EP0569790B1 - Schmierkreislauf von Maschinen mit Kurbeltrieb - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schmierkreislauf von Maschinen mit Kurbeltrieb, insbesondere von Plunger- und Kolbenpumpen für die Hochdruckförderung von Arbeitsmedien, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung (GB-A-2 006 390).
• Bei bekannten Schmierkreisläufen von Maschinen mit Kurbeltrieb erfolgt die Zuleitung und Verteilung des Druckschmiermittels in der Regel über Bohrungen in der Kurbelwelle. Von hier wird das Öl zum Haupt- und zum Pleuellager, und mit Hilfe einer weiteren Bohrung in den Pleuelstangen zu den Kreuzkopfzapfen geleitet. Zur Schmierung der eigentlichen Kreuzköpfe ist ein gesonderter Zweig des Schmierkreislaufes vorgesehen oder es wird ein Ölnebel erzeugt, was einen Sammelraum für das Öl oberhalb der Kreuzköpfe erforderlich macht.
• Aus der CS-A-212 094 ist ein Schmiersystem bekannt, bei dem das Druckschmiermittel über einen gesonderten Zweig des Schmierkreislaufes an den Außenumfang des an seinen Rändern mit Nuten für die Kolbenringe versehenen Kreuzkopfes herangeführt wird. Der Kreuzkopf hat an seinem Außenumfang eine Längsnut, die mit der Queröffnung für den Kreuzkopfzapfen verbunden ist.
• Zu den Nachteilen der bekannten Schmierkreislaufsysteme gehören die schwierige Bearbeitung der Schmieröffnungen in der Kurbelwelle und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Verteilung des Schmiermittels zu den Kreuzköpfen. Problematisch ist ferner die zyklisch unterbrochene Zuführung des Schmiermittels in die Fuge der Kreuzkopfzapfenlagerung infolge der Anordnung der Schmierwege zwischen der rotierenden Kurbelwelle und der Bohrung in der Pleuelstange für die Zuführung des Schmiermittels. Da die meistbeanspruchte Baugruppe der Kreuzkopfzapfenlagerung am Ende der Schmierwege im Bereich der größten Druckverluste liegt, erhöht sich die Gefahr von Funktionsstörungen des Kurbeltriebes.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schmiersystem für Maschinen mit einem Kurbeltrieb zu schaffen, das die oben genannten Nachteile beseitigt. Das wird durch die Gestaltung des Hauptschmierkanals gemäß dem kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht.
• Vorteilhaft sind in den Kreuzkopfführungen an den Übergängen des zentralen Schmierkanals in die Hohlräume der Kreuzkopfzapfen halbgeschlossene halbrunde Nuten und am Austritt aus dem Kurbelgehäuse der zentrale Schmierkanal mit einem Durchflußregler des Schmiermittels vorgesehen.
• Der Schmierkreislauf gemäß der Erfindung ermöglicht eine zuverlässige Druckschmierung der Kreuzköpfe mit dem Schmiermittel, das anschließend unter Druck zu den nächsten Schmierstellen und -räumen über vereinfachte, verkürzte und reichlich dimensionierte Schmierwege gefördert wird. Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht die ständige Füllung des Lagerspaltes des Kreuzkopfzapfens mit Schmiermittel ohne Unterbrechungen und Druckpulsationen während der Drehung der Kurbelwelle. Die Zuführung des Schmiermittels an alle Druckschmierstellen wird von einem einzigen zentralen Schmierkanal vorgenommen, wobei die Kurbelwelle durch keinerlei Schmierbohrungen unterbrochen ist, was deren Herstellung und Bearbeitung wesentlich vereinfacht.
• Weitere Vorzüge und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1

einen Schnitt durch das Kurbelgehäuse mit einem Kurbeltrieb in der Ebene des zentralen Schmierkanals;

Fig. 2

einen Teilausschnitt einer halbrunden Nut am Durchgang des Schmierkanals durch die Kreuzkopfführung; und

Fig. 3

das Verhältnis und die Anordnung des zentralen Schmierkanals und des Hohlraumes des Kreuzkopfzapfens in Bezug auf den Kreuzkopfhub.

• Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind in einem mit einer Wanne 2 versehenen Kurbelgehäuse 1 mehrere Kreuzkopfführungen 101 ausgebildet, in denen mehrere Kreuzköpfe 3 des Kurbeltriebes gleitend geführt und an deren Endteilen eine Kurbelwelle 4 in Hauptlagern 41 drehbar gelagert sind. Jeder mit einer Kolbenstange fest verbundene Kreuzkopf 3 weist zwei seitliche Ansätze auf, die einen mittleren Ausschnitt zur Aufnahme eines Pleuelstangenkopfes 52 begrenzen. In fluchtenden Querbohrungen der beiden Ansätze ist jeweils ein hoher Lagerzapfen 31 fixiert, auf dessen mittlerem Teil der Pleuelstangenkopf 52 über ein Gleitlager 32 gelagert ist. Jede Pleuelstange ist in einem Lager 51 auf der Kurbelwelle 4 drehbar gelagert. In einem mittleren Abschnitt des Hubweges des Kreuzkopfzapfens 31 ist im Kurbelgehäuse 1 senkrecht zur Längsachse der Kreuzkopfführungen 101 ein durchgehender zentraler Schmierkanal 6 gebildet, der die Zwischenwände der Kreuzkopfführungen 101 durchsetzt und an eine außerhalb des Kurbelgehäuses 1 angeordnete Schmiermittelquelle 7, z. B. über eine Druckpumpe 7 und einen Filter 8, angeschlossen ist. In der zu einem Sammelbehälter führenden Auslaßseite ist ein Regler 9 zum Steuern des Schmieröldurchflusses, z. B. mit einem Überströmventil, vorgesehen.
• Der Querschnitt des zentralen Schmierkanals 6 ist im Verhältnis zum jeweiligen Hohlraum 311 im Kreuzkopfzapfen 31 so ausgebildet, daß sich in jeder Hublage des Kreuzkopfes 3 die Durchflußflächen überschneiden, wobei für den Durchmesser D des zentralen Schmierkanales 6 im Vergleich zum Durchmesser d des jeweiligen Hohlraumes 311 der Kreuzkopfzapfen 31 und der Länge L des Hubes des Kreuzkopfes 3 das Verhältnis $$\text{L < d + D}$$

  

  und gleichzeitig eines der Verhältnisse $$\text{d = D > 0,5 L, \hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em}d > D > 0,25 L}$$

  

  gilt.
• Senkrecht zur Achse des zentralen Schmierkanals 6 sind in den Kreuzkopfführungen 101 Zuleitungs-Schmierkanäle 61 zu den Hauptlagern 41 der Kurbelwelle 4, in den Pleuelstangen 5 Schmierkanäle 62 zu den Pleuellagern 51 und in den Kreuzkopfzapfen 31 Schmierkanäle 63 zu den Pleuelstangenlagern 32 ausgebildet. Die Ein- und Ausmündungen der Abschnitte des zentralen Schmierkanals 6 in den Kreuzkopfführungen 101 sind z. B. durch halbgeschlossene halbrunde Nuten 102 erweitert, die in Fig. 2 dargestellt sind.
• Im Betrieb wird Drucköl von der Quelle 7 über das Filter 8 in den zentralen Schmierkanal 6 und von hier aus über die entsprechenden senkrechten Schmierkanäle 61, 62, 63 zu den einzelnen Schmierstellen des Kurbeltriebes geleitet. Der Durchflußregler 9 ist so eingestellt, daß eine ständige und ununterbrochene Schmiermittelzufuhr sowohl an sämtliche exponierten Kopplungsstellen der Pleuelstange 5 mit dem Kreuzkopf 3 als auch an die Hauptlager 41 der Kurbelwelle 4 und an die Pleuelstangenlager 51 gewährleistet ist.
• Die aufgezeichnete Ausführung ist nicht die einzige mögliche Lösung gemäß der Erfindung. So kann sich bei günstig gewähltem Verhältnis der Größen d, D, L und somit bei Sicherung einer genügenden Überdeckung des zentralen Schmierkanales 6 und des Hohlraumes 311 der Kreuzkopfzapfen 31 in jeder Lagenphase des Kreuzkopfes 3 die Bildung einer halbverschlossenen halbrunden Nut 103 erübrigen. Ferner kann der zentrale Schmierkanal 6 auch einen länglichen Querschnitt aufweisen, um ausreichende Überlappungen auch bei größeren Hublängen der Kolben sicherzustellen. Ferner können in den Lagerzapfen 31 statt des axial durchgehenden Hohlraumes 311 auch mehrere Axialbohrungen ausgebildet sein, die mit den Schmierkanälen 62 und 63 kommunizieren. Zweckmäßig können die Lagerzapfen 31 auch - wie dargestellt - geringfügig kürzer als die Querbohrungen in den Kreuzköpfen 3 der Kolben sein, wodurch sich endseitige Ein- und Auslaufkammern für das Schmieröl in bzw. aus den Hohlräumen 311 ergeben. Schließlich kann der Regler 9 mit seinem Überströmventil durch einen anderen Armaturentyp oder durch eine austauschbare bzw. einstellbare Drossel ersetzt werden.
• Der Schmierkreislauf gemäß der Erfindung kann bei sämtlichen Kurbeltrieben verwendet werden, bei denen eine ständige und ununterbrochene Zuführung des Druckschmierstoffes an alle Schmierstellen gesichert sein muß.

