DE10085207B4

DE10085207B4 - Bewegungswandler und Verfahren zum Schmieren seiner Gleitflächen

Info

Publication number: DE10085207B4
Application number: DE10085207T
Authority: DE
Inventors: Reinhold Ficht
Original assignee: Individual
Current assignee: Bertwin R Geist Immobilien and Erneuerbare Ener De
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: DE19913889A1; EP1320660A1; DE19913889B4; WO2002027143A1; EP1320660B1; DE10085207D2; DE50013136D1

Abstract

Verfahren zum Schmieren von Lagerflächen einer Vorrichtung zum Umwandeln von linearen Wechselbewegungen in eine Rotationsbewegung oder umgekehrt, insbesondere bei Hubkolbenmaschinen, welcher Bewegungswandler einen die geradlinigen Wechselbewegungen ausführenden, schlaufenförmigen Rahmen (7) mit quer zu den Wechselbewegungen verlaufenden, sich gegenüberliegenden inneren Gleitflächen (112) und ein zwischen bzw. entlang diesen hin und her geführt verschiebenden Gleitstein (8) sowie eine die Rotationsbewegung ausführende Kurbelwelle (10) aufweist, deren Kurbelzapfen (9) sich in dem Gleitstein (8) dreht,
(i) wobei der Gleitstein (8) mit den Gleitflächen (112) des Kurbelschlaufenrahmens (7) Lagerspalte (S_a, S_b) bildende Gleitflächen (82, 83) aufweist;
(ii) die beiden Lagerspalte (S_a, S_b) über das Drehlager des Kurbelzapfens (9) und ein inneres Kanalsystem (97, 98) im Gleitstein (8) mit einer Gleitmittelquelle zur Bildung von Gleitschichten in Verbindung gehalten werden;
(iii) in Abhängigkeit von den linearen Bewegungswechseln und damit verbundener Belastungswechsel der Gleitschichten in den beiden Spalten (S_a, S_b) der Gleitstein (8) relativ zum...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieren von Gleitflächen einer Vorrichtung zum Umwandeln von geradlinigen Wechselbewegungen in eine Rotationsbewegung und umgekehrt, insbesondere für Hubkolbenmaschinen, sowie einen Bewegungswandler zum Ausführen des Verfahrens.
Die erwähnten Hubkolbenmaschinen weisen wenigstens zwei achsgleiche, gegenüberliegend angeordnete Arbeitszylinder und einen Wandler auf, der in einem Kurbelgehäuse angeordnet ist. Der Wandler wandelt die Translationsbewegungen der in den Arbeitszylindern gleitenden Arbeitskolben in eine Rotationsbewegung einer Kurbelwelle um oder umgekehrt. Die Kurbelwelle weist einen Kurbelzapfen auf, der in einem Gleitstein (Gleitstück) gelagert ist. Dieser führt geradlinige Wechselbewegungen zwischen inneren Gleitbahnen einer rahmenförmigen Schlaufe aus, die ihrerseits mit den Kolbenstangen fest verbunden ist und innerhalb des Kurbelgehäuses durch die Kurbelstangen linear bewegt wird. Solche Hubkolbenmaschinen können als Zweitakt-Brennkraftmaschine, als Viertaktmotor, als Hubkolbenverdichter oder dergleichen verwendet werden.
Solche, aus Gleitstein und Schlaufen-Rahmen bestehende Wandler für derartige Hubkolbenmaschinen zeigen die DE 34 33 510 A1 oder die EP 429 918 B1 . Aus EP 293 233 A1 (Colllins) ist eine Vorrichtung bekannt, welche ein Kanalsystem in einem drehbaren Kurbelzapfen aufweist. Ein Gleitstein ist von links nach rechts bewegbar, vgl. dort 2. In US 5,494,135 A (Bracket) ist ein weiter ab liegendes Gleitsystem gezeigt, beispielsweise nach dortigen 14 und 15, welches Schwenkbewegungen ausführen kann. Aus US 4,345,797 A (Ballheimer) ist ein Schmiersystem für eine Maschine bekannt, welches einen Kurbelzapfen in einer Schlaufe führt, wobei der Zapfen selbst ein Bohrungssystem aufweist, vgl. dort 2 und 4. Aus der US 5,493,952 A (Daniel) ist ein ebensolches Kanalsystem an einer Kurbelschlaufe ersichtlich, beispielsweise dortige 4, welches abhängig vom Drehzustand des Kurbelzapfens mit dem Kanalsystem Wege öffnet und schließt, zu anderen Kanälen, die im Gleitstück vorgesehen sind, welches den Kurbelzapfen lagert (drehbar lagert).
Ein Problem bei derartigen Wandlern ist die zuverlässige Schmierung im Bereich zwischen den als Gleitbahnen ausgebildeten inneren Oberflächen des Schlaufenrahmens und den damit zusammenwirkenden Gleitflächen des Gleitsteins. Aus der US 4,794,887 A ist es bekannt, für eine solche Lagerung Kugellager oder Rollenlager zu verwenden. Auch ist es bekannt, Schmieröl von einer dem Hubkolbenmotor zugeordneten Ölpumpe durch Bohrungen in vorhandene Spalte zwischen den Gleitbahnen oder Gleitflächen zu fördern. Hierzu gehen Bohrungen von der Kurbelzapfenlagerung aus bis zu den Gleitflächen, welche Bohrungen in Nuten oder anderen Vertiefungen der Gleitoberflächen des Gleitsteins münden. Die Nuten sind fischgrätartig auf der Gleitfläche des Gleitsteins angeordnet. Die Nuten gehen von einer zentralen, sich in Gleitrichtung erstreckenden Nut aus. Alle Nuten münden im Bereich der Außenkanten der Gleitflächen. Die Gleitspalte sind somit vom Schmieröl ständig durchströmt, wobei das Öl aus den Spalten vorwiegend aus den an den Kanten offenen Nuten austritt. Ein ähnliches Schmierungssystem ist aus der US 4,598,672 A bekannt. Zusätzlich ist der Gleitstein bei dieser bekannten Ausführung an seitlichen Führungsflächen des Gleitsteins und entsprechenden Führungsflächen an Führungswangen des Schlaufenrahmens geführt. In den Endbereichen der Führungswangen sind nutenförmige Ausnehmungen eingebracht, die einendig mit den Quernuten der Gleitoberfläche korrespondieren, so dass Öl in die Ausnehmungen gelangt. Anderenends sind diese Ausnehmungen offen. Auch hier wird das Lagersystem weitgehend von dem von der Pumpe gelieferten Öl durchströmt. Ein derartig offener Druckölkreislauf weist hohe Leckölmengen auf. Um diese Leckölmengen gering zu halten, wird der Gleitstein mit sehr geringem Spiel an die Führungsfläche des Kurbelschlaufenrahmens eingepaßt. Dies hat jedoch zur Folge, dass insbesondere bei hohen Pressungen zwischen Gleitstein und Schlaufenrahmen oder bei einer Verkantung des Gleitsteins im Rahmen, verursacht durch das Reibmoment zwischen Gleitstein und dem in ihm lagernden Kurbelzapfen, nicht immer gewährleistet ist, dass zwischen den gleitenden Flächen ein Ölfilm von ausreichender Dicke für eine reine Flüssigkeitsreibung vorliegt. Bei diesen bekannten Systemen werden erhebliche Abnutzungen an den Lagerflächen und Führungsflächen in Kauf genommen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem die Aufrechterhaltung einer reinen Flüssigkeitsreibung auch unter erschwerten Verhältnissen erreicht wird, wobei ein in entsprechender Weise ausgebildeter Wandler zum Ausführen des Verfahrens dient.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren (Arbeitsverfahren) gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 gelöst.
