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Die Erfindung betrifft einen Kreuzkopfmotor, insbesondere einen
Zweitakt-Großdiesel-Kreuzkopfmotor, mit wenigstens einem in einem
zugeordneten Zylinder angeordneten Kolben, der über eine Kolbenstange
mit einem Kreuzkopf verbunden ist, der über eine Pleuelstange mit einer
Kurbelwelle zusammenwirkt und der mit seitlichen Gleitschuhen versehen
ist, denen parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens verlaufende
Gleitschienen zugeordnet sind, und mit einer Schmiereinrichtung zur
Versorgung des Spalts zwischen den einander zugewandten Gleitflächen
der Gleitschuhe und der Gleitschienen mit Schmieröl.
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Bei den bekannten Anordnungen oben erwähnter Art sind die Gleitschuhe
und/oder die Gleitschienen mit im Bereich ihrer Gleitflächen
vorgesehenen Schmiernuten versehen, die über Bohrungen mit Schmieröl
versorgt werden. Dieses in die Gleitflächen integrierte Schmiersystem
führt zu einem vergleichsweise niedrigen Druck innerhalb des vom
Schmieröl im Spalt zwischen den einander zugewandten Gleitflächen
gebildeten Schmierfilms, so dass zur Erzielung einer zur Aufnahme der
gegenseitigen Anpresskräfte ausreichenden Stützkraft eine vergleichsweise
große Fläche benötigt wird. In diesem Zusammenhang ist nämlich davon
auszugehen, dass der Druck innerhalb eines Schmierfilms ausgehend von
seinem Rand nach innen ansteigt und dass der Druck um so größer wird,
je weiter die Ränder voneinander entfernt sind. Die bei den bekannten
Anordnungen vorgesehenen Schmiernuten führen jedoch zu einer
Unterbrechung der gegenseitigen Anlageflächen von Gleitschuh und
zugeordneter Gleitschiene und unterteilen diese Anlagefläche in mehrere,
kleinere Teilflächen, über denen jeweils ein Druckaufbau stattfindet. Über
den Schmiernuten findet kein Druckaufbau statt, so dass hiervon
ausgehend über den kleinen Teilflächen der gegenseitigen Anlageflächen
nur ein vergleichsweise geringes Druckniveau erreicht wird. Zur Erzielung
einer zur Aufnahme der gegenseitigen Anpresskräfte eines Gleitschuhs
und der diesem jeweils zugeordneten Gleitschiene muss daher die
gegenseitige Gesamtanlagefläche vergleichsweise groß sein. Da in der
Breite kaum Möglichkeiten bestehen, führt dies zwangsläufig zu einer
vergleichsweise großen Höhe der Gleitschuhe und damit insgesamt zu
einer vergleichsweise großen Bauhöhe des Motors, was insbesondere bei
Schiffsmotoren, die in beengten Maschinenräumen aufgestellt werden
müssen, unerwünscht ist. Außerdem ergibt sich hierdurch auch ein
vergleichsweise großer Gleitwiderstand. Dieser steigt nämlich bei
vorgegebener Dicke des Ölfilms mit der Größe der gegenseitigen
Kontaktfläche an. Dies führt zu einer Verschlechterung des
Gesamtwirkungsgrads des Motors. Andererseits würde hier eine
Verkleinerung der gegenseitigen Kontaktfläche zwischen den Gleitschuhen
und den diesen zugeordneten Gleitschienen zu einer Abnahme der Dicke
des Ölfilms und damit ebenfalls zu einer Erhöhung des Gleitwiderstands
und zu einem rasanten Verschleiß führen.
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Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Kreuzkopfmotor eingangs erwähnter Art mit einfachen und
kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass eine kompakte Bauweise und
dennoch ein vergleichsweise geringer Gleitwiderstand erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gleitflächen
der Gleitschuhe und der Gleitschienen als ununterbrochene Flächen
ausgebildet sind und dass die Schmiereinrichtung mit Schmieröl
beaufschlagbare Sprühdüsen aufweist, durch die auf die Gleitflächen der
Gleitschienen gerichtete Sprühstrahlen erzeugbar sind.
