DE102010040244A1

DE102010040244A1 - Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010040244A1
Application number: DE102010040244A
Authority: DE
Inventors: Robert Stocker; Niels P. Lange; Heribert Imkamp
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-08
Also published as: CN103119311A; WO2012028720A1; KR101491580B1; KR20130043691A; EP2612045A1; CN103119311B; JP2013536924A; US20130287325A1; JP5707496B2

Abstract

Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem von Lagerschalen gebildeten Gleitlager, wobei eine Lagerschale (10) mit einem Lagerschalenrücken (13) an ein Zylinderkurbelgehäuse (11) der Brennkraftmaschine und mit einer Lagerschalenlauffläche (12) an die zu lagernde Kurbelwelle angrenzt, wobei entweder die Lagerschalenlauffläche (12) oder der Lagerschalenrücken (13) oder eine an den Lagerschalenrücken (13) angrenzende Fläche (14) des Zylinderkurbelgehäuses (11) eine konkave Profilierung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle wird häufig auch als Hauptlagerung bezeichnet und dient der Abstützung und Lagerung der Kurbelwelle im Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine. Eine Kurbelwellenlagerung umfasst meist ein Gleitlager aus mehreren Lagerschalen, die in einer Grundbohrung des Zylinderkurbelgehäuses aufgenommen sind. Die Grundbohrung des Zylinderkurbelgehäuses, in welcher die Lagerschalen des Gleitlagers eingelegt sind, wird dabei typischerweise von einem sogenannten Lagerstuhl, der Teil des Zylinderkurbelgehäuses ist, sowie einem sogenannten Lagerdeckel, der ebenfalls Teil des Zylinderkurbelgehäuses ist, gebildet. Das Gleitlager einer solchen Kurbelwellenlagerung ist ölgeschmiert, um einen möglichst geringen Verschleiß der Kurbelwellenlagerung zu gewährleisten.
Bei einer konventionellen Kurbelwellenlagerung bildet sich im Betrieb der Kurbelwellenlagerung in etwa in der axialen Lagermitte die maximale Lagerbelastung für das Gleitlager bzw. die Lagerschalen desselben aus. Über die axiale Lagerbreite gesehen unterliegen demnach die Gleitlager konventioneller Kurbelwellenlagerungen einer stark variierenden bzw. einer unterschiedlichen Beanspruchung. Ferner bildet sich auf Grundlage der obigen Druckverteilung in etwa in der Mitte der axialen Lagerbreite die größte Lagertemperatur aus. Da ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Lagertemperatur und der Lebensdauer des Lagermaterials besteht, begrenzt eine lokale Spitzentemperatur in etwa in der axialen Lagermitte des Gleitlagers die Lebensdauer der kompletten Kurbelwellenlagerung. Dies ist von Nachteil.
Es besteht Bedarf an einer Kurbelwellenlagerung, bei welcher die Druckverteilung und Temperaturverteilung über die axiale Lagerbreite vergleichmäßigt werden kann. Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist entweder die Lagerschalenlauffläche oder der Lagerschalenrücken oder eine an den Lagerschalenrücken angrenzende Fläche des Zylinderkurbelgehäuses eine konkave Profilierung auf.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, eine Lagerschalenlauffläche oder einen Lagerschalenrücken einer Lagerschale eines Gleitlagers einer Kurbelwellenlagerung oder eine an den Lagerschalenrücken angrenzende Fläche des Zylinderkurbelgehäuses mit einer konkaven Profilierung zu versehen. Über diese konkave Profilierung kann über die axiale Lagerbreite gesehen eine Lagerbelastung, nämlich eine Druckbelastung sowie Temperaturbelastung, vergleichmäßigt werden.
Hierdurch ist es möglich, bei unveränderten Lagerdimensionierungen die Lebensdauer einer Kurbelwellenlagerung zu erhöhen. Alternativ können bei gleichbleibender Lebensdauer einer Kurbelwellenlagerung Dimensionierungen und damit Abmessungen einer Kurbelwellenlagerung reduziert werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: einen schematisierten Querschnitt durch eine Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2: einen schematisierten Querschnitt durch eine Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
3: einen schematisierten Querschnitt durch eine Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Eine solche Kurbelwellenlagerung dient der Lagerung und Abstützung der Kurbelwelle in einem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwellenlagerung ein Gleitlager umfasst, das typischer weise aus mehreren Lagerschalen, nämlich einer oberen Lagerschale und einer unteren Lagerschale, zusammengesetzt ist. Diese Lagerschalen sind in einen Bohrung im Zylinderkurbelgehäuse eingelegt.
1 zeigt einen stark schematisierten, ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Kurbelwellenlagerung einer nicht gezeigten Kurbelwelle mit einer Schnittrichtung in Axialrichtung der Kurbelwellenlagerung, wobei in 1 ein Querschnitt durch eine Lagerschale 10, nämlich durch eine untere Lagerschale 10, der Kurbelwellenlagerung sowie ein Querschnitt durch einen sich an die untere Lagerschale 10 angrenzenden Abschnitt eines Zylinderkurbelgehäuses 11 der Brennkraftmaschine gezeigt ist. Die in 1 im axialen Querschnitt gezeigte, untere Lagerschale 10 verfügt über eine Lagerschalenlauffläche 12, die unter Ausbildung eines Spalts an die zu lagernde Kurbelwelle angrenzt. An einer der Lagerschalenlauffläche 12 gegenüberliegenden Seite der Lagerschale 10 ist ein sogenannter Lagerschalenrücken 13 ausgebildet, mit welchem die Lagerschale 10 an eine Fläche 14 des an die untere Lagerschale 10 angrenzenden Abschnitts des Zylinderkurbelgehäuses 11 angrenzt.