Zur vorrichtungsgemäßen Verwirklichung dient ein Bewegungswandler gemäß den Ansprüchen 6 oder 7.
Die Erfindung geht davon aus, dass die entgegengesetzten Gleitoberflächen des Gleitsteins und die Gleitflächen des Rahmens während eines Arbeitsspiels der beiden Kolbenzylindereinheiten während einer Umdrehung mehrmals wechselnd belastet bzw. entlastet werden. Diese Belastungswechsel werden für die Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Schmierung der genannten Gleitflächen nutzbar gemacht. Dies geschieht dadurch, dass in Abhängigkeit von den linearen Bewegungswechseln und den damit verbundenen Belastungswechseln der das Gleiten ermöglichenden Schichten in den beiden Lagerspalten den Gleitstein relativ zu dem Rahmen in Richtung der linearen Wechselbewegungen entsprechende Pendelbewegungen von begrenztem Ausmaß ausführen läßt, die im Wesentlichen senkrecht zur Gleitfläche verlaufen. Mit Hilfe dieser Pendelbewegungen wird jeweils Gleitmittel aus der höher belasteten Schicht in die geringer belastete Schicht geleitet. Man erhält so, ggf. zusätzlich zu dem äußeren Gleitmittelsystem, ein inneres System oder einen geschlossenen Kreislauf zwischen den beiden zu schmierenden Spalten.
Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise zwischen den Gleitoberflächen des Gleitsteins und der Kurbelschlaufe immer eine zur Optimierung der Gleiteigenschaften bzw. Gleitbedingungen ausreichende liquide Gleitmittelschicht vorliegt, so dass über die gesamte Gleitstrecke der gleitenden Flächen im Arbeitsspalt ein definiertes Hydroplaning vorliegt, auch dann, wenn der hohe Druck von einem Last- oder Bewegungswechsel auftritt.
Wenn der eine Kolben einen Arbeitstakt ausführt, wird über die Kolbenstange auf den Rahmen der Kurbelschlaufe eine Belastung ausgeübt, die sich auf den Gleitstein überträgt. Die beiderseitigen Gleitflächen werden aufeinander gedrückt. In gleicher Weise wirkt die andere Kolbenzylindereinheit von der Gegenseite, zeitlich versetzt, so dass sich erhöhte Pressungen zwischen den Gleitflächen während einer Hin- und Herbewegung des Gleitsteins ergeben, die sich von einer Seite zur anderen Seite des Rahmens verlagern bzw. pendeln. Zusätzlich ergeben sich drehzahlabhängige Pressungen, die aus der Verdichtungsarbeit der Kolben im Arbeitsraum und im unterhalb des Kolbens vorhandenen, z. B. vom Trennwandlager abgeschotteten Gaswechselraum resultieren.
Im Rahmen der Erfindung wurde daher folgerichtig erkannt, dass dafür Sorge getragen werden muss, immer zu dem Zeitpunkt zu dem die Pressungen bevorstehen, ein ausreichendes Polster in diesen Belastungsbereichen aufzubauen, welches den Wechseldruck zu Puffern vermag.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo ein möglichst geringes Spiel zwischen Gleitstein und zugehörigem Rahmen vorgesehen wird, setzt die Erfindung darauf, dass zwischen den eng benachbarten Flächen ein Spiel von vorbestimmter Mindestgröße vorgesehen wird, so dass der Gleitstein in Abhängigkeit von den Bewegungswechseln gegenüber dem Rahmen eine begrenzte Bewegung entlang der Achse – die in Richtung der Bewegung der Kolbenstangen verläuft – ausführen kann. Dies führt zu einer Art "Atmungsbewegung im Bereich jedes Spaltes", wobei dieser Atemrhythmus auf beiden Seiten des Gleitsteins phasenverschoben ist.
Im Gleitstein ist das Kanalsystem aus Bohrungen entsprechend angepasst, so dass ein inneres Austauschsystem für das Gleitmittel zwischen den beiden Spalten entsteht. Dabei wird das Kanalsystem so ausgebildet, dass Öl von einem Schmierspalt in den anderen Schmierspalt in sehr kurzen Zeitspannen übertreten kann, ohne aus dem belasteten Schmierspalt zu viel Öl in dieser kurzen Zeit abfließen zu lassen. Die Schmierung im Sinne einer Flüssigkeitsreibung wird so nicht gefährdet.
Trotz des für die Pendelbewegungen zwischen Gleitstein und Rahmen ausreichenden Spiels können die Leckölverluste möglichst klein gehalten werden. Diesen Forderungen tragen die Maßnahmen nach den Ansprüchen 8 bis 18 Rechnung.
Dabei ist es besonders günstig, wenn die zusammenwirkenden Gleit- und Führungsflächen glatt sind, also keine Nuten und Vertiefungen aufweisen, außer den Mündungen der Bohrungen des inneren Gleitmittel-Austauschsystems im Gleitstein. Dabei liegen die Mündungen dieser Bohrungen unmittelbar in den Gleitflächen, und zwar in vorbestimmten Bereichen dieser Gleitflächen.
Das Spiel zwischen den seitlichen Flanken (Führungsflächen) ist deutlich kleiner, als das zwischen den Gleitflächen konstruktiv vorgesehene Spiel, welches die Wechselbewegungen oder Pendelbewegungen zwischen Gleitstein und Rahmen zuläßt. Das konstruktiv vorgesehene Spiel, mit dem der Gleitstein im Kurbelschlaufenrahmen sitzt, zusammen mit der dadurch bedingten Pendelbewegung des Gleitsteins im Rahmen erzeugt einen Pump- und Leiteffekt für das Schmieröl.
Dadurch kann einerseits Gleitmittel vom belasteten Liquidfilm teilweise in die an der Oberfläche mündenden Bohrungen im Gleitstein zurückgedrückt werden. Damit wird in diesen Bohrungen ein Sperrdruck aufgebaut, der den Zutritt von Gleitmittel von der Druckpumpe in den belasteten Spalt verhindert. Dazu wird der Druck des von der Druckquelle kommenden Gleitmittels kleiner als der Druck in dem jeweils höher belasteten Spalt sein.
Auf der anderen Seite entsteht in dem gerade entlasteten Spalt ein zusätzliches Spiel und damit ein Unterdruck. Beide Effekte sorgen einzeln oder gemeinsam dafür, dass Öl von dem höher belasteten Spalt in den entlasteten Spalt geleitet wird, während gleichzeitig das von der Pumpe kommende Schmiermittel im Wesentlichen ausschließlich in den entlasteten Spalt umgeleitet wird. Damit wird in dem entlasteten Spalt bis vor dem Zeitpunkt, zu dem dieser Spalt belastet werden wird, ein Film von ausreichender Dicke aufgebaut, der für den nachfolgenden (schlagenden) Belastungsvorgang dieses Spaltes eine zuverlässige Flüssigkeitsreibung und Pufferung bietet.
