DE1196426B - Anordnung zum Schmieren eines durch periodische Druckspitzen belasteten Gleitlagers im Kolben bzw. Kreuzkopf eines Zweitakt-dieselmotors - Google Patents

Anordnung zum Schmieren eines durch periodische Druckspitzen belasteten Gleitlagers im Kolben bzw. Kreuzkopf eines Zweitakt-dieselmotors

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DE1196426B
DE1196426B DES77060A DES0077060A DE1196426B DE 1196426 B DE1196426 B DE 1196426B DE S77060 A DES77060 A DE S77060A DE S0077060 A DES0077060 A DE S0077060A DE 1196426 B DE1196426 B DE 1196426B
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DES77060A
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Anton Steiger
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Sulzer AG
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Sulzer AG
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01MLUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00Pressure lubrication
    • F01M1/06Lubricating systems characterised by the provision therein of crankshafts or connecting rods with lubricant passageways, e.g. bores
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10Connection to driving members
    • F16J1/12Connection to driving members with piston-rods, e.g. rigid connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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    • F02F2007/0097Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines

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Description

  • Anordnung zum Schmieren eines durch periodische Druckspitzen belasteten Gleitlagers im Kolben bzw. Kreuzkopf eines Zweitakt dieselmotors Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schmieren eines durch periodische Druckspitzen belasteten Gleitlagers im Kolben bzw. Kreuzkopf eines Zweitaktdieselmotors mittels einer in eine Schmierleitung fördernden Schmierpumpe, unter Verwendung eines Rückschlagventils und einer Dichtung.
  • Bei Kolben- und Kreuzkopflagern von Kolbenmaschinen bestehen allgemein Schwierigkeiten bezüglich der Schmierung, da sie periodisch hohe Drücke aufnehmen müssen und nur geringe Bewegungen ausführen, so daß sich ein dynamischer Schmierfilm nicht ausbilden kann. Bei Zweitaktmotoren kommt der Umstand hinzu, daß diese Lager dauernd unter gleichgerichteter Belastung stehen. Es tritt bei diesen Motoren nicht die bei Viertaktmotoren während des Saughubes eintretende Belastungsumkehrung auf, welche das Eindringen von Schmieröl zwischen die Lagerflächen begünstigt. Die Schwierigkeiten sind derart, daß z. B. bei aufgeladenen Tauchkolbenmotoren die Belastung des Kolbenlagers einer sonst vorteilhaften Erhöhung des Lade-und damit des Zünddruckes Grenzen setzt.
  • Es sind andererseits sogenannte hydrostatische Lager bekannt, bei welchen dem Lager Schmiermittel unter einem derart hohen Druck zugeführt wird, daß dieser ein Aufliegen der Lagerfläche auch bei größter vorgesehener Belastung verhindert. Diese Lager weisen eine minimale Reibung und praktisch keine Abnützung auf. Es ist jedoch nicht möglich, z. B. dem Kolbenlager oder den Kreuzkopflagern eines Dieselmotors auf dem üblichen Wege, d. h. durch die Kurbelwelle und die Pleuelstange Öl mit dem für einen solchen Zweck erforderlichen hohen Druck zuzuführen. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, das Kreuzkopf- oder das Kolbenbolzenlager mit einer zusätzlichen, lokal angeordneten Schmierpumpe zu versehen, welche das Schmieröl dem normalen Schmiersystem, mit für die übrigen Lager ausreichenden Schmierdruck entnimmt, und dieses auf den gewünschten höheren Druck bringt. Derartige Anordnungen machen jedoch den Motor kompliziert und in erhöhtem Maße störungsanfällig.
