DE19913889B4

DE19913889B4 - Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE19913889B4
Application number: DE1999113889
Authority: DE
Inventors: Reinhold Ficht
Original assignee: Individual
Current assignee: Bertwin R Geist Immobilien and Erneuerbare Ener De
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: DE10085207D2; DE10085207B4; DE50013136D1; EP1320660A1; EP1320660B1; WO2002027143A1; DE19913889A1

Abstract

Hubkolbenmaschine mit zumindest einem Arbeitszylinderpaar, bestehend aus zwei sich achsgleich gegenüberliegenden Arbeitszylindern (1, 2), in denen je ein Arbeitskolben (3, 4) gleitbar geführt ist, wobei jeder Arbeitskolben (3, 4) vom zugehörigen Zylinderinnenraum einen Arbeitsraum abtrennt,
– mit einer in einem Kurbelgehäuse (13) untergebrachten Übertragungseinrichtung zur Umwandlung der Translationsbewegung der Arbeitskolben (3, 4) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle (10) oder umgekehrt, wobei die Arbeitskolben (3, 4) jeweils starr über eine Kolbenstange (5, 6) mit der Übertragungseinrichtung verbunden sind, wobei die Kolbenstangen (5, 6) die an den Arbeitskolben (3, 4) angreifenden Gas- und/oder Massenkräfte zur Übertragungseinrichtung leiten;
– wobei die Übertragungseinrichtung aus der Kurbelwelle (10) mit zumindest einem Kurbelzapfen (9), einem auf dem Kurbelzapfen (9) drehbar gelagerten Gleitstein (8) und einer rahmenförmigen Kurbelschlaufe als Kurbelschlaufenrahmen (7) besteht;
– der Gleitstein (8) Gleitsteingleitflächen (82, 83), eine erste Führungsgleitfläche (84a) und eine zweite Führungsgleitfläche (85a) aufweist, wobei die Gleitsteingleitflächen (82,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbes. eine Brennkraftmaschine, mit zumindest zwei achsgleich gegenüberliegend angeordneten Arbeitszylindern und einer in einem Kurbelgehäuse untergebrachten Übertragungseinrichtung zur Umwandlung der Translations-Bewegungen der in den Arbeitszylindern gleitenden Arbeitskolben und deren starr mit ihnen verbundenen Kolbenstangen in Rotationsbewegungen einer Kurbelwelle oder umgekehrt, wobei diese Kurbelwelle mit Kurbelzapfen ausgebildet ist und der Kurbelzapfen in einem Gleitstein lagert, der in einer geradlinigen Gleitbahnführung einer rahmenförmigen Kurbelschlaufe hin- und her gleitbar sitzt, wobei die Kolbenstangen sich gegenüberliegend senkrecht zur Gleitbahn fest am Rahmen der Kurbelschlaufe angeordnet sind. Die Erfindung kann gleichermaßen bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, einem Viertaktmotor mit oder ohne doppelten Ladungshub sowie einem Hubkolbenverdichter mit entsprechendem Aufbau Anwendung finden.
Eine Übertragungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine dieser Art ist z. B. aus der DE 34 33 510 A , z. B. 1 bekannt. Aus der EP 429 918 B1 , 4 ist bekannt, den Kurbelschlaufenrahmen seitlich offen zu gestalten.
Ein ungelöstes Problem bei derartigen Kurbelschlaufenmotoren ist die Schmierung im Bereich zwischen den als Gleitbahnen ausgebildeten Oberflächen des Kurbelschlaufenrahmens und den Gleitbahnen zugewandten Oberflächen des Gleitsteins.
Gemäß der US 4,794,887 A , z. B. 3, werden Kugellager zur Lösung des Problems verwendet. Nach der US 4,013,048 A , z. B. 4, werden von der Kurbelzapfenlagerung ausgehend den Gleitstein durchsetzende öltransportierende Bohrungen vorgesehen, die in Nuten an den Gleitoberflächen des Gleitsteins münden. Dabei wird das Öl in entsprechende Kanäle aus der Kurbelwelle über den Kurbelzapfen in die Gleitsteinbohrungen und anschließend in die Nuten der Gleitoberfläche gebracht. Die Nuten sind fischgrätartig auf der Gleitoberfläche des Gleitsteins angeordnet. Eine zentrale Nut erstreckt sich mittig in Gleitrichtung des Gleitsteins zwischen den Stirnseiten der Gleitfläche. Von der zentralen Nut aus führen zu beiden Längskanten der Gleitfläche hin jeweils bezüglich der zentralen Nut abgewinkelt mehrere Quernuten. Die zentrale Nur ist endseitig an den Stirnkanten der Gleitflächen offen ausgebildet, so dass unter Druck stehendes Schmieröl dort austreten kann, ohne zur Schmierung der gleitenden Flächen beizutragen.
Aus der US 4,598,672 A , z. B. 3 bis 8, ergibt sich ebenfalls eine Ölversorgung der Reibungsflächen zwischen Gleitstein und Gleitbahn der Kurbelschlaufe über korrespondierende Versorgungsbohrungen im Kurbelzapfen und im Gleitstein sowie über Quernuten in den schmalseitigen Endbereichen der Gleitsitzoberfläche des Gleitsteins. Der Gleitstein weist zudem zur seitlichen Führung des Gleitsteins bezüglich der Kurbelschlaufe Führungswangen auf. In die Endbereiche der Führungswangen sind nutenförmige Ausnehmungen eingebracht, die einendig mit den Quernuten der Gleitoberfläche korrespondieren, so dass Öl in die Ausnehmungen gelangt. Anderendig sind die Ausnehmungen offen, was zur Folge hat, dass ein erheblicher Teil des von der Ölpumpe in die Quernut und in die Ausnehmungen der Führungswangen geförderten Öls diese nur durchströmt, ohne zur Schmierung der gleitenden Flächen des Gleitsteins und der Kurbelschlaufe beizutragen. Ein derartig ”offener” Druckölkreislauf weist prinzipbedingt hohe Leckölmengen auf. Um zusätzliche Leckölverluste an den übrigen Randbereichen der gleitenden Flächen und damit einen ungewollten Abfall des Öldrucks in Grenzen zu halten, ist es deshalb bei Übertragungseinrichtungen, die gemäß der US 4,013,048 A oder gemäß der US 4,598,672 A ausgestaltet sind, notwendig, den Gleitstein mit sehr geringem Spiel in die Kurbelschlaufenrahmen einzupassen. Dies hat jedoch zur Folge, dass besonders bei hohen Pressungen zwischen Gleitstein und Kurbelschlaufe oder bei einer Verkantung des Gleitsteins im Kurbelschlaufenrahmen, verursacht durch das Reibmoment zwischen Gleitstein und dem in ihm gelagerten Kurbelzapfen zwischen den gleitenden Flächen kein Ölfilm ausreichender Dicke für eine reine Flüssigkeitsreibung vorliegt.
Es hat sich gezeigt, dass bisher bekannte Ölversorgungs-Einrichtungen nicht bewirken können, dass immer eine ausreichende Ölmenge vorhanden ist, so auch EP 293 233 A .
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hubkolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, deren Übertragungseinrichtung dafür sorgen, dass die Gleiteigenschaften bzw. die Gleitbedingungen der aufeinander gleitenden Teile der Übertragungseinrichtung auch unter erschwerten Verhältnissen optimiert sind.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind von den Unteransprüchen erfasst.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die sich gegenüberliegenden Gleitoberflächen des Gleitsteins und die Gleitbahnen der Kurbelschlaufe während der Arbeitsspiele der beiden Kolbenzylindereinheiten während einer Hin- oder Herbewegung des Gleitsteins in der Kurbelschlaufe, insbesondere aufgrund der Wirkung des Trennwandlagers, während einer Umdrehung mehrmals wechselnd belastet werden.
Erfindungsgemäß ist die Übertragungseinrichtung der Hubkolbenmaschine derart ausgestaltet, dass zwischen den Gleitoberflächen des Gleitsteins und den Gleitbahnen der Kurbelschlaufe immer eine zur Optimierung der Gleiteigenschaften bzw. Gleitbedingungen ausreichende Ölmenge vorhanden ist: Über die gesamte Gleitstrecke der gleitenden Teile im Schmierspalt liegt ein definiertes Hydroplaning vor.
Wenn der eine Kolben einen Arbeitstakt ausführt, wird über die Kolbenstange auf den Rahmen der Kurbelschlaufe eine Belastung ausgeübt, die sich über die Gleitbahnoberfläche auf die Gleitoberfläche des Gleitsteins überträgt, wobei diese Flächen vermehrt aufeinander gedrückt werden. In gleicher Weise wirkt die andere Kolbenzylindereinheit von der Gegenseite, so dass abhängig von der Drehzahl der Hubkolbenmaschine erhöhte Pressungen zwischen Gleitsteinoberflächen und Gleitbahnen während einer Hin- oder Herbewegung des Gleitsteins sich von einer Seite zur anderen Seite der Kurbelschlaufe verlagern bzw. pendeln. Zusätzlich ergeben sich drehzahlabhängig Pressungen, die aus der Verdichtungsarbeit der Kolben im Arbeitsraum und im unterhalb des Kolbens vorhandenen, z. B. vom Trennwandlager abgeschotteten Gaswechselraum resultieren. Im Rahmen der Erfindung wurde daher folgerichtig erkannt, dass dafür Sorge getragen werden muss, dass immer zu dem Zeitpunkt, zu dem die Pressungen bevorstehen, ein ausreichendes Ölpolster in diesen Belastungsbereichen vorhanden ist. Dies kann gewährleistet werden, wenn zwischen den Gleitoberflächen des Gleitsteins und den entsprechenden Gleitbahnen der Kurbelschlaufe motorbauartspezifisch ein Spiel bestimmter Mindestgröße konstruktionsbedingt vorgesehen ist und wenn die Ölzufuhr direkt und unmittelbar an der Oberfläche durch direkt an der Oberfläche mündende Bohrungen bereitgestellt wird, so dass genügend Öl zwischen die Gleitoberflächen des Gleitsteins und die Gleitbahnen der Kurbelschlaufe gedrückt bzw. gebracht werden kann, wenn diese Flächen gerade nicht zusammengepresst sind bzw. der Spielspalt offen ist. Letzteres ist der Fall, wenn z. B. die Belastung auf der gegenüberliegenden Seite der Kurbelschlaufe erfolgt. Die direkte und unmittelbare Ölzufuhr an der Oberfläche ist erfindungsgemäß auch dadurch gewährleistet, dass die Ölzufuhr über Bohrungen erfolgt, welche in Nuten in der Oberfläche der Gleitsteingleitflächen münden, wobei es wesentlich ist, dass die Nuten jeweils innerhalb der Begrenzungen der gleitenden Flächen, in die sie eingebracht sind, enden, so dass das zugeführte Schmieröl zwingend in den Spielspalt zwischen den gleitenden Teilen gelangt.
