DE102007058757A1

DE102007058757A1 - Kurbelwellenlagerung

Info

Publication number: DE102007058757A1
Application number: DE200710058757
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Dipl.-Ing. Finkbeiner; Uwe Rohrberg; Jörn Dipl.-Ing. Schmid
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2008-09-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenlagerung (42) sowie eine Brennkraftmaschine (10). Um eine Kurbelwellenlagerung (42) sowie eine Brennkraftmaschine (10) mit Kurbelwellenlagerung (42) zu verbessern, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass mindestens ein Lagerbock (16) eine Laufbahn (36, 38) aufweist, auf der die Wälzkörper (32) der Wälzkörperanordnung (34) direkt abrollen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenlagerung sowie eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Hubkolbenmotor mit einer Kurbelwellenlagerung.
Aus der DE 102 16 329 B4 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der zur Lagerung einer Kurbelwelle in Lagerböcken eine Gleitlagerung vorgesehen ist. Die Lagerböcke bestehen aus einem Lagerstuhl und einem Lagerdeckel, wobei der Lagerstuhl und der Lagerdeckel direkt mit einer Gleitlagerschicht versehen sind.
Ferner ist aus der DE 10 2004 054 128 A1 ein Kurbeltrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt. Dieser Kurbeltrieb weist eine einteilige Kurbelwelle sowie einteilige Pleuel auf. Darüber hinaus sind Lagerböcke vorgesehen, in denen die Kurbelwelle gelagert ist. Die Lagerböcke sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Zur Lagerung der Pleuel auf der Kurbelwelle sind Wälzlager, insbesondere Kugel- und/oder Rollenlager vorgesehen. Ferner sind zur Lagerung der Kurbelwelle in den Lagerböcken Wälzlager vorgesehen, wobei zur thermischen Entkopplung die verwendeten Lagerböcke aus einem anderen Material sind als das Kurbelgehäuse bzw. der Zylinderkopf. Die Wälzlager der Kurbelwelle weisen einen Innen- und einen Außenring auf.
Ferner ist es aus der DE 10 2004 053 951 A1 bekannt, Pleuel direkt auf einer Kurbelwelle zu lagern, wobei der Innendurchmesser des großen Pleuelauges als Außenring eines Wälzlagers dient, und dessen Innenring direkt von einem Hubzapfen der Kurbelwelle gebildet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurbelwellenlagerung sowie eine Brennkraftmaschine mit Kurbelwellenlagerung zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6.
Gemäß der Erfindung bei einer Kurbelwellenlagerung mit mindestens einem Lagerbock und mindestens einer Wälzkörper umfassenden Wälzkörperanordnung vorgesehen, dass der mindestens eine Lagerbock eine Laufbahn aufweist, auf der die Wälzkörper der Wälzkörperanordnung direkt abrollen. Dadurch entfallen separate Außenringe für das oder die Wälzlager, wodurch der erforderliche Bauraum sowie das Gewicht reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Wälzkörper der mindestens einen Wälzkörperanordnung in einem Käfig, insbesondere einem geteilten Käfig angeordnet. Dies erleichtert zum einen die Montage und hat zum anderen den Vorteil, dass eine gleichmäßige Abstützung der Kurbelwelle ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der mindestens eine, vorzugsweise alle Lagerböcke geteilt, insbesondere durch Cracken geteilt ausgebildet. Dies erleichtert die Herstellung und die Montage, wobei das Cracken auch den Vorteil hat, enge Toleranzen zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Laufbahnen der Lagerböcke gehärtet. Eine solche Härtung, die vorzugsweise induktiv erfolgt, ermöglicht eine verschleißarme Ausbildung der Kurbelwellenlagerung. Wenn – wie gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen – die Laufbahnen durch Honen fertigbearbeitet sind, fördert dies die Reibungsminimierung und damit günstige Verschleiß- und Verbrauchseigenschaften der Kurbelwellenlagerung sowie einer mit der erfindungsgemäßen Kurbelwellenlagerung ausgestatteten Brennkraftmaschine.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Lagerblock bzw. sind alle Lagerblöcke zur Verschraubung mit einem Kurbelgehäuse vorgesehen, wobei als Verschraubung vorzugsweise Zuganker vorgesehen sind, die einem Kurbelgehäuseblock durchgreifen und an einem Zylinderkopf angreifen. Durch diese Art der Verschraubung vom Zylinderkopf mit dem Lagerbock, insbesondere einem Lagerbockoberteil (Lagerstuhl) können verzugsfreie Zylinderlaufbahnen erzielt werden, und es werden in dem Kurbelgehäuseblock, welcher vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, belastete Gewinde vermieden. Die Verschraubung dient vorzugsweise auch zur Bearbeitung der Hauptlagergasse und zum Honen.
Die erfindungsgemäße Kurbelwellenlagerung eignet sich insbesondere für Brennkraftmaschinen mit einem Kurbelgehäuse zur Aufnahme einer Kurbelwelle, mindestens eines Pleuels und mindestens eines Kolbens, sodass für eine solche Brennkraftmaschine, die eine Kurbelwellenlagerung nach einem der vorgenannten Ansprüche aufweist, auch selbstständig Schutz beansprucht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an einer Brennkraftmaschine vorgesehen, dass die Wälzkörper der Wälzkörperanordnungen direkt auf Laufbahnen abrollen, die an der Kurbelwelle ausgebildet sind. Dadurch können separate Innenringe für die Wälzlager entfallen, wodurch der erforderliche Bauraum sowie das Gewicht reduziert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Brennkraftmaschine vorgesehen, dass zur Lagerung des mindestens einen Pleuels, vorzugsweise aller Pleuel Wälzlagerungen ohne separate Außen- und/oder Innenringe vorgesehen sind. Auf diese Weise kann eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt werden, deren Kurbeltrieb vollständig wälzgelagert ist, was günstige Verschleiß- und Verbrauchswerte, insbesondere im Vergleich mit gleitgelagerten Kurbeltrieben bewirkt. Dabei werden durch den konsequenten Verzicht auf separate Außen- und/oder Innenringe eine kleine Bauform und ein geringeres Gewicht erreicht. Bei geteilten Pleuelaugen und geteilten Lagerböcken, bei denen die Crackebene zur Bewegungsebene geneigt ist, lässt sich eine einfache Montage, insbesondere durch Einfügen der Kolben in die Zylinderlaufbuchsen von der Kurbelwellenseite her erreichen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.
