DE4302515A1 - Ölpumpe für Hubkolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe für einen Hubkolbenmotor mit wenigstens einer Kolben- Zylinder-Anordnung, deren Kolben über ein Pleuel die Kurbelwelle antreibt.

Ölpumpen für den Schmieröltransport zu den Lagerstellen der Kurbelwelle und weiteren der Schmierung bzw. Kühlung bedürftigen Bauelemen­ ten bei Dieselmotoren oder Benzinmotoren sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Vielfach besitzen sie eigene Antriebs- und Pumpenaggregate, welche das Öl als kontinuier­ lichen oder intermittierenden Strom in einem Kreislauf zwischen Ölwanne und den verschie­ denen Schmierstellen transportieren. Bekannte Ölpumpen sind üblicherweise ventilgesteuert, d. h. sie enthalten viele Saug- und Druckven­ tile und sind damit auch verschleißanfällig.

Demgegenüber besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Ölpumpe für Kleinmotoren zu schaffen, wobei es genügen soll, die Schmierung mit einem der Motordrehzahl ent­ sprechend intermittierenden Ölstrom aufrecht zu erhalten; die Ölpumpe soll insbesondere aus möglichst wenigen, nicht verschließanfälligen Bauteilen bestehen und mit geringem Energie­ aufwand betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird nach dem Erfindungskonzept für eine Ölpumpe in der Weise gelöst, daß sie

• a) eine an die Kurbelwelle angeschlossene Exzenterstange aufweist,
• b) deren freies Ende eine Kolbenplatte trägt,
• c) die mit einem unter Öl angeordneten, zur Exzenterstange hin offenen Zylinderkopf zusammenwirkt, derart, daß
• d) das Drucköl durch einen Ölkanal in der Exzenterstange einer oder mehreren Schmierstellen zugeführt wird.

Eine derartig ausgestaltete Ölpumpe wird von der Kurbelwelle mit angetrieben; über den Ölkanal in der Exzenterstange schmiert sie gleichzeitig die eigene Lagerstelle und ermög­ licht von dieser aus die Versorgung weiterer Ölbohrungen. Da die Pumpe unter Öl, also bevorzugt in der Ölwanne, dort mit dem eigent­ lichen Pumpenmechanismus in das Schmieröl ein­ getaucht angeordnet ist, erübrigen sich auf­ wendige Dichtungs- und Ventilmittel. Das Lager für die Exzenterstange kann in axialer Rich­ tung der Kurbelwelle sehr schmal gehalten wer­ den, so daß der Platzbedarf für den Pumpenan­ trieb äußerst gering ist. Die Länge der Exzen­ terstange richtet sich nach der Entfernung der Kurbelwelle vom Ölsumpf in der Ölwanne. Weil die Exzenterstange infolge ihrer den Kolbenhub bestimmenden Lagerbohrung auch eine seitlich hin- und hergehende Bewegung ausführt, besteht die Möglichkeit, diese seitliche Schwenkbewe­ gung für die Anlenkung weiterer Hubantriebe, z. B. als Antrieb für eine Membranpumpe für den Kraftstoffzulauf zu nutzen.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Ölpumpe sowohl für Dieselmotoren als auch für Ottomotoren eingesetzt werden; sie eignet sich besonders für Kleinmotoren, insbesondere Ein­ zylindermotoren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an der Exzenterstange ein Gleitlagerring mit einer Lagerbohrung für den als Lagersitz dienenden exzentrischen Wellen­ abschnitt auf der Kurbelwelle ausgebildet ist. Beispielsweise genügt für einen Einzylinder- Dieselmotor bei einem Pumpenkolbendurchmesser von ca. 36 mm eine Exzentrizität der Lagerboh­ rung und damit ein dementsprechender Pumpenhub von etwa 6 mm. Je nach Länge der Exzenter­ stange beträgt dabei deren seitliche Aus­ schwenkung nur wenige Winkelgrade, in der Regel weniger als 2 Grad.

Eine besonders einfache Ausführungsform besteht darin, daß die Kolbenplatte lose und mit axialem Spiel zwischen axialen Anschlägen am zylinderseitigen Ende der Exzenterstange gelagert ist und je nach Hubrichtung zusammen mit den Anschlägen als Saug- oder Druckventil wirkt.

