Kurbeltrieb für Zweitaktbrennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft die Lagerung einer Kurbel welle, vorzugsweise für eine mehrzylindrige Zweitakt- brennkraftmaschine.
Es ist bekannt, Kurbelkammern, die als Lade pumpe arbeiten, einseitig mit Spreizringen abzudich ten. Es werden auch elastische Gummiringe mit Fe dereinlage zur Abdichtung verwendet. Nach dem Stand der Technik wird angestrebt, die Rollenlager laufbahnen möglichst intensiv durch das Pulsieren des Luftölbrennstoffgemisches im Kurbelgehäuse zu schmieren und zu kühlen. Beispielsweise wird dabei das Rollenlager mit Brennstoffölgemisch von der Kur belkammer des einen Zylinders beaufschlagt, der Spreizring von dem der Kurbelkammer des anderen Zylinders. Die Rollen werden in Borden des Lagers geführt.
Die Gleichmässigkeit des Lagerspiels und die Schlagfreiheit der Kurbelwellenlager in sich und ge geneinander spielen eine erhebliche Rolle. Mit han delsüblichen Wälzlagern sind der Fertigungsgenauig keit von Kurbelwellenlagern und damit der Lebens dauer und Laufruhe gerade in dieser Hinsicht Gren zen gesetzt.
Bei derartigen Motoren stellen sich meist abhängig von den klimatischen und chemischen Bedingungen im Kurbelgehäuse und von der Lagerverbauung so genannte Rattermarken in den Rollenlaufbahnen ein. Die Bildung von Rattermarken wird zum Teil in Ab hängigkeit von den klimatischen Betriebsverhältnissen der Brennkraftmaschinen durch Oxydationserschei nungen an den Rollenlaufbahnen hervorgerufen. Eine Erklärung ist darin zu sehen, dass bei der überwäl- zung von Laufbahnen durch Rollen eine Oxydhaut- bildung eintritt.
Wenn die Rollen am einwandfreien Durchdrehen behindert werden, wischen sie an gewis sen Stellen die Oxydhaut weg, so dass an den als Rat termarken bezeichneten Stellen Streifen auftreten. Diese Streifen, die eine Unebenheit der Laufbahn kennzeichnen, führen beim überwälzen durch die Rollen zu störenden Geräuschen und zwingen gege benenfalls zum Ausbau der Kurbelwellen.
Aufgabe der Erfindung ist eine Bauweise, die eine Bildung von Rattermarken ausschliesst und damit die Geräuschbildung vermindert.
Die Erfindung besteht darin, dass bei Kurbelwel len für Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Brennstoff ölgemischschmierung und vorzugsweise mit Kurbel gehäusepumpe beiderseits der Wälzlager Dichtele mente angeordnet sind. Entgegen den Lehren der Technik wird also hier das Lager gegen ein Eindrin gen eines Gemisches aus Brennstoff, Luft, Abgas bestandteilen und öl abgedichtet. Auf diese Weise wird erreicht, dass auch die klimatischen Verhältnisse in Verbindung mit den Abgasbestandteilen in der Kurbelkammer des Motors nicht wesentlich zur Bil dung einer Oxydhaut beitragen können.
Die durch die Erfindung ausgeschaltete klimatische Einwirkung be stand zum grössten Teil darin, dass Peroxyde, Alde hyde und Restgase im Kurbelgehäuse gebildet wurden und diese zum Teil gasförmig in verstärktem Masse an die Rollenlaufbahn gelangten.
Bei den praktischen Ausführungen können Dich tungen verwendet werden, welche gerade die für die Schmierung notwendige, äusserst geringe Ölmenge durchlässt, jedoch die für die Oxydhautbildung not wendigen gasförmigen Produkte in der für einen Schaden erforderlichen Mengen von den Laufbahnen abhält. Es ist damit auch verhindert, dass harzbildende Stoffe eindringen können, welche im Verein mit der Bordführung an sich und dem bei Lagern mit Bord führung grösseren Lagerspiel ein Schleifen der Rollen und damit das Wegwischen der Oxydhaut ermögli chen.
