(57)【要約】  互いに軸受け式に接触して協働し合う第１の軸受け部分（２）と第２の軸受け部分（３）とを備えた軸受け装置であって、第１の軸受け部分（２）と第２の軸受け部分（３）とが、それぞれ表面層（２１，３１）を備えている形式のものにおいて、第１の軸受け部分（２）の表面層（２１）の硬度が、第２の軸受け部分（３）の表面層（３１）の硬度よりも大きく形成されていることを特徴とする軸受け装置。
2008513695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに軸受け式に接触して協働し合う第１の軸受け部分（２）と第２の軸受け部分（３）とを備えた軸受け装置であって、第１の軸受け部分（２）と第２の軸受け部分（３）とが、それぞれ表面層（２１，３１）を備えている形式のものにおいて、第１の軸受け部分（２）の表面層（２１）の硬度が、第２の軸受け部分（３）の表面層（３１）の硬度よりも大きく形成されていることを特徴とする軸受け装置。
【請求項２】
当該軸受け装置が、内燃機関のコネクティングロッド（１０）とのクランクシャフト軸受けである、請求項１記載の軸受け装置。
【請求項３】
第１の軸受け部分（２）の表面層（２１）が、少なくとも以下の組成：
炭素＝０．１〜１．５重量％
マンガン＝０．１〜８重量％
硫黄＝０．１〜２重量％
銅＝０．１〜１２重量％
鉄＝残り
計１００重量％
を有する鉄含有の表面層（２１）である、請求項１または２記載の軸受け装置。
【請求項４】
鉄含有の表面層（２１）が、付加的にリン０．０１〜０．２重量％を含有している、請求項３記載の軸受け装置。
【請求項５】
鉄含有の表面層（２１）が、付加的にクロム５〜２０重量％を含有している、請求項３または４記載の軸受け装置。
【請求項６】
鉄含有の表面層（２１）が、付加的にモリブデン０．１〜２０重量％を含有している、請求項３から５までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項７】
鉄含有の表面層（２１）に乾式潤滑剤としてＭｎＳが含まれており、マンガン含量が１〜２．５重量％、有利には１．７重量％であり、硫黄含量が０．５〜１．５重量％、有利には１重量％である、請求項３から６までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項８】
鉄含有の表面層（２１）が、α鉄から成るベースマトリックスを有している、請求項３から７までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項９】
鉄含有の表面層（２１）が、炭化物、特にＦｅｘＣｙ、有利にはＦｅ３Ｃを含有している、請求項３から８までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項１０】
鉄含有の表面層（２１）が、銅マトリックスを形成する銅析出物を有している、請求項３から９までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項１１】
鉄含有の表面層（２１）が、０．５〜５容積％、特に１〜３容積％の気孔率を有している、請求項３から１０までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項１２】
第２の軸受け部分（３）の表面層（３１）が、少なくとも以下の組成：
亜鉛＝５〜３０重量％
スズ＝１〜１０重量％
ケイ素＝０．１〜３重量％
アルミニウム＝０．１〜７重量％
鉄＝０．０１〜２重量％
マンガン＝０．０１〜４重量％
コバルト＝０．０１〜３重量％
銅＝残り
計１００重量％
を有する銅含有の表面層（３１）である、請求項１または２記載の軸受け装置。
【請求項１３】
銅含有の表面層（３１）が、付加的にチタン０．０１〜１重量％を含有している、請求項１２記載の軸受け装置。
【請求項１４】
銅含有の表面層（３１）が、α銅から成るベースマトリックスを有している、請求項１２または１３記載の軸受け装置。
【請求項１５】
銅含有の表面層（３１）が、鉄および／またはコバルトおよび／またはマンガンおよび／またはケイ素の析出物を有している、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項１６】
