(57)【要約】【課題】本発明は、簡単な設計、且つより良好な耐摩耗の軸受動作を可能にする、低コストの軸受を提供する。【解決手段】本発明は、軸受シェル２及び回転軸Ｘを伴う軸受ピン１、１１、１２を備えた軸受に関し、軸受ピン１、１１、１２は、軸受シェル２において回転軸Ｘの周りを回転可能に配置される。軸受ピン１、１１、１２は、軸受ピン１、１１、１２が軸受シェル２の方向に作用する外力Ｆの作用によって変形するよう、回転軸Ｘに対して非対称な弱化箇所３を備え、それによって軸受シェル２と軸受ピン１、１１、１２との間の力の有効領域が、軸受ピン１、１１、１２の変形を介して増加可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受シェル（２）と、回転軸（Ｘ）を有する軸受ピン（１、１１、１２）とを備える軸受であって、前記軸受ピン（１、１１、１２）は、前記軸受シェル（２）において前記回転軸（Ｘ）の周りを回転可能に配置され、
前記軸受ピン（１、１１、１２）は、前記軸受ピン（１、１１、１２）が前記軸受シェル（２）の方向に作用する外力（Ｆ）の作用によって変形可能となるように、前記回転軸（Ｘ）に対して非対称な弱化箇所（３）を備え、それによって、前記軸受シェル（２）と前記軸受ピン（１、１１、１２）との間の力の有効領域が、前記軸受ピン（１、１１、１２）の変形を介して増加可能であることを特徴とする、軸受。
【請求項２】
前記軸受ピン（１、１１、１２）は、円筒形の軸受ピン（１、１１、１２）である、請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
前記軸受ピン（１、１１、１２）の前記回転軸（Ｘ）は、前記軸受ピン（１、１１、１２）の対称軸であり、それによって、前記軸受ピン（１、１１、１２）は、前記軸受シェル（２）において前記対称軸の周りを回転対称的に回転可能に配置されている、請求項１又は２に記載の軸受。
【請求項４】
前記軸受ピン（１、１１、１２）は、前記軸受ピン（１、１１、１２）の前記回転軸（Ｘ）と直交して交差する第１のセクションの軸（Ｓ）に対して対称な、非対称な弱化箇所を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項５】
前記軸受ピンは、前記軸受ピンの前記対称軸に直交して交差する第２のセクションの軸に対して対称な、非対称な弱化箇所を備える、請求項３に記載の軸受。
【請求項６】
前記軸受は、力要素、詳細には力ロッド、ピストン・ロッド（２１）、又は推進ロッド（２２）を備え、前記力要素は、前記力（Ｆ）が前記力要素を介して、事前決定可能な方向で前記軸受ピン（１、１１、１２）の上に導入可能なように、詳細には前記軸受ピン（１、１１、１２）に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項７】
前記軸受ピン（１、１１、１２）の前記非対称な弱化箇所（３）は、非対称の凹部、詳細には穿孔である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項８】
前記軸受ピン（１、１１、１２）は、クロスヘッド・ピン（１２）又はクランクピン（１１）である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項９】
前記軸受ピン（１、１１、１２）の前記非対称な弱化箇所（３）は、材料タイプが変化する形態、及び／又は材料密度が変化する形態、及び／又は材料構造が変化する形態で構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項１０】
前記軸受ピン（１、１１、１２）は、前記回転軸（Ｘ）に対して複数の非対称な弱化箇所（３）を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項１１】
前記軸受ピン（１、１１、１２）は、軸受ピン・リング（１０２）及び軸受ピン・コア（１０１）を備える２つの部品の軸受ピン（１、１１、１２）であり、前記軸受ピン・コア（１０１）は、前記軸受ピン・リング（１０２）の中に配置されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項１２】
前記軸受ピン（１、１１、１２）は、大型エンジン（１００）のための軸受ピン（１、１１、１２）として、詳細にはクロスヘッドの大型ディーゼル・エンジンのための軸受ピン（１、１１、１２）として構成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の軸受。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の軸受ピン（１、１１、１２）であって、