Das konstruktiv vorgesehene Spiel, mit dem der Gleitstein im Kurbelschlaufenrahmen sitzt, zusammen mit der Pendelbewegung des Gleitsteins im Kurbelschlaufenrahmen aufgrund der pro Umdrehung wechselnden Belastungen am Gleitstein erzeugt einen Pump- und Leiteffekt für das Schmieröl derart, dass einerseits Öl vom belasteten Ölfilm teilweise in die an der Oberfläche mündenden Bohrungen zurückgedrückt wird und somit in den Bohrungen ein ”Sperrdruck” aufgebaut bzw. ein Pumpen des in den Bohrungen befindlichen Öls zur entlasteten Seite des Gleitsteins hin erfolgte und andererseits am entlasteten Ölfilm, d. h. am offenen Spielspalt, ein Unterdruck ausgebildet wird. Der ”Sperrdruck” bzw. der Pumpeffekt auf der belasteten Seite und der Unterdruck auf der entlasteten Seite des Gleitsteins bewirkt bzw. unterstütz jeweils ein bevorzugtes Leiten des nachfliessenden Schmieröls vom Druckölkreislauf hin zur entlasteten Seite des Gleitsteins, so dass dort vor jeder Belastungsphase im noch offenen Spielspalt auf den Gleitflächen des Kurbelschlaufenrahmens und des Gleitsteins ein Ölfilm ausreichender Dicke vorbereitet wird.
Das direkte und unmittelbare Münden der Bohrungen in die Gleitsteingleitflächen bzw. in Nuten der Gleitsteingleitflächen, welche vor den Begrenzungen der gleitenden Flächen enden, stellt zudem sicher, dass das gesamte dort jeweils austretende Schmieröl in den Schmierspalt zwischen den gleitenden Flächen gelangt und somit zwangsläufig zur Schmierung der gleitenden Flächen beiträgt. Ein derart ”geschlossener” Ölkreislauf weist nur geringe Leckölverluste in den Schmierspalten auf und sorgt im Zusammenspiel mit dem Pump- und Leiteffekt aufgrund der Pendelbewegungen des Gleitsteins für eine sichere, gleitoptimierte Schmierung der relativ zueinander gleitenden Bauteile der Übertragungseinrichtung. Somit wird während des Betriebs einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine sichergestellt, dass zwischen den gleitenden Teilen der Übertragungseinrichtung ständig ein definiertes Hydroplaning herrscht und somit immer optimale Gleitbedingungen zwischen den gleitenden Bauteilen vorliegen.
In Kombination mit diesen Merkmalen ist vorteilhaft, einen seitlich offenen Kurbelschlaufenrahmen zu verwenden, der es ermöglicht, dass die vom Gleitstein verdrängte Luft und überschüssiges Öl aus dem Innenraum der Kurbelschlaufe befördert werden kann, so dass die Bewegung des Gleitsteins beeinträchtigende Luftpolsterbildungen oder Ölpolsterbildungen an den Seitenwandungen des Kurbelschlaufenrahmens vermieden werden können.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung am Beispiel einer Zweitaktbrennkraftmaschine näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Vierzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem Schnitt durch die Ebene eines Arbeitszylinderpaares;
2 schematisch eine Übertragungseinrichtung einer Zweizylinderbrennkraftmaschine bzw. eines Zweizylinder-Hubkolbenverdichters in einer Explosionsdarstellung;
3 ein Diagramm, das für eine ausgewählte Drehzahl die Belastung am Gleitstein einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel verdeutlicht;
4 einen Ausschnitt der Übertragungseinrichtung in einem Schnitt senkrecht zur Kurbelzapfenachse bei einseitiger Belastung des Gleitsteins;
5 den Ausschnitt der Übertragungseinrichtung aus 4 bei andersseitiger Belastung des Gleitsteins;
6 bis 9 unterschiedliche Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen des Eckkanals 132 zwischen dem Gleitstein und dem Kurbelschlaufenrahmen in vergrößerter Ausschnittsdarstellung;
10, 11 weitere Anordnungsbeispiele für die im Gleitstein angebrachten Druckölbohrungen.
1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Vierzylinder-Zweitaktbrennkraftmaschine mit einem Schnitt durch die Ebene eines Arbeitszylinderpaares 1, 2. Das zweite gleich aufgebaute Arbeitszylinderpaar 11, 12 liegt in der Darstellung hinter dem ersten Zylinderpaar und wird vom Schnitt nicht erfasst.
Die Arbeitszylinder 1, 2 sind achsgleich gegenüberliegend mit einer Mittelachse 18a angeordnet. Sie umgeben jeweils einen Arbeitskolben 3, 4, an denen Kolbenstangen 5, 6 starr befestigt sind. Anderendig stehen die Kolbenstangen 5, 6 mit einer Bewegungsübertragungseinrichtung in Verbindung, indem sie an einem Kurbelschlaufenrahmen 7 fest angeordnet sind, in dessen Innenraum ein Gleitstein 8 gefangen aufgenommen ist. Im Gleitstein 8 sitzt zentral ein Kurbelzapfen 9 einer Kurbelwelle 10. Die Bewegungsübertragungseinrichtung ist in einem Kurbelgehäuse 13 untergebracht, dessen Innenraum jeweils von einem unterhalb des Kolbens 3, 4 vorgesehnen Gaswechselraum 14 des jeweiligen Zylinders 1, 2 durch ein Trennwandlager 15 gasdicht abgeschottet ist.
Die Arbeitsweise dieser fremdgezündeten Kolbenzylindereinheit ist bekannt. Der Arbeitskolben 3 hat gemäß der Darstellung in 1 Luft verdichtet; es wird Brennstoff eingespritzt und mit der Zündkerze 16 die Zündung im Brennraum 17 initiiert; der Arbeitskolben 3 fährt aufgrund des Explosionsdrucks abwärts und verdichtet im Gaswechselraum 14 Luft, was zur Entlastung des Gleitsteins 8 führt. Von der anderen Seite geschieht der gleiche Vorgang zeitversetzt und wirkt entsprechend zeitversetzt auf den Gleitstein 8. Dabei überlagern sich Gasdruck- und Massenkräfte, unter anderem auch bedingt durch den Druckaufbau, im jeweiligen Gaswechselraum 14 und Brennraum 17, wodurch es zu wechselnden Pressungen zwischen Gleitsteingleitoberflächen 18 und Kurbelschlaufengleitbahnen 19 kommt.
Die Bewegungsübertragungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine (hier: Zweizylinderbrennkraftmaschine bzw. Zweizylinder-Hubkolbenverdichter) (2) besteht aus der Kurbelwelle 10 mit zumindest einem Kurbelzapfen 9, auf dem der Gleitstein 8 mittels Gleitlagerschalen 43a, 43b drehbar gelagert ist und dem Kurbelschlaufenrahmen 7, bestehend aus den Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b, in dem der Gleitstein 8 geradlinig gleitbar verschieblich geführt ist.
Die Kurbelwelle 10 ist in bekannter Art und Weise, beispielsweise als einfach gekröpfte Kurbelwelle einstückig aufgebaut. Je nach Bauart und/oder Baugröße der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine ist die Kurbelwelle 10 gegebenenfalls mehrteilig als sogenannte gebaute Kurbelwelle 10 ausgeführt. Sie weist zumindest einen ersten Lagerzapfen 20 und einen zweiten Lagerzapfen 21 mit einer gemeinsamen Drehachse 22 als Mittelachse auf. Die Lagerzapfen 20, 21 besitzen jeweils eine zylinderförmige oder leicht ballige Umfangsfläche 20a, 21a. Zwischen den Lagerzapfen 20, 21 befindet sich der Kurbelzapfen 9, dessen Mittelachse 23 exzentrisch zur Drehachse 22 versetzt ist. Der Kurbelzapfen 9 weist ebenfalls eine zylinderförmige oder leicht ballige Umfangsfläche 9a auf. Der doppelte Abstand der Mittelachse 23 von der Drehachse 22 bestimmt den Hub der Hubkolbenmaschine. Endseitig ist der Kurbelzapfen 9 jeweils über eine Wange 24, 25 mit den inneren Enden der Lagerzapfen 20, 21 verbunden.
Die Wangen 24, 25 weisen eine im Wesentlichen scheibenförmige Raumform mit jeweils einer dem Kurbelzapfen 9 zugewandten, ebenen Innenfläche 26, 27 und einer den jeweiligen Lagerzapfen 20, 21 zugewandten Außenfläche 28, 29 auf. Die Innenflächen 26, 27 sind parallel zueinander und senkrecht zur Mittelachse 23 angeordnet, wobei deren Abstand zueinander der Länge des Kurbelzapfens 9 entspricht. Die Außenflächen 28, 29 sind jeweils zum Kurbelzapfen 9 hin angeschrägt ausgebildet. An dem Kurbelzapfen 9 gegenüberliegenden Ende der Wangen 24, 25 sind in deren Verlängerung jeweils Gegengewichte 30, 31 einstückig derart angeformt, dass die Innenflächen der Gegengewichte 30, 31 in derselben Erstreckungsebene liegen wie die Innenflächen 26, 27.
An den Außenflächen 28, 29 sind ringstufenförmige, die Lagerzapfen 20, 21 umgebende Vorsprünge 32, 33 angeformt, welche jeweils eine den Lagerzapfen 20, 21 zugewandte, ebene Ringstirnfläche 34, 35 ausbilden. Die Erstreckungsebene der Ringstirnflächen 34, 35 steht senkrecht auf der Drehachse 22.
Kurbelwellenendseitig folgt auf den Lagerzapfen 20 ein Antriebsflansch 36, der einen im Vergleich zum Lagerzapfen 20 größeren Durchmesser aufweist, so dass eine zur Ringstirnfläche 34 parallele Ringstirnfläche 37 und eine kurbelwellenendseitige Stirnfläche 38 ausgebildet wird. Der Antriebsflansch 36 ist ebenfalls zylinderförmig und besitzt als Mittelachse die Drehachse 22.
Anderendig folgt auf den Lagerzapfen 21 ein im Durchmesser kleinerer, zylinderförmiger Zapfen 40 mit einer kurbelwellenanderendigen Stirnfläche 41. Der Zapfen 40 besitzt ebenfalls die Drehachse 22 als Mittelachse. Die Stirnflächen 38, 41 begrenzen die Längserstreckung der Kurbelwelle 10. In die Stirnfläche 41 sind in Axialrichtung mehrere über den Umfang verteilte sacklochförmige Vertiefungen 42 eingebracht. Diese Vertiefungen 42 können wahlweise als Sacklochgewinde oder als Sacklochbohrungen zur Aufnahme von Passstiften ausgeführt sein. Der Zapfen 40 dient zusammen mit den Vertiefungen 42 zur Aufnahme und zur Befestigung von Antriebsmitteln, beispielsweise Zahnrädern zum Antrieb von Nebenaggregaten wie z. B. Öl- oder Wasserpumpen.