銅含有の表面層（３１）が、０．５〜５容積％、特に１〜３容積％の気孔率を有している、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項１７】
銅含有の表面層（３１）および／または鉄含有の表面層（２１）が、ホーニング加工により後加工されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の軸受け装置。
【請求項１８】
コネクティングロッドを支承するためのクランクピンと、エンジンハウジングに対してクランクシャフトを支承するためのメイン軸受けとの形の軸受けシートを備えたクランクシャフトにおいて、少なくとも１つの軸受けシートが、請求項１から１７までのいずれか１項記載の軸受け装置の一部を形成しており、該軸受けシートが、クランクシャフトの未硬化の材料に被着された鉄含有の表面層（２１）を有しており、該表面層（２１）が、少なくとも以下の組成：
炭素＝０．１〜１．５重量％
マンガン＝０．１〜８重量％
硫黄＝０．１〜２重量％
銅＝０．１〜１２重量％
鉄＝残り
計１００重量％
を有していることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項１９】
前記表面層（２１）が、請求項４から１１までのいずれか１項記載の組成を有している、請求項１８記載のクランクシャフト。
【請求項２０】
当該クランクシャフトの全てのクランクピンと全てのメイン軸受けとが、前記表面層（２１）を備えており、クランクシャフトボディがオイル通路孔を有していない、請求項１８または１９記載のクランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の軸受け装置、すなわち互いに軸受け式に接触して協働し合う第１の軸受け部分と第２の軸受け部分とを備えた軸受け装置であって、第１の軸受け部分と第２の軸受け部分とが、それぞれ表面層を備えている形式のものに関する。
【０００２】
滑り軸受けおよび転がり軸受けは、工業的には使用される軸受けのうちの大部分を占めている。以下において「軸受け」とは、軸受けの機能を規定する、互いに転動もしくは滑動し合うあらゆる部分を意味する。
【０００３】
互いに転動し合いかつ／または互いに滑動し合う軸受け摺動面に生じる摩擦には、特に軸受け摺動面において一般に摩耗現象が伴う。このような摩耗現象が軸受け装置全体の交換を必要としないようにするために、とりわけ滑り軸受けの場合にはベアリングシェルもしくは軸受けシェルが使用される。軸受けシェルはその摩耗後に交換され得る。しかし、これによって滑り軸受けの構造は著しく複雑化され、さらに軸受けシェルの交換に伴い、コストのかかる保守プロセスが必要となる。
【０００４】
内燃機関におけるクランクシャフトおよびコネクティングロッドを支承するためには、たとえばしばしば滑り軸受けが使用される。この場合、特に軸受けシェルを備えた分割された滑り軸受けが使用される。部分的には、滑り軸受けと転がり軸受けとの組み合わされた軸受け部も使用される。クランクシャフトは一般に鍛造された鋼または球状黒鉛を有する鋳鉄、鋳鋼、可鍛鋳鉄または焼結材料から製造されている。軸受けシェルはたいてい「２層軸受け」または「３層軸受け」として実現されている。しかし、このような軸受けシェルの製造は比較的手間がかかる。機械の高い運転出力では、結局、軸受けシェルの交換が必要となる程度にまで軸受けシェルが摩耗する。このような機械における軸受けシェルの交換は、既に上で述べたように、高いコストに結びつく。
【０００５】
したがって、本発明の課題は、保守手間が著しく減じられると共に軸受け装置の寿命が著しく延長されるような、単純な構造を有する改善された軸受け装置を提供することである。
【０００６】
この課題を、器械的な観点で解決する本発明の対象は、請求項１の特徴部に記載の特徴により特徴付けられている。請求項２以下は、本発明の特に有利な構成に関係する。
【０００７】
本発明は、互いに軸受け式に接触して協働し合う第１の軸受け部分と第２の軸受け部分とを備えた軸受け装置であって、第１の軸受け部分と第２の軸受け部分とが、それぞれ表面層を備えている形式のものにおいて、第１の軸受け部分の表面層の硬度が、第２の軸受け部分の表面層の硬度よりも大きく形成されていることを特徴とする軸受け装置に関する。
