DE1200615B

DE1200615B - Kreuzkopf einer Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE1200615B
Application number: DES66438A
Authority: DE
Inventors: Gottlieb Wolf
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1959-12-18
Filing date: 1959-12-24
Publication date: 1965-09-09

Description

Kreuzkopf einer Kolbenmaschine Die Erfindung betrifft einen Kreuzkopf einer Kolbenmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, bei welchem zwei Stangen, die Kolbenstange und die Schubstange, durch einen in einer Gleitbahn geführten Kreuzkopfzapfen verbunden sind, wobei die eine der Stangen in der Mitte des Zapfens angreift und die zweite Stange einen gabelförmigen Stangenkopf mit zwei Armen hat, auf welchen Lager befestigt sind, die beidseitig der Angriffsstelle der ersten Stange den Kreuzkopfzapfen umfassen.
Derartige Kreuzkopflager geben oft Anlaß zu Schwierigkeiten, weil bei der üblichen doppelten Lagerung der Schubstange die elastischen Deformationen derart sind, daß in den Lagern Kantenpressung auftritt oder bestenfalls eine stark ungleichmäßige Druckverteilung entsteht.
Man hat bereits versucht, diesen Erscheinungen durch verschiedene Maßnahmen entgegenzuwirken. So wird z. B. die Lagerschale an den Stellen, wo die höchsten Pressungen auftreten, tiefer geschabt, oder es werden die ganzen Lager um einen Winkel, der die Durchbiegung kompensieren soll, geneigt. Diese Maßnahmen haben den Nachteil, daß eine genaue Anpassung des Lagers nur für eine einzige, einer einzigen Belastung entsprechende Durchbiegung des Zapfens und des Schubstangenkopfs möglich ist und dadurch das Problem nur teilweise gelöst wird. Andere Maßnahmen, z. B. Hochdruckschmierung der Lager mit Drucköl von etwa 200 at oder eine kugelförmige Auflagefläche der Lager im Schubstangenkopf erfordern einen großen Mehraufwand.
Es ist andererseits auf dem Gebiet des Getriebebaues bekannt, Gleitlager derart elastisch auszubilden, daß sie sich der Verbiegung der Welle unter Belastung anpassen. Ein Kreuzkopf mit seinen Lagern ist jedoch ein besonders stark belasteter Teil des Kurbelmechanismus eines großen Dieselmotors. Man scheute in diesem Falle eine künstliche Erhöhung der Elastizität und bemühte sich, die Lagerung so steif wie möglich auszuführen und zu diesem Zweck die Kräfte auf kürzestem Wege zu führen und die kleinsten Hebelarme für Biegemomente zu erzielen. Die so ausgeführten Kreuzköpfe hatten den Nachteil, daß bei ihnen die erwähnte Kantenpressung auftrat. Diese wurde durch eine Erhöhung der Steifigkeit der Lagerung vermindert, jedoch nie prinzipiell vermieden. Gelegentlich ausgeführte Hohlkehlen bzw. vorspringende Lippen hatten nur ebenfalls eine Verminderung der Auswirkungen der Kantenpressung zur Folge.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kreuzkopflagers wird ein selbsttätiges Anpassen dieses Lagers an verschiedene Lasten, und zwar ohne besonderen Mehraufwand, erzielt.
Die Erfindung besteht darin, daß jeder der Arme einen Teil mit gegenüber dem übrigen Arm erhöhter Elastizität aufweist, dessen Kraft außermittig auf die Lager, und zwar auf der von der Stangenachse abgewandten Lagerhälfte, zur Wirkung kommt, derart, daß das durch die Resultierende der zwischen Kreuzkopfzapfen und Lager wirkenden Kräfte und die in diesem Teil wirkende Stützkraft gebildete Kräftepaar dem Stangenkopf mit den Lagern eine resultierende Verformung im gleichen Sinne erteilt, wie der Kreuzkopfzapfen verformt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1. die erfindungsgemäße Ausführung eines Kreuzkopfes, teilweise im Schnitt, F i g. 2 eine Darstellung der Verformungen bei Belastung des erfindungsgemäßen Kreuzkopfes.
In F i g. 1 ist eine Kolbenstange 1 mit einem Kreuzkopfzapfen 2 mittels einer Schraube verbunden. Der Kreuzkopfzapfen 2 hat verjüngte Enden 3, die in Gleitschuhen 4 gelagert sind. Die Gleitschuhe 4 sind an den Enden 3 des Kreuzkopfzapfens durch Beilageplatten 5 und Schrauben 6 gesichert und in einer nicht dargestellten Gleitbahn geführt. Der Kreuzkopfzapfen 2 wird von Lagern 7 der Schubstange 8 umfaßt. Die Lager 7 sind mit dem verbreiterten Teil 9 der Schubstange 8 durch Stege 10 verbunden, die in bezug auf die Lager außermittig sind, und zwar derart, daß der Schwerpunkt deren Querschnittes in axialer Richtung außermittig zu dem betreffenden Lager, und zwar von der Stangenachse entfernt, angeordnet ist. Die außermittige Anordnung der Stege 10 in bezug auf die Lager 7 hat zur Folge, daß jeweils die Resultierende R der vom Kreuzkopfzapfen 2 auf das Lager 7 wirkenden Drücke zusammen mit der im Schwerpunkt des Querschnittes des betreffenden Steges wirkenden Stützkraft S ein Kräftepaar bildet. Durch diese Kräftepaare wird, wie in der F i g. 2 dargestellt ist, der aus den Lagern 7, den Stegen 10 und dem Teil 9 bestehende Schubstangenkopf verformt, und zwar derart, daß sich die Lager der Durchbiegung des Kreuzkopfzapfens anpassen. Dabei ist die' Verformung des Schubstangenkopfes um so größer, je größer die übertragene Kraft, d. h. je größer die Durchbiegung des Kreuzkopfzapfens ist. Durch geeignete Ausbildung der Lager 7 und der Stege 10 ist es möglich, die Verhältnisse so zu wählen, daß die resultierende Kraft R im Mittelbereich der Lager 7 verbleibt und nicht wie bisher an die innere, der Schubstangenachse zugewandte Kante der Lager 7 abwandert, und zwar unabhängig davon, wie groß die wirksamen Kräfte sind. Dasselbe ist auch dann der Fall, wenn die Stangenkräfte umgekehrt wirken, d. h. wenn die Stangen nicht eine Druckkraft, sondern eine Zugkraft übertragen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kreuzkopflagers ist es möglich, die bisherigen Schwierigkeiten vollständig zu beseitigen, und zwar ohne besonderen Mehraufwand.
Selbstverständlich kann auch, umgekehrt wie im beschriebenen Beispiel, die Schubstange fest mit dem Kreuzkopfzapfen verbunden sein, wobei dann die Lager 7 einen Teil der Kolbenstange bilden. Ebenso brauchen die Lager 7 nicht, wie gezeichnet, mit der betreffenden Stange aus einem Stück zu sein, sondern diese können selbständige Teile bilden und mit der Stange auf eine der bekannten Arten verbunden sein.
Es sind im Sinne des Erfindungsgedankens auch andere Ausführungen als die dargestellte denkbar. Wichtig ist dabei jeweils nur, daß die Stützkraft des Lagers außermittig zum Lager angeordnet ist und zusammen mit der auf das Lager wirkenden Last ein Kräftepaar bildet, welches den Kopf der betreffenden Stange im gleichen Sinne verformt, wie der Kreuzkopfzapfen verformt wird.
Die konstruktive Ausführung einer Pleuelstangenlagerung nach der Erfindung ist von den Verhältnissen an einem bestimmten Motor abhängig und kann bei Kenntnis des Erfindungsgedankens mit Hilfe von Berechnungen oder Versuchen durchgeführt werden.
Dabei können die Höhe und der Querschnitt des Steges als die Stelle mit erhöhter Elastizität variiert werden, ebenso wie dessen Lage relativ zur Lagermitte. Bei einem erfindungsgemäß konstruierten Lager kann ohne Schwierigkeiten ein Stegquerschnitt erreicht werden, welcher kleiner ist als O,Smal die Lagerfläche, da im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungen eine besondere Biegesteifigkeit an der Stelle des das Lager tragenden Steges nicht erwünscht ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung beträgt dieses Verhältnis sogar nur etwa 0,43.

