DE1218213B

DE1218213B - Lagerbruecke fuer hochbeanspruchte Hubkolbenbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1218213B
Application number: DEK52382A
Authority: DE
Inventors: Johann Kopf; Dr-Ing Harald Maass; Dipl-Ing Johann Keylwert; Hans Kagel
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1964-03-14
Filing date: 1964-03-14
Publication date: 1966-06-02

Description

Lagerbrücke für hochbeanspruchte Hubkolbenbrennkraftmaschinen Es ist bekannt, die spezifische Leistung von Brennkraftmaschinen durch Aufladung zu steigern. Die Beherrschung der dabei auftretenden Beanspruchungen stellt die Konstrukteure vor vielfältige neue Aufgaben. Mit wachsenden Aufladegraden und steigenden Drehzahlen müssen die Zapfen von Pleuel- und Kurbelwellenlagern entsprechend verstärkt werden, um der Kurbelwelle die notwendige Steifigkeit zu geben. Während der Durchmesser des Pleuellagerzapfens meist durch den Zylinderdurchmesser begrenzt ist, wenn das Pleuel durch die Zylinderbohrung hindurch ausbaubar bleiben soll, ist der Durchmesser des Grundlagerzapfens lediglich durch die Bauweise des Maschinengestells und die Lagerreibung begrenzt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kurbelwellen von unten her in das Maschinengestell einzuhängen und mittels Lagerbrücken im Maschinengestell zu befestigen, da sich auf diese Weise leichte und steife Maschinengestelle bzw. Kurbelgehäuse ergeben können.
Gegenstand dieser Erfindung sind Lagerbrücken für die Kurbelwellenlager von hochbeanspruchten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit symmetrisch zur Längsmittelebene der Maschine und parallel zur Kurbelwellenachse auf einem Kreiszylinder liegenden Paßflächen, die mit den entsprechenden Paßflächen des Kurbelgehäuses mittels beiderseits der Längsmittelebene angeordneter Paare von Spannschrauben in kraftschlüssiger Verbindung stehen.
lekannt sind Lagerbrücken für hängende Kurbelwellen, bei denen die Kolbenkräfte entweder durch vorzugsweise parallel zur Achse der Arbeitszylinder angeordnete sehr große X urbelwellenlagerschrauben oder durch von den Seiten her angreifende Spann-oder Paßschrauben aufgenommen werden.
Bekannte Anordnungen dieser Art erfordern viel Einbauraum, große Schraubenlängen und führen zu verhältnismäßig schweren, umständlich zu bearbeitenden Gestellbauformen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- steht darin, eine Lagerbrücke zu schaffen, durch die der Werkstoff-, Raum- und Fertigungsaufwand sowohl für die Lagerbrücke selbst als auch für das Maschinengestell bzw. das Kurbelgehäuse auf ein Mindestmaß verringert und deren Ein- und Ausbau auf einfache zuverlässige Weise ermöglicht wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgte in der Weise, daß der Kreiszylinder der Paßflächen die Bohrung für das Kurbelwellenlager in Nähe der Lagermitte schneidet, die Achse des Kreiszylinders der Paßflächen außerhalb des Lagerumfanges liegt und der die Paßflächen einschließende Zentriwinkel des Kreiszylinders kleiner als 1801 ist, wobei die etwa rechtwinklig zu den Paßflächen gerichteten Spannschrauben unterhalb der Kurbelwellenlagermitte, aber oberhalb der Achse des Kreiszylinders an der Lagerbrücke angreifen.
Um einen zuverlässigen Paßsitz der Brücke im Maschinengestell zu gewährleisten, wird in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens der Durchmesser des Kreiszylinders der Paßflächen der Lagerbrücke bis zu 1 % kleiner gehalten als der Durchmesser des Kreiszylinders der aufnehmenden Paßflächen im Kurbelgehäuse.
Der Zweck dieser Maßnahme ist es, den Einbau der Lagerbrücken zu erleichtern und unter geringfügiger elastischer Verformung des Kurbelgehäuses durch die Spannkräfte der Befestigungssehrauben einen zuverlässigen Paßsitz zu erzielen.