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Mit diesen Maßnahmen werden die oben geschilderten Nachteile der
bekannten Anordnungen vollständig vermieden. Da die Gleitflächen nicht
durch Schmiernuten unterbrochen sind, ergeben sich vergleichsweise
große, ununterbrochene gegenseitige Kontaktflächen zwischen den
Gleitschuhen und den diesen zugeordneten Führungsschienen, wobei sich
ein vergleichsweise großer Druck innerhalb des im Spalt zwischen den
genannten Flächen sich ausbildenden Ölfilms aufbauen kann. Gleichzeitig
gewährleisten die Sprühdüsen eine zuverlässige Ölversorgung des Spalts
zwischen den Gleitschuhen und den zugeordneten Gleitschienen. Da der
Kreuzkopf beim Abwärtshub und beim Aufwärtshub jeweils nur mit den
Gleitschuhen einer Seite an den diesen zugeordneten Führungsschienen
anliegt, ergibt sich eine Entlastung auf der jeweils anderen Seite, was ein
zuverlässiges Eindringen des von den Sprühdüsen auf die Gleitflächen der
Gleitschienen aufgesprühten Schmieröls in den Spalt zwischen den
dortigen Gleitschuhen und den diesen zugeordneten Gleitschienen
begünstigt. Hierfür steht in vorteilhafter Weise jeweils der ganze
Anwärtshub bzw. Aufwärtshub damit vergleichsweise viel Zeit zur
Verfügung, so dass eine hohe Zuverlässigkeit der Versorgung der
Schmierspalte mit Schmieröl gewährleistet ist. Gleichzeitig wirkt sich
dies auch vorteilhaft auf die durch das Schmieröl bewirkte Kühlung aus.
Da infolge der erfindungsgemäßen Maßnahmen über den
ununterbrochenen, gegenseitigen Kontaktflächen ein vergleichsweise
hoher Druck des Schmierfilms erreichbar ist, kann die Größe der
gegenseitigen Anlageflächen vergleichsweise klein sein. Dies ermöglicht in
vorteilhafter Weise eine vergleichsweise niedrige Bauhöhe des Kreuzkopfes
und damit des gesamten Motors. Infolge der vergleichsweise geringen
Größe der gegenseitigen Kontaktflächen ergibt sich in vorteilhafter Weise
auch ein vergleichsweise geringer Gleitwiderstand. Die
erfindungsgemäßen Maßnahmen ergeben dementsprechend insgesamt
einen vergleichsweise leichten Lauf und schonenden Betrieb und damit
eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads und der Wirtschaftlichkeit.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der
übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So
können die Sprühdüsen zweckmäßig permanent mit Schmieröl versorgt
werden und ununterbrochene Sprühstrahlen erzeugen. Dies führt nicht
nur zu einer zuverlässigen Ölversorgung der Gleitflächen, sondern
gleichzeitig auch zu einer besonders wirksamen und zuverlässigen
Kühlung der Gleitflächen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen
kann zumindest ein Teil der Sprühdüsen stationär an Teilen des
Motorgestells angebracht sein. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine
einfache Ausbildung der den Spühdüsen zugeordneten
Versorgungsleitungen.
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Zweckmäßig kann zumindest ein Teil der Sprühdüsen auf einer in
Motorquerrichtung sich erstreckenden, einander gegenüberliegende
Gleitschienen überbrückenden Zwischenwand des Motorgestells
aufgenommen sein. Hierbei können in vorteilhafter Weise mehrere, über
der Höhe der Gleitschienen verteilte und durch eine gemeinsame Leitung
mit Schmieröl versorgbare Sprühdüsen vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann
zumindest ein Teil der Sprühdüsen auf dem Kreuzkopf angeordnet sein.
Dies führt zu einer spaltnahen Anordnung der Sprühdüsen, die mit dem
Kreuzkopf auf und abbewegt werden. Man kommt daher mit
vergleichsweise wenig Sprühdüsen aus und kann dennoch die
Gleitschienen auf ihrer ganzen Höhe mit Schmieröl beaufschlagen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der
übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen
angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der
Zeichnung näher entnehmbar.
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In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zweitakt-Großdiesel-
Kreuzkopfmotors,
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Fig. 2 ein Beispiel mit stationär angeordneten Sprühdüsen,
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Fig. 3 ein Beispiel mit bewegbaren Sprühdüsen und
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Fig. 4 ein Druckdiagramm für den innerhalb eines Schmierfilms
zwischen zwei Gleitflächen sich ausbildenden Öldruck.
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Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Zweitakt-Großdiesel-
Kreuzkopfmotoren. Motoren dieser Art finden vielfach als Schiffsantriebe
Verwendung. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise
derartiger Motoren sind an sich bekannt.