前記軸受ピン（１、１１、１２）は、前記軸受ピン（１、１１、１２）が力（Ｆ）によって変形可能なように、非対称な弱化箇所（３）を備えることを特徴とする、軸受ピン（１、１１、１２）。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の軸受を備える、詳細には大型エンジン、特に２ストロークの大型ディーゼル・エンジンのためのクロスヘッド。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の軸受を備える、大型エンジン、詳細には大型ディーゼル・エンジン、特にクロスヘッドの大型ディーゼル・エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項のプリアンブルによる、軸受シェル及び軸受ピンを伴う軸受に関する。さらに本発明は、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の軸受のための、独立請求項１３のプリアンブルによる軸受ピンと、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の軸受を備える、独立請求項１４によるクロスヘッドと、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の軸受を備える、独立請求項１５のプリアンブルによる大型エンジンと、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、多くの異なるタイプの軸受が知られている。モータ及び遠心ポンプにおいて可動部が固定された加工物に滑動するときに、平軸受が使用されることが多い。
【０００３】
燃焼エンジン又は他のデバイスにおける様々な軸受は、回転要素若しくは発振要素を固定する仕事、又はそれらを所与の経路に誘導する仕事を担う。軸受は、互いに対して動く構成要素間で、力を吸収して伝達するために使用される。機械的損失を軽減するため、且つ長い耐用年数を保証するために、軸受は、回転運動、直線（滑動）運動、及び枢動運動の全てを要求される。とりわけ、軸受は、回転軸に垂直に作用する径方向力、及び／又は回転軸方向に作用する軸力を吸収し、これらの力を他の回転要素又は固定要素に伝達する。最近の燃焼エンジンにおいては、とりわけ平軸受並びに転がり軸受が使用される。
【０００４】
平軸受の利点が際立っているので、平軸受は、ほとんど独占的にクランク駆動に（現在まで）使用されている。しかし摩擦損失を軽減するため、荷重条件及び設置条件が許す限り、転がり軸受が使用される。
【０００５】
燃焼エンジンの平軸受を用いて、シャフト及び軸受が耐荷重性の潤滑膜によって互いから離されて、且つ金属接触が大きく防がれる、流体動圧の潤滑条件が目標とされる。流体摩擦は、ほとんど摩耗しないという事実によって、低い摩擦損失及び長い耐用年数を保証する。軸受におけるシャフトの回転運動は、潤滑剤が滑動の相手の表面に付着するため、粘性のある媒体中で流れを生じさせる。軸受面と偏心ピンとの間の楔形の潤滑間隙が、運動の方向で狭くなる場合、潤滑剤の粘り強さによって側方に流れ出るのを防止するため、流体動圧の圧力が潤滑膜に生じる。この圧力は、潤滑膜を限定する表面同士を押し離そうとして、それによって外部の軸受力を平衡に保つ荷重容量（楔圧力）を生成する。
【０００６】
軸受シェルは、ハーフ・シェル又は軸受ブッシュとして構成されてよい。構築態様に依拠して、どちらかのタイプが用いられる。それらは主に、軸受ブロック及びシャフトの設計に依拠する。
【０００７】
従来技術において、薄い壁の軸受シェル（薄い壁の軸受シェル、厚さ／径の比＞０．０５）が知られており、それらは予圧を伴って設置され、ハウジング内のシェルの良好な接触を保証する。これは、動作中の捩れに対する良好な防護も提供する。必要な押圧を保証するために、分散及び突出が用いられる。
【０００８】
考えられる様々な軸受形状は、軸受に作用する力の動的挙動の制御に依拠する。詳細には、滑り軸受の振動挙動は、回転子の質量、質量分布、シャフト及びサスペンションの曲げ剛性、並びに所与の荷重条件下における軸受の減衰特性に、実質的に依拠する。横振動（強制された自励式振動）は、軸受の好適な構成によって防止、又は最適化することができる。軸受形状及び軸受の構成の選択は、最適化の重要な部分である。なぜなら、異なる軸受形状及び軸受の構成も、異なる特性を有するからである。
【０００９】
滑り摩擦を防ぐため、液体又は安定した（グリース状の）潤滑剤が一般に供給される軸受の空隙は、可動機能部及び固定機能部の好適な作製寸法、並びにそれらの共通の調節によって作り出される。この軸受の空隙により、耐荷重性の潤滑楔部は、軸受ピンの十分な円周速度を伴い、利用可能な空間における潤滑剤から形成することができる。潤滑楔部は、軸受が最大限の潤滑を伴って動作するよう、滑動部同士を分離する。このプロセスは、流体動圧の平軸受のための一般的なものである。
【００１０】
動作中、軸受に十分な潤滑剤を供給するために、及び必要に応じて軸受の滑動層を維持するために、潤滑オイルなどの潤滑剤を連続的に供給する潤滑剤供給要素が必要となることが多い。
【００１１】
例えば、小さい連結ロッド・アイ及びピストン・ピン・アイにおいて、カムシャフト、ロッカ・アーム、ドラッグ・レバー、ギア・ホイール、及びオイル・ポンプ・シャフト、並びに水ポンプ・シャフトの軸受のために、薄い壁の多材質ブッシング（合成材料）が多く使用される。このようなブッシングは、突合せ継手を伴う圧延、又は鋼管における遠心鋳造プロセスによって製造することができる。
【００１２】
ピンは構成要素の（しばしば円筒形又は直方体形の）延長部であり、構成要素を別の構成要素に連結する働きをする。ラジアル平軸受において、可動部は軸又はシャフトのピンであることが多く、固定部は一般的に軸受シェルである。
【００１３】
