16C3/02; F16C9/02; F16C9/04; F16C33/06; (IPC1-7): F16C9/02; F16C9/04
Foreign References:
DE2245039A11974-04-04
DE865686C1953-02-05
DE3425969A11986-01-16
DE3341809A11985-05-30
AT80053B1920-02-25
Other References:
See also references of EP 0656102A1
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Claims:
1. P>P a t e n t a n s p r ü c h e 1 Lagerung für eine Welle (1) oder Achse (1a), deren radiale Hauptlast in einem bezüglich einer die Welle (1) oder Achse (1a) aufnehmenden Lagerboh¬ rung (2) ortsfesten Winkelbereich liegt, wobei im Bereich der Lagerstelle eine Laufschicht (5) aus einem Gleitlagerwerkstoff mit einer härteren Gegenlauf- fläche zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) oder Achse (1a) die Laufschicht (5) aus einem gegenüber der Gegenlauffläche der Lager¬ bohrung (2) weicheren Lagerwerkstoff aufweist.
2. Lagerung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (1a) als in Lageraugen (2a) gehaltene Anlenkachse für einen begrenzt ver¬ schwenkbaren Konstruktionsteil (6) ausgebildet ist, der von der Anlenkachse (1a) in wenigstens einer Lagerbohrung (2) durchsetzt wird, und daß die in den Lageraugen (2a) und in der Lagerbohrung (2) frei drehbare Anlenkachse (1 a) im Bereich der Lagerbohrung (2) und/oder der Lageraugen (2a) den weicheren Lagerwerkstoff aufweist.
3. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenlaufflächen der Lagerbohrung (2) bzw. der Lageraugen (2a) durch den Grundwerkstoff der Lagerstellen gebildet sind.
4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschicht (5) der Welle (1 ) oder Achse (1 a) aus einem physikalisch im Vakuum aufgebrachten Grundwerkstoff mit fein verteilten Einlagerungen besteht, deren Härte geringer als die des Grundwerkstoffes der Laufschicht (5) ist.
Description:
Lagerung für eine Welle oder Achse

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerung für eine Welle oder Achse, deren radiale Hauptlast in einem bezüglich einer die Welle oder Achse aufnehmenden Lagerbohrung ortsfesten Winkelbereich liegt, wobei im Bereich der Lagerstelle eine Laufschicht aus einem Gleitlagerwerkstoff mit einer härteren Gegenlauf- fläche zusammenwirkt.

Bei umlaufenden Wellen, deren radiale Hauptlast in bezug auf die Lagerboh¬ rungen in einem ortsfesten Winkelbereich liegt, werden die Lagerbohrungen aufgrund der vorgegebenen Hauptlastrichtung einseitig belastet. Diese ein- seitige Belastung in einem beschränkten Umfangsbereich bedingt einen erhöh¬ ten Verschleiß der die Lagerbohrung bildenden Laufschicht aus einem gegen¬ über der Gegenlauffläche der Welle weicheren Lagerwerkstoff, was die Stand¬ zeit einer solchen Lagerung herabsetzt, zumal dann, wenn im Bereich der Hauptbelastung der Laufschicht mit höheren Temperaturbelastungen beispiels- weise zufolge einer mangelhaften hydrodynamischen Schmierung gerechnet werden muß, wie dies bei einer Lagerung von Nockenwellen für Verbren¬ nungskraftmaschinen der Fall ist.

Ähnliche Schwierigkeiten treten bei der Anlenkung eines begrenzt verschwenk- baren Konstruktionsteiles. beisDielsweise bei der Lagerung einer Pleuelstange auf dem im Kolben gehaltenen Kolbenbolzen, auf. Die begrenzte Verschwenk- barkeit solcher Konstruktionsteile bedingt aufgrund der vorgegebenen Haupt-

lastrichtung eine einseitige, im wesentlichen auf den Schwenkwinkelbereich begrenzte Belastung der Lagerbohrung, so daß wiederum mit einem einseitigen erhöhten Verschleiß zu rechnen ist, der die Standzeit solcher Anlenkungen entsprechend herabsetzt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung für eine Welle oder Achse der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so zu verbessern, daß die Stanozeit erheblich verlängert werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Welle oder Achse die Laufschicht aus einem gegenüber der Gegenlauffläche der Lagerbohrung wei¬ cheren Lagerwerkstoff aufweist.

