DE102015110742A1

DE102015110742A1 - Lageranordnung für eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015110742A1
Application number: DE102015110742.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Misala
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2017-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Kurbelwelle (1) eines Hubkolbenmotors, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, die mindestens ein erstes Lager (2, 2.1, 2.2, 2.3) für die Lagerung der Kurbelwelle (1) in einem Gehäuse (3) und mindestens ein zweites Lager (4) für die Lagerung eines Pleuels auf der Kurbelwelle (1) aufweist, wobei dem ersten Lager (2.1) Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, über einen Schmierkanal im Gehäuse zuführbar ist, wobei zur Schmiermittelzufuhr zum ersten Lager (2.1) mindestens eine mit mindestens einen Gehäuse-Schmierkanal (7) im Gehäuse (3) fluidisch verbindbare, mit mindestens einem Kurbelwellen-Schmierkanal (8) in der Kurbelwelle (1) fluidisch verbindbare Nut (5) zur Zufuhr von Schmiermittel zu ggf. weiteren Gehäuselagern (2.2, 2.3) und zu den Pleuellagern (4) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Kurbelwelle eines Hubkolbenmotors, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, die mindestens ein erstes Lager für die Lagerung der Kurbelwelle in einem Gehäuse und mindestens ein zweites Lager für die Lagerung eines Pleuels auf der Kurbelwelle aufweist, wobei dem ersten Lager Schmiermittel, insbesondere Schmieröl über das Gehäuse zuführbar ist.
Lageranordnungen dieser Art werden zur Lagerung von Kurbelwellen bei Brennkraftmaschinen in Kurbelwellengehäuse und zur Lagerung einer Anzahl von die Kolben der Brennkraftmaschine tragenden Pleueln auf der Kurbelwelle angewendet. Üblicherweise werden für die Lagerung der Kurbelwelle im Kurbelwellengehäuse sowie für die Lagerung der Pleuel auf der Kurbelwelle Gleitlager benutzt. Aus dem Stand der Technik sind aber auch Lösungen bekannt, bei denen zumindest die Lagerung der Kurbelwelle im Gehäuse über Wälzlager erfolgt. In jedem Fall ist es für eine einwandfreie Funktion und für Langlebigkeit wichtig, dass alle Lager mit ausreichend Schmierstoff, in der Regel Schmieröl, zur Schmierung und Kühlung versorgt werden. Zur Sicherstellung dieser Schmierölversorgung der Kurbelwellenlager wird eine Ölpumpe eingesetzt. Es ist das Bestreben, den dafür notwendigen Bauraum und insbesondere den Energieverbrauch dieser Ölpumpe möglichst gering zu halten. Das soll in aller Regel durch eine besonders effektive Zuführung des Schmieröls zu den Lagerstellen erreicht werden.
Aus dem Stand der Technik ist eine entsprechende Anzahl von unterschiedlichen Lösungswegen bekannt geworden. Die DE 11 2006 003 869 T5 zeigt und beschreibt eine Lageranordnung für eine Kurbelwelle und für einen Pleuel, bei der die Kurbelwelle über eine Wälzlageranordnung und der Pleuel über eine Gleitlagerung gelagert sind. Die Ölversorgung des Pleuel-Gleitlagers erfolgt ausgehend vom Wälzlager über ein Axiallagerelement mit einer Durchgangsöffnung, die über eine Ölversorgungsbohrung Öl zur Gleitlagerstelle für den Pleuel auf der Kurbelwelle geführt wird.
Die DE 10 2009 029 983 A1 offenbart ein Axiallagerelement für ein Wälzlager einer Kurbelwelle, wobei das Axiallagerelement eine zentrale Lageraufnahme aufweist und damit das Wälzlager axial festlegt. Dieses Axiallagerelement weist eine Durchgangsöffnung auf, welche von Schmierstoff durchströmbar ist. Ferner ist eine umlaufende Nut am Axiallagerelement vorgesehen, die einen Sammelraum für Schmierstoff zur Sicherstellung der Schmierstoffversorgung bilden soll.
In der DE 10 2010 055 091 A1 ist eine weitere Lagerungsanordnung für eine Kurbelwelle gezeigt und beschrieben, bei der in den Anlaufflächen für das Gehäuselager mehrere Nuten eingebracht sind, die zur Aufnahme von Schmiermittel und zu dessen Weiterleitung in die in die Kurbelwelle eingebrachten Schmiermittelkanäle vorgesehen sind.