【０００８】
「軸受け式に接触」とは、第１の軸受け部分と第２の軸受け部分とが「軸受け機能」を持って互いに沿って滑動または転動しながら運動するか、あるいはたとえば静止して互いに内外に支承されていることを意味する。本明細書中で、軸受け部分が表面層を有していると云う場合、軸受け部分がそれぞれ軸受け面または摺動面を有していて、この軸受け面もしくは摺動面が、熱溶射により被着された表面層を備えていることを意味する。第１の軸受け部分の摺動面および第２の軸受け部分の摺動面は、両軸受け部分を互いに軸受け式に接触させるために用いられる面である。
【０００９】
本発明によれば、２つの軸受け部分の互いに異なる硬さの被覆体を用いて、両軸受け部分をその滑り特性に関して最適に形成し、そして一方では軸受け装置の構造的な手間を公知先行技術に比べて最小限に抑え、他方では軸受け装置の寿命を著しく高めることが可能となる。すなわち、たとえば軸受けシェルを不要にすることができる。すなわち、２つの軸受け部分を直接に軸受け式に接触させることができる。
【００１０】
互いに異なる硬さの表面層のこのような特殊な選択および配置により、とりわけ２つの軸受け部分の間の摩擦抵抗が最小限に抑えられ、かつ両軸受け部分の、凝着摩耗傾向もしくは焼付き（「スカッフィング」とも呼ばれる）傾向が実質的に生じなくなることが達成される。
【００１１】
互いに類似した硬度を有する表面層が互いに沿って滑動すると、たいていは高められた摩耗が生じることが判っている。このことは、たとえば次のことに基づいている。すなわち、比較的硬い表面層の場合には、両層のいずれの層も、変形、特に塑性変形により生じる、部分的に極めて大きな機械的な応力を減少させるために十分な高さの延性を有していない。その結果、両表面の、機械的な応力を生ぜしめる原因となる部分は除去され、特に破損してしまう恐れがある。
【００１２】
さらに、比較的軟らかい２つの表面層が互いに沿って滑動する場合には、たいていは高度の摩擦および摩擦熱が生じることが判っている。摩擦は、両表面層の比較的高い延性に基づいて、両表面層が押付け圧を受けて変形して、両表面層の全摺動面または全軸受け面の比較的大きな部分が互いに擦り合うことにより生じる。さらに、軟らかい表面層の相互付着傾向はたいてい硬い表面層の場合よりも大きい。両表面層のこのような特性に基づき、たとえば両表面層が互いに沿って滑動すると、表面の一部が裂き取られ、このことは再び高められた摩耗を意味し、極端な場合には焼付きを意味する。
【００１３】
本発明の重要な認識は、本発明による軸受け装置の場合にそうであるように、比較的硬い表面層が比較的軟らかい表面層にわたって滑動するか、または転動する場合には、上で挙げた摩耗プロセスが十分に回避されることである。硬い表面層は軟らかい表面層において応力を生ぜしめるが、しかし軟らかい表面層はその比較的高い延性に基づきこの応力を減少させることができるので、軟らかい表面層が応力によって損傷されることはない。硬い表面層は軟らかい表面層にほとんど付着しなので、軟らかい表面層から表面成分もほとんど裂き取られなくなる。そして、軟らかい表面層の比較的小さな硬度に基づき、この軟らかい表面層は、硬い表面層を損傷させるために必要となる力を付与しない。
【００１４】
本発明による軸受け装置の枠内での表面層の特殊な種類および配置形式の別の利点は、公知先行技術に基づき公知の軸受け装置とは異なり、本発明による軸受け装置が、場合によっては生じる不純物に対して敏感でないことである。このような不純物は、たとえば小さな固体粒子である。これらの固体粒子は、たとえば湿式潤滑もしくは液体潤滑、特にオイル潤滑の場合にオイルと一緒に両軸受け部分の摺動面の間に侵入するだけではない。公知先行技術に基づき公知の軸受け装置では、このような不純物により、たとえば軸受け装置の摺動面の引っ掻きが生じ、このことは高められた摩耗を招き、ひいてきは軸受け装置の早期故障を招いてしまう。本発明による軸受け装置では、このような不純物が、一方または両方の表面層に設けられた特定の範囲に埋入されるので、不純物は両軸受け部分の摺動面の表面もしくは表面層をもはや損傷させることができなくなる。