Eine derartige, schwimmend gelagerte Kolben­ platte ist dabei vorteilhaft auf einem am kur­ belwellenfernen Ende der Exzenterstange axial vorspringenden Halsteil gelagert, welcher der axialen Führung der Kolbenplatte dient. Deren schwimmende Lagerung wird also dazu genutzt, daß sie je nach Anlage an einem der beiden axialen Anschläge entweder als Saug- oder als Druckventil wirkt. Zu diesem Zweck ist in wei­ terer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der kurbelwellenseitige Anschlag als ring­ förmiger Kragen der Exzenterstange mit einer Anlagefläche für die Kolbenplatte während des Förderhubs der Ölpumpe ausgebildet ist, und daß andererseits der kurbelwellenferne Anschlag durch den Kopf einer Hohlschraube gebildet ist, die in das kurbelwellenferne Stirnende der Exzenterstange eingeschraubt ist, derart, daß die Rückseite des Kopfs der Hohlschraube eine Auflagefläche für die Kolbenplatte während des Saughubs der Ölpumpe bildet.

Zur Verwirklichung der Ventilfunktion der Kolbenplatte ist vorgesehen, daß die Kolben­ platte Durchgangsbohrungen aufweist, die wäh­ rend des Förderhubs durch den Kragen ver­ schlossen sind, so daß das Drucköl über radiale Öffnungen um Halsteil und im Schaft der Hohlschraube in den Ölkanal gelangt und daß die Durchgangsbohrungen während des Saug­ hubs offen sind, wobei die Kolbenplatte auf der Rückseite des Kopfs der Hohlschraube auf­ liegt und dadurch die zum Ölkanal führenden radialen Öffnungen im Halsteil verschließt.

Zweckmäßigerweise sind die radialen Öffnungen im Halsteil durch Schlitze in dessen Stirn­ fläche gebildet.

Damit die Kolbenplatte zwanglos den geringen Schwenkbewegungen der Exzenterstange folgen kann, ist vorgesehen, daß die Kolbenplatte eine ballige Umfangsfläche besitzt. Die Kolbenplatte besteht bevorzugt aus Sinter­ metall oder Teflon, der Zylindertopf der Ölpumpe aus Stahl oder Aluminium. Für die Exzenterstange selbst kommt eine Herstellung als Aluminiumdruckgußteil bevorzugt in Frage.

Für die Befestigung der Hohlschraube am stirn­ seitigen Ende der Exzenterstange besitzt letz­ tere ein entsprechendes Innengewinde, so daß die zweckmäßig aus Stahl bestehende Hohl­ schraube, deren Kopf die Exzenterstange stirn­ seitig verschließt und dessen Rückseite außer­ dem einen Anschlag für die Kolbenplatte bil­ det, eingeschraubt werden kann, bis der Kopf auf dem stirnseitigen Ende des Halsteils auf­ sitzt.

Die Transportwege für das Schmieröl sind in besonders einfacher Weise derart ausgestaltet, daß die Lagerbohrung im Gleitlagerring der Exzenterstange eine Ringnut aufweist, die der Lagerschmierung dient und über eine Ölbohrung mit dem Pleuellager der Kurbelwelle verbunden ist. Überdies kann an die Ringnut eine Spritz­ düse für die Kühlung des Kolbenbodens des Kolbens des Hubkolbenmotors angeschlossen sein.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ölpumpe für einen Ein­ zylinder-Dieselmotor näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kolben­ pumpe in einer Ebene senkrecht zur Achse der Lagerbohrung in der Exzen­ terstange,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Ölpumpe in einer Ebene parallel zur Achse der Lagerbohrung der Exzenterstange im oberen Umkehrpunkt der Exzenterstange,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Fig. 2 im unteren Umkehrpunkt der Exzenterstange,

Fig. 4 eine Einzelheit X gemäß Fig. 2 und

Fig. 5 eine Einzelheit Y gemäß Fig. 3.

Die Ölpumpe gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht im wesentlichen aus einer Exzenterstange 1, einem Zylindertopf 2, einer Kolbenplatte 3 und einer Hohlschraube 4, welche am kurbelwellenfernen Ende der Exzenterstange 1 in ein entsprechen­ des Innengewinde der Exzenterstange 1 einge­ schraubt ist, wobei das Innengewinde die zuge­ ordnete Mündung eines Ölkanals 5 im Inneren der Exzenterstange 1 bildet. Die Hohlschraube 4 setzt somit gewissermaßen den Ölkanal 5 fort; sie ist über radiale Öffnungen 6 in ihrem Schaft 7 mit einem Ringraum 8 zwischen dem Schaft 7 und einem diesen mit Abstand umgebenden Halsteil 9, der das stirnseitige Ende der Exzenterstange 1 bildet, umgeben. Der Kopf 10 der Hohlschraube 4 bildet mit seiner Rückseite den kurbelwellenfernen Anschlag für die zwischen zwei Anschlägen schwimmend ange­ ordnete Kolbenplatte 3; der kurbelwellensei­ tige Anschlag ist gebildet durch einen ring­ förmigen Kragen 11 der Exzenterstange 1, an welchem radial außerhalb des Halsteils 9 eine stirnseitige Anlagefläche 12 für die Kolben­ platte 3 ausgebildet ist. Die Kolbenplatte 3 sitzt mit einem Spiel von etwa 0,5 mm zwischen der kurbelwellenseitigen Anlagefläche 12 und einer durch die Rückseite des Kopfs 10 der Hohlschraube 4 gebildeten ringförmigen Aufla­ gefläche 13. In den Fig. 4 und 5 sind die vorstehend erläuterten Bauteile vergrößert dargestellt.