Die direkten Mündungen der Bohrungen in den Gleitflächen des Gleitsteins erreichen, dass das gesamte austretende Schmiermittel jeweils in den Schmierspalt zwischen den Gleitflächen gelangt und zwangsläufig zur Schmierung dieser Flächen beiträgt. Ein derart "geschlossener" innerer Ölkreislauf weist nur geringe Leckölverluste in den Schmierspalten auf und sorgt im Zusammenspiel mit dem Pump- oder Leiteffekt aufgrund des Schlackerspiels zur Pendelbewegung des Gleitsteins für ein sicheres Abfangen schlagender Lastwechsel (Wechsel des belasteten Spaltes).
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Pumpe nur noch so ausgelegt zu werden braucht, dass das von ihr gelieferte Schmieröl gerade ausreicht, um die geringen Verluste im inneren Schmiersystem zu ersetzen.
In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, einen seitlich und an den Enden offenen Kurbelschlaufenrahmen zu verwenden, so dass vom Gleitstein verdrängte Luft und Lecköl aus dem Innenraum des Schlaufenrahmens befördert werden kann.
Die Lagerflächen des Gleitsteins tragen keine inneren Nuten zur Führung des Gleitmittels. Ebenso ist die gegenüberliegende Gleitbahn im Rahmen ungenutet ausgebildet, ohne Ölfluss leitende innere Nuten oder Bahnen. Diese flache Ausbildung bedingt aber nicht, dass die Gleitfläche des Gleitsteins (auch als Gleitstück bezeichnet) völlig eben sein muss, vielmehr kann sie auch leicht ballig so gestaltet sein, dass sie zu den Stirnseiten hin einen leicht größeren Spalte bildet, als in der Mitte, mit Bezug auf die Gleitbahn des Rahmens.
Es wird so vermieden, dass der bei den Wechselbewegungen an den Umkehrpunkten leicht verkantete Gleitstein eine erhöhte Pumpwirkung durch Ausbilden von Bugwellen von Gleitmittel verursacht, die eine Erhöhung der Leckverluste zur Folge hätte. Zusätzlich trägt zur Verminderung dieses Effektes die leicht elastisch nachgiebige Gestaltung der stirnseitigen Enden des Gleitstücks bei, die bei diese Verkantungen bewirkenden Umkehrpunkten der Bewegung unter stark erhöhtem Druck nachgeben, zur Vermeidung einer zu starken Spaltverminderung, die zu der erhöhten Bugwelle und dem Fördern von Gleitmittel aus dem den Druck aufnehmenden Lagerspalt führen würde.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Beispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Kurbelwelle eine Vierzylinder-Zweitakt-Brennkraftmaschine;
2 in auseinandergezogener Darstellung wesentliche Teile eines Wandlers;
3a ein Diagramm, das Belastungswechsel während einer Umdrehung zeigt;
3b ein Diagramm, das die Stellungen der Welle zu 3a zeigt;
4, 5 in gleicher Schnittdarstellung durch den Kurbelzapfen den Wandler von 2 bei unterschiedlichen Belastungszuständen der Lagerspalte S_a, S_b;
6, 7, 8, 9 ein Detail in unterschiedlichen Ausführungen; und
10, 11 weitere Beispiele für die Ausführung des inneren oder geschlossenen Schmiersystems.
1 zeigt den Aufbau z. B. einer Vierzylinder-Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Schnitt durch die Ebene eines Arbeitszylinderpaars 1, 2. Das zweite, gleich aufgebaute Arbeitszylinderpaar 11, 12 liegt in der Darstellung hinter dem ersten Zylinderpaar und wird vom Schnitt nicht erfaßt.
Die beiden Arbeitszylinder 1, 2 sind achsgleich und einander gegenüberliegend, mit einer Mittelachse 18a angeordnet, die mit x bezeichnet ist. Die Arbeitskolben 3, 4 sind an Kolbenstangen 5, 6 starr befestigt. Am anderen Ende stehen die Kolbenstangen 5, 6 mit einer Bewegungswandlereinrichtung in Verbindung. Dazu sind die Kolbenstangen fest an einem Kurbelschlaufenrahmen 7 fest angeordnet, in dem ein Gleitstein 8 aufgenommen ist. Im Gleitstein 8 als Mehrkantstück sitzt zentral ein Kurbelzapfen 9 einer Kurbelwelle. Der Wandler ist in einem Kurbelgehäuse 13 angeordnet, dessen Innenraum jeweils von einem unterhalb des Kolbens 3, 4 vorgesehenen Gaswechselraum 14 des jeweiligen Zylinders 1 oder 2 durch ein Trennwandlager 15 flüssigkeits- und gasdicht abgeschottet ist. Oberhalb des Kolbens ist ein Brennraum 17 vorgesehen.
Die Arbeitsweise dieser durch Zündung einer Zündeinrichtung 16 betriebenen Kolbenzylindereinheit ist bekannt. Sie braucht daher nicht näher beschrieben zu werden. Es wird lediglich bemerkt, dass sich bei der Arbeitsweise Gasdruck- und Massenkräfte in Abhängigkeit vom Druckaufbau im jeweiligen Gaswechselraum 14 und Brennraum 17 überlagern, wodurch es zu wechselnden Pressungen F_G = f_G(ω) im Bereich einer Gleitbahn 18, 19 zwischen Gleitstein 8 und Rahmen 7 kommt, während der Drehbewegung ω.
In 2 ist der Wandler dargestellt. Der Wandler besteht aus der Kurbelwelle 10 mit zumindestens einem Kurbelzapfen 9, der in dem Gleitstein 8 mittels Gleitlagerschalen 43a, 43b drehbar gelagert ist, und dem Rahmen 7, bestehend aus den Rahmenhälften 7a, 7b, in welchem der Gleitstein 8 geradlinig gleitbar, verschieblich geführt ist.
Die Kurbelwelle 10 ist zum Beispiel als einfach gekröpfte Kurbelwelle einstückig aufgebaut. Je nach Bauart und/oder Baugröße der Maschine kann sie auch mehrteilig als sogenannte gebaute Kurbelwelle ausgeführt sein. Sie weist als Schwung- oder Ausgleichsmittel scheibenförmige Wangen 22 auf, die beiderseits des Kurbelzapfens 9 angeordnet sind.
Schräg von der Umfangsfläche eines Lagerzapfens weg führt, den Kurbelzapfen 9 und die Wange 22 durchdringend, zum Zentrum des Kurbelzapfens 9 hin eine Bohrung 45, die dort in eine den Kurbelzapfen 9 durchdringende Querbohrung 46 mündet. Das äußere Ende der Bohrung 45 steht über ein geeignetes System mit einer Schmieröldruckquelle der Maschine in Verbindung.
Der Gleitstein 8 weist eine Kurbelzapfenbohrung 93 zur Aufnahme des Kurbelzapfens 9 auf. Zur Lagerung sind hier zwei Gleitlagerschalenhälften 43a, 43b vorgesehen. Die Gleitlagerschalen 43a, 43b sind dünnwandige Halbzylinderschalen. Die Innenfläche der Gleitlagerschale 43a, 43b ist im Durchmesser derart bemessen, dass sie im montierten Zustand die Umfangsfläche des Kurbelzapfens 9 mit geringem Spiel umschließt. An ihrer Innenfläche ist mittig eine Umfangsnut 71 vorgesehen, in der, über den Umfang verteilt, Durchlassbohrungen 73 eingebracht sind. Die Lage der Nut 71 ist so gewählt, dass die Querbohrung 46 des Kurbelzapfens 9 endseitig jeweils in die Umfangsnut 71 mündet. Insbesondere bei Kleinmotoren, kann der Gleitstein 8 aus einem Gleitlagermaterial hergestellt sein, so dass man auf die Gleitlagerschalen 43a, 43b verzichten könnte.