一方では、軸受はシャフトの回転を可能にするものであり、同時に、可能な限り小さい変形で、軸力を周囲の構造に伝える。最近のギアボックスにおいて、軸荷重の許容荷重及び剛性は非常に高く、そのため高い品質且つ最適化された軸受のみが、要件に合致する。同時に、これらの軸受の軸力及び与圧力のため、適切な取り付けは非常に重要である。
【００１４】
最も簡単且つ最も費用効果のある可能性は、軸受ピンである。軸受ピンは、軸受シェルの公称径に比べて大幅に小さい。最良の場合において、軸受シェルの表面積は、許容可能な面荷重を伴う軸受の力を吸収するのに、既に十分である。
【００１５】
機械工学において、ピンは軸の段付き端部であり、ピンは軸受に適応させることができ、回転運動の中心として働く。このようなピンは、未加工の軸を旋削することによって作製されることが多く、それらの寸法の多くは標準化されている。他方ではシャフトの端部において、ピンは軸受に適応されないが、フェザー・キーのようなシャフト・ハブ連結に適応され得る。このために必要な溝は、予め加工されたピンの中に圧延される。溝の延長、幅、及び深さは、関連するピンのように標準化されている。
【００１６】
クランクピンは、軸の中心の外側に位置される。クランクピンは、連結ロッド又は駆動ロッドに適応され、それによってクランクの駆動を保証する。機関車において、結合ロッドは対応する２つのホイール・セットにも連結される。
【００１７】
クロスヘッドを伴うエンジンの場合、クロスヘッドは、クランクシャフト（クランクピン）に垂直方向及び横方向に作用する力を吸収する。それは、ピストンが横方向の力を受けないように保つ。その結果、ピストンはかなり平坦にすることができ（円板ピストン）、ホット・シリンダ及びピストンの走行面には、ほとんどストレスがかからない。プランジャ・ピストン機械の場合、ピストン・シュラウドはクロスヘッドの役割を引き受け、横方向の力をシリンダに伝達する。
【００１８】
クロスヘッドを伴うクランク駆動の運動学は、クロスヘッドを伴わないクランク駆動の運動学と実質的に同じである。
【００１９】
クロスヘッドは、主に往復動内燃エンジン、より詳細には２ストローク大型ディーゼル・エンジン及び往復動スチーム・エンジンに使用される。
【００２０】
例えば電気エネルギーを生成するために、好ましくは造船業又は固定プラントに使用されるクロスヘッド・タイプの大型ディーゼル・エンジンは、３つの大型のハウジング・セグメントを備え、それらがエンジン・フレームを形成する。クランクシャフトの主軸受を伴う軸受サドルの横で、クランクシャフトを受け取るための、横断支持要素を有するベース・プレート上には、所謂スタンドがベース・プレートから離されて配置される。大型ディーゼル・エンジンのシリンダの数に依拠して、このスタンドは互いに対向して配置された、いくつかの支持体を備え、それらの各々は、プッシュ・ロッドによってクランクシャフトに連結された２つの隣接するクロスヘッドを誘導するための、垂直滑動面を有する。各々の場合、２つの対向する垂直滑動面は、中央壁によって追加的に支持される。一般に個々の支持体は、共通のカバー・プレートによって互いに連結される。シリンダ・ジャケットとも呼ばれることが多いシリンダ・セクションは、次にカバー・プレートのスタンドの上に配置される。シリンダ・セクションは、いくつかのシリンダ・ライナを収容するのに好適である。ベース・プレート、スタンド、及びシリンダ・セクションは、タイ・ロッドによって互いに連結される。タイ・ロッドは、かなりの予荷重下でベース・プレートの中又は上にねじ締めすることによって、スタンドの領域における支持体の内側に標準的に延びる。
【００２１】
クロスヘッドは、クランク駆動に使用される機械要素である。クロスヘッドは、並進振動ピストン・ロッドを並進動及び回転動の連結ロッドに結合させ、クロスヘッドは主に大型ピストン機械で見られる。ピストン・ロッドの軸と連結ロッド・ピンの軸とは、同じ面上で交差する。クロスヘッドは別個の平軸受を有し、ピストン・ロッド及びピストンに堅固に連結される。連結ロッドはクロスヘッドの周りに振動し、クランクシャフトに連結される。
【００２２】
連結ロッドは、連結、したがってピストンとクランクシャフトとの間のフォース・クロージャを作り出す。連結ロッドは、ピストンの直線の上下運動を、クランクシャフトの円運動に変換し、そのため張力、圧縮、曲げ、及び座屈を受ける対象となる。
【００２３】
一般的に連結ロッドは、平軸受によってクランクシャフトのクランクピンに支持される。連結ロッドの軸受カバーは、拡大ねじによって連結ロッドの足部に締結される。多くの場合、連結ロッドは、ピストン・ピンに潤滑剤を供給するために、穴をあけられた中空、又は鋳造オイル・チャネルを伴って設計される。
【００２４】
連結ロッドが、確実に軽量且つ高強度を有するようにするため、一般的に以下の材料、すなわちマイクロアロイ鋼、焼結金属、高品質アルミニウム、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）、及びチタニウム（高性能エンジン用）から作られる。大きい一連の連結ロッドは、鍛造、鋳造、又は焼結される。鍛造された連結ロッドは、より低コストで、焼結された連結ロッドよりも良好な強度−重量比を有する。しかし、ダイの作製は比較的高価である。
【００２５】
