DE1903049A1

DE1903049A1 - Schubstangenlager einer Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1903049A1
Application number: DE19691903049
Authority: DE
Inventors: Hans Perrin
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1969-01-17
Filing date: 1969-01-22
Publication date: 1970-08-06
Also published as: NL6901832A; GB1233861A; FR2028491A1; DE1903049B2; CH502515A; NL139578B

Description

P.431C Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft. Winterthur/Schweia

Schubstangenlager einer Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Schubstangenlager einer Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Lagerschale mit mindestens einer an den Enden abgeschlossenen axialen Schmiernut, die an ein Schiiiersystem anschliessbar ist.

Es ist bei Kolbenbrennkraftmaschinen bekannt, die Kurbelwelle mit Schmierbohrungen zu versehen, welche der Zufuhr von Schmieröl zu den einzelnen Lagern der Kurbelwelle, den Hauptlagern und den Schubstangenlagern, dienen. Die Schuostangenlager werden dabei derart geschmiert, dass aus dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle einfach eine Schmierbohrung nach aussen führt und mit einer runden Oeffnung endet.

Es ist auch bekannt, bei derart geschmierten Schubstangenlagern axiale Schmiernuten vorzusehen, die sich normalerweise an der am wenigsten belasteten Stelle des Lagers befinden, Λ Ai. im Bereich senkrecht zur Längsachse der Schubstange.

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Es hat sich bei einer derartigen Anordnung der Schmierbohrungen gezeigt, dass bei einer grösseren Belastung der Maschine eine besondere Art der Abnützung der Kurbelzapfen entsteht. Die Kurbelzapfen werden dabei hauptsächlich in einem Bereich abgenützt, welcher sich auf der den Hauptlagerzapfen zugewandten Seite des betreffenden Kurbelzapfens be-L findet und dessen Zentrum um ca 25 - 30° gegenüber der Kurbelebene der Kurbelwelle versetzt ist. Die Lagerschalen zeigten ebenfalls eine erhöhte Abnützung an den entsprechenden Stellen. Es hat sich dabei erwiesen, dass diese Abnützung durch die an dieser Stelle wirkenden Massenkräfte verursacht ist, welche, obwohl sie in ihrer absoluten Grosse wesentlich kleiner als die Gaskräfte sind, den grossen Nachteil haben, dass ihr Vektor in der gleichen Richtung umläuft, wie der Kurbelzapfen

in der Lagerschale der Pleuelstange. Daraus ergeben sich ungünstige Bedingungen bezüglich der Bildung eines Schmierfilmes.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Schubstangenlagers zum Ziel, bei welchem die erwähnten nachteiligen Erscheinungen vermieden werden und eine wesentlich kleinere Abnützung dor Kurbelzapfen und ihrer Lagerschalen auch bei hoher Belastung entstöht.

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Das erfindungsgeniässe Schubstangenlager, durch welches das angestrebte Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernut im dem Kolben näheren Teil des Lagers an einer Stelle angeordnet ist, die gegenüber der Ebene, welche die Achsen beider Schubstangenlager enthält, entgegen der Drehrichtung des Kurbelzapfens um einen Winkel von 45° bis 75° versetzt ist.

Durch diese Massnahme wird die Verminderung der Abnützung dadurch erreicht, dass die Zufuhr von Schmieröl in den jeweils durch die Massenkräfte belasteten Bereich erhöht wird.

Es ist dabei möglich, die Schmiernut mit einer in der Lagerschale ausgebildeten ümfangsnut zu verbinden und den Kurbelzapfen mit einer Schmierbohrung zu versehen, die mit der Ümfangsnut zusammenwirkt. Dadurch wird für eine Zufuhr des Schmieröles in die Schmiernut während eines grösseren Teiles einer Umdrehung der Kurbelwelle je nach der Länge der Schmiernut und der Anordnung bzw. der Anzahl der Schmierbohrungen gesorgt, was zur Intensität der Schmierung beiträgt.

. Es ist dabei möglich, die Ümfangsnut am ganzen Umfang der Lagerschale auszubilden. Vorzugsweise ist jedoch die Um« fangsnut nur in einem bezüglich der Achse der Schubstange

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seitlichen Bereich der Lagerschale ausgebildet, d.h. in einem weniger belasteten Teil. Dazu kann die Schmierbohrung derart angeordnet sein, dass sie bezüglich der Ebene, welche die Achsen beider Lager der Schubstange enthält, den gleichen Versetzungswinkel hat wie die Schmiernut.

Bei dieser Ausbildung sind die am meisten belasteten Bereiche des Lagers nicht durch die Umfangsnut geschwächt.und es ist trotzdem gewährleistet, dass die Zufuhr des Schmieröles in die axiale Schmiernut durch die Umfangsnut rechtzeitig vor dem Auftreten der maximalen Belastung durch die Massenkräfte erfolgt.

