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Aus Kurbelwangen und Zapfen zusammengepreßte Kurbelwelle für Zweitaktbrennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft die Lagerung einer Kurbelwelle vorzugsweise für eine mehrzylindrige
Zweitaktbrennkraftrnaschine.
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Es ist bekannt, Kurbelkammern, die als Ladepumpe arbeiten, einseitig
mit Spreizringen abzudichten. Es werden auch elastische Gummiringe mit Federeinlage
zur Abdichtung verwendet. Nach dem Stand der Technik wird angestrebt, die Rollenlagerlaufbahnen
möglichst intensiv durch das Pulsieren des Luftölbrennstoffgemisches im Kurbelgehäuse
zu schmieren und zu kühlen. Beispielsweise wird dabei das Rollenlager mit Brennstoffölgemisch
von der Kurbelkammer des einen Zylinders beaufschlagt, der Spreizring von dem der
Kurbelkammer des anderen Zylinders Die Rollen werden in Borden des Lagers geführt.
Die Gleichmäßigkeit des Lagerspiels und die Schlagfreiheit der Kurbelwellenlager
in sich und gegeneinander spielen eine erhebliche Rolle. Mit handelsüblichen Wälzlagern
sind der Fertigungsgenauigkeit von Kurbelwellenlagern und damit der Lebensdauer
und Laufruhe gerade in dieser Hinsicht Grenzen gesetzt.
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Bei derartigen Motoren stellen sich meist abhängig von den klimatischen
und chemischen Bedingungen. im Kurbelgehäuse und von der Lagerverbauung sogenannte
Rattermarken in den Rollenlaufbahnen ein. Die Bildung von Rattermarken wird zum
Teil in Abhängigkeit von den klimatischen Betriebsverhältnissen der Brennkraftmaschinen
durch Oxydationserscheinungen an den Rollenlaufbahnen hervorgerufen. Eine Erklärung
ist darin zu sehen, daß bei der Überwälzung von Laufbahnen durch Rollen eine Oxydhautbildung
eintritt. Wenn die Rollen am einwandfreien Durchdrehen behindert werden, wischen
sie an gewissen Stellen die Oxydhaut weg, so daß an den als Rattermarken bezeichneten
Stellen Streifen auftreten. Diese Streifen, die eine Unebenheit der Laufbahn kennzeichnen,
führen beim Überwälzen durch die Rollen zu störenden Geräuschen und zwingen gegebenenfalls
zum Ausbau der Kurbelwellen.
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Bekannt ist weiterhin eine Lagerung eines Zweitaktmotors mit Kurbelgehäusepumpe
in Gleitlagern. Diesen Gleitlagern wird das Öl durch einen Ring, der im Ölbad läuft,
in bekannter Weise zugeführt. Damit das Öl aus dem Lager nicht in das Kurbelgehäuse
eintritt, ist eine elastische Ringdichtung auf einer Schulter angebracht. Es ist
auch bekannt, die Kurbelwellenzapfen für Zweitaktmotoren sowohl gegen die Außenluft
als auch gegen die Kurbelgehäusepumpe durch elastische Dichtungen abzudichten und
dem so abgedichteten Lager in einer Leitung von den Rädern des Schaltgetriebes abgeschleudertes
Öl zuzuführen.
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Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Abdichten der Spalte eines Kurbelwellenlagers
bei Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Kurbelkammerpumpe bekannt. Das Wälzlager ist
beiderseits durch Metallringe abgedichtet. Die Wellenzapfen sind aber von so großem
Durchmesser, daß sich eine derartige Welle nicht aus Kurbelscheiben und Kurbelwellenzapfen
zusammenpressen läßt. Zudem ist der Außendurchmesser der Metallringe so groß, daß
zwischen dem Umfang der Kurbelscheiben und dem korrespondierenden: Innenumfang der
Kurbelkammerpumpe der schädliche Raum um einen. Ring vergrößert ist, dessen Breite
ungefähr dem halben Durchmesser der Kurbelwellenzapfen entspricht. Dadurch wird
der Verdichtungsgrad der Kurbelkammerpumpe herabgesetzt, und die geförderte Menge
Gemisch reicht nicht mehr zum Betrieb heute üblicher Motoren aus. Außerdem müssen
die Metallringe beim Einbau der Welle in das Kurbelgehäuse um den den äußeren Wälzlagerring
tragenden Teil des Kurbelgehäuses herumgeführt werden.
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Dazu ist eine Aufspreizung notwendig. Die Metallringe können dabei
leicht verbogen werden und sind dann nicht mehr in der Lage, einwandfrei abzudichten.
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Bei einem Mehrzylindermotor, der wie z. B. ein Dreizylindermotor zwei
Mittellager besitzt, macht es erhebliche Schwierigkeiten, eine solche Lagerdichtung
überhaupt in einer Serienfertigung einzubauen.
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Es ist weiterhin bekannt, um das Kurbelgehäuse von Zweitaktmotoren
ungeteilt ausführen zu können, die Kurbelwelle in Wälzlagern aufzunehmen, die an
ihren äußeren Laufringen zwei Umfangsnuten für kolbenringartige Dichtungsringe enthalten.
