DE3224916C2 - Kreuzkopf einer Kolbenmaschine, insbesondere eines Zweitakt-Dieselmotors - Google Patents

Abstract

Der Kreuzkopf weist einen Zapfen (1) auf, an dessen beiden Enden je ein Gleitschuh (3) angeordnet ist. Die beiden Gleitschuhe weisen je zwei hydrostatische Stützflächen (9, 10) auf, über die sie während der Hin- und Herbewegung des Kreuzkopfes an Führungsflächen (17, 18) des Maschinengehäuses (19) geführt werden. Die Schmiermittelzufuhr zu jeder Stützfläche (9, 10) ist über Rückschlagventile (11, 12) so gesteuert, daß ein Zurückfließen des in den Spalt (21, 22) zwischen Stützfläche (9 bzw. 10) und benachbarter Führungsfläche (17 bzw. 18) eingedrungenen Schmiermittels verhindert wird. Hierdurch wird eine metallische Berührung zwischen den Gleitschuhen und den Führungsflächen vermieden und damit der sonst übliche, durch Reibung bedingte Leistungsverlust wesentlich verringert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreuzkopf einer Kolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Kreuzköpfe bekannt, bei denen jeder Gleitschuh abwechselnd — abhängig von der Bewegungsrichtung des Kreuzkopfes — mit einer seiner beiden ebenen Gleitflächen an der ihr benachbarten ebenen Führungsfläche gleitet, wobei zwischen Gleit- und Führungsfläche Schmiermittel zugeführt wird. Durch die Berührung der Gleitflächen auf den Führungsfiächen entsteht trotz der Schmiermittelzufuhr eine erhebliche Reibung, die einen gewissen Leistungsverlust zur Folge hat, wenn der Kreuzkopf in einer Kraftmaschine, z. B. Dieselmotor, verwendet wird.

Zum Verringern der Reibung ist aus Bild 145 der Zeitschrift »Technica« Heft 12,1977, Seite 849—354, ein Kreuzkopf der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Gleitflächen der Gleitschuhe in Sektionen mit Plus- und Minus-Neigungen und planparallelen Zwischenstücken aufgeteilt sind. Mit dem aus dem Innern des Kreuzkopfes zugeführten Schmiermittel entstehen — abhängig von der jeweiligen Bewegungsrichtung — zwischen den in gleicher Richtung geneigten Flächen und der Führungsfläche Schmiermittelkeile, durch die Gleitflächen von der zugehörigen Führungsfläciie abgehoben werden.

Es handelt sich hier also um eine hydrodynamische Schmierung, wobei im Umkehrpunki der Kreuzkopfbewegung die Geschwindigkeit Null wird und wieder metallische Berührung zwischen den Gleitflächen und den Führungsflächen entsteht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreuzkopf der eingangs genannten Ar? so zu verbessern, daß der durch die Reibung verursachte Leistungsverlust weiter verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Ausbildung der Gleitflächen als hydrostatische Stützflächen wird die jeweils belastete Stützfläche wegen des zwischen ihr und der benachbarten Führungsfläche vorhandenen dicken Schmiermittelpolsters an einer metallischen Berührung der Führungsfläche gehindert. Damit tritt keine nennenswerte Reibung mehr zwischen der betreffenden Stützfläche und der benachbarten Führungsfläche auf. Durch das Steuern der Schmiermittelzufuhr wird sichergestellt, daß das Schmiermittel während der unbelasteten Phase der betreffenden Stützfläche in den Spalt zwischen dieser Stützfläche und der benachbarten Führungsfläche eindringen kann, ohne daß dieses Schmiermittel in der anschließenden Belastungsphase entgegen der Richtung der Schmiermittelzufuhr entweichen kann. Durch die Dichtleisten an den Enden der Stützflächen sowie die seitlichen Begrenzungsflächen ist gewährleistet, daß während der Belastungsphase Schmiermittel aus dem Schmiermittelpolster nur in geringem Maße nach außen abfließen kann, so daß das Polster lange erhalten bleibt und auch bei Bewegungsumkehr kein metallischer Kontakt der zuletzt belasteten Gleitflächen mit der zugehörigen Führungsfläche stattfindet.
In dem zitierten Aufsatz aus der Zeitschrift »Technica« wird eine hydrostatische Lagerung empfohlen, jedoch für den Kreuzkopflagerzapfen, bei dem hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Belastung andere Verhältnisse vorliegen als für die Gleitschuhe des Kreuzkopfes.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann jede Dichtleiste zusätzlich zum Federdruck noch dem Druck eines Schmiermittels ausgesetzt sein, wobei vorteilhafterweise dieses Schmiermittel von der Schmiermittelzufuhr für die Stützflächen abgezweigt wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Kreuzkopf im

Bereich eines Gleitschuhes,

Fig.2 einen Schnitt entsprechend der Linie H-II in Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie III-III in F i g. 2 und

F i g. 4 eine der F i g. 1 entsprechenden Querschnitt durch einen Kreuzkopf mit einer anderen Steuerung der Schmiermittelzufuhr.