Schräg von der Umfangsfläche 21a des Lagerzapfens 21 weg führt den Lagerzapfen 21 und die Wange 25 durchdringend zum Zentrum des Kurbelzapfens 9 hin eine Bohrung 45, die dort in eine den Kurbelzapfen 9 durchdringende Querbohrung 46 mündet.
Im Folgenden wird die Ausführung der Kurbelwellenlagerung im Kurbelgehäuse 13 am Beispiel des Lagerzapfens 21 beschrieben. Die radiale Lagerung des Lagerzapfens 20 im Kurbelgehäuse 13 erfolgt analog zur Lagerung des Lagerzapfens 21 und ist deshalb nicht dargestellt bzw. separat beschrieben. Die axiale Festlegung der Kurbelwelle 10 erfolgt in bekannter Art und Weise über die Ringstirnflächen 34, 37 und entsprechend ausgestaltete Axialgleitlagerflächen (nicht dargestellt). Die genaue Ausgestaltung der Axiallagerung der Kurbelwelle 10 erfolgt in bekannter Art und Weise über die Ringstirnflächen 34, 37 und entsprechend ausgestaltete Axialgleitlagerflächen (nicht dargestellt). Die genaue Ausgestaltung der Axiallagerung der Kurbelwelle 10 ist nicht erfindungswesentlich und ist deshalb nicht in den Figuren dargestellt und im Beschreibungstext nicht weiter ausgeführt.
Die Lagerung des aggregatseitigen Lagerzapfens 21 ist beispielsweise als hydrodynamisch geschmiertes Gleitlager mit zwei Gleitlagerschalen 50a, 50b ausgeführt. In Abhängigkeit von z. B. der Bauart und der Baugröße der Hubkolbenmaschine ist die Lagerung der Kurbelwelle 10, insbesondere bei gebauten Kurbelwellen, als Walzlagerung, insbesondere in Kombination mit Drehdurchführungen zur Weiterleitung des Drucköls ausgeführt. Die Gleitlagerschalen 50a, 50b sitzen auf der Umfangsoberfläche 21a des Lagerzapfens 21. Die Gleitlagerschalen 50a, 50b sind baugleich ausgeführt und besitzen eine dünnwandige halbhohlzylinderförmige Raumform mit jeweils einer Innenfläche 51, eine Außenfläche 52, zwei halbkreisringförmige axiale Begrenzungsflächen 53, 54 sowie zwei radiale Begrenzungsflächen 55, 56. Im montierten Zustand sind die Gleitlagerschalen 50a, 50b derart angeordnet, dass sich die jeweilig gegenüberliegenden radialen Begrenzungsflächen 55 bzw. 56 zweier Gleitlagerschalen 50a, 50b berühren und die Innenflächen 51 der Gleitlagerschalen 50a, 50b die Umfangsoberfläche 21a des aggregatseitigen Lagerzapfens 21 mit geringem Spiel derart umgreifen, dass die Kurbelwelle 10 in der Gleitlagerung drehbar gelagert ist. Die Innenfläche 51 besitzt radial umlaufend eine z. B. im Querschnitt rechteckförmige Nut 57, welche einen Nutboden 58 aufweist. In Axialrichtung ist die Nut 57 derart angeordnet, dass sie mit dem lagerzapfenseitigen Ende der Bohrung 45 kommuniziert. Die axiale Erstreckung der Nut 57 beträgt beispielsweise etwa der axialen Erstreckung der Gleitlagerschalen 50a, 50b. Die Tiefe der Nut 57 beträgt beispielsweise ca. die Hälfte der Dicke der Gleitlagerschalen 50a, 50b.
In den Nutboden 58 einer Gleitlagerschale 50a, 50b sind mehrere, z. B. fünf, radiale Bohrungen als Durchgangsbohrungen 59 eingebracht. Der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 59 entspricht in etwa der Axialerstreckung der Nut 57.
Die Außenfläche 52 der Gleitlagerschalen 50a, 50b weist eine halbzylindermantelförmige Raumform auf und ist jeweils koaxial zu den Innenflächen 51 angeordnet.
Die Gleitlagerschalen 50a, 50b sitzen mit ihren Außenflächen 52 in entsprechenden Lagersitzflächen 60 des Kurbelgehäuses 13, welches in 2 ausschnittsweise im Bereich eines Gleitlagersitzes dargestellt ist. Die Lagersitzflächen 60 weisen radial umlaufend analog zu den Innenflächen 51 der Gleitlagerschalen 50a, 50b eine Nut 61 auf. Die Nut 61 hat einen Nutboden 62 und in etwa die gleiche Querschnittsform wie die Nut 51. Die Nut 61 ist derart in der Lagersitzfläche 60 angeordnet, dass im montierten Zustand der Hubkolbenmaschine die Nuten 61 mit den Durchgangsbohrungen 59 der Gleitlagerschalen 50a, 50b kommunizieren. Weiterhin sind im Kurbelgehäuse 13 für jeweils eine Gleitlagerstelle zumindest eine Ölversorgungsbohrung 63 vorgesehen, die einendig in die Nut 61 mündet und anderendig mit dem Druckölkreislauf der Hubkolbenmaschine in Verbindung steht.
Der Gleitstein 8 ist ebenfalls vorzugsweise mit einer hydrodynamisch geschmierten Gleitlagerung, bestehend aus den vorzugsweise baugleichen Gleitlagerschalen 43a, 43b oder einer Wälzlagerung auf dem Kurbelzapfen 9 drehbar gelagert. Die Gleitlagerschalen 43a, 43b sind ähnlich den Gleitlagerschalen 50a, 50b aufgebaut und weisen jeweils eine dünnwandige, halbzylindermantelförmige Raumform auf. Die Gleitlagerschalen 43a, 43b besitzen je eine Innenfläche 65, eine Außenfläche 66, zwei radiale Begrenzungsflächen 67, 68 und zwei radiale Stirnflächen 69, 70.
Die Innenflächen 65 der Gleitlagerschalen 43a, 43b sind im Durchmesser derart bemessen, dass sie im montierten Zustand des Gleitsteingleitlagers die Umfangsoberfläche 9a des Kurbelzapfens 9 mit geringem Spiel umschließen.
Weiterhin weisen die Gleitlagerschalen 43a, 43b an ihrer Innenfläche 65 vorzugsweise eine Nut 71 mit einem Nutboden 72 auf, wobei im Nutboden 72 radial über den Umfang verteilt, jeweils mehrere, z. B. 3, Durchlassbohrungen 73 in die Gleitlagerschalen 43a, 43b eingebracht sind. Die Lage der Nut 71 zusammen mit den Durchlassbohrungen 73 ist so gewählt, dass die Querbohrung 46 des Kurbelzapfens 9 endseitig jeweils in die Nut 71 mündet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine, insbesondere bei Kleinmotoren, ist der Gleitstein 8 aus einem Gleitlagermaterial hergestellt. In diesem Fall kann gegebenenfalls auf die Gleitlagerschalen 43a, 43b verzichtet werden.
Die Außenflächen 66 der beiden Gleitlagerschalen 43a, 43b zum Verdrehschutz klemmend umgreifend sitzt der Gleitstein 8, bestehend aus den beiden Gleitsteinhälften 8a, 8b. Der Gleitstein 8 besitzt im montierten Zustand eine im Wesentlichen quaderförmige Raumform mit einer ersten Außenseite 80, einer zweiten Außenseite 81, einer ersten Gleitsteingleitfläche 82, einer zweiten Gleitsteingleitfläche 83 und einer ersten Stirnfläche 84 sowie einer zweiten Stirnfläche 85.
Die erste Außenseite 80 und die zweite Außenseite 81 weisen jeweils vorzugsweise eine U-förmige Vertiefung 86 bzw. 87 auf, die sich in Axialrichtung von der Stirnfläche 84 zur Stirnfläche 85 erstreckt und in der Richtung quer zur Axialrichtung beispielsweise in etwa 4/5 der ersten Außenseite 80 bzw. der zweiten Außenseite 81 einnehmen.
Die zweite Stirnfläche 85 und die erste Stirnfläche 84 sind vorzugsweise eben und parallel zueinander ausgerichtet, wobei die Erstreckungsebenen der Stirnflächen 84, 85 senkrecht auf der Mittelachse 23 des Kurbelzapfens 9 stehen. Insbesondere jeweils die an die Gleitsteingleitflächen 82, 83 angrenzenden Bereiche der Stirnflächen 84, 85 sind als Führungsgleitflächen 84a, 85a, vorzugsweise glattflächig, ausgebildet. Die Gleitsteingleitflächen 82, 83 und/oder die Führungsgleitflächen 84a, 85a können beispielsweise entweder gehärtet und geschliffen sein oder gegebenenfalls eine Beschichtung aus Gleitlagerwerkstoff aufweisen oder mit einem Gleitlagerblech belegt sein.
Der Abstand zwischen den Stirnflächen 84, 85 ist etwas kleiner als die axiale Länge des Kurbelzapfens 9 und entspricht in etwa der Breite der Gleitlagerschalen 43a, 43b.
Die Gleitsteingleitflächen 82, 83 bilden jeweils mit den Führungsgleitflächen 84a, 85a Begrenzungskanten 90 und 91 aus, welche vorzugsweise gratfrei scharfkantig ausgeführt sind oder einen Übergangsradius, oder eine entsprechende Anfasung aufweisen.
Im Zentrum des Gleitsteins 8 ist eine Kurbelzapfenbohrung 93 mit einer Innenfläche 94 vorgesehen, deren Bohrungsmittelachse die Mittelachse 23 ist und deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der beiden Gleitlagerschalen 43a, 43b entspricht bzw. geringfügig kleiner ist, so dass die Gleitlagerschalen 43a, 43b vom Gleitstein 8 klemmend und verdrehsicher bezüglich des Gleitsteins umgriffen werden. Die Verdrehsicherung für die Gleitlagerschalen 43a, 43b, 50a, 50b kann auch formschlüssig, z. B. durch Nasen in den Gleitlagerschalen 43a, 43b, 50a, 50b erfolgen.
