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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schmierung einer Kolbenmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Schmierung
einer Kolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 7 sowie eine Kolbenmaschine gemäß Anspruch 11.
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Stand der
Technik
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Zwangsschmiersysteme
werden im allgemeinen verwendet, um verschiedene drehbare und bewegbare
Teile von Verbrennungsmotoren zu schmieren. Schmiermedium wird typischerweise
von einem Behälter
aus mittels eines Zuführungsleitungssystems
Schmierzielen zugeführt,
anschließend
wird das Schmiermedium gesammelt und zum Behälter zurückgeführt. In modernen Dieselmotoren
wird der Druck zum Umwälzen
des Schmiermediums durch Ölpumpmittel
bereitgestellt. Eine Ölpumpe
saugt typischerweise Öl
aus dem Ölsumpf
des Verbrennungsmotors ab und pumpt das Öl durch einen Kühler und
Filter zu dem Leitungsnetz oder den Kanälen, die zu den verschiedenen
Schmierzielen führen.
Von den Schmierzielen aus läuft
das Öl
zurück
zum Boden des Kurbelgehäuses
und in den Ölsumpf.
Das System ist so ausgelegt, daß der
Druck des Öls
zur Schmierung der Schmierziele geeignet ist. Diese bekannte Systemart
weist jedoch die Nachteile auf, daß der Druck des Öls von der
Drehzahl des Motors abhängig
und der Öldruck
an verschiedenen Teilen des Schmiersystems in etwa konstant ist.
Somit werden spezifische Erfordernisse für unterschiedliche Schmierziele
oder Betriebsumstände
vom System nicht berücksichtigt.
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Das
Zuführen
von Schmieröl
für Kolbeneinheiten
schließt
insbesondere Nachteile im Falle großer Zweitaktmotoren ein. In
der EP-A-0903473 ist ein Schmiersystem für einen großen Zweitaktmotor dargestellt,
bei dem das Schmiermedium mittels separater Gelenkhebel, die mit
Strömungskanälen ausgestattet
sind, dem Kolben zugeführt
wird. Eine separate Ölzuführungsvorrichtung,
die für
jeden Kreuzkopf vorgesehen ist, funktioniert aufgrund der Wirkung
der hin- und hergehenden Bewegung des Kreuzkopfes. In diesem bekannten
System ist die Zuführung
von Schmiermedium auch auf ein gewisses Niveau eingestellt, das
sich während
des Betriebs des Motors nicht verstellen läßt und somit nicht notwendigerweise
der optimalen Schmierung für
alle Betriebsumstände
entspricht.
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Ein
anderes bekanntes Schmiersystem ist in der GB-A-2058952 dargestellt. In diesem bekannten Schmiersystem
werden vollelektronisch gesteuerte Ventile verwendet. Diese bekannte
Lösung
ist jedoch unnötig
kompliziert.
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Die
Hauptlager von Motorkurbelwellen sind üblicherweise hydrodynamische
Lager. Der Wirkungsgrad bei der Schmierung solcher Lager basiert auf
der Erzeugung eines Ölfilms
zwischen den Lagerlaufflächen.
Das Ausgleichen der Welle hängt
u.a. von der Umfangsgeschwindigkeit des Wellenstifts ab. Somit ist
die Schmierung, beispielsweise während des
Anlassens des Motors, nicht ideal.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schmieranordnung – für eine Kolbenmaschine
bereitzustellen, die die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile
minimiert. Eine Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin,
eine Schmieranordnung bereitzustellen, mit der das Zuführen von
Schmiermedium zur Schmierung von Maschinenteilen, beispielsweise
Kolben, zuverlässig und
wirksam stattfindet. Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren zur Schmierung einer Kolbenmaschine bereitzustellen, bei
dem die Nachteile nach dem Stand der Technik minimiert sind.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Anordnung zur Schmierung einer
Kolbenmaschine gemäß Anspruch
1, ein Verfahren zur Schmierung einer Kolbenmaschine gemäß Anspruch
7 sowie eine Kolbenmaschine gemäß Anspruch
11 bereit.
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Das
zweite Leitungsmittel umfaßt
vorzugsweise, getrennt vom ersten Druckerhöhungsmittel, ein zweites Druckerhöhungsmittel,
um eine bessere unabhängige
Steuerung des Verfahrens zu ermöglichen.
