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Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle an einem Lagerelement einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Die
DE 10 2009 029 983 A1 offenbart eine Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle über ein Wälzlager an einem Kurbelgehäuse. Das Wälzlager ist dabei durch einen Hauptlagerstuhl des Kurbelgehäuses aufgenommen. Der Hauptlagerstuhl weist eine Ölversorgungsbohrung auf, über welche Öl von einem Ölkreislauf zu dem Wälzlager führbar ist. Die Kurbelwelle ist dabei über das Wälzlager radial gelagert. Zur axialen Lagerung der Kurbelwelle ist ein Axiallagerelement vorgesehen, über welches die Kurbelwelle axial an dem Hauptlagerstuhl abgestützt ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle an einem Lagerelement einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, durch welche ein besonders geringer Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle an einem Lagerelement einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einer solchen Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle an einem Lagerelement einer Verbrennungskraftmaschine ist die Kurbelwelle mittels wenigstens einer ersten Lagereinrichtung an dem Lagerelement um eine Drehachse relativ zu dem Lagerelement drehbar radial, das heißt in radialer Richtung der Kurbelwelle, gelagert. Die Kurbelwelle ist ferner mittels wenigstens einer zweiten Lagereinrichtung an dem Lagerelement axial, das heißt in axialer Richtung der Kurbelwelle, gelagert. Mit anderen Worten ist die Kurbelwelle über die erste Lagereinrichtung zumindest im Wesentlichen radial und über die zweite Lagereinrichtung zumindest im Wesentlichen axial an dem Lagerelement abgestützt. Der ersten Lagereinrichtung ist dabei eine Schmiermittelversorgungseinrichtung zugeordnet, mittels welcher die erste Lagereinrichtung mit Schmiermittel zu versorgen ist.
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Erfindungsgemäß ist der zweiten Lagereinrichtung eine weitere, von der ersten Schmiermittelversorgungseinrichtung zumindest teilweise separate Schmiermittelversorgungseinrichtung zugeordnet, mittels welcher die zweite Lagereinrichtung mit Schmiermittel zu versorgen ist. Dies bedeutet, dass die erste Lagereinrichtung über die erste Schmiermittelversorgungseinrichtung und die zweite Lagereinrichtung separat dazu über die zweite, zusätzliche Schmiermittelversorgungseinrichtung mit Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, zu versorgen ist. So kann die Versorgung der zweiten Lagereinrichtung mit einer gewünscht hohen Menge an Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, sichergestellt werden. Dadurch kann einem unerwünscht hohen Verschleiß der axialen, zweiten Lagereinrichtung infolge einer mangelhaften Schmiermittelversorgung der zweiten Lagereinrichtung entgegengewirkt werden.
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Ein weiterer Vorteil der Versorgung der zweiten Lagereinrichtung mittels der separaten zweiten Schmiermittelversorgungseinrichtung ist, dass dadurch die Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, mit einer nur sehr geringen inneren Reibung und damit mit einer geringen Reibleistung betrieben werden kann. Dies halt den Energiebedarf zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine gering, was mit einem geringen Kraftstoffverbrauch und mit geringen CO2-Emissionen einhergeht.
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Die Lagereinrichtungen umfassen dabei jeweils wenigstens zwei relativ zueinander bewegbare Lagerflächen, über welche die Kurbelwelle an dem Lagerelement gelagert ist. Dabei sind die Lagerflächen mittels der jeweiligen Schmiermittelversorgungseinrichtungen mit dem Schmiermittel versorgbar, sodass die Reibung und damit der Verschleiß zwischen den relativ zueinander bewegbaren und sich während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine relativ zueinander bewegenden Lagerflächen gering gehalten werden kann.
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Bei den Lagerflächen handelt es sich beispielsweise um Oberflächen von Wälzkörpern eines Wälzlagers und korrespondierenden Laufbahnen des Wälzkörpers. Ebenso kann es sich bei den Lagerflächen um Gleitflächen eines Gleitlagers handeln.
