DE102007056449B4

DE102007056449B4 - Vorrichtung zur Kapselung eines Hauptlagers einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102007056449B4
Application number: DE102007056449.1A
Authority: DE
Inventors: Erwin Rutschmann; Willi Schultz; Thorsten Wieg
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2027-11-24
Also published as: US20090136171A1; JP4914424B2; DE102007056449A1; JP2009127864A; US8104967B2

Abstract

Vorrichtung zur Kapselung eines Hauptlagers einer Kurbelwelle, wobei das Hauptlager über eine Ölversorgungsnut (3) mit Öl versorgt wird, sowie ein Lagerstuhl (2) für das Hauptlager auf seinen den Kurbelwangen der Kurbelwelle zugewandten Seiten mit zum Hauptlager und zu den Kurbelwellenwangen hin offenen Ölrinnen (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölrinnen (5) mittels am Lagerstuhl (2) befestigter Dichtscheiben (11) zu den Kurbelwellenwangen hin abgedeckt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kapselung eines Hauptlagers einer Kurbelwelle, wobei das Hauptlager über eine Ölversorgungsnut mit dem ÖL versorgt wird, sowie ein Lagerstuhl für das Hauptlager auf seinen den Kurbelwellenwangen der Kurbelwelle zugewandten Seiten mit zum Hauptlager und zu den Kurbelwellenwangen hin offenen Ölrinnen versehen ist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 195 37 192 C1 bekannt. Sie findet bei einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine Verwendung, um das aus den Lagerstellen des Hauptlagers austretende öL, das durch die rotierenden Kurbelwellenwangen abgeschleudert wird, zu führen. So sind an den Seitenflächen des Lagerstuhls die Ölrinnen vorgesehen. Damit wird ein starkes verschäumen des Öls verhindert, da das von den Kurbelwellen abgeschleuderte Öl direkt aufgefangen und geführt wird. Die Verweildauer des Öls im Kurbelraum wird reduziert, so dass das Öl schneller zurück in die Ölwanne fließt und Planschverluste verringert werden.
In der DE 199 52 097 A1 ist eine Dichtungseinrichtung zur Abdichtung des Lagerstuhls gegenüber der Kurbelwelle beschrieben. Der Lagerstuhl ist, konzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle, mit einer Nut versehen, in der ein Ringfederelement und ein an der Kurbelwelle anliegender Dichtring angeordnet sind. Das Ringfederelement und der Dichtring sind jeweils mit einer Trennstelle versehen, um deren Montage zu ermöglichen. Der Dichtring besteht insbesondere aus Keramik, Metall oder Gummi, wobei durch die Verwendung eines speziellen Werkstoffs niedrigere Reibwerte realisiert werden können. Um ein Abführen des Öls zu ermöglichen, geht von der Nut ein Abführkanal, bezogen auf die Einbaulage, nach unten ab, wobei der Abführkanal gegenüber der Kurbelwelle mit einer Blende abgeschirmt ist.
Die Absaugung von Schmieröl aus dem Hauptlager einer Kurbelwelle bei einem Verdichter für Kältemaschinen ist aus der DE 2 250 947 A bekannt. Dort wird aus dem Hauptlager das zugeführte Öl über eine mittige Nut und eine sich hieran anschließende Unterdruckleitung wieder abgesaugt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das aus dem Hauptlager austretende Öl gezielt abgeführt werden kann, ohne dass es im Kurbelraum umher geschleudert wird.
Gelöst wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass die Ölrinnen mittels am Lagerstuhl befestigter Dichtscheiben zu den Kurbelwellenwangen hin abgedichtet sind.
Durch die Dichtscheiben wird zu den Kurbelwellenwangen hin ein geschlossener Raum gebildet, so dass aus dem Hauptlager austretendes Öl nicht in den Kurbelraum gelangen kann, sondern gegen die dem Hauptlager zugewandten Seiten der Dichtscheiben gelangt.
Aus Montagegründen erstreckt sich die jeweilige Dichtscheibe insbesondere über einen Halbkreis. Auf jeder Seite des Hauptlagers decken somit zwei halbkreisförmige Dichtscheiben die radial umlaufende Ölrinne ab.
