DE102007023107A1

DE102007023107A1 - Kurbelwellenlagerung einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007023107A1
Application number: DE102007023107A
Authority: DE
Inventors: Joachim Kloss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenlagerung einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine mit einer in einem Lagerstuhl (3) gelagerten Lagerschale (7, 8) und einem in dieser gelagerten Hauptlagerzapfen (1) der Kurbelwelle (2). Auf der dem Hauptlagerzapfen zugewandten Seite ist die Lagerschale im Bereich des jeweiligen axialen Endes mit einem Ringkanal (13, 14) versehen. Der Lagerstuhl ist mit einem Kanal (9) zum Zuführen von Schmieröl zur Lagerschale und die Lagerschale mit einem Durchgang (10) zum Zuführen des Schmieröls zum Hauptlagerzapfen versehen. Im Bereich der Ringkanäle ist die Lagerschale mit Durchgängen (16, 16) zum Abführen von Schmieröl durch die Lagerschale zu einem Kanal (18) versehen. Der Kanal ist zum Abführen des Schmieröls mit einer Absaugpumpe verbunden und es führt die Absaugpumpe das abgesaugte Schmieröl dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine zu.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenlagerung einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine, mit einem Lagerstuhl, einer im Lagerstuhl gelagerten Lagerschale und einem in der Lagerschale gelagerten Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle, wobei die Lagerschale mit mindestens einem Ringkanal versehen ist, der auf der dem Hauptlagerzapfen zugewandten Seite offen ist, wobei ferner der Lagerstuhl mit einem ersten Kanal zum Zuführen von Schmieröl zur Lagerschale und die Lagerschale mit einem Durchgang zum Zuführen des Schmieröls durch die Lagerschale zum Hauptlagerzapfen versehen ist, sowie die Lagerschale im Bereich des mindestens einen Ringkanals mit mindestens einem Durchgang zum Abführen von Schmieröl durch die Lagerschale und der Lagerstuhl mit einem zweiten Kanal zum Abführen des Schmieröls von der Lagerschale versehen ist.
Eine solche Kurbelwellenlagerung ist aus der US 2,258,834 bekannt. Bei dieser weist der Lagerstuhl zwei Lagerstuhlteile und die Lagerschale zwei Lagerschalenteile auf. Lagerstuhl und Lagerschale sind jeweils horizontal geteilt. Das jeweilige Lagerschalenteil weist im Bereich seiner freien Enden sich radial nach außen erstreckende Kreissektorabschnitte auf. in Abstand zu den Kreissektorabschnitten im Bereich eines Endes der Lagerschale ist die Lagerschale sowohl auf der dem Hauptlagerzapfen zugewandten Seite als auch der dem Lagerstuhl zugewandten Seite mit einem nach radial außen bzw. nach radial innen offenen Ringkanal versehen. Diese beiden Ringkanäle sind mit einem Durchgang zum Abführen von Schmieröl durch die Lagerschale versehen. Etwa auf der Hälfte der axialen Länge der Lagerschale ist ein Lagerschalenteil mit einem Durchgang zum Zuführen des Schmieröls durch die Lagerschale zum Hauptlagerbolzen versehen. Das vom Lagerstuhl durch den zweiten Kanal abgeführte Schmieröl wird in einer Ölwanne aufgefangen. Der Querschnitt des jeweiligen Ringkanals ist rechteckig. Der jeweilige Ringkanal weist ein relativ geringes Tiefen-/Breitenverhältnis auf.
Bei dieser Kurbelwellenlagerung ergibt sich ein minimierter Schmierölverlust im Bereich der Lagerstelle aufgrund der besonderen Gestaltung der Lagerschalenteile mit den sich radial nach außen erstreckenden endseitigen Ansätzen. Der Zugang von Schmieröl erfolgt etwa auf der halben axialen Länge der Lagerschale und die Abfuhr des Schmiermittels nur in einem endseitigen Bereich der Lagerschale, in relativ großem Abstand zu dem dort angeordneten, sich radial nach außen erstreckenden Abschnitt der Lagerschale. – Die genannte Gestaltung der Kurbelwellenlagerung, insbesondere der Lagerschalenteile, ist wegen der beschriebenen Gestaltung recht aufwendig. Dies gilt auch für die Montage der Kurbelwellenlagerung.