Der Gleitstein 8, bestehend aus zwei Hälften 8a, 8b, umfaßt die Lagerschalen 43a, 43b klemmend. Er weist auf entgegengesetzten Außenseiten eine erste Gleitfläche 82 und eine zweite Gleitfläche 83 auf. Diese sind eben, ggf. mittig leicht ballig gestaltet.
Jeweils die an die Gleitflächen 82, 83 des Gleitsteins 8 angrenzenden Bereiche bilden Führungsgleitflächen (Wangen) 80, 81 (später 84a, 85a) und sind glattflächig ausgebildet. Die Gleitflächen 82, 83 und/oder die Führungsflächen 80, 81 können beispielsweise gehärtet und geschliffen sein oder eine Beschichtung aus Gleitlagerwerkstoff aufweisen oder mit einem Gleitlagerblech belegt sein. Sie weisen bevorzugt keinerlei Vertiefungen, Taschen oder Nuten auf. Die Gleitflächen 82, 83 des Gleitsteins 8 bilden jeweils mit den Führungsflächen 80, 81 Begrenzungskanten 90 und 91, die vorzugsweise gratfrei und scharfkantig ausgeführt sind oder einen Übergangsradius oder eine entsprechende Anphasung aufweisen, was weiter unten näher erläutert wird, vgl. 6 ff.
Im Zentrum des Gleitsteins 8 ist eine Kurbelzapfenbohrung 93 mit einer Innenfläche 94 vorgesehen, deren Innendurchmesser geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der Gleitlagerschalen 43a, 43b ist. Dadurch werden die Gleitlagerschalen 43a, 43b vom Gleitstein 8 klemmend und verdrehsicher umgriffen. Die Verdrehsicherung kann auch formschlüssig erfolgen. Mittig in der Kurbelzapfenbohrung 93 ist, korrespondierend zu den Durchlassbohrungen 73 der Gleitlagerschalen 43a, 43b, eine radial umlaufende, im Querschnitt etwa rechteckförmige Nut 95 vorgesehen. Ausgehend von dieser Nut 95 weist der Gleitstein 8 über den Umfang verteilt mindestens zwei, vorzugsweise vier Bohrungen 97 auf, welche radial zur Bohrung 97 verlaufen und andernendig jeweils in etwa in der Mitte des bezüglich der Gleitrichtung äußeren Drittels der Gleitflächen 82, 83 des Gleitsteins 8, und zwar direkt in diesen Gleitflächen 82, 83 münden. Von den Bohrungen 97 zweigen jeweils Bohrungen 98 etwa rechtwinklig ab, welche nahe den äußeren Enden des mittleren Drittels der Gleitflächen 82 bzw. 83 direkt in diese münden, vgl. 4, 5.
An den Stirnseiten ist der Gleitstein 8 ausgenommen und bildet an den Enden der Gleitflächen 82, 83 sich zur Welle 10 hin verjüngende Zungen 88, 89. Diese sind so ausgebildet und bemessen, dass sie bei Übersteigen eines vorbestimmten Belastungsdruckes geringfügig elastisch nachgeben können. Damit wird in den Situationen, in denen aufgrund eines vorbestimmten Spiels der Gleitstein 8 sich im Gleitspalt in eine in Gleitrichtung geneigte Kippstellung stellt, erreicht, dass die dabei entstehende Keilform des Spaltes in Gleitrichtung einen vorbestimmten Keilwinkel nicht übersteigt. Dadurch lassen sich die möglichen Leckverluste des Gleitmittels in engen Grenzen halten und direkter Kontakt der Gleitflächen 82, 83, 112 miteinander vermeiden.
Wie 10 zeigt, kann die Bohrung 97 auch als Sacklochbohrung ausgeführt sein, in welche die Bohrung 98 derart einmündet, dass ein abgewinkelter Versorgungskanal gebildet ist. Es können aber auch allein die Bohrungen 97, sich geradlinig erstreckend, vorgesehen sein, vgl. 11.
Der Gleitstein 8 ist vorzugsweise zweiteilig ausgebildet. Wird eine gebaute Kurbelwelle verwendet, kann der Gleitstein 8 auch einstückig sein. Zur Verbindung der Gleitsteinhälften 8a, 8b sind Verbindungsmittel vorgesehen. Die Befestigungsmittel sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, sie sind auch z. B. aus der DE-A 34 33 510 A1 bekannt.
Das Schmieröl (als Beispiel von Gleitmittel), welches von einer externen Druckquelle der Maschine geliefert wird, steht in der Umfangsnut 71 der Gleitlagerschalen 43a, 43b an. Das von dieser Pumpe gelieferte Schmieröl ist bezüglich Druck und Menge so abgestimmt, dass im Wesentlichen nur unvermeidliche, aber aufgrund der Ausbildung des Wandlers geringe Verluste ersetzt werden und der Druck ausreicht, um das extern zugeführte Schmieröl jeweils in den geringer belasteten Lagerspalt fließen zu lassen.
Der Gleitstein 8 ist im Kurbelschlaufenrahmen 7 in Axialrichtung y im Wesentlichen formschlüssig und in Gleitrichtung z, welche senkrecht zur Axialrichtung Y und senkrecht zur Zylinderachse x der Arbeitszylinder 1, 2 steht, geradlinig gleitbar geführt. Der Kurbelschlaufenrahmen 7 ist bevorzugt zweiteilig, 7a, 7b, ausgeführt. Bei einem Motor mit gebauter Kurbelwelle kann der Kurbelschlaufenrahmen 7 auch ggf. einteilig ausgeführt sein. Die Rahmenhälften 7a, 7b sind gleichartig symmetrisch ausgebildet. Sie weisen je einen Steg 110 auf, dessen Innenseite eine Gleitfläche 112 bildet. Die Gleitfläche oder Gleitbahn 112 kann gehärtet und geschliffen sein, eine Beschichtung aus Gleitlagerwerkstoff aufweisen oder mit einem Gleitlagerblech belegt sein, wobei beachtet werden sollte, dass jeweils eine oberflächenharte Gleitfläche mit einer oberflächenweichen Gleitbahn zusammenwirkt. Im Folgenden wird nur noch die Gleitfläche 112 erwähnt, obwohl o. a. Sachverhalt nach wie vor gilt.
Die Längserstreckung der Gleitfläche 112 ist so gewählt, dass die Gleitflächen 82, 83 in der in Gleitrichtung jeweiligen Extremstellung des Gleitsteins 8 vollständig von den Gleitflächen 112 bedeckt sind. Seitlich sind in dem Kurbelschlaufenrahmen 7 jeweils senkrecht zur Gleitfläche 112 Schenkelstege 115, 116 einstückig derart angeformt, dass die Rahmenhälften 7a, 7b einen H-förmigen Querschnitt aufweisen. An den in Gleitrichtung weisenden Enden sind die Rahmenhälften 7a, 7b jeweils gemäß der EP 429 918 B1 offen ausgestaltet.