Die jeweilige Dichtscheibe ist vorzugsweise im Lagerstuhl gehalten. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn dies dadurch geschieht, dass die jeweilige, sich über einen Halbkreis erstreckende Dichtscheibe im Bereich ihrer Halbkreisenden im Lagerstuhl gehalten ist. Diese Fixierung erfolgt beispielsweise, indem die jeweilige Dichtscheibe im Bereich ihrer Halbkreisenden Laschen aufweist, die in Nuten in einer Trennebene des Lagerstuhls eingreifen. Die beiden Lagerstuhlteile des Lagerstuhls halten somit die beiden halbkreisförmigen Dichtscheiben zwischen sich und klemmen deren Laschen.
Gemäß einer alternativen Gestaltung sind die beiden einer Lagerhälfte zugeordneten Dichtscheiben einstückig ausgebildet, in Art eines Doppelbügels.
Die jeweilige Dichtscheibe kann durchaus auch so gestaltet sein, dass sie mindestens eine Lasche aufweist, wobei die jeweilige Lasche in ein Loch, insbesondere eine Bohrung des Lagerstuhls eingreift. Die Dichtscheibe kann ausschließlich über Laschen, die in Löcher des Lagerstuhls eingreifen, gehalten sein oder es sind Kombinationen der vorstehend beschriebenen Halterung möglich, somit insbesondere eine Dichtscheibe, die im Bereich ihrer Halbkreisenden Laschen aufweist, die in Nuten in einer Trennebene des Lagerstuhls gehalten sind und in etwa auf der Hälfte des Bogens der Dichtscheibe eine weitere Lasche aufweist, die in das Loch bzw. die Bohrung des Lagerstuhls eingreift.
Insbesondere dann, wenn ein Loch oder eine Bohrung zur Aufnahme der Lasche vorgesehen ist, ist dieses Loch bzw. diese Bohrung vorzugsweise bezüglich der Drehachse der Kurbelwelle schräg angeordnet. Somit ist sichergestellt, dass die Lasche nicht ohne weiteres aus dem Loch bzw. der Bohrung austreten kann. Besonders sicher ist die Halterung der Dichtscheibe im bzw. am Lagerstuhl, wenn die Lasche den Lagerstuhl mit Vorspannung kontaktiert.
Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die jeweilige Dichtscheibe eine radiale Innenkante aufweist, die zum Hauptlager gerichtet ist. Hierdurch wird eine weitgehende Abdichtung zum Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle hin erzielt. Die radiale Innenkante kann als Mikrodichtkante geschliffen oder als Mikrodichtlippe zum Optimieren der Abdichtung gegenüber dem Hauptlager ausgebildet sein.
Die am Lagerstuhl befestigten Dichtscheiben dichten somit die Ölrinnen und den Hauptlagerzapfen ab. Ein Austritt von Schmieröl aus dem Bereich des Hauptlagers in den Kurbelraum wird somit verhindert bzw. weitgehend verhindert. Die Dichtscheiben kontaktieren nicht die Kurbelwangen, womit die Dichtscheiben keinem Reibungsverschleiß durch relativ zu diesen bewegte Teile unterliegen.
Insbesondere erstrecken sich die Dichtscheiben soweit radial nach innen, dass sie in minimalem Abstand zu dem im Hauptlager gelagerten Kurbelwellenzapfen enden.
Dienen die Dichtscheiben ausschließlich dem Zweck, einen Austritt von Schmieröl aus dem Bereich des Hauptlagers in den Kurbelraum zu verhindern bzw. weitgehend zu verhindern, somit nicht dem gezielten Ölrückführen, bedingt dies eine Drosselung des Ölflusses im Bereich des Hauptlagers der Kurbelwelle. Da die Leckage der Hauptlagerversorgung gedrosselt wird führt dies zu einem höheren Öldurchsatz im Bereich des Pleuellagers der Kurbelwelle. Hierdurch ergibt sich eine optimierte Schmierung des Pleuellagers.
Bezüglich dieser reinen Drosselausführung ist die Lagerkapselung mit Ölrückführung separat zu betrachten. Unter diesem Aspekt schlägt eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Ölrinnen in Einbaulage untere Abläufe für das Öl aufweisen. Aufgrund der Dichtscheiben und der unteren Abläufe werden Panschverluste verringert und es kann das Öl schneller in die Ölwanne zurückfließen.