Aus der DE 10 2011 101 335 A1 ist eine Lagerungsanordnung für eine Kurbelwelle bekannt, bei der für die Schmiermittelversorgung der Gehäuselager und für die Schmiermittelversorgung der Pleuellager separate Schmiermittelversorgungseinrichtungen vorgesehen sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, mit möglichst geringem Aufwand eine möglichst wirkungsvolle Schmier- bzw. Kühlmittel-Versorgung aller Lagerstellen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu erreichen, die einerseits mit relativ geringem Öldruck und damit einer relativ kleinen Ölpumpe umgesetzt werden kann und andererseits störunanfällig und langlebig ausgestaltet ist.
Diese Aufgabe wird beim Gegenstand der Erfindung dadurch gelöst, dass zur Schmiermittelzufuhr zum Lager im Gehäuse bzw. zu den Lagern im Gehäuse mindestens eine mit mindestens einem Gehäuse-Schmierkanal im Gehäuse fluidisch verbindbare, mit mindestens einem Kurbelwellen-Schmierkanal in der Kurbelwelle fluidisch verbindbare Nut zur Zufuhr von Schmiermittel zu ggf. weiteren Gehäuselagern und zu den Pleuellagern vorgesehen ist.
Die Nut im ersten Lager (Gehäuselager) kann vorzugsweise weitgehend oder vollständig umlaufend über den Umfang des Lager ausgebildet sein.
Der Verlauf der Kurbelwellen-Schmierkanäle innerhalb der Kurbelwelle von der Nut des ersten Lagers zu den zu schmierenden weiteren Lagern ist vorzugsweise über die kürzest mögliche Verbindung bzw. den kürzest möglichen Weg auszuführen. Dabei ist es besonders zweckmäßig, dass der Verlauf der Kurbelwellen-Schmierkanäle von deren Eintrittsöffnung an der Lagerstelle des ersten Lagers im Abstand zur Kurbelwellen-Drehachse so festgelegt ist, dass der Schmiermittel-Druck im Kurbelwellen-Schmierkanal die von der Kurbelwellenrotation ausgehende Fliehkraftwirkung deutlich übersteigt.
Eine besonders bevorzugte Lösung zum Gegenstand der Erfindung wird darin gesehen, dass alle Lagerstellen der Kurbelwelle im Kurbelwellengehäuse sowie alle Pleuellager über die Nut des ersten (Gehäuse-)Lagers mit Schmiermittel versorgbar sind.
Mit der erfinderischen Lösung ist durch die Verbesserung der geometrischen Lage der Ölversorgungsbohrungen in der Kurbelwelle bei gedrosseltem Öldurchsatz eine Verbesserung der Lagerölversorgung bei Reduzierung der Pumpenleistung erreichbar. Ferner ist durch die Ölversorgung über ein einziges Gehäuselager eine deutliche Reduzierung der Reibungswirkung und damit eine Reduzierung des Verschleißes erreichbar, da lediglich eines der Gehäuselager zur Ölversorgung als mit einer Ölzuführungsnut versehenes Lager ausgeführt werden kann, während alle übrigen Lager – und zwar sowohl Gehäuselager (Hauptlager) als auch die Pleuellager – als „Glattlager“ (also ohne Nut) ausgeführt werden können.
In der Zeichnung sollen nachstehend Einzelheiten, Besonderheiten und die Merkmale des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert werden.
In der Figur der Zeichnung ist schematisch eine Kurbelwelle 1 dargestellt. Diese weist drei erste Lager 2.1, 2.2 und 2.3 für die Lagerung der Kurbelwelle 1 im Kurbelwellengehäuse 3 auf. Ferner weist die Kurbelwelle 1 mehrere Lager 4 für die Lagerung von Kolben einer Brennkraftmaschine tragende Pleuel (nicht dargestellt) auf. Die Lager 2 bzw. 4 sind vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt. Das erste Lager 2.1 ist im Ausführungsbeispiel mit einer umlaufenden Nut 5 versehen. Diese Nut 5 kann wie im Ausführungsbeispiel gezeigt als Nut im Kurbelwellengehäuse 3 vorgesehen sein; es ist aber ebenso denkbar, dass diese Nut auf dem Lagerzapfen 6 der Kurbelwelle ausgeführt ist. Die Nut 5 wird über einen Gehäuse-Schmierkanal 7 mit Schmiermittel, vorzugsweise Schmieröl, über eine Pumpe (nicht dargestellt) versorgt.
