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Die
Erfindung betrifft eine monolithische Kurbelwelle für einen
Verbrennungsmotor, die mindestens ein Hauptlager und ein exzentrisch
angeordnetes Pleuellager mit mindestens einem Pleuellagerzapfen
sowie eine Schmiermittelführung
aufweist.
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Aus
dem Stand der Technik sind monolithische, also einstückig ausgebildete
Kurbelwellen bekannt, die neben den üblichen Komponenten wie Hauptlager
und Pleuellager auch eine Schmiermittelführung aufweisen. Diese dient
dazu, Schmiermittel insbesondere zu den Pleuellagern zu führen, sodass das
Pleuellager stets mit ausreichendem Schmiermittel versorgt wird.
Bekannte monolithische Kurbelwellen weisen dazu schräg verlaufende
Bohrungen auf, die von dem Hauptlager zu dem Pleuellager führen. Da
diese Bohrungen sich über
die Drehachse der Kurbelwelle hinaus erstrecken ist es bei der Schmiermittelversorgung
notwendig einen Schmiermitteldruck bereitzustellen, der den in der
Bohrung aufgrund von Fliehkräften
entstehenden Druck des Schmiermittels bei einer rotierenden Kurbelwelle übertrifft.
Dazu sind Pumpen notwendig, die einen derartigen Druck bereitstellen
können.
Dies führt
zu Reibverlusten, die sich negativ auf die Gesamtleistung des Verbrennungsmotors
auswirken.
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Es
ist somit die Aufgabe der Erfindung eine monolithische Kurbelwelle
für einen
Verbrennungsmotor zu schaffen, die auf einfache Art und Weise eine
Schmiermittelversorgung der Pleuellager unter Umgehung der oben
genanten Nachteile gewährleistet.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird dadurch gelöst,
dass – in
axialer Richtung betrachtet – das
Hauptlager und der Pleuellagerzapfen einen gemeinsamen Überdeckungsbereich
aufweisen, durch den sich parallel zur Drehachse der Kurbelwelle
eine Schmiermittel-Versorgungsbohrung erstreckt, von der im Pleuellagerzapfen
mindestens eine im Wesentlichen in Schmiermittelfliehkraftrichtung
gerichtete Schmiermittel-Ablaufbohrung nach außen führt. Das Hauptlager, über das
die Kurbelwelle in einem Motorgehäuse des Verbrennungsmotors
gelagert werden kann, und der Pleuellagerzapfen sind also derart
ausgebildet und/oder angeordnet, dass sie einen gemeinsamen Überdeckungsbereich
aufweisen, und wenn man die Kurbelwelle in axialer Richtung betrachtet.
Mit anderen Worten überschneiden
sich Hauptlager und Pleuelzapfen, wenn man die Kurbelwelle von einem
Stirnende her betrachtet. Durch diesen, durch die Überschneidung
definierten Überdeckungsbereich
verläuft
parallel zur Drehachse der Kurbelwelle die Schmiermittel- Versorgungsbohrung. Durch
den parallelen Verlauf zur Drehachse wird verhindert, dass sich
Fliehkräfte
des Schmiermittels negativ auf die Strömungsrichtung des Schmiermittels, nämlich vom
Hauptlager zu dem Pleuellager, auswirken. In dem Pleuellagerzapfen
führt die
Schmiermittel-Ablaufbohrung von der Schmiermittel-Versorgungsbohrung
nach außen
an die Oberfläche
des Pleuellagerzapfens, wobei vorgesehen ist, dass die Schmiermittel-Ablaufbohrung
im Wesentlichen in Schmiermittelfliehkraftrichtung ausgerichtet
ist, sodass das Schmiermittel aufgrund einer Fliehkraft zur Pleuellagerzapfenoberfläche geführt wird.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine kleine Schmiermittelpumpe
zum Fördern
des Schmiermittels in die Kurbelwelle beziehungsweise in die Schmiermittel-Versorgungsbohrung
notwendig ist, wodurch die Gesamtantriebsleistung des Verbrennungsmotors
nur gering beeinflusst und wenig Bauraum benötigt wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist das Pleuellager zwei Pleuellagerzapfen
auf, die einen Drehwinkelversatz zueinander aufweisen. Diese sind
besonders geeignet für
Verbrennungsmotoren die eine V-Form (V-Motoren) aufweisen, da der Drehwinkelversatz
günstigere
Zündabstände ergibt und
die Laufruhe des Verbrennungsmotors verbessert.
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Vorteilhafterweise
weisen die Pleuellagerzapfen – in
axialer Richtung betrachtet – einen gemeinsamen Überdeckungsbereich
auf, durch den die Schmiermittel-Versorgungsbohrung
führt.