Die Exzenterstange 1 besitzt an ihrem kurbel­ wellenseitigen Ende einen Gleitlagerring 14 mit einer Lagerbohrung 15; die Lagerbohrung 15 dient als Lagersitz, passend zu einem entspre­ chenden Wellenabschnitt auf der (nicht gezeig­ ten) Kurbelwelle. Infolge der Drehung der Kurbelwelle mit dem als exzentrischen Lager­ sitz ausgebildeten Wellenabschnitt, auf welchem der Gleitlagerring 14 der Exzenter­ stange 1 läuft, wird letztere entsprechend der Exzentrizität des Wellenabschnitts im Sinne eines Hubkolbens angetrieben, so daß die Exzenterstange einerseits eine Hubbewegung und andererseits eine seitliche Schwenkbewegung ausführt. Die Hubbewegung wird genutzt im Rahmen der Pumpenfunktion für den Saughub einerseits und den Förderhub andererseits. Um eine einwandfreie Führung der Kolbenplatte 3 im Inneren des Zylindertopfs 2 zu gewähr­ leisten, kann die Umfangsfläche 16 der Kolben­ platte 3 ballig ausgeführt sein. Fig. 1 zeigt die Exzenterstange in ihrer extremen Schrägstellung, wobei der Winkelausschlag (nach rechts) etwa 1,5 Winkelgrade beträgt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Exzenterstange in ihrem oberen bzw. unteren Totpunkt, d. h. Fig. 2 zeigt die Endphase des Saughubs und Fig. 3 die Endphase des Förderhubs. Während des Saug­ hubs liegt die Kolbenplatte 3 auf der Anlage­ fläche 1 des Kopfs 10 der Hohlschraube 4 auf; dementsprechend gelangt Schmieröl, durch welches der Zylindertopf 2 bedeckt ist, durch den Spalt zwischen der Oberseite der Kolben­ platte 3 und der gegenüberliegenden Anlagefläche 12 des Kragens 11 sowie Durch­ gangsbohrungen 17 in der Kolbenplatte 3 in den Zylinderraum 18 der Ölpumpe. Während des nach­ folgenden Förderhubs schwimmt die Kolbenplatte 3 auf, indem sie sich dichtend gegen die Anla­ gefläche 12 des Kragens 11 anlegt, während sich die Exzenterstange 1 gegen den Boden 19 des Zylindertopfs bewegt; das im Zylinderraum 18 vorhandene Öl strömt während des in Fig. 3 dargestellten Förderhubs aus dem Zylinderraum 18 durch den Spalt zwischen der Auflagefläche 13 des Kopfs 10 der Hohlschraube 4 und der zugeordneten Stirnfläche der Kolbenplatte 3 und weiter durch Schlitze 20 im Stirnende des Halsteils 9 in den Ringraum 8 zwischen dem Halsteil 9 und dem Schaft 7 der Hohlschraube 4; von dort gelangt das Drucköl über die radialen Öffnungen 6 in das Innere der Hohl­ schraube 4 und von dort über den Ölkanal 5 zur Lagerstelle des Gleitlagerrings 14 der Exzen­ terstange 1. In die Lauffläche 21 der Lager­ bohrung 15 des Gleitlagerrings 14 der Exzen­ terstange 1 ist eine Ringnut 22 für die Lager­ schmierung eingearbeitet. Diese Ringnut ist über eine (nicht gezeigte) Ölbohrung mit dem Pleuellager der Kurbelwelle verbunden. An diese Ringnut 22 kann ferner eine Spritzdüse 27 für die Kühlung des Kolbenboden 9 des Hubkolbens angeschlossen sein.

Der Zylindertopf 2 ist mit einem Außengewinde 23 von außen in eine entsprechende Gewindeboh­ rung der Ölwanne 24 (Fig. 2) gegen einen an der Außenseite der Ölwanne 24 anliegenden Dichtungsring 25 eingeschraubt und vom Ölsumpf 26 bedeckt.

