• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Gegenstand der Erfindung ist eine Lagerbohrung zur Lagerung asymmetrisch belasteter Wellen oder Achsen. Lagerstellen von Wellen und Achsen in Gehäusen werden in den allermeisten Fällen auf ihrem Umfang mit asymmetrischen und richtungsorientierten Belastungen beaufschlagt, dadurch kommt es, hinsichtlich der Bauteilfestigkeit, in einzelnen räumlich abgrenzbaren Bereichen zu sehr hohen Beanspruchungen, die für die Festigkeit des gesamten Bauteils bestimmend sein können. Um diese besonders hoch beanspruchten Bauteilbereiche durch gezielte Maßnahmen zu entlasten wird vorgeschlagen, durch das Einbringen von zusätzlichen Vertiefungen bzw. Kerben in den hinsichtlich der Belastung unkritischen Bereichen der Lagerbohrung eine Umlenkung der Kraftlinien und damit eine Vergleichmäßigung der Beanspruchung zu erreichen.
    公开号:DE102004006660A1
    申请号:DE200410006660
    申请日:2004-02-11
    公开日:2005-08-25
    发明作者:Wolfgang Burkhardt
    申请人:MAN Truck and Bus SE；
    IPC主号:F16C9-02
    专利说明:
    [0001] Gegenstandder Erfindung ist eine Lagerbohrung zur Lagerung asymmetrisch belasteterWellen oder Achsen.
    [0002] Lagerstellenvon Wellen und Achsen in Gehäusenwerden in den allermeisten Fällenauf ihrem Umfang mit asymmetrischen und richtungsorientierten Belastungenbeaufschlagt. Ein typisches Beispiel solcher Verhältnisseliegt z.B. bei der Lagerung von Pleuel von Hubkolbenmotoren aufder Kurbelwelle bzw. der Kurbelwelle im Gehäuse eines Hubkolbenmotors vor.Derartige Lagerstellen weisen darüber hinaus durch ihren radialgeteilten Aufbau, sowie durch Verschneidungskanten mit Bohrungen,z.B. zur Ölversorgung,auf ihrem Umfang unterschiedliche Lagerfestigkeit auf.
    [0003] Durchdie vorstehend aufgezeigte Situation der asymmetrischen Belastungund der auf dem Umfang unterschiedlichen Lagerfestigkeit kommt es, hinsichtlichder Bauteilfestigkeit, in einzelnen räumlich abgrenzbaren Bereichenzu sehr hohen Beanspruchungen, die für die Festigkeit des gesamten Bauteils,z.B. des Pleuels oder des Kurbelgehäuses, bestimmend sein können.
    [0004] Ausgehendvon den vorstehend aufgezeigten Gegebenheiten ist es Aufgabe derErfindung, die hinsichtlich der Bauteilfestigkeit besonders hochbeanspruchten Bauteilbereiche durch gezielte Maßnahmen zu entlasten und damitdie Festigkeit des gesamten Bauteils zu erhöhen.
    [0005] Gelöst wirddie Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungensind in den Unteransprüchengekennzeichnet.
    [0006] DieErfindung geht von der Überlegungaus, dass durch das Einbringen von zusätzlichen Vertiefungen bzw.Kerben in den hinsichtlich der Belastung unkritischen Bereichender Lagerbohrung eine Umlenkung der Kraftlinien und damit eine Vergleichmäßigung derBeanspruchung erreichbar ist.