Es ist auch möglich, im Lager eine zweite axiale Schmiernut auszubilden, die der ersten axialen Schmiernut diametral entgegengesetzt ist. Auf diese Weise wird die Schmierung der anderen Hälfte der Lagerschale verbessert und die Abnützung durch die in diesem Bereich auftretenden Massenkräfte ebenfalls vermindert.

In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn die Schmierbohrung diametral durch die Achse des Kurbelzapfens geführt ist und zvei um 180° gegeneinander versetzte Austrittsöffnung&n

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aufweist. Dadurch wird die gleichzeitige Zufuhr von Schmieröl zu beiden axialen Schmiernuten ermöglicht.

Bei einer reversierbaren Kolbenbrennkraftmaschine, bei welcher Umdrehungen der Kurbelwelle in beiden Richtungen möglich sind, werden vorzugsweise 4 Schmiernuten ausgebildet, die symmetrisch zur Ebene der Lagerachsen der Schubstange angeordnet sind.

In diesem Falle können zur Gewährleistung der ausreichenden Zufuhr von Schmieröl im Kurbelzapfen zwei zur Ebene der Lagerachsen der Kurbel symmetrisch ausgebildete diametrale Schmierbohrungen vorgesehen sein.

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:

Fig.1 einen Schnitt eines erfindungsgemässen Schubstangenlagers zusammen mit einem Teil der Schubstange und der Kurbelwelle,

Fig.2 einen Schnitt der Lagerschale aus der Fig.1 nach der Linie II - II,

Fig.3 eine andere Ausführung des erfindungsgemässen Schubstangenlagers, dargestellt in der Form

eines Ausschnittes aus der Fig.1, 009832/0971

Fig.4 eine der Fig.3 entsprechende Darstellung einer

weiteren Ausführung des erfindungsgemässen Schubstangenlagers und

Fig.5 ein polares Diagramm der während eines Arbeitszyklus der Maschine im Schubstangenlager wirkenden Kräfte, die das Lager belasten.

In der Fig.1 ist eine Schubstange 1 mit einer Lagerschale 2 versehen, die den Kurbelzapfen 3 einer Kurbelwelle 4 umschliesst. Der Kurbelzapfen 3 ist mit einer axialen Bohrung 5 versehen, die in an sich bekannter Weise an ein Schmiersystem mit Schmieröl unter Druck angeschlossen ist. Von der Bohrung 5 führt eine Schmierbohrung 6 radial nach aussen. Die Schmierbohrung 6 befindet sich im Kurbelzapfen 3 auf der einem Hauptzapfen 6 zugewandten Seite und ist gegenüber einer Ebene E, welche durch die Achsen der beiden Zapfen 3 und 7 führt, um einen Winkel a versetzt, und zwar in einer Richtung, die der durch einen Pfeil P bezeichneten Drehrichtung des Zapfens gegenüber der Schubstange 1 entgegengesetzt ist.

Wie aus den Fig.1 und 2 hervorgeht, ist die Lagerschale 2 mit einer axialen Schmiernut 10 versehen, die sich im wesentlichen entlang der ganzen Länge der Lagerschale erstreckt,

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jedoch an den-Enden abgeschlossen ist. Die Schmiernut 10 befindet sich in der Fig.1 ebenfalls auf der oberen Seite der Lagerschale 2, d.h. sie ist auf der dem Kolben näheren Seite des Lagers ausgebildet. Entsprechend der Darstellung ist sie gegenüber der Symmetrieebene E, die in diesem Falle durch die beiden Lagerachsen der Schubstange führt, ebenfalls um den Winkel a versetzt.

An die Schmiernut 10 schliesst sich eine Umfangsnut 11 an. Die Umfangsnut 11 befindet sich in einem weniger belasteten Bereich der Lagerschale, der bezüglich der Ebene E seitlich liegt.

Bei der in der Fig.1 dargestellten gegenseitigen Stellung der Schubstange 1 und der Kurbelwelle 4 treten, wie dies später anhand der Fig.4 erläutert wird, die Kräfte auf, welche das Lager am ungünstigsten belasten. Diese haben eine erhöhte Abnützung des oberen, dem Hauptzapfen 7 zugewandten Bereiches des Kurbelzapfens 3 zur Folge. Bei der erfindungsgemässen Ausführung des Schubstangenlagers ist vor diesem Bereich die Schmiernut 10 ausgebildet, welche für eine erhöhte Zufuhr von Schmieröl sorgt. Das Schmieröl wird dabei der Nut durch die Schiaierbohrung 6 zugeleitet, und zwar beginnend mr'.t

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dem Augenblick, wo eine Verbindung der Bohrung 6 mit der Umfangsnut 11 entsteht. Diese Verbindung entsteht bereits eine Viertelumdrehung vor der dargestellten Stellung, in der die maximale Belastung auftritt. Es steht daher ein ausreichender Zeitraum zur Verfugung, um der Schmiernut 10 vor dem Auftreten der maximalen Kräfte genügend OeI zuzuführen.

