CH390618A - Durch periodische Druckspitzen belastetes Lager - Google Patents

Durch periodische Druckspitzen belastetes Lager

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CH390618A
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CH
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lubricant
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pressure
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CH1412761A
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Steiger Anton
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Sulzer Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/06Lubricating systems characterised by the provision therein of crankshafts or connecting rods with lubricant passageways, e.g. bores
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10Connection to driving members
    • F16J1/14Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
    • F16J1/22Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with universal joint, e.g. ball-joint
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F2007/0097Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines

Description


  Durch periodische Druckspitzen     belastetes    Lager    Die Erfindung betrifft ein durch periodische Druck  spitzen belastetes Lager, insbesondere ein     Pleuelstan-          genlager    im Kolben oder ein     Kreuzkopflager    eines       Zweitaktdieselmotors.     



  Bei     Pleuelstangenlagem    im Kolben und Kreuz  kopflagern von Kolbenmaschinen bestehen allgemein  Schwierigkeiten bezüglich der Schmierung, da sie  periodisch hohe Drücke aufnehmen müssen und nur  geringe Bewegungen ausführen, so dass sich ein dyna  mischer Schmierfilm nicht ausbilden kann. Bei Zwei  taktmotoren kommt der Umstand hinzu, dass diese  Lager dauernd unter gleichgerichteter Belastung  stehen. Es tritt bei diesen Motoren nicht die bei  Viertaktmotoren während des Saughubes eintretende  Belastungsumkehrung auf, welche das Eindringen  von Schmieröl zwischen die Lagerflächen begünstigt.  Die Schwierigkeiten sind     derart,    dass z.

   B. bei auf  geladenen Tauchkolbenmotoren die Belastung des       Pleuelstangenlagers    einer sonst     vorteilhaften    Erhöhung  des Lade- und damit des Zünddruckes     Grenzen    setzt.  



  Es sind anderseits sogenannte hydrostatische La  ger bekannt, bei welchen dem Lager Schmiermittel  unter einem derart hohen Druck     zugeführt    wird, dass  dieser ein Aufliegen der Lagerfläche auch bei grösster  vorgesehener Belastung verhindert. Diese Lager  weisen eine minimale Reibung und praktisch keine  Abnützung auf. Es ist jedoch nicht möglich, z. B.  dem     Pleuelstangenlager    im Kolben oder den Kreuz  kopflagern eines Dieselmotors auf dem üblichen  Wege, d. h. durch die Kurbelwelle und die Pleuel  stange Öl mit dem für einen solchen Zweck erforder  lichen hohen Druck zuzuführen.

   Es ist deshalb vor  geschlagen worden, das Kreuzkopf- oder das Kolben  bolzenlager mit einer zusätzlichen, lokal angeordne  ten Schmierpumpe zu versehen, welche das Schmieröl  dem normalen Schmiersystem, mit für die übrigen  Lager ausreichenden Schmierdruck entnimmt, und    dieses auf den gewünschten höheren Druck bringt.  Derartige Anordnungen machen jedoch den Motor  kompliziert und in erhöhtem Masse störungsanfällig.  



  Die erfindungsgemässe Einrichtung, welche diese  Nachteile nicht aufweist, ist dadurch gekennzeichnet,  dass das Lager eine den Austritt des Schmiermittels  nach aussen erschwerende Dichtung aufweist und mit  einem in der Schmierleitung angeordneten Rück  schlagventil versehen ist, welche den     Rückfluss    des       Schmiermittels    aus dem Lager in die Schmierleitung  zurück sperrt, derart, dass     während    des Zeitraumes  niedriger Belastung dem Lager durch die Schmier  leitung Schmiermittel zugeführt wird, und während  des Zeitraumes höherer Belastung ein nennenswertes  Entweichen des Schmiermittels aus dem Lager ver  hindert wird.  



  Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeich  nung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele       erläutert.    Es zeigen:       Fig.    l die erfindungsgemässe Ausführung eines       Pleuelstangenlagers    im Kolben eines Dieselmotors,       Fig.2    die Dichtung aus     Fig.    1 in vergrössertem  Massstab,       Fig.    3 ein erfindungsgemässes     Kreuzkopflager     eines Grossdieselmotors,       Fig.    4 eine Seitenansicht zur     Fig.    3,       Fig.    5 den Verlauf der Belastung des Pleuelstan  gen- bzw. des     Kreuzkopflagers    bei einem Dieselmotor.

    In     Fig.    1 ist in einem Kolben 1     eine    Pleuelstange 2  mit einem Kugelkopf 3 in einer Lagerschale 4 ge  lagert. Die Lagerschale ist mit einer Dichtung 5  versehen. Die Pleuelstange 2 weist in bekannter Weise  eine Bohrung 6 auf, die an das Schmiersystem des  Motors angeschlossen ist und das Schmieröl unter  Druck dem Kolbenlager     zuführt.    Knapp vor dem  Austrittsende der Bohrung 6 ist ein Rückschlag-           ventil    7 angeordnet, welches den     Durchfluss    des  Schmieröls aus der Bohrung 6 zum Lager     zulässt,    in       umgekehrter    Richtung jedoch sperrt. Von der unteren  Seite wird der Kugelkopf 3 von einer Lagerschale 9  umfasst.  



  In     Fig.    2 ist die Dichtung 5 in vergrössertem Mass  stab dargestellt. Diese besteht aus einem in einer  Nut 8 befindlichen Dichtungsring 10, welcher durch  einen     Gummiring    11 elastisch gegen den Kugel  kopf 3 gedrückt wird. Der Gummiring 11 ist durch  einen Dichtungsring mit     kreisförmigem    Querschnitt,  einem sogenannten O-Ring gebildet. Zwischen dem  Dichtungsring 10 und der unteren Begrenzungsfläche  9 der Nut 8 befindet sich ein Spalt a.  



  In     Fig.    5 ist der Verlauf der Belastung p des Kol  benlagers bei einem Dieselmotor während einer Kur  belwellenumdrehung dargestellt. Das Diagramm zeigt,  dass die Belastung des Lagers während mehr als der       Hälfte    einer Umdrehung verhältnismässig niedrig ist,  und nur in der Nähe des oberen Totpunktes     OTP     eine hohe Spitze aufweist. Wird dem Lager das  Schmieröl mit einem im Diagramm mit     Ps-bezeich-          neten    Druck zugeführt, so gelangt dieses während  der Zeit mit kleiner Belastung zwischen die zu schmie  renden Flächen, würde jedoch ohne besondere Vor  kehrungen während der Zeit der Druckspitzen aus  dem Lager verdrängt werden.  



  Erfindungsgemäss wird diese Verdrängung durch  die Dichtung 5 und das     Rückschlagventil    7 verhin  dert. Auf diese Weise bleibt das Öl auch während  des Druckanstieges zwischen den Lagerflächen ge  fangen und kann nicht entweichen, so dass eine     me-          tallissche    Berührung der Lagerschale 4 mit dem Ku  gelkopf 3 verhindert wird.

   Ein     übermässiges    Abheben  des Kugelkopfes 3 von der Lagerschale 4 durch den  Schmierdruck in unbelastetem Zustand, welches     zu     einer Beschädigung der unteren Lagerschalen 9 führen  könnte, wird durch die Begrenzungsfläche 9 der Nut 8       verhindert.    Wird nämlich durch die Einwirkung des  Schmieröldruckes die Schale 4 vom Kugelkopf 3  abgehoben, so bewegt sich in     Fig.    2 die Lagerschale 4  zusammen mit der Nut 8 nach oben, während der  Dichtungsring 10 durch den Einfluss des auf ihn  wirkenden Druckes und .der elastischen Kraft des       Gummiringes    11 in     Berührung    mit dem Kugelkopf 3  gehalten wird,