Zur Versorgung der anderen ersten Lager 2 und zweiten Lager 4 ist die Kurbelwelle 1 mit jeweils direkt zu den einzelnen Lagerstellen führenden, in die Kurbelwelle 1 eingebrachten Schmierkanälen 8 versehen, die in fluidischer Verbindung zur Weiterleitung des von der Pumpe unter Druck gesetzten Schmiermittels in der Kurbelwelle 1 angeordnet sind. Diese Kurbelwellen-Schmierkanäle 8 sind in die Kurbelwelle 1 so eingebracht, dass sie im Verlauf jeweils die möglichst kürzeste Verbindung von der Nut 5 zur jeweiligen Lagerstelle der Lager 2 bzw. 4 darstellen. Ferner ist für ihren Verlauf ihr Abstand zur Kurbelwellen-Drehachse von der Eintrittsöffnung an der Lagerstelle des ersten Lagers (Nut 5) zum Austritt an den jeweiligen Lagerstellen der Lager 2 bzw. 4 so gewählt, dass in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit und damit der davon ausgehenden Fliehkraft der Schmiermitteldruck in den Kurbelwellen-Schmierkanälen 8 die Fliehkraftwirkung möglichst deutlich übersteigt. Mit dieser Anordnung kann die Pumpleistung der Ölpumpe entsprechend gering ausgelegt werden.
Idealerweise werden alle Gehäuselager 2 (erste Lager) einer Kurbelwelle 1 sowie alle Pleuellager (zweiter Lager) 4 über eine Nut 5 am ersten (Gehäuse-)Lager 2.1 versorgt.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelwelle
2: erste Lager (Gehäuse-/Hauptlager)
2.1: erste Lager (Gehäuse-/Hauptlager)
2.2: erste Lager (Gehäuse-/Hauptlager)
2.3: erste Lager (Gehäuse-/Hauptlager)
3: Kurbelwellengehäuse
4: zweite Lager (Pleuellager)
5: Nut
6: Lagerzapfen
7: Gehäuse-Schmierkanal
8: Kurbelwellen-Schmierkanal

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 112006003869 T5 [0003]
DE 102009029983 A1 [0004]
DE 102010055091 A1 [0005]
DE 102011101335 A1 [0006]

Claims

Lageranordnung für eine Kurbelwelle (1) eines Hubkolbenmotors, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, die mindestens ein erstes Lager (2, 2.1, 2.2, 2.3) für die Lagerung der Kurbelwelle (1) in einem Gehäuse (3) und mindestens ein zweites Lager (4) für die Lagerung eines Pleuels auf der Kurbelwelle (1) aufweist, wobei dem ersten Lager (2.1) Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, über einen Schmierkanal im Gehäuse zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schmiermittelzufuhr zum ersten Lager (2.1) mindestens eine mit mindestens einem Gehäuse-Schmierkanal (7) im Gehäuse (3) fluidisch verbindbare, mit mindestens einem Kurbelwellen-Schmierkanal (8) in der Kurbelwelle (1) fluidisch verbindbare Nut (5) zur Zufuhr von Schmiermittel zu ggf. weiteren Gehäuselagern (2.2, 2.3) und zu den Pleuellagern (4) vorgesehen ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (5) im ersten Lager (2.1) weitgehend oder vollständig über den Umfang des Lagers umlaufend ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Kurbelwelle (1) eingebrachten Kurbelwellen-Schmierkanäle (8) von der Nut (5) des ersten Lagers (2.1) auf der jeweils kürzesten Verbindung zu den zu schmierenden weiteren Lagern (2.2, 2.3; 4) ausgeführt sind.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Kurbelwellen-Schmierkanäle (8) von der Eintrittsöffnung an der Lagerstelle des ersten Lagers (2.1) im Abstand zur Kurbelwellen-Drehachse so festgelegt ist, dass der Schmiermittel-Druck im Kurbelwellen-Schmierkanal (8) die Fliehkraftwirkung bei Umdrehung der Kurbelwelle (1) deutlich übersteigt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Gehäuselager (2.2, 2.3) der Kurbelwelle (1) sowie alle Pleuellager (4) über die Nut (5) des ersten (Gehäuse-)Lagers 2.1 mit Schmiermittel versorgbar sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Gehäuse umlaufende Nut (5) (bzw. Teilnut) dazu genutzt wird über geeignete Übertritte (Bohrung, Langloch, o.ä.) die Ölversorgung der Kurbelwelle über Radiallager bzw. Nut oder Teilnut der Gleitlager sicher zu stellen.