(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のラジアル滑り軸受用の軸受シェル、特に軸受下方シェルであって、その外側プロフィルが半径ｒaの円弧の形状を有しかつ軸受壁厚が頂点から周方向に分離面に向かって増大している軸受シェルにおいて、
内側プロフィルが半軸ａiおよびｂiを有する半楕円の形状を有し、その際長い半軸ａiは軸受下方シェル(9)の頂点(19)を通って延びていること、
軸受シェル(9)の支持材料(22)が円周にわたって一定の厚さを有しかつ支持材料(22)に取りつけられた軸受材料(23)が異なる厚さを有すること、
20mmから1000mmまでの軸受外径において、頂点(19)での壁厚と分離面(11)の範囲での壁厚の差が0.1mmまでであることを特徴とする軸受シェル。
【請求項２】
内燃機関の支承部用の、特に大きさと方向が一定のサイクルで変化する軸受負荷を生ずるクランク軸を支承するための軸受上方シェルおよび軸受下方シェルを有しかつ軸受キャップを備えている軸受本体に組み込まれたラジアル滑り軸受であって、軸受下方シェルの壁厚が頂点から円周に沿って分離面に向かって増大しかつ軸受下方シェルの内側プロフィルが半径ｒiの円弧の形状を有するラジアル滑り軸受において、
軸受下方シェル(9)の外側プロフィルが半軸ａaとｂaの半楕円の形状を有し、その際短い半軸ｂaが軸受下方シェル(9)の頂点(19)を通って延びていることを特徴とするラジアル滑り軸受。
【請求項３】
軸受上方シェル(8)の外径および軸受下方シェル(9)の内径の中心が一致することを特徴とする請求の範囲２のラジアル滑り軸受。
【請求項４】
軸受壁厚が軸受上方シェルと軸受下方シェル(8,9)における分離面(11)の範囲で同じ大きさであることを特徴とする請求の範囲２または３のラジアル滑り軸受。
【請求項５】
軸受上方シェル(8)の内側プロフィルが、頂点(18)の壁厚が分離面(11)の範囲の壁厚より厚いように形成されたレモン状の孔の形状を備えることを特徴とする請求の範囲２から４までのうちの一つによるラジアル滑り軸受。
【請求項６】
軸受シェル(8,9)にスラストフランジが設けられていることを特徴とする請求項の範囲２から５までのうちの一つによるラジアル滑り軸受。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求の範囲１の上位概念による軸受シェルに関する。本発明は、また内燃機関の支承部のための、特にクランクハウジング内のクランク軸および連接棒を支承するための軸受上方シェルと軸受下方シェルを有しかつ軸受キャップを備えている軸受本体に組み込まれたラジアル滑り軸受にも関し、このラジアル滑り軸受では大きさと方向が一定のサイクルで変化する軸受負荷を生じ、その際軸受下方シェルの壁厚が円周の頂点から分離面に向かって増大しかつその内側プロフィルが半径ｒiの円弧の形状を有する。
そのようなラジアル滑り軸受は、例えば原動機付き車両のエンジンで使用されており、フランジ軸受、主軸受および連接棒軸受と区別されている。軸受上方シェルは、クランクハウジングまたは連接棒に配置されているその軸受シェルであるが、軸受下方シェルはハウジングキャップに組み込まれかつ上方部分でねじ止めされている。そのような軸受の場合、原動機付き車両のエンジンの寿命に一致する走行時間を目指して努力されている。100 000km以上の走行能力を有するトラック用エンジンでは、軸受を早期に交換しなければならない場合が多い。
それ故、軸受の寸法にわたって、改善された潤滑、したがってより高い走行能力を達成しようと試みられている。
ドイツ連邦共和国特許公開公報第14 25 125号から各シェルの壁厚が走行長さにわたって変化する多シェル軸受が知られており、その際シェル内径のそれぞれの中心がシェルの外径の中心に対し偏心して支承されかつシェル内径のための中心がシェル円周角度の角度二等分線上に存在している。もっぱら二つの軸受シェルからなることができるそのような軸受では、軸受面が全く円形の横断面を有しない。なぜなら、シェル内径が全ての場合に共通の中心を有しないからである。したがって、各軸受シェルには固有の曲率半径が付設されており、このため分離面で壁厚が急増することになる。分離面の範囲の壁厚が同じ厚さである場合は、多シェル軸受の両方のシェルが頂点でそれらの最大壁厚を有する。このようにして、一種のレモン状孔が得られる。
