7 Konstruktive Gestaltung von Lagern

Die Ausbildung der einzelnen Lagerstellen und GleitfHichen muB so erfolgen, daB sie organisch in die gesamte Motorkonstruktion eingebunden werden, urn die Gewahr zu haben, daB sie im­mer einwandfrei laufen. Dieser Forderung wird nur dann entsprochen, wenn die Dimensionie­rung der Lagerelemente, wie Kurbelwellenzapfen, Lagerschalen und Lagerschalenumgebung sowie die SchmierblzufUhrung und die Festlegung der Bearbeitungstoleranzen entsprechend dem jeweiligen Stand der Technik erfolgt.

1m einzelnen sind dies folgende Forderungen:

- Der Schmierstoff muB moglichst der drucklosen Zone im Lager zugefUhrt werden oder an Stellen, wo der Schmierspaltdruck gering ist.

- Lager und Welle miissen so ausgefUhrt werden, daB sich ein erforderlicher Schmierfilm im Lagerspalt ausbilden kann.

- Die durch Reibung entstehende Warme muB abgeleitet werden. - Lager- und Wellenstruktur miissen steifigkeitsmaBig so abgestimmt werden, daB moglichst

kein Kantenpressen auftritt.

1m folgenden werden die einzelnen MaBnahmen der Grob- und Feingestaltung bzw. der Olzu­fiihrung beschrieben.

7.1 Lagerbauarten und konstruktive Details

Bei den Lagerbauarten unterscheidet man Lagerbuchsen und Lagerschalen mit und ohne An­laufring bzw. Anlaufscheibe als Axiallager [7.1, 7.2, 7.3, 7.4].

Die Entscheidung, ob Lagerschalen als Halbschalen oder Buchsen verwendet werden, hangt rein von konstruktiven Gesichtspunkten abo Sie richten sich nach der Ausbildung des Lagerstuh­les und der Welle. Buchsen werden als Lager Z. B. fUr Nockenwellen, in kleinen Pleuelaugen, in Kipphebeln oder fUr Zwischenzahnrader sowie fUr Grundlager in Tunnelgehausen bei Mehr­zylindermaschinen in Verbindung mit gebauten Kurbelwellen verwendet. Funktionell bieten die Buchsen gegeniiber Halbschalen nur den einen Vorteil, daB sie keine Starungen des Schmier­filmdruckaufbaues durch die bei den Halbschalen auftretenden Nullstellungen in den StoBge­genden aufweisen. Dieser Nachteil der Halbschalen ist jedoch im allgemeinen von untergeord­neter Bedeutung, da die StoBebene immer an Stellen gelegt werden kann, wo sie nicht start.

Ais Nachteil fUr Buchsen gegeniiber Halbschalen sind folgende Gesichtspunkte anzufUhren: die Montagebedingungen, Beschadigungen der Grundbohrungen bei Demontage, das schwieri­ge Einhalten der Genauigkeit der Lage beim Einbau (Olzufuhr, Nuten) und die Anforderungen an die Rundheit der Lagerbohrung im eingebauten Zustand, die nur mit hohem Aufwand kor­rigiert werden kann.

J. Affenzeller et al., Lagerung und Schmierung von Verbrennungsmotoren© Springer-Verlag/Wien 1996

226 Konstruktive Gestaltung

Bei geteilten Lagern, wie beim groBen Pleuellager, bei Grundlagern in Motoren mit hangen­der Lagerung oder mit Grundplatte, werden daher Halbschalen (dtinnwandige Lagerschalen) verwendet.

7.1.1 Lagerbuchsen

Lagerbuchsen werden heute aus Massivbronze hergestellt. Dabei konnen diese Buchsen mit oder ohne Anlaufbund ausgeftihrt sein. Die konstruktive Gestaltung dieser Lagerbuchsen ist in Abb. 7.1 nach DIN 1850 (Teil 1) dargestellt. Die wahrend der Bearbeitung einzuhaltenden Rauhigkeiten betragen Rz = 6,3 11m am AuBen- und Innendurchmesser und Rz = 25 11m an den Stirnftachen.

Lagerbuchsen werden jedoch auch als Verbundwerkstoff dtinnwandig oder dickwandig aus­geftihrt. So werden manchmal aufgrund des Korrosionswiderstandes bei Motoren mit Schwer­olbetrieb Lagerbuchsen aus WeiBmetall bzw. Aluminium als Verbundlager mit einer auBeren Htilse aus unlegiertem Baustahl verwendet. Diese konnen entweder gerollt mit StoBfuge, wobei die StoBfuge eine Verklammerung darstellen kann, oder im SchleuderguBverfahren in einem Stahlrohr gefertigt werden. Abbildung 7.2 zeigt eine gerollte dtinnwandige Buchse nach DIN 1494 (Teil 2). In dieser Abbildung sind auch die MaBe angegeben, die bei der Konstruk­tion einer so1chen Buchse neben Werkstoffspezifizierungen angegeben werden mtissen. So1che

d, d

o ITa

- "0 M

"0

Abb.7.1. Massive Bronzebuchse mit und ohne An­

lautbund (DIN 1850)

Einzelheit Z b Dargestellt an einer Buchse aus

~=~~=~ einem Mehrschicht-Werkstoff I>'J0 '<<;'

E E

C')

o

Abb. 7.2. Gerollte, diinnwandige Zy­

linderbuchse (DIN 1494)

7. 1 Lagerbauarten 227

Buchsen werden verwendet im kleinen Pleuelauge, im Kolbenbolzenauge, fi.ir die Lagerung von Nockenwellen, Kipphebeln, Schlepphebeln, Zahnrad- und Olpumpenwellen sowie Wasser­pumpenwellen.

7.1.2 Dtinnwandige Lagerschalen mit und ohne Anlaufring

Dtinnwandige Lagerschalen werden heute fast ausnahmslos aus Verbundwerkstoff als Zwei­stofflager sowie manchmal als Dreistofflager oder als SonderausfUhrung (s. Abschn. 8.4) eingesetzt. Ais dtinnwandige Lagerschale werden Lagerschalen bezeichnet, deren Dicken­Durchmesser-Verhaltnis er/dl kleiner als 0,06 ist. Abbildung 7.3 zeigt eine dtinnwandige La­gerschale nach DIN 1497. Diese Lagerschalen werden mit positiver Spreizung ausgeftihrt. Die Herstellung derselben erfolgt meistens aus Bandstticken, die aus mehrschichtigen Werkstoffen bestehen. Diese Lagerschalen mtissen, urn bei ihrem Einbau eine bestimmte Pressung zu haben und damit eine Sicherung gegentiber Verdrehen zu bekommen, einen langeren Umfang haben als der Urn fang der Grundbohrung. Der langere Umfang wird als Oberstand bezeichnet. Abbil­dung 7.4 zeigt die Definition des Oberstandes SN, der durch Bearbeitung der Stirnftachen er­halten wird. Die Toleranz des Uberstands betragt bei Lagerdurchmessern bis 50 mm 0,025 mm und rund 0,045 mm bei Lagern fUr Lagerdurchmesser von 120 bis 160 mm.

Ftir die Herstellung der Aufnahmebohrung im Gehause wird das Toleranzfeld von H6 vor­geschrieben. Bei Aluminiumwerkstoffen mit hohem Ausdehnungskoeffizient werden Toleranz-

SIahlslOlzk6rper

MeBblock

Lagerrticken

r-r::..==.:..;-="=i- >- - z Olen § -g ~ «I

:~ -.:.:: <n di Q) > ,~

Abb.7.3. Diinnwandige Lagerscha\e

(DIN 1497). Spreizung (DF > Dd

Abb.7.4. MeBschema zur Beslimmung

des Dberstandes

228 Konstruktive Gestaltung

Umin: Zweistofflager : O,3mm Dreistofflager : bei DL<200 : 0,8mm

bei Dl>200 : 1,5mm

0:=30° oder 45° 45°±8°

Abb.7.S. Freistellung der Gleitftiichen im Bereich der Trennebene

Abb.7.6. Anfasung von der Lagerstirnftiiche zur Gleitftiiche

felder abweichend von H6 vorgeschrieben, wobei jedoch das Toleranzfeld 6 beibehalten werden sollte.

Die Toleranz der Wanddicke der Lagerschale eT darf, je nachdem wie dick sie ist, zwischen 8/lm und 30/lm (Lagerdurchmesser 50 bzw. 400 mm) betragen. 1st jedoch eine galvanische Gleitschicht aufgebracht, so erhohen sich die Toleranzen zu 10 bis 40 /lm.

Freistellungen der Lagerschalen im Bereich der Trennebenen werden zur Kompensation von Verschiebungen der Gleitebenen infolge Bearbeitungs- oder Montagemangel verwendet (s.

Abb. 7.5). Die Abmessungen der Freistellung sind abhangig von der Verwendung und mtissen zwischen Anwender und Hersteller vereinbart werden. Als Richtlinie fUr die Freistellungen Ho kann 111 0 des Lagerinnendurchmessers genommen werden. Die Toleranz ftir die Freistel­lung Ho kann zwischen 0 und 3 bis 6 mm betragen, wobei 3 mm fUr Lagerdurchmesser bis 80 mm und 6 mm fUr Lagerdurchmesser von tiber 200 mm genommen werden konnen. Die Freistellung Po selbst betragt zwischen 18 und 40 /lm im Mittel. Liegen die Lagerteilftachen in oder in der Nahe der hochbelastenden Zone der Gleitlager, so sind sie moglichst klein zu wahlen. In Abb. 7.5 sind auch die Lagerwanddicken eT bzw. Metalldicken S2 und S2 eingetra­gen. Heute tibliche Lagerdicken betragen bei Lagerdurchmessern bis zu 160 mm rund 3,1 % bezogen auf den Lagerdurchmesser und bei Lagerschalendurchmesser grol3er als 160 mm 2 %. Die Lagermetalldicke betragt in Abhangigkeit des Lagerdurchmessers fUr Durchmesser bis 180 mm zwischen 0,3 und 0,8 mm und steigt bis 1,2 mm fUr Lager grol3er als 400 mm Boh­rungsdurchmesser an. Bronzelager besitzen bei kleinen Lagerdurchmessern tendenzmal3ig eine grol3ere Lagermetalldicke als Leichtmetallager. Bei groBeren Lagerdurchmessern sind jedoch die Abmessungen groBenordnungsmal3ig gleich. Ein Unterschied z. B. zwischen Pleuellager und GrundlagerausfUhrung beztiglich der Lagermetalldicke ist nur bei kleinen Lagerdurchmes­sem gegeben. Dabei besitzt das Grundlager eine hahere Lagermetalldicke als das Pleuellager (urn rund 0,1 mm) [7.1].