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Insbesondere umfasst die axiale, zweite Lagereinrichtung wenigstens ein solches Gleitlager, mittels welchem die Kurbelwelle axial an dem Lagerelement gelagert ist. Dabei umfasst die erste Lagereinrichtung bevorzugt ein Wälzlager, über welches die Kurbelwelle radial an dem Lagerelement gelagert ist. Durch die so dargestellte radiale Wälzlagerung der Kurbelwelle ist diese besonders reibungs- und damit verlustarm an dem Lagerelement gelagert, sodass die Verbrennungskraftmaschine mit einem nur geringen Kraftstoffverbrauch betrieben werden kann. Das Wälzlager ist dabei mit einer nur geringen Menge an Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, zu versorgen. Um nun die Versorgung des Gleitlagers mit einer ausreichenden Menge an Schmiermittel zu gewährleisten, ist die separat zur ersten Schmiermittelversorgungseinrichtung ausgebildete zweite Schmiermittelversorgungseinrichtung vorgesehen. Über diese können insbesondere relativ zueinander bewegbare Lagerflächen des Gleitlagers mit Schmiermittel versorgt und dadurch geschmiert und gekühlt werden. Die Lagerfläche des Gleitlagers sind dabei beispielsweise durch wenigstens eine Lagerscheibe sowie durch die Kurbelwelle und/oder das Lagerelement gebildet.
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Das Lagerelement umfasst beispielsweise ein Gehäuseteil eines Kurbelgehäuses bzw. eines Zylinderkurbelgehäuses der Verbrennungskraftmaschine. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Lagerelement ein Lagerstuhl, insbesondere ein Hauptlagerstuhl, des Kurbelgehäuses umfasst, an welchem die Kurbelwelle gelagert ist und über welchen die Kurbelwelle an dem Kurbelgehäuse in diesem drehbar gelagert ist.
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Die weitere Schmiermittelversorgungseinrichtung kann wenigstens einen Kanal, ein Rohr oder dergleichen Leitungselement umfassen, über die die zweite Lagereinrichtung mit Schmiermittel zu versorgen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Leitung zumindest teilweise in dem an die zweite Lagereinrichtung angrenzenden Lagerelement und/oder in einem anderweitigen, angrenzenden Bauteil der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, welches relativ zum Lagerelement fest ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Leitung der zweiten Schmiermittelversorgungseinrichtung zumindest teilweise in einem relativ zum Lagerelement bewegbaren und an die zweite Lagereinrichtung anschließenden Bauteil, insbesondere in der Kurbelwelle selbst, verläuft.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Perspektivansicht eines Passlagerstuhls für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, über welchen eine Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine an einem Kurbelgehäuse derselbigen um eine Drehachse relativ zu dem Passlagerstuhl und dem Kurbelgehäuse drehbar zu lagern ist;
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2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht des Passlagerstuhls gemäß 1, der in dem Kurbelgehäuse angeordnet ist;
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des in dem Kurbelgehäuse angeordneten Passlagerstuhls gemäß 2;
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4 eine schematische Längsschnittansicht einer Kurbelwelle für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, welche an einem Passlagerstuhl gelagert ist, über welchen die Kurbelwelle an einem Kurbelgehäuse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar zu lagern ist;
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5 eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Kurbelwelle gemäß 4;
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6 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Kurbelwelle gemäß den 4 und 5; und
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7 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Kurbelwelle gemäß den 4 bis 6.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Passlagerstuhl 10, welcher gemäß den 2 und 3 in einem Kurbelgehäuse 12 einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Der Passlagerstuhl 10 ist dabei ein Lagerelement der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, an welchem eine Kurbelwelle um eine Drehachse relativ zu dem Lagerstuhl 10 drehbar zu lagern ist. Dadurch kann die Kurbelwelle um die Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse 12 drehbar an diesem gelagert werden.
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Der Passlagerstuhl 10 stellt dabei ein relativ zu dem Kurbelgehäuse 12 festes und ruhendes Bauteil dar. Die Kurbelwelle ist dabei über eine erste Lagereinrichtung an dem Passlagerstuhl 10 in radialer Richtung der Kurbelwelle lagerbar. Dazu umfasst die erste Lagereinrichtung beispielsweise ein wenigstens einen Wälzkörper umfassendes Wälzlager, mittels welchem die Kurbelwelle besonders reibungs- und damit verlustarm in radialer Richtung an dem Passlagerstuhl 10 zu lagern ist. Der Passlagerstuhl 10 weist eine Lagerbohrung 14 auf, in welcher das Wälzlager und die Kurbelwelle zumindest bereichsweise anzuordnen sind.