Derartige Lagerbrücken sind sowohl für Reihenmaschinen als auch für V-Maschinen vorteilhaft anwendbar, insbesondere bei Durchmesserverhältnissen des Kreiszylinders der Paßflächen der Lagerbrücke zum Kurbelwellenlagerzapfen von 1,5 bis 3 und einer Schräglageder Spannschraubenpaare, bei der ihre Mittellinien Winkel von 60 bis 12011 einschließen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lagerbrückenanordnung besteht darin, beiderseits der Längsmittelebene der Maschine mehrere Spannschrauben verhältnismäßig geringen Durchmessers übereinander anordnen zu können. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Lagerzapfen der Kurbelwelle bei großem Durchmesser besonders kurz zu halten, was einer ungewöhnlich starren Ausbildung der Kurbelwangen und somit einer für das Schwingungsverhalten bedeutsamen Versteifung der Kurbelwelle zugute kommt.
Die Schrägstellung der Spännschrauben wird im Einzelfall im Bereich der angegebenen Grenzen so gewählt, daß die Pesultierei#dQ der Sc:braubenkräfte jeder Seite die Längsmittelebene der Maschine unterhalb der Achse des Kreiszylinders durchdringt. So werden bestmögliche Verhältnisse für die Bemessung der Spannschrauben und den Verlauf der Kräfte in Lagerbrücke, Maschinengestell und Paßflächen erzielt. Der Angriffspunkt eines mittleren Spannschraubenpaares wird aus den gleichen Erwägungen heraus in die Nähe der neutralen Faser der Lagerbrücke gelegt.
Dabei kann es vorte aft 5eiu, die Angriffspunkte . In der Spannschraubm an der Lagßrbrücke verschieden weit von der Längsmittelebene der Maschine entfernt anzuordnen. Der sich aus den vorliegenden Verhältnissen ergebende größte Querschnitt der Lagerbrücke wird dann in günstiger Weise ausgenutzt.
Die sich ergebenden Querschnittsverhältnisse, gestatten es auch, den -unteren Rand der Lagerbrücke so abzuflachen, daß die Kreiszylinderachse außerhalb der Lagerbrücke zu liegen kommt. Dann können je zwei Lagerbrücken, zu einem Schmiede- oder Gußteil vereinigt, bearbeitet werden. Nach der Bearbeitung werden die beiden Lagerbräcken mit einem Schnitt durch die Achse des Krpiszylinders voneinander getrennt.
Ähnlich vorteilhaft gestaltet sich die Bearbeitung der Maschinengestelle, die paarweise mit ihren ebeneu Grundflächen, gegebenenfalls unter Zwischenlegung entsprechender Distanzstücke zusammengespannt, in einem Arbeitsgang mit großer Genauigkeit ausgebohrt und -gemessen werden können.
Nach den angegebenen Regeln angeordnete Spannschrauben durchdringen die Seitenwände des Maschinengestells bzw. Kurbelgehäuses so, daß sie gut von den Seiten her zugänglich sind. Vorteilhaft werden die Schraubenenden mittels der üblichen seitlichen Kurbelgehäusedeckel abgedeckt. Eine besondere Ab- dichtung der Spannschrauben gegen austretendes Schmieröl wird so entbehrlich.
Eine Sicherung der Lagerbrückr, gegen peripherisehen Versatz, z. B. infolge ungleichmäßigen An- ziehens der Spannschrauben, wird erfindungsgemäß erreicht durch einen parallel zur Maschinenachse liegenden runden oder auch prismatischen Zapfen, der einen Formschluß zwischen einer Paßfläche der Lagerbrücke und einer Aufnahniefläche des Kurbelgehäuses herstellt, ohne indes die Verschiebung der Lagerbrücke in Einbaurichtung zu behindern.
Die Zeichnung stellt Beispiele von erfin.dungsgemäßen Lagerbrücken dar.
A b b. 1 zeigt eine Lagerbrücke mit Spannschtauben und Sicherungsbolzen, in Achsrichtung gesehen; A b b. 2 zeigt eine andere Ausführungsform in gleicher Blickrichtung.
