-
Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle an einem Lagerteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
-
Die
DE 10 2009 029 983 A1 offenbart ein Axiallagerelement für ein Wälzlager einer Kurbelwelle, wobei das Axiallagerelement eine zentrale Lageraufnahme aufweist und mittels des Axiallagerelement das Wälzlager axial festlegbar ist. Es ist vorgesehen, dass das Axiallagerelement neben der Lageraufnahme zumindest eine Durchgangsöffnung aufweist, welche von einem Schmierstoff zur Schmierung des Lagers durchströmbar ist. Zudem ist eine Nut vorgesehen, welche einen Sammelraum für Schmierstoff darstellt zur Sicherstellung einer Versorgung mit Schmierstoff.
-
Die bekannte Lösung weist weiteres Potential auf, die Versorgung mit Schmierstoff zu verbessern.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagerung einer Kurbelwelle an einem Lagerteil für eine Hubkolbenmaschine bereitzustellen, mittels welcher eine verbesserte Schmiermittelversorgung ermöglicht ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle an einem Lagerteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Bei einer solchen Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle an einem Lagerteil für eine Hubkolbenmaschine ist die Kurbelwelle in axialer Richtung zumindest mittelbar über wenigstens eine Anlauffläche der Kurbelwelle an dem Lagerteil gelagert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anlauffläche zumindest eine Nut zur Führung von Schmiermittel aufweist. Mit anderen Worten ist durch die Kurbelwelle, insbesondere eine Kurbelwange dieser, eine Anlauffläche gebildet, über welche sich die Kurbelwelle in axialer Richtung dieser an dem Lagerteil abstützen kann. So ist eine axiale Bewegung der Kurbelwelle bei einem Betrieb der Hubkolbenmaschine eingeschränkt und die Kurbelwelle ist in axialer Richtung gelagert.
-
Durch das Vorsehen der Nut in der Anlauffläche der Kurbelwelle kann ein besonders großer Querschnitt dieser Nut dargestellt werden, um besonders große Mengen Schmiermittel mittels der Nut entlang dieser bevorzugt an geeignete Stellen führen zu können.
-
Zu der Nut in der Anlauffläche der Kurbelwelle wird Schmiermittel über wenigstens einen korrespondierenden Kanal des Lagerteils geführt, welcher mit der Nut in der Anlauffläche fluidisch verbunden ist. Somit stellt die Nut der Anlauffläche eine Übergabestelle dar, an welcher Schmiermittel von dem Lagerteil an die Nut und damit an die Kurbelwelle übergeben wird.
-
Mit der Nut der Anlauffläche ist bevorzugt ein Kanal, insbesondere eine Bohrung, fluidisch verbunden, welcher zumindest bereichsweise in der Kurbelwelle verläuft. Dieser Kanal verläuft bevorzugt komplett innerhalb der Kurbelwelle und mündet an wenigstens einer Lagerstelle, insbesondere einer Lagerfläche, zumindest eines Hubzapfens der Kurbelwelle, an welchem ein Pleuel zu lagern ist. Dadurch ist es ermöglicht, das von dem Lagerteil über die Nut an den Kanal übergebene Schmiermittel zu der Lagerstelle des Hubzapfens zu führen und dort die entsprechende Lagerstelle zu schmieren und zu kühlen. Aufgrund der Ausbildung der Nut in der Anlauffläche der Kurbelwelle, und nicht etwa in Anlaufscheiben zur axialen Lagerung der Kurbelwelle, kann die Nut mit einem besonders großen Querschnitt ausgebildet werden, sodass eine besonders große Menge von Schmiermittel insbesondere zu der Lagerstelle des Hubzapfens transportiert und somit die Lagerung des Pleuels an dem Hubzapfen besonders gut geschmiert und gekühlt werden kann.
-
Zur axialen Lagerung der Kurbelwelle an dem Lagerteil, welches beispielsweise als so genannter Passlagerstuhl ausgebildet ist, kann wenigstens eine Anlaufscheibe vorgesehen sein, welche in axialer Richtung der Kurbelwelle zwischen dem Lagerteil und der Kurbelwelle bzw. deren Anlauffläche angeordnet ist und über welche sich die Kurbelwelle an dem Lagerteil in axialer Richtung abstützen kann. Zur Übergabe von Schmiermittel von dem Lagerteil an die Nut der Kurbelwelle weist die Anlaufscheibe bevorzugt wenigstens eine Durchtrittsöffnung, worüber das Lagerteil bzw. dessen Kanal zur Führung von Schmiermittel mit der Nut der Kurbelwelle fluidisch verbunden ist. So kann das Schmiermittel für die Lagerung des Pleuels an dem Hubzapfen von dem Lagerteil ohne weitere notwendige Bauteile durch die Durchtrittsöffnung der Anlaufscheibe an die Kurbelwelle übergeben werden, ohne den Fluss des Schmiermittels unzulässig zu drosseln und ohne ein etwaiges Wälzlager, über welches die Kurbelwelle insbesondere in radialer Richtung an dem Lagerteil gelagert ist, mit Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, zu fluten.