Da die Laufschicht aus dem weicheren Lagerwerkstoff nicht der Lagerbohrung, sondern der umlaufenden Welle zugeordnet wird, ist diese Laufschicht über den Umfang der Welle einem gleichmäßigen Verschleiß ausgesetzt, was die Lebensdauer dieser Laufschicht erheblich vergrößert. Die sich gegenüber der Hauptlastrichtung drehende Welle bringt außerdem eine niedrigere Tempera¬ turbelastung der Laufschicht mit sich, weil sich ja der der Hauptlast ausgesetz- te Umfangsbereich der Welle ständig verlagert und daher Wärme außerhalb des Hauptlastbereiches periodisch abgeführt werden kann. Die auf einen Umfangsbereich beschränkte Belastung der Lagerbohrung wird durch den härteren Werkstoff dieser Gegenlauffläche berücksichtigt, die wegen des Zusammenwirkens mit der weicheren Laufschicht der Welle kaum einem Verschleiß unterliegt, so daß sich für die Welle insgesamt wesentlich gün¬ stigere Lagerungsverhältnisse ergeben, wenn die Hauptlast in einem vorgege¬ benen Winkelbereich angreift.

Bei der Verwendung einer Achse als in Lageraugen gehaltene Anlenkachse für einen begrenzt verschwenkbaren Konstruktionsteil, der von der Anlenkachse in wenigstens einer Lagerbohrung αurchsetzt wird, wird ein vergleichbarer Vorteil erreicht, wenn die in den Lageraugen und in der Lagerbohrung frei drehbare

Anlenkachse im Bereich der Lagerbohrung und/oder der Lageraugen den weicheren Lagerwerkstoff aufweist. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, dreht sich die Anlenkachse aufgrund ihrer frei drehbaren Halterung in den Lager¬ augen und in der Lagerbohrung über den Bereich des Schwenkwinkels des Konstruktionsteiles hinaus, so daß die Anlenkachse trotz der vorgegebenen radialen Lastrichtung während ihrer Drehung über ihren gesamten Umfang mit der Hauptlast beaufschlagt wird. Dieser Sachverhalt bedingt einen gleichmäßi¬ gen Verschleiß der Laufschicht der Anlenkachse, so daß die Lebensdauer der Anlenkung erheblich gesteigert werden kann. Die Wirkung der nicht der Lager- bohrung, sondern der Anlenkachse zugeordneten weicheren Laufschicht tritt sowohl im Bereich der die Anlenkachse aufnehmenden Lagerbohrung des Konstruktionsteiles als auch im Bereich der die Anlenkachse aufnehmenden Lageraugen auf. Wegen der im Bereich der Lagerbohrung des Konstruktions¬ teiles im allgemeinen höheren Belastung ist der Einfluß der erfindungsgemä- ßen Maßnahmen auf die Lebensdauer der Anlenkung jedoch im Bereich dieser Lagerstelle größer, so daß die Lagerung der Anlenkachse in den sie haltenden Lageraugen unter Umständen in herkömmlicher Weise erfolgen kann.

Der härtere Werkstoff der Gegenlauffläche bringt in weiterer Ausbildung der Erfindung die Möglichkeit mit sich, auf das Vorsehen von Lagerbüchsen oder Gleitlagerschalen zur Aufnahme der Welle oder Achse zu verzichten, so daß die Gegenlauffläche der Lagerbohrung durch den Grundwerkstoff der Lager¬ stelle gebildet wird. Dadurch kann die Bohrung im Grundwerkstoff der Lager, die sonst eine Lagerbuchse oder Lagerschale aufnehmen, auf den Durch- messer der Lagerbohrung verringert werden, was entweder eine Erhöhung der Festigkeitswerte oder bei gleicher Festigkeit eine Verringerung der Masse mit sich bringt.