In der Fig.5 ist ein polares Diagramm der auf den Kurbelzapfen seitens des Schubstangenlagers wirkenden.Kräfte dargestellt.

Der Punkt 0° bzw. 720° entspricht dabei dem Anfang des Expansionshubes bzw. dem Ende des Kompressionshubes. Die Bereiche von ca 80 - 220°, von 480 - 580° und von ca 310 410° zeigen dabei verhältnismässig hohe Belastungen, die im wesentlichen durch Massenkräfte hervorgerufen sind. Diese Massenkräfte sind zwar, wie aus dem Diagramm hervorgeht, gegenüber der im Bereich von ungefähr 10° liegenden Spitze, die durch Gaskräfte verursacht ist, verhältnismässig klein. Ihr Kraftvektoi bewegt sich jedoch im gleichen Sinne wie die Kurbelwelle, deren Drehrichtung in der Fig.5 ebenfalls durch einen Pfeil P bezeichnet ist. Die Winkelgeschwindigkeit weicht dabei nur wenig von der Winkelgeschwindigkeit des Kurbelzapfen ab. Daraus ergeben sich sehr nachteilige Bedingungen für die

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Bildung des Schmierfilmes.

Wie aus der Fig.5 hervorgeht, treten die durch die Massenkräfte hervorgerufenen Belastungen, die den erwähnten ungünstigen Verlauf haben, während der Bereiche von 80 - 220°, 480 - 580° und ca 310 - 410° Kurbelwinkel auf. Die Bereiche 80 - 220° und von 480 - 580° entsprechen dabei einer Kurbelstellung nach der Fig.1, wobei sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet. In diesem Falle ist die Schmiernut 10 wirksam.

Will man die gleiche Verbesserung der Schmierwirkung auch im Bereich von 310 - 410° erreichen, bei welchem sich der Kolben um den oberen Totpunkt herum bewegt, so kann vorzugsweise eine zweite Schmiernut 20 nach der Fig.3 vorgesehen sein, die der Schmiernut 10 diametral entgegengesetzt ist. Die Schmiernut 20 kann in ähnlicher Weise wie die Schmiernut mit der Umfangsnut 11 mit einer Umfangsnut 21 verbunden sein. Die Schmierbohrung 6 ist in diesem Falle diametral durch den Kurbelzapfen durchgeführt und enthält einen zweiten Teil 22, welcher zur Zusammenwirkung mit der Umfangsnut 21 bestimmt ist.

Die Fig.4 zeigt schliesslich eine Ausführung, die für einen umsteuerbaren Motor geeignet ist, d.h. einen Motor, welcher in beiden Drehrichtungen arbeiten kann. Diese Aus-

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fiihrung ist im wesentlichen gleich wie die nach der Fig.3, jedoch sind alle Schmiernuten zur Ebene E der Lagerachsen symmetrisch ausgebildet.

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Claims

Patentansprüche

1. Schubstangenlager einer Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Lagerschale mit mindestens einer an den Enden abgeschlossenen axialen Schmiernut, die an ein Schmiersystem anschliessbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernut im dem Kolben näheren Teil des Lagers an einer Stelle angeordnet ist, die gegenüber der Ebene, welche die Achsen beider Schubstangenlager enthält, entgegen der Drehrichtung des Kurbelzapfens um einen Winkel von 45° bis 75° versetzt ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiernut mit einer in der Lagerschale ausgebildeten Umfangsnut in Verbindung steht und dass der Kurbelzapfen mit einer Schmierbohrung versehen ist, die mit der Umfangsnut zusammenwirkt.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Uinfangsnut in einem seitlichen Bereich der Lagerschale ausgebildet ist und die Schmierbohrung bezüglich der Ebene, welche die Achsen beider Lager der Schubstange enthält, den gleichen Versetzungswinkel hat wie die Schmiernut.

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4. Lager nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zweite axiale Schmiernut, die der ersten Schmiernut diametral entgegengesetzt angeordnet ist,

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierbohrung diametral durch die Achse des Kurbelzapfens führt und zwei um 180° gegeneinander versetzte Austrittsöffnungen aufweist.

6. Lager nach Anspruch 5, einer reversierbaren Kolbenbrennkraftmaschine, gekennzeichnet durch vier Schmiernuten, die symmetrisch zur Ebene der Lagerachsen der Schubstange angeordnet sind.

7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelzapfen mit zwei zur Ebene der Lagerachsen der Kurbel symmetrisch ausgebildeten,diametralen Schmierbohrungen versehen ist.

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