Ringkanäle zum Sammeln von Schmieröl bei Lagerschalen, wobei die Ringkanäle in den axialen Endbereichen der Lagerschale angeordnet sind und radial nach innen offen sind, sind aus der US 2006/0013518 A1 und der WO 2005/038277 A1 bekannt.
Eine Lagerschale mit radial innen angeordnetem Ringkanal, der über eine Bohrung in der Lagerschale mit einem Ablaufkanal verbunden ist, ist aus der DE-PS 832 968 bekannt.
Weitere, Gleitlager aufweisende Wellenlagerungen sind in der DE 195 37 192 C1 , DE-AS 2 149 207 und US 2,544,913 beschrieben.
Bei diesen Lagergestaltungen ist von Nachteil, dass in erheblichem Maße Schmieröl aus dem Schmierspalt axial austreten kann und damit in Kontakt mit den Kurbelwellenwangen gelangt, womit Reibungsverluste zu verzeichnen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kurbelwellenlagerung der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu bilden, dass der Austritt des Schmieröls aus dem Schmierspalt minimiert ist und folglich Reibungsverluste durch Kontakt des Schmieröls mit den Kurbelwellenwangen minimiert werden.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Lagerschale im Bereich des jeweiligen axialen Endes mit einem Ringkanal versehen ist, sowie die Lagerschale im Bereich der Ringkanäle mit Durchgängen zum Abführen von Schmieröl durch die Lagerschale zum zweiten Kanal versehen ist, wobei der zweite Kanal zum Abführen des Schmieröls mit einer Absaugpumpe verbunden ist und die Absaugpumpe das abgesaugte Schmieröl dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine zuführt.
Es wird somit das aus dem Schmierspalt zwischen Lagerschale und Hauptlagerzapfen austretende Schmieröl aufgrund der Haftfähigkeit des Schmieröles und der an der Kurbelwelle entstehenden Zentrifugalwirkung in die in der Lagerschale gebildeten Ringkanäle geschleudert. Diese sind im Bereich beider axialen Enden der Lagerschale angeordnet. An einer Stelle am Umfang der Lagerschale wird der jeweilige Ringkanal durch Anfräsungen und/oder Bohrungen angezapft und mündet in den im Lagerstuhl befindlichen zweiten Kanal. Das Schmieröl wird über dieses System, das mit der Absaugpumpe verbunden ist, dem Schmierkreislauf wieder zugeführt, ohne Pantschverluste zu erzeugen.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung der Kurbelwellenlagerung werden Reibungsverluste durch die besondere Führung des Schmieröls minimiert, da der Kontakt zwischen dem Schmieröl, das aus dem Schmierspalt austritt, und den Kurbelwellenwangen vermieden oder zumindest deutlich verringert ist.
Zudem wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Kurbelwellenlagerung der Öldurchsatz durch das Hauptlager der Kurbelwelle reduziert und damit optimiert. Überdies wird der Austritt des Schmieröls aus dem Schmierspalt minimiert.
Vorzugsweise weist der Lagerstuhl zwei Lagerstuhlteile auf. Der Lagerstuhl ist insbesondere horizontal oder vertikal geteilt. Die Teilungsebene hängt von der Art der Brennkraftmaschine ab. Die erfindungsgemäße Kurbelwellenlagerung ist für die unterschiedlichsten Typen von Brennkraftmaschinen anwendbar, beispielsweise Reihen-, V- oder Boxer-Motoren.
Die Lagerschale weist vorzugsweise zwei Lagerschalenteile auf. Die Lagerschale ist insbesondere horizontal oder vertikal geteilt.