Die Laufschicht der Welle oder Achse kann aus den bekannten, auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmten Lagerwerkstoffen bestehen. Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich allerdings, wenn die Laufschicht der

Achse oder Welle aus einem physikalisch im Vakuum aufgebrachten Grund-

werkstoff mit fein verteilten Einlagerungen gebildet wird, deren Härte geringer als die des Grundwerkstoffes der Laufschicht ist. Mit einer solchen Laufschicht, wie sie für hoch belastbare Gleitlager bekannt ist (AT-B-389 356), können besonders vorteilhafte Gleitbedingungen geschaffen werden, insbesondere wenn der Grundwerkstoff der Laufschicht in Stengelform mit einer zur Lauf¬ fläche senkrechten Vorzugsrichtung kristallisiert ist. Durch die stengeiförmigen, senkrecht auf die Lauffläche ausgerichteten Kristallite wird die Abriebfestigkeit und die Druckfestigkeit der Laufschicht erhöht, ohne deren Härte zu beein¬ flussen, die durch die weicheren Einlagerungen und die kristalliten Größen des Grundwerkstoffes der Laufschicht mitbestimmt wird.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Lagerung für eine umlaufende Welle in einem schematischen Axialschnitt,

Fig. 2 diese Lagerung im Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Anlenkvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lagerung in einem schematischen Axialschnitt und Fig. 4 die Anlenkvorrichtung im Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.

Gemäß den Fig. 1 und 2 wird eine umlaufende Welle 1 , beispielsweise eine Nockenwelle, in Lagerbohrungen 2 von Lagern 3 gehalten. Aufgrund einer radialen Hauptlast, die in bezug auf die Lager 3 in einem ortsfesten Winkelbe¬ reich auf die Welle 1 wirkt, wie dies in der Fig. 1 durch den Pfeil 4 angedeutet ist, werden die Lagerbohrungen 2 lediglich in einem der Hauptlast diametral gegenüberliegenden Umfangsbereich belastet, was durch das aus Übersicht¬ lichkeitsgründen stark übertriebene Lagerspiel in der Zeichnung veranschaulicht wird. Diese einseitige Belastung der Lagerbohrungen 2 würde insbesondere bei einer unvollständigen Schmierfilmausbildung zu einem hohen Verschleiß von die Lagerbohrungen 2 auskleidenden Laufschichten führen. Um einen solchen einseitigen Verschleiß der Laufschichten zu vermeiden, ohne die Gleitbedin¬ gungen nachteilig zu beeinflussen, wird die Laufschicht 5 aus einem weicheren

Lagerwerkstoff nicht den Lagerbohrungen 2, sondern der Welle 1 zugeordnet. Die Drehung der Welle 1 innerhalb der Lagerbohrungen 2 bringt trotz der vor¬ gegebenen Hauptlastrichtung eine gleichmäßige Abnützung der Laufschicht 5 über den vollen Wellenumfang mit sich, was die Standzeit solcher Lagerungen erheblich vergrößert. Der Verschleiß der durch die Lagerbohrungen 2 gebilde¬ ten Gegenlaufflächen bleibt ja aufgrund des härteren Werkstoffs und des Zusammenwirkens dieses härteren Werkstoffes mit dem weicheren Gleitla¬ gerwerkstoff der Laufschicht 5 gering. Die Anordnung der Laufschicht 5 auf der Welle 1 bringt darüber hinaus Vorteile hinsichtlich der Wärmebelastung dieser Laufschicht mit sich, weil wegen der Wellendrehung die Laufschicht außerhalb der Belastungszone abkühlen kann, was der Lebensdauer des Gleitlagerwerk¬ stoffes dieser Laufschicht 5 zugute kommt.