7.1 Lagerbauarten 229

In Abb. 7.6 sind die Anfasungen der Lagerstimftache zum LagerrUcken bzw. zur Gleitftache dargestellt. Ublicherweise betragt die Fase je nach Lagerwanddicke eT bei Lagerdurchmessem bis 120 mm 0,5 mm, jedoch besser 1 mm. Die Anfasung selbst ist mit 45° ± 8° anzugeben. Die Fase zur Gleitftache betragt wiederum 45° ± 5° bei ublichen Ausfiihrungen. Wird jedoch die Lagerftache durch diese Fase zu stark reduziert, so konnen auch kleinere Anfasungen vorgeschrieben werden. Es ist daher auch ublich, einen Winkel von 30° ± 5° vorzuschreiben. Die Abmessung der Fase h muB dabei so dimensioniert werden, daB die Abmessung U der verbleibenden Starke bei Zweistofflagem 0,3 mm und bei Dreistofflagem zwischen 0,8 und 1,5 mm betragt.

Zur Positionierung von Lagerschalen bzw. Lagerbuchsen, jedoch nicht zur Kraftiibertra­gung, werden Arretierungsnocken, Nockenaufnehmer bzw. Stifte verwendet. Abbildung 7.7 zeigt Arretiemocken in der Lagerschale und die Nockenaufnahme im Gehause. Der Abstand des Arretiemockens vom Rand der Lagerschale soUte rund 1,5mal der Lagerwanddicke be­tragen, jedoch mindestens 3 mm. Der Abstand von der Schmiemut hingegen soUte ungefahr 2 mm betragen, es gibt jedoch auch Ausfiihrungen mit kleineren Abstanden. Entsprechend die­ser Forderungen konnen Ausfiihrungsschwierigkeiten entstehen. In diesem Fall darf auch der Arretierungsnocken in die Schmierstoffnut hineinragen. Ais Anhaltswerte fur die Dimensionie­rung des Arretierungsnockens und der Nockenaufnahme im Gehause konnen fUr einen Lager­durchmesser zwischen 80 und 120 mm folgende Werte angefiihrt werden: die Nockenbreite im Gebause E soIl rund 5 mm betragen, die Lange der Arretierung Nz betragt dabei 8 bis 10 mm und die Tiefe G = 2 bis zu 6 mm [7.1]. Damit durch die Aufnahme des Arretierungsnockens im Gehause keine zusatzliche Pres sung entsteht, betragt die Breite der Nockenaufnahme E fiir Lagerdurchmesser von 80 bis 120 mm mindestens A + 0, 15 mm, die Lange Nz "" B + 1,5 mm und die Tiefe G = ND + 0, 15 bis 0,3 mm. Die Toleranz fur den Abstand H vom Rand betragt zwischen 0,0 und 0,2 mm. Der Arretiemocken an der Lagerteilftache muB, urn ein DrUcken der Nocke in der Teilftache zu vermeiden, freigestellt werden. Diese Freistellung wird bei Stan­dardausfiihrungen in einem Raumungsvorgang der Bearbeitung der Trennftache hergestellt. Die freigelegte Tiefe ist in diesem Fall mit maximal 0,5 mm beschrankt. 1st aus konstruktiven

~ V-zol H 2 1,5 · eT, mindestens 3mm

Arretierungsnocken in der Lagerschale

--N. = U2 - H

Nockenaufnahme im Gehause

Abb.7.7. Arretierung der LagerschaJe im Gehiiuse mit

Hilfe eines Arretiemockens

230 Konstruktive Gestaltung

("

I i Nj

I ~ I 1 -

10d4i11 "' 1-° I X±O,1 >-

x

a b

Abb.7.8. Positionierung der Lagerschale iiber a Plattchen oder b Stift im Gehause

Spannklammer

Abb.7.9. Einbau mit Spannklammer (nach Miba)

bei verdrehter Einbaulage

Grunden eine Freilegung von groBer als 0,5 mm notwendig, muB diese in einem gesonderten Arbeitsgang hergestellt werden.

Zur Positionierung von Lagerschalen werden neben Arretierungsnocken auch Positionie­rung en mit Plattchen oder Stiften verwendet. Diese Art der Positionierung wird bei groBeren Motoren, insbesondere in mittelschnell laufenden Motoren, angewendet. Abbildung 7.8 zeigt eine Positionierung mit einem Positionierungsplattchen. Dabei ist darauf zu achten, daB die Wanddicke zwischen Lagermaterial und Ausnehmung 1 mm nicht unterschreitet. Ublicherwei­se sind Wanddicken von 2 bis 3 mm wtinschenswert. Bei kleineren Motoren, PKW und LKW­Motoren, werden auch Zylinderstifte verwendet. Dabei ist darauf zu achten, daB Bearbeitung und Toleranz so festgelegt werden, daB ein Klemmen der Fixierstifte durch Toleranztiberlage­rung en nicht eintritt. Die Fixierbohrung der gegentiberliegenden Lagerschale muB daher ein entsprechend groBeres MaB haben.

Bei schraggeteilten Pleuelstangen werden manchmal, insbesondere bei groBeren Motoren, die Teilflachen der Lagerschalen gegenuber der Trennebene verdreht positioniert. Dies ge­schieht, damit der Druckaufbau infolge der Zundkraft moglichst ungestort von der Lage der Trennebene des groBen Pleuelauges geschieht. Hiezu gibt es Spannklammern, die die Ober- und Unterschale zueinander fixieren und bei der Montage der Lagerschale im Pleuelauge als Mon­tagehilfe eingesetzt werden. Abbildung 7.9 zeigt eine solche Spannklammer nach Miba [7.1].

7. 1 Lagerbauarten 231

7.1.3 Schmierstoffzuftihrungselemente

Urn die Lager ausreichend mit Schmierstoff zu versorgen, sind Schmierstoffzuftihrungsele­mente in Form von Schmierlochern, Schmiernuten und Schmiertaschen notwendig. Bei Lager­buchsen konnen diese, wie in Abb. 7.10 nach DIN 1591 dargestellt, ausgefiihrt werden. Neben Schmierlochern zur Einbringung des Schmierstoffes sind auch Uingsnuten, Ringnuten, Schrau­bennuten mit Rechts- und Links-Windung, Achternuten und andere vorgesehen. Bei schlechten hydrodynamischen Bedingungen, z. B. bei 2-Takt-Motoren, sind Nuten entweder als Schrau­bennuten oder Achternuten zur Verteilung des Oles und zur Ausbildung des Schmierfilmes notwendig.

Abbildung 7.11 zeigt Schmiernuten und Schmierlocherausftihrungen bei diinnwandigen Lagerschalen. Schmiernuten konnen entweder als Trapeznut oder als rechteckige Nut aus­geftihrt werden. Dabei ist es notwendig, daB das Lagermaterial, insbesondere bei rechteckiger Ausftihrung, noch eine Anfasung besitzt. Zur Zuftihrung des Schmieroles zur Nut werden ein oder mehrere Schmierolzuftihrlocher vorgesehen. Diese sollen moglichst in unbelasteten Zo­nen angebracht werden. Der Ubergang zur Gleitflache solI angefast und zumindest mit einem Kantenbruch verse hen werden, urn das Auftreten von Stromungskavitation zu vermeiden. Der Schmierlochdurchmesser ist iiblicherweise kleiner als die Schmiernutbreite Gw. Es gibt jedoch auch Ausftihrungen, bei denen die Olnutbreite kleiner ist als der Lochdurchmesser. 1st dies der Fall, so muB die Anfasung im Bereich des Schmierloches mit einem Kegelwinkel von 60° ausgeftihrt werden [7.1].

Es wurde bereits in Kap. 3 darauf hingewiesen, daB eine Olzufuhrbohrung in die Olverteil­nut haufig eine Drosselstelle im OlfluB darstellt. Dies ist dadurch bedingt, daB die Zufuhrboh­rung entsprechend der vorherigen Forderungen iiblicherweise kleiner als die Nutbreite sein solI. Die Nutbreite wird bestimmt durch die Belastung des Lagers. Urn diese Drosselstelle zu besei­tigen, sind mehrere Olzufuhrbohrungen vorzusehen, wie in Abb. 7.36 dargestellt. Dazu muB in der Grundbohrung eine entsprechende Olverteilnut zu den Bohrungen vorgesehen werden. Dies gilt sowohl bei den Grundlagern als auch ftir die Pleuellager. Diese Oldurchtrittsbohrungen zur Olverteilnut sollen so angeordnet werden, daB sie nicht unmittelbar an den Nutauslaufstellen

Schmierl6cher,Schmiernuten.Schmiertaschen Schmierl6cher,Schmiernuten,Schmiertaschen

Aus- Form Aus- Form fUhrungs- nach Art und Anwendung flihrungs· nach Art und Anwendung

form DIN 1591 form DIN 1591

A A Schmierloch Q K C Schraubenut a B mittig oder F Nutwindung L aul3ermittig rechts

E G Ringnut

t M C 8er-Nut

H mittig oder

~ aul3ermittig

Abb. 7.10. Moglichkeiten der Anordnung von Schmierlochern, Schmiernuten und Schmiertaschen (DIN 1850, Teil II,

Ausziige) [7.4)

232

f­Q)

7.11

Schmiernuten

0. Gw OlzufOhrung in die Schmiernut

a=300±5° oder 45° Oblich

GE=O.35 • eT' mindestens O,7mm

Konstrukti ve GestaItung

7.12

Abb.7.11. Schmierstoffzuftihrungselemente an einer dUnnwandigen Lagerschale (aus DIN 1457)

Abb.7.12. Schmiernutauslauf (DIN 1497)

angeordnet sind, da sonst durch zu hohe Olgeschwindigkeiten Kavitationsgefahr auftreten kann [7.22].