  • Es ist auch ein hydrostatisches Lager in der Form eines hydrostatischen Entlastungskissens für Wellen bei der Bearbeitung bekanntgeworden, bei welchem der tragende Druckraum mit einer elastischen Dichtung umgeben ist. Dieses Lager weist jedoch keine tragende Gleitfläche auf und wird daher- bei Druckverlust in der Schmierleitung sofort funktionsunfähig. Außerdem erfordert dieses Lager, wie alle hydrostatischen Lager, den erwähnten hohen Druck des Schmiermittels. Es ist auch bei einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Rollenlager im Kolbenauge der Pleuelstange eine Schmieranordnung bekanntgeworden, bei welcher Rückschlagventile in der Schmierleitung und eine Dichtung in der Nachbarschaft des Rollenlagers verwendet werden. Bei den Rückschlagventilen handelt es sich um die Ventile einer Schmierpumpe, welche durch Trägheitskraft betätigt, das Schmieröl aus der Schmierleitung in der Kurbelwelle in das zu schmierende Rollenlager pumpen soll. Die Dichtung ihrerseits soll einen ölabfluß zwischen dem Kolbenauge der Pleuelstange und dem Kolben ins Kolbeninnere verhindern und das Öl durch Kanäle im Kolben zur Zylinderwand lenken. Diese Anordnung ist kompliziert und kann dabei für den erfindungsgemäßen Zweck nicht herangezogen werden, da sie keinen Einfluß auf die Belastbarkeit eines Gleitlagers, ausübt.
  • Schließlich ist eine Schmiereinrichtung für Kolbenbolzenlager von Zweitaktbrennkraftmaschnen bekanntgeworden, bei welcher das Lager mit einer als Ringnut ausgebildeten Ölkammer versehen ist. Zwischen dieser Ölkammer und der Schmierleitung ist ein Rückschlagventil angeordnet, welches ein Zurückfließen des Öles aus des Ölkammer in die Schmierleitung verhindern soll. Diese Schmieranordnung eignet sich jedoch nur für niedrige Lagerbelastungen. Wird nämlich das Lager über das bei Gleitlagern übliche Maß hinaus belastet, so wird das Öl von der tragenden Fläche weggedrückt, und zwar teils bei den Lagerenden heraus und teils auf den unbelasteten Teil des Lagers zu. Diese Verdrängung zum unbelasteten Teil des Lagers wird durch die das Lager umgebende Ölkammer noch begünstigt.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung, welche diese Nachteile nicht aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung die tragenden Gleitflächen des Gleitlagers umgibt, das Rückschlagventil in der Schmierleitung unmittelbar vor deren Mündung in die betreffende Gleitfläche angeordnet ist, und der von der Schmierpumpe entwickelte Druck in der Schmierleitung geringer als die größte auftretende Flächenbelastung der Gleitfläche des Lagers, jedoch größer als die geringste auftretende Flächenbelastung ist. Dadurch wird während des Zeitraumes niedriger Belastung den Gleitflächen Schmiermittel zugeführt und während des Zeitraumes höherer Belastung ein nennenswertes Entweichen des Schmiermittels vor der Gleitfläche verhindert.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet also trotz einem Schmierdruck, welcher wesentlich niedriger ist als die periodisch auftretende Druckspitze, die dauernde Aufrechterhaltung eines Ölpolsters zwischen den zu schmierenden Flächen nach der Art eines hydrostatischen Lagers, und weist im übrigen auch dessen Vorteile bezüglich Reibungskoeffizient und Abnutzung auf. Dabei wird im Gegensatz zu den bisher bekannten hydrostatischen Lagern eine weit geringere Schmierölzufuhr benötigt, da das Entweichen des Schmieröles aus dem Lager durch die Dichtung gedrosselt wird. Der Energieverbrauch für die Schmierung ist also bedeutend geringer.
  • Die Erfindung wird an Hand einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt F i g. 1 die erfindungsgemäße Ausführung eines Kolbenlagers eines Dieselmotors, F i g. 2 die Dichtung aus F i g. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig.3 ein erfindungsgemäßes Kreuzkopflager eines Großdieselmotors, F i g. 4 eine Seitenansicht zur F i g. 3, F i g. 5 den Verlauf der Belastung des Kolben-bzw. des Kreuzkopflagers bei einem Dieselmotor, In F i g. 1 ist in einem Kolben 1 eine Pleuelstange 2 mit einem Kugelkopf 3 in einer Lagerschale 4 gelagert. Die Lagerschale ist mit einer Dichtung 5 versehen. Die Pleuelstange 2 weist in bekannter Weise eine Bohrung 6 auf, die an das Schmiersystem des Motors angeschlossen ist und das Schmieröl unter Druck dem Kolbenlager zuführt. Knapp vor dem Austrittsende der Bohrung 6 ist ein Rückschlagventil 7 angeordnet, welches den Durchfluß des Schmieröles aus der Bohrung 6 zum Lager zuläßt, in .umgekehrter Richtung jedoch sperrt. Von der unteren Seite wird der Kugelkopf 3 von einer Lagerschale 9 umfaßt.