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Der der Fig. 1 zugrundeliegende Zweitakt-Großdiesel-Kreuzkopfmotor
enthält mehrere, in Reihe hintereinander angeordnete Zylinder 1, die
jeweils eine mit Lufteintrittsschlitzen versehene Laufbüchse 2 enthalten,
in der ein zugeordneter Kolben 3 angeordnet ist. Dieser ist über eine
koaxiale Kolbenstange 4 mit einem Kreuzkopf 5 verbunden, der
gleichförmig mit dem Kolben 3 auf und abbewegt wird und über eine
Pleuelstange 6 mit einer Kurbelwelle 7 verbunden ist. Die Kurbelwelle 7
befindet sich im Unterteil 8 des Motorgestells. Auf dem Unterteil 8 ist ein
den Kreuzkopf 5 enthaltender Mittelbau 9 aufgenommen, auf den die
Zylinder 1 aufgesetzt sind. Die Kolbenstange 4 ist durch die nach oben
weisende Wand des Mittelbaus 9 durchgeführt, die hierzu mit einer
Durchführbüchse 10 versehen ist.
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Der Kreuzkopf 5 besitzt zwei Paare von in Motorquerrichtung einander
gegenüberliegenden Gleitschuhen 11, die an einer jeweils zugeordneten
Gleitschiene 12 anliegen und durch diese geführt sind. Die Gleitschuhe 11
und die Gleitschienen 12 sind mit einander zugewandten Gleitflächen 13,
14 versehen. Der Mittelbau 9 des Motorgestells ist mit unterhalb der
Zylinder 1 vorgesehenen, durch Querwände 15 bzw. die hierzu parallelen
Stirnwände begrenzten, jeweils einem Kreuzkopf 5 zugeordneten
Kammern versehen. Die Gleitschienen 12 sind an der jeweils
benachbarten Querwand 15 bzw. einer Stirnwand angebracht und durch
seitliche Versteifungen 16 hieran abgestützt, wie am besten aus den
Fig. 2 und 3 entnehmbar ist.
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Die Gleitflächen 13 der Gleitschuhe 11 und die Gleitflächen 14 der
Gleitschienen 12 sind als glatte, ununterteilte Flächen ausgebildet und
werden zur Erzielung guter Laufeigenschaften mit Schmieröl beaufschlagt.
Hierzu ist eine Schmiereinrichtung vorgesehen, die mit Schmieröl
beaufschlagbare Sprühdüsen 17 enthält, durch die auf die Gleitflächen 14
der Gleitschienen 12 gerichtete Sprühstrahlen 18 erzeugt werden. In Fig.
1 sind im Bereich der oberen Enden der Gleitschienen 12 angeordnete,
diese mit Schmieröl beaufschlagende Sprühdüsen 17 vorgesehen. Diese
sind an der nach oben weisenden Wand des Mittelbaus 9 des
Motorgestells angebracht.
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Zusätzlich oder alternativ hierzu können jeder Gleitschiene 12 mehrere,
über ihre Höhe verteilte Sprühdüsen 17 zugeordnet sein. Eine derartige
Ausführung ist aus Fig. 2 ersichtlich. Die hier vorgesehenen
Sprühdüsen 17 sind an der die zugeordneten Gleitschienen 12
aufnehmenden Querwand 15 angebracht. Die stationär angeordneten
Sprühdüsen der in den Fig. 1 und 2 angedeuteten Art können durch
eine von einer nicht näher dargestellten, einem benachbarten
Kurbelwellen-Hauptlager zugeordneten Schmierleitung abzweigende
Versorgungsleitung 19 mit Schmieröl versorgt werden, wie Fig. 2
anschaulich zeigt. Dabei ist allen auf einer Querwand 15 aufgenommen
Sprühdüsen 17 eine gemeinsame Versorgungsleitung 19 zugeordnet, von
der zu den einzelnen Sprühdüsen 17 führende Äste 20 abzweigen.
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Zusätzlich oder alternativ zu stationär angeordneten Sprühdüsen 17
können auch, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, auf dem Kreuzkopf 5
aufgenommene und mit diesem entlang der jeweils zugeordneten
Gleitschiene 12 auf und abbewegbare Sprühdüsen 17 vorgesehen sein.
Dabei kann jeder Gleitschuh 11 mit wenigstens einer oberen und
wenigstens einer unteren Sprühdüse 17 versehen sein. Die auf dem
Kreuzkopf 5 aufgenommenen Sprühdüsen 17 können ebenfalls durch eine
gemeinsame, hier nicht näher dargestellte Versorgungsleitung mit
Schmieröl versorgt werden. Diese kann von einer der den mit der
Kolbenstange 4 verbundenen Kreuzkopfzapfen aufnehmenden
Lagereinrichtung des Kreuzkopfes 5 zugeordneten Schmierleitung
abzweigten.
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Die Sprühdüsen 17 können intermittierend oder durchgehend mit
Schmieröl versorgt werden. Bei einer durchgehenden Versorgung der
Sprühdüsen 17 mit Schmieröl ergeben sich unterunterbrochene
Sprühstrahlen 18. Das permanent auf die Gleitflächen 14 der
Gleitschienen 12 aufgesprühte und über die Gleitschienen 12 ablaufende
Schmieröl führt dabei neben der zuverlässigen Schmierung auch zu einer
zuverlässigen Wärmeabfuhr.