Eine Verstärkung der Oxydhautbildung führte aber in Kombination mit einer Bremsung der Rollen durch die Bordführung bei gewissen Verbrennungs zuständen im Zylinder der Brennkraftmaschine zu einer Riffelbildung im Lager. Die weitere vorteilhafte Ausbildung der Kurbelwelle geht aus der Beschrei bung und Abbildung hervor.
Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dreizylinder-Kurbelwelle mit drei Rollenlagern und einem Rillenkugellager zur Aufnahme des Kupplungs druckes bzw. überhaupt von Kräften in axialer Rich tung.
Die Kurbelwelle besteht aus Kurbelzapfen 1, 2, 3 und 4. Diese sind untereinander durch die Hubscheiben 5, 6, 7, 8, 9 und 10 und durch Pleuelzapfen 11 mit Presssitz verbunden. Die Kurbelzapfen, beispielsweise der Kurbelzapfen 3, ist in der Mitte verstärkt. Auf dieser Verstärkung laufen die im Käfig 12 geführten Rollen 13 in dem Aussenring 14. Die Rollenlaufbahn am Kurbelzapfen 3 ist bundartig abgesetzt, so dass die Ringträger 15 und 16 zwischen der Hubscheibe 9 und der verstärkten Rollenlaufbahn 17 gehalten wer den können.
In den Ringträger 16 und 15 sind Spreiz- ringe 18, 19 mit überlapptem Stoss geführt, welche sich durch ihre Eigenspannung an den Lageraussen ring 14 anlegen. Entsprechend sind die Lager, die zu den Aussenringen 20 und 21 gehören, ausgebildet.
Beide Spreizringe 18, 19 liegen durch ihre Eigen spannung am Aussenring 14 fest an, so dass an dieser Fläche nur öl entlangkriechen, nicht aber Gase mit schädlichen, eine Oxydhaut an den Rollenlaufbahnen bildenden Bestandteilen pulsieren können. Durch die Verwendung von Spreizringen 18, 19 mit überlapptem Stoss und dem in den Spalten gespeicherten Öl ist auch ein Durchblasen von Gasen am Stoss der Spreiz- ringe 18, 19 so gut wie ausgeschlossen.
Die Spreiz- ringe 18, 19 sind in den Ringträgern 15, 16 in ent sprechenden Nuten mit so geringer Toleranz geführt, dass dadurch eine Labyrinthdichtung entsteht und eine dünne Ölschicht, die in diesem Labyrinth in kur zen Abständen pulsierend beschleunigt werden müsste, ebenfalls eine Abdichtung gegen schädliche Gase her stellt. Wenn der Käfig 12, der zur Führung der Rol len 13 dient, aus Stahl gefertigt ist, können die Ring träger 15, 16 mit ihren den Rollen 13 zugekehrten Flächen zugleich die Führung des Käfigs und damit der Rollen übernehmen.
Wird als Material für die Käfige 12 Bronze oder Messing gewählt, so empfiehlt es sich, zur Aufrechterhaltung guter Gleit- und Not laufeigenschaften zwischen den Käfigen 12 und den Ringträger 15 und 16 die seitlichen Flächen der Käfige 12 zu verchromen. Weder die Rollenlaufbahn 17 des Kurbelzapfens 3 noch die Rollenlaufbahn am Aussenring 14 wird durch Einstiche gebildet. Die Rollenlaufbahn besteht aus glatten, einfach zugänb lichen und daher sehr genau zu bearbeitenden zylin drischen Flächen.
Das Spiel lässt sich damit durch Auswahl entsprechend vorsortierter Rollen 13 so klein halten, dass die Rollen nicht wischen können, sondern zwangsweise abrollen müssen. Es ist damit eine wesentliche Ursache behoben, die eine vorzeitige Lagerzerstörung aus mechanischen Gründen unter stützt. Die in früheren Kurbelwellenausführungen durch chemische Einwirkung verursachte Oxydhaut- bildung, die den Hauptanteil an der Riffelbildung der Kurbelwellenlager hatte, ist durch die Anordnung von Dichtelementen beiderseits der Rollenlaufbahn ver mieden.