Abbildung 7.12 zeigt die Dimensionierung eines Schmiemutauslaufes. Der Auslauf von Schmiemuten ist kritisch wegen der Gefahr von Kavitation. Es sind daher moglichst kleine f3- Winkel anzustreben.

Bei groBeren Motoren sind zur Verteilung des Schmierstoffes in Lagerschalen ohne Nut Schmiertaschen in der Lagerschale vorzusehen. Diese befinden sich ausnahmslos im Bereich der Trennebene. Eine der gebrauchlichsten Schmiertaschenformen ist in Abb. 7.l3 dargestellt. Die Breite der Tasche betragt dabei rund 3/4 der Laufflachenbreite. Bei der Konstruktion modemer Diinnwandlager werden jedoch nur noch selten Schmiertaschen fUr die Olversor­gung der Lagerstelle vorgesehen. Die richtige Dimensionierung und Gestaltung der Schmiemut oder ZufUhrungsbohrung bewirkt eine vollkommen ausreichende Olversorgung. Die Schmier­nut dient dabei nur zur Olversorgung und liefert keinen Beitrag zur Hydrodynamik.

7.l.4 Axiallager

Axiallager konnen als dlinnwandiges Bundlager (Radiallager mit Bund) ausgefUhrt oder als An­laufscheibe mit Fixiemocken an der Stimftache des Lagers montiert werden [7.4]. Abbildung 7.l4 zeigt die konstruktiven Merkmale anhand einer dlinnwandigen Lagerschale mit Bund. Das Lagermetall befindet sich nur dort, wo es unbedingt gebraucht wird. Die Lagerschale im Be­reich der Axial- und Radiallager wird mit entsprechendem Ubergangsradius und entspre~hender Kantenanfasung im Gehause ausgeflihrt. Damit das Lager radial richtig sitzt, sind an den Teil­ftachen Freilegungen (Schragen oder Abstufungen) anzuordnen. An den axialen Gleitftachen sind im Bereich der Trennebene Freistellungen vorzusehen, damit durch Verschiebungen der Lagerschalen, bedingt durch Herstellungstoleranzen bzw. Montagefehler, kein KantenstoB auf­treten kann und gleichzeitig auch die Schmierstoffversorgung der Gleitftachen gewahrleistet ist.

7.1 Lagerbauarten

",3/4 der Laufflachenbreite

Freilegung an den Bunden

_....--t------... ,/ , -",

;r I ' I ' \ I .

\ --------r-

/ /'

I

NennmaB P E nich! unter 1 ,5 mm

AnsichtA

233

Abb.7.13. Schmiertaschenfor­

men (DIN 1497)

Schnitt B-B Schnit! A-A

$ Einzelheit X

Freilegung an den Gleitflachen

Abb.7.14. Schmierstoffzufiihrungselemente an einer diinnwandigen Bundlagerschale (DIN ISO 6864)

234

Axiallager . Halbscheibe ohne Nocken

Axiallager . Halbscheibe mit Nocken

Stanzeinzug an gebogenem Axiallagerscheibenende

Abb.7.15. Axiallager-Halbscheiben-Ausfiihrungen (DIN ISO 6526)

Konstruktive Gestaltung

UJ (!)

Schnitt B-B

sJL~[ Stanzeinzug und Vertiefung zwischen Teilflache und Gleitflache

Stanzeinzug (Lagermetall seitlg)

Werden Axiallager-Halbscheiben verwendet, so sind sie entweder mit oder ohne Nocken ausgefiihrt. AusfUhrungen von Axial-Halbscheiben sind in Abb. 7.15 dargestellt. Auch diese Halbscheiben, wobei die Nocken wieder fUr die Arretierung dienen, haben rechts und links wahlweise eine Schmiemut, urn fUr die G1eitftachen geniigend Schmierstoff zu bekommen. 1m Bereich der Trennebene ist automatisch durch die Anfasung der Gleitftache eine Schmiemut gegeben.

Der Vorteil des Bundlagers besteht darin, daB es nur aus zwei Teilen besteht, und dem­entsprechend die Montage einfach ist. Aus Fertigungsgegebenheiten kann die Axiallager­ftache nieht beliebig vergroBert werden. Eine praktische Grenze liegt bei etwa d3/d, = 1,25 (d3 = AuBendurchmesser, d, = Zapfendurchmesser; s. Abb. 7.14) [7.22].

Die Anlaufscheiben werden iiberwiegend als Halbscheiben verwendet. Die Vorteile der

7.2 LagerschalenpreBsitz 235

Lasung mit Scheiben sind: Austausch eines billigen Teiles bei AxiallagerverschleiB, die Par­allellage der Anlaufringflachen hangt nicht von Einbauverformungen ab, sondern nur von den Anlageflachen im Gehause. AuBerdem ist in den meisten Fallen diese Lasung billiger.

Wichtig bei allen Axiallagerstellen ist die Abfuhr des heiBen 0les aus dem Radiallager. Dazu sind kraftige Schmiernuten in den Axiallagerflachen einzuarbeiten. Eine Behinderung des 0lflusses kann sich schadlich auf das Radiallager auswirken, da im Bereich des behinderten 0labflusses eine hahere Lagerschmierfilmtemperatur auftritt und die Gefahr des Anreibens oder Fressens gegeben ist. Die zulassigen Belastungen bei Bundlagern und Anlaufscheiben liegen bei Dauerlast zwischen 0,7 und 1,5 N/mm2, bei intermittierender Last zwischen 1,5 und 2,8 N/mm2. Kurzzeitig kannen auch Flachenpressungen von 4 N/mm2 ertragen werden oder unter StOBen sogar Belastungen bis 18 N/mm2 [7.22].

7.2 Lagerschaienpre6sitz

In den meisten Anwendungsfallen werden Lagerschalen und Buchsen durch ReibschluB in den Aufnahmebohrungen mit dem Gehause verbunden. Hiezu muB der AuBendurchmesser des Gleitlagers graBer sein als die Aufnahmebohrung. Der Radialdruck zwischen Lager und Gehause muB ausreichen, urn Verschiebungen in Umfangsrichtung oder in Axialrichtung durch die im Betrieb auftretenden Krafte zu verhindern. Dtinnwandige Gleitlager erhalten durch die Pressung in der Aufnahme auBerdem erst die gewtinschte endgtiltige Gleitflachengeometrie. Deshalb liegen die Einbauspannungen und Radialdrucke im allgemeinen bei dtinnwandigen Lagerschalen haher als bei dickwandigen Gleitlagern. Das elastische Verhalten von Gehause und Lagerschale ist fUr ObermaB und Lagerdicke von Wichtigkeit, da sie die auftretenden Spannungen beeinflussen. Die Einbauspannungen an der Lagerschale bzw. im Gehause dtirfen die mit der Stauchgrenzen-MeBmaschine ermittelte Quetschgrenze RdF und Dehngrenze RpO,OI

- einmal unter Druck und einmal unter Zugbelastung - nicht tibersteigen. Bei diesen Betrach­tungen mtissen auch Quetsch- bzw. Stauchgrenze bei Betriebstemperatur beachtet werden.

Abbildung 7.16 zeigt die Spannungsverteilung in Umfangsrichtung und in radialer Rich­tung von zwei ineinander geschobenen Ringen, wobei der innere Ring ein ObermaB gegentiber dem auBeren Ring hat [7.4]. Mit D werden die Gehauseabmessungen und mit d die Lager­schalenabmessungen bezeichnet.

Zur Berechnung der Beanspruchungen durch den Zusammenbau werden folgende Formeln verwendet:

o

vor dem Einbau

53

5 ,

use ! ring) I

dj

7 a

La gerschalen nenring) / (In

- L agerwerkstoff Stahl - - 0

nach dem Einbau

Gehause

Lagerschalen

Druck

Prmax

Abb.7.16. PreBsitz einer Lagerschale in einem Gehause auf der Grundlage zweier ineinander geschobener Ringe [7.4]

236 Konstruktive Gestaltung

I>urchnaessertibernnaB (7.1)

Radialdruck

(7.2)

U nafangszugspannung ina Gehause

(~)2 + 1 O"Gmax = Prmax' D 2

(D~) -1 (7.3)

Unafangsdruckspannung ina Lager

1 (7.4)

(7.5)

nait 1 1

</> = . -:;------BL + BG 2S3eff. (1 _ S3eff) ,

Dj Dj

(7.6)

ELW E-Modul des Lagerwerkstoffes, Est E-Modul des Stahls, VL, VG Querkontraktionszahlen von Lagerschale und Gehause;

VergroBerung von Di

BG !1Di = . .5 .

BL+BG (7.7)

Mit Hilfe dieser Beziehungen wurde fUr angenonanaene Werte tiber der Lagerschalendicke ina Verhaltnis zuna inneren Gehausedurchnaesser die Radialspannung und Unafangsspannung des Lagers ernaittelt (Abb. 7.17).I>ie Spannungen sind, wenn naan Stahl oder GrauguB ftir Gehause verwendet, hoher als bei Verwendung von Alunainiuna.