   so dass sich der Spalt zwischen dem  Dichtungsring 10 und der     Begrenzungsfläche    9     ver-          ringert.    Dieser in     Fig.    2 eingezeichnete und mit  a   bezeichnete Spalt ist dabei so     gewählt,    dass beim  Erreichen des höchstzulässigen Abstandes zwischen  den Auflageflächen des Kugelkopfes 3 und der  Lagerschale 4 die Begrenzungsfläche 9 auf den Dich  tungsring 10 anschlägt. Bei einer weiteren Bewegung  der Schale 4 wird der Ring 10 mitgenommen und  ermöglicht ein Ausströmen des Öls aus dem Lager.

    Dadurch wird der im Lager wirkende     Druck    zum  Sinken gebracht und eine weitere     Auseinanderbe-          wegung    der     Lagerteile        verhindert.     



  Das beschriebene Lager gestattet also trotz einem       Schmierdruck,    welcher wesentlich niedriger ist als    die periodisch auftretende Druckspitze, die dauernde  Aufrechterhaltung eines Ölpolsters zwischen den zu  schmierenden Flächen nach der     Art    eines hydrosta  tischen Lagers, und weist im übrigen auch dessen       Vorteile    bezüglich Reibungskoeffizienten und Ab  nützung auf. Dabei benötigt das beschriebene Lager  im Gegensatz zu den bisher bekannten hydrostati  schen Lagern eine weit geringere     Schmierölzufuhr,    da  das Entweichen des Schmieröls aus dem Lager durch  die Dichtung gedrosselt wird. Der Energieverbrauch  für die Schmierung ist also bedeutend geringer.  



  Das beschriebene Lager kann vorzugsweise an  der Stelle der Ölzuführung mit einer     Abplattung    12  versehen sein, welche eine Angriffsfläche für den  Öldruck aus der Schmierleitung auch dann bietet,  wenn nach einem längeren Stillstand die eigentlichen  Gleitflächen vollständig dicht aufeinander aufliegen,  so dass bei einsetzendem Schmierdruck vor oder  unmittelbar beim Start ein Abheben der     Lagerflächen     voneinander     erfolgt.    Es versteht sich, dass diese An  griffsfläche z. B. auch durch eine in     Fig.    1 gestrichelt  dargestellte     Ausnehmung    13 in der Lagerschale 4  gebildet sein kann.  



  Die     Fig.    3 und 4 zeigen eine Anwendung des  erfindungsgemässen Lagers bei einem Kreuzkopf. In       Fig.    3 sind eine Kolbenstange 30 und eine Pleuel  stange 31 mittels eines     Kreuzkopfzapfens    32, welcher  an seinen Enden Gleitschuhe 33 trägt, verbunden.  Die Pleuelstange 31 stützt sich gegen den Zapfen 32       mit    einer Lagerschale 34. Die Lagerschale 34 ist erfin  dungsgemäss mit einer Dichtung versehen, welche aus  bogenförmigen     Teilen    35 und geraden Dichtungs  leisten 36 besteht. Die Teile 35 und die Leisten 36  werden durch elastische Mittel, wie z. B. Federn 37  gegen den Zapfen 32 gedrückt.

   Die Bewegung der  Bögen 35 ist durch Anschlagstifte 41     bedrenzt,    deren  Funktion der der Anschlagfläche 9 in     Fig.2    ent  spricht.  



  Die Pleuelstange ist mit einer ölführenden Boh  rung 38, einem     Rückschlagventil    39 und einer     Aus-          nehmung    40, zur Erleichterung des     Anhebens,    aus  gestattet. Die Funktion der in den     Fig.    3 und 4 dar  gestellten Anordnung entspricht derjenigen nach den       Fig.    1 und 2.  