Dabei zeigt:
1 einen Schnitt durch eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Kurbelwellenlagerung.
In 1 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 10 gezeigt, die als 4-Zylinder-Hubkolbenmotor ausgebildet ist und nach dem Otto-Prinzip arbeitet. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Kurbelgehäuseblock 12 aus Aluminium, in welchem Aufnahmeräume 14 für geteilte Lagerböcke 16 ausgebildet sind. Die Lagerböcke 16 umfassen jeweils einen Lagerstuhl 18 sowie einen Lagerdeckel 20, wobei die Lagerstühle 18 jeweils über Zuganker 22 an einem Zylinderkopf befestigt sind.
Die Lagerstühle 18 und die Lagerdeckel 20 sind jeweils aus Stahl zunächst einteilig hergestellt und anschließend gecrackt. In dem in 1 gezeigten montierten Zustand sind die Lagerstühle 18 und die Lagerdeckel 20 jeweils mittels zweier Schrauben 24 miteinander verbunden.
Eine in 1 nicht gezeigte Kurbelwelle ist in den Lagerböcken 16 ohne separate Innenringe und ohne separate Außenringe gelagert, wobei eine Kugellageranordnung 26 als Wälzlager 28 vorgesehen ist. Das Kugellager 26 umfasst vorzugsweise acht Kugeln 30, welche Wälzkörper 32 einer Wälzkörperanordnung 34 darstellen.
Eine äußere Laufbahn ist jeweils direkt durch die Innenflächen 36, 38 der Lagerstühle 18 bzw. Lagerdeckel 20 gebildet. Die Laufbahn bzw. die Laufbahnen sind induktiv gehärtet, wobei die Eindringtiefe der Härtung, in den den Schrauben 24 entfernten Bereichen größer ist, als in den Bereichen, die den Schrauben 24 benachbart sind. Zur Bearbeitung der Laufbahnen 36, 38 sind die Lagerböcke mit den Zugankern 22 mit einer Brille 40 verschraubt, wobei die Bearbeitung durch Honen erfolgt ist.
In der gezeigten Ausführungsform bilden die Lagerböcke 16 zusammen mit den Wälzkörperanordnungen 34 eine Kurbelwellenlagerung 42.
Kurz zusammengefasst kann die besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wie folgt beschrieben werden:
Die besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf die Ausführung eines Hubkolbenmotors, dessen Lagerstellen als Wälzlagerungen ausgeführt sind. Bisher in Hubkolbenmotoren ausgeführte Wälzlagerungen benötigen einen Innen- und einen Außenring als Laufpartner für die Wälzkörper des Lagers. Mit dem durch die Erfindung beschriebenen Verfahren kann nicht nur bei der Lagerung der Pleuelstangen sondern auch der Kurbelwelle auf einen separaten Innen- und einen separaten Außenring eines Wälzlagers verzichtet werden. Dazu erfüllen Bauteile, welche als Laufpartner für einen Wälzkörper eingesetzt werden, die von den Wälzlagerherstellern geforderten Spezifikationen. Diese Anforderungen werden durch die Auswahl von entsprechenden Werkstoffen wie z. B. von Einsatz- oder Vergütungsstählen sowie einer entsprechenden Oberflächenbearbeitung wie z. B. Härten, Schleifen und Honen der Bauteile erfüllt. Der Entfall der Lagerringe an einem Hubkolbenmotor mit Wälz- bzw. Rollenlagerung spart Bauraum und Gewicht, dadurch ist der Einsatz von Wälzlagerungen auch in höher belasteten Triebwerken ohne große Bauraum- und Gewichtsnachteile gegenüber konventionell gleitgelagerten Triebwerken von Hubkolbenmotoren möglich.
Die Kurbelwelle wird vorzugsweise in 2-teiligen Lagerböcken (Einlegeteilen) aus Stahl gelagert. Die Lagerböcke werden mit dem Zylinderkopf verschraubt. In weiteren Anwendungsfällen ist die Verschraubung der Lagerböcke auch direkt mit dem Zylinderkurbelgehäuse möglich. Damit die Wälzkörper direkt auf den Lagerböcken abrollen können, werden diese vorzugsweise induktiv gehärtet (Härte HRC62). Um die Kurbelwelle montieren zu können, werden die Lagerböcke vor dem Zusammenbau gecrackt.
Das Härten der Lagerböcke kann wahlweise vor oder nach dem Einbau/Zusammenbau mit Kurbelgehäuse und Zylinderkopf erfolgen. Das Honen der eingebauten Lagerböcke stellt die abschließende Fertigbearbeitung dar. Die dargestellte Ausführung einer gebauten Lagergasse, welche nicht zwingend aus einzelnen Lagerböcken bestehen muss, sondern auch als Verbund darstellbar ist, lässt die Montage/Einführung des Kolbens von unten in das Zylinderkurbelgehäuse zu.
In einer weiteren Ausprägung ist die Montage eines vormontierten Gesamtverbundes bestehend aus Kurbelwelle, Lagerböcken/Lagergasse, Pleuellager, Hauptlager, Pleuelstange und Kolben möglich. Bei dem Verbau einer gebauten Kurbelwelle in einen Hubkolbenmotor werden vorzugsweise die Lagerböcke nicht gecrackt. Die Lagerböcke werden nach einer Fertigbearbeitung (Härten und Honen) im Zusammenbau mit dem Kurbelgehäuse wieder demontiert, um vor dem Zusammenbau der Kurbelwelle auf die entsprechenden Kurbelzapfen inklusive Wälzlager mit einteiligem Lagerkäfig aufgesteckt zu werden.
Eine aus Stahl geschmiedete Pleuelstange wird gecrackt und die Laufflächen werden mittels einem Laserstrahl gehärtet (Härte 62HRC). Die Fertigbearbeitung der Lauffläche für die Wälzkörper wird durch Honen erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10216329 B4 [0002]
- DE 102004054128 A1 [0003]
- DE 102004053951 A1 [0004]

