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Kurbelwellenlagerbefestigung für Brennkraftmaschinen Bei stehenden
Brennkraftmaschinen kleiner und mittlerer Zylindergrößen ist es zum Zwecke einer
Gewichtsersparnis vielfach üblich, die Kurbelwellenlager unter Verzicht auf eine
Grundplatte unmittelbar in das Gestell einzubauen. Hierbei werden die unteren Lagerhälften
als Bügel ausgebildet, die im Gestell aufgehängt sind, während die oberen Hälften
in den zwischen den Arbeitszylindern angeordneten Querwänden des Gestells ruhen.
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Die senkrechte Aufhängung der Lagerbügel im Gestell erfolgt entweder
mit Hilfe in den Querwänden eingeschraubter Bolzen oder bis zur Oberkante des Zylinderblockes
hochgeführter Zuganker. Gasdrücke und nach unten gerichtete Massenkräfte, die durch
den Kurbeltrieb auf die Lagerbügel einwirken, werden von diesen an die Anker und
Befestigungsbolzen übergeleitet und lösen hier, verstärkt durch entsprechende Vorspannung,
Zugbeanspruchungen aus. Die Seitenkomponenten der Schubstangenkräfte hingegen, die
sich aus der drehenden Kurbel ständig wechselnder Schrägstellung der Schubstangen
ergeben, und die am Kurbelarm angreifenden Massenkräfte üben als Folge ihres periodisch
sich ändernden Richtungssinnes vornehmlich über die Lagerbügel abwechselnd auf Quer-und
Längswandungen des Gestells Druck und, da die Bügel gebräuchlicherweise durch Querbolzen
beiderseitig mit jenem verschraubt sind, auch Zug aus.
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Bedingt durch das Auftreten solcher Wechselkräfte innerhalb der Lager
ist man bei der Montage der Bügel gezwungen, die Befestigung zwischen den Gestellwänden
unter Einhaltung vollkommener Spannungsfreiheit auszuführen, d. h. die Bügel weder
unter Druck- noch Zugvorspannung zwischen die Gestellwandungen einzupassen, weil
andernfalls das Gestell zusätzliche Biegungsbeanspruchungen und Verformungen aufzunehmen
hat. Derartige Formveränderungen des Gestells sind aber besonders bei der Einlagerung
der Kurbelwelle schädlich, weil das Ausmaß der Verspannung teils als Folge von Bearbeitungstoleranzen,
teils als Folge von Materialstärkedifferenzen nach Größe und Richtung nicht einheitlich
ausfällt, mit anderen Worten, die Lagermittelachsen nicht mehr fluchten. Um die
Kurbelwelle zu einem gleichmäßigen und einwandfreien Tragen in allen Lagern zu bringen,
müssen deshalb die Lagertragflächen in verschieden großem Ausmaße ausgeschabt werden.
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Hierdurch leidet aber nicht nur die Austauschbarkeit der einzelnen
Lagerschalen, sondern es werden auch die meist nur sehr dünnen, aus hochwertigem
Spezialmaterial bestehenden Laufschichten des Schalenausgusses mehr oder weniger
geschwächt, so daß solche Lager nach kurzer Betriebszeit zu Störungen neigen. Um
die Gefahren einer Gestellverspannung und ihre Auswirkungen auf die Kurbelwellenlager
beim Einbau der Lagerbügel mit Sicherheit zu vermeiden, werden beim Erfindungsgegenstand
die Lagerbügel in Querrichtung zur Kurbelwellenlängsachse nur noch auf einer Gestellseite
befestigt, während auf der gegenüberliegenden Gestellhälfte die bei den bekannten
Konstruktionen gebräuchliche Querverbindung vom Bügel zur Wand fortgelassen ist.
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Bauliche Einzelheiten und Wirkungsweise der Erfindung werden an Hand
der Abb. 1 näher erläutert. Im Gestell a ist der Lagerbügel b durch
die beiden ihn durchdringenden Anker c1 und c2 unter Vorspannung gegen die waagerechten
Sitzflächen f1 und f2 gepreßt: Die seitliche Befestigung des Bügels b am Gestell
a erfolgt durch die beiden quer liegenden Schraubbolzen q1 und q2, die den Bügel
b mit seiner Stirnfläche gegen die Gestellfläche f3 ziehen. Die Stirnfläche f4 des
Bügels hingegen berührt die ihr gegenüberliegende Gestellwand nicht, sondern zwischen
leiden befindet sich das Einbauspiel s. Auf den Lagerbügel b aufgesetzt und dort
seitlich geführt ist der ebenfalls bügelförmig ausgebildete Lagerdeckel d, der durch
die Druckschraube u auf seinem Sitz festgehalten wird. Die Druckschraube u stützt
sich ihrerseits im Gestell a ab. In den Deckel d und Lagerhügel b eingepaßt sind
die beiden Lagerschalenhälften hl und h2. Sie besitzen eine dünnwandige Laufschicht
t, auf der die Kurbelwelle 7t, gleitet. Um nach einem Ausbau des Lagerbügels beim
Wiedereinbau dessen vorher innegehabte Lage im Gestell sicherzustellen, ist der
Paßstift p vorgesehen. Die erfindungsgemäße einseitige Querhalterung des Lager-Iriigels
b führt bei laufender Maschine zu folgendem Kräfteverlauf in der Wellenlagerung:
Diejenigen Kurbelwellendrücke, die im Lager nach unten gerichtet sind, werden vom
Lagerbügel b über
nommen, der durch die Vorspannung der Anker c1
und c2 mit beträchtlichem Haftdruck auf die Sitzflächen f1 und f2 gepreßt wird.
