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.