Wie bereits ausgeführt, zeigt 1 einen Querschnitt durch die untere Lagerschale 10 des Gleitlagers der Kurbelwellenlagerung und durch den an die untere Lagerschale 10 angrenzenden Abschnitt des Zylinderkurbelgehäuses 11 in Axialrichtung, wobei in 1 die Axialrichtung A gezeigt ist. Ferner zeigt 1 eine Radialrichtung R sowie eine Umfangsrichtung U, wobei sich die Umfangsrichtung U in die Zeichenebene hinein erstreckt bzw. sich aus der Zeichenebene heraus erstreckt.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Lagerschalenlauffläche 12 der Lagerschale 10 mit einer konkaven Profilierung versehen, wobei die konkave Profilierung der Lagerschalenlauffläche 12 in Umfangsrichtung der Lagerschale 10 gesehen umlaufend ist und sich sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung erstreckt.
1 kann entnommen werden, dass das konkave Wölbungsprofil der Lagerschalenlauffläche 12 in Radialrichtung derart ausgebildet ist, dass die radiale Wölbungstiefe der konkaven Profilierung in der axialen Mitte der Lagerschale 10 am tiefsten ist, wobei sich diese radiale Wölbungstiefe in Richtung auf die axialen Ränder der Lagerschale 10 kontinuierlich verringert.
Über die obige Profilierung der Lagerschalenlauffläche 12 der unteren Lagerschale 10 des Gleitlagers einer Kurbelwellenlagerung kann eine Druckbelastung sowie Temperaturbelastung über die axiale Breite der Lagerschale 10 vergleichmäßigt werden, sodass demnach lokale Druckspitzen und Temperaturspitzen über die axiale Breite der Lagerschale 10 abgebaut oder gar vermieden werden können. Hierdurch kann die Lebensdauer von Kurbelwellenlagerungen positiv beeinflusst werden.
Ferner kann durch die konkave Profilierung der Lagerschalenlauffläche 12 der unteren Lagerschale 10 ein tangentialer Ölfluss im Gleichlager der erfindungsgemäßen Kurbelwellenlagerung verbessert werden, was letztendlich zu einer verbesserten Wärmeabfuhr an der unteren Lagerschale 10 führt. Hierdurch kann die Temperaturbelastung der unteren Lagerschale 10 weiter reduziert und damit die Lebensdauer weiter gesteigert werden.
Durch die Erhöhung des Ölflusses in tangentialer Umfangsrichtung wird demnach Schmieröl aus dem hoch belasteten Bereich der unteren Lagerschale 10 in einen weniger belasteten Bereich einer nicht gezeigten, oberen Lagerschale gefördert. Im Bereich der oberen Lagerschale, in welcher aufgrund der Kurbelwellenverlagerungsbahn ein größerer Spalt zwischen der Lagerschale und der Kurbelwelle besteht als im Bereich der unteren Lagerschale, kann das Öl in axialer Richtung das Lager ungehindert verlassen.
Dadurch ist gewährleistet, dass trotz einer durch die konkave Konturierung der unteren Lagerschale 12 bewirkte Androsselung des Ölflusses in axialer Richtung ein ungehinderter Austausch an Schmieröl möglich und somit eine gute Kühlung der Kurbelwellenlagerung gewährleistet ist.
Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem die Lagerschalenlauffläche 12 der unteren Lagerschale 10 die konkave Profilierung aufweist, ist es auch möglich, wie 2 zeigt, die an den Lagerschalenrücken 13 angrenzende Fläche 14 des Zylinderkurbelgehäuses 11 mit der konkaven Profilierung zu versehen. Weiterhin kann alternativ, wie 3 zeigt, der Lagerschalenrücken 13 konkav profiliert sein. Die in den 2 und 3 gezeigte Lagerschale (ohne Profilierung) nimmt dann erst im verbauten bzw. verspannten Zustand eine konkave Lagerlauffläche, also den in der 1 gezeigten Zustand an.
In den Varianten der 2 und 3 kann eine Vergleichmäßigung der Druckbeanspruchung und Temperaturbeanspruchung über die axiale Lagerbreite erfolgen, und eine Erhöhung des Ölflusses in tangentialer Umfangsrichtung im Falle der 2 und 3 erzielt werden.
Mit der Erfindung kann die Lebensdauer von Kurbelwellenlagerungen erhöht werden. Bei gleichbleibender Dimensionierung einer Kurbelwellenlagerung kann deren Standzeit verlängert werden. Alternativ kann die Erfindung auch dazu genutzt werden, um bei gleichbleibender Lebensdauer einer Kurbelwellenlagerung dieselbe geringer zu dimensionieren und so eine kompaktere Motorarchitektur durch eine kürzere Motorbaulänge und schmalere Lagerung bereitzustellen. Ferner kann hierdurch eine Leistungssteigerung an einer Brennkraftmaschine realisiert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verändert sich in Umfangrichtung gesehen die konkave Profilierung. So ist es z. B. nach dieser vorteilhaften Weiterbildung möglich, dass sich in Umfangrichtung gesehen die radiale Wölbungstiefe des konkaven Wölbungsprofils verändert. Hierdurch können die Eigenschaften der Kurbelwellenlagerung weiter verbessert werden.
Alternativ ist es auch möglich, dass sich in Umfangrichtung gesehen die konkave Profilierung nicht verändert.
Vorzugsweise weist ausschließlich eine untere Lagerschale 10 des Gleitlagers oder ein an die untere Lagerschale 10 des Gleitlagers angrenzender Abschnitt des Zylinderkurbelgehäuses 11 die konkave Profilierung auf, wohingegen eine solche konkave Profilierung im Bereich der oberen Lagerschale bzw. eines an die obere Lagerschale angrenzenden Abschnitts des Zylinderkurbelgehäuses nicht ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