Insgesamt weisen also das Hauptlager und die beiden Pleuellagerzapfen
einen gemeinsamen Überdeckungsbereich
auf, durch den die Schmiermitte-Versorgungsbohrung führt. Hierdurch
können
beide Pleuellagerzapfen auf einfache Art und Weise, nämlich über nur
eine Schmiermittel-Versorgungsbohrung, mit ausreichend Schmiermittel
versorgt werden. Jeder der Pleuellagerzapfen weist dabei eine Schmiermittel-Ablaufbohrung,
wie obenstehend beschrieben, auf, über die das Schmiermittel von
der Schmiermittel-Versorgungsbohrung an die Oberfläche des
jeweiligen Pleuellagerzapfens geführt wird.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass in dem Hauptlager mindestens eine im Wesentlichen
radial ausgerichtete Schmiermittel-Zulaufbohrung in die Versorgungsbohrung
mündet.
Es ist also vorgesehen, dass von der Oberfläche des Hauptlagers eine Versorgungsbohrung
radial zur Schmiermittel-Zulaufbohrung führt. Über diese Schmiermittel-Zulaufbohrung kann
das Schmiermittel der Schmiermittel-Versorgungsbohrung beziehungsweise
der Schmiermittelführung
zugeführt
und von dort über
die Schmiermittel-Ablaufbohrungen
verteilt werden.
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Vorteilhafterweise
ist zwischen dem Hauptlager und dem Pleuellager eine Kurbelwange
angeordnet, die zur Auswuchtung mindestens ein Gegengewicht aufweist.
Die Schmiermittel-Versorgungsbohrung verläuft auch durch die Kurbelwellenwange
parallel zur Drehachse der Kurbelwelle.
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Schließlich ist
vorgesehen, dass die Kurbelwelle ein weiteres Hauptlager aufweist,
wobei die Schmiermittel-Versorgungsbohrung von dem einen Hauptlager
durch das Pleuellager in das weitere Hauptlager führt. Weisen
beide Hauptlager entsprechend ausgebildete Schmiermittel-Zulaufbohrungen auf,
so kann das Pleuellager beziehungsweise der oder die Pleuellagerzapfen
von zwei Hauptlagern aus mit Schmiermittel versorgt werden. Dadurch
wird die Schmierung und die damit einhergehende Kühlung des
Pleuellagers beziehungsweise der Pleuellagerzapfen deutlich verbessert.
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Ferner
betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, der eine obenstehend beschriebene Kurbelwelle
aufweist. Aufgrund der vorteilhaften Ausbildung ist der Gesamtwirkungsgrad
des Verbrennungsmotors gegenüber
bekannten Verbrennungsmotoren mit Kurbelwellen, die eine Schmiermittelführung aufweisen,
verbessert, da eine Förder-Pumpe für das Schmiermittel
vergleichsweise klein dimensioniert werden kann.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu
zeigen
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1 eine
vorteilhaft ausgebildete monolithische Kurbelwelle in einer perspektivischen
Darstellung und
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2 die
Kurbelwelle in einer Gesamt-Draufsicht.
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Die 1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung einen Abschnitt einer monolithischen Kurbelwelle 1 mit
einem ersten Hauptlager 2 und einem zweiten Hauptlager 3,
zwischen denen exzentrisch ein Pleuellager 4 angeordnet
ist, welches zwei Pleuellagerzapfen 5 und 6 aufweist,
die in einem Drehwinkelversatz zueinander angeordnet sind. Die Pleuellagerzapfen 5 und 6 weisen
dabei einen – in axialer
Richtung betrachtet – gemeinsamen Überdeckungsbereich 7 auf.
Die Pleuellagerzapfen 5 und 6 und das Hauptlager 2 beziehungsweise 3 sind
derart ausgebildet und angeordnet, dass sie – in axialer Richtung betrachtet – ebenfalls
einen gemeinsamen Überdeckungsbereich
aufweisen.
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Zwischen
den Hauptlagern 2 und 3 und dem jeweiligen Pleuellagerzapfen 5 beziehungsweise 6 ist jeweils
eine Kurbelwange 8 vorgesehen.
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Durch
den von den Hauptlagern 2 und 3 sowie den Pleuellagerzapfen 5 und 6 gebildeten,
gemeinsamen Überdeckungsbereich
erstreckt sich parallel zur Drehachse 9 der Kurbelwelle 1 eine Schmiermittel-Versorgungsbohrung 10 von
dem Hauptlager 3 bis in das Hauptlager 2. Die
Schmiermittelversorgungsbohrung 10 liegt dabei nahe unter der
Lageroberfläche 11 der
Hauptlager 2 und 3. Von den Lageroberflächen 11 der
Hauptlager 2 und 3 führt jeweils eine Schmiermittel-Zulaufbohrung 12, 13 im
Wesentlichen radial zu der Schmiermittelversorgungsbohrung 10.