通常、クランクシャフトの軸受ピンは、軸受ウェブに形成された軸受ハーフ・シェルにおけるクランクケースのシリンダ側の部分に位置付けられる。その後、軸受カバー、又は好ましくは所謂ベッド・プレートと呼ばれる中間カバーに形成された類似のものは、軸受ハーフ・シェルの上にねじ締めされる。クランクケース又はクランクケース・カバーの第２の部分は、シリンダ側の部分に配置されて、そこにねじ締めされて、装着などによって軸受シェルは固定される。
【００２６】
２つの部品の軸受シェルも可能であることにも留意されたい。これらを用いて、半分はクランクシャフトが取り付けられる前にクランクケースに位置付けられて締結され、クランクシャフトが挿入された後に、第２の部分が軸受カバーと共に調整される。
【００２７】
連結ロッドの軸受を介してクランクシャフトに連結される連結ロッドは、通常はピストンにヒンジ式で取り付けられる。クランクシャフトは、２つのクランクシャフト軸受ピン（クランクピン）、及び回転軸から径方向に距離をとって形成されて、上に連結ロッドが配置される、連結ロッドの軸受ピンも有することができる。連結ロッドの軸受ピンは、クランクシャフトの軸受ピンに連結され、各々がフライホイールの質量を有する２つのクランクシャフトのチークの間に標準的に配置される。
【００２８】
従来技術で知られている軸受の不利点は、とりわけ摩擦の問題である。軸受の場合、一般的に目的は、構成要素が耐荷重性の潤滑膜によって離され、且つ金属接触がほとんど防がれた、流体動圧の潤滑条件を実現することである。しかし、軸受シェルの方向に作用する外力が軸受に作用する場合、力の有効領域が、軸受の構成要素間（すなわち軸受シェルと軸受ピンとの間）に作り出される。この力の有効領域は、（軸受シェル及び軸受ピンの外形のため）非常に小さい場合があり、それによって非常に大きい摩擦を伴う非常に高い圧力が、この小さい力の有効領域又は接触領域に影響を及ぼす。加えて、従来技術で知られている軸受の限定された荷重容量は、大きな不利点である。（流体動圧の）軸受に、正確に荷重がかけられる限り、軸受シェルは、混合摩擦を生じさせないオイル膜／潤滑膜によって保護される。この点において、軸受材料（例えばホワイトメタル）は、オイル／潤滑剤によって伝達される圧力を安全に吸収することができる。しかし、荷重が増加すると、オイル圧／潤滑圧は全体的に増加し、軸受材料は最終的にその強度制限に達する。同時に（又は多少早く若しくは多少遅く）、混合摩擦（十分な潤滑剤がないときに、２つの滑動面の間に生じる摩擦）が生じることになり、さらなる大きい損傷をもたらし得る。
【００２９】
摩擦の影響は重大な摩耗をもたらし、とりわけ、デバイス全体（例えばモータなど）に不具合に導き、それによって、軸受を交換するために高価な補修が必要となる。これは、不必要なコストをもたらすだけではなく、当然ながら環境にも大きな負担を課す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
したがって本発明の目的は、従来技術で知られている悪影響を防止することである。詳細には、本発明の目的は、簡単な設計、且つより良好な耐摩耗の軸受動作を可能にする、低コストの軸受を提供することである。したがって、従来技術で知られている軸受に対して、長い耐用年数を追加的に示す軸受が提供されることになる。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
目的は、独立請求項１のプリアンブルによる、軸受シェル及び軸受ピン有する軸受と、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の軸受のための独立請求項１３のプリアンブルに記載の軸受ピンと、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の軸受を備える独立請求項１４のプリアンブルに記載のクロスヘッドと、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の軸受を備える独立請求項１５のプリアンブルに記載の大型ディーゼル・エンジンと、によって達成される。
【００３２】
本発明によると、軸受シェル及び回転軸を伴う軸受ピンを備えた軸受が提案される。軸受ピンは、軸受シェルにおいて回転軸の周りを回転可能に配置される。本発明による軸受の軸受ピンは、軸受ピンが軸受シェルの方向に作用する外力の作用によって変形するよう、回転軸に対して非対称な弱化箇所を備え、それによって軸受シェルと軸受ピンとの間の力の有効領域が、軸受ピンの変形を介して増加される。力の有効領域を増加させることによって、軸受のオイル圧／潤滑圧、詳細には軸受の最大オイル圧／潤滑圧を低減させることができる。なぜなら、軸受シェルと軸受ピンとの間の接触面（詳細には力の有効面）が増加し、それによって軸受シェルと軸受ピンとの間に作用する力が良好に分散されるからである。
【００３３】