  Das beschriebene Lager gestattet die Aufrecht  erhaltung eines die Berührung der Lagerflächen ver  hindernden     Schmiermittelpolsters    mit einem Zu'       bringerdruck,    welcher wesentlich geringer ist als die  kurzzeitigen, periodisch auftretenden Druckspitzen;  und zwar trotz dem Fehlen einer bedeutenden Relativ  bewegung, welche     ansonst    die Bildung eines hydro  dynamisch erzeugten Schmierfilms     ermöglichen     würde. Es weist die Vorteile hydrostatischer Lager  auf, unter Vermeidung der für diese Lager sonst       erforderlichen    hohen Pumpendrücke und grossen       Schmiermitteldurchsätze.    Dadurch wird die erforder  liche Antriebsleistung für die Schmierpumpe herab  gesetzt.

   Es ist wegen des geringen Öldurchsatzes ohne  weiteres möglich, in die     Schmierölzufuhr    des beschrie  benen Lagers lokale Ölfilter einzubauen, um diesem      besonders gereinigtes Schmieröl zuzuführen, was  dessen Funktion noch weiter verbessert.  



  Das beschriebene Lager hat noch den bedeuten  den Vorteil, dass bei einem Ausfallen des Schmier  druckes nicht sofort die Tragfähigkeit des Lagers  verschwindet, wie dies bei den bekannten hydrosta  tischen Lagern der Fall ist. Durch die Wirkung der  Dichtung und des     Rückschlagventils        dauert    es     einige     Zeit, bevor das Schmieröl in dem Masse aus dem  Lager entweicht, dass es zur gegenseitigen Berührung  der Lagerflächen kommt. Während dieser Zeit ist es  möglich, entweder z. B. den Motor abzustellen, oder  andere Massnahmen zur Behebung des Defektes zu  ergreifen, bevor eine Zerstörung des Lagers statt  findet.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Durch periodische Druckspitzen belastetes Lager, insbesondere ein Pleuelstangenlager im Kolben oder ein Kreuzkopflager eines Zweitaktdieselmotors, da durch gekennzeichnet, dass das Lager eine den Aus tritt des Schmiermittels nach aussen erschwerende Dichtung aufweist und mit einem in der Schmierlei tung angeordneten Rückschlagventil versehen ist, welche den Rückfluss des Schmiermittels aus dem Lager in die Schmierleitung zurück sperrt, derart, dass während des Zeitraumes niedriger Belastung dem Lager durch die Schmierleitung Schmiermittel zugeführt wird,
    und während des Zeitraumes höherer Belastung ein nennenswertes Entweichen des Schmier mittels aus dem Lager verhindert wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Lager nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dichtung einen steifen Dichtungs teil aufweist, welcher durch elastische Mittel in der dichtenden Stellung gehalten wird. 2. Lager nach Unteranspruch 1 mit kugelförmiger Lagerschale, dadurch gekennzeichnet, dass der steife Teil aus einem in einer Nut untergebrachten, ge schlossenen metallischen Ring besteht, der durch einen zwischen dem Ring und einer Seitenwand der Nut angeordneten Ring aus gummielastischem Ma terial gegen die Gegenfläche gedrückt wird. 3.
    Lager nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch eine an die Schmiermittelzuführungsleitung an schliessende Ausnehmung (12, 13, 38). 4. Lager nach Unteranspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Bewegung des steifen Dichtungs teiles durch einen Anschlag (9, 41) begrenzt ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3017952A1 (de) * 1980-04-22 1981-10-29 Gebrüder Sulzer AG, 8401 Winterthur Durch periodische druckspitzen belastetes lager
DE19824459A1 (de) * 1998-05-30 1999-12-02 Mahle Gmbh Gebauter Kolben

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3017952A1 (de) * 1980-04-22 1981-10-29 Gebrüder Sulzer AG, 8401 Winterthur Durch periodische druckspitzen belastetes lager
DE19824459A1 (de) * 1998-05-30 1999-12-02 Mahle Gmbh Gebauter Kolben
EP0962644A3 (de) * 1998-05-30 2000-09-13 Mahle Gmbh Gebauter Kolben

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