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In
den Pleuellagerzapfen 5 und 6 ist jeweils eine
Schmiermittel-Ablaufbohrung 14 beziehungsweise 15 ausgebildet,
die von der Schmiermittel-Versorgungsbohrung 10 im Wesentlichen
in Schmiermittelfliehkraftrichtung nach außen zur Lageroberfläche 16 des
jeweiligen Pleuellagerzapfens 5 beziehungsweise 6 führt.
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Im
Betrieb ist die Kurbelwelle 1 mittels der Hauptlager 2 und 3 in
einem Gehäuse
eines Verbrennungsmotors gelagert, wobei die die Hauptlager 2 und 3 aufnehmenden
Lager des Motorgehäuses
sogenannte Sichelnuten aufweisen, die mit einem unter Druck stehenden
Schmiermittel gefüllt
sind. Bei einer Drehbewegung der Kurbelwelle 1 um ihre
Drehachse 9 wirken die Schmiermittel-Zulaufbohrungen 12 und 13 mit
diesen Sichelnuten derart zusammen, dass über den Drehwinkelbereich der
Sichelnut das Schmiermittel in Richtung der Pfeile 17 durch
die Schmiermittel-Zulaufbohrungen 12 und 13 in
die Schmiermittel-Versorgungsbohrung 10 gefördert wird.
Durch den Verlauf und die Lage der Schmiermittel-Versorgungsbohrung 10 ist
hier nur ein geringer Druck notwendig, um das Schmiermittel in die
Versorgungsbohrung 10 zu fördern, da durch die kurzen Schmiermittel-Zulaufbohrungen 12 und 13 bei
einer Umdrehung der Kurbelwelle 1 nur geringe Fliehkräfte auf
das Schmiermittel wirken, die dem Förderdruck entgegenstehen. Dadurch
kann vorteilhafterweise eine klein dimensionierte Schmiermittel-Förderpumpe
verwendet werden, die zu geringeren Leitungsverlusten des Verbrennungsmotors
führt.
Durch die Schmiermittel-Versorgungsbohrung 10 wird das Schmiermittel
zu den Schmiermittel-Ablaufbohrungen 14 und 15 der
Pleuellagerzapfen 5 und 6 gefördert, wo das Schmiermittel
in Richtung der Pfeile 18 aus dem Pleuellagerzapfen 5 und 6 im
Wesentlichen in Fliehkraftrichtung austritt. Durch die besondere Ausrichtung
der Schmiermittel-Ablaufbohrungen 14 und 15 wird
die Fliehkraft genutzt, um das Schmiermittel von der Versorgungsbohrung 10 an
die Pleuellagerzapfenlageroberfläche 16 zu
fördern.
Ein auf dem Pleuellagerzapfen 5 oder 6 gelagertes
Pleuel wird somit stets mit ausreichend Schmiermittel gelagert.
Die Schmiermittel-Bohrungen 10, 12, 13, 14, 15 bilden
hierbei eine Schmiermittelführung 19 der
Kurbelwelle 1.
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Die 2 zeigt
in einer Draufsicht die gesamte monolithische Kurbelwelle 1.
Die Kurbelwelle 1 ist als Kurbelwelle für einen 6-Zylinder-V-Motor ausgebildet
und weist neben den Hauptlagern 2 und 3 noch Hauptlager 20 und 21 auf.
Wobei zwischen den Hauptlagern 23 ein Pleuellager 22 mit
zwei Pleuellagerzapfen 23 und 24, und zwischen
den Hauptlagern 20 und 21 ein Pleuellager 25 mit
zwei Pleuellagerzapfen 26 und 27 angeordnet sind.
Wobei zwischen Hauptlager und Pleuelzapfen jeweils eine Kurbelwange 8 vorgesehen
ist.
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Die 2 zeigt,
dass die Schmiermittel-Versorgungsbohrung 10 von einer
an einem Ende 28 der Kurbelwelle 1 angeordneten
Stirnfläche 29 durch
die Hauptlager 21, 20 und 3 bis in das
Hauptlager 2 führt. Auf
diese Art und Weise kann die Versorgungsbohrung 10 in den
Hauptlagern 3 und 2 sowie in den Pleuellagerzapfen 5 und 6 auf
einfache Art und Weise erstellt werden. Damit die Schmiermittelflüssigkeit nicht
an einer unerwünschten
Stelle austritt, ist die Schmiermittel-Versorgungsbohrung 10 vorteilhafterweise
an ihrem offenen Ende 30, beispielsweise mittels einer
Kugel, verschlossen.