中心が分離面の両側で同じ間隔を置いて半径方向平面に存在し、この半径方向平面は主負荷の平面から或る角度だけねじられている同様な軸受がドイツ連邦共和国特許明細書第16 75 743号から知られている。
また、ドイツ連邦共和国特許公開公報第31 36 199号から、より大きな耐変形強度をもつ支承部の部分を円筒形半部で占め、かつ小さい耐変形強度をもつ支承部の部分を卵形の軸受シェル半部で占めることが知られている。円筒形の軸受シェルは一定の壁厚を有し、一方卵形軸受シェルの壁厚は分離面に向かって減少するので、分離面の範囲で壁厚の急増が生ずる。
米国特許第4,311,349号には、二つの同一の軸受シェルを有する一組の軸受シェルが記載されており、それらの壁厚は分離面の範囲で減少しているので、同様に一種のレモン状孔が形成される。
米国特許第4,307,921号から、一方の分離面の範囲のシェルの壁厚が他方の分離面の範囲の壁厚よりいっそう大きい軸受が知られている。軸受シェルの内側プロフィルには、二つの層をなして重ねられた軸受孔により、ずらされた中心が形成される軸受が知られている。
米国特許第4,488,826号には、偏心して配置された軸ジャーナルが一方の側にわずかな隙間を有しかつ他方の側に大きな隙間を有する偏心した軸受孔が記載されている。偏心した軸受の中心が小さい負荷の範囲に移されているので、潤滑油供給のための既存のいっそう大きな隙間を利用できる。同一である両方の軸受シェルは一方の分離面の範囲に、シェルの周方向に連続的に減少する大きな壁厚を有するので、他方の分離面の範囲で最小になる。大きな隙間を小さい負荷の範囲に設けなければならないので、分離面平面は連接棒の長手方向軸線に対し垂直には存在せず、このためさらに斜めに分割された連接棒が必要になる。
ドイツ連邦共和国特許明細書第698002号から、分割された滑り軸受が知られており、この軸受では、軸受上方シェルが軸受下方シェルより大きいので、軸受本体に対して突出している先細になる軸受上方シェルの両方の端部が良好な心出し部を形成する。最大負荷の範囲に対応する軸受シェルを頑丈に形成することができるために、両方の軸受シェルの共通の内径が両方の軸受シェルの不変のままである共通の外径軸受キャップに対して偏心して変位されているので、頂点の範囲の軸受下方シェルはそれらの分離面の範囲の壁厚よりいっそう小さい壁厚を有する。
この周知の軸受では、寿命のはっきりした増加を達成できなかったことが明らかになっている。
本発明の課題は、内燃機関の寿命中交換ができるだけ必要でないように非常に長い寿命により際立っている、軸受シェルならびにラジアル滑り軸受を準備することである。
この課題は、請求の範囲１の特徴による軸受シェルで解決される。また、組み込まれたラジアル滑り軸受の対象は請求の範囲２である。
軸受受容孔は、クランクハウジングと連接棒の場合、軸受受容孔の中心がクランク軸の軸ジャーナルの中心と同じであるようにもたらされ、その際軸ジャーナルとそれぞれの軸受シェルとの間に一定の隙間が設けられる。軸受受容孔を設けた後、キャップのねじが弛められ、軸受シェルが挿入されそして再びキャップがねじで止められるが、これは確定された引締めの規定で実施される。
本発明は、最初の取外しと引き続くねじでの固定後、キャップは寸法変化を受けているが、ハウジング部分における軸受孔の範囲は大きく変化しないままである。この寸法変化はキャップの頂点範囲に限定されかつキャップの形状と材料に依っている。この寸法変化は0.1mmまでである。寸法変化は、以後キャップの寸法変化と呼ぶことにするが、このキャップの寸法変化のため軸受下方シェルとクランク軸の間の隙間が減少し、このため軸受下方シェルの負荷がいっそう高くなり、したがって磨耗が増加することになり、結局は軸受が早期に破損する原因となる。
このキャップの寸法変化は、本発明により、特別に形成された軸受シェルにより考慮される。それ故、キャップに組み込まれる軸受シェルの内側プロフィルが、半軸ａiとｂiの半楕円の形状を有し、その際長い半軸ａiが軸受シェルの頂点を通って延びているようにする。