本発明の枠組み内において、軸受シェルと軸受ピンとの間の力の有効領域は、軸受における外力の作用下で、圧力又は力が、軸受ピンから軸受シェルまで伝達される領域を意味する。圧力、詳細には、特定の適用及び／又は加えられた力に対する、軸受ピンと軸受シェルとの間の最適な潤滑圧は、（特別の適用及び／又は作用する力に対する）最適な潤滑条件が、軸受と軸受シェルとの間の特定の部分に存在しないよう、低減させることができる。詳細には、最適な潤滑圧は、流体動圧の潤滑圧であってもよく、そのため、流体動圧の潤滑条件は、軸受ピンと軸受シェルとの間の圧力の低減によって、もはや存在しない。軸受と軸受シェルとの間の、適用及び作用する力に対する最適な潤滑条件が、もはや存在しないこの特定の部分は、力の有効領域であり、ここで軸受シェルの方向に作用する外力のほとんどは、軸受ピンと軸受シェルとの間に伝達される。従来技術による軸受において、潤滑層が減少すると（又は完全になくなると）、最適ではない、すなわち薄すぎる（又はない）潤滑剤膜が、力の有効面及び軸受と軸受シェルとの間に残り、それによって強い摩擦の影響及び対応する摩耗をもたらす。したがって、最小限の潤滑層が力の有効領域に存在し、ここにおいて詳細には流体動圧の潤滑条件はもはや存在しない。力の有効領域は、軸受ピンと軸受シェルとの間の直接の接触領域にも対応することができるが、それは特別の荷重条件下の標準の軸受動作においてのみ生じる。既に記述したように、軸受ピンは、軸受シェルの方向に作用する外力の作用によって変形される。ここで、軸受ピンは、軸受ピンと軸受シェルとの間の力の有効領域上の圧力によって変形され、それによって軸受ピンと軸受シェルとの間の力の有効領域は、軸受ピンの変形プロセスによって増加される。軸受ピンと軸受シェルとの間における、本発明による力の有効領域の、この変形に誘発された増加によって、（本発明による変形がない場合と比較して）より大きい、したがって適用及び作用する力に対する最適な潤滑剤の厚さ、詳細には最小限必要な（特に流体動圧の潤滑条件なしの）潤滑剤の厚さが可能になり、それによって軸受ピンと軸受シェルとの間の摩擦は、軸受シェルの方向に作用する外力の作用によって軽減される。しかし、従来技術において、力の有効領域は非常に小さいので、対応する不十分な潤滑層の厚さによる摩擦も非常に高く、防止すべく重大な摩耗をもたらす。
【００３４】
軸受シェルの方向に作用する外力が、本発明の軸受における軸受ピンに作用するとき、力の有効領域は、従来技術で知られている軸受の場合と同様に、軸受ピンと軸受シェルとの間に作り出される。これは、軸受シェルの表面及び軸受ピンの表面が、軸受シェルと軸受ピンとを分離する（十分な）潤滑膜がなく、互いに接触することを意味することができる。
【００３５】
しかし、本発明による軸受ピンは、回転軸に対して非対称の弱化箇所を備える。したがって軸受ピンの非対称の弱化箇所は、回転軸の周りに対称には配置されない。非対称の弱化箇所が、円筒形の軸受ピンの例を使用して説明される場合、非対称の弱化箇所は円形の断面領域を有するはずであり、それによってこの非対称の弱化箇所の円形の断面領域の中心は、回転軸上には載らない。しかし対称の弱化箇所の場合、この対称の弱化箇所の円形の断面領域は、回転軸上に載る。
【００３６】
この非対称の弱化箇所のため、軸受ピンは、軸受シェルの方向に作用する外力の作用によって変形される。したがって、軸受シェルと軸受ピンとの間の力の有効領域は増加される。なぜなら、力が軸受ピンに加えられるときに、軸受ピンは、軸受シェルと軸受ピンとの間に生成された圧力によって、軸受シェルの方向に変形されるからである。詳細には、軸受ピンは非対称に変形される。なぜなら、軸受ピンの弱化箇所が、好ましくは軸受ピンの側部において中心に合わせられ、そこで圧力は、軸受シェルの方向に作用する外力によって、ピンの表面に直接作用するからである。特定の荷重は、軸受ピンの接触面が増加されるため、軸受ピンと軸受シェルとの間の接触面を増加させることによって減少される。
【００３７】
したがって、軸受ピンは、非対称の弱化箇所の設計に依拠して変形する。軸受ピンの非対称の弱化箇所は、軸受シェルの方向に作用する外力が生じる方向、及びポイントに従って適合される。したがって、非対称の弱化箇所のタイプ、サイズ、及び形状は、適用及び作用する力によって決定される。
【００３８】
本発明によるデバイスの利点は、とりわけ、圧力したがって摩擦が、増加した力領域によって軽減されることである。これは軸受の摩耗を軽減させる。なぜなら本発明による軸受が、従来技術で知られている軸受デバイス及び軸受を有するデバイスよりも、効果的且つコスト効率が高いからである。力の有効領域を増加させることによって、表面圧はより良好に分散され、それによって同じ力がより大きい領域に分散される。これはまた、より良好な潤滑、すなわち本発明に従い、より最適な軸受の潤滑を保証し、軸受の耐用年数を延ばす。軸受が汚染粒子によって汚れた場合、詳細には、潤滑膜の厚さが小さく、汚染粒子が潤滑膜の厚さよりも大きい場合に、損傷が生じることがある。しかし表面圧のより良好な分散によって、より大きい潤滑膜の厚さが可能となり、それによって、汚れた粒子による軸受への考えられる損傷も防止される。
【００３９】
上述のように、本発明による軸受ピンを、円筒形の軸受ピンとして設計することができる。円筒形の軸受ピンの場合、好ましくは回転軸は、円筒形の軸受ピンの対称のｎ回転対称軸（すなわち、回転角に拘わらずシリンダが回転対称である回転軸）に対応する。非対称の弱化箇所は、円筒形の軸受ピンの対称のｎ回転対称軸に対して、非対称になる。したがって、円筒形の軸受ピンは、空洞を備えたある種の中空シリンダとして構成することができ、この空洞は、円筒形の軸受ピンの中心に（丸いベース又は断面領域に対して）中央を合わせて配置されない。
【００４０】