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Der Kreuzkopf 5 liegt beim Abwärtshub und beim Aufwärtshub jeweils
nur mit den linken oder rechten Gleitschuhen 11 an den diesen
zugeordneten Gleitschienen 12 an. Im Bereich der jeweils
gegenüberliegenden Seite ergibt sich ein vergleichsweise weit geöffneter Spalt
zwischen den Gleitflächen 13 der Gleitschuhe 11 und Gleitflächen 14 der
Gleitschienen 12, in den das Schmieröl während des gesamten
Abwärtshubs bzw. Aufwärtshubs des Kreuzkopfes 5 eindringen kann. Es
steht daher genügend Zeit zur Verfügung, um den genannten Spalt
zuverlässig mit Schmieröl zu versorgen. Das im Spalt zwischen den
Gleitflächen 13, 14 vorhandene Schmieröl bildet bei Belastung einen
tragenden Schmierfilm, durch den die einander zugewandten Gleitflächen
13, 14 entgegen den auf sie wirkenden Anpresskräften auf Abstand
gehalten werden.
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Die Tragfähigkeit eines derartigen Schmierfilms, das heißt die vom
Schmierfilm erzeugte Stützkraft und damit auch die Dicke des
Schmierfilms, hängen vom Druck des Schmieröls innerhalb des
Schmierfilms und der Größe der gegenseitigen Anlagefläche, hier der
Größe der Gleitfläche 13 eines Gleitschuhs 11, ab. Je höher der Druck
innerhalb des Schmierfilms ist, desto kleiner kann die gegenseitige
Anlagefläche sein und umgekehrt, um eine gewünschte Dicke des
Schmierfilms und damit gewünschte Laufeigenschaften zu gewährleisten.
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Der Druck innerhalb eines Schmierfilms steigt vom Rand der
gegenseitigen Kontaktfläche ausgehend nach innen an. Je größer der
zusammenhängende Bereich der gegenseitigen Kontaktfläche ist, das heißt je
weiter die Ränder auseinanderliegen, desto höher ist der Druckanstieg.
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In Fig. 4 sind drei Druckverläufe für unterschiedliche Fälle angegeben.
Die gegenseitige Kontaktfläche zwischen Gleitschuh 11 und zugehöriger
Gleitschiene 12 entspricht der Gleitfläche 13 des Gleitschuhs 11. Die
Größe der Gleitfläche 13 des Gleitschuhs 11 ändert sich bei
angenommener, gleicher Breite nur mit der Höhe des Gleitschuhs 11. In
Fig. 4 ist daher auf der Abszisse die Höhe des Gleitschuhs 11
aufgetragen. Der Druck p ist auf der Ordinate aufgetragen.
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Bei erfindungsgemäß ausgebildeten, das heißt nicht mit Schmiernuten
versehenen, ununterteilten Gleitflächen 13, 14 ergibt sich die mit einer
durchgezogenen Linie gezeichnete Druckkurve 21 über der Höhe h des
Gleitschuhs 11. Die hier erzielbare Stützkraft korreliert mit der von der
Druckkurve 21 begrenzten Fläche. Sofern Schmiernuten der in Fig. 4 bei
24 angedeuteten Art vorgesehen sind, ergibt sich ein Druckverlauf gemäß
Kurve 22. Es ist erkennbar, dass der Druck über den durch die
Schmiernuten 24 gebildeten Höhenabschnitten von deren Enden
ausgehend nach innen ansteigt, wobei die Höhe des Drucks der einteiligen
Druckkurve 21 allerdings nicht erreicht wird. Um hierzu einer gleichen
Stützkraft wie im Falle der einteiligen Kurve 21 und damit zu einer
gleichen Dicke des Ölfilms zu kommen, ist in Folge des bei der Kurve 22
vorhandenen, geringeren Druckniveaus eine größere Höhe H erforderlich.
Die Differenz d zwischen der der Kurve 22 zugeordneten Höhe H und der
der Kurve 21 zugeordneten Höhe h entspricht praktisch der mit den
erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielbaren Einsparung an Bauhöhe. Die
weitere Kurve 23 entspricht einem Druckverlauf über der größeren Höhe
H bei Verwendung erfindungsgemäßer, ununterteilter Gleitflächen. Die
hierbei erzielbare Stützkraft liegt wesentlich über der mit einem
Druckverlauf gemäß Kurve 22 über derselben Höhe H erzielbaren
Stützkraft, was die Reduzierung der Gleitschuhhöhe auf den Wert h
ermöglicht.