Die beschriebene Ölpumpe besteht aus wenigen Bauteilen; sie verzichtet auf die Verwendung verschleißanfälliger Dichtungen; für die schmale Exzenterstange wird nur wenig Raum in axialer Richtung der Kurbelwelle benötigt.

Durch den Antrieb entsprechend der Kurbelwel­ lendrehzahl erzeugt die Ölpumpe im Sinne einer einfach wirkenden Kolbenpumpe einen intermit­ tierenden Ölstrom, dessen Fördermenge den jeweiligen Erfordernissen durch entsprechende Dimensionierung der Ölpumpe angepaßt werden kann. Beispielsweise beträgt die Fördermenge bei einem Innendurchmesser des Zylindertopfs 2 von 36 mm knapp zwei Liter/Minute bei einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen/Minute. Weitere Einflußgrößen auf die Fördermenge sind selbst­ verständlich der Pumpenhub und die Dimensio­ nierung der verschiedenen Bohrungen, z. B. der Durchgangsbohrungen 17 in der Kolbenplatte 3, der Schlitze 20 im Halsteil 9 und der radialen Bohrungen 6 in der Hohlschraube 4. Die Ölpumpe wird zweckmäßig in den Massenausgleich des Hubkolbenmotors miteinbezogen, was bei Einzy­ lindermotoren besonders vorteilhaft ist, weil dadurch der Massenausgleich verbessert werden kann.

Claims (12)

1. Ölpumpe für Hubkolbenmotor, mit wenigstens einer Kolben-Zylinder-Anordnung, deren Kolben über ein Pleuel die Kurbelwelle antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölpumpe

• a) eine an die Kurbelwelle angeschlossene Exzenterstange (1) aufweist,
• b) deren freies Ende eine Kolbenplatte (3) trägt,
• c) die mit einem unter Öl angeordneten, zur Exzenterstange (1) hin offenen Zylindertopf (2) zusammenwirkt, derart, daß
• d) das Drucköl durch einen Ölkanal (5) in der Exzenterstange (1) einer oder mehreren Schmierstellen zugeführt wird.

2. Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Exzenterstange (1) ein Gleitla­ gerring (14) mit einer Lagerbohrung (15) für den als Lagersitz dienenden exzentri­ schen Wellenabschnitt auf der Kurbelwelle ausgebildet ist.

3. Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenplatte (3) lose und mit axialem Spiel zwischen axialen Anschlägen am zylinderseitigen Ende der Exzenter­ stange (1) gelagert ist und je nach Hubrichtung zusammen mit den Anschlägen als Saug- oder Druckventil wirkt.

4. Ölpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenplatte (3) schwimmend auf einem am kurbelwellenfernen Ende der Exzenterstange (1) axial vorspringenden Halsteil (9) gelagert ist.

5. Ölpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kurbelwellenseitige Anschlag als ringförmiger Kragen (11) der Exzenter­ stange (1) mit einer Anlagefläche (12) für die Kolbenplatte (3) während des Förder­ hubs der Ölpumpe ausgebildet ist.

6. Ölpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kurbelwellenferne Anschlag durch den Kopf (10) einer Hohlschraube (4) gebildet ist, die in das kurbelwellenferne Stirnende der Exzenterstange (1) einge­ schraubt ist, derart, daß die Rückseite des Kopfs (10) der Hohlschraube (4) eine Auflagefläche (13) für die Kolbenplatte (3) während des Saughubs der Ölpumpe bildet.

7. Ölpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenplatte (3) Durchgangsbohrun­ gen (17) aufweist, die während des Förder­ hubs durch den Kragen (11) verschlossen sind, so daß das Drucköl über radiale Öff­ nungen im Halsteil (9) und im Schaft (17) der Hohlschraube (4) in den Ölkanal (5) gelangt.

8. Ölpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (17) während des Saughubs offen sind, wobei die Kolben­ platte (3) auf der Rückseite des Kopfs (10) der Hohlschraube (4) aufliegt und dadurch die zum Ölkanal (5) führenden radialen Öffnungen im Halsteil (9) ver­ schließt.

9. Ölpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Öffnungen im Halsteil (9) durch Schlitze (20) in dessen Stirnfläche gebildet sind.

10. Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenplatte (3) eine ballige Umfangsfläche (16) besitzt.

11. Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrung (15) im Gleitla­ gerring (14) der Exzenterstange (1) eine Ringnut (22) aufweist, die der Lager­ schmierung dient und über eine Ölbohrung mit dem Pleuellager der Kurbelwelle ver­ bunden ist.

12. Ölpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ringnut (22) eine Spritzdüse (27) für die Kühlung des Kolbenbodens des Kolbens des Hubkolbenmotors angeschlossen ist.