上述のように、軸受の設計に依拠して、軸受ピンの回転軸は、軸受ピンの対称軸に対応することができ、それによって軸受ピンは、軸受シェルの対称軸周りを回転可能に回転対称的に配置される。
【００４１】
しかし軸受ピンは対称体である必要なない。とりわけ、軸受ピンは、丸みを帯びた角部及び縁部を伴うｎ角体として設計することができる。軸受ピンは、球形又は楕円形として構成することも可能である。とりわけ、楕円体は、わずかに荷重をかけられた状態で既に変形されており、そのため軸受ピンと軸受シェルとの間の力の有効領域は増加される。強すぎる（顕著な）非対称の弱化箇所の必要性をなくすため、及び軸受ピンが壊されるような過剰な力によって破壊されるように軸受ピンを弱化することなく、軸受ピンと軸受シェルとの間の力の有効領域の影響を同様に増加させるのを実現するために、軸受ピンは事前に楕円形として設計することができる。しかしこの場合、軸受シェルは、楕円形に適合した曲率を有することが好ましい。
【００４２】
本発明の１つの実施例において、軸受ピンは、軸受ピンの回転軸と直交して交差する第１のセクションの軸に対して、対称、非対称の弱化箇所を備えてよい。例えば（回転軸に直交する）軸受ピンの断面領域が考慮される場合、第１のセクションの軸は、軸受ピンのこの断面領域上（又は平行）に続くことができる。したがって非対称の弱化箇所は、第１のセクションの軸に対して対称の鏡に映したポイントである場合、対称である。加えられた力に依拠して、弱化箇所は第１のセクションの軸に対して当然ながら非対称であってもよく、それによって例えば第１のセクションの軸の各側において、異なる程度の２つの弱化箇所が存在する。
【００４３】
したがって対称、非対称の弱化箇所は、第１のセクションの軸に対して対称で、且つ軸受ピンの回転軸に対して非対称の、弱化箇所である。
【００４４】
実際には、本発明の軸受の軸受ピンは対称の弱化箇所を含むことができ、この弱化箇所は、軸受ピンの対称軸に直交して交差する第２のセクションの軸に対して、対称である。
【００４５】
本発明による軸受は、力要素を備えることができる。実際には、この力要素を、力が力要素を介して事前決定可能な方向で軸受ピンに及ぼされるように、軸受ピン上に配置することができる。この場合、力要素を、力ロッド、ピストン・ロッド、又は推進ロッドとして設計することができる。本発明による軸受が、例えば大型ディーゼル・エンジンなどのエンジンに取り付けられる場合、力要素は、とりわけエンジンの連結ロッドとすることができ、それによって軸受を、クロスヘッド又はクランクシャフトに配置することができる。
【００４６】
軸受ピンの非対称の弱化箇所を、非対称の凹部、詳細には穿孔として設計することができる。非対称の弱化箇所により、軸受ピンは中空体（軸受ピン本体の全延長にわたって回転軸に沿った弱化箇所を伴う）とすることができ、又はキャビティの形態の弱化箇所を備えることができる。
【００４７】
軸受の用途に依拠して、軸受ピンはクロスヘッド・ピン又はクランクピンとすることができる。
【００４８】
本発明の１つの実施例において、軸受ピンの非対称の弱化箇所を、材料タイプが変化する形態、及び／又は材料密度が変化する形態、及び／又は材料構造が変化する形態で、設計することができる。したがって、軸受ピンの非対称の弱化箇所が存在するポイントにおいて、変更した材料が存在することになる。この目的のため、このポイントにおける材料はより柔軟であってよく、若しくはより低い密度を有してよく、又は材料が、他の何らかの方法で周囲の材料と異なってもよい。これは、軸受ピンが合成材料又は合金として設計される場合に、特に推奨される。それに応じて、非対称の弱化箇所のポイントにおいて、軸受ピンは異なる材料組成物を有することになる。軸受ピンが鋼で作られる場合、そのため軸受ピンの非対称の弱化箇所のポイントは、炭素、ニッケル、若しくは同様の添加物をほとんど含まず、又は対応するポイントにおける材料を弱化するさらなる別の添加物を含むことになる。
【００４９】
実際には、軸受ピンは、回転軸に対する非対称の複数の弱化箇所を備えることができ、それによって軸受ピンは、複雑な力の影響下でさえ適切に変形可能となる。例えば、同じ程度の２つ（又は複数）の非対称の弱化箇所が存在してよく、非対称の弱化箇所は、異なる程度又は異なる外形であってもよい。１つ又は複数の非対称の弱化箇所は、回転軸に沿った本体の全延長に沿って延びてよく、又は回転軸に沿った軸受ピン本体の延長に沿ったただ１つのセクションに沿ったキャビティとして延びてもよい。
【００５０】
通常は、力、詳細には約１０，０００ｋＮまでの軸受力が、本発明による大型ディーゼル・エンジンの軸受に作用できる。この場合、最適な潤滑圧、詳細には流体動圧の圧力は、６００バールまでとすることができる。この場合、最適な潤滑膜の最低厚さは、５〜３０マイクロメータ、詳細には５〜２５マイクロメータ、特に１５〜２５マイクロメータである。
【００５１】
当然ながら、作用する力及びオイル膜圧は互いに依拠し、そのためオイル膜の厚さも、構成要素の寸法及び可動部の相対的な速度に依拠する。
【００５２】
