具有相互平行定向的闭锁机构的环轴承的制作方法

本发明涉及一种径向-轴向轴承元件，所述径向-轴向轴承元件具有滑动轴承壳和至少一个特别是半圆形环形垫圈形式的止推片，所述滑动轴承壳在其至少一个轴向端面上具有多个沿周向隔开间距的凹口，而止推片在其径向内边缘上具有多个沿周向隔开间距设置的、沿径向向内指向的并且嵌接到相应凹口中的连接片，以用于与滑动轴承壳的形锁合地连接，所述凹口分别具有背离径向-轴向轴承元件的第一中间平面的接触面，而所述连接片分别具有朝向所述第一中间平面的接触面，所述凹口的接触面和所述连接片的接触面彼此紧贴以构成形锁合。在本申请的范围内，“第一中心平面”表示通过由滑动轴承壳所限定的中轴线和顶点的具有轴向和径向的走向的平面。

背景技术：

滑动轴承壳和止推片之间的连接，长期以来一直是不断研发的主题。例如可以参考文献de4303855c1，de102007055005a1，ep0962671b1，de102007044850b3，wo2009/062904a1和wo2013/068106a1。然而许多研发致力于简化止推片已与滑动轴承壳形锁合地连接的所谓已制成的环轴承的组装以及同时在在止推片和轴承壳体之间提供防丢失的连接，但本发明却致力于改善轴向支承结构的、也就是说止推片的承载能力问题。

文献wo2009/062904a1研究类似的问题。在该文献中提出，分别设置径向向内指向的外连接片，用于与第一中间平面两侧的滑动轴承壳相连接，其中，朝向第一中间平面的内边缘分别与在连接片中心贴靠在止推片限定的半圆相切的切线在内侧形成在45°和85°之间的角度。因此，考虑到在这种类型的径向-轴向轴承中出现的具体负载状态，可以在止推片和径向轴承部件之间实现改进形锁合。

参考图8详细说明了装置负载状态，其中示出了如文献wo2009/062904a1中公开的径向-轴向轴承元件70。该径向-轴向轴承元件70具有滑动轴承壳71和止推片72并且以轴向的观察方向示出。止推片72具有多个沿周向隔开间距设置的连接片73、73'，73”，所述连接片形锁合地嵌入滑动轴承壳71中的相应凹口中。由此防止止推片72沿圆周方向相对于滑动轴承壳71旋转。

支承在径向-轴向轴承元件中的轴(未示出)沿用箭头74标注的方向旋转。此时，轴的支撑在止推片30的侧部(也未示出)沿切线方向施加力矩。已经确定，主负载作用在止推片72的初始区域75中，下文中也称为主负载区域，在这里通常可以确认发生最大的磨损。因此，传递到止推片72的力矩基本上沿箭头76所示的方向作用。显然，在这些情况下，最大的负载必须由最靠近起始区域75的连接片73和相应的凹口承受。

在图9中示出了由轴承壳71和止推片72组成的径向-轴向轴承元件的安装情况。该径向-轴向轴承元件安装到发动机体80中并且支承曲轴82，曲轴以侧部84贴靠在止推片72上。为了避免在径向部分82和侧部84之间的过渡区域中在轴承元件和曲轴之间发生接触，该轴在过渡区域中具有切口86，即径向凹部。在径向-轴向轴承元件和轴之间确保了具有尺寸为s的空隙。出于成本和强度或减轻重量的原因，发动机制造商感兴趣的是，将半径86设计得尽可能大并且尽管如此却放弃这种切口86。因此，轴承制造商越来越多承担这样的任务，即，将径向-轴向轴承元件构造成，使得实现足够的空隙s。这会影响连接片73用以贴靠在滑动轴承壳71中的相应凹口上的接触面的负载，这又对这个位置处的最大力导入产生负面作用。因此，在wo2013/068106a1中描述的措施不是在任何情况下都足以改进现代发动机中的轴向轴承的承载能力。