Unter dem Aspekt der zweiteiligen Lagerschale kann die Kurbelwellenlagerung beispielsweise so ausgebildet werden, dass der Durchgang zum Zuführen des Schmieröls in der einen Lagerschale und die Durchgänge zum Abführen des Schmieröls in der anderen Lagerschale angeordnet sind. Es ist aber genauso denkbar, eine Gestaltung zu wählen, bei der der Durchgang zum Zuführen des Schmieröls und die Durchgänge zum Abführen des Schmieröls in demselben Lagerschalenteil angeordnet sind. Die jeweilige Gestaltung hängt von den maschinenspezifischen Gegebenheiten ab.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung der Zeichnung und der Zeichnung selbst, ohne hierauf beschränkt zu sein.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es stellt dar:
1 in einem Schnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurbelwellenlagerung,
2 eine räumliche Ansicht einer der beiden bei der Ausführungsform nach 1 Verwendung findenden Lagerschalenteile,
3 eine räumliche Ansicht des anderen bei der Ausführungsform nach der 1 Verwendung findenden Lagerschalenteiles,
4 eine vergrößerte Darstellung des in 1 veranschaulichten Schnittes für den Bereich der Zufuhr des Schmiermittels zu der einen Lagerschale,
5 eine entsprechend vergrößerte Darstellung für den Bereich der anderen Lagerschale,
6 eine zweite Ausführungsform der Erfindung zur Verdeutlichung einer modifizierten Ausbildung des Lagerstuhls,
7 eine Darstellung der Einzelheit X gemäß 6.
Die erste Ausführungsform gemäß 1 bis 5 veranschaulicht für den Bereich des Hauptlagerzapfens 1 einer Kurbelwelle einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine die Lagerung des Hauptlagerzapfens 1 im Lagerstuhl 3 des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine. Die Achse des Hauptlagerzapfens 1 ist mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet.
Der Lagerstuhl 3 ist horizontal geteilt und weist ein oberes Lagerstuhlteil 5 und ein unteres Lagerstuhlteil 6 auf. Im Lagerstuhl 3 ist eine Lagerschale gelagert, die gleichfalls horizontal geteilt ist, somit aus dem oberen Lagerschalenteil 7 und dem unteren Lagerschalenteil 8 besteht.
Das obere Lagerstuhlteil 5 ist mit einem ersten Kanal 9 zum Zuführen von Schmieröl zum oberen Lagerschalenteil 7 und das obere Lagerschalenteil 7 mit einer Durchgangsbohrung 10 zum Zuführen des Schmieröls durch das obere Lagerschalenteil 7 zum Hauptlagerzapfen 1 versehen. Die Durchgangsbohrung 10 im oberen Lagerschalenteil 7 besitzt somit die Funktion einer Ölschmierbohrung. Aufgrund des durch die Durchgangsbohrung 10 dem Hauptlagerzapfen 1 zugeführten Schmieröls, bildet sich zwischen der Lagerschale und dem Hauptlagerzapfen 1 ein umlaufender Schmierspalt 11.
Schmieröl wird über den ersten Kanal 9 und die Durchgangsbohrung 10 fortlaufend dem Schmierspalt 11 zugefördert, so dass das Schmieröl das Bestreben hat, in axialer Richtung des Schmierspalts 11 beidseitig in Richtung der Kurbelwellenwangen 12 der Kurbelwelle 2 auszutreten. Um dies zu verhindern, weist die Lagerschale im Bereich des jeweiligen axialen Endes einen Ringkanal 13 und 14 auf, wobei der jeweilige Ringkanal sich in einer Ebene senkrecht zur Achse 4 erstreckt. Aufgrund der geteilten Ausbildung der Lagerschale ergeben sich für das jeweilige Lagerschalenteil 7 bzw. 8 sich über jeweils einen Halbkreis erstreckende Ringkanalabschnitte 13a und 13b des Ringkanals 13 und 14a und 14b des Ringkanals 14. Der jeweilige Ringkanalabschnitt ist auf der dem Hauptlagerzapfen 1 zugewandten Seite offen und erweitert sich zum Grund 15 hin, der nur bezüglich des Ringkanalabschnitts 13a veranschaulicht ist. Der jeweilige Ringkanalabschnitt weist ein relativ großes Tiefen-Breitenverhältnis auf.
Die Durchgangsbohrung 10 ist in etwa in der halben axialen Länge des oberen Lagerschalenteils 7 angeordnet, und zwar im Bereich des halben Bogens dieses Lagerschalenteils 7.