作用する力の複雑さに依拠して、本発明による軸受ピンに複雑な弱化構造を作り出すことが必要となる場合がある。この目的のため、軸受ピンを２つの部品に設計することができ、ここで軸受ピンは、軸受ピン・リング及び軸受ピン・コアを備える。この点において、軸受ピン・リングは中空体とすることができ、軸受ピン・コアを、組込んだ構造（例えば圧延）で軸受ピン・リングの中に配置することができる。これは、複雑な構造を容易に軸受ピン・コアの中に組み入れることができ、それによって次に軸受ピン・コアを、軸受ピン・リングの中に押圧などで挿入することができるという、大きい利点を有する。
【００５３】
本発明による軸受は、特に大型ディーゼル・エンジンに好ましい軸受、詳細にはクロスヘッドの大型ディーゼル・エンジンの軸受として設計することができ、それに従って軸受ピンは設計される。
【００５４】
本発明によると、事前決定可能な方法による力によって変形可能なように非対称の弱化箇所を備える、本発明による軸受の軸受ピンが、さらに提案される。すなわち非対称の弱化箇所及び自身の力に依拠し、軸受ピンの対応する変形が続く。
【００５５】
本発明によると、軸受シェル、及び回転軸を伴う軸受ピンを備えた本発明による軸受を伴うクロスヘッドがさらに提案され、軸受ピンは、軸受シェルにおいて回転軸の周りを回転可能に配置される。本発明による軸受の軸受ピンは、軸受ピンが軸受シェルの方向に作用する外力の作用によって変形するよう、回転軸に対して非対称な弱化箇所を備え、それによって、力が軸受ピンに加えられるとき、軸受シェルと軸受ピンとの間の力の有効領域が、軸受ピンの変形によって増加される。クロスヘッドは、詳細には大型エンジン、特に２ストロークの大型ディーゼル・エンジンのために設計することができる。
【００５６】
本発明によると、大型ディーゼル・エンジン、詳細にはクロスヘッドの大型ディーゼル・エンジンがさらに提案される。大型ディーゼル・エンジンは、軸受シェル及び回転軸を有する軸受ピンを備える本発明による軸受を備え、軸受ピンは、軸受シェルにおいて回転軸の周りを回転可能に配置される。本発明による軸受の軸受ピンは、軸受ピンが軸受シェルの方向に作用する外力の作用によって変形するよう、回転軸に対して非対称な弱化箇所を備え、それによって、力が軸受ピンに加えられるとき、軸受シェルと軸受ピンとの間の力の有効領域が、軸受ピンの変形によって増加される。
【００５７】
これに関連して、好ましい重要な実施例を説明する。好ましい実施例において、クロスヘッドの大型ディーゼル・エンジンにおける本発明による軸受は、クロスヘッドに配置される。軸受ピンは、軸受ピンの回転軸に対して非対称の弱化箇所を有する円筒形の軸受ピンであるが、第１のセクションの軸に対して対称であるので、対称的な非対称の弱化箇所である。
【００５８】
以下では、本発明及び従来技術が、図面を参照した例に基づき、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術の概略図である。
【図２】異なる実施例における、本発明による軸受の断面の概略図である。
【図３】クロスヘッドの概略図である。
【図４】部分的な断面である、ディーゼル・エンジンの概略図である。
【図５】大型ディーゼル・エンジンの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１は従来技術の概略図である。従来技術で既に知られている軸受が示される。ここで、軸受は軸受シェル２’、及び軸受シェル２’において回転可能に配置された軸受ピン１’を備える。２つのセクション・ラインＳ’の交差ポイントは、軸受ピンの回転軸となる。従来技術において、対称の弱化箇所３’があり、軸受ピンの中心に正確に、回転軸の周りに対称に配置される。ここで、対称の弱化箇所３’は凹部であり、ある種の中空シリンダである。従来技術において、力Ｆ’は軸受ピン１’に作用し、それによってこの力は軸受ピン１’から軸受シェル２’へ伝達される。しかし、従来技術で知られている軸受ピン１’は、軸受ピン１’と軸受シェル２’との間の力の有効領域が増加して、それが軸受ピン１’と軸受シェル２’との間の圧力も減少させるようには変形しないので、軸受ピン１’と軸受シェル２’との間の力の有効領域は非常に小さい。しかし、従来技術で知られている凹部３’は、ピンの質量を低減させるか、又はオイルを戻す働きしかしない。
【００６１】
図２は、異なる実施例における、本発明による軸受の断面の概略図である。ここで、全ての実施例Ａ〜Ｊは、軸受シェル２及び軸受ピン１を備え、軸受ピン１は円筒形の軸受ピンとして構成されている。軸受ピン１の回転軸Ｘは、セクション軸Ｓの交差ポイントに位置される。図２のＡ〜Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、及びＪは、単一の非対称の弱化箇所３を有する軸受ピンを示し、一方で図２のＤ、Ｈ、及びＩは、２つの非対称の弱化箇所３１及び３２を示す。これらの非対称の弱化箇所３１及び３２は、同じか、又は異なる形状を有してよい。Ｄ、Ｈ、及びＩによる軸受ピンは、同時又は交互に作用することができる２つの異なる力Ｆ１及びＦ２が軸受に作用するとき、特に好適である。図２のＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇ、及びＪは、示されるように軸受１に作用する力Ｆに対して、特に好適である。なぜなら、軸受ピン１は、軸受シェル２及び軸受ピン１の直接の接触面において非対称の弱化箇所を有し、それによって軸受ピン１は、軸受ピン１と軸受シェル２との間の直接の接触面において変形するからである。図２のＪは、２つの部品の軸受ピンとして構成され、軸受ピン・リング１０２及び軸受ピン・コア１０１から成る軸受ピンを示す。軸受ピン・コア１０１は軸受ピン・リング１０２の中に配置される。図１を図２と比較すると、本発明による軸受デバイスの力の有効領域が、従来技術の軸受の力の有効領域よりも大きく、そのため本発明による軸受の摩擦も大幅に低下することが、容易に理解できる。