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Die Kurbelwelle ist ferner auch in axialer Richtung der Kurbelwelle an dem Passlagerstuhl 10 zu lagern und so axial abzustützen. Dazu ist eine zweite Lagereinrichtung 16 vorgesehen, die wenigstens eine an dem Passlagerstuhl 10 angeordnete Anlaufscheibe 18 als Axiallagerelement umfasst. Dies bedeutet, dass die Kurbelwelle über die Anlaufscheibe 18 in axialer Richtung in Stützanlage an den Passlagerstuhl 10 bewegbar und so in axialer Richtung gelagert ist. Die zweite Lagereinrichtung 16 umfasst somit ein Gleitlager mit der Anlaufscheibe 18 zum axialen Lagern der Kurbelwelle.
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Im Vergleich zu Wälzlagern erfordern derartige Gleitlager eine Schmiermittelversorgung der Gleitlager mit einer relativ hohen Menge an Schmieröl. Um die Versorgung des Gleitlagers (zweite Lagereinrichtung 16) zu gewährleisten, ist eine der zweiten Lagereinrichtung 16 zugeordnete Schmierölversorgungseinrichtung 20 vorgesehen. Mittels der Schmierölversorgungseinrichtung 20, welche insbesondere zusätzlich und separat zu einer weiteren Schmierölversorgungseinrichtung zum Versorgen der ersten Lagereinrichtung mit Schmieröl vorgesehen ist, können relativ zueinander bewegbare Reibflächen, welche auch als Lagerflächen bezeichnet werden, des Gleitlagers mit einer ausreichend hohen Menge an Schmieröl versorgt werden. So kann die Reibung zwischen den Reibflächen, welche beispielsweise einerseits durch die Anlaufscheibe 18 und andererseits durch die Kurbelwelle gebildet sind, gering gehalten werden, was mit einer Vermeidung eines unerwünscht hohen Verschleißes am axialen Gleitlager infolge einer mangelhaften Versorgung mit Schmieröl einhergeht. Dies bedeutet, dass durch die separate Zuführung von Schmieröl mittels der Schmierölversorgungseinrichtung 20 die ausreichende Versorgung des axialen Gleitlagers mit Schmieröl in Kombination mit dem Wälzlager zur radialen Lagerung der Kurbelwelle gewährleistet werden kann.
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Hierzu weist die Schmierölversorgungseinrichtung 20 eine Mehrzahl von Schmierölkanälen 22 oder dergleichen Rohre, Leitungen oder dergleichen auf, welche innerhalb des Passlagerstuhls 10 sowie innerhalb des Kurbelgehäuses 12 verlaufen. Über Durchtrittsöffnungen 24 kann das Schmieröl aus dem Passlagerstuhl 10 austreten. Auch die Anlaufscheibe 18 weist zu den Durchtrittsöffnungen 24 des Passlagerstuhls 10 korrespondierende und in zumindest bereichsweiser Überdeckung mit diesen angeordnete Durchtrittsöffnung 24 auf, durch welche das Schmieröl an die Reibflächen des axialen Gleitlagers austreten kann. Dieses Austreten des Schmieröls über die Durchtrittsöffnungen 24 zu den und zwischen die Reibflächen ist in der 2 durch Richtungspfeile 26 angedeutet.
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Ebenso ist es möglich, in anderweitige, an das axiale Gleitlager angrenzende Bauteile entsprechende Kanäle oder dergleichen Leitungen vorzusehen, um Schmieröl mittels der von der weiteren Schmierölversorgungseinrichtung zumindest teilweise separaten und dazu zusätzlichen Schmierölversorgungseinrichtung 20 zum axialen Gleitlager zu fördern bzw. zu führen.
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Die 4 bis 7 zeigen derartige, weitere Möglichkeiten zur Versorgung des axialen Gleitlagers (zweite Lagereinrichtung 16) mit zusätzlichem Schmieröl.