In Axialrichtung der Kurbelzapfen-Bohrung 93 etwa mittig, korrespondierend zu den Durchlass-Bohrungen 73 der Gleitlagerschalen 43a, 43b ist eine radial umlaufende, im Querschnitt etwa rechteckförmige Nut 95 mit einem Nutboden 96 eingebracht. Ausgehend vom Nutboden 96 weist der Gleitstein 8 radial über den Umfang verteilt zumindest zwei, z. B. vier Bohrungen 97, auf, welche anderendig jeweils in etwa der Mitte der bezüglich der Gleitrichtung äußeren Drittel der Gleitsteingleitflächen 82, 83 direkt in diese Gleitsteingleitflächen 82, 83 oder in Nuten (nicht dargestellt) münden, wobei die Nuten innerhalb der Begrenzungen der gleitenden Flächen enden. Von den Bohrungen 97 zweigen jeweils Bohrungen 98 ab, welche in etwa an den äußeren Enden des mittleren Drittels der Gleitsteingleitflächen 82 bzw. 83 direkt in diese münden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Gleitsteins 8 sind die Bohrungen 97 als Sacklochbohrungen ausgeführt, in die die Bohrungen 98 derart einmünden, dass ein abgewinkelter Ölversorgungskanal aus den Bohrungen 97 und 98 gebildet ist (10).
Weiterhin liegt es im Bereich der Erfindung, die Ölzufuhr in den Schmierspalt zwischen dem Gleitstein 8 und dem Kurbelschlaufenrahmen 7 über gerade Bohrungen 97 (11) zu bewerkstelligen.
Der Gleitstein 8 ist vorzugsweise zwei- oder mehrteilig ausgeführt. Bei Einsatz einer gebauten Kurbelwelle 10 kann der Gleitstein 8 auch einstückig ausgeführt sein. Die Gleitsteinhälften 8a, 8b weisen jeweils eine erste und eine zweite Berührungsfläche 99, 100 auf, welche vorzugsweise in einer gemeinsamen Trennungsebene liegen.
Die Trennungsebene kann, wie in 2 dargestellt, parallel zu den Gleitsteingleitflächen 82, 83 ausgerichtet sein. Selbstverständlich ist auch eine Trennungsebene, die mit den Gleitsteingleitflächen 82, 83 einen Winkel einschließt, denkbar. Dieser Winkel ist jedoch so zu bemessen, dass die Trennungsebene die Gleitsteingleitflächen 82, 83 nicht schneidet. Zur Verbindung der Gleitsteinhälften 8a, 8b sind Befestigungsmittel vorgesehen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Derartige Befestigungsmittel sind beispielsweise aus der DE 34 33 510 A1 bekannt.
Durch die bisher beschriebene Anordnung ergibt sich ein kontinuierlich durchströmbarer Strömungsweg A für das die Übertragungseinrichtung schmierende Öl. Der Strömungsweg A ist mit den Pfeilsymbolen A1 bis A8 gekennzeichnet.
Zunächst strömt das von einer Ölpumpe (nicht gezeigt) mit Druck beaufschlagte Schmieröl durch die Ölversorgungs-Bohrung 63 (Pfeil A1) und füllt die Nut 61 aus. Von der Nut 61 aus gelangt das Öl durch die Durchgangs-Bohrungen 59 in die Nut 57 der Gleitlagerschalen 50a, 50b (Pfeil A2). Von der Nut 57 gelangt eine Teilmenge des Öls zwischen die Umfangsfläche 21a und die Innenfläche 51 der Gleitlagerschalten 50a, 50b, so dass zwischen dem Lagerzapfen 21 und den Gleitlagerschalen 50a, 50b im Betrieb ein hydrodynamisch tragender Schmierfilm ausgebildet wird. Das restliche Öl strömt von der Nut 57 aus in die Bohrung 45 (Pfeil A3) und tritt an beiden Enden der Quer-Bohrung 46 aus (Pfeil A4). Von dort gelangt das Öl in die Nut 71 der Gleitlagerschalen 43a, 43b (Pfeil A5). Hier gelangt wiederum eine Teilmenge des Öls zwischen die Umfangsfläche 9a des Kurbelzapfens 9 und die Innenfläche 65 der Gleitlagerschalen 43a, 43b und dient dort zur hydrodynamischen Schmierung des Kurbelzapfens 9 bezüglich der Gleitlagerschalen 43a, 43b. Das restliche Öl durchströmt die Durchlass-Bohrungen 73 und gelangt in die Nuten 95 der Gleitsteinhälften 8a, 8b. Von den Nuten 95 aus strömt das Öl in die Öffnungen als Bohrungen 97 (Pfeil A6) und in die Öffnungen als Bohrungen 98. Am äußeren Ende der Bohrungen 97, 98 tritt das Öl aus (Pfeil A7, A8) und benetzt die beiden Gleitsteingleitflächen 82, 83 und die jeweils gegenüberliegenden Gleitbahnen des Kurbelschlaufenrahmens 7 bzw. befüllt den zwischen diesen Flächen existierenden Spielspalt bzw. Schmierspalt.
Der Gleitstein 8 ist im Kurbelschlaufenrahmen 7 in Axialrichtung formschlüssig und in Gleitrichtung, welche senkrecht zur Axialrichtung und senkrecht zur Zylinderachse der Arbeitszylinder 1, 2 steht, geradlinig gleitbar geführt.
Der Kurbelschlaufenrahmen 7 ist beispielsweise zweiteilig, bestehend aus dem Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b, ausgeführt. Gegebenenfalls, z. B. bei einem Motor mit gebauter Kurbelwelle 10, kann der Kurbelschlaufenrahmen 7 auch einteilig ausgeführt sein. Die Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b sind gleichartig symmetrisch ausgebildet, so dass die Bezugszeichen, die in 2 an einer der Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b angezogen sind, jeweils auch für die andere Rahmenhälfte gelten.
Die Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b weisen je einen Gleitbahnrahmensteg 110 mit einer Außenseite 111, einer als Gleitbahn 112 ausgeführten Innenseite, einer die Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b in Gleitrichtung begrenzenden ersten Stirnfläche 113 und einer solchen zweiten Stirnfläche 114 auf.
Die Gleitbahn 112 kann beispielsweise entweder gehärtet und geschliffen sein oder gegebenenfalls eine Beschichtung aus Gleitlagerwerkstoff aufweisen oder mit einem Gleitlagerblech belegt sein. Ist eine von zwei zusammenwirkenden Gleitflächen des Gleitsteins 8 bzw. des Kurbelschlaufenrahmens 7 mit einem Gleitlagerwerkstoff beschichtet oder belegt, so ist jeweils die mit dieser Gleitfläche zusammenwirkende andere Gleitfläche vorzugsweise gehärtet und geschliffen ausgeführt, so dass jeweils eine oberflächenharte Gleitbahn mit einer oberflächenweichen Gleitbahn zusammenwirkt. Zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften können in die jeweils oberflächenharte Gleitfläche definierte Vertiefungen zur Ausbildung von Mikro- und/oder Makroöltaschen eingebracht sein. Die definierten Vertiefungen in der oberflächenharten Gleitbahn können beispielsweise durch mechanische Fertigungsverfahren oder durch ein Ätzverfahren hergestellt werden. Ebenso können in geeigneter Art und Weise Beschichtungen wie z. B. Nikasil-Beschichtungen auf die Gleitflächen aufgetragen sein.
Die Längserstreckung der Gleitbahnrahmenstege 110 ist so gewählt, dass die Gleitsteingleitflächen 82, 83 in der in Gleitrichtung jeweiligen Extremstellung des Gleitsteins 8 vollständig von den Gleitbahnen 112 bedeckt sind. An den Längsseiten der Gleitbahnrahmenstege 110 sind jeweils senkrecht zur Gleitbahn 112 je ein erster Schenkelsteg 115 und ein aggregatzweiter Schenkelsteg 116 einstückig angeformt, womit die Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b eine im Querschnitt H-förmige Kontur ausbilden. An den bezüglich der Gleitrichtung äußeren Enden sind Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b jeweils gemäß EP 429 918 B1 offen ausgestaltet. Die Schenkelstege 115, 116 besitzen jeweils eine dem Gleitbahnrahmensteg 110 zugewandte Innenfläche 117, 118 und eine vom Gleitbahnrahmensteg 110 abgewandte Außenfläche 119 bzw. 120.
Die Schenkelstege 115, 116 ragen über die gesamte Längserstreckung des Gleitbahnrahmensteges 110 ein Stück über dessen Außenseite 111 hinaus, wobei der Überstand von der Mitte des Gleitbahnrahmenstegs 110 in Gleitrichtung nach außen zu den Stirnseiten 113, 114 hin jeweils abnimmt.
Im Zentrum der Außenfläche 111 des Gleitbahnrahmensteges 110 ist zwischen den Schenkelstegen 115, 116 die Kolbenstange 5 bzw. 6 vorzugsweise einstückig angeformt. Die Kolbenstangen 5, 6 haben eine zylinderrohrförmige Raumform mit einer Mittelachse 5a, 6a, welche jeweils der Zylindermittelachse der Arbeitszylinder 1, 2 entspricht. Zudem weisen die Kolbenstangen 5, 6 je eine von der Übertragungseinrichtung weg weisende Stirnfläche 5c, 6c auf, an der die Kolben 3, 4 (vgl. 1) befestigt sind.
An den Außenseiten 119, 120 der Schenkelstege 115, 116 sind jeweils in den bezüglich der Gleitrichtung äußeren Endbereichen rohrförmige Führungen 121 einstückig derart angeformt, dass im montierten Zustand die jeweils entsprechenden gegenüberliegenden Führungen 121 der Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b zueinander fluchten. Die rohrförmigen Führungen 121 dienen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln, beispielsweise Dehnschrauben (nicht dargestellt), welche die Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b miteinander fest verbinden. Weiterhin weisen die Schenkelstege 115, 116 von der Gleitbahn 112 weg ein Stück in Richtung der jeweils anderen Kubelschlaufen-Rahmenhälfte 7a, 7b und bilden Stirnflächen 122 aus. Die Stirnflächen 122 sind jeweils parallel zur zugehörigen Gleitbahn 112 ausgerichtet. Der Abstand zwischen den Stirnflächen 122 und der zugehörigen Gleitbahn 112 ist derart gewählt, dass im montierten Zustand des Kurbelschlaufenrahmens 7 die Gleitbahnen 112 der Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a, 7b parallel zueinander verlaufen und voneinander den Abstand X haben.
Somit ist der Gleitstein 8 im montierten Zustand mit einem vorbestimmten Spiel S1 in Richtung der Zylindermittelachsen 23 im Kurbelschlaufenrahmen 7 geführt.