Die Lagerbrücke 1 in Ab b. 1 liegt mit ihrer Paßfläche 2 an einer entsprechend geformten Paßfläche 3 des Kurbelgehäuses 4 an. Die Paßfläche 2 ist Teil eines umhüllenden Kreiszylinders, dessen Achse, 5 auf der Längsmittelebene der Maschine parallel zur Kurbelwellenachse verläuft. Die Lagerbrücke 1 wird in dem dargestellt= Beispiel durch drei Paare von Spannschrauben 6, die ßpipg(31bildlich beiderseits der Ungsmittelebene der Mabghine angeordnet sind, gehalten.
Der umhüllende Kreislzylinder schneidet die Bohrung für da,3 Kurbelwrllenlager 7 im- Punkt 8 in der Nähe der Lagermitte. Die Achse 5 des Kreiszylinders liegt so weit außerhalb des Lagerumfanges, daß die etwa rechtwinklig zu den Paßflächen 2 gerichteten Spannschrauben 6 unterhalb der Mitte des Kurbelwellenlagers 7, aber oberhalb der Achse 5 des Kreiszylinders an der Lagerbrücke 1 angreifen.
Um den Ein- und Ausbau der Lagerbrücke 1 #o-n unten her vornehmen zu können, wird der die Paßflächen 2 einschließende Zentriwinkel kleiner als 1800 gemacht.
Dadurch, daß der Durchmesser der Paßflächen 2 etwas kleiner gewählt wird als der Durchmesser der aufnehmenden Paßflächen 3, läßt sich die Lager' brücke 1 zwanglos von unten her. einführen und kommt zunächst in der Nähe der Lagerbohrung zur Anlage im Kurbelgehäuse 4, Der nach dem Ende der Paßflächen hin divergier rende Spalt zwischen der Lagerbrücke 1 und dem KurbeIgehäuse 4 verschwindet nach dem Anziehen der Paßschrauben 6 infolge elastischerVerformung.
Die hierdurch erzielte innere Vorspannung im Kurbelgehäuse 4 wirkt den durch Kolbenkräfte hervorgerufenen Spannungen entgegen und ermöglicht bei unvermindeiter Steifigkeit eine Verminderung des Werkstoffaufwandes für das Kurbelgehäuse 4.
Besonders günstige Voraussetzungen für die Anwendung der erfindungsgemäßen Bauart liegen vor, wenn der Durchmesser des Kreiszylinders der Paß# flächen 2 das 1,5- bis 3fache des Durchmessers des Kurbelwellenlagerzapfens beträgt und der von den Mittellinien zweier spiegelbildlich zueinander liegender Spannschrauben 6 eingeschlossene Winkel 9 60 bis 1200 beträgt.
Da in einer Querebene der Lagerbrücke 1 mehrere, z. B. drei Spannschrauben 6, übereinander angeordnet werden können, wird in Längsrichtung der Maschine wenig Raum'beansprucht. Die Länge des Kurbelwellenlagers 7 kann demgemäß sehr gering gehalten werden, was der Steifigkeit der Kurbelwelle, bei ent# sprechender Ausbildung der Kurbelwangen, zugute kommt.
Die in der Ebene der Paßflächen 2 wirksamen Kräfte werden in günstiger Weise von den Spannschrauben 6 aufgenommen, wenn die Resultierende der Schraubenkräftß jeder Seite die Längsmittf--lebene der Maschine unterhalb der Achse 5 des Kreiszylinders, z. B. im Abstand a, durchdringt.
Die Spannschrauben 6 durchdringen die Seiten des Kurbelgehäuses 4 in einer Schräglage, die, eine be# queme Zugänglichkeit beim Ein- und Ausbau und bei überprüfungen schafft, Um eine zusätzliche Ab- dichtung gegen .austretendes Schmieröl einzusparen, werden die Spannschrauben 6 durch die stets erforderlichen seitlichen Kurbelgehäusedeckel 10 mit abgedeckt.
Als Vrrdreb5iQhrrung dient ein runder oder prismatischer Zapfen 11 bzw. 12, der so angeordnet ist, daß die LagerbrIucke, 1 von unten her unbehindert eingefülixt werden kann.