Die Vorspannung der Anker c1 und c2 ist dabei so groß gehalten, daß sie nicht nur
ein Abheben des Lagerbügels b vom Gestell a selbst bei den höchsten, in senkrechter
Richtung wirkenden Betriebsdrücken verhindert, sondern darüber hinaus eine Haftreibungskraft
zur Folge hat, die größer ist als die bei laufendem Motor das Kurbelwellenlager
angreifenden maximalen Querkomponenten der Schubstangenkräfte zuzüglich Massenkraft.
Demnach wird bereits durch eine ausreichende Vorspannung der Anker c1 und c2 ein
fester Sitz des Lagerbügels b auf den Flächen f1 und f2 auch bei zusätzlich waagerecht
auf ihn einwirkenden Kräften gewährleistet.
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Darüber hinaus ist eine Relativbewegung des Bügels b zum Gestell a
dadurch unmöglich, daß ebenfalls den Querbolzen q1 und q2 eine Vorspannung erteilt
wird, die größer ist als die den Lagerbügel b quer zur Kurbelwellenachse angreifende
maximale Zugkraftresultierende aus Massenkraft und Schubstangenkomponente. Hierdurch
wird nicht nur das Abziehen des Bügels b in waagerechter Richtung von der Sitzfläche
f3 verhindert, sondern dort obendrein ein Haft -reibungsdruck erzeugt, der sich
an der Übernahme vertikaler Schubstangenkräfte beteiligt und damit beim Abwärtsgang
des Arbeitskolbens zu einer gewissen Entlastung der Anker c1 und c2 führt.
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Triebwerkskräfte mit allgemeiner Richtung zum oberen Totpunkt fängt
der Lagerdeckel d auf, der sich hierzu mit Hilfe der Druckschraube u auf das Gestell
a stützt. Quer gerichtete Kraftkomponenten überträgt der Deckel d über seine seitlichen
Führungsflächen v1 und v2 an den Lagerbügeln b, der sie an das Gestell a weiterleitet.
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Der gesamte während des Betriebes in das Kurbel -wellenlager eindringende
Kräftefluß wird somit von dem Lagerbügel b beherrscht, ohne daß eine organische
Querverbindung auf der Befestigungsgegenseite zwischen Bügel b und Gestell a erforderlich
ist. Hieraus ergibt sich die konstruktive Möglichkeit, jeweils auf einer Seite des
Gestells a zwischen diesem und der verbindungsfreien Stirnfläche des Bügels b ein
Einbauspiels vorzusehen.
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Durch die erfindungsgemäß einseitige Querbefestigung des Lagerbügels
b im Gestell a einerseits und die Anordnung des Einbauspiels s auf der Befestigungsgegenseite
zwischen Bügel
b und Gestell
a andererseits wird zwangläufig bewirkt,
daß bei der Montage des Lagerbügels b eine Verspannung und Deformierung des Gestells
a und damit eine willkürliche Seitenverlagerung und Verformung der Kurbelwellenlager
technisch unmöglich ist. Hierbei wird erreicht, des bei der Einlagerung der Kurbelwelle
Einschab@ arbeiten, falls überhaupt erforderlich, nur noch in bedeutendem Ausmaße
und nur so weit anfallen, als die konstruktiv für die mechanische Fertigung vorgesehenen
Toleranzen es bedingen. Dabei ist ferti-
spiele s abwechselnd auf der einen und der anderen Seite des Gestells befinden,
ohne daß hierzu eine bestimmte Aufeinanderfolge eingehalten werden muß. Abb. 2 zeigt
eine solche Gruppierung schematisch für eine Vier-Zylindermaschine, wobei die Seitenlage
der Bügelbefestigungen und -spiele von Zylinder zu Zylinder wechseln.