Zwischen den Schenkelstegen 115, 116 sind die Kolbenstangen 5 und 6, vorzugsweise einstückig, angebracht. An den Schenkelstegen 115, 116 sind Buchsen 121 angeformt, die zur Aufnahme von z. B. Dehnschrauben dienen, mit denen die Rahmenhälften 7a, 7b fest miteinander verbunden werden können.
Die Schenkelstege 115, 116 weisen auf der Innenseite Führungsflächen 127, 128 auf. Diese Führungsflächen 127, 128 grenzen unmittelbar an die Gleitflächen 112 an. Die Führungsflächen 127, 128 verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Gleitfläche 112 und sie stoßen mit der Gleitfläche 112 entlang einer Begrenzungskante 131 zusammen. Diese Bereiche, wo Führungsflächen 127, 128 und Gleitflächen 112 zusammenstoßen, sind vorzugsweise freischnittfrei oder mit einem kleinen Übergangsradius bzw. einer kleinen Übergangsphase versehen, wie dies noch näher erläutert wird. Für die Ausgestaltung dieser Übergangs- oder Eckbereiche 131 oder 132 ist vorgesehen, dass sie im Querschnitt kleinstmöglich ausgeführt sind, um die an den offenen Enden unvermeidlich austretenden Schmierölmengen (Leckagen) so klein wie möglich zu halten.
In den 6, 7, 8 und 9 ist der Gleitstein 8 jeweils in einer Ausgangsstellung mit einem Abstand S1 von den Gleitflächen 112 und einem Abstand S2 von den Führungsflächen 127, 128 gezeigt. Der dadurch gebildete Spalt ist mit Schmieröl gefüllt. Eine extrem ausgelenkte Stellung des Gleitsteins 8 ist gestrichelt wiedergegeben. Die Begrenzungskanten 90, 91 tragen in dieser Stellung die Bezugszeichen 90', 91'. Die 6 bis 9 sind nicht maßstäblich zu sehen, sondern verdeutlichen nur prinzipiell unterschiedliche Ausgestaltungsformen der Eckbereiche 132 zwischen Gleitflächen 112 und Führungsflächen 127, 128 von Gleitstein 8 und Kurbelschlaufenrahmen 7. Befindet sich der Gleitstein 8 in seiner theoretischen Extremlage, so ist in allen Ausführungsformen gemäß 6 bis 9 ein Rest-Eckkanal 132 vorhanden. Dieser Rest-Eckkanal 132 (oder Resteckkanal) ist in seiner Querschnittsfläche zu minimieren.
Gemäß 6 ist der Gleitstein 8 an seiner Begrenzungskante 90, 91 scharfkantig oder mit einer lediglich gebrochenen Kante ausgeführt. Die Begrenzungskante 131 des Kurbelschlaufenrahmens 7 ist ein Freischnitt, der jedoch in seinen Abmessungen kleinstmöglich ausgebildet ist. Diese Ausführung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Führungsflächen 127, 128 und die Gleitfläche 112 mit einer beschliffenen Oberfläche versehen ist. Gemäß 7 sind die Begrenzungskanten 90, 91 des Gleitsteins 8 bzw. die Begrenzungskanten 131 des Kurbelschlaufenrahmens 7 als Außen- bzw. Innenphase ausgeführt und derart angepaßt, dass ein Resteckkanal 132' verbleibt, wenn der Gleitstein 8 in seiner theoretischen Extremstellung zu liegen kommt. Der Resteckkanal 132' ist im Querschnitt trapezförmig. Gemäß 8 sind der Gleitstein 8 und der Kurbelschlaufenrahmen 7 jeweils im Bereich ihrer Begrenzungskanten 90, 91 und 131 angefast, wobei die Erstreckungsebenen der Phasenflächen zueinander einen Winkel einschließen, so dass der Kanal 132' im Querschnitt zu den Führungsflächen 127, 128 hin konvergiert und somit keilförmig ausgebildet ist. Gemäß 9 sind die Begrenzungskanten 90, 91 und die Begrenzungskante 131 des Gleitsteins 8 bzw. des Kurbelschlaufenrahmens 7 jeweils mit einem Radius versehen, wobei die Radien derart abgestimmt sind, dass ein sichelspaltförmiger Resteckkanal 132' verbleibt.
Die Wahl der Ausgestaltung des Eckbereiches 132 hängt im Wesentlichen von Baugröße und Bauart der Kolbenmaschine sowie den für die Einzelteile verwendeten Werkstoffen und das Fertigungsverfahren ab. So eignen sich die Ausführungsformen gemäß 7, 8 und 9 des Kurbelschlaufenrahmens 7 insbesondere für eine räumende Bearbeitung des Kurbelschlaufenrahmens 7. Die Führungsflächen 127, 128 und die Gleitfläche 112 können analog zum Gleitstein 8 mit Oberflächenbeschichtungen bzw. -behandlungen zur weiteren Verbesserung der Gleiteigenschaften versehen sein.
Die Führungsflächen 127, 128 haben zueinander in Axialrichtung einen Abstand, welcher größer ist als der Abstand der Führungsgleitflächen 80, 81, 84a, 85a des Gleitsteins 8, so dass der Gleitstein 8 in Axialrichtung mit einem vorbestimmten Spiel S2 geführt ist. Das Spiel S2 ist deutlich kleiner gewählt als das Spiel S1 im Bereich der Gleitflächen 112.
Zur Schmierung der zwischen den Führungsflächen 127, 128 gebildeten Spalten dient das Öl, das aus den Bohrungen 97, 98 austritt und von den Gleitflächen 82, 83 über die Begrenzungskante 90, 91 in diesen Spalt gelangt.
Die Schenkelstege 115, 116 sind U-förmig ausgeschnitten, siehe Bezugszeichen 130 in 2. Die Ausschnitte erstrecken sich bis in die Nähe der Gleitflächen 127, 128.
Die Belastung der Gleitflächen 82, 83, 112 und Schmierölschichten 140, 141 zwischen diesen ist beim Betrieb eines Wandlers in Abhängigkeit vom Richtungswechsel des Kurbelschlaufenrahmens 7 veränderlich. Die Belastung resultiert im Wesentlichen aus einer Überlagerung der an den Arbeitskolben 2, 3 entstehenden Gasdruckkräften und den in ihrer Wirkrichtung entgegengesetzten Massenkräften der bewegten Teile des Wandlers. Aus dem Diagramm der 3a ist erkennbar, dass auf der Ordinate die resultierenden Gleitsteinkräfte F_G und auf der Abszisse die Kurbelwinkel 0 ≤ φ ≤ 180° aufgetragen sind. Die dargestellte Kurve repräsentiert beispielhaft die resultierenden Gleitsteinkräfte, wie sie bei einer Brennkraftmaschine für die spezifische Drehzahl von z. B. n = 4000 U/min auftreten. Man erkennt, dass die Belastung bei etwa φ₁ = 4° erstmals, bei etwa φ₂ = 41° zum zweiten Mal und etwa bei φ₃ = 79° zum dritten Mal das Vorzeichen wechselt, weil die Belastungskurve die Null-Lastlinie dort jeweils schneidet.
