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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 beauf schlagbare 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 zeigt:
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1 eine schematische Darstellung
eines Zweitakt-Großdiesel-Kreuzkopfmotors,
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2 ein Beispiel mit stationär angeordneten
Sprühdüsen,
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3 ein Beispiel mit bewegbaren
Sprühdüsen und
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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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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.