【００１５】
付加的に両軸受け部分の摺動面の損傷を回避するためには、第２の軸受け部分の摺動面が軟らかい表面層を有している場合に、第１の軸受け部分の基本材料に表面層が特に硬く形成される。本明細書中で「基本材料」とは、表面層の支持体材料、特に軸受け個所におけるクランクシャフトの材料を意味する。
【００１６】
それぞれ１つの軸受け部分摺動面に設けられた、できるだけ硬い表面層と、比較的軟らかい表面層とのペアリングにより、軸受け装置の摩擦最小限化および耐摩耗性に関して最適の軸受け結果もしくは支承結果が達成される。
【００１７】
どちらの軸受け部分にどの表面層が施与されるのかは、軸受け装置に課せられる具体的な要求に関連する。たとえば、交換し易い方の軸受け部分には、軟らかい方の表面層を施与することが推奨される。なぜならば、軟らかい表面層は硬い表面層よりも一般に早期に摩滅するからである。しかし、そうは云っても、軟らかい方の表面層の寿命は、公知先行技術からの比較可能なエレメント、たとえば一方の軸受けシェルの寿命に比べれば、相変わらずまだ数倍長い。
【００１８】
もちろん、被覆体の選択時に重要となり得る多数の別の観点がまだ存在している。
【００１９】
以下に、表面層について詳しく説明する。
【００２０】
比較的軟らかい銅ベース層は以下の組成（重量百分率）を有している：
亜鉛＝５〜３０重量％
スズ＝１〜１０重量％
ケイ素＝０．１〜３重量％
アルミニウム＝０．１〜７重量％
鉄＝０．０１〜２重量％
マンガン＝０．０１〜４重量％
コバルト＝０．０１〜３重量％
銅＝残り
計１００重量％。
【００２１】
以下において、「銅ベース層」に対しては「銅含有の表面層」という表現も使用する。
【００２２】
鉄ベース層は以下の組成（重量百分率）を有している：
炭素＝０．１〜１．５重量％
マンガン＝０．１〜８重量％
硫黄＝０．１〜２重量％
銅＝０．１〜１２重量％
鉄＝残り
計１００重量％。
【００２３】
以下において、「鉄ベース層」に対しては「鉄含有の表面層」という表現も使用する。
【００２４】
以下にまず、鉄含有の表面層ならびにその性質について説明する。
【００２５】
本発明による軸受け装置は１実施態様において、鉄含有の表面層が、付加的にリン０．０１〜０．２重量％を含有するように形成されている。リンは当該表面層の機械的な強度を著しく改善し、ひいては当該表面層の耐摩耗性を高める。
【００２６】
別の実施態様では、軸受け装置が、付加的にモリブデン０．１〜２０重量％および／または付加的にクロム５〜２０重量％を含有する鉄含有の表面層を備えている。特に当該表面層におけるクロムおよびモリブデンの存在は、たとえば腐食性の物質、たとえば軸受けを潤滑するための潤滑剤中に含まれているか、または内燃機関の運転時に生じるか、あるいは別の経路で、被覆された表面に到達する腐食性の物質に対する当該表面層の耐食性を決定的に高める。
【００２７】
鉄含有の表面層の乾式潤滑特性を改善するために、別の実施態様では、鉄含有の表面層が乾式潤滑剤としてＭｎＳを含有しており、マンガン含量が１〜２．５重量％、有利には１．７重量％であり、硫黄含量が０．５〜１．５重量％、有利には１重量％であるように当該軸受け装置が形成されている。
【００２８】
鉄含有の表面層の良好な摺動特性、たとえば滑り特性を一層高めるために、さらに別の実施態様では、鉄含有の表面層が、α鉄から成るベースマトリックスを有するように当該軸受け装置が形成されている。
【００２９】
さらに、鉄含有の表面層が、炭化物、特にＦｅｘＣｙ、有利にはＦｅ３Ｃを含有するように当該軸受け装置を形成することができる。この炭化物は当該表面層の機械的な強度を著しく高める。微細な炭化物粒子は当該表面層における添加物の移動を阻止し、これによりこの表面層を機械的に安定化させる。
【００３０】
汚れに対する敏感性に関する軸受け装置の改善された特性を達成するためには、つまり軸受け装置の寿命を高めるためには、鉄含有の表面層が、銅マトリックスとしての軟らかい別個の相を形成する銅析出物を有するように鉄含有の表面層が形成される。この銅析出物はマイクロメートル領域のサイズ、たとえば１μｍであってよいサイズを有する小さな汚染粒子に対する良好な埋込み能力を有している。銅析出物中への汚染粒子のこのような埋込みにより、たとえば表面の損傷の危険または一般に「焼付き」として知られる過程の危険が回避される。