Ein weiterer Vorteil der mit einer Laufschicht 5 versehenen Welle 1 besteht darin, daß die Lager 3 ohne die sonst üblichen Lagerbuchsen oder Lager- schalen ausgeführt werden können, weil die Lagerbohrungen 2 durch einfache Bohrungen im Grundwerkstoff der Lager 3 gebildet werden. Mit dem Fortfall von Lagerbuchsen oder Gleitschalen werden nicht nur die mit dem Einpressen dieser Buchsen bzw. dem Einbau der Schalen verbundenen Schwierigkeiten vermieden, sondern zusätzlich günstigere Konstruktionsverhältnisse geschaf¬ fen. Die Bohrungen im Grundwerkstoff der Lager 3 können ja um die Dicke der Buchsen bzw. Schalen auf den eigentlichen Durchmesser der Lagerbohrungen 2 verringert werden, was entweder eine höhere Festigkeit ergibt oder bei gleicher Festigkeit eine Massenverringerung erlaubt.

Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 wird ein begrenzt verschwenk¬ barer Konstruktionsteil 6, beispielsweise die Pleuelstange einer Brennkraft¬ maschine, auf einer in zwei Lageraugen 2a drehbar gehaltenen Anlenkachse 1 a gelagert, die im Falle der Brennkraftmaschine durch den im Kolben gehalte- nen Kolbenbolzen gebildet wird. Bei einer Kraftübertragung vom Kolben auf die Pleuelstange in Längsrichtung der Pleuelstange ergibt sich eine einseitige Belastung der Lagerbohrung 2 der Pleuelstange und der Lageraugen 2a der

Anlenklager 3. Das durch die Lagerbohrung 2 gebildete Pleuelauge wird folglich in einem durch den begrenzten Schwenkwinkel der Pleuelstange bestimmten Umfangsbereich belastet, während es im übrigen Umfangsbereich weitgehend unbelastet bleibt. Ähnliche Verhältnisse treten im Bereich der Lageraugen 2a zur Halterung der Anlenkachse 1a auf. Um trotz der einseitigen Belastungen der die Anlenkachse 1 a aufnehmenden Lagerstellen einen gleich¬ mäßigen Verschleiß der eingesetzten Laufschicht 5 aus einem entsprechend weichen Gleitlagerwerkstoff zu ermöglichen, wird diese Laufschicht 5 wiederum der Anlenkachse 1 a zugeordnet, die sowohl in der Lagerbohrung 2 als auch in den Lageraugen 2a der Anlenklager 3 frei drehbar gehalten ist und sich auf¬ grund der auftretenden Belastungen über den Schwenkbereich des Konstruk¬ tionsteils 6 hinaus um ihre Achse dreht. Die Drehung der Anlenkachse 1 a gegenüber der Hauptlast bedingt eine gleichmäßige Abnützung der Laufschicht

5 über den gesamten Achsumfang, was die Standzeit einer solchen Anlenkung erheblich vergrößert. Die auf einen bestimmten Umfangsbereich beschränkte

Belastung der Anlenklager 1 a bzw. der Lagerbohrung 2 des Konstruktionsteiles

6 wird durch den härteren Werkstoff dieser Gegenlaufflächen berücksichtigt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungs- beispiele beschränkt. So könnte die Laufschicht 5 der Welle 1 bzw. der Achse 1 a jeweils auf den axialen Bereich der einzelnen Lagerstellen beschränkt sein. Außerdem wäre es möglich, die Lagerbohrung 2 bzw. die Lageraugen 2a trotz der geschilderten Vorteile mit Lagerbuchsen bzw. Lagerschalen zu versehen, die dann allerdings keine Laufschicht aus einem Gleitlagerwerkstoff aufweisen dürfen, sondern im Vergleich mit der Laufschicht 5 der Welle 1 bzw. der Achse 1 a eine entsprechend härtere Gegenlauffläche bilden müssen.