-
Diese Lagerung der Kurbelwelle in radialer Richtung an dem Lagerteil mittels des Wälzlagers birgt den Vorteil, dass dadurch die Kurbelwelle besonders reibungs- und damit verlustarm an dem Lagerteil gelagert ist. Dies hält den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine gering.
-
Das Pleuel kann an dem Hubzapfen ebenso über ein Wälzlager gelagert sein. Ebenso möglich ist es, das Pleuel über ein Gleitlager an dem Hubzapfen zu lagern.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Perspektivansicht einer Kurbelwelle für eine vier Zylinder aufweisende Hubkolbenmaschine mit dementsprechend vier Hubzapfen, welche über Hauptlagerstühle in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine zu lagern ist, wobei in der 1 ein Hauptlagerstuhl dieser Hauptlagerstühle dargestellt ist;
-
2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der Kurbelwelle mit dem Hauptlagerstuhl gemäß 1;
-
3 eine schematische Perspektivansicht des Hauptlagerstuhls mit beidseitigen Anlaufscheiben;
-
4 eine schematische Perspektivansicht des Hauptlagerstuhls gemäß 3 mit lediglich einer der Anlaufscheiben; und
-
5 ausschnittsweise eine Längsschnittansicht des Hauptlagerstuhls gemäß den 3 und 4.
-
Die 1 und 2 zeigen eine Kurbelwelle 10 für eine vier Zylinder aufweisende und als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolbenmaschine. Jedem der Zylinder ist ein Kolben zugeordnet, welcher in dem entsprechenden Zylinder translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Die Kurbelwelle 10 dient dabei dazu, die translatorischen Bewegungen der Kolben in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 10 umzuwandeln. Dazu ist die Kurbelwelle 10 um eine Drehachse 12 drehbar beispielsweise gemäß einem Richtungspfeil 14 in einem Kurbelgehäuse zu lagern. Zur Lagerung der Kurbelwelle 10 in dem Kurbelgehäuse weist die Kurbelwelle 10 Hauptlagerstellen 16 auf, über welche die Kurbelwelle 10 an Hauptlagerstühlen 18 zu lagern ist. In den 1 bis 5 ist ein Hauptlagerstuhl 18 dieser Hauptlagerstühle 18 stellvertretend dargestellt. Die restlichen nicht dargestellten Lagerstühle sind analog aufgebaut mit dem Unterschied, daß sie lediglich radiale Lagerfunktion aufweisen, das heißt lediglich als Aufnahme für die rein radial wirkenden Wälzlager dienen, jedoch keine Anlaufscheiben beinhalten.
-
Bei dem in den 1 bis 5 gezeigten Hauptlagerstuhl 18 handelt es sich um einen mittigen Hauptlagerstuhl zur Lagerung der Kurbelwelle 10 in radialer Richtung dieser gemäß einem Richtungspfeil 20 wie auch in axialer Richtung der Kurbelwelle 10 gemäß einem Richtungspfeil 22.
-
Der Hauptlagerstuhl 18 ist zumindest im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet und umfasst zwei Lagerstuhlteile 24 und 26, welche miteinander zu verbinden, beispielsweise zu verschrauben, sind und einen entsprechenden Außenumfangsbereich der Hauptlagerstellen 16 der Kurbelwelle 10 mit einem korrespondierenden Innenumfangsbereich in Umfangsrichtung der Kurbelwelle 10 gemäß einem Richtungspfeil 30 umgeben.
-
Der Hauptlagerstuhl 18 weist zwei Durchgangslöcher 32 und 34 auf, über welche der Hauptlagerstuhl 18 bzw. die Hauptlagerstühle 18 mit dem Kurbelgehäuse verschraubt werden können. Dadurch kann die Kurbelwelle 10 über den Hauptlagerstuhl 18 bzw. die Hauptlagerstühle 18 an dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert werden.