【００６２】
図３は、クロスヘッドの概略図である。ここで、クロスヘッド６が詳細に図示され、クロスヘッド・ピン１２は、本発明による軸受を伴う、本発明による軸受ピンとして構成される。４つのクロスヘッドの滑動シュー６１は、クロスヘッド６、したがってピストン・ロッド２１を、レール６２の滑動路上、又はレール６２の方向に並行な経路上の直線において誘導する。クロスヘッドの滑動シュー６１を伴う、示したクロスヘッドによって、力Ｆは、クロスヘッド・ピン１２に対しピストン・ロッド２１を介して、一方向からのみ作用する。ここで力Ｆは、主にクロスヘッド・ピン１２に直交して作用する。力Ｆは、一方向から、（回転軸Ｘに対して）直交して上方からのみ作用するので、図２のＢ、Ｅ、又はＪによる非対称の弱化箇所は、とりわけクロスヘッドに好適である。なぜなら、軸受ピン１が、推進ロッド２２の方向で非対称の弱化箇所と整合されたとき、クロス−ヘッド・ピン１２は力Ｆの作用によって軸受シェルの中で変形され、それによって軸受ピン１と軸受シェルとの間の力の有効領域が増加し、作用する力Ｆは軸受の大きい領域にわたって分散され、そのために圧力は直接の接触面上で良好に分散されるからである。
【００６３】
図４は、大型エンジン１００、詳細にはディーゼル・エンジン、特に２ストロークの大型ディーゼル・エンジンの、部分的断面の概略図である。大型エンジン１００、詳細には大型ディーゼル・エンジン、特に２ストロークの大型ディーゼル・エンジンは、長手方向の掃気を伴う２ストロークの原理で動作する。大型エンジン１００は、エンジン・ルーム１１３から離されたシリンダ・チャンバ１１２の中に、複数のシリンダ１１１を備える。動力は、シリンダ１１１内で上下に動くピストン１１４から伝達され、この動力は、ピストン・ロッド２１、クロスヘッド６のクロスヘッド・ピン１２、推進ロッド２２並びにクランクを介して、最終的にエンジンのクランクシャフト２００まで誘導される。クロスヘッド６は、直線の滑動路上の誘導要素によって、すなわち滑動シュー６１及びレール６２によって誘導される。図３で既に説明したように、クロスヘッド・ピン１２は、本発明による軸受を伴う、本発明による軸受ピンとして設計される。
【００６４】
図５は、連結ロッド（推進ロッド）２２を有する、大型エンジン１００、詳細には大型ディーゼル・エンジン、特に２ストロークの大型ディーゼル・エンジンの概略図である。連結ロッド２２は、クロスヘッド６への連結のための軸受シェル２を伴う第１の端部４と、クランクピン１１と連結するための第２の穿孔８を伴う第２の端部７を含む。連結ロッド２２は、第１の端部４と第２の端部７との間のバー・セクション１０を、さらに含む。１つの構成要素から別の構成要素への力の伝達中、高い摩擦が軸受に生じることがある。なぜなら、力の伝達によって生成された圧力が、潤滑剤を伝達ポイントから押しやり、軸受シェル２と軸受ピン１１及び１２との間の直接の接触をもたらすからである。詳細には、連結ロッド２２とクランクピン１１との間の力の伝達中に、大きい力が、軸受シェル２とクランクピン１１との間を押圧する。とりわけ、潤滑剤の連続した供給により、連結ロッドとクランクピン／クランクヘッドとの間で軸受にかかる荷重を解放することが重要である。圧力を大きい表面領域にわたって分散させるとき、軸受ピン１１及び１２の変形のため、より良好に圧力は分散され、それによって、より容易に潤滑剤も軸受の中に導入され得る。本実施例において、本発明による軸受は、軸受シェル２、並びにクランクピン１１及びクロスヘッド・ピン１２としての非対称の軸受ピンを伴って構成される。原則的に、とりわけクランクピン１１及び／又はクロスヘッド・ピン１２、したがってそれぞれの軸受を、本発明による軸受のように設計することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  軸受ピン
１’  軸受ピン
２  軸受シェル
２’  軸受シェル
３  弱化箇所
３’  弱化箇所
４  第１の端部
６  クロスヘッド
７  第２の端部
１０  バー・セクション
１１  クランクピン
１２  クロスヘッド・ピン
２１  ピストン・ロッド
２２  推進ロッド
３１  弱化箇所
３２  弱化箇所
６１  滑動シュー
６２  レール
１００  大型エンジン
１０１  軸受ピン・コア
１０２  軸受ピン・リング
１１１  シリンダ
１１２  シリンダ・チャンバ
１１４  ピストン
Ｆ  力
Ｆ’  力
Ｆ１  力
Ｆ２  力
Ｓ  セクション・ライン、セクション軸
Ｓ’  セクション・ライン、セクション軸
【図１】
2020041695.tif 000003
【図２】
2020041695.tif 000004
【図３】
2020041695.tif 000005
【図４】
2020041695.tif 000006
【図５】
2020041695.tif 000007
【外国語明細書】
2020041695000001.pdf