    [0007] ZurVeranschaulichung der Erfindung sind nachfolgend einige Beispieleunter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    [0008] 1 eineschematische Darstellung der Lagerbelastung bei einem Kurbelwellenlagereiner Hubkolbenmaschine
    [0009] 2 Darstellungdes Beispiels nach 1 mit am Kurbelwellenlager angeordnetenEntlastungskerben
    [0010] 3 eineerste konstruktive Ausgestaltung eines Kurbelwellenlagers
    [0011] 4 einezweite konstruktive Ausgestaltung eines Kurbelwellenlagers
    [0012] 5 einedritte konstruktive Ausgestaltung eines Kurbelwellenlagers
    [0013] 6 eineGleitlageranordnung mit Lagerschale und Entlastungskerben in derLagerbohrung
    [0014] 7 eineWälzlageranordnungmit Entlastungskerben in der Lagerbohrung
    [0015] 8 eineGleitlageranordnung ohne Lagerschale mit ausgefüllten Entlastungskerben inder Lagerbohrung
    [0016] BeiHubkolbenmotoren treten, wie bereits erwähnt, z.B. in den Kurbelwellenlagernstarke asymmetrische Belastungen auf. In 1 ist einAusschnitt eines Kurbelgehäuses 1 einesHubkolbenmotors mit V-förmigerZylinderanordnung dargestellt. Der Ausschnitt zeigt dabei ein Kurbelwellenlager,das in bekannter Weise aus dem Kurbelgehäuse 1 und dem Lagerdeckel 2 gebildetist. Im Kurbelwellenlager ist eine Kurbelwelle 4 gelagert,auf die die Gaskraft F eines Zylinders 3 wirkt. Das Maximumder Gaskraft F wirkt dabei entlang der Mittelachse des Zylinders 3 underzeugt hinsichtlich des Kurbelwellenlagers zwei Beanspruchungsmaximas 6a, 6b dieauf einer Linie liegen, die senkrecht zur Mittelachse des Zylinders 3 verläuft unddie Rotationsachse der Kurbelwelle 4 schneidet. Weiterestarke Belastungen ergeben sich dort, wo Kerbwirkungen entstehen,dies ist im gezeigten Beispiel durch die radial auf die Lagerbohrung auftreffende Ölversorgungsbohrung 5 derFall. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass die beschriebenenBelastungszuständeunabhängigvon der vorliegenden Lagerkonstruktion entstehen, gleichgültig, ob,wie im Beispiel gezeigt, ein gebautes Lager mit Lagerdeckel vorliegt,ein Lager an der Trennlinie eines geteilten Gehäuses oder eine in einem Gehäuse angeordneteLagerbohrung, an der Belastung des Lagers durch die wirkende asymmetrischeKraft ändertdies nichts. Die durch diese asymmetrische Belastung bedingten Schwachstellentreten im Grundgehäuse,in den Gehäuseteilenoder im Lagerdeckel gleichermaßenauf.
    [0017] Derdurch die Belastungsmaximas auftretenden Bruchgefahr wird nun erfindungsgemäß dadurch begegnet,dass, wie in 2 gezeigt, benachbart zu den Stellen,an denen die Belastungsmaximas auftreten, Entlastungskerben 7a bis 7h angebrachtsind. Durch die Entlastungskerben 7a bis 7h wirdeine sanfte Umlenkung der Kraftlinien bewirkt die zu einer gleichmäßigerenVerteilung der auftretenden Belastung und damit zu abgeflachtenBelastungsmaximas 6a', 6b' führt. Ort,Anzahl, Abstand, Tiefe und Form der Entlastungskerben 7 hängen vonsehr vielen Einflussgrößen ab undsich daher theoretisch nur näherungsweisebestimmbar, die exakten Festlegungen sind empirisch zu treffen.Dabei ist zu beachten, dass, zur Verminderung der an den hochbelasteten Bauteilbereichenvorliegenden Bruchneigung, Entlastungskerben in den benachbartenniedrig belasteten Bauteilbereiche anzuordnen sind. Es ist weiterhin zuberücksichtigen,dass durch die Kerbgeometrie selbst eine belastungserhöhende Kerbwirkungin das Bauteil eingetragen wird, dies kann durch die geeignete Wahlder Kerbgeometrie, also dem Ort, der Anzahl, dem Abstand, der Tiefeund der Form der Entlastungskerben 7 so erfolgen, dasssich im Resultat eine Erhöhungder Bruchfestigkeit des gesamten Bauteils einstellt. In Zusammenhangmit der Kerbgeometrie gilt weiterhin, dass Kerben mit einem großen Kerbradiusdurch mehrere Kerben mit kleinem Kerbradius darstellbar sind.