-
Um die translatorischen Bewegungen des Kolbens in die rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 10 umzuwandeln, sind die Kolben jeweils mit einem Pleuel verbunden, welches wiederum an einem zu diesem Pleuel korrespondieren Hubzapfen 36 der Kurbelwelle 10 zu lagern ist. Dementsprechend weist die Kurbelwelle 10 vier Hubzapfen 36 auf, an welche sich in axialer Richtung beidseitig Kurbelwangen der Kurbelwelle 10 anschließen.
-
Die Lagerung der Pleuel an den Hubzapfen 36 erfolgt über ein jeweiliges Gleitlager oder Wälzlager, welches zur Schmierung und Kühlung mit Schmieröl beispielsweise aus einem Hauptölkreislauf der Hubkolbenmaschine zu versorgen ist.
-
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist die Kurbelwelle 10 in radialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 20 über die Hauptlagerstellen 16 und ein jeweiliges Wälzlager 38 an dem Hauptlagerstuhl 18 gelagert. Das Wälzlager 38 umfasst eine Mehrzahl von Wälzkörpern 40, welche vorliegend als Zylinderrollen ausgebildet sind. Ferner umfasst das Wälzlager einen Lagerkäfig 42, mittels welchem die Wälzkörper 40 geführt und insbesondere in Umfangsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 30 voneinander definiert beabstandet sind.
-
Die Wälzkörper 40 rollen dabei einerseits auf einer Lauffläche 44 des Hauptlagerstuhls 18 und andererseits auf einer Lauffläche 46 der Hauptlagerstelle 16 der Kurbelwelle 10 ab. Auf diese Art und Weise ist die Kurbelwelle 10 besonders reibungs- und damit verlustarm gelagert, was den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine gering hält.
-
In radialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 22 ist die Kurbelwelle 10 über Anlaufflächen an dem Hauptlagerstuhl 18 gelagert. Die Anlaufflächen werden dabei von der Kurbelwelle bzw. ihren Kurbelwangen, von in axialer Richtung zwischen der Kurbelwelle 10 und dem Hauptlagerstuhl 18 angeordneten Anlaufscheiben 48 und 50 sowie von dem Hauptlagerstuhl 18 gebildet.
-
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, sind die Anlaufflächen der Kurbelwelle 10 mit einer in radialer Richtung inneren Nut 52 sowie mit einer in radialer Richtung äußeren Nut 54 versehen. Das Vorsehen der Nuten 52 und 54 in den Anlaufflächen der Kurbelwelle 10, d. h. in den von der Kurbelwelle 10 gebildeten Anlaufflächen, birgt den Vorteil, dass dadurch ein jeweiliger Querschnitt der Nuten 52 und 54 besonders groß ausgebildet werden kann, um besonders große Mengen von Schmieröl mittels der Nuten 52 und 54 führen zu können.
-
Die radial äußere Nut 54 fungiert als Druckölnut und ist mit in der Kurbelwelle 10 ausgebildeten Kanälen 56 fluidisch verbunden. Von der Nut 54 kann Schmieröl in die Kanäle 56 überströmen und ist über mit den Kanälen 56 fluidisch verbundenen Bohrungen 58 zu Lagerflächen 60 der Hubzapfen 36 führbar, an welchen die Pleuel mittels des jeweiligen Gleitlagers oder Wälzlagers an die Hubzapfen 36 zu lagern sind. Mit anderen Worten ist dadurch das Pleuel und der Hubzapfen 36 mit Schmieröl zu versorgen und dadurch zu kühlen und zu schmieren. Damit das Schmieröl definiert an den Lagerflächen 60 aus den in die Lagerflächen 60 mündenden Bohrungen 58 austreten kann, sind die Kanäle 56 mit in der 2 nicht dargestellten Verschlusselementen in Verschlussbereichen 62 fluidisch zu verschließen.
-
Die Nut 54 wird über den Hauptlagerstuhl 18 mit Schmieröl versorgt. Dazu weist der Hauptlagerstuhl 18 Eintrittsöffnungen 64 auf, über welche Schmieröl in sich darin anschließende Kanäle in den Hauptlagerstuhl 18 eintreten kann. Ferner weist der Hauptlagerstuhl 18 eine Austrittsöffnung 66 auf, über welche das Schmieröl aus den Kanälen des Hauptlagerstuhls 18 wieder austreten und in die Nut 54 überströmen kann. Zum Ermöglichen dieses Überströmens weisen die Anlaufscheiben 48 und 50 eine Durchgangsöffnung 68 auf, über welche die Austrittsöffnung des Hauptlagerstuhls 18 und die Nut 54 fluidisch miteinander verbunden sind. Dadurch ist eine Schmierölübergabe von dem Hauptlagerstuhl 18 an die Kurbelwelle 10 und weiter zu den Hubzapfen 36 bzw. den Lagerflächen 60 für das entsprechende Pleuellager dargestellt. Die radial innere Nut 52 fungiert als Entlastungsnut, welche verhindert, dass das Wälzlager 38 mit unter Druck stehendem Schmieröl geflutet wird.