In Abb. 7.18 ist die Aufweitung der Gehausebohrung bei Verwendung verschiedener Gehau­sewerkstoffe dargestellt [7.4]. Una den tatsachlichen Innendurchnaesser des Lagers zu ernnitteln,

7.2 LagerschalenpreBsitz

2,2 ,....--.,-- ---,---,-- ---,----,

105N/mm2

2,0 ~~-F'-d---t---f------j __ _

Ii 0 L= - <I> -0 . e 1 6 I----t-----'~p~-+-~<t_-__'l I

(5 ,

o 2= 1,5 D

O~ - = 2 Di

~ ~

Ii...Obermal3

7.18

~ 1,4 I----t---t-' ___ -+~.r_:t_-____i

<: :I <: <: ~ 1,2 I---+--+---+~-+_--'''''d

en

1,0 t---f---+--t---'<-----i".:-____i

0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 eTell

D,

80r_--r_~r_-,r_-.---.

%

0,08 0,10

Da = 15 O· ' I

7.19

237

Abb.7.17. Spannungsfaktor rp zur Berech­

nung der Lagerschalendruckspannung in

Umfangsrichtung fiir verschiedene Gehiiu­

sewerkstoffe [7.4]

....... .......

)

-

300 (-) 100 0 100 (+) % 300 Spannungen

Abb.7.18. Aufweitung der Gehiiusebohrung fiir verschiedene Gehiiusewerkstoffe [7.4]

Abb.7.19. Pressungsverteilung zwischen Lagerschale und Grundbohrung am klein en Pleuelauge. - Spannungen

an der iiuBeren Kontur, - - Randspannungen an der Grundbohrung, - - - - Pressungsverteilung an der Grundbohrung

238

200 oofHT1 ~ ctl

E 150 Q) .n '::J Q; ~ 100 Q)

E r;

~ 50 o

Gefahr des Uberschreitens der Lagerschalen - Quetschgrenze

-> --

O+--,-,,---r------,----~ -20 0 20 50 100 DC 150

Lagertemperatur i}

Konstruktive Gestaltung

Abb.7.20. Beispiel flir die Anderung des Durchmesseriiber­

maBes mit der Temperatur [7.4]. flo = -D;(fJG - fJd· flO.

1, fJG > fJL ~ Abnahme von 0 (Gehause z. B. AI-Legierung);

2, fJG < fJL ~ Zunahme von 0 (Gehause z. B. Titan-Legie­

rung). D; Gehausebohrung bei Raumtemperatur; flO Tempe­

raturveranderung gegenliber Raumtemperatur; fJG, fJL War­

meausdehnungskoeffizienten von Gehause und Lagerschale

muB noch die Stauchung der Lagerschale neben der Lagerschalendicke berucksichtigt werden. Den Innendurchmesser des Lagers erhiilt man dann durch Subtraktion der tatsachlichen Lager­schalendicke von der Lagerbohrung. Fur die genauere Bestimmung dieses PreBsitzes werden heute Finite-Elemente-Berechnungen durchgefuhrt.

In Abb. 7.19 ist als Beispiel eine Berechnung an einem kleinem Pleuelauge gezeigt. Dabei wird die Pressung ohne Berucksichtigung der Reibung in Umfangsrichtung ermittelt. Dies gilt auch fUr die Pressungsermittlung beim graBen Pleuelauge oder beim Grundlager. Die radialen Pressungen von Lagerschalen in modernen Motoren liegen zwischen 8 bis 15 N/mm2, bzw. bei 20 N/mm2. Die entsprechenden Umfangsspannungen betragen in der Lagerschale zwischen 140 und 250 N/mm2.

Wie bereits erwahnt ist es auch notwendig, die Gefahr des Oberschreitens der Quetsch­grenze der Lagerschale zu berticksichtigen [7.4]. In Abb. 7.20 ist tiber der Lagertemperatur die Anderung des DurchmessertibermaBes fUr Aluminium und GrauguB als Gehausewerkstoff dargestellt. Bei Aluminium als Lagerwerkstoffgehause betragt bei einer Temperatur von 150°C das DurchmesserubermaB entsprechend der Ausdehnungkoeffizienten null. Dies bedeutet, die Lagerschale wurde beginnen, sich mitzudrehen. Bei GrauguB bzw. Titan hingegen steigt das ObermaB fUr die Pressung tendenzmaBig tiber der Lagertemperatur an.

In Abb. 7.21 ist tiber der Zeit fUr verschiedene Umfangspressungsniveaus unter statischer und dynamischer Belastung die Spannungsabnahme durch das plastische Verformungsverhalten der Lagerschale bei unterschiedlichen Temperaturen dargestellt [7.5, 7.9].

Betragt die Umfangsspannung bei GGL-Werkstoffen fUr die Umgebung des Lagers 440 N/mm2, so kann bei Temperaturen von 440 K ein Abfall der Umfangsspannung urn 80 N/mm2

eintreten. Je niedriger diese statische Vorspannung ist, desto niedriger ist die Veranderung der Vorspannung bei hOheren Betriebstemperaturen. Dies bedeutet, daB bei Oberschreitung des vorhin genannten Wertes von 250 N/mm2 die plastische Verformung zu berticksichtigen ist.

Temperaturanderungen haben auch einen EinfiuB auf die Anderung des Lagerspieles. In Abb. 7.22 ist die Abhiingigkeit des Lagerspiels von der Lagertemperatur fUr Aluminium und GrauguB als Werkstoff fUr das Gehiiuse dargestellt. Das Lagerspiel ubt einen erheblichen Ein­fiuB auf das hydrodynamische Verhalten des Radiallagers aus, insbesondere bei Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gegentiber der Welle. Mit abnehmendem Spiel erhoht sich die Reibung und damit auch die Lagertemperatur, weil der Schmierstoffdurchsatz gedrosselt wird. Ais Foige hiervon treten eine Verringerung der Schmier­

stoffviskositat und damit auch eine Verringerung der minimalen SchmierfilmhOhe ein.

7.2 LagerschalenpreBsitz

b-' Cl C :J C C III 0-

500 Nlmm2

. aLO slallsch

400

:q 300 ~

~ . °LO ~ slallsch

. ° Lo dynamlsch

200

290K

0--0 ~90K ••• ':::.~- - 0- - - - - - - &= ~ c--- A---------- -A :80Nl

B:::- - C - -- -- -- -~-C --8--------

440K

293K

0-- 0 ~ :-- 0 - - 0 - - - - - - - -O} : 25N. . 0---0 ---------~

440K

~ : ~N, ~_.-=-= =- _"YeiCh~! ~erstuh! __ :

steiter Lagerstuhl ~

100L-r----~----_+--~ 10 50 h 100

S S3

• S3 Lagerspiel : S = Di + D· 2 S3 • dw Lagerspieltoleranz : Tol.S = Tol.Di + 2 Tot.S3 · Tol.dw

239

Abb.7.21. Plastische Verformung der ein­

gebauten Lagerschale nach Miba [7.5]. aL

== aL (t) fUr die Werkstoffe A, B und C bei

T == 293, 393 und 443 K bis zu t == 110 h.

Der jeweilige Kurvenbeginn bei t == 0 ent­

spricht dem "ersten Setzen der Halbschale"

nach dem Einbau bei 293 K. MeBpunkt­

kennzeichnung: -A-, St-LM 35 %; -B-, St­

LM 15 %; -Co, St-Pb-Bz; -0-, A == B == C

200 cnJ.l1T1 ]i 150-0-<Il

~ 100 <lI

...J 50

Getahr von Tra~tahigkejts· } minderung,erhohtem Otbedarf, __ verminderter D~mptung

--- -_ (2) etahr des Fest· - - _ J'"' ehens der Welle -

-20 0 20 50 100 150 ac Lagertemperatur 1')

Abb.7.22. Lagerspiel und Beispiel fUr dessen Ande­

rung mit der Temperatur [7.4]. t. S == D; (f3G - f3d x

(1- ClOD) MJ. 1, f3G > f3L ~ Zunahme von S (Gehause

z. B. AI-Legierung); 2, (3G < (3L ---'> Abnahme von S

(Gehause z. B. Titan-Legierung). t.iJ Temperaturveran­

derung gegeniiber Raumtemperatur; f3G, f3L Warmeaus­

dehnungskoeffizienten von Gehiiuse und Lagerschale

Fur ein olgeschmiertes Radiallager betragt ublicherweise das relative Lagerspiel (Lagers pie I bezogen auf den Innendurchmesser) zwischen 0,4 und 1,3 %0, Heute werden bei Otto-Motoren Lagerspiele fUr Pleuel und Grundlager von 25 bis 35 I-lm verwendet (0,4 %0). Dieses kleine Lagerspiel ist notwendig, urn ein gutes Kurbelwellen-Gerauschverhalten zu erreichen. Damit ist namlich ein "Kurbelwellenrumpeln" zu vermeiden. Haben Gehause und Welle unterschiedliche Warmeausdehnungskoeffizienten, so andert sich, wie bereits oben erwahnt, das Lagerspiel von Raumtemperatur bis zu Betriebstemperatur. Bei Verwendung von Aluminiumgehausen ist es daher notwendig, das Lagerspiel einerseits bei niedrigen Temperaturen und andererseits bei

240

CD '0. ~ (]) OJ ctl

...J

KONSTRUKTIVE PARAMETER

LAGER WANDDICKE mm BAUTEIL TOLERANZ (mm)

LAGERDECKEL WERKSTOFF

0,12 mm

0,10

0,08

2 3 4 5

2 3,5 3,5 3,5

0,03150,0127 0,0315 0,0127 0,0127

AI AI AI AI GGG

~~-----=--==~-}7 t Empfohlener Bereich des

maximalen Lagerspiels

-20 0 20 40 60 80 1 00 "C 120

Temperatur

Konstruktive Gestaltung

Abb.7.23. EinfluB der Lagertemperatur auf

die Anderung des Lagerspieles in einem

Aluminiumkurbelgehause in Abhangigkeit

konstruktiver Parameter

h6heren Betriebstemperaturen zu beachten. Bei niedrigen Temperaturen muB ein Festgehen der Welle verhindert werden. Bei h6heren Betriebstemperaturen hingegen vergr6Bert sich das Spiel bei Verwendung von reinem Aluminiumwerkstoff fUr die Lagerstruktur. Daher wird die Belastbarkeit des Lagers durch das groBe Spiel vermindert, der Olbedarf wird gr6Ber und das Gerauschverhalten der Lager ungunstig.