    [0018] Dievorgeschlagenen Entlastungskerben stellen zwangsläufig eineUnterbrechung der Lagerbohrung dar, dies ist so lange unproblematisch,wie zusätzlicheLagerelemente, also Gleitlagerbuchsen oder Wälzlager zum Einsatz kommen.
    [0019] 6 zeigteine Anordnung ähnlichder in 2 gezeigten, bei der in der Lagerbohrung eine auszwei Teilen bestehende Gleitlagerschale 10 angeordnet ist.Die in der Gleitlagerschale 10 laufende Kurbelwelle 4 kommtmit den Entlastungskerben 9a bis 9d nicht in Berührung unddie im Bereich der Entlastungskerben 9a bis 9d auftretendeFlächenpressungist aus den nachfolgend in Verbindung mit 8 erläutertenGründenrelativ gering, so dass eine Verformung der Gleitlagerschale 10 indiesen Bereichen nicht zu befürchtenist.
    [0020] Ganz ähnlich verhält es sich,wenn an Stelle der Gleitlagerschale ein Wälzlager 11 zum Einsatz kommt,wie dies in 7 dargestellt ist. In diesem Fallwäre aucheine höhereFlächenpressungim Bereich der Entlastungsnuten 9a bis 9d unschädlich, weildie vergleichsweise hohe Festigkeit eines Wälzlagers einer Verformung durchdie Entlastungskerben 9a bis 9d wiedersteht.
    [0021] Sollhingegen die Lagerung selbst als Gleitlager dienen, sind, wie in 8 gezeigt,zusätzliche Maßnahmenerforderlich. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, dass die Bereichemit erhöhterFlächenpressungnicht mit den Bereichen zusammenfallen, an denen die Entlastungskerbenanzuordnen sind. Die Bereiche erhöhter Flächenpressung entstehen entlangder Wirkungslinie der wirkenden Kräfte, im Beispiel nach 2 derGaskraft F, währenddie Belastungsmaximas dazu senkrecht liegen und zu diesen benachbartdie Entlastungskerben 9a bis 9d angeordnet sind.Durch diese Konstellation ergibt sich die Möglichkeit, die Entlastungskerben 9a bis 9d mitMaterial aufzufüllen,das einen Einsatz als Gleitlager erlaubt und die Kerbwirkung derEntlastungskerben 9a bis 9d nicht wesentlich beeinflusst,so dass die Kurbelwelle 4 ungehindert in der als Gleitlagerwirkenden Lagerbohrung laufen kann. In der Wahl des geeigneten Füllmaterialsist der Anwender unter Berücksichtigungder zu erfüllendenBedingungen, z.B. mechanische Festigkeit, Korrosionsfestigkeit,thermische Beanspruchung usw. weitgehend frei, es kann sich gleichermaßen um Metalle,Kunststoffe, Keramikwerkstoffe oder Verbundstoffe handeln. Zur Erzeugungeiner fürLagerzwecke geeigneten Oberflächekann eine Nachbearbeitung der aufgefüllten Bereiche notwendig sein.
    [0022] Einekonstruktive Ausgestaltung eines Lagerstuhls, wie er bei Hubkolbenmotorenzur Lagerung der Kurbelwelle zur Anwendung kommt, ist in 3 dargestellt.Dort ist ein Teil einer Schottwand des Kurbelgehäuses 1 gezeigt, dieden einen Teil der Lagerbohrung 12 beinhaltet. In die Wandder Lagerbohrung 12 sind, sich radial nach Außen erstreckend, Entlastungskerben 8a bis 8f eingear beitet.Die Entlastungskerben 8a bis 8f verlaufen dabeiparallel zur Achse der Lagerbohrung 9 und erstrecken sich über diegesamte Breite des Lagers. Die jeweils dicht nebeneinander liegendenEntlastungskerben 8b, 8c bzw. die Entlastungskerben 8d, 8e habendie Wirkung einer einzelnen Kerbe mit großem Kerbradius, wie dies bereitsweiter oben ausgeführtist.