An den Innenflächen 117, 118 der Schenkelstege 115, 116 sind jeweils rechtwinklig an die Längskanten der Gleitahn 112 angrenzend stufenförmige Vorsprünge 125, 126 vorgesehen. Diese Vorsprünge 125, 126 weisen je eine Führungsgleitbahn 127, 128 auf, welche vorzugsweise parallel zueinander und senkrecht zur Gleitbahn 112 und je eine Begrenzungskante 131 ausbilden. Die Begrenzungskanten 131 der Führungsgleitbahnen 127, 128 zur Gleitbahn 112 hin sind vorzugsweise freischnittfrei oder mit einem kleinen Übergangsradius bzw. einer kleinen Übergangsfase versehen. Sind die Begrenzungskanten 131 zwischen den Führungsgleitbahnen 127, 128 und der Gleitbahn 112 mit einem Übergangsradius oder einer Übergangsfase versehen, so sind diese den entsprechenden Radien oder Fasen an den Begrenzungskanten 90, 91 des Gleitsteins 8 angepasst. Für die Ausgestaltung dieses Eckbereichs ist es wesentlich, dass der von dem Gleitstein 8, der Gleitbahn 112 und den Führungsgleitbahnen 127 bzw. 128 gebildete Eckkanal 132 im Querschnitt kleinstmöglich ausgeführt ist, um an dessen offenen Enden ein ungewollt starkes Austreten von Schmieröl zu verhindern.
Dies wird im Folgenden anhand der 6, 7, 8 und 9 näher erläutert. In diesen Figuren ist der Gleitstein 8 jeweils in einer Ausgangsstellung mit einem Abstand S1 von den Gleitbahnen 112 und einem Abstand S2 von den Führungsgleitbahnen 127, 128 gezeigt, wobei der Spalt zwischen dem Gleitstein 8 und dem Kurbelschlaufenrahmen 7 mit Schmieröl gefüllt ist. Weiterhin ist der Gleitstein 8 in einer konstruktiv extrem ausgelenkten Stellung gezeichnet (gestrichelte Linien). Die Begrenzungskanten 90, 91 tragen in dieser Stellung die Bezugszeichen 90', 91'. Die 6 bis 9 sind nicht maßstäblich zu sehen, sondern verdeutlichen unterschiedliche Ausgestaltungsformen des Eckbereichs zwischen Gleitstein 8 und Kurbelschlaufenrahmen 7. Weiterhin sind die in 6 bis 9 aufgeführten Ausführungsformen beispielhafter Natur. Selbstverständlich liegen auch andere Ausgestaltungen dieses Eckbereichs, beispielsweise weitere Kombinationen aus Radien und Fasen im Bereich der Erfindung.
Befindet sich der Gleitstein 8 in seiner theoretischen Extremlage, so ist allen Ausführungsformen gemäß 6 bis 9 gemeinsam, dass zwischen dem Gleitstein 8 in seiner Extremposition (Begrenzungskanten 90', 91') und dem Kurbelschlaufenrahmen 7, insbesondere der Begrenzungskante 131 des Kurbelschlaufenrahmens 7 ein Resteckkanal 132' verbleibt. Erfindungsgemäß ist es wesentlich, diesen Resteckkanal 132' in seiner Querschnittsfläche zu minimieren.
In einer ersten Ausführungsform des Eckkanals 132 gemäß 6 ist der Gleitstein 8 an seiner Begrenzungskante 90, 91 scharfkantig oder mit einer lediglich gebrochenen Kante ausgeführt. Die Begrenzungskante 131 des Kurbelschlaufenrahmens 7 ist ein Freischnitt, der jedoch in seinen Abmessungen kleinstmöglich ausgebildet ist, so dass der Resteckkanal 132' bzw. der Eckkanal 132 im Querschnitt minimal bemessen sind. Eine derartige Ausführungsform ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Führungsgleitbahnen 127, 128 und die Gleitbahnen 112 mit einer geschliffenen Oberfläche versehen werden sollen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Eckkanals 132 gemäß 7 sind die Begrenzungskanten 90, 91 des Gleitsteins 8 bzw. die Begrenzungskanten 131 des Kurbelschlaufenrahmens 7 als Außen- bzw. Innenfase ausgeführt und derart angepasst, dass ein Resteckkanal 132' verbleibt, wenn der Gleitstein 8 in seiner theoretischen Extremstellung zu liegen käme. Bei einer Ausführungsform gemäß 7 ist der verbleibende Resteckkanal 132' im Querschnitt trapezspaltförmig.
In einer Ausführungsform gemäß 8 sind der Gleitstein 8 und der Kurbelschlaufenrahmen 7 jeweils im Bereich ihrer Begrenzungskanten 90, 91 und 131 ebenfalls angefast, wobei die Erstreckungsebenen der Fasungsflächen zueinander einen Winkel einschließen, derart, dass der Resteckkanal 132' im Querschnitt zu den Führungsgleitbahnen 127, 128 hin konvergiert und somit keilspaltförmig ausgebildet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß 9 sind die Begrenzungskanten 90, 91 und die Begrenzungskanten 131 des Gleitsteins 8 bzw. des Kurbelschlaufenrahmens 7 jeweils mit einem Rundungsradius versehen, wobei die Radien derart abgestimmt sind, dass ein sichelspaltförmiger Resteckkanal 132' verbleibt, wenn der Gleitstein 8 in seiner Extremposition zu liegen kommt.
Die Wahl der Ausgestaltung des Eckkanals 132 hängt dabei im Wesentlichen von der Baugröße und der Bauart der Hubkolbenmaschine sowie den für die Einzelteile verwendeten Werkstoffen und Fertigungsverfahren ab. So eignen sich die Ausführungsformen gemäß der 7, 8 und 9 des Kurbelschlaufenrahmens 7 insbesondere für eine räumende Bearbeitung des Kurbelschlaufenrahmens 7.
Vorteilhafterweise sind die Führungsgleitbahnen 127, 128 und die Gleitbahnen 112 analog zum Gleitstein 8 und Oberflächenbeschichtungen bzw. -behandlungen zur weiteren Verbesserung der Gleiteigenschaften versehen.
Die Führungsgleitbahnen 127, 128 haben zueinander in Axialrichtung den Abstand Y, welcher größer ist als der Abstand der Führungsgleitflächen 84a, 85a des Gleitsteins 8, so dass der Gleitstein 8 in Axialrichtung mit einem vorbestimmten Spiel S2 geführt ist, wobei das Spiel S1 vorzugsweise größer gewählt ist als das Spiel S2.
Die Schmierung der Relativbewegung zwischen dem Gleitstein 8 und den Führungsgleitbahnen 127, 128 wird durch Öl bewerkstelligt, welches aus Bohrungen 97, 98 austritt und von den Gleitsteingleitflächen 82, 83 um dessen Begrenzungskanten 90, 91 herum zwischen dem Gleitstein 8 und die Führungsgleitbahnen 127, 128 gelangt.
Weiterhin weisen die Schenkelstege 115, 116 zwischen zwei rohrförmigen Führungen 121 eine U-förmige Ausnehmung 130 auf, welche sich in ihrer Tiefe bis n die Nähe der Führungsgleitbahnen 127, 128 erstreckt. Die U-förmige Ausnehmung 130 ist dabei so bemessen, dass im zusammengebauten Zustand der Kurbelzapfen 9 während einer gesamten Kurbelwellenumdrehung bezüglich des Kurbelschlaufenrahmens 7 freigebt.
Die Belastung der Gleitsteingleitflächen 82, 83 und der entsprechenden Gleitbahnen 112 ist beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine veränderlich. Sie resultiert im Wesentlichen aus einer Überlagerung der an den Arbeitskolben 2, 3 Gasdruckkräften und den – den Gasdruckkräften in ihrer Wirkrichtung entgegengesetzten – Massenkräften der bewegten Teile der Übertragungseinrichtung. Aus dem Diagramm der 3 ist erkennbar, dass auf der Abszisse die resultierenden Gleitsteinkräfte F_G und auf der Ordinate die Kurbelwinkel 0 ≤ φ ≤ 180° aufgetragen sind. Die dargestellte Kurve repräsentiert beispielhaft die resultierenden Gleitsteinkräfte F_G, wie sie bei einer Brennkraftmaschine für eine spezifische Drehzahl (hier: n = 4000 U/min) auftreten. Man erkennt, dass die Belastung bei etwa φ₁ = 4° erstmals, bei etwa φ₂ = 41° zum zweiten Mal und etwa bei φ₃ = 79° zum dritten Mal das Vorzeichen wechselt, weil die Belastungskurve die Nulllastlinie dort jeweils schneidet.
Das bedeutet, dass bei diesem Betriebszustand während einer ganzen Umdrehung sechs Lastwechsel zwischen dem Gleitstein 8 und Kurbelschlaufenrahmen 7 stattfinden. Für die Stellen φ₁, φ₂, φ₃ sind unter dem Diagramm schematisch die Pressungszustände des Gleitsteins 8 mit dem Kurbelschlaufenrahmen 7 dargestellt, die jeweils nach dem Durchlaufen der Punkte φ₁, φ₂, φ₃ vorliegen. So belastet beispielsweise im Bereich φ₁ ≤ φ ≤ φ₂ und im Bereich φ ≥ φ₃ die Gleitsteingleitfläche 83 des Gleitsteins 8 die Gleitbahn 112 der Kurbelschlaufenrahmenhälfte 7a, wobei im Bereich φ₂ ≤ φ ≤ φ₃ die Gleitsteingleitfläche 82 die Gleitbahn 112 der Kurbelschlaufenrahmenhälfte 7b belastet. Zwischen der jeweils entlasteten Gleitsteingleitflächen und der zugehörigen Gleitbahn einer Kurbelschlaufenrahmenhälfte liegt somit ein Spielspalt S vor. Die Größe des Spielspaltes S ergibt sich aus der Differenz des Einbauspiels S1 des Gleitsteins 8 und der Dicke des Ölfilmes auf der belasteten Seite des Gleitsteins 8.
Der Gleitstein 8 führt aufgrund der an ihm wirkenden Kräfte F_G während eines Kurbelwellenumlaufs eine Pendelbewegung zwischen den Gleitbahnen 112 der Kurbelschlaufenrahmenhälften 7a und 7b aus, welche je nach Drehzahl und Betriebsweise der Hubkolbenmaschine als Brennkraftmaschine oder als Hubkolbenkompressor zumindest einmal pro Umdrehung stattfindet. Bei bestimmten Drehzahlen, bei denen sich die Gas- und Massenkräfte so überlagern, dass die resultierende Gleitsteinbelastungskraft die Nulllastlinie mehrfach schneidet, kann diese Pendelbewegung auch mehr als einmal pro Kurbelwellenumdrehung (vgl. 3) stattfinden.
Im Folgenden wird eine derartige Pendelbewegung anhand der 4 und 5 näher erläutert.