技术实现要素：

本发明的目的因此是，提供一种具有改进承载能力的径向-轴向轴承元件。此外，目的还是，同时将径向轴向轴承元件设计成，使得其可以经济地制造且可以容易地装配。

所述目的根据本发明通过具有权利要求1特征的径向-轴向轴承元件来实现。本发明的有利改进方案是从属权利要求的主题。

本发明设定，前面所述类型的径向-轴向轴承元件在沿周向的第一外部区域中具有至少两个连接片和至少两个相应的凹口，在所述外部区域中，所述至少两个连接片和所述至少两个凹口的接触面相互平行设置。

在第一外部区域中、即止推片的主负载区域附近的两个或更多个连接片和凹口使得在承受最大负载处的有效接触面，这在总体上同样几乎使承载能力加倍或变多倍。连接片的接触面和凹口的接触面平行设置使得可以通过冲压在一个单一的工序中制成至少两个端侧的凹口。这里应该注意，在成形为半圆形的滑动轴承壳上冲压出凹口，而不是在成形之前在平面的板坯就已经冲压出凹口。其原因在于必要的尺寸精度，这种尺寸精度尤其是对于确保在连接片和凹口的接触面上实现负载分布均匀是必要的。

当然，平行度只能在制造公差范围内实现。因此，在本文中，“平行”是指，接触面的定向在±2°、优选±1°的公差范围内。这种平行度与由已成形的滑动轴承壳中进行冲压的制造步骤相结合确保了，在实践中，负载均匀地分布到所有所述至少两个凹口和连接片上。凹口的接触面的平行定向的另一个优点是，冲压过程可以利用工具在一个工步中完成，同时相对于单一的凹部不会明显提高制造时间以及由此提高制造成本。

本发明的一个有利的改进方案设定，第一外部区域沿周向从径向-轴向轴承元件的分隔平面绕中轴线分布地在0°至55°、优选5°至50°的角度α上延伸。

分隔平面是连接滑动轴承壳的两个周向端面的平面。就是说，从分隔平面沿周向朝第一中间平面覆盖，所述第一外部区域由所述在所示角度α限定在给定的窗口/区间中，由此，第一外部区域足够精确地与作用在止推片上的切向力的主负载区域重合，从而确保改善承载能力。

另外优选的是，在第一外部区域中，所述至少两个连接片的接触面和所述至少两个凹口的接触面与径向-轴向轴承元件的分隔平面成在0°至45°之间，优选在15°至40°之间的角度γ。

考虑到承载能力，小的角度γ是特别优选的，尤其是0°至20°之间的角度确保了，在主负载区域中引入的力基本上垂直于接触面。在制造技术较大的角度是优选的尤其是在20°在55°之间的角度，因为这样的角度可以用平直的冲压工具制造，而特别是0°至20°之间的角度需要弯曲的冲压工具，这种冲压工具在冲压时必须与分隔平面平行地或几乎平行地被引导。

另外优选的是，所述凹口分别具有面向第一中间平面的连接面，而所述连接片分别具有背离第一中间平面的连接面，在外部区域中，所述至少两个连接片和所述至少两个凹口的连接面和接触面彼此平行地设置。

连接面是凹口和连接片的分别与接触面相对置的侧向边界面。由于前面所述经济地通过冲压进行的制造可以得出的是，至少所述凹口的连接面也彼此平行地设置，此时所述连接面的几何形状优选也选择为用于连接片的连接面。

为了进行说明，这里要指出的是，连接片与其接触或连接面的取向无关地被称为是“沿径向向内指向的”。至少接触面可以不是对于所有的连接片都是沿径向向内指向的，这是由于以下情况得到的，即，多个连接片的接触面彼此平行。考虑到重心分布，连接片仍具有沿径向向内指向的取向。

此外优选的是，与第一外部区域相对地，在沿周向第二外部区域中，止推片和滑动轴承壳具有至少两个连接片和至少两个相应的凹口，所述至少两个连接片和所述至少两个凹口的接触面在第二外部区域中彼此平行地设置。