In Ab b. 2 -ist der untere Rand 13 der Lagerbrücke 1 so weit abgeflacht, daß er oberhalb der Achse 5 des Kreiszylinders liegt. Die mittlere Spannschraube 6 greift bei 14 etwa an der neutralen Faser des Lagerbrückenquerschnittes an. Sie ist entsprechend länger als die benachbarten Spannschrauben 6.
Maschinen mit den erfindungsgemäßen Lagerbrücken bieten Vorteile durch Vereinfachung der Bearbeitung, leichtere Beherrschung der Fertigungstoleranzen, Verminderung des Werkstoffaufwandes und des Bedarfs an Einbauraum für die Lagerbrücke und dadurch günstige Voraussetzungen für eine zusätzliche Versteifung der Kurbelwelle.

Claims

Patentansprüche: 1. Lagerbrücke für die Kurbelwellenlager von hochbeansprachten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit symmetrisch zur Längsmittelebene der Maschine und parallel zur Kurbelwellenachse auf einem Kreiszylinder liegenden Paßflächen, die mit den entsprechenden Paßflächen des Kurbelgehäuses mittels beiderseits der Längsmittelebene angeordneter Paare von Spannschrauben in kraftschlüssiger Verbindung stehen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n c t, daß der Kreiszylinder der Paßflächen (2, 3) die Bohrung für das Kurbelwellenlager (7) in Nähe der Lagermitte schneidet, die Achse (5) des Kreiszylinders der Paßflächen (2, 3) außerhalb des Lagerumfanges liegt und der die Paßflächen (2, 3) einschließende Zentriwinkel des Kreiszylinders kleiner als 1800 ist, wobei die etwa rechtwinklig zu den Paßflächen (2, 3)gerichteten Spannschrauben (6) unterhalb der Kurbelwellenlagermitte, aber oberhalb der Achse (5) des Kreiszylinders an der Lagerbrücke (1), angreifen.
2. Lagerbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kreiszylinders der Paßfläche (2) der Lagerbrücke (1) bis zu 1 % kleiner als der Durchmesser des Kreiszylinders der aufnehmenden Paßflächen (3) im Kurbelgehäuse ist. 3. Lagerbrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Kreiszylinders der Paßflächen (2) der Lagerbrücke (1) 1,5- bis 3mal so groß wie der Durchmesser des Kurbelwellenlagerzapfens ist. 4. Lagerbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Achse (5) des Kreiszylinders außerhalb der Lagerbrücke (1) liegt. 5. Lagerbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (6) in der durch die Mitte des Kurbelwellenlagers (7) verlaufenden Querebene angeordnet sind. 6. Lagerbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Spannschrauben (6) so angeordnet sind, daß die Resultierende der Schraubenkräfte jeder Seite die Längsmittelebene der Maschine unterhalb der Achse (5) des Kreiszylinders durchdringt. 7. Lagerbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der Spannschraubenpaare Winkel (9) von 60 bis 120' einschließen. 8. Lagerbrücke nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffspunkte eines mittleren Spannschraubenpaares nahe der neutralen Faser der Lagerbrücke (1) liegen. 9. Lagerbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffspunkte der Spannschrauben (6) an der Lagerbrücke (1) verschieden weit von der 1:ängsmittelebene der Maschine entfernt liegen. 10. Lagerbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn eichnet, daß die Spannschrauben (6) die Seitenwände des Kurbelgehäuses (4) durchdringen und von den Seiten des Kurbelgehäuses (4) her zugänglich sind. 11. Lagerbrücke nach Ansprach 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschrauben (6) nach Entfernung der an -sich bekannten, seitlichen Kurbelgehäusedeckel (10) zugänglich sind. 12. Lagerbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurbelgehäuse (4) ein parallel zur Maschinenachse liegender runder oder prismatischer Zapfen (11, 12) vorgesehen und so ausgebildet ist, daß er die Lagerbrücke (1) gegen Verdrehung sichert, aber in Einbaurichtung nicht behindert.