Das bedeutet in diesem Fall, dass während einer Umdrehung von 360° sechs Lastwechsel zwischen dem Gleitstein 8 und dem Kurbelschlaufenrahmen 7 stattfinden. Für die Stellen φ₁, φ₂, φ₃ sind unter dem Diagramm schematisch die Pressungszustände dargestellt, die jeweils nach dem Durchlaufen der Punkte φ₁, φ₂, φ₃ vorliegen. So belastet beispielsweise im Bereich φ₁ ≤ φ ≤ φ₂ und dem Bereich φ ≤ φ₃ die Gleitfläche 83 des Gleitsteins 8 die Gleitfläche 112 der Rahmenhälfte 7a, während im Bereich φ₂ ≤ φ ≤ φ₃ die Gleitfläche 82 die Gleitbahn 112 der Rahmenhälfte 7b belastet. Zwischen der jeweils entlasteten Gleitfläche 82, 83 und der zugehörigen Gleitfläche 112 einer Rahmenhälfte 7a, 7b liegt somit ein Spielspalt S, wie in 3b eingezeichnet. Die Größe des Spielspaltes S ergibt sich aus der Differenz des Einbauspiels S1 des Gleitsteins 8 und der Dicke des Films auf der belasteten Seite des Gleitsteins 8.
Der Gleitstein 8 führt aufgrund der an ihm wirkenden Kräfte FG während eines Kurbelwellenumlaufs eine Pendelbewegung zwischen der Gleitfläche 112 des Kurbelschlaufenrahmens 7 aus, welche je nach Drehzahl und Betriebsweise der Maschine als Brennkraftmaschine oder als Hubkolbenkompressor zumindest einmal pro Umdrehung stattfindet. Bei bestimmten Drehzahlen, bei denen sich die Gas- und Massenkräfte so überlagern, dass die resultierende Belastung des Gleitsteins 8 die Null-Lastlinie mehrfach schneidet, kann diese Pendelbewegung auch mehrfach als nur einmal pro Kurbelwellenumdrehung stattfinden.
Im Folgenden wird eine derartige Pendelbewegung anhand der 4 und 5 näher erläutert. In 4 wirkt die Kraft FG über die Rahmenhälfte 7b auf die Gleitfläche 82 und belastet einen Ölfilm 140 zwischen den Gleitflächen 82 und 112. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen Gleitfläche 82 und Gleitfläche 112, mit der Folge, dass eine Verdrängung von Öl aus dem Spalt S_b zwischen diesen Gleitflächen 82, 112 stattfindet. Ein Teil des verdrängten Öls wird um die Begrenzungskante 90, 91 des Gleitsteins 8 zwischen die seitlichen Führungsspalten gedrückt und dient dort der Schmierung. Aufgrund des konstruktiv relativ gering gewählten Axialspiels S2 des Gleitsteins 8 im Kurbelschlaufenrahmen 7 verläßt nur eine geringe Leckölmenge die Führungsspalte. Ein beachtlicher Teil des verdrängten Öls dringt in die Bohrungen 97, 98 ein und baut in diesen auf Seiten der belasteten Rahmenhälfte 7b einen Sperrdruck für das von der Pumpe geförderte Öl auf. Gleichzeitig entsteht aufgrund der Vergrößerung des Abstandes zwischen der noch entlasteten (noch nicht belasteten) Gleitfläche 83 des Gleitsteins 8 und der Gleitfläche 112 der Rahmenhälfte 7a ein Unterdruck im dortigen Spalt S_a mit Ölfilm 141, der das Ausströmen des Öls auf der entlasteten Seite des Gleitsteins 8 unterstützt. Die Erfindung nutzt somit die Pendelbewegung des Gleitsteins 8 im Rahmen zur Ausbildung eines den Aufbau einer ausreichenden Schmierölschicht deutlich unterstützenden Leit- und Pumpeffekts. Somit wird auf der jeweils entlasteten Seite des Gleitsteins 8 vor der Belastung eine ausreichend dicke Schicht 141 aufgebaut, die während der gesamten folgenden Belastungsphase, insbesondere für den schlagenden Belastungsbeginn ein definiertes Hydroplaning zwischen den gleitenden belasteten Flächen 82, 83, 112 sicherstellt. Dabei wirkt der durch die Pendelbewegung erzeugte Pumpeffekt mit dem von der Mutterölpumpe zugelieferten Schmieröl zusammen, welches durch die Bohrung 45, 46 in die Umfangsnut 71 eingespeist wird. Die Pumpwirkung setzt sich aus dem Verdrängungsdruck im höher belasteten Lagerspalt und dem Unterdruck in dem noch geringer belasteten Lagerspalt zusammen.
Um einen ungewollt starken Abbau des belasteten Ölfilms 140 zu verhindern, sind die Bohrungen 97, 98 in ihrem Durchmesser derart bemessen, dass zwar eine zur Verwirklichung des Pumpeffektes und zum Aufbau des Sperrdruckes ausreichende Ölmenge vom belasteten Schmierfilm in die Bohrungen 97, 98 gelangen kann, es jedoch sichergestellt ist, dass der belastete Ölfilm 140 während der gesamten Belastungsphase immer ein zur Aufrechterhaltung eines ausreichend dicken Ölfilmes erforderliches Mindestmaß aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die in die Gleitflächen 82, 83 randnäher mündenden Ölzuführungsbohrungen, z. B. die Bohrungen 97, im Mündungsbereich einen geringeren Durchmesser aufweisen als randfernere Bohrungen 98, da die im Randbereich zwar erfindungsgemäß verringerten, aber nicht vollständig zu verhindernden Leckölverluste eine Verringerung der rückströmenden Teilmenge notwendig machen kann. Dem kann durch eine Verengung der randnahen Bohrungen 97 im Mündungsbereich zuverlässig entgegengewirkt werden.
Kehrt sich, z. B. bei φ₂ = 41° die Richtung der resultierenden Kraft FG auf den Gleitstein 8 um, wie dies 5 zeigt, so wird der Ölfilm 141 der belastete und der Ölfilm 140 der entlastete. Analog zur Situation in 4 wird nun das Öl aus dem Spalt S_b mit der Gleitmittelschicht 141 verdrängt und gelangt zumindest teilweise in die Bohrungen 97, 98, die in die nun belastete Gleitfläche 83 münden und bewirkt nun dort ein Zurückpumpen und einen Sperrdruck. Auch hier strömt zu diesem Zeitpunkt das von der Ölpumpe geförderte Öl zum Aufbau des Ölfilms 140 von den Bohrungen 45 und 46 über die Nuten 71 und 95, und zwar in Richtung der Gleitfläche 82 des Gleitsteins 8 zum Spalt S_a. Damit kehrt sich beim Wechsel der Belastungsrichtung bedingt durch die sich ergebenden Druckverhältnisse in den Gleitmittelschichten 141, 140 die Strömungsrichtung des Öls in den Bohrungen 97, 98 der beiden Rahmenhälften 7a, 7b um.