Diese Dichtungsringe sind also zwischen zwei feststehenden Teilen angebracht, nämlich
zwischen dem äußeren
Laufring und der Lagerbohrung des Verbindungsflansches
und nicht in der Lage, die Rollen gegen Abgasbestandteile abzudichten. Zu diesem
Zweck sind Ringscheiben angeordnet. Jede der beiden Rollenreihen steht mit dem Kurbelgehäuse
in Verbindung, und nur die beiden Kurbelgehäuse sind durch einen Dichtungsring gegeneinander
abgedichtet. Die Rollenreihen sind der Einwirkung von schädlichen Abgasbestandteilen
ausgesetzt.
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Schließlich ist eine Kurbelwellendichtung für Zweitaktmotoren mit
Kurbelkammerpumpe bekannt, bei denen auf dem Wälzlagerinnenring angebrachte Ringe
mit ihrem Umfang dichtend mit den Schultern des Außenringes zusammenwirken und mit
ihren Flanken die Rollen selbst führen. Auch hier liegt aber die Aufgabe nur darin,
den Druck zwischen dem Inneren eines Kurbelgehäuses und der Außenluft bzw. den Druckunterschied
zwischen zwei Kurbelgehäusepumpen abzudichten. Der Abdichtung der Lager gegen die
Einwirkung von Abgasresten in der Kurbelgehäusefüllung ist dabei keine Bedeutung
zugemessen. Im Gegenteil sollen die Rollenendflächen mit zur Dichtung des zwischen
Schultern des Außenringes und den Dichtungsringen vorhandenen- Spaltes herangezogen
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung zu schaffen,
die nicht nur die Kurbelgehäuse gegeneinander abdichtet, sondern die Rollen vor
den Abgasresten in den Kurbelgehäusen schützt.
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Das wird mit der Erfindung in besonders. einfacher Weise dadurch gelöst,
daß. bei einer aus Kurbelwangen und Zapfen zusammengepreßten Kurbelwelle für Zweitaktbrennkraftmaschinen
mit Brenstoffölgemischschmierung und beiderseits durch Metallringe abgedichteten,
einreihigen, in- axialer Richtung abzustützenden Kurbelwellenwälzlagern zwischen
den Hubscheiben und den Flanken der verstärkten Rollen-Laufbahn gehalten, umlaufende
Ringträger mittels äußerer Umfangsnut die an der zylindrischen Innenfläche des nicht
umlaufenden Außenringes anliegenden, an sich bekannten Spreizringe und zwischen
ihren einander zugekehrten Flanken die Käfige des zugehörigen Kurbelwellenwälzlagers
führen.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß auch die klimatischen Verhältnisse
in Verbindung mit den Abgasbestandteilen in der Kurbelkammer des Motors nicht wesentlich
zur Bildung einer Oxydhaut beitragen können.. Die geringe, durch die Metallringdichtung
dringende Menge Öl genügt für den einwandfreien Lauf des Lagers. Die durch die Erfindung
ausgeschaltete klimatische Einwirkung bestand zum größten Teil darin, daß Peroxyde,
Aldehyde und Restgase im Kurbelgehäuse gebildet wurden. und diese zum Teil gasförmig
in verstärktem Maße an die Rollenlaufbahn gelangten.
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Die praktische Ausführung läßt nur Dichtungen zu, welche gerade die
für die Schmierung notwendige äußerst geringe Ölmenge durchläßt, jedoch die für
die Oxydhautbildung notwendigen gasförmigen Produkte in der für einen Schaden erforderlichen
Mengen von den Laufbahnen abhält. Es ist damit auch verhindert, daß harzbildende
Stoffe eindringen können, welche im Verein mit der Bordführung an sich und dem bei
Lagern mit Bordführung größeren Lagerspiel ein Schleifen der Rollen und damit das
Wegwischen der Oxydhaut ermöglichen. Eine Verstärkung der Oxydhautbildung führte
aber in Kombination mit einer Bremsung der Rollen durch die Bordführung bei gewissen
Verbrennungszuständen im Zylinder der Brennkraftmaschine zu einer Riffelbildung
im Lager. Die weitere vorteilhafte Ausbildung der Kurbelwelle geht aus der Beschreibung
und Abbildung hervor.
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Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dreizylinder-Kurbelwelle
mit drei Rollenlagern und einem Rillenkugellager zur Aufnahme des Kupplungsdruckes
bzw. überhaupt von Kräften in axialer Richtung.
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Die Kurbelwelle besteht aus. Kurbelzapfen 1, 2, 3 und 4. Diese sind
untereinander durch die Hubscheiben 5, 6, 7, 8, 9 und 10 und durch Pleuelzapfen
11 mit Preßsitz verbunden. Die Kurbelzapfen, beispielsweise der Kurbelzapfen 3,
ist in der Mitte verstärkt. Auf dieser Verstärkung laufen die im Käfig 12 geführten
Rollen 13 in dem Außenring 14. Die Rollenlaufbahn am Kurbelzapfen 3 ist bundartig
abgesetzt, so daß die Ringträger 15 und 16 zwischen der Hubscheibe 9 und der verstärkten
Rollenlaufbahn 17 gehalten werden können. In den Ringträger 16 und 15 sind Spreizringe
18, 19 mit überlapptem Stoß geführt, welche sich durch ihre Eigenspannung an den
Lageraußenring 14 anlegen. Entsprechend sind die Lager, die zu den Außenringen 20
und 21 gehören, ausgebildet.