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Das
separate zweite Leitungsmittel kann als ein Bereich des ersten Leitungsmittels
der Kolbenmaschine vorgesehen sein, während die Maschine sowohl ein
herkömmliches
Zwangsschmiersystem als auch einen separaten Zuführungsleitungsbereich umfaßt, der
mit einer durch eine externe Steuerungseinheit steuerbaren Ventilanordnung
ausgestattet ist. Es ist somit vorteilhaft, daß das separate zweite Leitungsmittel
mit dem ersten Leitungsmittel, d.h. mit dem herkömmlichen Zwangsschmiersystem,
als eine erste Abzweigleitung in einer Strömungsrichtung des Schmiermediums
nach dem Druckerhöhungsmittel verbunden
ist, während
das erzielbare Druckniveau seinen höchsten Wert aufweist.
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Die
Anordnung umfaßt
vorzugsweise einen Druckspeicher, der in Strömungsverbindung mit der Quelle
des Schmiermediums steht, wobei mit diesem Speicher das zweite Leitungsmittel
mittels der Ventilanordnung verbunden werden kann. Schmiermedium
wird durch ein Druckerhöhungsmittel
zunächst
einem Druckspeicherzugeführt,
in dem ein vorbestimmtes Druckniveau aufrechterhalten wird, und
von dem aus das Schmiermedium mittels der Ventilanordnung dem zu
jeweiligen Schmierzielen führenden Leitungsnetz zugeführt wird.
Mittels des Druckspeichers ist es möglich, die Druckerzeugung und
die Verteilung von Schmieröl
zu trennen, wodurch die Schmierung wirksamer wird und den tatsächlichen Erfordernissen
besser entspricht. Somit kann das Zuführen von Schmiermedium beispielsweise
so gesteuert werden, daß der
Zeitpunkt des Starts der Zuführung
und/oder ihre Dauer durch eine externe Steuerungseinheit gesteuert
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das zweite Leitungsmittel mit einem zu einer Kolbeneinheit der
Maschine führenden
Schmierkanal verbunden, wodurch die Vorzüge der Erfindung in besonders
wirksamer Weise genutzt werden. In diesem Fall ist ein druckangetriebenes
Rückschlagventil oder
dergleichen vorzugsweise in der Kolbeneinheit vorgesehen.
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In
der erfindungsgemäßen Anordnung
ist die Ventilanordnung vorgesehen, um mit einer Steuerungseinheit
zusammenzuwirken, die ausgeführt
ist, um den Betrieb der Ventilanordnung zu steuern. Die Steuerungseinheit
erhält
Meßsignale,
die von Sensoren, die Parameter von Schmierzielen der Maschine messen,
ausgesendet werden. Die Ventilanordnung für separate Leitungsnetzbereiche,
die mit unterschiedlichen Schmierzielen verbunden sind, und Meßsensoren,
die Parameter, beispielsweise Lagertemperaturen, der unterschiedlichen
Schmierziele messen, sind mit der Steuerungseinheit- verbunden. Somit
ist die Schmierung eines jeden Schmierziels in Abhängigkeit
von den von den Sensoren erhaltenen Meßsignalen unabhängig einstellbar.
Die Steuerungseinheit steuert die Ventilanordnung in Abhängigkeit
von den Meßsignalen,
die von Sensoren, die die Parameter der Maschine messen, ausgesendet werden,
und/oder aufgrund gespeicherter Steuerungsinformationen. Es ist
möglich,
der Steuerungseinheit meßwertdefinierende
Parameter jeweiliger Schmierziele zuzuführen. Somit kann die Steuerungseinheit
jedes Schmierziel, unabhängig
von anderen Schmierzielen, auf der Basis der Meßsignale und/oder gespeicherter
Informationen steuern. Das Zuführen
von Schmiermedium kann vorteilhafterweise gesteuert werden, so daß der Zeitpunkt
des Starts und/oder die Dauer durch die externe Steuerungseinheit
gesteuert werden.
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Wenn
die Anordnung, getrennt vom Druckerhöhungsmittel, einen separaten
Bereich mit einem Druckerhöhungsmittel
umfaßt,
um dem Zuführungsleitungsnetz
anderer Teile der Maschine Schmiermedium zuzuführen, steuert die Steuerungseinheit
vorzugsweise auch den Betrieb des separaten Druckerhöhungsmittels.