  • Die Dichtung 5 besteht aus einem in einer Nut 8 befindlichen Dichtungsring 10 (vgl. F i g. 2), welcher durch einen Gummiring 11 elastisch gegen den Kugelkopf 3 gedrückt wird. Der Gummiring 11 ist durch einen Dichtungsring mit kreisförmigem Querschnitt, einen sogenannten O-Ring gebildet. Zwischen dem Dichtungsring 10 und der unteren Begrenzungsfläche 9' der Nut 8 befindet sich ein Spalt a.
  • In Fi g. 5 ist der Verlauf der Belastung p des Kolbenlagers bei einem Dieselmotor während einer Kurbelwellenumdrehung ao dargestellt. Das Diagramm zeigt, daß die Belastung des Lagers während mehr als der Hälfte einer Umdrehung verhältnismäßig niedrig ist, und nur in der Nähe des oberen Totpunktes OTP eine hohe Spitze pmax aufweist. Wird dem Lager das Schmieröl mit einem im Diagramm mit p, bezeichneten Druck zugeführt, so gelangt dieses während der Zeit mit kleiner Belastung zwischen die zu schmierenden Flächen, würde jedoch ohne besondee Vorkehrungen während der Zeit der Druckspitzen aus dem Lager wieder verdrängt werden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Verdrängung durch die Dichtung 5 und das Rückschlagventil 7 verhindert. Auf diese Weise bleibt das Öl auch während des Druckanstieges zwischen den Lagerflächen gefangen und kann nicht entweichen, so daß eine metallische Berührung der Lagerschale 4 mit dem Kugelkopf 3 verhindert wird. Ein übermäßiges Abheben des Kugelkopfes 3 von der Lagerschale 4 durch den Schmierdruck in unbelastetem Zustand, welches zu einer Beschädigung der unteren Lagerschalen 9 führen könnte, wird durch die Begrenzungsfläche 9' der Nut 8 verhindert. Wird nämlich durch die Einwirkung des Schmieröldruckes die Schale 4 vom Kugelkopf 3 abgehoben, so bewegt sich in F i g. 2 die Lagerschale 4 zusammen mit der Nut 8 nach oben, während der Dichtungsring 10 durch den Einfluß des auf ihn wirkenden Druckes und der elastischen Kraft des Gummiringes 11 in Berührung mit dem Kugelkopf 3 gehalten wird, so daß sich der Spalt zwischen dem Dichtungsring 10 und der Begrenzungsfläche 9' verringert. Dieser in F i g. 2 eingezeichnete und mit a bezeichnete Spalt ist dabei so gewählt, daß beim Erreichen des höchstzulässigen Abstandes zwischen den Auflageflächen des Kugelkopfes 3 und der Lagerschale 4 die Begrenzungsfläche 9' auf den Dichtungsring 10 anschlägt. Bei einer weiteren Bewegung der Schale 4 wird der Ring 10 mitgenommen und ermöglicht ein Ausströmen des Öles aus dem Lager. Dadurch wird der im Lager wirkende Druck zum Sinken gebracht und eine weitere Auseinanderbewegung der Lagerteile verhindert.
  • An der Mündung der Ölzuführung kann eine Abplattung 12 vorgesehen sein, welche eine Angriffsfläche für den öldruck aus der Schmierleitung auch dann bietet, wenn nach einem längeren Stillstand die eigentlichen Gleitflächen vollständig dicht aufeinander aufliegen, so daß bei einsetzendem Schmierdruck vor oder unmittelbar beim Start ein Abheben der Lagerflächen voneinander erfolgt. Es versteht sich, daß diese Angriffsfläche z. B. auch durch eine in F i g. 1 gestrichelt dargestellte Ausnehmung 13 in der Lagerschale 4 gebildet sein kann.