-
Die Kurbelwelle 10 wird als so genannte mischgelagerte Kurbelwelle bezeichnet, da sie über die Hauptlagerstellen 16 wälzgelagert ist, die Pleuel jedoch über ein jeweiliges Gleitlager an den Hubzapfen 36 gelagert sind. Dieses Prinzip kann jedoch auch für eine vollwälzgelagerte Welle angewendet werden.
-
Wie insbesondere der 5 zu entnehmen ist, weist der Hauptlagerstuhl 18, insbesondere dessen Lagerstuhlteil 24, Ausnehmungen auf, wodurch ein Spalt 70 zwischen den Anlaufscheiben 48 und 50 und dem Hauptlagerstuhl 18 dargestellt ist. Dieser Spalt 70 ermöglicht einen Abfluss des Schmieröls von dem Wälzlager 38. Ferner weist der Hauptlagerstuhl 18 Abführkanäle 72 auf, über welche Schmieröl aus der als Entlastungsnut fungierenden Nut 52 abfließen kann. Um dieses Abfließen zu realisieren, weisen die Anlaufscheiben 48 und 50 eine Durchtrittsöffnung 74 auf, über welche die Nut 52 mit den Abführkanälen 72 fluidisch verbunden ist. Das über die Spalte 70 und die Abführkanäle 72 abgeführte Öl fließt weiter über einen weiteren Kanal 76 aus dem Hauptlagerstuhl 18 hinaus.
-
Auf diese Art und Weise ist es bei der Kurbelwelle 10 möglich, die Lagerung der Pleuel an den Hubzapfen 36 mit Schmieröl zu versorgen, indem Schmieröl am beispielsweise als Passlagerstuhl ausgebildeten Hauptlagerstuhl 18 ohne weitere notwendige Bauteile durch die bereits vorhandenen Anlaufscheiben 48 und 50 an die Kurbelwelle 10 zu übergeben, ohne den Fluss des Schmieröls unzulässig zu drosseln und das in diesem Bereich der Übergabe des Schmieröls angeordnete Wälzlager 38 über seinen Bedarf hinaus mit Schmieröl zu fluten.
-
Über die beiden Zuführbohrungen 64 am Passlagerstuhl 18, die in getrennte weiterführende Kanalsysteme münden, kann somit genau definiert der Schmiermittelbedarf einerseits des radial wirkenden, als Wälzlager ausgeführten Hauptlagers und andererseits der Pleuellager gedeckt werden, ohne dass der Ölfluss zu den Pleuellagern, die optional als Gleitlager ausgeführt sein können, das einen höherem Ölbedarf aufweist als ein Wälzlager, die Ölzufuhr zum Hauptlager beeinflußt, da in den Anlaufflächen der Kurbelwelle nach innen kriechendes Leckageöl der Pleuelölversorgung in der Leckagenut 52 abgefangen wird und somit nicht das Hauptlager beeinflussen kann.
-
Die nicht dargestellten restlichen Hauptlagerstühle weisen nur eine Eintrittsöffnung 64 auf, da sie lediglich das mit Öl zu versorgende radial wirkende Wälzlager umbauen. Die Pleuellager sind alle vom Passlagerstuhl aus versorgt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Kurbelwelle
- 12
- Drehachse
- 14
- Richtungspfeil
- 16
- Hauptlagerstelle
- 18
- Hauptlagerstuhl
- 20
- Richtungspfeil
- 22
- Richtungspfeil
- 24
- Lagerstuhlteil
- 26
- Lagerstuhlteil
- 30
- Richtungspfeil
- 32
- Durchgangsloch
- 34
- Durchgangsloch
- 36
- Hubzapfen
- 38
- Wälzlager
- 40
- Wälzkörper
- 42
- Lagerkäfig
- 44
- Lauffläche
- 46
- Lauffläche
- 48
- Anlaufscheibe
- 50
- Anlaufscheibe
- 52
- Nut
- 54
- Nut
- 56
- Kanal
- 58
- Bohrung
- 60
- Lagerfläche
- 62
- Verschlussbereich
- 64
- Eintrittsöffnung
- 66
- Austrittsöffnung
- 68
- Durchtrittsöffnung
- 70
- Spalt
- 72
- Abführkanal
- 74
- Durchtrittsöffnung
- 76
- Kanal
-
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 102009029983 A1 [0002]