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Beide Spreizringe 18, 19 liegen durch ihre Eigenspannung am Außenring
14 fest an, so daß an dieser Fläche nur Öl entlangkriechen, nicht aber Gase mit
schädlichen, eine Oxydhaut an den Rollenlaufbahnen bildenden Bestandteilen pulsieren
können.. Durch die Verwendung von Spreizringen 18, 19 mit überlapptem Stoß und dem
in den Spalten gespeicherten Öl ist auch ein Durchblasen von Gasen am Stoß der Spreizringe
18, 19 so gut wie ausgeschlossen. Die Spreizringe 18, 19 sind in den Ringträgern
15, 16 in entsprechenden Nuten mit so geringer Toleranz geführt, daß dadurch eine
Art Labyrinthdichtung entsteht und eine dünne Ölschicht, die in diesem Labyrinth
in kurzen Abständen pulsierend beschleunigt werden müßte, ebenfalls eine Abdichtung
gegen schädliche Gase herstellt. Wenn der Käfig 12, der zur Führung der Rollen 13
dient, aus Stahl gefertigt ist, können die Ringträger 15, 16 mit ihren den Rollen
13 zugekehrten Flächen zugleich die Führung des Käfigs und damit der Rollen übernehmen.
Wird als Material für die Käfige 12 Bronze oder Messing gewählt, so empfiehlt es
sich, zur Aufrechterhaltung guter Gleit- und Notlaufeigenschaften zwischen den Käfigen
12 und den Ringträgern 15 und 16 die seitlichen Flächen der Käfige 12 zu verchromen.
Weder die Rollenlaufbahn 17 des Kurbelzapfens 3 noch die Rollenlaufbahn am Außenring
14 wird durch Einstiche gebildet. Die Rollenlaufbahn besteht aus glatten, einfach
zugänglichen und daher sehr genau zu bearbeitenden zylindrischen Flächen. Das Spiel
läßt sich damit durch Auswahl entsprechend vorsortierter Rollen 13 so klein halten,
daß die Rollen nicht wischen können, sondern zwangsweise abrollen müssen. Es ist
damit eine wesentliche Ursache behoben,. die eine vorzeitige Lagerzerstörung aus
mechanischen Gründen unterstützt. Die in früheren Kurbelwellenausführungen durch
chemische Einwirkung verursachte Oxydhautbildung, die den Hauptanteil an der Riffelbildung
der Kurbelwellenlager hatte, ist durch die Anordnung von Dichtelementen beiderseits
der Rollenlaufbahn vermieden.
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Um nun auch weitere zusätzliche mechanische Beanspruchungen der Lager
zu vermeiden, die durch die Verspannung der Lageraußenringe im geteilten Kurbelgehäuse
entstehen, ist es vorteilhaft, die Außenringe 14 mehrfach so dicht auszubilden als-
handelsübliche Wälzlageraußenringe. Der Nachteil, daß ein derart steifer Ring nicht
die Verformungen bei Biegeschwingungen der Kurbelwelle mitmacht, läßt sich
durch
an sich bekannte Aussparungen oder Profilverengungen der Lageraußenringe ausgleichen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, zur Geräuschverminderung und damit auch die Außenringe
14 den Biegeschwingungen der Kurbelwelle folgen zu können, zwischen die Außenringe
14 und das Kurbelgehäuse elastisch und geräuschdämpfende, nicht metallische Ringe
anzubringen.
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Da auch axiale Kräfte, beispielsweise der Kupplungsdruck auf die Kurbelwellenlager
wirken, muß ein dazu geeignetes Lager angebracht sein. Dieses die Kurbelwelle in
axialer Richtung abstützende Lager ist in Verbindung mit einem geringen Lagerspiel
der nächsten beiden Lager wesentlich an ihrem Laufverhalten beteiligt. Um für dieses
Lager handelsübliche Ausführungen verwenden zu können, kann statt einer beiderseitigen
Abdichtung durch Spreizringe mit überlapptem Stoß auch eine Abdichtung verwendet
werden, die das Kugellager gegen das Kurbelgehäuse mit einer Ringmembran und gegen
das Schwungradgehäuse mit einer doppelten Spreizringabdichtung abdichtet. Die Ringmembran
23 ist nur aus Gründen der Darstellung mit so großem Abstand von dem Außenring des
Kugellagers 22 dargestellt. In Wirklichkeit liegt sie auch an dem Außenring so dicht
an, daß ein Bestreichen der Kugellagerlaufflächen mit Gasen und eine davon abhängige
Oxydhautbildung an den Laufflächen ausgeschlossen ist.