由此确保了，相同的径向-轴向轴承元件既适用于左旋转的安装情况，也适用于右旋转的安装情况，在第二外部区域中接触面的平行设置这里也以简单的方式提供了相应增大的承载能力。因此，不必要预备不同的轴承元件，并且避免了在安装时发生混淆。

与第一外部区域相对应，第二外部区域优选也从径向-轴向轴承元件的分隔平面绕中轴线分布地在0°至55°、特别优选5°至50°的角度α'上延伸。在第二外部区域中，所述至少两个连接片和所述至少两个凹口的接触面与径向-轴向轴承元件的分隔平面相应地优选成为0°至45°之间、特别优选在15°至40°之间的角度γ'。并且同样地，第二外部区域中的凹口也分别具有面向第一中间平面的连接面，而第二外部区域中的连接片分别具有背离第一中间平面的连接面，在第二外部区域中，所述至少两个连接片和所述至少两个凹口的连接面和接触面彼此平行布置。

第一外部区域中的凹口特别优选关于第一中间平面方向与第二外部区域中的凹口对称地设置。同样，第一外部区域中的连接片关于第一中间平面优选与第二外部区域中的凹口对称地设置。

此外优选的是，滑动轴承壳在其至少一个轴向端面上沿周向中央的区域中具有至少一个中间凹口，而止推片在其径向内部区域上具有至少一个沿径向向内指向并且嵌接到相应的中间凹口中的中间连接面(片)，以用于与滑动轴承壳形锁合地连接。

沿周向中央的区域这里优选从径向-轴向轴承元件的分隔平面绕中轴线分布地在50°至130°，特别优选60°至120°的角度范围β上延伸。

形锁合连接的中间连接片和凹口使得附加地提高负载能力。

另外优选的是，止推片和滑动轴承壳通过焊接连接相固定。

焊接连接主要满足这样的目的，即在安装之前实现是止推片和滑动轴承壳不可丢失地相互连接。这里要指出的是，滑动轴承壳通常具有一定的张开，即，与止推片相比，其基本形状不是精确的半圆形，而是略微(通常为十分之几毫米)弯曲打开。在装配滑动轴承壳和止推片时，通常必须消除这种张开，直到连接片对准进入凹口中。如果随后释放滑动轴承壳，则弹性复位力在装配之后确保力锁合地将轴承壳和止推片保持在一起。如果将径向-轴向轴承元件安装到其轴承座中，通过在拼装时压缩轴承壳，该张开同样被消除。此时，滑动轴承壳和止推片之间的力锁合至少部分地被消除，从而止推片在一些情况下不再可靠地保持在期望位置中。为了避免由此引起的安装误差，止推片优选附加地通过焊接点固定在滑动轴承壳上。

特别优选的是，焊接连接部设计成预定断裂部位，在要支承的对应转动件起动时，所述预定断裂部位断开。

这可以通过足够小的焊点来确保。

根据本发明的径向-轴向轴承元件的另一个有利的设计方案设定，滑动轴承壳具有设置在其两个轴向端侧上的凹口，并且设置两个沿轴向相对置的止推片，这两个止推片具有嵌接到相应凹口中的连接片，以用于与滑动轴承壳形锁合连接。每个止推片和两个轴向端侧具有相同的具有上述特征的连接片或凹口。

此时，在径向-轴向轴承元件的两侧都确保径向-轴向轴承具有改进的承载能力。

另外优选的是，止推片在其径向内边缘上具有至少一个沿径向向内指向的支撑结构，该支撑结构构造成贴靠在滑动轴承壳(轴承背部)的外周面上。

原则上，止推片和轴承壳需要一定的间隙，以确保止推片在安装后整面地贴靠在壳体上。因此，在装配状态下得到一种间隙，虽然所述间隙是尽可能小的，所述间隙在运行中被消除。在这个意义上，所述支撑结构“构造成，贴靠在轴承背部上”。