Aus dies en Grunden werden bei Alugehausen MaBnahmen vorgesehen, welche die Deh­nung der Grundlagerstruktur verringern. Entweder werden im Lagerschild GrauguB-Einlagen eingegossen oder der Deckel aus SpharoguB ausgefUhrt, urn die Anderungen des Lagerspieles durch Temperaturanderungen zu beherrschen (Abb. 7.23). 1st die Anforderung im Hinblick auf Gerausch nicht so hoch wie bei heutigen PKW-Motoren, besteht eine andere M6glichkeit darin, dickwandige Lagerschalen, die eine gewisse Stabilitat und ein Verringern der Ausdehnung mit sich bringen, zu verwenden.

7.3 GrobgestaItung - Riickwirkung der Lagerumgebung auf die Lagerparameter

Fur die Berechnung eines Lagers nach der hydrodynamischen Lagertheorie gilt i. allg. die Vor­aussetzung, daB einerseits die Krafteinleitung auf das Lager immer zentrisch und andererseits das Lager unendlich steif ist. Daraus ergeben sich fUr die Grobgestaltung der Lagerumgebung Forderungen, die nur selten zu erfUllen sind. Urn dies en EinfiuB zu erfassen, werden Lager in Zukunft mit Hilfe der elastohydrodynamischen Lagertheorie ausgelegt (s. Abschn. 5.10).

Die vorhin angesprochenen Forderungen fUr die Grobgestaltung der Lagerumgebung sind folgende:

- Ausbildung eines sich verengenden (meist keilfOrmigen) Schmierspaltes in Bewegungsrich­tung,

- m6glichst gleichmaBige Spaltdicke guer zur Bewegungsrichtung.

7.3 Grobgestaltung

r

a b

7.24

MPa 0. 80 '"

1000 g 60 i> :§ 40

.Q 20

o

7.25

120

Abb.7.24. Lagerung von Zwischenzahnradern: a falsch, b richtig (symmetrische Gestaltung) [7.6]

Abb.7.25. EinftuB unterschiedlicher Lagerkonstruktionen auf die Druckverteilung im Schmierfilm [7.7]

241

Gerade die letzte Forderung ergibt, daB die Kraft moglichst zentrisch auf Radiallager oder Axiallager eingeleitet wird, so daB kein Kippen, sondern eine gleichmaBige Schmierdruckver­teilung tiber der Lagerbreite auftritt. Beim Radiallager entsteht, von Ausnahmen abgesehen, der keilformige Schmierspalt durch die exzentrische Lage der Welle in der gr6Beren Lager­bohrung von selbst. Bei Axiallagern mtissen die Keilftachen erzeugt werden und sich ggf. im Betrieb einstellen. Der Forderung nach gleichmaBiger Spaltdicke quer zur Bewegungsrichtung wird durch starre Gleitftachen eines entsprechend geformten Schmierspaltes und symmetri­sche Struktur der Lager zur Kraftrichtung entsprochen. Starre Gleitftachen sind weder bei der Welle noch im Gehause praktisch zu verwirklichen, weiters sind Bearbeitungs- und Montage­ungenauigkeiten auszugleichen. Bei der Konstruktion ist darauf zu achten, daB sich z. B. die Lagerstruktur der Verformungen der Welle im Betrieb anpaBt, urn eine gleichmaBige Druckver­teilung im Lagerspalt quer zur Bewegungsrichtung zu erhalten. Wesentlich daftir ist auch, daB die auBere Belastung symmetrisch zur Lagerstruktur ist. Unsymmetrische Anordnungen der Gleitftachen zur Belastung bedingen ungleiche Schmierspaltdicken und damit die Gefahr einer Kantenpressung. Zur Veranschaulichung ist in Abb.7.24 die Lagerung eines Zwischenrades eines Radertriebes bei unsymmetrischer und symmetrischer Ausftihrung der Zwischenradnabe auf die Lagerungen dargestellt [7.6].

Je kleiner das Verhaltnis LagerbreitelLagerdurchmesser eines Radiallagers ist, urn so weni­ger k6nnen Durchbiegungen oder Schiefstellungen durch Werkstatt- oder Montageungenauig­keiten zu ungtinstigen Kantenpressungen ftihren. Einen weiteren Faktor stellt die Steifigkeits­verteilung tiber der Lagerbreite dar. Bereits Anfang der 40er Jahre sind in dieser Richtung umfangreiche experimentelle Untersuchungen vorgenommen worden [7.7, 7.8]. Ein Ergebnis dieser Untersuchung ist in Abb. 7.25 dargestellt. Es zeigt die Pressungsverteilung im Lager in Abhangigkeit zur Steifigkeitsverteilung tiber der Lagerbreite. Es ist deutlich zu sehen, daB die Pressungsverteilung stark von der Makro-Umgebung beeinftuBt wird. 1st die Lagerkonstruk­tion steif ausgebildet, dann ergibt sich ein breiterer Druckberg tiber der Lagerbreite als bei eher elastischer Lagerausftihrung. In diesem Zusammenhang sind Durchbiegung der Welle und Steifigkeit der Lagerkonstruktion zu beriicksichtigen, urn keine Kantenpressung zu erhalten.

Auch bei Axiallagern ist es notwendig, Durchbiegungen der Welle und Steifigkeit von La-

242

Druckverte,lung

p

F

Konstruktive Gestaltung

Abb.7.26. Ausftihrung von Axiallagern als

Bund von Radiallager zur Aufnahme von Axi­

alkraften [7.6]

gergehausen fUr die Obertragung der Lagerkrafte tiber den Schmierfilm auszugleichen. Urn keine Belastungsspitzen zu erhalten und dadurch erfolgende plastische Verformungen des La­gerwerkstoffes zu vermeiden, sind breite Kontaktftachen wie bei der richtigen AusfUhrung in Abb. 7.26 vorzusehen. Dies bedeutet, daB fUr eine optimale Ausbildung eines Schmierfilmes im Bereich des Bundes radiale Nuten und breite Auflageftachen anzustreben sind. Ein schmales Axiallager ist als nicht brauchbar zu bezeichnen, da sich kein Schmierfilm ausbilden kann.

Weiters sollte die Umgebung des Lagers so gestaItet werden, daB tiber der Lagerbreite nicht zu groBe Steifigkeitssprtinge im Gehause vorhanden sind. Eine Abnahme der Steifigkeit zum Rand ohne Steifigkeitssprtinge ist anzustreben, urn Kantenpressung zu vermeiden. Abbildung 7.27 zeigt einige typische AusfUhrungsbeispiele [7.7, 7.8]. Die Ausftihrung in Abb. 7.27a ist nur dann brauchbar, wenn die Welle keine zu groBe Durchbiegung erfahrt. Ansonst kann eine solche AusfUhrung zu Kantenpressungen fUhren. Die Konstruktion in Abb. 7.27b fUhrt infolge der elastischen Ausbildung der Lagerstruktur an den Randern zu einem sehr starken Druck­abfall tiber der Breite. Kantenpressen ist dabei ausgeschlossen. Diese Konstruktion bedingt jedoch einen groBeren Druck in der mittigen Zone des Lagers. Der EinftuB von Versteifungs­rippen am Lagerkorper auf die Schmierfilmdruckausbildung ist in Abb. 7.27c zu sehen. Auch eine solche Ausbildung ist fUr ein hochbelastetes Lager nicht brauchbar, da die tatsachlich auftretenden Druckspitzen die Festigkeit des Lagerwerkstoffes tibersteigen konnen, wenn fUr die Lagerauslegung das gesamte Lager als tragend angenommen wurde.

Betragt durch Nicht-Beriicksichtigung der vorhin erwahnten Konstruktionsprinzipien die Anderung der Schmierspaltdicke entlang der Lagerbreite im belasteten Zustand auch nur ei­nige tausendstel Millimeter, so kann die beste Oberftache mit Rauhigkeiten unter 1 /lm das Lager vor ZerstOrungen nicht schtitzen. Es mtissen also Konstruktionen angestrebt werden, die garantieren, daB moglichst ein paralleler Schmierspalt senkrecht zur Bewegungsrichtung (tiber der Lagerbreite) vorhanden ist. Dadurch ist etwa eine parabelfOrmige und damit gtinstige Oldruckverteilung tiber der Lagerbreite gegeben.

Noch gtinstigere Verhaltnisse erhalt man theoretisch, wenn sich der Schmierspalt gegen die Lagerrander hin etwas verringert (Abb. 7.27d). Durch eine derartige Lagerspaltform ware es moglich, den darin auftretenden groBeren Lagerdruck tiber eine groBere Breite zu erhalten, als bei einem parallelen Spalt. Damit konnte die Tragfahigkeit bei gleichem maximalem Spitzen­druck erhoht werden. Diese Form ist jedoch schwierig im Betrieb, da Kantenpressungen oder Durchbiegungen der Wellen dabei unzulassig sind.

Die Elastizitatsverteilung der Lagerschale wird auch nicht vernachIassigbar beeinftuBt von Nuten oder Bohrungen im Lagerstuhl. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daB

7.4 Feingestaltung 243

t !