Gemäß F i g. ι ist an einem Kreuzkopfzapfen 1 eines Zweitakt-Dieselmotors in bekannter, nicht näher dargestellter Weise das obere Ende einer Pleuelstange 2 angelenkt, deren unteres, nicht dargestelltes Ende mit einem Kurbeizapfen verbunden ist Außer dem Kurbeltrieb ist in der Zeichnung auch die an dem Zapfen 1 befestigte Kolbenstange weggelassen, die sich in F i g. 1 nach oben erstrecken würde. An jedem Ende des Kreuzkopfzapfens 1 ist ein Gleitschuh 3 angeordnet, von denen in F i g. 1 nur einer sichtbar ist. Zwischen dem Gleitschuh 3 und dem Zapfen ist eine Büchse 5 vorgesehen, die im Gleitschuh so befestigt ist, daß sie sich nicht drehen kann.

In Längsrichtung der Pleuelstange 2 erstieckt sich eine Bohrung 4, die sich im Zapfen 1 bis zu dessen Längsachse fortsetzt Die Bohrung 4 dient in bekannter Weise der Zufuhr eines unter Druck stehenden flüssigen Schmiermittels, das außerdem im Bereich der Gleitschuhe 3 als hydrostatisches Druckmittel dient. Der Zapfen 1 weist eine in Längsrichtung verlaufende zentrale Bohrung 6 auf, deren äußerste Enden verschlossen sind (nicht dargestellt). Etwa auf der Höhe der Mitte des Gleitschuhes 3 zweigt von der zentralen Bohrung 6 je eine radiale Bohrung 7 und 8 ab, die die Büchse 5 durchdringt und sich als Bohrung T bzw. 8' im Gleitschuh 3 bis zu dessen ebener Außenfläche 9 bzw. 10 fortsetzt. Innerhalb des Gleitschuhes weisen die Bohrungen T und 8' je ein Rückschlagventil 11 bzw. 12 auf, die so angeordnet sind, daß sie einen Schmiermittelfluß in Richtung nach außen zulassen, in entgegengesetzter Richtung jedoch sperren. Parallel zu den Bohrungen T und 8' sind im Gleitschuh 3 zwei Bohrungen 13 bzw. 14 vorgesehen, die ebenfalls in die Fläche 9 bzw. 10 ausmünden und über Verbindungskanäle 15 bzw. 16 an die Schmiermittelzufuhrbohrungen T bzw. 8' angeschlossen sind. Die ebenen Flächen 9 und 10 des Gleitschuhes 3 bilden je eine hydrostatische Stützfläche, die zwischen sich und der jeweils benachbarten Führungsfläche 17 bzw. 18 des Maschinengehäuses 19 einen Spalt 21 bzw.

22 freilassen.

Jeder der beiden Spalte 21 und 22 ist an den beiden Stirnseiten des Gleitschuhes 3 durch je eine Dichtleiste

23 und 23' bzw. 24 und 24' nach außen abgedichtet. Zwischen jeder Dichtleiste und einer Schulterfläche am Gleitschuh 3 ist eine Feder 25 angebracht, die die Dichtleiste gegen die benachbarte Führungsfläche 17 bzw. 18 drückt. Im Bereich jeder Dichtleiste ist am Gleitschuh 3 eine Halteleiste 26 für die betreffende Dichtleiste und die zugehörige Feder befestigt. Außerdem sind die Verbindungskanäle 15 und 16 in den die Feder 25 enthaltenden Raum verlängert, so daß auch das in den Spalten 21 und 22 wirkende, unter Druck stehende Schmiermittel auf die Dichtleisten 23, 23' bzw. 24, 24' im Sinne einer Anpressung an die Führungsfläche 17 bzw. 18 wirkt. Parallel zur Bewegungsrichtung des Gleitschuhes 3 sind beiderseits der Führungsfläche 17 und 18 zwei Begrenzungsflächen 27 bzw. 25 am Maschinengehäuse 19 vor- ω gesehen, die, wie F i g. 3 zeigt, den jeweils äußeren Abschnitt des Gleitschuhes U-förmig umfassen und zusammen mit den benachbarten Begrenzungsflächen des betreffenden Gleitschuhabschnittes lange Spaltdichtungen 30 bilden.