    [0023] Tretendie an der Lagerbohrung wirkenden Kräfte nicht über die gesamte Breite desLagers gleichmäßig auf,wie dies bei der konstruktiven Ausgestaltung nach 3 unterstelltist, wird eine Ausführungder Lagerbohrung erforderlich, wie sie in 4 dargestelltist. Dort ist ebenfalls ein Teil einer Schottwand eines Kurbelgehäuses 1 gezeigt,die eine Lagerbohrung 9 beinhaltet. Es ist dabei angenommen,dass die Belastungsmaximas an den Außenkanten der Lagerbohrung 9 anden Punkten 9a, 9b auftreten. In diesen Fällen istes sinnvoll, die Entlastungskerben 8a' bis 8f' nicht über die gesamte Breite derLagerbohrung 9 verlaufen zu lassen, sondern nur über einenTeil der Breite. Auch hier bilden die jeweils benachbarten Entlastungskerben 8b', 8c' bzw. die Entlastungskerben 8d', 8e' eine einzelne Entlastungskerbemit größerem Kerbradiusab, weil eine einzelne Kerbe mit großem Kerbradius in vielen Anwendungsfällen auskonstruktiven Gründenunpraktisch ist.
    [0024] Beieiner Belastungssituation, wie sie dem Beispiel nach 4 zugrundeliegt, ließesich auch eine Ausführungder Entlastungskerben denken, wie sie in der Anordnung nach 5 gezeigtist. In dem dort dargestellten Teil einer Schottwand eines Kurbelgehäuses 1 sinddie Entlastungskerben 8a'' bis 8d'' bereits bei der Fertigung desKurbelgehäuses 1, dieauf gießtechnischemWeg erfolgt, mit ausgebildet. Die durch die Gussform erzeugten Entlastungskerben 8a'' bis 8d'' stellenkeine besonderen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit, sodaß eine Nachbearbeitungder Entlastungskerben selbst in den meisten Fällen nicht notwendig ist.
    [0025] Dievorstehend in Verbindung mit einem Kurbelwellenlager beschriebeneAnbringung von Entlastungskerben ist selbstverständlich nicht auf diesen Anwendungsfallbeschränkt,die erfindungsgemäßen Entlastungskerbenlassen sich zur Steigerung der Bauteilfestigkeit überall dorteinsetzen, wo Kräfte asymmetrischauf Lageranordnungen einwirken und daraus eine erhöhte Bruchneigungim Bereich der Lagerbohrung resultiert. Insbesondere alle Lagerin Kurbeltrieben fallen unter diese Kategorie der asymmetrisch belastetenLager, aber natürlichauch Lagerbohrungen zur Aufnahme von asymmetrisch belasteten Achsen,wie sie bereits eingangs erwähnt sind.Dem Fachmann ist es unter Zuhilfenahme allgemeiner Konstruktionsprinzipienmöglich,die erfindungsgemäßen Entlastungskerbenbei allen derartigen Lageranordnungen zur Reduzierung der Bruchneigungeinzusetzen.
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Lagerbohrung zur Lagerung asymmetrisch belasteterWellen und Achsen in einem Bauteil, daduch gekennzeichnet,dass sich von der Innenflächeder Lagerbohrung (12) radial nach Außen in das Bauteil erstreckendwenigstens eine zusätzlicheVertiefung (7a bis 7h, 9a bis 9c, 8a bis 8d'') benachbart zu wenigstens einemBereich des Bauteils angeordnet ist, in dem das Bauteil durch dieasymmetrisch belastete Lagerbohrung einer hohen Bruchbelastung ausgesetztist.