F ~ F F ... Belaslungskratt

• •• tl_~p -IT-W-D,"'k"''''',o, .~p P Pmax

- Pmax - Pmax Pmax

a b c d a

7.27 7.28

Abb.7.27. Ausbildung des Schmierfilmdruckes tiber der Lagerbreite bei verschiedenen Spaltformen: a paralleler Spalt,

b und c EinfluB von Rippen, d Gleichdruckspalt

Abb.7.28. EinfluB von Nuten in Radia\lagern (a) und Steifigkeitssprtingen bei Axia\lagern (b) auf die Druckverteilung

Schmierolnuten urn die Lagerschale, wie in Abb. 7.28a dargestellt, auch zu elastischen Verfor­mungen der Lagerschale ftihren konnen und damit zu Pressungsverteilungen, wie in Abb. 7.27c dargestellt. Auch Zufiihrbohrungen am Riicken von Lagerschalen ftihren zu lokalem Druck­abbau bzw. in dessen Umgebung zu hOheren spezifischen FHichenpressungen im Lager. Diese Verhaltnisse gelten in der gleichen Art und Weise auch ftir Axiallager. Auch bei Axiallagem muB darauf geachtet werden, daB in ihrer radialen Erstreckung nicht starke Steifigkeitsspriinge auftreten, da sonst ortlich die Pressungen zu hoch werden (Abb. 7.28b).

7.4 Feingestaltung von Lagern

1m folgenden werden Ausfiihrungsformen von Pleuellagem, Grundlagem, sowie Nockenwel­lenlagem und Kolbenbolzenlagem und deren Umgebung in den unterschiedlichen Motoren beschrieben. Neben den Lagerausftihrungen wird weiters auch auf die Olzuftihrungen und bei geteilten Lagerschalen auf die Probleme der Montage eingegangen.

7.4.1 Kleines Pleuelauge

Kleine Pleuelaugen sind entweder als Pleuel mit parallelen BegrenzungsfHichen oder als Tra­pezpleuel bei PKW- und LKW-Motoren ausgeftihrt (Abb.7.29). Bei LKW-Motoren findet man kleine Pleuelaugen mit parallelen BegrenzungsfHichen nur mehr selten. Infolge des zu­nehmenden Ziinddrucks werden immer haufiger Trapezpleuel verwendet. Diese bieten bei sonst gleichen Abmessungen des Kolbenbolzens den Vorteil, im Bereich der hochsten Krafte - beim Dieselmotor infolge der Ziindkraft - eine groBere Kontaktftache sowohl im kleinen Pleuelauge als auch in den Kolbenbolzen-Augen zu verwirklichen. Die Neigung der Trapezpleuelbegren­zungsftachen soBte aufgrund der Erfahrung zwischen 8 und 12° betragen, da sonst der untere, breitere Teil der Lagerschale eine zu geringe Pres sung aufweisen wiirde, was zur Reibrostbil­dung im Betrieb und in der Folge zu Bruchen ftihren kann.

Das Stufenpleuel ist bei mittel schnell und langsam laufenden Motoren anzutreffen und

244

. T

a b c

Konstruktive Gestaltung

Abb. 7.29. Unterschiedliche Aus­

fiihrung von kleinen Pleuelaugen

bietet auch den Vorteil, bei gleichen Uingenabmessungen groBere FHichen fUr die Aufnahme der Gaskraft zu besitzen. Die zu beachtenden Probleme sind gleich jenen des Trapezpleuels. Sie bieten jedoch bei der Herstellung Vorteile im Vergleich zum Trapezpleuel.

Bei PKW-, Otto- und Dieselmotoren wird das kleine Pleuelauge sowie das Kolbenbol­zenauge durch Olnebel oder Spritzol geschmiert. 1m kleinen Pleuelauge ist hierfUr entweder ein Sammeltrichter am oberen Ende des kleinen Pleuelauges zur Olzuftihrbohrung vorzusehen oder es sind zwei seitliche Bohrungen vorhanden, die unter rund 30° von der horizontalen Ebene aus angeordnet sind (Abb. 7.29a, b). Die Anordnung in der unteren Halfte des kleinen Pleuelauges hat den Vorteil, daB nicht das heiBere 01 yom Kolben zur Schmierung des Pleuel­augen-Lagers herangezogen wird, sondern vorwiegend ktihleres Spritzol und so die Lagerung auch bei hoheren Belastungen ohne Druckschmierung standhalt. Ab einer maximalen mittle­ren Flachenpressung von rund 80 N/mm2 - unabhangig ob Trapez- oder Stufenpleuel bzw. Pleuel mit parallelen Begrenzungsftachen - werden kleine Pleuelaugen iiber den Pleuelschaft mit Schmierstoff yom groBen Pleuelauge aus versorgt. Die entsprechenden AusfUhrungen von Buchsen ftir die unterschiedlichen Fonnen des kleinen Pleuelauges zeigt Abb. 7.30. Es werden tiblicherweise dtinnwandige Alu- oder Bronzebuchsen verwendet.

Beim Einbau von Buchsen in Trapez- oder Stufenpleuel werden die Buchsen als zylindri­sche Teile hergestellt und erst nach dem Einpressen fertig bearbeitet. Die Bohrungen werden vor dem Einbau bereits bearbeitet, so daB die Lagerschalen gerichtet eingebaut werden miissen, urn die Olzuftihrung zum Lager zu gewahrleisten. Weiters ist darauf zu achten, daB die Fu­genstelle bei gerollten Buchsen nicht in Bereichen hoher Beanspruchung zu liegen kommt, sondern in Bereichen kleinster Beanspruchung. Die optimale Lage ist ungefahr 30° bis 40° zur Achse des Pleuels (Abb. 7.30).

Bei mittel schnell laufenden Motoren mit hoher Lagerbelastung sind hingegen Verteilnuten und Taschen vorzusehen. Auch bei Zweitaktmotoren, wenn Gleitlager verwendet werden, sind Lagernuten und -taschen vorzusehen. Bei dtinnwandigen Lagerschalen im groBen Pleuelauge sind diese Verteilnuten im Pleuel zu finden und nur eine nicht tiefe Verteilnut in der Buchse (Abb. 7.30c). Dabei ist darauf zu achten, daB die Breite der Nut ungefahr der Dicke der Lager­schale entspricht. Bei dickwandigen Lagerschalen, die manchmal noch bei groBeren Motoren anzutreffen sind, ist die Nut am Rticken der Lagerschale vorhanden. Aufgrund der Abmes­sungen und der daraus resultierenden Masse des kleinen Pleuelauges ist es giinstiger, die Verteilernut im kleinen Pleuelauge anzuordnen und nicht in der Lagerschale. In diesem Fall gentigt dann eine diinnwandige Lagerschale.

7.4 Feingestaltung

I - -

I ,

I ----j----

I 1--- ;- --­

I

245

--

b

c

d

Abb.7.30. AusfUhrung von Lagerbuchsen in kleinen Pleuelaugen fUr: a und b PKW- oder LKW-Motoren, c und d

mittel schnell laufende Motoren, Trapez- oder Stufenpleuel

246

Modell

a

Flachenpressung 300 %

200

o

100

b

Relativ­bewegung 5

11 m o

C. :I :c +-----l-f< u

(fJ

o

Konstruktive Gestaltung

5 Reibungskoeffizient :

-- 11=0 - - - ~1=0 . 13

c

Abb.7.31. FHichenpressung zwischen Lagerschale und Grundbohrung im kleinen Pleuelauge eines PKW-Motors:

a unter Montagebelastung, bunter Massenkraftbelastung, c Relativbewegung unter Massenkraftbelastung

Frtiher wurden Lagerschalen eingepreBt und mit Gewindestiften gesichert. Heute ftihrt man sie so aus, daB die Einpressung gentigend Sicherheit gegentiber Verdrehung aufweist. Urn den EinfluB von Konstruktionsparametern auf die Pressungsverteilung tiber dem Lagerschalenum­fang zu erhalten, werden Berechnungen mit Hilfe der Rechenmethode der Finiten Elemente vorgenommen [7.10, 7.11]. In Abb. 7.31 ist die Relativbewegung am kleinen Pleuelauge unter Massenkraftbelastung und die Pres sung zwischen Lagerschale und Grundbohrung dargestellt. Die Relativbewegung ist im Bereich des Uberganges vom Auge zum Schaft am groBten. Auch die Entlastung der Pressung unter der Massenkraft zwischen Lagerschale und Grundbohrung ist in diesem Bereich gegeben. Die Einschntirung des kleinen Pleuelauges - die Verformung senk­recht zur Kraftrichtung - sol1 rund 60 % des minimalen Spieles nicht tiberschreiten. Entspre­chend dieser Abbildung treten Relativbewegungen trotz Berticksichtigung eines Reibungskoef­fizienten von Il = 0,13 zwischen Lagerschale und Grundbohrung auf. Bei dieser Beurteilung ist es weiters wichtig, ein mogliches Abheben oder eine zu geringe Pressung zu vermeiden.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daB bei Trapez- oder Stufenpleueln im oberen Teil die hochsten Pressungen infolge des Einschrumpfens auftreten, im unteren Teil, wo die Lagerschale breit ist, die kleinsten Pressungen. Bei einem Verhaltnis von 1: 2 sind rein mathematisch die Pressungen oben doppelt so hoch wie unten. Bei Stufenpleueln ist wei­ters darauf zu achten, daB die Stufe nicht im Bereich hoher Verformung angeordnet wird, urn aufgrund der unteren, niedrigen Pressung ein LoslOsen und damit Reibrostbildung zwischen Lagerschale und Grundbohrung zu verhindern. 1m kleinen Pleuelauge sind die Lagerschaien, welche aus Stahlrticken und Lagermaterial bestehen, so einzubauen, daB eine Pressung von 10 bis 20 N/mm2 gegeben ist. Dies entspricht bei dtinnwandigen Lagerschalen einer Umfangs­druckspannung von rund 240 N/mm2. Bei GroBmotoren gibt es neben StahllAlu-Lagerschalen auch StahIIWeiBmetall-Lagerschalen, da diese sehr korrosionsbestandig sind.