  • Die F i g. 3 und 4 zeigen eine Anwendung des erfindungsgemäßen Lagers bei einem Kreuzkopf. In F i g. 3 sind eine Kolbenstange 30 und eine Pleuelstange 31 mittels eines Kreuzkopfzapfens 32, welcher an seinen Enden Gleitschuhe 33 trägt, verbunden. Die Pleuelstange 31 stützt sich gegen den Zapfen 32 mit einer Lagerschale 34. Die Lagerschale 34 ist erfindungsgemäß mit einer Dichtung versehen, welche aus bogenförmigen Teilen 35 und geraden Dichtungsleisten 36 besteht. Die Teile 35 und die Leisten 36 werden durch elastische Mittel, wie z. B. Federn 37, gegen den Zapfen 32 gedrückt. Die Bewegung der Bögen 35 ist durch Anschlagstifte 41 begrenzt, deren Funktion der der Anschlagfläche 9 in F i g. 2 entspricht. Die Pleuelstange ist mit einer ölführenden Bohrung 38, einem Rückschlagventil 39 und einer Ausnehmung 40, zur Erleichterung des Anhebens, ausgestattet. Die Funktion der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Anordnung entspricht derjenigen nach den F i g. 1 und 2.
  • Es ist wegen des geringen Öldurchsatzes ohne weiteres möglich, in die Schmierölzufuhr der erfindungsgemäßen Anordnung lokale Ölfilter einzubauen, um besonders gereinigtes Schmieröl zuzuführen, was die Betriebssicherheit noch weiter verbessert.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung hat noch den bedeutenden Vorteil, daß bei einem Ausfallen des Schmierdruckes nicht sofort die Tragfähigkeit des Lagers verschwindet, wie dies bei den bekannten hydrostatischen Lagern der Fall ist. Durch die Wirkung der Dichtung und des Rückschlagventils dauert es einige Zeit, bevor das Schmieröl in dem Maße aus dem Lager entweicht, daß es zur gegenseitigen Berührung der Lagerflächen kommt. Während dieser Zeit ist es möglich, entweder z. B. den Motor abzustellen oder andere Maßnahmen zur Behebung des Defektes zu ergreifen, bevor eine Zerstörung des Lagers stattfindet.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Anordnung zum Schmieren eines durch periodische Druckspitzen belasteten Gleitlagers im Kolben bzw. Kreuzkopf eines Zweitaktdieselmotors mittels einer in eine Schmierleitung fördernden Schmierpumpe, unter Verwendung eines Rückschlagventils und einer Dichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (5, 35, 36) die tragenden Gleitflächen des Gleitlagers (3, 4, 32, 34) umgibt, das Rückschlagventil (7, 39) in der Schmierleitung (6, 38) unmittelbar vor deren Mündung in die betreffende Gleitfläche angeordnet ist und der von der Schmierpumpe entwickelte Druck in der Schmierleitung geringer als die größte auftretende Flächenbelastung der Gleitfläche des Lagers, jedoch größer als die geringste auftretende Flächenbelastung ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung einen steifen Dichtungsteil (10, 35, 36) aufweist, welcher durch elastische Mittel (11, 37) in der dichtenden Stellung gehalten wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2 mit kugelförmiger Lagerschale, dadurch gekennzeichnet, daß der steife Teil aus einem in einer Nut (8) untergebrachten, geschlossenen metallischen Ring (10) besteht, der durch einen zwischen dem Ring und einer Seitenwand der Nut angeordneten Ring (11) aus gummielastischem Material gegen die Gegenfläche gedrückt wird.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an der Mündung der Schmiermittelzuführungsleitung in den Lagerspalt angeordnete Ausnehmung (12, 13, 38).
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des steifen Dichtungsteiles durch einen Anschlag (9, 41) begrenzt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 33 727, 964 867; britische Patentschrift Nr. 394 542.
DES77060A 1961-12-05 1961-12-08 Anordnung zum Schmieren eines durch periodische Druckspitzen belasteten Gleitlagers im Kolben bzw. Kreuzkopf eines Zweitakt-dieselmotors Pending DE1196426B (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE33727C (de) * V. H. HALLOCK und F. D. NEWTON in Queens, New-York Hydraulisches Entlastungskissen für Wellen
GB394542A (en) * 1932-10-21 1933-06-29 Skf Svenska Kullagerfab Ab Improvements in or relating to lubricating systems for reciprocating piston and cylinder machines
DE964867C (de) * 1953-08-15 1957-05-29 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Schmiereinrichtung fuer Kolbenbolzenlager

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