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Die Erfindung betrifft ein in einer Ebene erstrecktes scheibenförmiges Kurbelwellenaxiallagerelement, typischerweise auch als Anlaufscheibe bezeichnet, mit einer metallischen Gleitschicht zur gleitenden Anlage an einen Kurbelwellenbund und gegebenenfalls mit einer metallischen Trägerschicht für die Gleitschicht, insbesondere aus Stahl.
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Kurbelwellenaxiallagerelemente der hier in Rede stehenden Art werden zur Aufnahme axialer Kräfte bei verbrennungsmotorischen Antrieben im Kraftfahrzeugbereich, aber auch bei Großmotoren seither massivmetallisch als Monowerkstoffe und zunehmend als massivmetallische Verbundwerkstoffe verwendet.
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Hiervon ausgehend wurde erfindungsgemäß erkannt, dass im Betrieb auftretende Kupplungskräfte über Schrägverzahnungen im Getriebe Axialkräfte verursachen, die unter Vermittlung der Kurbelwellenaxiallagerelemente Geräusche im Kurbeltrieb verursachen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Laufruhe eines Motors nebst Kurbeltrieb und Antriebsstrang zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kurbelwellenaxiallagerelement der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der dem Kurbelwellenbund abgewandten Seite der metallischen Laufschicht oder der gegebenenfalls vorgesehenen metallischen Trägerschicht eine wenigstens 200 µm dicke Dämpfungsschicht ausgebildet ist. Hierbei wird unter einer Dämpfungsschicht eine solche Schicht verstanden, die gegenüber der Laufschicht oder der gegebenenfalls vorgesehenen metallischen Trägerschicht nachgiebiger ausgebildet ist und daher axiale Kräfte und Stöße elastisch aufzunehmen vermag, womit erfindungsgemäß eine Reduzierung der Geräusche im Kurbeltrieb einhergeht. Man war seither nicht davon ausgegangen, dass Kupplungskräfte in ihrer Übertragung und Rückwirkung auf Elemente des Kurbeltriebs innerhalb des Kurbelgehäuses die dort ohnehin in Reaktion auf den Antrieb durch Kolben und Pleuelstangen verursachten Geräusche noch erhöhen.
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Die mit der vorliegenden Erfindung erreichte Verbesserung erweist sich als besonders vorteilhaft bei solchen Kurbelwellenaxiallagerelementen, die für Großmotoren zum Einsatz kommen und bei denen die Dicke der Gleitschicht zuzüglich der gegebenenfalls vorhandenen Trägerschicht wenigstens 10 mm, insbesondere wenigstens 15 mm, und höchstens 35 mm, insbesondere höchstens 30 mm beträgt.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Dämpfungsschicht auf Elastomerbasis ausgebildet und umfasst eine Dicke von wenigstens 200 µm, insbesondere von wenigstens 400 µm, insbesondere von wenigstens 500 µm und von höchstens 2 mm, insbesondere von höchstens 1,5 mm, insbesondere von höchstens 1,0 mm, insbesondere von höchstens 800 µm und weiter insbesondere von höchstens 600 µm. Wenn die Dicke einer Dämpfungsschicht auf Elastomerbasis größer als 2 mm bemessen wird, so besteht die Gefahr, dass die infolge der rotatorischen Gleitbewegung zwischen Kurbelwellenbund und Gleitschicht übertragenen Scherkräfte die Dämpfungsschicht beschädigen, wobei auch eine Verquetschung infolge der axialen Kräfte auftreten kann. Eine Dicke von deutlich weniger als 200 µm vermag Dämpfungseigenschaften nur in geringem Maße auszuüben.
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In einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist die Dämpfungsschicht auf Metallschaumbasis ausgebildet und umfasst eine Dicke von wenigstens 2 mm, insbesondere von wenigstens 3 mm und von höchstens 10 mm, insbesondere von höchstens 8 mm.
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Schichten auf Metallschaumbasis sind keine massivmetallischen Schichten, sondern sie umfassen Poren. Es gibt verschiedene Arten der Herstellung von Metallschäumen. Als Metalle kommen Aluminium oder Aluminiumlegierungen, aber auch Kupfer, Zink oder Stahl/Eisen in Frage.
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Metallschäume werden häufig mittels Metallpulver und einem Metallhydrid, z.B. dem Titandihydrid, hergestellt. Beide Pulver werden miteinander vermischt und durch Sintern oder Strangpressen zu einem Vormaterial verdichtet. Das Vormaterial wird dann auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls erhitzt. Dabei setzt das Titandihydrid gasförmigen Wasserstoff frei und schäumt das Gemenge auf.
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Es gibt noch weitere Möglichkeiten, Metallschäume herzustellen. Beispielsweise kann man Gas in eine Metallschmelze einblasen, die zuvor durch Zugabe fester Bestandteile schäumbar gemacht wurde. Für Aluminiumlegierungen werden zur Stabilisierung 10 bis 20 Vol.-% Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid zugegeben. Man kann auch Kalzium zugeben. Hierbei bildet sich eine Legierung. Dies erhöht die Viskosität und stabilisiert die Schmelze.