Die unteren Abläufe für das Öl weisen insbesondere zu den Kurbelwellenwangen hin offene Ölrinnen auf, die mittels mit den Dichtscheiben oder dem Lagerstuhl befestigter Deckel abgedeckt sind. Eine baulich besonders einfache Gestaltung, die überdies besonders einfach zu montieren ist, ergibt sich, wenn der jeweilige Deckel und die diesem benachbarte Dichtscheibe einstückig ausgebildet sind. Der Deckel und die Dichtscheibe werden somit zusammen und in einem Arbeitsgang montiert.
Als bevorzugtes Material für die Dichtscheibe und/oder den Deckel wird Blech angesehen. Dies ermöglicht es, die Dichtscheibe bzw. Deckel dünnwandig herzustellen, bei günstigen Verformeigenschaften, um mittels einfacher Stanz- und Formvorgänge auch die Laschen herstellen zu können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und der Zeichnung selbst.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung erläutert und in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht einer Kurbelgehäusehälfte einer Brennkraftmaschine, die mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zwecks optimierter Schmierölabführung ausgestattet ist,
2 eine räumliche Ansicht der in 1 gezeigten Kurbelgehäusehälfte, im Bereich eines Lagerstuhls, veranschaulicht ohne Dichtscheiben und Deckel,
3 eine Ansicht gemäß 2, veranschaulicht mit Dichtscheiben,
4 eine räumliche Ansicht gemäß der 2 und 3, veranschaulicht mit Dichtscheiben und Deckeln,
5 eine räumliche Ansicht einer Dichtscheibe,
6 in einer der 5 entsprechenden Darstellung eine modifizierte Dichtscheibe,
7 die Anordnung zweier Dichtscheiben gemäß 5 bei einer Kurbelgehäusehälfte, die keinen Ölablauf aufweist.
Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich um einen 6-Zylinder Boxermotor. Das Kurbelgehäuse ist vertikal geteilt. Die jeweilige Kurbelgehäusehälfte 1 weist sieben Lagerstühle 2 auf. Die Lagerstühle der beiden Kurbelgehäusehälften 1 nehmen nicht veranschaulichte Hauptlager auf, in denen die gleichfalls nicht gezeigte Kurbelwelle im Bereich deren Hauptlagerzapfen gelagert ist. Über eine Ölversorgungsnut 3 im Lagerstuhl 2 wird das diesem Lagerstuhl zugeordnete Hauptlager mit Schmieröl versorgt. Eine Aussparung 4 im Lagerstuhl 2 dient der Positionierung des Hauptlagers.
2 veranschaulicht für den einen gezeigten Lagerstuhl 2, dass dieser auf seinen beiden axialen Stirnseiten, somit auf seinen den Kurbelwangen der Kurbelwelle zugewandten Seiten, mit nach radial innen, somit zum Hauptlager und axial, somit zu den Kurbelwellenwangen hin offenen Ölrinnen 5 versehen ist. Diese erstrecken sich jeweils über einen Halbkreis. Radial außen schließt sich an die jeweilige Ölrinne 5 ein halbkreisförmiger Ringabschnitt 6 an, der geringfügig bezüglich der radial anschließenden Oberfläche 7 des Lagerstuhls 2 vertieft ist. Die Kurbelgehäusehälfte 1 weist im Bereich des jeweiligen Lagerstuhls 2 im Bereich dessen Trennebene zum Lagerstuhl der anderen Kurbelgehäusehälfte beidseitig der Ölversorgungsnut 3 eine axial verlaufende Nut 8 auf, deren Tiefe relativ gering ist und der Tiefe des Rücksprungs des Ringabschnitts bezüglich der Oberfläche 7 entspricht.
Bezogen auf die Einbaulage des Kurbelgehäuses weist der jeweilige Lagerstuhl 2 unten beidseitig eine axial und zum korrespondierenden Lagerstuhl der anderen Kurbelgehäusehälfte offene Ölrinne 9 auf. Die Tiefe dieser Ölrinne 9 bezüglich der Oberfläche 7 entspricht der Tiefe der Ölrinne 5 bezüglich dieser Oberfläche 7.
In den Lagerstuhl 2 ist im Bereich des Ringabschnitts 6 etwa auf der Hälfte des Bogens eine Bohrung 10 eingebracht, die bezüglich der Drehachse der Kurbelwelle schräg angeordnet ist, mit einer Komponente ausgehend vom Bohrungseingang radial nach außen gerichtet.