7.4 Feingestaltung 247

Rasterlinien Rasterlinien

Spaltbruch NabenanriB

7.4.2 Kolbenbolzenaugen

t RiBausgang

Abb.7.32. Definition von

Spalt- und NabenbrUchen­

RiBausgang

Bei der konstruktiven Gestaltung der Lagerschale und des kleinen Pleuelauges sind auch die Kolbenbolzenaugen des Kolbens zu berticksichtigen. Beide sind auf Pres sung hoch beansprucht und tiber den Kolbenbolzen miteinander verbunden, weshalb in diesem Zusammenhang auf die Gestaltung des Kolbenbolzens sowie des Kolbenbolzenauges eingegangen wird.

Durch hohe Pressungen an der inneren Kante des Kolbenbolzenauges konnen Spalt- oder Nabenbrtiche besonders bei niedriger Kompressionshohe auftreten. Als KompressionshOhe ist hier die Hohe des Kolbenoberteiles gerechnet von der Kolbenbolzenachse zu verstehen. In Abb. 7.32 sind die Ausgangspunkte fUr Spalt- und Nabenbrtiche schematisch dargestellt. Spalt-

a ,wm=fiifH Cd b':kJJ=rbJ

d ':i!----r--r---n=n=i] Bolzen

Nabe

Formbolzen

zylindrisch

zyllnd risch Formbolzon

Formbohrung zylindrisch mil Taschen mit Taschen

Buchsen zylind risch

Formbolzen -F l]-Buchse _ zylindrisch

(

Formbohrung mit Taschen

Abb.7.33. EinfluB konstruktiver Parameter auf die Kolbenfestigkeit [7.12]; a tangentiale Druckspannungen in Druck­

Gegendruck-Richtung am Muldenrand, b tangentiale Zugspannungen in Kolbenbolzenrichtung am Muldenrand, c Ab­

stUtzspannung, d Nabenfestigkeit

248 Konstruktive Gestaltung

briiche sind Briiche, deren Ausgang sich am inneren Kontaktpunkt zwischen Kolbenbolzenauge und Kolbenbolzen befindet. Eine zu groBe Kolbenbolzendurchbiegung ist meist die Ursache fur diese Bruchart. Eine zu groBe Kolbenbolzen-Ovalverformung hingegen ist die Ursache fur den Spaltbruch im Kolbenbolzenauge, dessen Ausgangspunkt etwas verschoben yom inneren Kontaktpunkt zwischen Kolbenbolzen und Lager ist. Tritt eine zu groBe Ovalverformung des Lagers auf, so wird die Kolbenkraft yom Kolbenbolzen nicht zentrisch, sondem nach auBen verschoben ubertragen. Es entsteht in der Schnittebene durch die Kolbenbolzenachse im Kol­benbolzenauge eine Zugspannung, die zum Bruch fUhrt.

Urn diese Art der Briiche zu vermeiden, sind in Abb. 7.33 einige konstruktive MaBnahmen dargestellt [7.12]. Zur Vermeidung des Spaltbruches konnen die Augen, statt zylindrisch, an der inneren Kante angefast werden, urn die Pressung weiter ins Innere zu verlagem. Weiters besteht die Moglicbkeit der Ausbildung eines Formbolzens, welcher durch seine Form die hOchste Pressung yom inneren Kontaktpunkt in das Material hinein verlagert. Zur Vermeidung von Nabenbriichen werden seitlich liegende Taschen im Kolbenbolzenauge hergestellt. Diese haben den Zweck, daB sich durch die Ovalverformung die groBte Pressung nicht zu weit von der Schnittebene durch die Kolbenbolzenachse verlagem kann. Dadurch konnen bis rund 20 % hOhere Belastungen yom Bolzenauge ertragen werden. SchlieBlich besteht die Moglichkeit, eine Bronzebuchse in das Kolbenbolzenauge einzusetzen. Dadurch wird die Spannung im Auge etwas vermindert bzw. die Krafteinleitung durch das Bronzematerial begunstigt, so daB eine 20%ige Erhohung bzw. eine 20%ige Reserve gegenuber Nabenbriichen gegeben ist.

7.4.3 GroBes Pleuelauge

Bei groBen Pleuelaugen unterscheidet man gerad- und schraggeteilte oder mehrteilige Pleuel­stangen (Abb.7.34). Mehrteilige Pleuelstangen findet man nur bei GroBmotoren. Sie stellen fur die Lagerschale ein geradgeteiltes Pleuel dar. Schrliggeteilte oder mehrteilige Pleuelstangen werden deshalb verwendet, urn den Kolben mit der Stange verbunden durch die Buchse nach oben ziehen zu konnen. Dies ist bei nicht aufgeladenen Motoren mit gerader Teilung konstruk­tiv verwirklichbar, bei hOher aufgeladenen Motoren muB jedoch eine schrage Teilung oder eine mehrteilige Pleuelstange vorgesehen werden, da der Lagerzapfen der Kurbelwelle wegen der hOheren Kraft dicker ausgefuhrt werden muB. Heute findet man auch bei hoch aufgela­denen Motoren manchmal geradgeteilte Pleuelstangen, wobei beim Ausbau des Kolbens auch die Buchse demontiert wird. Da schrliggeteilte Pleuelstangen die Gefahr von Briichen in der Verzahnung bzw. im Gewinde des kurzen Pleuelschenkels in sich bergen, insbesondere auch mit zunehmendem Spitzendruck, wird bei mittelschnell und langsam laufenden GroBmotoren die dreiteilige Pleuelstangenausfuhrung mit gerader Teilung immer hliufiger angewendet. Bei PKW-, Otto- und Dieselmotoren sind geradgeteilte Pleuelstangen ublich.

Abbildung 7.35 zeigt AusfUhrungen von Lagerschalen fUr groBe Pleuelaugen fur Otto- und Diesel-PKW-Motoren sowie LKW- und mittelschnelllaufende Motoren. Der Schmierstoff zur Schmierung des groBen Pleuelauges wird uber die Kurbelwelle zugefuhrt. Manchmal wird bei Ottomotoren yom groBen Pleuelauge Schmierstoff uber eine Spritzbohrung zur Kolbenkuhlung abgezweigt. In diesem Fall ist eine Bohrung in der oberen und unteren Lagerschale vorhanden, urn eine Einbauverwechslung zu vermeiden. Auch bei einer Olversorgung des kleinen Pleuel­auges durch eine Bohrung im Schaft genugt die Anordnung einer Bohrung, im Bereich niedrigen Druckes in der oberen Lagerschale des groBen Pleuelauges, wenn die Belastung nicht so hoch ist.

Mit zunehmenden Spitzendriicken im Motor und damit der Belastung des Lagers ist jedoch

7.4 Feingestaltung

a

b c

249

Abb.7.34. Ausflihrungen von groBen

Pleuelaugen: a geradgeteiltes Pleuelau­

ge, b schraggeteiltes Pleuelauge, c Pleu­

elauge mit geteiltem Schaft

im groBen Pleuelauge eine Olverteilnut vorzusehen. Dies ist insbesondere bei Dieselmotoren der Fall, deren kritische Belastung durch den Ztinddruck tiber 150 bar gegeben ist. In dies em Fall ist die Olverteilnut in der unteren Lagerschalenhlilfte angeordnet. In der oberen Lagerschalenhlilfte befindet sich nur eine Auslaufnut.

In einem schraggeteilten Pleuelauge beeinftuBt die Teilung des groBen Pleuelauges den Autbau des Schmierfilmes, da dieser durch die Trennebene der Lagerschale unterbrochen ist. Urn die Verteilung des Oles zum kleinen Pleuelauge tiber den Schaft zu bewerkstelligen, ist meist auch im Deckel eine Olverteilnut angebracht, die Schmierol tiber Querbohrungen, wie in Abb. 7.34 dargestellt, zur Uingsbohrung im Pleuelschaft fiihren.

Bei hochbelasteten Motoren werden als Pleuellager neben Bleibronzelagern vorwiegend Aluminiumlager verwendet. Bei Verwendung von Ottomotoren-Triebwerken in Dieselmotoren, z. B. bei PKW-Motoren, werden die Lagerschalen im groBen Pleuelauge, und hier insbesondere die obere Lagerschale, entweder als Sputterlager oder als Rillenlager ausgeftihrt.

7.4.4 Grundlager und Anordnung der Olbohrungen in den Kurbelwellen

Abbildung 7.36 zeigt Grundlager von Otto- und Diesel-PKW-Motoren sowie von LKW- und mittel schnell laufenden Motoren. Die Grundlager dienen zunachst zur Lagerung der Kurbel-

250

"" 00 + 00_

""0 0 -cia +' v

a

00;­~

------\------

"" o 00

,

I I

,

I I I

Konstruktive Gestaltung

I

! - --&-1---- -

t:::=: i +-~--~------~----~'co

~ ~ ~ cD ,.... C') C\j-

b

~~L--~----~-------

I

c

Abb.7.35. Ausfiihrungen von Lagerschalen fiir das gro6e Pleuelauge: a PKW-, Otto- und Dieselmotoren, b LKW­

Motoren mit OlzufUhrbohrungen, C mittelschnell laufende Motoren

welle, sowie zur Olversorgung von Pleuellagern tiber die Kurbelwelle und in der Folge auch zur Olversorgung des kleinen Pleue1auges sowie bei groBen Motoren zur Ktihlung des Kolbens. Hierzu wird meist die obere Lagerschale genutet und die untere Lagerschale ohne Nut aus­geftihrt. Zur Olversorgung des Grundlagers sowie des groBen Pleuelauges tiber die Kurbelwelle ist es notwendig, geniigend 01 in das Grundlager zu leiten. Dies erfolgt tiber eine Schmiernut in der oberen Lagerschale. Dabei liegt der Auslauf dieser Schmiernut in der unteren Lagerschale, insbesondere bei hoher belasteten Dieselmotoren. Da durch die hohen Stromungsgeschwin­digkeiten Kavitation an den Schmiernutenden auftreten kann, ist auf deren Ausbildung ein

7.4 FeingestaItung

-----1-----,

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251

Abb, 7.36. Ausfiihrungen von Lagerschalen fiir die Grundlager: a PKW- oder LKW-Motoren, b mittelschneillaufende

Motoren

groBes Augenmerk zu legen. Deshalb findet man auch Lagerschalen mit Olverteiltaschen statt Auslaufnuten.