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Als weitere Verfahrensvariante steht das Schlickerreaktionsschaumsinter-Verfahren (SRSS-Verfahren) zur Verfügung, mit dem vor allem Eisen-, Stahl- und Nickelschäume hergestellt werden können. Bei diesem Verfahren wird mittels Wasserstoff, der durch die Reaktion von Säure mit dem jeweiligen Metallpulver gebildet wird, ein Schlicker geschäumt. Durch weitere Reaktionsprodukte wird die Schaumstruktur abgebunden und in einer Form getrocknet. Der so entstandene Grünling wird anschließend unter reduzierender Atmosphäre oder im Vakuum gesintert.
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Es zeigte sich, dass sich Metallschäume ebenfalls hervorragend als Dämpfungsschicht bei hier in Rede stehenden Kurbelwellenaxiallagerelementen eignen.
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Es erweist sich weiter als vorteilhaft, wenn die gesamte Dicke des Kurbelwellenaxiallagerelements, also einschließlich aller Schichten, größer als 10 mm ist, insbesondere wenigstens 15 mm beträgt, und höchstens 40 mm, insbesondere höchstens 35 mm beträgt.
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Die erwähnte metallische Gleitschicht ist vorzugsweise von einer Aluminium/Zinn-Basislegierung gebildet, insbesondere von einer AlSnSi-Legierung, oder sie ist von einer Bronze-Basislegierung gebildet.
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Es erweist sich nach einer Ausführungsform der Erfindung als vorteilhaft, wenn die Dämpfungsschicht die unmittelbare Anlagefläche an eine Gehäusewange eines Kurbelgehäuses bildet.
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Nach einer anderen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass auf der von der Gleitschicht abgewandten Seite der Dämpfungsschicht eine massivmetallische Anlageschicht vorgesehen ist, welche eine unmittelbare Anlagefläche an eine Gehäusewange eines Kurbelgehäuses bildet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn sich an die Dämpfungsschicht eine massivmetallische Zwischenschicht und daran eine zweite wenigstens 200 µm dicke Dämpfungsschicht und daran eine massivmetallische Anlageschicht anschließt, welche eine unmittelbare Anlagefläche an eine Gehäusewange eines Kurbelgehäuses bildet.
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Weiter wird Schutz beansprucht für eine Kurbelwellenlagerstelle mit einem Kurbelgehäuse, einer Kurbelwelle, Kurbelwellenradiallagerschalen und scheibenförmigen Kurbelwellenaxiallagerelementen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kurbelwellenaxiallagerelemente mit ihrer metallischen Gleitschicht gleitend an einen Kurbelwellenbund und mit ihrer Dämpfungsschicht oder einer daran angrenzenden Anlageschicht an eine Gehäusewange des Kurbelgehäuses anliegen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurbelwellenaxiallagerelements;
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2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurbelwellenaxiallagerelements und
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3 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurbelwellenaxiallagerelements.
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein scheibenförmiges, d. h. bis auf Schmiernuten in einer flächenhaften Ebene erstrecktes Kurbelwellenaxiallagerelement 2, welches typischerweise auch als Anlaufscheibe bezeichnet wird. Es umfasst eine metallische Gleitschicht 4 der eingangs genannten Art, wobei die Gleitschicht 4 von einer zumeist aus Stahl bestehenden, in der Zeichnung nicht explizit dargestellten massivmetallischen Trägerschicht gestützt sein kann. Mit einer Oberseite 6 der metallischen Gleitschicht 4 liegt das Kurbelwellenaxiallagerelement 2 gleitend gegen einen 360° ringförmigen Kurbelwellenbund einer Kurbelwelle an, d. h. die Kurbelwelle gleitet in Umfangsrichtung gegenüber der metallischen Gleitschicht 4. Das Kurbelwellenaxiallagerelement 2 umfasst des Weiteren auf seiner von der Oberseite 6 abgewandten Seite der metallischen Gleitschicht 4 eine Dämpfungsschicht 8, die entweder auf Elastomerbasis oder auf Basis eines Poren aufweisenden Metallschaums gebildet ist. Mittels dieser Dämpfungsschicht 8 liegt das Kurbelwellenaxiallagerelement 2 im montierten Zustand im Betrieb gegen eine Gehäusewange eines Kurbelgehäuses an. Diese Anlage ist stationär, es findet dort also bis auf Anlaufverschiebungen und Mikrobewegungen keine gleitende Bewegung statt; es werden aber axiale Stützkräfte übertragen. Die Dämpfungsschicht 8 bewirkt eine Reduzierung von Geräuschen im Kurbeltrieb.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kurbelwellenaxiallagerelements 2, wobei auf der von der Gleitschicht 4 abgewandten Seite der Dämpfungsschicht 8 eine massivmetallische Anlageschicht 10 vorgesehen ist, mittels derer das Kurbelwellenaxiallagerelement 2 dann gegen eine Gehäusewange eines Kurbelgehäuses anliegt.
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Schließlich zeigt 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurbelwellenaxiallagerelements 2, wobei sich an die Dämpfungsschicht 8 auf der von der Gleitschicht 4 abgewandten Seite der Dämpfungsschicht 8 eine massivmetallische Zwischenschicht 12, daran anschließend eine zweite Dämpfungsschicht 14 und daran anschließend eine massivmetallische Anlageschicht 16 anschließt, mittels derer das Kurbelwellenaxiallagerelement 2 dann gegen die Gehäusewange eines Kurbelgehäuses anliegt.