In 4 wirkt die Kraft F_G über die Kurbelschlaufen-Rahmenhälfte 7b auf die Gleitsteingleitfläche 82, so dass der zwischen den Flächen 82 und 112 befindliche Ölfilm 140 belastet, d. h. mit Druck beaufschlagt wird. Aufgrund der Last F_G verringert sich der Abstand zwischen der Gleitsteingleitfläche 82 und der Gleitbahn 112, so dass eine Verdrängung des Öls zwischen diesen Flächen 82 und 112 stattfindet. Ein Teil des verdrängten Öles wird um die Begrenzungskanten 90, 91 des Gleitsteines 8 herum zwischen die Führungsgleitflächen 84a, 85a und den entsprechenden Führungsgleitbahnen 127, 128 (vgl. 2) gedrückt und dient dort der Schmierung der Führungsgleitflächen 84a, 85a gegenüber den Führungsgleitbahnen 127, 128. Aufgrund des konstruktiv relativ gering gewählten Axialspiels S2 des Gleitsteins 8 im Kurbelschlaufenrahmen 7 verlässt nur eine geringe Ölmenge den Schmierspalt zwischen den Führungsgleitflächen 84a, 85a und den Führungsgleitbahnen 127, 128. Ein weiterer Teil des verdrängten Öls dringt aufgrund der Druckbelastung im Schmierfilm 140 in die Bohrungen 97, 98 ein (Pfeile A10) und strömt etwas in Richtung der gegenüberliegenden, entlasteten Gleitsteingleitfläche 83 bzw. baut in den Bohrungen 97, 98 der belasteten Gleitsteinhälfte 82 einen ”Sperrdruck” für das von der Ölpumpe geförderte Öl auf. Gleichzeitig mit dem Verdrängen des Öls im Ölfilm 140 entsteht aufgrund der Vergrößerung des Abstandes zwischen der entlasteten Gleitsteingleitfläche 83 und der Gleitbahn 112 der Kurbelschlaufenrahmenhälfte 7a ein Unterdruck im Ölfilm 141, der das Ausströmen des Öls (Pfeile All) auf der entlasteten Seite des Gleitsteins 8 unterstützt. Die Erfindung nutzt somit die Pendelbewegung des Gleitsteins im Kurbelschlaufenrahmen 7 zur Ausbildung eines die Schmierfilmvorbereitung unterstützenden Pumpeffekts. Somit wird auf der entlasteten Seite des Gleitsteins 8 jeweils vor der Belastung ein ausreichend dicker Ölfilm 140, 141 vorbereitet, der während der gesamten folgenden Belastungsphase ein definiertes Hydroplaning zwischen den gleitenden belasteten Flächen sicherstellt. Dieses Vorbereiten geschieht zum einen durch das von der Motorölpumpe unter Druck gesetzte Öl (Pfeile A12), welches durch die Bohrung 45 und die Quer-Bohrung 46 strömt und wird zum anderen unterstützt durch den Teil des Öls, der aufgrund des Pumpeffekts von der belasteten Seite hin zur entlasteten Seite des Gleitsteins 8 gedrückt wird. Zusätzlich unterstützend wirkt der auf der entlasteten Seite durch Vergrößerung des Spielspaltes erzeugte Unterdruck im Ölfilm 140, 141. Um jedoch einen ungewollt starken Abbau des belasteten Ölfilms 140, 141 zu verhindern, sind die Bohrungen 97, 98 in ihrem Durchmesser derart bemessen, dass zwar eine zur Verwirklichung des Pumpeffekts bzw. zum Aufbau des ”Sperrdrucks” ausreichende Ölmenge vom belasteten Schmierfilm in die Bohrungen 97, 98 gelangen kann, es jedoch sichergestellt ist, dass der belastete Ölfilm 140, 141 während der gesamten Belastungsphase immer ein zur Aufrechterhaltung eines ausreichend dicken Ölfilms erforderliches Mindestmaß aufweist. Dies kann zweckmäßiger Weise dadurch erreicht werden, dass die in die Gleitsteinflächen randnah mündenden Ölzuführungsbohrungen (im Ausführungsbeispiel die Bohrungen 97) im Mündungsbereich beispielsweise einen geringeren Durchmesser aufweisen als randfernere Bohrungen (hier z. B. die Bohrungen 98), da die im Randbereich zwar erfindungsgemäß verringerten, aber nicht vollständig zu verhindernden Leckölverluste eine Verringerung der rückströmenden Teilmengen notwendig machen kann. Dem kann durch eine Verengung der randnahen Bohrungen im Mündungsbereich zuverlässig entgegengewirkt werden.
Kehrt sich, z. B. bei φ₁ = 41°, die Richtung der resultierenden Kraft F_G auf den Gleitstein 8 um (5), so ist der Ölfilm 141 der belastete und der Ölfilm 140 der entlastete Ölfilm. Analog zur Situation in 4 wird nun das Öl des Ölfilms 141 verdrängt und gelangt zumindest teilweise in die Bohrungen 97, 98, die in die nun belastete Gleitsteingleitfläche 83 münden und bewirkt nun dort ein Zurückpumpen bzw. einen ”Sperrdruck”. Zudem strömt zu diesem Zeitpunkt das von der Ölpumpe geförderte Öl zum Aufbau des Ölfilms 140 von den Bohrungen 45 und 46 über die Nuten 71 und 95 in Richtung der Gleitsteingleitfläche 82. Insofern kehrt sich beim Wechsel der Kraftangriffsrichtung der Kraft F_G am Gleitstein 8, bedingt durch die resultierenden Druckverhältnisse in den Ölfilmen 141, 140 die Strömungsrichtung des Öles in den Bohrungen 97, 98 beider Gleitsteinhälften 8a, 8b um. Der auf der belasteten Gleitsteinseite entstehende Pumpeffekt bzw. ”Sperrdruck” hat im Zusammenspiel mit dem auf der entlasteten Seite entstehenden Unterdruck somit jeweils ein unterstützendes Pumpen bzw. Leiten des von der Ölpumpe geförderten Öls zum Aufbau eines Ölpölsters an der entlastäten Seite zur Folge.
Daraus ergibt sich durch die Pendelbewegung des Gleitsteins 8 in dem Kurbelschlaufenrahmen 7 während einer Kurbelwellenumdrehung ein Leiteffekt bzw. ein Pumpeffekt, welcher die Vorbereitung eines ausreichend dicken Ölfilms 140, 141 auf der jeweils entlasteten Seite des Gleitsteins 8 unterstützt. Dieser Pumpeffekt bzw. Leiteffekt ist prinzipbedingt stark von der Größe der Spielspalte zwischen dem Gleitstein 8 und dem Kurbelschlaufenrahmen 7 abhängig, da beispielsweise zu große Spielspalte die randseitig austretende Leckölmenge und damit die Druckverhältnisse in den Schmierfilmen und deren Dicke nachteilig beeinflussen können. Dies gilt es gerade im Umkehrpunkt des Gleitsteins 8 zu verhindern, in dem die Gleitgeschwindigkeit kurzzeitig den Wert ”Null” (v_G = 0) annimmt und so die hydrodynamische Tragwirkung des Ölfilmes kurzzeitig ausbleibt. In diesem Betriebszustand muss somit gewährleistet sein, dass der belastete Ölfilm 140, 141 zwischen dem Gleitstein 8 und dem Kurbelschlaufenrahmen 7 durch Rand-Leckölverluste nicht zu stark geschwächt wird.
Mit einer derartigen Anordnung bzw. Ausgestaltung einer Übertragungseinrichtung für eine Hubkolbenmaschine, die nach dem Kurbelschlaufenprinzip arbeitet, ist unter Ausnutzung des Pumpeffekts bzw. des Leiteffekts zwischen den belasteten und entlasteten Seiten des Gleitsteins im Zusammenspiel mit einer Minimierung der Leckölverluste im Druckölkreislauf zuverlässig gelungen, die Übertragungseinrichtung in kritischen Betriebszuständen zuverlässig und dauerhaft mit Schmieröl in ausreichender Menge zu versorgen, d. h. im Betrieb ein definiertes Hydroplaning sicherzustellen. Somit liegen zwischen dem Gleitstein und dem Kurbelschlaufenrahmen in jeder Betriebssituation immer optimale Gleitbedingungen vor.