【００３１】
銅析出物を有する範囲は、比較的小さな硬度を有している。こうして、銅析出物を有する範囲は、軸受けの軸受け部分の間に侵入する硬い異物を収容することができる。このことは、銅析出物を有する範囲へ異物が圧入されるか、もしくは埋め込まれることにより行われる。これにより、軸受け部分の表面は硬い異物による損傷に対して保護される。すなわち、銅析出物はいわば硬い異物を濾別する。つまり、異物は銅含有の析出物中に永続的に埋入されるわけである。
【００３２】
既に説明したように、鉄含有の表面層は銅から成る単離された相を有している。この相は銅から成る、相応して空間的に隔離された範囲を形成する。これらの銅析出物はその他の場所では比較的硬い鉄含有の層内に比較的軟らかい範囲、すなわち小さな硬度を有する範囲を形成している。銅から成るか、もしくは銅を備えているこのような範囲の硬度は、たとえば８０〜２００ＨＶであってよく、この場合、ＨＶは慣用されているようにビッカース硬度を意味し、有利には約１００ＨＶであってよい。それに対して、銅析出物を有しない範囲における鉄含有の層は３００〜５００ＨＶの硬度、有利には約４００ＨＶの硬度を有していてよい。
【００３３】
したがって、たとえば湿式潤滑される軸受け装置の両軸受け部分のうちの一方、たとえば内燃機関のクランクシャフトおよび／またはこのクランクシャフトと軸受け式に接触しているコネクティングロッドおよび／またはクランクシャフトのためのベアリングサドルの表面層が、鉄含有の表面層を備えていると特に有利である。このような軸受けは一般に潤滑オイルを用いて潤滑され、この潤滑オイルはあらゆる種類の汚染物、たとえば内燃機関における種々の個所で生じる得る摩耗物を含んでいる恐れがある。たしかに、しばしば、自動車のガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンにおけるオイルフィルタのような相応するフィルタ装置が設けられているが、しかしこのようなフィルタ装置を用いても、ある特定のサイズを超えた粒子しか潤滑剤から有効に濾過されない。特にマイクロメートル領域にある小さな粒子は全く濾別されないか、または不十分にしか濾別されないので、これらの粒子は、たとえばクランクシャフトの、軸受け式に接触している部分の間に侵入して、永続的にこの軸受けの損傷をもたらす。しかし、相応する表面が、銅析出物を有する鉄含有の表面層を備えていると、有害な汚染物は軸受けの作動中に表面層の軟らかい銅析出物中に埋入されるので、軸受け式に接触している表面は汚染物、つまり汚染粒子によってもはや損傷されなくなる。
【００３４】
以下に、鉄含有の表面層よりも小さな硬度を有する銅含有の表面層の特性について詳しく説明する。
【００３５】
実際の使用のために特に有利である実施態様では、銅含有の表面層が、α銅から成るベースマトリックスから成っている。このベースマトリックスは特に良好な特性、特に良好な滑り特性を有する表面層のための比較的軟らかい基本材料を形成している。
【００３６】
別の有利な実施態様では、銅含有の表面層が、付加的にチタン０．０１〜１重量％を含有するように当該軸受け装置が形成されている。チタンの添加によって、表面層の硬度を特定の範囲内で変化させることができる。このことは、たとえば鉄含有の表面層と銅含有の表面層とのペアリングを互いに対して最適に調和させるために必要となる。
【００３７】
当該軸受け装置の軸受け部分の良好な摺動特性を確保するためには、たとえば銅含有の表面層が、鉄および／またはコバルトおよび／またはマンガンおよび／またはケイ素の析出物を有するように当該軸受け装置が形成される。これらの物質は、量的に銅により支配された表面層における硬質相を形成する。これらの硬質相は比較的硬い範囲、つまりその他の部分では比較的軟らかい銅含有の層において高い硬度を有する範囲を形成する。この硬質相の硬度はこの場合、３００〜５００ＨＶ、有利には４００ＨＶであってよく、この場合、ＨＶは慣用通りにビッカース硬度を意味する。銅含有のベースマトリックスはこの場合、８０〜２００ＨＶ、有利には１００ＨＶの硬度を有していてよい。
【００３８】