    [2] Lagerbohrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die sich radial nach Außenerstreckende wenigstens eine zusätzlicheVertiefung (7a bis 7h, 9a bis 9c, 8a bis 8d'') benachbart zu dem wenigstenseinen Bereich des Bauteils mit hoher Bruchbelastung so angeordnetist, dass sie in einem Bereich des die Lagerbohrung umgebenden Bauteils liegt,der einer möglichstgeringen Bruchbelastung ausgesetzt ist.
    [3] Lagerbohrung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine zusätzlicheVertiefung (7a bis 7h, 9a bis 9c, 8a bis 8d'') über wenigstens einen Teil derBreite der Lagerbohrung 12 erstreckt.
    [4] Lagerbohrung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduchgekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Bereich des Bauteils dereiner hohen Bruchbelastung ausgesetzt ist, wenigstens zwei zusätzlicheVertiefungen (7a bis 7h, 9a bis 9c, 8a bis 8d'') zugeordnet sind, derart, dasssie, in Umfangsrichtung der Lagerbohrung (12) gesehen,symmetrisch zu dem Bereich des Bauteils mit der hohen Bruchbelastungliegen.
    [5] Lagerbohrung nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurchgekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Bereich des Bauteils dereiner hohen Bruchbelastung ausgesetzt ist, wenigstens zwei zusätzliche Vertiefungen(7a bis 7h, 9a bis 9c, 8a bis 8d'') zugeordnet sind, derart, dasssie, in Umfangsrichtung der Lagerbohrung (12) gesehen asymmetrischzu dem Bereich des Bauteils mit der hohen Bruchbelastung liegen.
    [6] Lagerbohrung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass die zusätzlichenVertiefungen (7a bis 7h, 9a bis 9c, 8a bis 8d'') gleiche Tiefe und/oder gleicheBreite und/oder gleiche Längeaufweisen.
    [7] Lagerbohrung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass die zusätzlichenVertiefungen (7a bis 7h, 9a bis 9c, 8a bis 8d'') unterschiedliche Tiefe und/oderunterschiedliche Breite und/oder unterschiedliche Länge aufweisen.
    [8] Lagerbohrung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die wenigstens eine zusätzliche Vertiefung (7a bis 7h, 9a bis 9c, 8a bis 8d'') unregelmäßig geformt ist.
    [9] Lagerbohrung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Bauteil auf gießtechnischem Wege hergestelltist und die wenigstens eine zusätzlicheVertiefung durch die Formgebung der Gussform mit erstellt ist.
    [10] Lagerbohrung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass eine zu lagernde Welle (4) in derLagerbohrung (12) über dieGleitlagerschalen (10) eines zweiteiligen Gleitlagers gelagertist.
    [11] Lagerbohrung nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle 4 in der Lagerbohrung(12) überein Wälzlager(11) gelagert ist.
    [12] Lagerbohrung nach einen der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (4) in der Lagerbohrung(12) direkt gelagert ist und die wenigstens eine zusätzlicheVertiefung (7a bis 7h, 9a bis 9d, 8a bis 8d'') mit einem Füllmaterial ausgefüllt ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-06-28| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-06-09| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: MAN TRUCK & BUS AG, 80995 MUENCHEN, DE |
    2011-06-09| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: MAN TRUCK & BUS AG, DE Free format text: FORMER OWNER: MAN NUTZFAHRZEUGE AG, 80995 MUENCHEN, DE Effective date: 20110406 |
    2016-05-11| R016| Response to examination communication|
    2016-06-09| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2017-06-23| R020| Patent grant now final|
    2019-09-25| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: MAN TRUCK & BUS SE, DE Free format text: FORMER OWNER: MAN TRUCK & BUS AG, 80995 MUENCHEN, DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004006660.4A|DE102004006660B4|2004-02-11|2004-02-11|Lagerbohrung zur Lagerung asymmetrisch belasteter Wellen und Achsen|DE102004006660.4A| DE102004006660B4|2004-02-11|2004-02-11|Lagerbohrung zur Lagerung asymmetrisch belasteter Wellen und Achsen|
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