Claims

Hubkolbenmaschine mit zumindest einem Arbeitszylinderpaar, bestehend aus zwei sich achsgleich gegenüberliegenden Arbeitszylindern (1, 2), in denen je ein Arbeitskolben (3, 4) gleitbar geführt ist, wobei jeder Arbeitskolben (3, 4) vom zugehörigen Zylinderinnenraum einen Arbeitsraum abtrennt, – mit einer in einem Kurbelgehäuse (13) untergebrachten Übertragungseinrichtung zur Umwandlung der Translationsbewegung der Arbeitskolben (3, 4) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle (10) oder umgekehrt, wobei die Arbeitskolben (3, 4) jeweils starr über eine Kolbenstange (5, 6) mit der Übertragungseinrichtung verbunden sind, wobei die Kolbenstangen (5, 6) die an den Arbeitskolben (3, 4) angreifenden Gas- und/oder Massenkräfte zur Übertragungseinrichtung leiten; – wobei die Übertragungseinrichtung aus der Kurbelwelle (10) mit zumindest einem Kurbelzapfen (9), einem auf dem Kurbelzapfen (9) drehbar gelagerten Gleitstein (8) und einer rahmenförmigen Kurbelschlaufe als Kurbelschlaufenrahmen (7) besteht; – der Gleitstein (8) Gleitsteingleitflächen (82, 83), eine erste Führungsgleitfläche (84a) und eine zweite Führungsgleitfläche (85a) aufweist, wobei die Gleitsteingleitflächen (82, 83) jeweils mit Gleitbahnen (112) des Kurbelschlaufenrahmens (7) und die Führungsgleichflächen (84a, 85a) mit Führungsgleitbahnen (127, 128) des Kurbelschlaufenrahmens (7) derart zusammenwirken, dass der Gleitstein (8) in einer Richtung senkrecht zur Drehachse (22) der Kurbelwelle (10) und senkrecht zur Mittelachse (18a) der Arbeitszylinder (1, 2) gleitbar im Kurbelschlaufenrahmen (7) verschieblich ist; – und Einrichtungen vorhanden sind, die unter Druck stehendes Schmieröl zwischen die gleitenden Flächen des Gleitsteins (8) und des Kurbelschlaufenrahmens (7) leiten, dadurch gekennzeichnet, dass – die Gleitbahnen (112) und die Führungsgleitbahnen (127, 128) des Kurbelschlaufenrahmens (7) entlang einer gemeinsamen Begrenzungskante (131) benachbart zueinander angeordnet sind, – die Gleitsteingleitflächen (82, 83) und die mit den Führungsgleitbahnen (127, 128) zusammenwirkenden Führungsgleitflächen (84a, 85a) zu den Gleitbahnen (112) bzw. den Führungsgleitbahnen (127, 128) derart beabstandet sind, dass der Gleitstein (8) jeweils in Richtung der Drehachse (22) und in Richtung der Mittelachse (18a) der Arbeitszylinder (1, 2) mit einem vorbestimmten Mindestspiel (S1) in dem Kurbelschlaufenrahmen (7) sitzt, derart, dass der Gleitstein (8) eine Pendelbewegung bezüglich des Kurbelschlaufenrahmens (7) ausführt, welche für einen Pumpeffekt zur Vorbereitung eines ausreichend dicken Ölfilms (140, 141) zwischen den gleitenden Flächen des Gleitsteins (8) und des Kurbelschlaufenrahmens (7) nutzbar ist und die Einrichtungen zum Transport von unter Druck stehendem Schmieröl zumindest zwei Bohrungen (97, 98) sind, welche einendig mit einer Kurbelzapfenbohrung (93) des Gleitsteins (8) verbunden sind und dort mit dem Druckölkreislauf der Hubkolbenmaschine kommunizieren und anderendig jeweils direkt und unmittelbar in eine der Gleitsteingleitflächen (82, 83) münden oder in Nuten (71) der Gleitsteingleitflächen (82, 83) münden, welche vor den Begrenzungen der gleitenden Flächen des Gleitsteins (8) enden und derart untereinander in Verbindung stehen, dass Schmieröl von einer Gleitsteingleitfläche (82, 83) über die Bohrungen (97, 98) zur anderen Gleitsteingleitfläche (83, 82) strömen kann.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel (S1) zwischen dem Gleitstein (8) und dem Kurbelschlaufenrahmen (7) in Richtung der Mittelachse (18a) der Arbeitszylinder (1, 2) derart bemessen ist, dass der Spielspalt zwischen dem Gleitstein (8) und dem Kurbelschlaufenrahmen (7) einen Pumpraum ausbildet und eine definierte Pendelbewegung des Gleitsteins (8) möglich ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel (S2) zwischen dem Gleitstein (8) und dem Kurbelschlaufenrahmen (7) in Richtung der Drehachse (22) der Kurbelwelle (10) in Abhängigkeit von der Bauart und der Baugröße der Hubkolbenmaschine kleinstmöglich ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kurbelschlaufenrahmen (7) an den stirnseitigen Enden (113, 114) der Gleitbahnen (112) seitlich offen ausgestaltet ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gleitbahnen (112) und die Führungsgleitbahnen (127, 128) des Kurbelschlaufenrahmens (7) glattflächig ausgebildet sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Gleitsteingleitflächen (82, 83) und die Führungsgleitflächen (84a, 85a), welche mit den Führungsgleitbahnen (127, 128) zusammenwirken, glattflächig ausgebildet sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zumindest zwei Bohrungen (97, 98) über einen kontinuierlich durchströmbaren Strömungsweg (A) mit dem Druckölkreislauf der Hubkolbenmaschine verbunden ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zumindest zwei Bohrungen (97, 98) untereinander kommunizierend über eine Nut (95), welche radial umlaufend in die Kurbelzapfenbohrung (93) des Gleitsteins (8) eingebracht ist, miteinander verbunden sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei von den zwei Bohrungen (97, 98) Bohrungen (98) abzweigen, die jeweils direkt in die Gleitsteingleitflächen (82, 83) münden.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die an den Übergangsbereichen der Gleitsteingleitflächen (82, 83) und der Führungsgleitflächen (84a, 85a) des Gleitsteins (8) sowie der Gleitbahnen (112) und der Führungsbahnen (127, 128) des Kurbelschlaufenrahmens (7) gebildeten Eckkanäle (132) im Querschnitt kleinstmöglich ausgeführt sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kurbelwelle (10) einstückig als einfach und/oder mehrfach gekröpfte Kurbelwelle aufgebaut ist und zumindest einen ersten Lagerzapfen (20) und einen zweiten Lagerzapfen (21) mit einer gemeinsamen Drehachse (22) als Mittelachse aufweist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 11, wobei die Lagerzapfen (20, 21) jeweils eine zylinderförmige oder ballige Umfangsfläche (20a, 21a) aufweisen.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 11 oder 12, wobei zwischen den Lagerzapfen (20, 21) ein Kurbelzapfen (9) angeordnet ist, dessen Mittelachse (23) exzentrisch zur Drehachse (22) versetzt ist, wobei der Kurbelzapfen (9) eine zylinderförmige oder ballige Umfangsfläche (9a) aufweist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 13, wobei der Kurbelzapfen (9) jeweils über eine Wange (24, 25) mit den inneren Enden der Lagerzapfen (20, 21) verbunden ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 14, wobei die Wangen (24, 25) eine im Wesentlichen scheibenförmige Raumform mit jeweils einer den Kurbelzapfen (9) zugewandten ebenen Innenfläche (26, 27) und einer den jeweiligen Lagerzapfen (20, 21) zugewandten Außenfläche (28, 29) aufweisen, wobei die Innenflächen (26, 27) parallel zueinander und senkrecht zur Mittelachse (23) angeordnet sind.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 14 oder 15, wobei an dem den Kurbelzapfen (9) gegenüberliegenden Ende der Wangen (24, 25) in deren Verlängerung jeweils Gegengewichte (30, 31) einstückig angeformt sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei an den Außenflächen (28, 29) ringstufenförmige, die Lagerzapfen (20, 21) umgebende Vorsprünge (32, 33) angeformt sind, welche jeweils eine den Lagerzapfen (20, 21) zugewandte ebene Ringstirnfläche (34, 35) ausbilden und wobei die Erstreckungsebene der Ringstirnflächen (34, 35) senkrecht auf der Drehachse (22) steht.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei auf dem Lagerzapfen (20) kupplungsseitig ein Antriebsflansch (36) folgt, welcher einen im Vergleich zum Lagerzapfen (20) größeren Durchmesser aufweist, so dass eine erste zur Ringstirnfläche (34) parallele Ringstirnfläche (37) und eine zweite Stirnfläche (38) ausgebildet wird.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei auf den Lagerzapfen (21) aggregatseitig ein im Durchmesser kleinerer, zylinderförmiger Zapfen (40) mit einer aggregatseitigen Stirnfläche (41) folgt.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 19, wobei die Stirnflächen (38, 41) die Längserstreckung der Kurbelwelle (10) begrenzen.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 19 oder 20, wobei in die Stirnfläche (41) in Axialrichtung mehrere über den Umfang verteilte, sacklochförmige Vertiefungen (42) eingebracht sind, welche zur Befestigung und zur Aufnahme von Antriebsmitteln zum Antrieb von Nebenaggregaten dienen.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei schräg von der Umfangsfläche (21a) des Lagerzapfens (21) weg eine den Lagerzapfen (21) und die Wange (25) durchdringende zum Zentrum des Kurbelzapfens (9) hin reichende Bohrung (45) eingebracht ist, die dort in eine den Kurbelzapfen (9) durchdringende Querbohrung (46) mündet.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei die Lagerung der Lagerzapfen (21, 22) jeweils über ein hydrodynamisch geschmiertes Gleitlager aus zwei Gleitlagerschalen (50a, 50b) oder über Wälzlager erfolgt.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 23, wobei die Gleitlagerschalten (50a, 50b) baugleich ausgeführt sind und eine dünnwandige halbzylindermantelförmige Raumform aufweisen, wobei jeweils eine Innenfläche (51), eine Außenfläche (52), zwei halbringförmige axiale Begrenzungsflächen (53, 54) sowie zwei radiale Begrenzungsflächen (55, 56) ausgebildet sind.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 23 oder 24, wobei die Gleitlagerschalen (50a, 50b) mit ihren jeweils gegenüberliegenden radialen Begrenzungsflächen (55, 56) sich im montierten Zustand berühren und die Innenflächen (51), die Umfangsoberflächen (21a, 22a) der Lagerzapfen (21, 22) mit geringem Spiel so umgreifen, dass die Kurbelwelle (10) in der Gleitlagerung drehbar gelagert ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei die Innenfläche (51) eine radial umlaufende, im Querschnitt rechteckförmige Nut (57) besitzt, welche einen Nutboden (58) aufweist, wobei die Nut (57) in Axialrichtung angeordnet ist, um mit dem lagerzapfenseitigen Ende der Bohrung (45) zu kommunizieren.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 26, wobei die axiale Erstreckung der Nut (57) etwa ein Viertel der axialen Erstreckung der Gleitlagerschale (50a, 50b) beträgt und die Tiefe der Nut (57) circa die Hälfte der Dicke der Gleitlagerschalen (50a, 50b) beträgt.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 27, wobei in den Nutboden (58) der Gleitlagerschalen (50a, 50b) mehrere radiale Durchgangsbohrungen (59) eingebracht sind, wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrungen (59) in etwa der Axialstreckung der Nut (57) entspricht.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei die Gleitlagerschalten (50a, 50b) mit ihren Außenflächen (52) in entsprechenden Lagersitzflächen (60) des Kurbelgehäuses (13) sitzen.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 29, wobei die Lagersitzflächen (60) radial umlaufend analog zu den Innenflächen (51) der Gleitlagerschalen (50a, 50b) eine Nut (61) mit einem Nutboden (62) aufweisen, welche in etwa die gleiche Querschnittsform wie die Nut (57) hat.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 30, wobei die Nut (61) dadurch in der Lagersitzfläche (60) angeordnet ist, dass im montierten Zustand der Hubkolbenmaschine die Nut (61) mit der Durchgangsbohrung (59) der Gleitlagerschale (50a, 50b) kommuniziert.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei im Kurbelgehäuse (13) für jeweils eine Lagesitzfläche (60) zumindest eine Ölversorgungsbohrung (63) vorgesehen ist, die einendig in die Nut (61) mündet und anderendig mit dem Druckölkreislauf der Hubkolbenmaschine in Verbindung steht.