軸受シェルは支持材料と軸受材料から構成されているので、軸受シェルの寸法は、軸受シェルの支持材料が円周にわたって一定の厚さを有しかつ支持材料に取りつけられた軸受材料が異なる厚さを有することにより形成されるのが好ましい。20mm〜1000mmの軸受外径の場合、頂点と分離面の範囲の壁厚の差が0.1mmまでである。キャップの寸法変化はそれぞれの材料およびキャップの形状に依っているので、壁厚の差はこのキャップ特性に適応させなければならない。この目的のために、例えば各エンジン形式毎にその都度のキャップの寸法変化を前もって決定しなければならない。
軸受下方シェルとしてのそのような軸受シェルがラジアル滑り軸受を形成するために軸受上方シェルと共にクランクハウジングに組み込まれると、以前に楕円形の内側プロフィルが円弧状の内側プロフィルに移行するようにキャップの寸法変化に依りほんのわずかだけ変形し、その際同時に円弧状の形状の外側プロフィルが楕円形に移行する。この場合、軸受下方シェルの外側プロフィルが水平に延びる楕円の形状を取り、すなわち短い半軸ｂaが軸受下方シェルの頂点を通りかつ長い半軸ａaが分離面平面に存在する。
軸受上方シェルと軸受下方シェルの内側プロフィルは、二つの軸受シェルが同一のときにかつキャップの寸法変化がないときに得られるような円に一致する共通の円上に存在する。軸受シェルと軸ジャーナルの間に必要な隙間は、キャップの寸法変化にもかかわらず、このキャップの寸法変化を考慮する軸受下方シェルの寸法に依り完全に維持されたままであるので、キャップの寸法変化に依る付加的な磨耗は全く発生することはできない。
軸受下方シェルは、軸受上方シェルの外径の中心と軸受下方シェルの内径の中心とが一致するように形成されるのが好ましい。
軸受上方シェルは円周にわたって一定の壁厚を有することができる。いわゆるレモン状孔を備えることにより、軸受上方シェルも頂点で分離面の範囲の壁厚よりもいっそう厚い壁厚を有することも可能である。
同じことが、連接棒にねじで止められている連接棒キャップにも当てはまる。全ての場合に、軸受シェルの分離面がキャップの分離面に存在するように軸受シェルを組み込むことが好ましい。
分離面の範囲に壁厚の急増が生じないために、軸受壁厚が軸受上方シェルと軸受下方シェルの分離面の範囲で同じ大きさであるのが好ましい。
本発明によるラジアル滑り軸受では、これを装備したエンジンにおいて走行能力の著しい上昇が問題なく達成された。
有利な構成を次に図面により詳細に説明する。
第１図は軸受受容孔の寸法を示す。
第２図は組み込み前の軸受上方シェルと軸受下方シェルを側面図で示す。
第３図は、第２図に示した軸受上方シェルと軸受下方シェルを組み込まれた状態で示す側面図である。
第４図は連接棒を正面図で示しかつその中の軸ジャーナルを断面図で示す。
第５図はクランクハウジングを正面図でかつその中の軸ジャーナルを断面図で示す。
第６図はレモン状の孔を有する軸受上方シェルと軸受下方シェルの側面図である。
第１図には、連接棒またはハウジングの軸受受容孔の寸法を示してあり、その際Ｌ1は、クランクハウジングまたは連接棒がボーリング機械により加工された後の円形の軸受受容孔を描く。
軸受受容孔の下方半部を形成するキャップがねじをゆるめられて、引続き軸受シェルの組み込み後再び引締め規定により固定されると、内側プロフィルがキャップの寸法変化により変わる。軸受の組み込み後は、軸受受容孔が曲線Ｌ2により描かれており、この曲線Ｌ2は水平に延びる楕円の形状を有する。頂点範囲の軸受受容孔の直径の減少は、キャップの寸法変化Ｄにより引き起こされる。
第２図には、ラジアル滑り軸受を形成する二つの軸受シェル８、９が組み込まれてない状態で示されている。軸受上方シェル８ならびに軸受下方シェル９は支持材料２２を有し、この支持材料に軸受材料２３が取りつけられている。軸受上方シェル８はその円周にわたって一定の壁厚を有する。軸受下方シェル９は、壁厚が軸受上方シェル８の壁厚に一致する分離面１１の範囲よりも頂点１９においていっそう薄い壁厚を有する。頂点の範囲の壁厚の減少は軸受材料２３の負担になるので、支持材料２２は円周にわたって一定の厚さを有する。軸受下方シェルの内側プロフィルは、立っている半楕円の形状を有するように形成されており、すなわち長い半軸ａiが軸受下方シェルの頂点１９を通るのに対し、短い半軸ｂiが分離面１１の平面に存在しかつ軸受上方シェル８の内径の半径ｒiと同じである。