所述至少一个支撑结构特别优选地关于第一中间平面设置在与第一外部区域相对置的关于周向的第二外部区域中。

这是指这样的位置，在主负载区域中导入所述的负载力矩时，止推片在所述位置最有效地支撑在轴承壳上。

所述焊接连接、尤其是焊接点优选将止推片的一个或多个支撑结构与轴承背部相连接。此时，焊点优选设置在端侧，从而不会在止推片的背侧上导致出现不平度。

附图说明

下面将根据附图说明本发明的其他优点和特征。

其中分别以非常简化的示意图：

图1沿轴向观察示出根据本发明的径向-轴向轴承元件的第一实施形式；

图2用放大图示出图1的细节；

图3示出径向-轴向轴承元件的第一实施形式的透视图；

图4沿轴向观察示出根据本发明的径向-轴向轴承元件的第二实施形式；

图5示出径向-轴向轴承元件的第二实施例的透视图；

图6示出第二实施形式的径向-轴向轴承元件的分隔平面的俯视图；

图7示出第一实施形式与根据现有技术的径向-轴向轴承元件的对比；

图8示出根据现有技术的径向-轴向轴承元件；以及

图9示出一个剖视图，用以显示根据现有技术的径向-轴向轴承元件的装配。

具体实施方式

图1至3示出根据本发明的径向-轴向轴承元件10的第一实施形式。图1是沿轴向观察的图示，在图2中由这个观察方向以放大的比例示出细节b。在图3的透视图中可以看出，径向-轴向轴承元件10具有滑动轴承壳20和两个在滑动轴承壳20的轴向方向上相对设置的止推片30、30'。由于径向-轴向轴承元件在两个轴向侧面上具有相同的特征，因此以下描述主要限于一个侧面的特征。

为了滑动轴承壳20和止推片30之间实现连接，滑动轴承壳20在其两个轴向端侧22、22'上具有多个沿周向隔开间距设置的凹口23、24、25、26、27和28。两个止推片30、30'在其径向内边缘32上具有多个沿周向隔开间距设置的、沿径向向内指向的并且嵌接到相应的凹口23、24、25、26、27、28中的连接片33、34、35、36，37、38以用于与滑动轴承壳20形锁合连接。

“m”表示径向-轴向轴承元件的中轴线。第一中间平面a延伸通过中轴线m和通过滑动轴承壳20的顶点。分隔平面t与第一中间平面垂直地延伸通过滑动轴承壳20的周向端面。

从图1中可以看出，止推片30在圆周方向上略短于滑动轴承壳20，因此，止推片在分隔线t之前结束。这是由于在由一对轴向-径向轴承元件组成的轴承的安装过程中之后对于止推片需要一定的间隙，这确保了，所述滑动轴承壳20连同第二滑动轴承壳在周边的端面相互挤压的情况下能够夹紧到轴承座中。

径向-轴向轴承元件沿周向分成三个区域：沿周向第一外部区域，用角度α表示；中间区域，用角度β表示；以及沿周向第二外部区域，由角度α'表示。沿周向第二外部区域α'关于中间平面a与第一外部区域α相对置。第一和第二外部区域α、α'在0°到55°、特别优选5°到50°的角度α之内延伸，而中间区域在50°到130°、特别优选60°到120°的角度范围β之内延伸。在此应该注意的是，这三个区域的总和不能超过180°，因为根据定义，这些区域不允许存在重叠。

在外部区域α、α'中分别设置两个连接片33和34或37和38并且分别设置两个对应的凹口23和24或27和28。在外部区域α、α'中的两个连接片和两个凹口的布置方面，滑动轴承壳20和止推片30关于第一中间平面a是对称的。因此，下面对凹口23、24和对应的连接片33、34的详细描述类似地适用于相对置的凹口27、28或连接片37、38。

凹口23、24分别具有背离径向-轴向轴承元件10的第一中间平面a的接触面40以及分别具有朝向第一中间平面a中的连接面44，见图2。连接片以相反的取向分别具有朝向第一中间平面a的接触面42以及分别具有背离第一中间平面a的连接面46。在这种情况下，“背离”是指，从第一中间平面出发看不到相应的面，因为从这个角度观察，所述面分别位于凹口或连接片的背侧。相应地，“朝向”是指，从第一中间平面a出发可以看到相应的面。