Dem Abdecken der jeweiligen Ölrinne 5 und des Ringabschnitts 6 dient eine Dichtscheibe 11, die in 5 im Detail dargestellt ist. Diese Dichtscheibe besteht aus Blech. Sie erstreckt sich über einen Halbkreis und weist im Bereich ihrer Halbkreisenden Laschen 12 auf. Diese sind senkrecht zur Hauptfläche der Dichtscheibe 11 angeordnet und gleichgerichtet. Im Bereich des halben Bogens weist die Dichtscheibe 11 im radial äußeren Bereich eine schräg aus der Hauptebene ausgebogene Lasche 12 auf. Am radial inneren Halbkreisumfang ist die Dichtscheibe 11 als Mikrodichtlippe oder vorzugsweise als geschliffene Mikrodichtkante 14 ausgebildet. Radial innen ist diese Mikrodichtkante 14 geringfügig axial gerichtet, in Richtung der Laschen 12. Benachbart der einen Lasche 12 ist die Dichtscheibe 11 mit einem Fenster 15 rechteckigen Querschnitts versehen.
Ausgehend von dem Zustand gemäß 2 veranschaulicht die 3 die beiden mit der Kurbelgehäusehälfte 1 im Bereich des einen Lagerstuhls 2 verbundenen Dichtscheiben 11. Die jeweilige Dichtscheibe 11 liegt an der vertieften Oberfläche 7 des Lagerstuhls an und es sind die Laschen 12 in die Nuten 8 des Lagerstuhls 2 eingeführt, ferner ist die Lasche 13 in die Bohrung 10 im Lagerstuhl 2 eingesteckt. In Folge der schrägen Ausgangsstellung der Lasche 13 wird die Dichtscheibe 11 mit Vorspannung im Lagerstuhl 2 gehalten. Zurückgebogene Vorsprünge 16 im Bereich der freien Enden der Laschen 12 sind in Vertiefungen in den Nuten 8 eingesetzt, so dass die Dichtscheibe 11 fest im Lagerstuhl 2 gehalten ist.
Aufgrund dieser Anordnung der jeweiligen Dichtscheibe 11 bezüglich des Lagerstuhls 2 ist die zugeordnete Ölrinne 5 zu den Kurbelwellenwangen hin abgedichtet. Die Dichtscheibe 11 berührt dabei die Kurbelwange nicht.
Die jeweilige Dichtscheibe 11 ist so montiert, dass, bezogen auf die Einbaulage, das Fenster 15 unten angeordnet ist. 4 veranschaulicht, dass die den unteren Ablauf für das Öl bildende Ölrinne 9 mittels eines länglichen, gleichfalls aus Blech gefertigten Deckels 17 abgedeckt ist. Dieser Deckel ist in das Fenster 15 eingehängt und gegebenenfalls zusätzlich im Bereich seines unteren Endes mit dem Lagerstuhl 2 verbunden. Es ist genauso denkbar, die jeweilige Dichtscheibe 11 und den Deckel 17 einteilig zu gestalten, womit dieses Bauteil einen halbkreisförmigen Abschnitt und einen sich hieran anschließenden radialen Abschnitt aufweist. Zwischen der Ölrinne 9 und dem Deckel 17 ist ein Abführschacht für Öl gebildet. Sind die beiden Kurbelgehäusehälften und die Hauptlager sowie die Kurbelwelle montiert und sind die Lagerstühle 2 mit den erfindungsgemäßen Abdeckungen versehen, ergibt sich durch das Zusammenwirken der Dichtscheiben 11 der Kurbelgehäusehälften 1 eine geschlossene Ölrinne, die mittels zweier Dichtscheiben 11 abgedeckt ist, ferner sind die Ölrinnen 9 der beiden Kurbelgehäusehälften im Bereich der auf einer Seite des Lagerstuhls 2 angeordneten Dichtscheibe 11 mittels der beiden mit den Dichtscheiben verbundenen Deckel 17 abgedeckt. Die Dichtscheiben 11 dichten berührungslos mit Dichtspalt über deren Mikrodichtkanten oder Dichtlippen 14 zum Hauptlagerzapfen ab. Hierdurch ist ein dichter Abschluss des Lagerstuhls im Bereich des jeweiligen Hauptlagers sowie ein dichter Abfluss des Öls vom Hauptlager nach unten gewährleistet.