軸受け装置の湿式潤滑または液体潤滑、特にオイル潤滑の場合、潤滑剤、つまりたとえばオイルが、軸受け部分の２つの摺動面の間へ良好に運び込まれることが重要となる。このことはとりわけ、鉄含有の表面層および／または銅含有の表面層が、それぞれ０．５〜５容積％、特に１〜３容積％の気孔率を有することにより達成される。オイルは気孔内へ侵入して、気孔によって摺動面にわたって搬送される。すなわち、気孔は、困難な潤滑条件下でも軸受け部分の潤滑を確保するために十分なオイルもしくは潤滑剤を内蔵するリザーブポケットのように働く。
【００３９】
両表面層のうち少なくともいずれか一方の表面層、つまり鉄含有の表面層か、あるいは銅含有の表面層または両表面層が、軸受け部分の摺動面への当該表面層の被着後に後加工されると有利である。この場合、あらゆる方法のうち、特にあらゆる切削加工法のうち、ホーニング加工が表面の後加工のために最良に適していることが判った。それゆえに、別の実施態様では、表面層がホーニング加工により後加工される。
【００４０】
実際の使用のために特に重要となる実施態様では、内燃機関のクランクシャフトが本発明による軸受け装置を備えている。たとえば直列６シリンダエンジンでは、クランクシャフトが半径方向の４つの滑り軸受け（ラジアル滑り軸受け）と、軸方向の１つの滑り軸受け（スラスト滑り軸受け）と、半径方向の２つの転がり軸受け（ラジアル転がり軸受け）とに支承されていてよい。さらに、その場合、６つのコネクティングロッドがクランクシャフトの６つのクランクピンのところで、半径方向の６つの滑り軸受けに支承されている。このようなクランクシャフトが支承されている滑り軸受けの定位置の軸受け部分の摺動面は、本発明による特殊な表面層のうちの一方の表面層を備えており、この表面層は、たとえば銅ベース層である。
【００４１】
クランクシャフトはこの場合には、合計５つの滑り軸受け個所に設けられた摺動面と、クランクピンに設けられた摺動面とに、特殊な表面層のうちの他方の表面層を備えており、この他方の表面層は、たとえば鉄ベース層である。さらに、クランクピンのためのコネクティングロッドに設けられた軸受け個所、つまりコネクティングロッドのためのクランクシャフトの軸受け個所（以下に「コネクティングロッド大端部孔」と呼ぶ）は、たとえば銅ベース層を備えている。さらに上で例示的に挙げた直列６シリンダエンジンの２つの転がり軸受けの内レースおよび外レースの摺動面も、この例では前記銅ベース層を備えている。それに対して、転がり軸受けの転動エレメント、極めて特殊な実施態様ではたとえばボール（玉）、ローラ（ころ）、円錐体（円錐ころ）等は鉄ベース層を備えている。
【００４２】
すなわち、この実施態様で挙げられた全ての軸受け装置では、互いに軸受け式に接触している軸受け部分において、比較的硬い表面層と、比較的軟らかい表面層とのペアリングが実現されている。本発明によるこのような軸受け装置により、たとえば軸受けシェルの使用を不要にすることができる。
【００４３】
特殊な使用条件、たとえば特に高い負荷のもとでは、事情よっては、やはり引き続き軸受けシェルを使用することが必要となる場合もある。このような場合には、軸受けシェルに、たとえば比較的軟らかい表面層、たとえば銅ベース層が施与され、支承したい他方の軸受け部分には、比較的硬い表面層、たとえば鉄ベース層が施与される。本発明による軸受け装置を用いると、たとえば公知先行技術により知られている軸受けシェルを用いた場合よりもはるかに高い寿命またははるかに高い負荷耐性が達成される。
【００４４】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００４５】
図１は、本発明による滑り−軸受け装置の概略図であり、
図２は、本発明による転がり−軸受け装置の概略図であり、
図３は、クランクシャフトの本発明による軸受け装置の一部を示す概略図である。
【００４６】