如果止推片30以结合图7说明的方式受载并且由此尽可能远地沿箭头76的方向移动，则凹口23、24和连接板33、34的相互朝向的接触面40和42彼此贴靠，使得止推片30接下来不能继续沿这个方向相对于滑动轴承壳20移动。

所有接触面40、42和所有连接面44、46彼此平行地定向，使得一方面形成整面的接触，而另一方面，可以在一个冲压步骤中制造凹口23、24。接触面40、42、44、46与在该图示中水平延伸的分隔面t成角度γ。角度γ优选在0°至45°之间，并且特别优选在15°至40°之间。在这个实施例中，上面的凹口23在周向上具有宽度b，下面的凹口24具有宽度d，而两个对应的连接片33、34具有周向的间距c，在该实施例中，各所述尺寸是相等的，即b＝c＝d。这不是强制性要求。相反已经证明有利的是，下面的连接片34的宽度d大于上面的连接片33的宽度b并且比周向的间距c宽。这是与以下事实相关的：连接片33和34的两个平行的接触面42与止推片内周上的相应所属的切线之间的角度朝中间平面a的方向更为尖锐。与连接片33相比，由此使得连接片34的滑动变得困难。由于这个原因，根据所述几何设计(止推片的直径和角度γ的大小)，连接片34又可以承受或传递更多的负载，因此该连接片优选整体上设计得更稳定，即更宽。

除了在第一和第二外部区域中的连接片33、34和37、38之外，止推片30还包括两个中间连接片35、36，所述中间连接片嵌接到滑动轴承壳的轴向端侧22上的相应凹口25、26中。这种形锁合也用于将止推片30固定在滑动轴承壳20上。

在各图中可以清楚地看到，中间连接片35和中间连接片36具有不同的宽度。这用于实现装配安全性，其方式是避免止推片30由于疏忽以错误的定向与滑动轴承壳20相组装。

此外，在图1中可以看出，止推片30具有多个径向向内指向的支撑结构50、51、52、53和54，这些支撑结构从止推片的径向内边缘32径向向内突出。所述支撑结构通过其径向内表面贴靠在滑动轴承壳20的外周面56上，并由此限定止推片30相对于滑动轴承壳20在径向方向上的期望位置。

止推片30和滑动轴承壳20优选在至少一个所述支撑结构50、51、52、53和54中的区域中相互焊接(图中未示出)。

上面说明的内容以相同的方式适用于第二止推片30'与滑动轴承壳20之间的连接。径向-轴向轴承元件沿两个相反的轴向观察方向观察是相同的。就是说，两个止推片30、30'设计成相同的，这再次简化了生产，因为对于两个止推片的制造仅需要一种工具。

图4至6示出了根据本发明的径向-轴向轴承元件的第二实施例。与第一实施例的区别在于，外部区域α、α'中的各两个连接带33、34和37、38以及相应的两个凹口23、24和27、28沿周向上更为靠外一段距离，即更靠近分隔面t。另一个区别在于，在中间区域β中，仅设置一个单个的中间连接片36和一个相应的中间凹口26，连接片36形锁合地嵌接在所述凹口中。因为连接片36和相应的凹口26相对于中间平面a侧向偏移，在这种情况下也不存在对称性，从而避免了在与滑动轴承壳20的组装时处于疏忽使止推片30方向颠倒。还有另一个区别在于，上面的凹口23(b)和下面凹口24(d)的宽度相同，但是由于上述原因，两个相应的连接片33、34(c)之间周向的间距选择得较小(b＝d>c)。两个实施例之间最后的区别在于，在图4至6所示的实施例的情况下，支撑结构51在周向上更长，这是因为缺少第二中间连接片35并且由此空闲的位置可以用于支撑结构。