Claims (3)

1. Schmierkreislauf von Maschinen mit Kurbeltrieb, insbesondere von Plunger- und Kolbenpumpen, bei denen in einem Kurbelgehäuse (1) mindestens ein mit einem Lagerzapfen (31) versehener Kreuzkopf (3) in einer Kreuzkopfführung (101) gleitend gelagert und über eine Pleuelstange (5) mit einer im Kurbelgehäuse (1) mit Hilfe von Hauptlagern (41) gelagerten Kurbelwelle (4) verbunden ist, wobei der Schmierkreislauf einen im Kurbelgehäuse (1) in einem mittleren Abschnitt des Hubweges des Lagerzapfens (31) senkrecht zur Längsachse der Kreuzkopfführung (101) verlaufenden durchgehenden Schmierkanal (6) umfaßt, von dem in der Pleuelstange (5) verlaufende Schmierkanäle (62) für die Pleuelstangenlager (51) und im Lagerzapfen (31) verlaufende Schmierkanäle (63) für die Zapfenlager (32) abzweigen, und wobei in dem Lagerzapfen (31) des Kreuzkopfes (3) mindestens ein axial durchgehender Hohlraum (311) ausgebildet ist, der während der Hubbewegung des Kreuzkopfes (3) ständig mit dem zentralen Schmierkanal (6) kommuniziert und einen Durchlaufkanal für das Schmiermittel bildet,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß von dem Schmierkanal (6) im Kurbelgehäuse (1) verlaufende Schmierkanäle (61) für die Hauptlager (41) der Kurbelwelle (4) abzweigen und daß der zentrale Schmierkanal (6) so gestaltet ist, daß für seinen Durchmesser D im Vergleich zum Durchmesser d des Hohlraumes (311) des Kreuzkopfzapfens (31) und der Hublänge L des Kreuzzapfens (3) die Beziehung $$\text{L < d + D}$$

   

   und gleichzeitig eine der Beziehungen $$\text{d = D > 0,5L \hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em}, \hspace{1em}\hspace{1em}\hspace{1em}d > D > 0,25L}$$

   

   gilt.
2. Schmierkreislauf nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß an den Übergangsstellen des zentralen Schmierkanals (6) in die Hohlräume (311) der Kreuzkopfzapfen (31) in den Kreuzkopfführungen (101) halbgeschlossene halbrunde Nuten (102) gebildet sind.
3. Schmierkreislauf nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß der zentrale Schmierkanal (6) am Austritt aus dem Kurbelgehäuse (1) mit einem Durchflußregler (9) des Schmiermittels versehen ist.

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