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Die
Erfindung bietet mehrere Vorteile. Die Schmierung kann gemäß den Erfordernissen
des Schmierziels präzise
durchgeführt
werden. Zusätzlich
kann die Schmierung auf der Basis tatsächlicher, beispielsweise gemessener,
Maschinenwerte gesteuert werden, wobei die Schmierung den aus Betriebsbedingungen
resultierenden Erfordernissen entspricht. Darüber hinaus ist es mittels der
Erfindung möglich,
die Qualität
des Schmiermediums zu berücksichtigen,
beispielsweise dadurch, daß die Schmierung
entsprechend der Lebensdauer des Schmiermediums geändert wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nunmehr lediglich beispielhaft unter besonderer
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; dabei sind:
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1 eine
schematische Ansicht einer Ausführungsform
einer Anordnung gemäß der Erfindung zur
Schmierung einer Kolbenmaschine;
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2 eine
schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Schmieranordnung
gemäß der Erfindung
; und
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3 eine
Schmieranordnung gemäß der Erfindung
zur Schmierung eines Kolbens.
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Ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Schmieranordnung einer Kolbenmaschine 1. Die
Maschine 1 umfaßt
einen Ölsumpf 2 als
eine Schmiermediumquelle, aus dem eine Ölpumpe 3 Öl absaugt
und es durch einen Kühler 4 und
einen Filter 5 zu einem Schmiermediumleitungsnetz 7,
das zu zu schmierenden Stellen führt,
pumpt. Von den geschmierten Stellen aus, beispielsweise einer Kolbenschmierung 6.1 und
einer Kurbelwellenschmierung 6.2, läuft das Öl zurück zum Boden des Kurbelgehäuses und
in den Ölsumpf 2.
Die Schmieranordnung gemäß der Erfindung
umfaßt
mindestens ein Leitungsmittel, d.h. einen Leitungsnetzbereich 7.1', 7.2', der mit einer
eigenen Ventilanordnung 9.1, 9.2 und einer Steuerungseinheit 8 ausgestattet
ist. Der Leitungsnetzbereich 7.1', 7.2' ist vorzugsweise unabhängig steuerbar
und getrennt vom anderen Schmiermediumzuführungsleitungsnetz 7 vorgesehen.
Die Ventilanordnung 9.1, 9.2 ist mittels der Steuerungseinheit 8 steuerbar,
um die Schmierölströmung im
Leitungsnetzbereich 7.1', 7.2' zu steuern.
In der Ausführungsform
von 1 ist der Leitungsnetzbereich 7.1', 7.2' mit einem ersten
Abzweigteil des Zuführungsnetzes 7 in
einer Strömungsrichtung
des Schmiermediums nach dem Druckerhöhungsmittel 3 verbunden.
Die Anordnung umfaßt
vorteilhafterweise auch einen Druckspeicher 10, der in
Strömungsverbindung
mit der Schmiermediumquelle 2 steht. Der Leitungsnetzbereich 7.1', 7.2' ist mit dem
Druckspeicher 10 mittels der Ventilanordnung 9.1, 9.2 verbunden.
Mit dem Druckspeicher kann eine adäquate Ölströmungsrate sichergestellt werden,
während
ein Ventil oder Ventile der Ventilanordnung 9.1, 9.2 geöffnet ist/sind.
In 2 ist in gestrichelter Linie eine optionale zusätzliche
separate Ölpumpe 3' dargestellt, die
verwendet werden kann, um den Druck, gegenüber dem im anderen Zuführungsleitungsnetz 7 vorherrschenden
Niveau, auf ein höheres
Niveau anzuheben. Somit pumpt die Ölpumpe der Maschine, zusätzlich zur
anderen Schmierung, Öl
zum Druckspeicher 10, von dem aus mittels Ventilen der
Ventilanordnung 9.1, 9.2 Öl vorgewählten Schmierzielen zugeführt wird,
indem der Zeitpunkt des Starts und die Dauer der Zuführung gesteuert
werden.
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Die
Anordnung der Erfindung kann beispielsweise in hydrodynamischen
Lagern verwendet werden. Die Hauptlager 6.2 sind, neben
anderen Lagern, üblicherweise
hydrodynamische Lager. Durch Anwendung der Erfindung ist es beispielsweise
möglich,
die Lageroberflächen
voneinander zu trennen, indem das Ventil 9.2 während der
Startstufe der Maschine 1 für eine Zeitdauer geöffnet wird,
während sich
der Betrieb des Lagers im Hinblick auf seine Drehzahl noch nicht
stabilisiert hat. Auf diese Weise ist es möglich, ein Überhitzen des Lagers zu verhindern,
wodurch seine Lebensdauer und Austauschintervalle beträchtlich
verlängert
werden. Gemäß der zeitgesteuerten
Schmierung der Erfindung ist es möglich, auch auf andere Schmierziele
einen positiven Einfluß auszuüben.