Um nun auch weitere zusätzliche mechanische Beanspruchungen der Lager zu vermeiden, die durch die Vorspannung der Lageraussenringe im ge teilten Kurbelgehäuse entstehen, ist es vorteilhaft, die Aussenringe 14 im Aussendurchmesser zu vergrössern. Der Nachteil, dass ein derart steifer Ring nicht die Verformungen bei Biegeschwingungen der Kurbel welle mitmacht, lässt sich durch an sich bekannte Aussparungen oder Profilverengungen der Lager aussenringe ausgleichen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, zur Geräuschverminderung und damit auch die Aussenringe 14 den Biegeschwingungen der Kurbel welle folgen zu können, zwischen die Aussenringe 14 und das Kurbelgehäuse elastische und geräuschdämp fende, nichtmetallische Ringe 14', 20', 21' anzu bringen.
Da auch axiale Kräfte, beispielsweise der Kupp lungsdruck, auf die Kurbelwellenlager wirken, muss ein dazu geeignetes Lager angebracht sein. Dieses die Kurbelwelle in axialer Richtung abstützende Lager ist in Verbindung mit einem geringen Lagerspiel der nächsten beiden Lager wesentlich an ihrem Laufver halten beteiligt. Um für dieses Lager handelsübliche Ausführungen verwenden zu können, kann statt einer beiderseitigen Abdichtung durch Spreizringe mit über lapptem Stoss auch eine Abdichtung verwendet wer den, die das Kugellager gegen das Kurbelgehäuse mit einer Ringmembrane und gegen das Schwungrad gehäuse mit einer doppelten Spreizringabdichtung ab dichtet.
Die Ringmembrane 23 ist nur aus Gründen der Darstellung mit so grossem Abstand von dem Aussenring des Kugellagers 22 dargestellt. In Wirk lichkeit liegt sie auch an dem Aussenring so dicht an, dass ein Bestreichen der Kugellagerlaufflächen mit Gasen und eine davon abhängige Oxydhautbildung an den Laufflächen ausgeschlossen ist.
Crank drive for two-stroke internal combustion engines The invention relates to the mounting of a crankshaft, preferably for a multi-cylinder two-stroke internal combustion engine.
It is known, crank chambers that work as a loading pump, abzudich on one side with expanding rings. There are also elastic rubber rings with Fe dereinlage used for sealing. According to the prior art, the aim is to lubricate and cool the roller bearing raceways as intensively as possible by pulsing the air-oil-fuel mixture in the crankcase. For example, the roller bearing is acted upon with fuel oil mixture from the cure belkammer of one cylinder, the expansion ring from that of the crank chamber of the other cylinder. The rolls are guided in shelves of the warehouse.
The evenness of the bearing play and the freedom from impact of the crankshaft bearings in and against each other play a significant role. With commercially available rolling bearings, there are limits to the manufacturing accuracy of crankshaft bearings and thus to the service life and smooth running, especially in this respect.
In such engines, so-called chatter marks appear in the roller raceways, depending on the climatic and chemical conditions in the crankcase and on the bearing construction. The formation of chatter marks is caused in part as a function of the climatic operating conditions of the internal combustion engines by Oxydationserschei calculations on the roller tracks. One explanation can be seen in the fact that when rolling over raceways with rollers, an oxide layer forms.
If the rollers are hindered from turning properly, they wipe away the oxide skin at certain points, so that streaks appear at the points marked as advice marks. These stripes, which characterize an unevenness in the raceway, lead to annoying noises when rolling through the rollers and force if necessary to remove the crankshafts.
The object of the invention is a design which excludes the formation of chatter marks and thus reduces the generation of noise.
The invention consists in that in the case of crankshafts for two-stroke internal combustion engines with fuel oil mixture lubrication and preferably with a crankcase pump, sealing elements are arranged on both sides of the roller bearings. Contrary to the teachings of the technology, the bearing is sealed against a penetration of a mixture of fuel, air, exhaust components and oil. In this way it is achieved that the climatic conditions in connection with the exhaust gas components in the crank chamber of the engine cannot contribute significantly to the formation of an oxide skin.
The climatic influence eliminated by the invention was largely due to the fact that peroxides, aldehydes and residual gases were formed in the crankcase and some of these reached the roller track in gaseous form.
In the practical versions, you can use seals that allow the extremely small amount of oil required for lubrication to pass through, but keep the gaseous products necessary for oxide skin formation from the raceways in the quantities required for damage. It is thus also prevented that resin-forming substances can penetrate, which in combination with the board guide itself and the greater bearing play in bearings with board guide enables grinding of the rollers and thus wiping away the oxide skin.