Eine weitere wichtige konstruktive MaBnahme zur Vermeidung der Kavitation ist die Abrun­dung der Verschneidung zwischen Olbohrungen in der Kurbelwelle und den Zapfenoberflachen (s. Abb. 9.9). Diese Abrundungen haben neben der Verhinderung von p16tzlichen Stromungsun­terbrechungen, die schlieBlich zur Kavitation fUhren, auch den positiven Effekt, Hartespitzen am Ubergang von der Laufflache in der Bohrung zu vermeiden und damit Harterisse zu verhindern.

Von den Grundlagern zweigen ofters Olbohrungen zu den Nockenwellen abo 1st dies der Fall, so sind in den Grundbohrungen des Grundlagers Schmierverteilnuten anzubringen. Eine einzige Schmierbohrung in der Lagerschale ist fUr die Olversorgung, gerade bei hoher Motor­drehzahl (Ottomotoren), nicht ausreichend.

Zur Erreichung einer kontinuierlichen Schmierung sind Olbohrungen in der Kurbelwelle

252 Konstruktive Gestaltung

anzuordnen, und zwar SO, daB immer Schmierol gefOrdert wird (Abb. 7.37). Ublicherweise ist eine Querbohrung sowohl im Hubzapfen der Kurbelwelle als auch im Hauptzapfen vorhanden, die mit einer Bohrung tiber die Kurbelwellenwange verbunden ist.

Die Bohrungsanordnung sollte durch Rechnungen optimiert werden, insbesondere bei V­Motoren [7.12-7.19] (s. auch Abschn. 6.2.5). So gibt es unterschiedliche Anordnungen, die auch die Lange der Olverteilnut und damit die Schmierungsverhaltnisse im groBen Pleuelauge sowie im Grundlager beeinflussen.

Sowohl bei PKW-Motoren als auch bei nicht hoch aufgeladenen LKW-Motoren findet man gegenwan:ig nur eine Bohrung zur Olversorgung des graBen Pleuellagers (Abb.7.37a) [7.20, 7.22]. Bei hoch belasteten LKW-Motoren sowie bei mittelschnelllaufenden Motoren werden Querbohrungen sowohl in den Grundlagern als auch im Pleuellager mit einer Verbindungsboh­rung tiber die Wangen verwendet (Abb. 7 .37b). Diese Verbindungsbohrung kann von einem Grundlager aus erfolgen, urn jedoch sicher zu sein, findet man auch Schmierolbohrungs-An­ordnungen in Kurbelwellen, bei denen von beiden angrenzenden Grundlagern Schmierbohrun­gen fUr die Versorgung des Pleuellagers angebracht sind (Abb. 7.37c). Diese Anordnung wird insbesondere dann verwendet, wenn in der Folge yom groBen Pleuelauge das kleine Pleuelauge geschmiert und weiters der Kolben zur Ktihlung mit Schmierstoff versorgt wird.

EinfluB der Montagebedingungen (Schraubenkrafte) auf die Lagerbohrungsform 1m graBen Pleuelauge und beim Grundlager wird die Pressung zwischen Lagerschale und Grundbohrung bei der Montage des Deckels durch die Schraubenkraft erreicht. Dabei gibt es Anhaltswerte, daB die Schraubenkraft rund drei- bis viermal der groBten Massenkraft ent­sprechen solI. Die Lagerschale selbst kann bis zu 30 % der Schraubenkraft aufnehmen. Die kritischen Verhaltnisse, die mit Hilfe der Rechenmethode der Finiten Elemente analysiert wer­den, entstehen jedoch durch ein mogliches Rutschen in der Trennebene infolge Verformung unter der Massenkraftbelastung. Die Analyse des Pleuels ist notwendig, da das Verformungs­verhalten und nicht so sehr die Beanspruchung der Dimensionierung der Augen eine Grenze setzt. Die Verformung des Auges hat einen graBen EinfluB auf die Betriebssicherheit des La­gers. Ublicherweise wird das graBe Pleuelauge und das Grundlager konstruktiv so ausgeflihrt, daB unter der maximalen Kraft in Richtung zum Deckel die radiale Verformung normal zur Kraftrichtung nur 60 % des mittleren Lagerspieles betragt. Dabei wird die Belastung kosi­nusfOrmig vorgegeben oder die Berechnung ohne Schmierfilm tiber Kontaktelemente unter Annahme eines unendlich starren Zapfens vorgenommen.

Eine weitere Anforderung flir die Funktion des Lagers ist die Vermeidung des Deckelversat­zes in der Trennebene. Deckel- und Stangenende bzw. das Grundlagerschild mtissen moglichst exakt zueinander zentriert werden. Dies kann entweder durch Einpassen, PaBhtilsen, PaBstifte, oder durch Verzahnungen gesichert werden. Weiters ist darauf zu achten, daB wahrend des Anziehens der Schrauben keine Schragstellung des Deckels gegentiber dem Lagerschild oder dem Pleuelstangenende entsteht.

Von graBer Bedeutung ist auch die Rundheit der Lagerschalenbohrung nach Einbau der Lagerschale. Urn dies zu gewahrleisten ist es notwendig, nach den ersten Prototyp-Erstellun­gen EinpaBversuche vorzunehmen. Unrundheiten werden durch unterschiedliche Wanddicken

Abb.7.37. Olversorgung in Kurbelwellen fur a PKW- oder LKW-Motoren, b LKW-Motoren, c mittelschnelllaufende

Motoren

7.4 Feingestaltung

a

Pleuellagerzapfen

c

Schnitt A-A

I

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~ - "

a=45° (PKW) a=32° (LKW) b

253

254 Konstruktive Gestaltung

der Lagerschalen korrigiert. Urn eine moglichst kreisfOrmige Grundbohrungsform zu erhaIten, ist auf die Schraubenanzugskraft groBer Wert zu legen. Dies bedeutet, daB fur die Bearbei­tung der Grundbohrungen die Schraube vorher bereits zwei- bis dreimal angezogen werden muB, urn die wirkliche Schraubenkraft wahrend der Bearbeitung der Grundbohrung zu erhal­ten. Dies ist notwendig, da beim ersten Anziehen die Reibungskrlifte meist hOher und damit die Schraubenkrafte niedriger sind als bei spaterem Anziehen. Weiters ist zu berticksichtigen, daB zunachst die Grundbohrungen vorbearbeitet, danach die Schrauben nochmals gelOst und angezogen werden mtissen, damit die gleiche Schraubenkraft vorhanden ist.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daB die Schraubenkraft beim Anziehen der Mutter mit Hilfe eines Drehmomenten-Schltissels bis zu ± 30 % streuen kann. 1st diese Streuung zu groB, muB das Anziehen der Schrauben tiber den Verdrehwinkel kontrolliert wer­den. Dabei wird die Schraube so hoch belastet, daB eine Streckgrenzentiberschreitung eintritt. Damit streut die Schraubenkraft nur mehr ± 10 %, das ist der Streubereich der Festigkeit der Schraube. Bei noch kritischeren Zustanden - dies wird nur ausgefuhrt bei mittel schnell laufenden oder groBeren Motoren - werden die Schrauben durch Strecken mit Hilfe von hy­draulischen Elementen und anschlieBendem Festziehen der Mutter vorgenommen. Dabei sind Streuungen von nur noch ± 5 % zu erwarten.

Ein weiterer Gesichtspunkt ftir die Bearbeitung der Grundbohrung besteht darin, daB die Bohrspindel gut gefuhrt sein muB. Ein Rattem ist zu vermeiden, da Oberflachenunrundhei­ten hOherer Ordnung sofort auf das Tragverhalten des Lagers und dementsprechend auf den VerschleiB des Lagers EinfluB haben.

7.4.5 N ockenwellenlager

Ftir die Lagerung der Nockenwelle, die rechnerisch mit der mittleren Pressung tiberprtift wird, werden meist Buchsen eingesetzt. Diese Buchsen sind gerollte Buchsen, bestehend aus Stahlrticken und Bronzeauflage, lihnlich wie bei kleinen Pleuelaugen. Die Olversorgung erfolgt tiber Olbohrungen an Stellen, die wenig belastet sind. Urn beim Einbau der Lagerschale keine unnotige Vorsicht waIten lassen zu mtissen, sind sie am Rticken meist genutet und besitzen entsprechende Zuftihrbohrungen.

Die Lagerschalen sind bereits vorbearbeitet und mtissen gerichtet eingeschrumpft werden. Bei oben liegenden Nockenwellen verwendet man fur die Nockenwelle keine Buchsen, sondem Lagerschalen wie beim groBen Pleuelauge. Die Lager werden tiber Bohrungen, die an Stellen mit niedrigen Pressungen angeordnet sind, mit Schmierstoff versorgt. Bei hohlgebohrten Nok­kenwellen erfolgt die Oleinspeisung in die Nockenwelle tiber ein Lager, die anderen Nocken­wellenlager werden tiber Bohrungen in der Nockenwelle versorgt.

7.4.6 Ausgleichswellenlager

Ftir Ausgleichswellen zweiter Ordnung sind tiblicherweise drei Lager vorgesehen, wobei sich ein Lager in der Nahe des Antriebsrades der Ausgleichswelle befindet und die beiden anderen Lager im Bereich der Ausgleichsgewichte. Bei kleineren Motoren laufen die Wellen direkt im Kurbelgebliuse, z. B. im Aluminium, bei PKW-Motoren werden Buchsen verwendet. Diese Buchsen sind einfache Buchsen ohne Nut und Bohrung. Ftir die Schmierung von Ausgleichs­wellen erfolgt die Olzufuhrung meist am ersten Lager neben dem Antrieb. Die tibrigen Lager werden durch die hohlgebohrte Welle mit Schmierstoff versorgt.