Claims

Patentansprüche: 1. Kreuzkopf einer Kolbenmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, bei welchem zwei Stangen, die Kolbenstange und die Schubstange, durch einen in einer Gleitbahn geführten Kreuzkopfzapfen verbunden sind, wobei die eine der Stangen in der Mitte des Zapfens angreift und die zweite Stange einen gabelförmigen Stangenkopf mit zwei Armen hat, auf welchen Lager befestigt sind, d#'_e beidseitig der Angriffsstelle der ersten Stange den Kreuzkopfzapfen umfassen, d a -durcl? gekennzeichnet, daß jeder der Arme einen Teil (10) mit gegenüber dem übrigen Arm (9) erhöhter Elastizität aufweist, dessen Kraft (S) außermittig auf die Lager (7), und zwar auf der von der Stangenachse (8) abgewandten Lagerhälfte, zur Wirkung kommt, derart, daß das durch die Resultierende (R) der zwischen Kreuzkopfzapfen und Lager wirkenden Kräfte und die in diesem Teil (10) wirkende Stützkraft (S) gebildete Kräftepaar dem Stangenkopf mit den Lagern (7) eine resultierende Verformung im gleichen Sinne erteilt, wie der Kreuzkopfzapfen verformt wird.
2. Kreuzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile mit erhöhter Elastizität als Stege (10) mit gegenüber dem benachbarten Teil des Armes (9) verengten Querschnitten ausgebildet sind, wobei die Schwerpunkte der Querschnitte in axialer Richtung außermittig zu den Lagern, und zwar von der Stangenachse entfernt, angeordnet sind.
3. Kreuzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und die Lage der Teile mit erhöhter Elastizität (10) so gewählt sind, daß die Resultierende (R) der vom Kreuzkopfzapfen (2) auf die Lager (7) wirkenden Kräfte bei allen auftretenden Belastungen im Mittelbereich des betreffenden Lagers (7) verbleibt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 923 631; USA.-Patentschrift Nr. 1 455 334; »Stahl und Eisen«, 1951, Heft 26, S. 1420 bis 1433; »Industrie-Anzeiger«, 13. .4. 1954, S. 73, Bild 7; »Hansa-Schiffahrt-Schiffbau-Hafen«, 1958, S. 1543 bis 1545.