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei der Gleitstein (8) mit einer hydrodynamisch geschmierten Gleitlagerung, vorzugsweise bestehend aus den Gleitlagerschalten (43a, 43b), auf dem Kurbelzapfen (9) oder mit einer Wälzlagerung drehbar gelagert ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 33, wobei die Gleitlagerschalten (43a, 43b) baugleich aufgebaut sind und jeweils eine halbzylindermantelförmige, dünnwandige Raumform mit einer Innenfläche (65), einer Außenfläche (66), zwei radialen Begrenzungsflächen (67, 68) und zwei radialen Stirnflächen (69, 70) aufweist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 34, wobei die Innenflächen (65) der Gleitlagerschalten (43a, 43b) im Durchmesser derart bemessen sind, dass sie im montierten Zustand des Gleitsteingleitlagers die Umfangsfläche (9a) des Kurbelzapfens (9) mit geringem Spiel umschließen.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 34 oder 35, wobei die Innenfläche (65) eine Nut (71) mit einem Nutboden (72) aufweist, wobei im Nutboden (72) radial über den Umfang verteilt jeweils mehrere Durchlassbohrungen (73) eingebracht sind, wobei die Lage der Nut (71) zusammen mit den Durchlassbohrungen (73) so gewählt ist, dass die Querbohrung (46) des Kurbelzapfens (9) endseitig jeweils in die Nut (71) mündet.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 34 bis 36, wobei der Gleitstein (8) die Außenflächen (66) der Gleitlagerschalen (43a, 43b) klemmend umgreift.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 37, wobei der Gleitstein (8) zweiteilig, bestehend aus den Gleitsteinhälften (8a, 8b) mit jeweils einer Gleitsteingleitfläche (82, 83), jeweils Stirnflächen (84, 85), welche im Bereich der Gleitsteingleitflächen als Führungsgleitflächen (84a, 85a) ausgebildet sind, aufgebaut ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 38, wobei die Gleitsteingleitflächen (82, 83) jeweils mit den Führungsgleitflächen (84a, 85a) Begrenzungskanten (90, 91) ausbilden.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 39, wobei die Begrenzungskanten (90, 91) gratfrei scharfkantig ausgeführt sind.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 40, wobei die Begrenzungskanten (90, 91) einen Übergangsradius aufweisen.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 41, wobei der Übergangsradius in Abhängigkeit von der Bauart und der Baugröße der Hubkolbenmaschine kleinstmöglich ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 41 oder 42, wobei der Übergangsradius durch eine entsprechend kleine Anfasung ersetzt ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 43, wobei die Kurbelzapfenbohrung (93) im Zentrum des Gleitsteins (8) derart angebracht ist, dass die Mittelachse (23) die Bohrungsmittelachse der Kurbelzapfenbohrung (93) ist und der Innendurchmesser der Kurbelzapfenbohrung (93) dem Außendurchmesser der Gleitlagerschalten (43a, 43b) entspricht.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 44, wobei die Kurbelzapfenbohrung (93) eine Innenfläche (94) aufweist, in die korrespondierend zu den Durchlassbohrungen (73) der Gleitlagerschalen (43a, 43b) eine radial umlaufende im Querschnitt etwa rechteckförmige Nut (95) mit einem Nutboden (96) eingebracht ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 45, wobei ausgehend vom Nutboden (96) radial über den Umfang verteilt vier Bohrungen (97) vorgesehen sind, welche anderendig jeweils in etwa in der Mitte des oberen bzw. des unteren Drittel der Gleitsteingleitflächen (82, 83) direkt in diese münden.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 36, wobei die jeweils von den Bohrungen (97) abzweigenden Bohrungen (98) in etwa an den bezüglich der Gleitrichtung äußeren Enden des in Gleitrichtung mittleren Drittels der Gleitsteingleitflächen (82, 83) direkt in diese münden.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 38, wobei die Gleitsteinhälften (8a, 8b) jeweils eine erste und eine zweite Berührungsfläche (99, 100) aufweisen, welche vorzugsweise in einer gemeinsamen Trennungsebene liegen.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 48, wobei die Trennungsebene parallel zu den Gleitsteingleitflächen (82, 83) ausgerichtet ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 49, wobei die Trennungsebene mit den Gleitsteingleitflächen (82, 83) einen Winkel einschließt.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 50, wobei der Winkel zwischen der Trennungsebene und den Gleitsteingleitflächen (82, 83) so gewählt ist, dass sie die Gleitsteingleitflächen (82, 83) nicht schneidet.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 38 bis 51, wobei zur Verbindung der Gleitsteinhälften (8a, 8b) Befestigungsmittel vorgesehen sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 32 bis 52, wobei die Ölversorgungsbohrung (63) und die Nut (61) im Kurbelgehäuse (13), die Durchgangsbohrung (59) und die Nut (57) der Gleitlagerschalen (50a, 50b), die Bohrung (45) und die Querbohrung (46) in der Kurbelwelle (10), die Nut (71) und die Durchlassbohrungen (73) der Gleitlagerschalen (43a, 43b), und die Nut (95) der Gleitsteinhälften (8a, 8b) sowie die Bohrungen (97) bzw. die Bohrungen (98) einen kontinuierlich durchströmbaren Strömungsweg (A) ausbilden.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 53, wobei der Kurbelschlaufenrahmen (7) einstückig, zweiteilig, bestehend aus den Kurbelschlaufenrahmenhälften (7a, 7b) oder mehrteilig ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 54, wobei die Kurbelschlaufenrahmenhälften (7a, 7b) gleichartig symmetrisch ausgebildet sind.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 54 oder 55, wobei die Kurbelschlaufenrahmenhälften (7a, 7b) je einen Gleitbahnrahmensteg (110) mit einer Außenseite (111) einer als Gleitbahn (112) ausgeführten Innenseite, einer ersten Stirnfläche (113) und einer zweiten Stirnfläche (114) aufweisen, wobei die Längserstreckung der Gleitbahnrahmenstege (110) so gewählt ist, dass die Gleitsteingleitflächen (82, 83) in der jeweils oberen und unteren Extremstellung des Gleitsteins (8) vollständig von den Gleitbahnen (112) bedeckt sind.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 56, wobei an den Längsseiten der Gleitbahnrahmenstege (110) jeweils senkrecht zur Gleitbahn (112) ein erster Schenkelsteg (115) und ein zweiter Schenkelsteg (116) einstückig angeformt sind, so dass die Kurbelschlaufenrahmenhälften (7a, 7b) jeweils eine im Querschnitt H-förmige Kontur ausbilden.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 57, wobei die Schenkelstege (115, 116) jeweils eine dem Gleitbahnrahmensteg (110) zugewandte Innenfläche (117, 118) und eine vom Gleitbahnrahmensteg (110) abgewandte Außenfläche (119; 120) aufweisen, die jeweils flächig ausgebildet sind.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 58, wobei im Zentrum der Außenseite (111) der Gleitbahnrahmenstege (110) jeweils zwischen den Schenkelstegen (115, 116) die Kolbenstangen (5, 6) vorzugsweise einstückig angeformt sind.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 58 oder 59, wobei an den Außenflächen (119, 120) der Schenkelstege (115, 116) jeweils in den oberen und unteren Endbereichen rohrförmige Führungen (121) einstückig derart angeformt sind, dass im montierten Zustand die jeweils entsprechenden gegenüberliegenden Führungen (121) der Kurbelschlaufenrahmenhälften (7a, 7b) zueinander fluchten.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 60, wobei die rohrförmigen Führungen (121) zur Aufnahme von Befestigungsmitteln zur Verbindung der Kurbelschlaufenrahmenhälften (7a, 7b) vorgesehen sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 58 bis 61, wobei an den Innenflächen (117, 118) der Schenkelstege (115, 116) jeweils rechtwinklig an die Längskanten der Gleitbahn (112) angrenzend stufenförmige Vorsprünge (125, 126) vorgesehen sind, welche jeweils eine der Führungsgleitbahnen (127, 128) ausbilden.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 62, wobei der Übergang von den Führungsgleitbahnen (127, 128) zur Gleitbahn (112) jeweils eine Begrenzungskante (131) ist, welche z. B. freischnittfrei ausgebildet ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 63, wobei die Begrenzungskante (131) von den Führungsgleitbahnen (127, 128) zur Gleitbahn (112) mit einem kleinen Übergangsradius versehen ist, wobei dieser Übergangsradius an die an den Begrenzungskanten (90, 91) des Gleitsteins (8) vorgesehenen Radien angepasst ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 63 oder 64, wobei die Begrenzungskante (131) von den Führungsleitbahnen (127, 128) zur Gleitbahn (112) mit einer kleinen Übergangsfase versehen ist, wobei die Übergangsfase an die entsprechende Übergangsfase an den Begrenzungskanten (90, 91) des Gleitsteins (8) angepasst ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 65, wobei der von dem Gleitstein (8), der Gleitbahn (121) und den Führungsgleitbahnen (127) bzw. (128) gebildete Eckkanal (132) im Querschnitt kleinstmöglich ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 66, wobei bei einer theoretischen Extremstellung des Gleitsteins (8) gegenüber dem Kurbelschlaufenrahmen (7) ein Resteckkanal (132') verbleibt, welcher im Querschnitt kleinstmöglich ausgebildet ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 67, wobei der Resteckkanal (132') im Querschnitt trapezspaltförmig ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 67, wobei der Resteckkanal (132') im Querschnitt keilspaltförmig ausgebildet ist und zu den Führungsgleitbahnen (127, 128) hin konvergiert.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 67, wobei der Resteckkanal (132') sichelspaltförmig ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 67, wobei sich der Resteckkanal (132') aus einer Begrenzungskante (131) und einer scharfkantigen oder gebrochenen Begrenzungskante (90, 91) zusammensetzt.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 71, wobei die Kurbelwelle (10) mehrteilig als gebaute Kurbelwelle (10) ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 72, wobei der Gleitstein (8) einstückig ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 73, wobei der Kurbelschlaufenrahmen (7) einstückig ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 74, wobei der Gleitstein (8) aus einem Gleitlagerwerkstoff besteht.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 75, wobei die gleitenden Flächen (82, 83, 84a, 85a, 112, 127, 128) mit einem Gleitlagerwerkstoff beschichtet oder belegt sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 76, wobei die gleitenden Flächen (82, 83, 84a, 85a, 112, 127, 128) definierte Vertiefungen zur Ausbildung von Mikro- bzw. Makroöltaschen aufweisen.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 77, wobei die Bohrungen (97) als Sacklochbohrungen ausgeführt sind, in die die Bohrungen (98) derart einmünden, dass abgewinkelte Ölversorgungskanäle aus den Bohrungen (97; 98) gebildet sind.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 77, wobei nur die Bohrungen (97) die Ölversorgungskanäle im Gleitstein (8) ausbilden.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 79, wobei in den Gleitsteingleitflächen (82, 83) des Gleitsteins (8) Nuten vorgesehen sind, welche mit zumindest einer der ölzuführenden Bohrungen (97, 98) kommünizüren, wobei die Nuten vor den Begrenzungen der Gleitsteingleitfläche (82, 83) des Gleitsteins (8) enden.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 80, wobei die Hubkolbenmaschine als Wärmekraftmaschine ausgebildet ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 81, wobei die Wärmekraftmaschine als Brennkraftmaschine nach dem Zweitakt-Prinzip ausgebildet ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 81, wobei die Wärmekraftmaschine als Viertakt-Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 81, wobei die Wärmekraftmaschine als Viertakt-Brennkraftmaschine mit doppeltem Ladungshub ausgebildet ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 80, wobei die Hubkolbenmaschine als Hubkolbenkompressor ausgebildet ist.