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Die 4 zeigt eine Kurbelwelle 28 einer Hubkoben-Verbrennungskraftmaschine. Die Kurbelwelle 28 ist an einem Passlagerstuhl 10 um eine Drehachse relativ zu dem Passlagerstuhl 10 drehbar gelagert. So kann die Kurbelwelle 28 über dem Passlagerstuhl 10 an einem Kurbelgehäuse wie dem Kurbelgehäuse 12 gelagert werden.
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Wie in Zusammenhang mit den 1 bis 3 geschildert ist, ist die Kurbelwelle 28 in axialer Richtung über jeweilige Anlaufscheiben 18 der zweiten Lagereinrichtung 16 gelagert. Zur radialen Lagerung kann die erste Lagereinrichtung vorgesehen sein, welche beispielsweise ein Wälzlager umfasst, über welches die Kurbelwelle 28 reibungs- und verlustarm an dem Passlagerstuhl 10 gelagert ist.
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Die Kurbelwelle 28 umfasst Hubzapfen 30, an welchen jeweilige, jeweiligen Zylindern zugeordnete Pleuel der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine relativ zu den Hubzapfen 30 drehbar zu lagern sind. Die Lagerung der jeweiligen Pleuel an den jeweiligen Hubzapfen 30 erfolgt dabei über Gleitlager, welche über Schmierölkanäle 32 mit Schmieröl zu versorgen sind. Die Schmierölkanäle 32 verlaufen dabei innerhalb der Kurbelwelle 28. Zur Versorgung der Schmierölkanäle 32 mit Schmieröl weist die Kurbelwelle 28 eine Zentralöleinspeisung 34 auf, über welche die Kurbelwelle 28 bzw. deren Schmierölkanäle 32 direkt mit einem Ölkreislauf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine fluidisch verbunden sind. Von den Schmierölkanälen 32 zweigen innerhalb der Kurbelwelle 28 verlaufende Schmierölkanäle 22 ab, welche mit den Schmierölkanälen 32 fluidisch verbunden sind.
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Die Schmierölkanäle 22 sind dabei einer Schmierölversorgungseinrichtung 20 zugeordnet, über welche der zweiten Lagereinrichtung 16 insbesondere zusätzlich und separat zu bzw. von einer weiteren Schmierölversorgungseinrichtung, über welche das Wälzlager mit Schmieröl zu versorgen ist, mit Schmieröl zu versorgen ist. Wie durch Richtungspfeile 36 angedeutet ist, kann so ein durch die Anlaufscheiben 18 gebildetes Gleitlager der zweiten Lagereinrichtung 16 mit einer besonders hohen Menge an Schmieröl versorgt werden. Das Schmieröl kann zwischen Reibflächen des Gleitlagers analog zu den 1 bis 3 Geschilderten geführt werden. Dazu umfassen beispielsweise die Anlaufscheiben 18 Durchtrittsöffnungen, über welche das Schmieröl zwischen die Reibflächen (Lagerflächen) des Gleitlagers strömen kann.
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Die 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Kurbelwelle 28 gemäß 4, wobei die Schmierölkanäle 32 und 22 nicht über die Zentralöleinspeisung 34 sondern über Gleitlager 38 der ersten, radialen Lagereinrichtung mit Schmieröl zu versorgen sind. Dies bedeutet, dass die erste Lagereinrichtung Gleitlager 38 umfasst, über welche die Kurbelwelle 28 an dem Passlagerstuhl 10 und über diesen am Kurbelgehäuse radial gelagert ist. Auch die erste Lagereinrichtung gemäß 4 kann anstelle des Wälzlagers ein Gleitlager umfassen, über welches die Kurbelwelle 28 radial am Passlagerstuhl 10 gelagert ist.
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Auch die Schmierölversorgungseinrichtung 20 gemäß 5 ermöglicht die Versorgung der zweiten Lagereinrichtung 16 zum axialen Lagern der Kurbelwelle 28 mit einer ausreichenden Menge an Schmieröl zum Kühlen und Schmieren der Reibflächen des Gleitlagers.
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Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kurbelwelle 28. Die Kurbelwelle 28 ist über die erste Lagereinrichtung radial am Passlagerstuhl 10 gelagert, wobei die erste Lagereinrichtung Wälzlager umfasst, über die die Kurbelwelle 28 radial am Passlagerstuhl 10 gelagert ist.