在图6中可以看出，在滑动轴承壳20的相对的侧面22、22'上的两个止推片30、30'是相同的并且在图平面中转过180°地组装，使得关于中间平面u在滑动轴承壳20的纵向方向上不存在镜像对称性。如上所述，这降低了制造成本，因为可以在两侧使用相同的止推片。在此应该注意的是，在中间平面u的两侧的两个止推片30、30'上的主负载区域至少大致相对置。因此，外部区域α，α'中的各两个连接片33、34和37、38以及相对应的两个凹口23、24和27、28关于中间平面a的对称性是有利的。

原则上，也可以完全省去中间连接片35、36和对应的凹口25、26。此时同样也可以取消关于中间平面a的镜像对称性，以避免止推片在滑动轴承壳组装时由于疏忽发生颠倒，其方式是，例如使第一外部区域α中的一个或多个外部的连接片33、34相对于在第二外部区域α'中的外部的连接片36、37在周向上具有的不同宽度或者彼此隔开不同的间距，这也相应地适用于滑动轴承壳中相应的凹口23、24和27、28。

图7示出对于各种不同的负载状态图1的根据本发明的径向-轴向轴承元件10与已知的径向-轴向轴承元件60的对此。已知的径向-轴向轴承元件60具有仅带三个沿周向隔开间距的凹口的滑动轴承壳61和带有三个对应应的连接片63、63'和63”的止推片62。与图8中的已知径向-轴向轴承元件不同，连接片63、63'和63”以及对应的凹口的接触面更多地沿径向而不是平行分隔面地定向。

此外，还示出了四个作用在每个止推片30、62的负载分量，这些负载分量用箭头64、65、66、67和64'，65'，66'，67'表示。这些负载分离作用在止推片的表面上的四个不同位置处，这些位置用箭头的起点表示，并且是在切向上作用，这用箭头方向表示。

为了证明根据本发明的径向-轴向轴承元件10具有改进的承载能力，模拟了四种不同的负载状态。第一负载状态l1是前面说明的最常见的负载状态，其中主负载出现在止推片的起始区域中。这对应于图7中负载分量64或64'孤立地出现在止推片30、62的左上区段中。第二负载状态l2对应于负载分量65或65'孤立地出现在止推片30、62的左下区段中。第三负载状态l3对应于负载分量65和66或65'和66'的同时出现在止推片30、62的左下和右下区段中。最后，第四负载状态l4对应于所有四个负载分量64、65、66和67或64'，65'，66'和67'的同时出现在止推片30，62的所有区段中。

对于这四种负载状态，在负载作用下发生连接失效之前，分别确定到滑动轴承壳20和61的最大负载传递。通过连接片和凹口的根据本发明的设计方案，与负载状态相关地，最大负载在负载状态l1中可以提高至少65％，在负载状态l2中可以提高最大160％。

表格1

此外，还可以进一步提高承载能力，通过在一个或两个外部区域α，α'中设置不止两个而是三个、四个或更多连接片，其中应该注意的是，连接片以及对应凹口之间的材料区的材料横截面足够大，以承受在止推片受载时在这个位置处出现的剪切力。为了此时也保持生产成本低，连接片或对应的凹口的接触面和连接面优选全部平行地设置，至少但最少成对地平行设置。

附图标记列表

10径向-轴向轴承元件

20滑动轴承壳

22、22'滑动轴承壳的轴向端侧

23、24、25、26、27、28凹口

30、30'止推片

32止推片的径向内边缘

33、34、35、36、37、38连接片

40凹口的接触面

42连接片的接触面

44凹口的连接面

46连接片的连接面

50、51、52、53、54支撑结构

56滑动轴承壳的外周面

60径向-轴向轴承元件

61滑动轴承壳

62止推片

63、63'、63”连接片

64、65、66、67负载分量

64'、65'、66'、67'负载分量

70径向-轴向轴承元件

71滑动轴承壳

72止推片

73、73'、73”连接片

74旋转方向

75主负载区域

76力矩

80发动机体

82曲轴

84侧部

86切口

b上面的凹口的宽度

c上面和下面的连接片之间的间距

d下面的凹口的宽度

a第一中间平面

m中轴线

s空隙尺寸

t分隔面

u中间平面

α外部区域的延伸角度

β中间区域的延伸角度

γ接触面和分隔面之间的角度