Der Pumpeffekt ist spürbar von der Größe des Spielspaltes S zwischen dem Gleitstein 8 und dem Kurbelschlaufenrahmen 7 abhängig, da beispielsweise zu große Spielspalte die randseitig austretende Leckagen und damit die Dicke und die Druckverhältnisse in dem Ölfilm 140, 141 nachteilig beeinflussen können. Dies gilt es gerade im Umkehrpunkt des Gleitsteins 8 zu verhindern, indem die Gleitgeschwindigkeit kurzzeitig den Wert "Null" annimmt und so die hydrodynamische Tragwirkung des Ölfilms 140, 141 kurzzeitig ausbleibt. In diesem Betriebszustand muss somit gewährleistet sein, dass der belastete Ölfilm 140, 141 zwischen dem Gleitstein 8 und dem Kurbelschlaufenrahmen 7 durch randliche Leckverluste nicht zu stark geschwächt wird.
Bei der beschriebenen Ausbildung des Wandlers ist unter Ausnutzung des Pumpeffektes und/oder des Leiteffektes zwischen dem belasteten und entlasteten Seiten des Gleitsteins 8 (den gegenüberliegenden Spalten S_a, S_b) im Zusammenspiel mit einer Minimierung der Leckölverluste im Druckölkreislauf zuverlässig erreicht, dass der Wandler in kritischen Betriebszuständen zuverlässig und dauerhaft mit Schmieröl in ausreichender Menge versorgt ist und im Betrieb ein definiertes Hydroplaning sichergestellt ist. Somit liegen zwischen dem Gleitstein 8 und Kurbelschlaufenrahmen 7 in jeder Betriebssituation immer optimale Gleitbedingungen vor und schlagende Lastwechsel vermögen die erhöht aufgebaute Pufferschicht nicht zu durchdringen.
In 4 und 5 ist jeweils eine "Bugwelle" 140a, 141a an dem Spalt S_b gezeigt, der die Last gerade übernimmt, durch eine schlagende Wechselbewegung des Gleitsteins 8 vom bislang belasteten gegenüberliegenden Lagerspalt, zum jetzt zu belastenden Lagerspalt. Diese eingezeichnete erhöhte Fördermenge eines Ölfilms 140, 141 ist so weitgehend als möglich zu vermeiden, um dem Spalt möglichst geringe Leckagen zuzuordnen. Eine leichte elastische Nachgiebigkeit der Zunge 89, 88 ist hierfür vorteilhaft, was durch die Ausnehmungen an den Führungsflächen 80, 81 gemäß 2 erreicht wird, die im Querschnitt der 4, 5 deutlicher werden. Auch begünstigend ist hierfür eine besondere Ausformung der Gleitfläche 82, 83, die zu einem geringfügig erhöhten Randbereich des Spaltes führt, zur Reduzierung der Leckverluste.

Claims

Verfahren zum Schmieren von Lagerflächen einer Vorrichtung zum Umwandeln von linearen Wechselbewegungen in eine Rotationsbewegung oder umgekehrt, insbesondere bei Hubkolbenmaschinen, welcher Bewegungswandler einen die geradlinigen Wechselbewegungen ausführenden, schlaufenförmigen Rahmen (7) mit quer zu den Wechselbewegungen verlaufenden, sich gegenüberliegenden inneren Gleitflächen (112) und ein zwischen bzw. entlang diesen hin und her geführt verschiebenden Gleitstein (8) sowie eine die Rotationsbewegung ausführende Kurbelwelle (10) aufweist, deren Kurbelzapfen (9) sich in dem Gleitstein (8) dreht, (i) wobei der Gleitstein (8) mit den Gleitflächen (112) des Kurbelschlaufenrahmens (7) Lagerspalte (S_a, S_b) bildende Gleitflächen (82, 83) aufweist; (ii) die beiden Lagerspalte (S_a, S_b) über das Drehlager des Kurbelzapfens (9) und ein inneres Kanalsystem (97, 98) im Gleitstein (8) mit einer Gleitmittelquelle zur Bildung von Gleitschichten in Verbindung gehalten werden; (iii) in Abhängigkeit von den linearen Bewegungswechseln und damit verbundener Belastungswechsel der Gleitschichten in den beiden Spalten (S_a, S_b) der Gleitstein (8) relativ zum Kurbelschlaufenrahmen (7) in Richtung der linearen Wechselbewegungen entsprechende Pendelbewegungen von begrenztem Ausmaß ausführt und mit Hilfe dieser Pendelbewegungen jeweils Gleitmittel in den geringer belasteten Spalt gesteuert geleitet oder aus dem höher belasteten Spalt dorthin – durch das innere Kanalsystem (97, 98) – gefördert wird; wobei den Lagerspalten (S_a, S_b) Gleitmittel aus der Gleitmittelquelle im Wesentlichen nur im Maße von aus den beiden Spalten (S_a, S_b) austretenden Leckmengen zugeführt wird.
Verfahren zum Schmieren von Gleitlagerflächen einer Vorrichtung zum Umwandeln von geradlinigen Wechselbewegungen in eine Rotationsbewegung oder umgekehrt, insbesondere bei Hubkolbenmaschinen, wobei (a) ein schlaufenförmiger Rahmen (7) geradlinige Wechselbewegungen ausführt und quer zu diesen Wechselbewegungen verlaufende, sich gegenüberliegende innere Gleitflächen (112) aufweist für einen zwischen diesen oder entlang diesen Gleitflächen (112) hin und her verschobenen Gleitstein (8); (b) ein Kurbelzapfen (9) sich in dem Gleitstein (8) bei seiner Verschiebebewegung dreht, wobei der Gleitstein (8) mit den Gleitflächen (112) des Kurbelschlaufenrahmens (7) Lagerspalte (S_a, S_b) bildende Gleitflächen (82, 83) aufweist; (c) in den beiden Lagerspalten (S_a, S_b) liquide Schichten (140, 141) mit einer die Gleitwirkung begünstigenden Wirkung gebildet und in einer für eine Gleitreibung in den Lagerspalten (S_a, S_b) ausreichenden Dicke aufrechterhalten werden, indem – abhängig von Belastungswechseln der liquiden Schichten (140, 141) in den beiden Lagerspalten (S_a, S_b) – der Gleitstein (8) relativ zum Kurbelschlaufenrahmen (7) in Richtung der linearen Wechselbewegungen Pendelbewegungen von begrenztem Ausmaß ausführt, um jeweils Liquid von dem höher belasteten Lagerspalt (S_a, S_b) in den geringer belasteten Lagerspalt (S_a, S_b) gesteuert – durch ein inneres Kanalsystem (97, 98) – zu fördern oder seinen Fluß aus einer Quelle in den geringer belasteten Lagerspalt (S_a, S_b) zu begünstigen, zum Aufbau einer puffernden Liquidschicht (141, 140) jeweils in dem – vor einem Lastwechsel – geringer belasteten Lagerspalt (S_a, S_b).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem einen Spalt (S_a, S_b) in den anderen Spalt (S_b, S_a) vor einem Belastungswechsel gepumpte oder dorthin geleitete Gleitmittel unmittelbar in einer durchgehend glatten, insbesondere ebenen Gleitfläche (82, 83) selbst des Gleitsteins (8) in den Lagerspalt (S_a, S_b) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gleitmittel aus der Druckquelle dem Drehlager des Kurbelzapfens (9) und dem inneren Kanalsystem (97, 98) des Gleitsteins (8) mit einem zweiten Druck zugeführt wird, der unter dem ersten Druck in der Gleitmittelschicht (140, 141) des höher belasteten Lagerspaltes (S_a, S_b) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der innere Kreislauf zwischen den beiden Lagerspalten (S_a, S_b) im Wesentlichen geschlossen ist und die Leckverluste aus den Lagerspalten (S_a, S_b) minimiert werden.