10: Lagerschale
11: Zylinderkurbelgehäuse
12: Lagerschalenlauffläche
13: Lagerschalenrücken
14: Fläche

Claims

Kurbelwellenlagerung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem von Lagerschalen gebildeten Gleitlager, wobei eine Lagerschale mit einem Lagerschalenrücken an ein Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und mit einer Lagerschalenlauffläche an die zu lagernde Kurbelwelle angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Lagerschalenlauffläche (12) oder der Lagerschalenrücken (13) oder eine an den Lagerschalenrücken (13) angrenzende Fläche (14) des Zylinderkurbelgehäuses (11) eine konkave Profilierung aufweist.
Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Profilierung in Umfangrichtung umlaufend ist.
Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Umfangrichtung gesehen die konkave Profilierung verändert.
Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Umfangrichtung gesehen die konkave Profilierung nicht verändert.
Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein konkaves Wölbungsprofil der konkaven Profilierung in Radialrichtung und Axialrichtung erstreckt.
Kurbelwellenlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das konkave Wölbungsprofil derart ausgebildet ist, dass die radiale Wölbungstiefe desselben in etwa in der axialen Mitte am tiefsten ist.
Kurbelwellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich eine untere Lagerschale (10) des Gleitlagers oder ein an die untere Lagerschale (10) des Gleitlagers angrenzender Abschnitt des Zylinderkurbelgehäuses (11) die konkave Profilierung aufweist.