図１には、本発明による滑り−軸受け装置１が概略的に図示されている。この滑り−軸受け装置１は軸方向の力、つまり軸線Ａの方向の力を受け止めることができる。図面から判るように、滑り−軸受け装置１の第１の軸受け部分２はシャフト段部２０１を備えたシャフトの形に形成されている。このシャフト段部２０１には、硬い表面層２１を備えた摺動面が設けられている。シャフト段部２０１は組み立てられた状態において、第２の軸受け部分３の摺動面３２に支持される。第２の軸受け部分３はこの場合、オイル潤滑された支持軸受け３０１の形に形成されている。支持軸受け３０１の摺動面３２には、軟らかい表面層３１が被着されている。さらに図面から判るように、滑り軸受けのために典型的な複数のオイル溝５と、オイル供給のための孔６とが設けられている。
【００４７】
運転状態において不純物が生じたとしても、この不純物は第２の軸受け部分３の軟らかい表面層３１の銅マトリックスまたは第１の軸受け部分２の硬い表面層２１に設けられた銅範囲に圧入されるので、両軸受け部分の表面を損傷させる恐れはない。
【００４８】
図２には、転がり軸受けの形の本発明による軸受け装置１の１実施例が概略的に図示されている。転がり軸受けはこの場合、ニードルクラウン（針状ころ輪）７として形成されている。軸受け装置１は分かり易くするために分解図の形で描かれている。原理的には、１つのニードルクラウン７を、嵌合する寸法を有するあらゆるシャフトおよび／またはニードルスリーブと一緒に使用することができる。たとえば玉軸受けから知られている、摺動面を備えた内レースおよび外レースはこの場合、たいてい不要にされる。第２の軸受け部分３はこの場合、シャフト３０１およびニードルスリーブ４０１により実現されている。第１の軸受け部分２は鉄含有の表面層２１を有する転動体として特徴付けられている。第２の軸受け部分３は軟らかい表面層３１を備えている。もちろん、第１の軸受け部分２が軟らかい表面層３１を備えていて、第２の軸受け部分３が鉄含有の表面層２３１を備えていてもよい。
【００４９】
図３には、本発明による軸受け装置１の別の実施例が示されている。この軸受け装置１は実際の使用のために特に重要となる。図面を見易くするために、重要となる部分は断面されて図示されている。クランクシャフト２０１の本発明による軸受け装置１の一部が図示されている。この軸受け装置１の上側の部分は図面を見易くするという理由からも図示されていない。軸受け装置１の図示の部分では、クランクシャフト２０１が硬い表面層２１を備えていて、半径方向の滑り軸受け３０１内に支承されている。この滑り軸受け３０１は軟らかい表面層３１を備えている。オイル潤滑を保証するために、第２の軸受け部分３、つまり滑り軸受け３０１には、オイル供給のためのオイル溝５と複数の孔６とが設けられている。さらに、クランク８とクランクピン９とコネクティングロッド１０とが図示されている。クランク８は分かり易くするために断面されて図示されている。クランク８には、とりわけクランクピン９が設けられており、このクランクピン９はコネクティングロッド１０との滑り軸受け部の個所に、鉄含有の硬い表面層２１を備えている。コネクティングロッド１０はこの軸受け個所に、銅含有の軟らかい表面層３１を備えている。図面中の別の細部、たとえばオイル潤滑のためのクランクシャフトに設けられた孔等の図示は省略されている。
【００５０】
この場合にも、運転状態において不純物が生じたとしても、この不純物は第２の軸受け部分３、つまり滑り軸受け３０１の軟らかい表面層３１の銅マトリックスまたは第１の軸受け部分２、つまりクランクシャフト２０１の硬い表面層２１の銅範囲に圧入されるので、不純物が両軸受け部分の表面を損傷させる恐れはない。このプロセスはもちろん、コネクティングロッドの軸受け個所に設けられた表面層についても行われる。
【００５１】
滑り軸受け３０１の範囲でクランクシャフト２０１に硬い表面層２１を被着させることにより達成される重要な利点は次の点に認められる。すなわち、硬い表面層２１に基づき、この表面層なしでは必要となる、この範囲におけるクランクシャフト２０１の別個の硬化（たとえば高周波焼入れ）を不要にすることができる。図３に示した実施例では、硬い表面層２１がクランクシャフト２０１のクランクピンに設けられている。同様に、この硬い表面層２１がクランクシャフト主軸受け（クランクシャフトメインベアリング）の軸受けジャーナルに設けられていてもよい。硬い表面層２１を有していない、公知先行技術に基づき知られている慣用のクランクシャフトでは、早期の摩耗を回避するために、クランクシャフトの軸受け個所を手間のかかる別個の作業ステップで硬化させることが必要となる。