これらの両方の軸受シェル８、９がクランクハウジングに組み込まれると、軸受上方シェル８の形状は変わらないままであるが、軸受下方シェル９はキャップの寸法変化によりほんのわずかだけ変形する。軸受ハウジングも軸受キャップも第３図には示してない。キャップの寸法変化により、頂点１９の範囲で長い半軸ａiが短縮するかまたは軸受下方シェル９の外径ｒaの半径が短縮することになる。このように短縮すると、軸受下方シェルの以前に楕円形の内側プロフィルがいまや円弧状の内側プロフィルに移行し、その結果長い半軸ａiが軸受上方シェル８の内径の半径ｒiの値を有する。同時に、軸受下方９の壁厚が異なることにより、軸受下方シェル９の以前に円弧状の外側プロフィルが水平に延びる楕円の形状に移行し、その短い半軸ｂaが頂点１９を通りそしてその長い半軸ａaが分離面１１の平面に存在しかつ軸受上方シェル８の外径の半径ｒaと同じである。
第４図には、連接棒キャップ３を有する連接棒２を示してあり、この連接棒２は連接棒ねじ４ａ、ｂにより結合されている。軸受受容孔２０には、分離面１１が連接棒キャップ３の平面２１に存在するように軸受上方シェルおよび軸受下方シェル８、９が挿入されている。軸受受容孔に収容後のキャップ３の外側および内側プロフィルは一点鎖線で書きこんだ曲線Iにより示してある。軸受組み込み後、キャップが頂点１９で変化し、そしてキャップの新しい内側および外側プロフィルが今や曲線IIにより描かれる。キャップの寸法変化Ｄ（第１図参照）を調整するために、頂点１９における軸受下方シェル９の壁厚がそれに応じて減らされた。軸受下方シェル９の壁厚は分離面１１から頂点１９まで減少する。
壁厚の急増が発生しないようにするために、軸受下方シェル９の壁厚は、分離面１１の範囲では、円周に沿って一定の壁厚を有する軸受上方シェル８の壁厚と同じである。
軸ジャーナル１は、その長さが軸受下方シェル９の減少した壁厚により変化していないので、今や軸受下方シェル上に隙間なしで載っている。
軸受上方シェル８と軸ジャーナル１との間の軸受隙間１２は変わらないままで存在し得る。軸受下方シェル９の壁厚が減少したことにより、キャップの寸法変化Ｄだけ両方の軸受シェル８、９の共通の外径ＤAが減少するが、一方軸受孔13の直径Ｄ1は変わらないままである。
第５図には、ハウジングキャップ６を有するクランクハウジング５を示してあり、このクランクキャップ６はキャップねじ７ａ、ｂにより固定されている。この実施の形態においても、軸受シェル８、９およびピン１０の組み込み前後のキャップ６の形状を曲線IとIIにより示してある。軸受シェル８、９の構成は、第２図〜第４図と関連して述べた軸受シェルの構成に一致する。
第６図は、二つの軸受シェル８、９が組み込まれてない状態で示してある。この実施の形態は、第２図に示した実施の形態とは、本発明による軸受寸法を有する軸受孔にレモン状の孔が重ねられている点により相違している。軸受下方シェル９の寸法は、第２図に示したものと比較してほんのわずかだけしか変えられていない。軸受下方シェルの内側プロフィルを描く楕円は維持されたままであり、その際半軸についてａi′<ａiおよびｂi′>ｂiがａi′＞ｂi′と共に当てはまる。この場合、最大の変化は、その壁厚が今や頂点１８で最大でありかつ分離面１１に向かって減少する軸受上方シェル８によりなされる。ここに示した実施の形態では、支持材料２２が一定の厚さを有しかつ軸受材料が異なる厚さを有する。レモン状の孔は、軸受上方シェル８において、内側プロフィルが水平に延びる楕円になり、そのとき長い半軸ｂi′と短い半軸ｃi′を有する。
参照数字
１              軸ジャーナル
２              連接棒
３              連接棒キャップ
４ａ，４ｂ      連接棒ねじ
５              ハウジング
６              キャップ
７ａ，ｂ        キャップねじ
８              軸受上方シェル
９              軸受下方シェル
１０            ピン
１１            分離面
１２            組み込み隙間
１３            軸受孔
１８            頂点
１９            頂点
２０            軸受受容孔
２１            キャップの平面
２２            支持材料
２３            軸受材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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