Im Betrieb der Maschine bewegt sich der Kreuzkopf auf- und abwärts, wobei beispielsweise bei der Aufwärtsbewegung die hydrostatische Stützfläche 9 belastet ist, während die hydrostatische Stützfläche 10 entlastet ist. Das unter Druck stehende, kontinuierlich über die Bohrung 4 in der Pleuelstange 2 dem Gleitschuh 3 zugeführte Schmiermittel gelangt während der Aufwärtsbewegung über das Rückschlagventil 12 in den Spalt 22 auf der entlasteten Seite des Kreuzkopfes. Das bei der vorhergehenden Abwärtsbewegung in den Spalt 21 eingedrungene Schmiermittel ist während der Aufwärtsbewegung des Kreuzkopfes in den Räumen stromunterhalb des Rückschlagventils 11 eingeschlossen und bildet ein dickes Schmiermittelpolster, das eine metallische Berührung zwischen der Stützfläche M und der Führur gsfläche 17 verhindert, und zwar entgegen der von der Pleuelstange 2 über den Zapfen 1 auf den Kreuzkopf ausgeübten Kraft, die de/ Gleitschuh 3 gegen die Führungsfiäche 17 zu drücken versucht. Durch die Abdichtung des Spaltes 21 mittels der Dichtleisten 23 und 23' sowie der Spaltdichtungen an den Begrenzungsflächen 27 bleibt die hydrostatische Tragkraft des Schmie-priittelpolsters im Spalt 21 während der ganzen Dauer der Aufwärtsbewegung praktisch erhalten. Bei der Abwärtsbewegung des Kreuzkopfes spielen sich im Spalt 22 die gleichen Vorgänge ab, wie sie für den Spalt 21 für die Aufwärtsbewegung beschrieben wurden. Während der Abwärtsbewegung ist also die Stützfläche 9 entlastet, so daß dann das unter Druck stehende, über die Bohrung 4 zuströmende Schmiermittel über das Rückschlagventil 11 in den Spalt 21 nachgespiesen wird.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 sind die Schmiermittelbohrungen ? und 8 im Zapfen 1 unter einem stumpfen Winke! zueinander angeordnet. Die Umfangsfläche des mit der Pleuelstange 2 drehfest verbundenen Zapfens 1 bildet mit der Innenfläche der Büchse 5 im Gleitschuh 3 einen Schieberspiegel, der — abhängig von der jeweiligen Stellung der Pleuelstange — abweciiselnd ein Kommunizieren der Bohrungen 7 und 7' Gder der Bohrungen 8 und 8' steuert. Wenn beispielsweise die Bohrungen 7 und T miteinander verbunden sind und sonst über die Bohrung 4 zugeführtes, unter Druck stehendes Schmiermittel in den Spalt 21 gelangt, so ist die Verbindung der Bohrungen 8 und 8' unterbrochen und ein Zurückfließen von Schmiermittel aus dem Spalt 22 in die Bohrung 8 verhindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

■/.■ Patentansprüche:

1. Kreuzkopf einer Kolbenmaschine, insbesondere eines Zweitakt-Dieselmotors, mit einem Zapfen, an dessen beiden Enden je ein Gleitschuh angeordnet ist, der mittels zweier bezüglich des Zapfens diametral angeordneter Gleitflächen während der Hin- und Herbewegung des Kreuzkopfes an Führungsflächen des Maschinengehäuses geführt ist, wobei den Gleitflächen unter Druck stehendes Schmiermitte! zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den Gleitflächen der beiden Gleitschuhe in den, in Bewegungsrichtung des Kreuzkopfes gesehen, am Ende dieser Flächen gelegenen Bereichen zum Bilden hydrostatischer Stützflächen sich quer zur Bewegungsrichtung erstreckende, federnd gegen die Führungsflächen angedrückte und bei der Kreuzkopfbewegung auf diesen gleitende Dichtleisten vorgesehen sind, während das Maschinengehäuse im Bereich der von den Gleitflächen bestrichenen Bewegungsbahn Begrenzungsflächen aufweist, die die Gleitschuhe im Bereich ihrer hydrostatischen Stützflächen seitlich dichtend umfassen, und daß die Schmiermittelzufuhr zu jeder Stützfläche so gesteuert ist, daß bei der Hin- und Herbewegung des Kreuzkopfes das Schmiermittel zur jeweils entlasteten Stützfläche fliesst, während gleichzeitig an der jeweils belasteten Stützfläche ein Zurückfließen des in den Spalt zwischen Stützfläche und benachbarter Führungsfläd.e eingedrungenen Schmiermittels verhindert wird.

2. Kreuzkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Dichtleisten ^uf ihrer der Führungsfläche abgewendeten Seite Schmiermittel zugeführt wird, und daß die Dichtleister, auf dieser Seite durch das Schmiermittel mit Druck beaufschlagbar sind.

3. Kreuzkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelzufuhr für die Dichtleisten von der Schmiermittelzufuhr für die betreffende Stützfläche abgezweigt ist.

4. Kreuzkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern der Schmiermittelzufuhr zu jeder Stützfläche Rückschlagventile im Gleitschuh vorgesehen sind.

5. Kreuzkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit über eine Bohrung in der Pleuelstange und Bohrungen im Zapfen erfolgender Schmiermittelzufuhr zu den Gleitschuhen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern der Schmiermittelzufuhr zu jeder Stützfläche die Schwenkbewegung der Pleuelstange ausgenützt wird, indem die Umfangsfläche des Zapfens, in die die Schmiermittelbohrungen im Zapfen münden, mit der umgebenden Fläche im Gleitschuh einen Schieberspiegel bildet, von dem aus mindestens je eine Schmiermittelbohrung zu den Stützflächen führt.