Das untere Lagerschalenteil 8 ist etwa auf der Hälfte des Bogens dieses Lagerschalenteils mit zwei Durchgangslöchern 16 versehen, die als Bohrungen und/oder Anfräsungen ausgebildet sind. Diese Durchgangslöcher 16 dienen dem Abführen des Schmieröls, das sich in den Ringkanälen 13 und 14 sammelt, radial nach außen durch das untere Lagerschalenteil 8. Dort ist das untere Lagerschalenteil 8 mit einer Vertiefung 17 im unteren Lagerstuhlteil 6 verbunden, das als Bestandteil eines zweiten Kanales 18 dem Abführen des Schmieröls von dem unteren Lagerschalenteil 8 durch das untere Lagerstuhlteil 6 dient. Dieser Kanal 18 zum Abführen des Schmieröls ist mit einer nicht gezeigten Absaugpumpe verbunden. Diese Absaugpumpe führt das abgesaugte Schmieröl dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine wieder zu.
3 verdeutlicht, dass statt oder zusätzlich zur Vertiefung 17 im unteren Lagerstuhlteil 6 eine Vertiefung 19 im radial äußeren Bereich des unteren Lagerschalenteiles 8 vorgesehen sein kann, das die beiden Durchgangslöcher 16 miteinander verbindet.
In den 4 und 5 ist mit Pfeilen die Strömungsrichtung des Schmieröls beim Zuführen zum Lager (4) und Abführen vom Lager (5) veranschaulicht.
Die Ausführungsform gemäß der 6 und 7 veranschaulicht eine spezifische Variante bei der Kurbelwellenlagerung bei einem Boxer-Motor. Auch dort besteht der Lagerstuhl 3 aus zwei Lagerstuhlteilen, wobei der Lagerstuhl allerdings vertikal geteilt ist. Gezeigt ist nur ein Lagerstuhlteil 20. Während bei der Ausführungsform nach den 1 bis 5 die Schmierölzuführungen durch das obere Lagerstuhlteil 5 und das Abführen des Schmieröls durch das untere Lagerstuhlteil 6 erfolgt, geschieht bei der Ausführungsform nach den 5 und 6 sowohl die Schmiermittelzufuhr als auch das Abführen des Schmiermittels durch das Lagerstuhlteil 20. Die Gestaltung dieses Lagerstuhls 20 stellt sich somit entsprechend der Schnittdarstellung in 1 dar, nur mit dem Unterschied, dass der dort veranschaulichte Schnitt kein Schnitt in einer Ebene darstellt, sondern es sich um einen abgewinkelten Schnitt, geknickt im Bereich der Achse 4 um einen Winkel von ungefähr 140°, handelt.
Der Darstellung der 6 ist der erste Kanal 9 zum Zuführen des Schmieröls und der zweite Kanal 18 zum Abführen des Schmieröls zu entnehmen. Entsprechend der Anordnung der Kanäle 9 und 18 in diesem Lagerstuhlteil 20 ist selbstverständlich die Lagerschale zu modifizieren, deren eines Lagerschalenteil nur die Ringkanalabschnitte 13b und 14b und deren anderes Lagerschalenteil die Ringkanalabschnitte 13a und 14a sowie in Flucht mit den beiden Kanälen 9 und 18 die Durchgangsbohrung 10 bzw. die Durchgangslöcher 16 aufweist.
Wie der Darstellung der 6 zu entnehmen ist, können die Kanäle 9 und 18, insbesondere der Kanal 18, durchaus geknickt innerhalb des Lagerstuhlteils 20 verlaufen. Da dieses Lagerstuhlteil 20 mit dem anderen, nicht veranschaulichten Lagerstuhlteil zu verbinden, insbesondere zu verschrauben ist, kann die hier verwendete Schraube 21 durchaus den zweiten Kanal 18 durchsetzen. Die Schraube 21 durchsetzt, wie es insbesondere der Detaildarstellung nach 7 zu entnehmen ist, einen konzentrisch zur Schraube 21 angeordneten weiteren Kanal 22, durch den Schmieröl geleitet wird.
Bei den gezeigten Ausführungsformen erfolgt die Schmierölversorgung vom Hauptkanal kommend zum ersten Kanal 9 und es wird über den zweiten Kanal 18 Schmieröl mittels einer Absaugpumpe abgefordert und wieder dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine, insbesondere unmittelbar dem Hauptölkanal zugeführt.