Claims

Kurbelwellenlagerung, mit mindestens einem Lagerbock (16) und mindestens einer Wälzkörper (32) umfassenden Wälzkörperanordnung (34), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerbock (16) eine Laufbahn (36, 38) aufweist, auf der die Wälzkörper (32) der Wälzkörperanordnung (34) direkt abrollen.
Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (32) der mindestens einen Wälzkörperanordnung (34) in einem Käfig, insbesondere einem geteilten Käfig angeordnet sind.
Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine, vorzugsweise alle Lagerböcke (16) geteilt, insbesondere durch Cracken geteilt ausgebildet sind.
Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (36, 38) der Lagerböcke (16) gehärtet, vorzugsweise induktiv gehärtet und insbesondere durch Honen fertigbearbeitet sind.
Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerblock (16), vorzugsweise alle Lagerböcke (16) zur Verschraubung mit einem Kurbelgehäuse vorgesehen sind, wobei als Verschraubung vorzugsweise Zuganker (22) vorgesehen sind, die einen Kurbelgehäuseblock durchgreifen und an einem Zylinderkopf angreifen.
Brennkraftmaschine, mit einem Kurbelgehäuse zur Aufnahme einer Kurbelwelle, mindestens eines Pleuels, mindestens eines Kolbens und einer Kurbelwellenlagerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (32) der Wälzkörperanordnungen (34) direkt auf Laufbahnen abrollen, die an der Kurbelwelle ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung des mindestens einen Pleuels, vorzugsweise aller Pleuel Wälzlagerungen ohne separate Außen- und/oder Innenringe vorgesehen sind.