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Axial ist die Kurbelwelle 28 gemäß 6 über Anlaufscheiben 18 der zweiten Lagereinrichtung am Passlagerstuhl 10 gelagert, wodurch wiederum ein Gleitlager gebildet ist. Zur Versorgung dieses Gleitlagers mit einer ausreichend hohen Menge an Schmieröl ist die Schmierölversorgungseinrichtung 20 vorgesehen, welche Schmierölkanäle 22 umfasst und welche eine Schmierölversorgung des Gleitlagers ermöglicht, welche zusätzlich und separat zur weiteren Schmierölversorgung der ersten Lagereinrichtung vorgesehen ist.
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Die Schmierölkanäle 22 sind dabei mit einer Ringnut 40 fluidisch verbunden, welche in Kurbelwangen 42 der Kurbelwelle 28 vorgesehen sind. In die Ringnut 40 wird Schmieröl mittels Ölspritzdüsen eingespritzt. Die Ringnut 40 fängt zumindest einen Teil des gespritzten Schmieröls auf, welches dann über die Schmierölkanäle 22 zu den Reibflächen des axialen Gleitlagers zwischen die Kurbelwelle 28 und die Anlaufscheibe 18 geführt wird.
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Anhand der 4 bis 6 ist es ersichtlich, dass die zusätzliche Schmierölversorgung der zweiten Lagereinrichtung 16 nicht über relativ zum Kurbelgehäuse feste sonder vielmehr über relativ zum Kurbelgehäuse bewegbare, insbesondere drehbare, Bauteile, nämlich die Kurbelwelle 28, erfolgt.
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Die 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, das Gleitlager der zweiten Lagereinrichtung 16 über die Schmierölversorgungseinrichtung 20 zusätzlich und separat mit einer ausreichend hohen Menge an Schmieröl zu versorgen. Die Schmierölversorgungseinrichtung 20 umfasst dazu Ölspritzdüsen 44, welche mit Schmieröl versorgt werden. Dies ist durch Richtungspfeile 46 angedeutet. Die Ölspritzdüsen 44 bespritzen das bzw. die axialen Gleitlager der zweiten Lagereinrichtung 16 mit Schmieröl, sodass dadurch Schmieröl zu den Reibflächen des bzw. der axialen Gleitlager gelangen kann.
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Wie der 7 zu entnehmen ist, ist die Kurbelwelle 28 radial über Wälzlager 48 der ersten Lagereinrichtung an Passlagerstühlen und darüber am Kurbelgehäuse gelagert.
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Auch die Lagerung von Pleuel an Hubzapfen 30 der Kurbelwelle 28 erfolgt über Wälzlager 50. So können trotz der Wälzlagerungen, die eine Schmierölversorgung mit einer relativ geringen Menge an Schmieröl erfordern, die zweite Lagereinrichtung 16 und ihre axialen Gleitlager mit einer ausreichend hohen Menge an Schmieröl versorgt werden.
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Das Schmieröl, insbesondere zum Versorgen der Schmierölversorgungseinrichtung 20 und damit der jeweiligen Gleitlager, wird an geeigneter Stelle dem Schmierölkreislauf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine entnommen und ggf. über geeignete zwischengeschaltete Einrichtungen wie beispielsweise Ventile den jeweiligen axialen Gleitlagern in erforderlicher, ggf. variabler Menge zugeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Passlagerstuhl
- 12
- Kurbelgehäuse
- 14
- Lagerbohrung
- 16
- zweite Lagereinrichtung
- 18
- Anlaufscheibe
- 20
- Schmierölversorgungseinrichtung
- 22
- Schmierölkanäle
- 24
- Durchtrittsöffnungen
- 26
- Richtungspfeil
- 28
- Kurbelwelle
- 30
- Hubzapfen
- 32
- Schmierölkanäle
- 34
- Zentralöleinspeisung
- 36
- Richtungspfeil
- 38
- Gleitlager
- 40
- Ringnut
- 42
- Kurbelwange
- 44
- Ölspritzdüse
- 46
- Richtungspfeil
- 48
- Wälzlager
- 50
- Wälzlager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009029983 A1 [0002]