このことは一般に高周波焼入れにより行われ、このことは高い手間および高いコストを招いてしまう。さらに、クランクシャフトの高周波焼入れの間、軸受け座もしくは軸受けシートに歪みが生じてしまう。この歪みを補償するためには、焼入れの前に軸受けシートが、高い寸法増分を持って製造されなければならない。そして高周波焼入れの後に軸受けシート直径は、研削加工（または類似の切削加工法）によって最終寸法にまでもたらされる。本発明により軸受けシートに硬い表面層２１を被着させることにより、この個所における高周波焼入れを不要にすることができるので有利である。したがって、高周波焼入れの上記欠点は回避され、クランクシャフトの製造は従来よりも少ないエネルギ手間をかけるだけで行われる。軸受けシートにおいて寸法増分が必要とならないか、もしくは公知先行技術に比べて著しく減じられた寸法増分しか必要とならず、クランクシャフトは歪みを受けず、またクランクシャフトの亀裂し易さも、慣用の高周波焼入れされたクランクシャフトに比べて減じられている。
【００５２】
本発明の別の重要な利点は次の点にある。すなわち、軸受け装置のために本発明による被覆体を使用することにより、クランクシャフトに設けられるオイル通路孔を不要にすることができる。公知先行技術に基づき知られているクランクシャフトでは、クランクシャフトボディに複数のオイル通路孔が形成されている。これらのオイル通路孔は、クランクシャフトのメイン軸受けおよびコネクティングロッド軸受けの改善された潤滑を達成するために働く。これらのオイル通路孔を通るオイル流により、オイルが軸受けの表面に十分な量で分配されるようになるので、軸受け部の接触面の間の摩擦・摩耗低減が達成される。オイル通路孔の製作は高い手間と、相応して高いコストとを招く。さらに、オイル通路孔は亀裂形成を招く恐れもあり、オイル通路孔はクランクシャフトの動的な強度を減少させる。
【００５３】
クランクシャフトのメイン軸受けおよびコネクティングロッド軸受けの表面に本発明により設けられた表面層に基づき、摩擦・摩耗低減のためにオイル通路孔を介して付加的にオイルを軸受け面にまで搬送する必要なしに、軸受け部の十分な摩擦低減および摩耗低減が達成される。したがって、クランクシャフトにおける別個のオイル通路孔を不要にすることができる。オイル通路孔を不要にすることにより、たしかにメイン軸受けおよびコネクティングロッド軸受けのオイル潤滑が減じられるが、しかしこのことは軸受けパートナの本発明による被覆によって補償される。このために本発明によれば特に適当な材料組合せが設定されている。このような材料組合せは、オイル通路孔を通じて付加的に運び込まれるオイルなしでも軸受けパートナの十分に小さな摩擦と十分に小さな摩耗とを達成するために適当なトライボロジ特性を有している。
【００５４】
クランクシャフトの軸受け表面と、対応する対応ボディの軸受け表面とから成るトライボロジシステムに対する、オイル通路孔を用いた慣用のオイル潤滑の好都合な影響は、本発明によれば、表面被覆体の形で被着される的確に選択された材料によって達成される。この場合、クランクシャフトの軸受けシートに対する対応ボディは、その表面に表面層の形で被着されている軟合金を有する２つの半割シェルから成っていてよい。しかし択一的には、対応ボディを、支承したい構成部分に設けられた対応する軸受けシート、たとえばコネクティングロッド大端部孔の内側の表面によって直接に形成することもできる。
【００５５】
個々の軸受け部分における本発明による表面層の使用により、オイル孔自体の製作が不要にされ得るだけではなく、孔端部のバリ取りおよび研磨も不要となる。さらに、亀裂し易さの低減およびクランクシャフトの動的剛性の向上も達成される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による滑り−軸受け装置の概略図である。
【図２】本発明による転がり−軸受け装置の概略図である。
【図３】クランクシャフトの本発明による軸受け装置の一部を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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