A strengthening of the oxide skin formation, however, in combination with a braking of the rollers by the on-board guidance in certain combustion conditions in the cylinder of the internal combustion engine, led to a ripple formation in the bearing. The further advantageous design of the crankshaft is evident from the description and illustration.
The figure shows an embodiment of a three-cylinder crankshaft with three roller bearings and a deep groove ball bearing for receiving the clutch pressure or any forces in the axial direction Rich.
The crankshaft consists of crank pins 1, 2, 3 and 4. These are connected to one another by the cam disks 5, 6, 7, 8, 9 and 10 and by connecting rod pins 11 with a press fit. The crank pin, for example the crank pin 3, is reinforced in the middle. The rollers 13 guided in the cage 12 run on this reinforcement in the outer ring 14. The roller track on the crank pin 3 is offset like a collar so that the ring carriers 15 and 16 can be held between the lifting disc 9 and the reinforced roller track 17.
Expanding rings 18, 19 with an overlapping joint are guided in the ring carriers 16 and 15, which are placed against the bearing outer ring 14 by their internal stress. The bearings that belong to the outer rings 20 and 21 are designed accordingly.
Both expansion rings 18, 19 are firmly attached to the outer ring 14 by their own tension, so that only oil can creep along this surface, but not gases with harmful components that form an oxide skin on the roller raceways can pulsate. By using expanding rings 18, 19 with an overlapping joint and the oil stored in the gaps, blowing gases through at the joint of expanding rings 18, 19 is virtually impossible.
The expansion rings 18, 19 are guided in the ring carriers 15, 16 in corresponding grooves with such a small tolerance that this creates a labyrinth seal and a thin oil layer, which would have to be pulsed at short intervals in this labyrinth, also provides a seal against harmful gases. If the cage 12, which serves to guide the Rol len 13, is made of steel, the ring carriers 15, 16 with their surfaces facing the rollers 13 can also take over the leadership of the cage and thus the rollers.
If bronze or brass is chosen as the material for the cages 12, it is recommended that the lateral surfaces of the cages 12 be chrome plated to maintain good sliding and emergency running properties between the cages 12 and the ring carriers 15 and 16. Neither the roller track 17 of the crank pin 3 nor the roller track on the outer ring 14 is formed by grooves. The roller track consists of smooth, easily accessible and therefore very precisely machined cylindrical surfaces.
The game can thus be kept so small by selecting appropriately presorted roles 13 that the roles cannot wipe, but have to unroll. This eliminates a major cause that supports premature bearing destruction for mechanical reasons. The formation of oxide layers caused by chemical action in earlier crankshaft designs, which played a major part in the corrugation of the crankshaft bearings, is avoided by the arrangement of sealing elements on both sides of the roller raceway.
In order to avoid further additional mechanical stresses on the bearings, which are caused by the bias of the bearing outer rings in the split crankcase, it is advantageous to enlarge the outer diameter of the outer rings 14. The disadvantage that such a stiff ring does not take part in the deformations caused by bending vibrations of the crankshaft can be compensated for by known recesses or profile constrictions in the bearing outer rings.
It is also advantageous to be able to follow the flexural vibrations of the crankshaft to reduce noise and thus also the outer rings 14, to bring elastic and noise-damping, non-metallic rings 14 ', 20', 21 'between the outer rings 14 and the crankcase.
Since axial forces, such as the clutch pressure, also act on the crankshaft bearings, a suitable bearing must be fitted. This bearing supporting the crankshaft in the axial direction is essentially involved in keeping their Laufver in connection with a small bearing clearance of the next two bearings. In order to be able to use commercially available designs for this bearing, a seal can also be used instead of a double-sided seal using expanding rings with an overlapped joint, which seals the ball bearing against the crankcase with an annular diaphragm and against the flywheel housing with a double expanding ring seal.
The annular diaphragm 23 is shown at such a large distance from the outer ring of the ball bearing 22 for reasons of illustration. In fact, it is so close to the outer ring that the ball bearing running surfaces cannot be smeared with gases and there will be no oxide skin on the running surfaces.