Bewegungswandler für eine Hubkolbenmaschine mit einem schlaufenförmigen Rahmen (7), der zur Ausführung linearer Wechselbewegungen mit Kolbenstangen (5, 6) der Hubkolbenmaschine verbunden ist und im Rahmeninneren zwei sich gegenüberliegende und sich quer zur Richtung der linearen Wechselbewegungen erstreckende Gleitflächen (112) aufweist, zwischen denen gleitbar ein Gleitstein (8) angeordnet und geführt ist, in dem der Kurbelzapfen (9) einer drehbar gelagerten Kurbelwelle (10) gelagert ist, bei dem ein vorbestimmtes Spiel (S) vorgesehen ist, das so bemessen ist, dass vom Gleitstein (8) gegenüber dem Kurbelschlaufenrahmen (7) in Richtung der linearen Wechselbewegungen und in Abhängigkeit von den Richtungswechseln und den Belastungswechseln eine pendelförmige Relativbewegung ausführbar ist, und bei dem die beiden Gleitflächen (82, 83) des Gleitsteins (8) über ein Kanalsystem (97, 98) im Gleitstein (8) so miteinander verbunden sind, dass in Abhängigkeit von Belastungswechseln der beiden Gleitlagerspalte (S_a, S_b) Schmiermittel von dem höher belasteten Spalt (S_a, S_b) in den geringer belasteten Spalt (S_a, S_b) überführbar ist.
Bewegungswandler für eine Hubkolbenmaschine mit einem schlaufenförmigen Rahmen (7), der zur Ausführung linearer Wechselbewegungen mit Kolbenstangen (5, 6) der Hubkolbenmaschine verbunden ist und im Rahmeninneren zwei sich gegenüberliegende und sich quer zur Richtung der linearen Wechselbewegungen erstreckende Gleitflächen (112) aufweist, zwischen denen gleitbar ein Gleitstein (8) angeordnet und geführt ist, in dem der Kurbelzapfen (9) einer drehbar gelagerten Kurbelwelle (10) gelagert ist, und mit einem externen Schmierölsystem, das mit einer Druckquelle und mit dem Lager (43; 93) des Kurbelzapfens (9) und den beiden Gleitlagerspalten (S_a, S_b) zwischen Gleitstein (8) und Kurbelschlaufenrahmen (7) verbunden ist; wobei zwischen Kurbelschlaufenrahmen (7) und Gleitstein (8) in Richtung der linearen Wechselbewegung ein Spiel vorgesehen ist, das so bestimmt und bemessen ist, dass der Gleitstein (8) gegenüber dem Kurbelschlaufenrahmen (7) in Richtung der linearen Wechselbewegungen und in Abhängigkeit von den Richtungswechseln und den Belastungswechseln pendelförmige Relativbewegungen auszuführen vermag, und die beiden Gleitflächen (82, 83) des Gleitsteins (8) über ein Kanalsystem aus Bohrungen (97, 98) im Gleitstein (8) so verbunden sind, dass dem jeweils geringer belasteten Lagerspalt (S_b, S_a) zusätzlich zu dem Schmieröl aus dem externen Schmierölsystem (45,46) weiteres Schmieröl aus dem höher belasteten Lagerspalt (S_a, S_b) zuführbar ist, zum Aufbau einer dämpfenden Puffer- und Gleitlage in dem danach stärker belasteten Lagerspalt.
Bewegungswandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden Lagerspalte (S_a, S_b) begrenzenden Gleitflächen (82, 83, 112) von Kurbelschlaufenrahmen (7) und Gleitstein (8) durchgehend glatt, insbesondere ohne Vertiefungen oder Nuten, ausgebildet sind und die Mündungen des inneren Kanalsystems aus Bohrungen (97, 98) im Gleitstein (8) unmittelbar in den Gleitflächen (82, 83) des Gleitsteins (8) vorgesehen sind.
Bewegungswandler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass etwa mittig in einer Kurbelzapfenbohrung (93) für den Kurbelzapfen (9) der Gleitstein (8) eine Umfangsnut (95) aufweist, welche die jeweils in einer der Gleitflächen (82, 83) des Gleitsteins (8) mündenden Bohrungen (97) zu einem geschlossenen inneren Schmiermittel-Austauschsystem direkt miteinander verbindet.
Bewegungswandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Druckquelle verbundene Schmierölsystem (45, 46) an das interne Schmiermittel-Austauschsystem (97, 98) im Bereich der inneren Umfangsnut (95) der Kurbelzapfenbohrung (93) für den Kurbelzapfen (9) angeschlossen ist.
Bewegungswandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelzapfen (9) selbst eine Umfangsnut (71) oder eine den Kurbelzapfen (9) aufnehmende Gleitlagerschale (43) eine innere Umfangsnut (71) aufweist, mit der eine Kurbelzapfenbohrung (46) im Kurbelzapfen (9) des äußeren Schmierölsystems und die innere Umfangsnut (95) in der Kurbelzapfenbohrung (93) – insbesondere über Öffnungen in der Gleitlagerschale (43a, 43b) – direkt strömungsmäßig in Verbindung gebracht sind.
Bewegungswandler nach Anspruch 6 oder 7, bei dem zur seitlichen Führung des Gleitsteins (8) im Kurbelschlaufenrahmen (7) beide Teile seitliche Führungsflächen (84a, 85a; 127, 128) aufweisen, die unter Bildung von Führungsspalten paarweise zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsspalte jeweils direkt an die Gleitlagerspalte anschließen und ihre Weite (S2) deutlich kleiner als die Weite (S1) der Gleitlagerspalte ist.
Bewegungswandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Endbereiche der Gleitlagerflächen (82, 83) des Gleitsteins (8) an in Gleitrichtung weisenden, im begrenzten Maße elastisch nachgebend ausgebildeten Vorsprüngen (88, 89) des Gleitsteins (8) vorgesehen sind.
Bewegungswandler nach Anspruch 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Gleitstein (8) wenigstens vier von einer Umfangsnut (95) einer Kurbelzapfenbohrung (93) im Wesentlichen radial ausgehende Bohrung (97) vorliegen, die etwa mittig zwischen Längsseiten des Gleitsteins (8) in den Gleitflächen (82, 83) münden.
Bewegungswandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungsmündungen im Wesentlichen im Bereich der beiden äußeren Drittel – gemessen in Gleitrichtung (z) – der Gleitfächen (82, 83) des Gleitsteins (8) liegen.
Bewegungswandler nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Bohrungen (97) in der Umfangsnut (95) der Kurbelzapfenbohrung (93) im Wesentlichen in gleichen Umfangsabständen münden.
Bewegungswandler nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass von den Bohrungen (97) etwa rechtwinklig ausgehende Zweigbohrungen (98) zur Gleitfläche (82, 83) hin zueinander konvergieren.
Bewegungswandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mündungsquerschnitt der weiter innen liegenden Bohrungsmündungen (98) größer ist als ein Mündungsquerschnitt der weiter außen liegenden Bohrungsmündungen (97).
Wandler nach Anspruch 6 oder 7 oder Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gleitflächen (82, 83) des Gleitstücks (8) mittig ballig ausgeformt sind.