Die Ausführungsform gemäß der 6 und 7 betrifft die Verwendung der Vorrichtung zur Kapselung des Hauptlagers der Kurbelwelle unter dem Aspekt der Drosselung des dem Hauptlager zugeführten Schmieröls, somit nicht unter dem Aspekt der gemäß der Ausführungsform nach den 1 bis 4 beschriebenen gezielten Ölabfuhr. Um das Hauptlager und den diesen umgebenden Bereich des Lagerstuhls 2 optimal zu kapseln, ist die in 5 beschriebene Dichtscheibe 11 dahingehend modifiziert, dass sie kein Fenster 15 aufweist. Es ist auch kein Deckel 17 vorgesehen. Der Lagerstuhl 2 weist, wie der Darstellung der 7 zu entnehmen ist, keine Ölrinne 9 auf. Bei der Ausführungsform gemäß der 6 und 7, gemäß der das Hauptlager gekapselt ist und damit die Leckage der Hauptverlagerversorgung gedrosselt ist, ergibt sich ein höherer Öldurchsatz im Pleuellager der Kurbelwelle und damit ein besserer Schmiereffekt im Pleuellager.
Wie der Darstellung der 7 zu entnehmen ist, sind im Bereich des Lagerstuhls 2 der gezeigten Kurbelgehäusehälfte 1, wie bei der ersten Ausführungsform, zwei Dichtscheiben 11 mit dem Lagerstuhl 2 verbunden. Jede Dichtscheibe 11 weist hierbei die beiden Laschen 12 auf. Es ist durchaus denkbar, die beiden Dichtscheiben 11 einstückig auszubilden, somit in Art eines Doppelbügels. In diesem Fall entfällt die Trennung zwischen den beiden Dichtscheiben 11 zwischen den Laschen 12, diese sind somit verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelgehäusehälfte
2: Lagerstuhl
3: Ölversorgungsnut
4: Aussparung
5: Ölrinne
6: Ringabschnitt
7: Oberfläche
8: Nut
9: Ölrinne
10: Bohrung
11: Dichtscheibe
12: Lasche
13: Lasche
14: Mikrodichtlippe
15: Fenster
16: Vorsprung
17: Deckel

Claims

Vorrichtung zur Kapselung eines Hauptlagers einer Kurbelwelle, wobei das Hauptlager über eine Ölversorgungsnut (3) mit Öl versorgt wird, sowie ein Lagerstuhl (2) für das Hauptlager auf seinen den Kurbelwangen der Kurbelwelle zugewandten Seiten mit zum Hauptlager und zu den Kurbelwellenwangen hin offenen Ölrinnen (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölrinnen (5) mittels am Lagerstuhl (2) befestigter Dichtscheiben (11) zu den Kurbelwellenwangen hin abgedeckt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Dichtscheibe (11) sich über einen Halbkreis erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Dichtscheibe (11) im Bereich ihrer Halbkreisenden im Lagerstuhl (2) gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Dichtscheibe (11) im Bereich ihrer Halbkreisenden Laschen (12) aufweist, die in Nuten (8) in einer Trennebene des Lagerstuhls (2) eingreifen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Dichtscheibe (11) mindestens eine Lasche (13) aufweist, wobei die jeweilige Lasche in ein Loch (10) bzw. eine Bohrung des Lagerstuhls (2) eingreift.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (10) bzw. die Bohrung bezüglich der Drehachse der Kurbelwelle schräg angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (12, 13) den Lagerstuhl (1) mit Vorspannung kontaktiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Dichtscheibe (11) eine radiale Innenkante aufweist, die zum Hauptlager gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Innenkante als Mikrodichtkante oder Mikrodichtlippe (14) zum Abdichten gegenüber dem Hauptlager ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Dichtscheibe (11) berührungslos zum Hauptlager hin abdichtet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einer Lagerhälfte zugeordneten Dichtscheiben (11, 11) einstückig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölrinnen (5) in Einbaulage untere Abläufe (9) für das Öl aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Abläufe (9) zu den Kurbelwellenwangen hin offene Ölrinnen (9) aufweisen, die mittels mit den Dichtscheiben (11) und/oder dem Lagerstuhl (2) befestigter Deckel (17) abgedeckt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Deckel (17) und die diesem benachbarte Dichtscheibe (11) einstückig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheiben (11) und/oder die Deckel (17) Bleche sind.