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Die
Kurbelwelle 1 weist eine weitere Schmiermittel-Versorgungsbohrung 31 auf,
die von dem Ende 28 bis zum dem Hauptlager 3 führt. Die Pleuellagerzapfen 24 und 23 weisen
dabei jeweils eine Schmiermittel-Ablaufbohrung 32 beziehungsweise 33 auf,
die wie oben beschrieben im Wesentlichen in Fliehkraftrichtung nach
außen
führen.
Entsprechend sind in den Hauptlagern 3 und 20 Schmiermittel-Zulaufbohrungen 34 und 35 ausgebildet.
Die Schmiermittel-Versorgungsbohrung 31 ist vorteilhafterweise
ebenfalls an ihrem offenen Ende, wie oben beschrieben, verschlossen,
sodass Schmiermittelflüssigkeit
nicht an unerwünschter
Stelle austritt.
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Weiterhin
ist eine dritte Schmiermittel-Versorgungsbohrung 37 in
der Kurbelwelle 1 vorgesehen, die von dem Ende 28 bis
zu dem Hauptlager 20 führt. Über in den
Hauptlagern 20 und 21 ausgebildeten Schmiermittel-Zulaufbohrungen
kann das Schmiermittel in die Schmiermittel-Versorgungsbohrung 37 eindringen
und über
Schmiermittel-Ablaufbohrungen 38 und 39 in
den Pleuellagerzapfen 26 und 27 an die Lagerstellen,
wie oben beschrieben, gefördert
werden. Auch das offene Ende 40 der Schmiermittel-Versorgungsleitung 37 ist
vorteilhafterweise wie oben beschrieben verschlossen. Die gesamte
Schmiermittelführung 19 der
Kurbelwelle 1 wird somit von mehreren, den jeweiligen Pleuellagern
(4, 22, 25) zugeordneten Schmiermittelbohrungen
(10, 12 bis 15; 31 bis 35; 37 bis 39)
gebildet. Da zum Beispiel die Schmiermittel-Zulaufbohrungen 13, 34 des
Hauptlagers 3 zweckmäßigerweise
gegeneinander um 120° versetzt
angeordnet sind, ergibt sich nur eine sehr kurze Überschneidungsphase,
in der die zwei entsprechenden Pleuellager 4, 22 gleichzeitig über die
Sichelnut eingespeist werden. Dies führt zu einer deutlich verbesserten
Schmierung und Kühlung.
Natürlich
ist es auch denkbar an den endseitig der Kurbelwelle angeordneten
Hauptlagern 2, 21 axial ausgerichtete Schmiermittel-Zulaufbohrungen
vorzusehen, wodurch der notwendige Förderdruck weiter verringert
wird.
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Insgesamt
bietet die Kurbelwelle 1 eine einfache und kostengünstige Möglichkeit
die Pleuellagerstellen mit ausreichend Schmiermittel zu versorgen,
wobei nur eine „kleine" Schmiermittelpumpe
nötig ist.
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- 1
- Kurbelwelle
- 2
- Hauptlager
- 3
- Hauptlager
- 4
- Pleuellager
- 5
- Pleuellagerzapfen
- 6
- Pleuellagerzapfen
- 7
- Überdeckungsbereich
- 8
- Kurbelwangen
- 9
- Drehachse
- 10
- Schmiermittel-Versorgungsbohrung
- 11
- Lageroberfläche
- 12
- Schmiermittel-Zulaufbohrung
- 13
- Schmiermittel-Zulaufbohrung
- 14
- Schmiermittel-Ablaufbohrung
- 15
- Schmiermittel-Ablaufbohrung
- 16
- Lageroberfläche
- 17
- Pfeil
- 18
- Pfeil
- 19
- Schmiermittelführung
- 20
- Hauptlager
- 21
- Hauptlager
- 22
- Pleuellager
- 23
- Pleuellagerzapfen
- 24
- Pleuellagerzapfen
- 25
- Pleuellager
- 26
- Pleuellagerzapfen
- 27
- Pleuellagerzapfen
- 28
- Ende
- 29
- Stirnfläche
- 30
- Ende
- 31
- Schmiermittel-Versorgungsbohrung
- 32
- Schmiermittel-Ablaufbohrung
- 33
- Schmiermittel-Ablaufbohrung
- 34
- Schmiermittel-Zulaufbohrung
- 35
- Schmiermittel-Zulaufbohrung
- 36
- Ende
- 37
- Schmiermittel-Versorgungsbohrung
- 38
- Schmiermittel-Ablaufbohrung
- 39
- Schmiermittel-Ablaufbohrung
- 40
- Ende