1: Hauptlagerzapfen
2: Kurbelwelle
3: Lagerstuhl
4: Achse
5: oberes Lagerstuhlteil
6: unteres Lagerstuhlteil
7: oberes Lagerschalenteil
8: unteres Lagerschalenteil
9: erster Kanal
10: Durchgangsbohrung
11: Schmierspalt
12: Kurbelwellenwange
13: Ringkanal
13a: Ringkanalabschnitt
13b: Ringkanalabschnitt
14: Ringkanal
14a: Ringkanalabschnitt
14b: Ringkanalabschnitt
15: Grund
16: Durchgangsloch
17: Vertiefung
18: zweiter Kanal
19: Vertiefung
20: Lagerstuhlteil
21: Schraube
22: Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2258834 [0002]
- US 2006/0013518 A1 [0004]
- WO 2005/038277 A1 [0004]
- DE 832968 [0005]
- DE 19537192 C1 [0006]
- DE 2149207 [0006]
- US 2544913 [0006]

Claims

Kurbelwellenlagerung einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine, mit einem Lagerstuhl (3), einer im Lagerstuhl (3) gelagerten Lagerschale (7, 8) und einem in der Lagerschale (7, 8) gelagerten Hauptlagerzapfen (1) der Kurbelwelle (2), wobei die Lagerschale (7, 8) mit mindestens einem Ringkanal (13, 14) versehen ist, der auf der dem Hauptlagerzapfen (1) zugewandten Seiten offen ist, wobei ferner der Lagerstuhl (3) mit einem ersten Kanal (9) zum Zuführen von Schmieröl zur Lagerschale (7, 8) und die Lagerschale (7, 8) mit einem Durchgang (10) zum Zuführen des Schmieröls durch die Lagerschale (7, 8) zum Hauptlagerzapfen (1) versehen ist, sowie die Lagerschale (7, 8) im Bereich des mindestens einen Ringkanals (13, 14) mit mindestens einem Durchgang (16, 16) zum Abführen von Schmieröl durch die Lagerschale (7, 8) und der Lagerstuhl (3) mit einem zweiten Kanal (18) zum Abführen des Schmieröls von der Lagerschale (3) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (7, 8) im Bereich des jeweiligen axialen Endes mit einem Ringkanal (13, 14) versehen ist, sowie die Lagerschale (7, 8) im Bereich der Ringkanäle (13, 14) mit Durchgängen (16, 16) zum Abführen von Schmieröl durch die Lagerschale (7, 8) zum zweiten Kanal (18) versehen ist, wobei der zweite Kanal (18) zum Abführen des Schmieröls mit einer Absaugpumpe verbunden ist und die Absaugpumpe das abgesaugte Schmieröl dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine zuführt.
Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerstuhl (3) zwei Lagerstuhlteile (5, 6) aufweist.
Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerstuhl (3) horizontal oder vertikal geteilt ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (7, 8) zwei Lagerschalenteile (7, 8) aufweist.
Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (7, 8) horizontal oder vertikal geteilt ist.
Lagerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (10) zum Zuführen des Schmieröls in dem einen Lagerschalenteil (7) und die Durchgänge (16, 16) zum Abführen des Schmieröls in dem anderen Lagerschalenteil (8) angeordnet sind.
Lagerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (10) zum Zuführen des Schmieröls und die Durchgänge (16, 16) zum Abführen des Schmieröls in demselben Lagerschalenteil und/oder demselben Lagerstuhlteil (20) angeordnet sind.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (10) zum Zuführen des Schmieröls durch die Lagerschale (7, 8) als Bohrung ausgebildet ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgänge (16, 16) zum Abführen des Schmieröls durch die Lagerschale (7, 8) als Anfräsungen und/oder Bohrungen ausgebildet sind.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Ringkanal (13, 14) sich zum Grund des Kanals hin erweitert.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Ringkanal (13, 14) ein relativ großes Tiefen-Breitenverhältnis aufweist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstuhlteile beidseitig der Lagerschale miteinander verschraubt sind, wobei die jeweilige Schraube (21) konzentrisch einen Schmierölkanal (22) in den Lagerschalenteilen durchsetzt, insbesondere ein Schmierölkanal (22) durchsetzt, der in den ersten und/oder zweiten Kanal (18) mündet.