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Sensoren 13.1, 13.2 sind
vorgesehen, um die Parameter der Maschine 1 zu überwachen
und zu messen. Auf der Basis der von den Sensoren bereitgestellten
Meßsignale
kann die Schmierung gesteuert werden. Die Ventilanordnung 9.1, 9.2,
die durch die externe Steuerung unabhängig steuerbar ist, ist mit
einer zusammenwirkenden Steuerungseinheit 8 vorgesehen.
Die Steuerungseinheit 8 ist so ausgeführt, daß sie den Betrieb der Ventilanordnung 9.1, 9.2 dadurch
steuert, daß sie
Meßsignale
von den Sensoren 13.1, 13.2 erhält, die
die Parameter der Schmierziele 6.1 bzw. 6.2 der
Maschine messen. Dies kann vorteilhafterweise so realisiert werden, daß eine Ventilanordnung 9.1, 9.2 eines
Leitungsnetzbereichs, der mit einem gewissen Schmierziel 6.1, 6.2 verbunden
ist, sowie ein Meßsensor 13.1, 13.2,
der Parameter des gleichen Schmierziels, beispielsweise eine Lagertemperatur,
mißt,
mit der zusammenwirkenden Steuerungsein- heit 8 verbunden sind,
wodurch die Schmierung der Schmierziele auf der Basis von Meßinformationen
unabhängig
einstellbar ist. Andere Informationen oder Einstellwerte können in
der Steuerungseinheit 8 gespeichert oder dieser zugeleitet
werden, wodurch die Schmierung, ihre Erfordernisse und ihr Wirkungsgrad
beeinflußt werden
können
oder darauf eingewirkt werden kann.
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Die
Anordnung von 2 zeigt einen Leitungsnetzbereich,
der völlig
getrennt von einem beliebigen anderen Schmiersystem der Maschine 1 ausgeführt ist.
Der separate Schmierbereich umfaßt ein separates Druckerhöhungsmittel 3', das unabhängig vom
Schmierölerhöhungsmittel 3 der
Maschine 1 arbeitet. Das separate Druckerhöhungsmittel 3' saugt Schmieröl aus einer Ölquelle,
beispielsweise einem Ölsumpf 2,
ab. In einigen Fällen
kann die Schmierölquelle
auch extern und getrennt von der Ölquelle für die übrige Schmierung der Maschine
vorgesehen sein. Wie aus 2 ersichtlich, umfaßt die Anordnung
vorzugsweise einen Druckspeicher 10, dem die separate zweite Ölpumpe 3' Öl zuführt, und der
ein gewünschtes
Druckniveau aufrechterhält. Das
Volumen des Druckspeichers 10 ist so vorgesehen, daß der Druck
für die
jeweils erforderliche Ölströmungsrate
ausreicht. Die Pumpe 3' kann
getrennt von Mitteln zur Drehung der Maschine angetrieben oder unabhängig davon
eingestellt werden; sie kann beispielsweise durch einen Elektromotor
angetrieben werden. Die Steuerungseinheit 8 kann den Ausgang
der Pumpe direkt oder indirekt steuern, indem sie beispielsweise
die Drehzahl des Elektromotors oder die Menge der Ölbypaßströmungsrate (nicht
dargestellt) steuert. In Verbindung mit dem Druckspeicher 10 kann
ein Drucksensor 11 vorgesehen sein, dessen Ausgang der
Steuerungseinheit 8 zugeleitet werden kann, um den Betrieb
der Pumpe 3' einzustellen.
Der im Speicher 10 herrschende Druck kann, je nach Bedarf
und Schmierziel, von wenigen Bar bis zu mehreren tausend Bar betragen.
Für unterschiedliche
Schmierziele können
auch mehrere separate Druckspeicher vorgesehen sein. Jede Ventilanordnung 9.1, 9.2 umfaßt vorzugsweise
ein Magnetventil, wodurch der Startzeitpunkt und die Dauer des Ölströmungs-/Druckimpulses äußerst genau
unter Steuerung durch die Steuerungseinheit 8 eingestellt
werden kann. Eine adäquate
Anzahl von Ventilen 9.1, 9.2 sind in Verbindung
mit dem Druckspeicher 10 vorgesehen. Gemäß der Erfindung
ist es durch Verwendung des Druckspeichers und der Ventile möglich, die
Druckerzeugung und die Schmierölverteilung
zu trennen, wodurch die Schmierung wirksamer wird und den tatsächlichen
Erfordernissen besser entspricht.
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Die
Dauer der Zuführung
des Schmiermediums kann in ihrer kürzesten Form sogar Teile einer Millisekunde
betragen. Bei der Schmierung sich drehender Lager (6.2)
kann der Druckimpuls beispielsweise im Gleichlauf mit dem Vorbeibewegen
von Schmieröffnungen
eines sich drehenden Teils des Lagers ausgelöst werden.
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Eine
bevorzugte Anwendung der Erfindung betrifft die Kolbenschmierung
für große, mit
geringer Drehzahl laufende Zweitaktmotoren. Diese Anwendung ist
in 1 schematisch und in 3 detaillierter
dargestellt. In diesem Fall kann das Schmiersystem teilweise oder
auch vollständig
als Frischölschmierung
ausgeführt
sein. In 3 ist das Prinzip der Ölzuführung zu
einer Kolbeneinheit 14 und weiterhin zur Schmierung zwischen
dem Kolben und dem Zylinder 15 dargestellt. Schmieröl wird durch eine
separate Rohrverbindung 12 in einer an sich bekannten Weise
dem Kolben zugeführt.
Das Öl
wird zunächst
dem Druckspeicher 10, wie vorstehend beschrieben, zugeführt, in
dem ein gewünschter
Druck aufrechterhalten wird. Das Öl wird mittels der Ventilanordnung 9.1 unter
Steuerung durch die Steuerungseinheit 8 zwecks Schmierung
zugeteilt. Die Kolbeneinheit ist mit einem Leitungsnetz 16 ausgestattet, um Öl für die Schmierung
des Kolbens und des Zylinders zuzuführen. Die Leitung öffnet sich über einen Auslaß in eine
im Kolben vorgesehene Nut 17 hinein, und mittels dieser
Nut kann das Öl über den
gesamten Umfang des Kolbens verteilt werden. Das Leitungsnetz 16 ist
bei dieser Art von Anwendung mit einem druckangetriebenen Ventil 18 oder
dergleichen ausgestattet, so daß ein
Entweichen von Öl
aus dem System während
eines Ausfalls der Ölzuführung verhindert
wird. Das Ventil 18 oder dergleichen ist vorzugsweise in
der Kolbeneinheit 14 und insbesondere im Kolben in der
Nähe des
Auslasses vorgesehen. Bei dieser Ventilausführung kann es sich beispielsweise
um ein Rückschlagventil
handeln. Indem die Füllung
des Leitungsnetzes mit Öl
aufrechterhalten wird, wird sichergestellt, daß es bei der Ölzuführung nur
zu einer minimalen Verzögerung
kommt. In dieser Ausführungsform
wird die zeitliche Steuerung der Schmierölzuführung durch die Steuerungseinheit 8 auf
der Basis von Informationen bestimmt, die von einem oder mehreren
Sensoren, die die Parameter der Maschine messen, zugeleitet werden.
Der Sensor/die Sensoren kann/können
so ausgeführt
sein, daß beispielsweise
die Temperatur oder. Position eines jeden Kolbens der Maschine (13.1)
oder Positionsinformationen des Drehwinkels der Kurbelwelle (13.3)
gemessen werden. Die Ölzuführung wird
vorzugsweise durchgeführt,
während
sich der Kolben hin zum oberen Totpunkt bewegt.
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Die
Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem großen Zweitaktmotor beschrieben,
es versteht sich jedoch, daß die
Erfindung auch an andere Kolbenmaschinenausführungen angepaßt werden kann.
Zusätzlich
läßt sich
die Erfindung für
die Schmierung mehrerer Ziele anwenden, beispielsweise für Kreuzkopfmotoren.
Es versteht sich somit, daß die vorstehend
beschriebenen Lösungen
lediglich beispielhaften Charakter haben. Die Erfindung ist nicht
auf die dargestellten Ausführungsformen
beschränkt,
sondern innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche sind
verschiedene Modifizierungen vorstellbar und realisierbar.