DE69725131T2

DE69725131T2 - Kurbelwellenlagerung

Info

Publication number: DE69725131T2
Application number: DE69725131T
Authority: DE
Inventors: Göran DAHLBERG
Original assignee: Electrolux AB
Current assignee: Husqvarna AB
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: US6086260A; AU3112097A; SE507566C2; WO1997045649A1; SE9602195D0; EP0901579B1; JP4062550B2; SE9602195L; JP2001501710A; DE69725131D1; EP0901579A1

Description

Technisches Gebiet
Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Kurbelwellenlagersystem für einen Verbrennungsmotor.
Hintergrund der Erfindung
Traditioneller Weise besitzen Verbrennungsmotoren Kurbelwellenlager, die vom Kurbelgehäuse aus geschmiert werden, beispielsweise durch Ölspritzschmierung. In kurbelgehäusegespülten Motoren werden die Lager in der Regel von der Kraftstoff-Ölmischung im Kurbelgehäuse geschmiert. Die Kurbelgehäusedichtungen befinden sich außerhalb der Lager. Dies bedeutet, dass die Lager Schmutz und Verbrennungsrückständen ausgesetzt sind, die deren Lebenszeit verkürzen können. Auch kann die Ausführung der Lager die mechanische Stabilität der Kurbelwelle hinsichtlich Biegeschwingungen beeinträchtigen. Hochgeschwindigkeitsmotoren, wie etwa Zweitaktmotoren für Kettensägen usw., können bezüglich Biegeschwingungen einen kritischen Geschwindigkeitsbereich erreichen. Was die kurbelgehäusegespülten Motoren betrifft, wird auch die Kurbelgehäuseverdichtung – und letzten Endes die Motorleistung – von der Ausführung der Lager und Dichtungen beeinträchtigt.
Ein Kurbelwellenlagersystem gemäß dem ersten Teil von Anspruch 1 ist aus EP 0 339 631 A bekannt.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der gegenständlichen Erfindung ist die wesentliche Reduzierung der oben erwähnten Probleme und die Erzielung von Vorteilen in mancherlei Hinsicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Das oben genannte Ziel wird damit erreicht, dass das Kurbelwellenlagersystem gemäß der Erfindung die in den angehängten Patentansprüchen ausgeführten Merkmale aufweist. Das Kurbelwellenlagersystem gemäß der Erfindung ist demgemäß hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle des Motors in permanent geschmierten Lagern – in der Regel Kugellagern – montiert ist, und dass die Kurbelgehäusedichtungen des Motors innerhalb der einzelnen Lager untergebracht sind, und zwar zwischen dem Lager und der Kurbelwellenanordnung mit Kurbelstange und Ausgleichsgewichten. Bei einer herkömmlichen Kurbelwelle sind die Dichtungen stattdessen außerhalb der einzelnen Lager angebracht. Der neue Installationsort innerhalb des Lagers bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Die Kurbelwelle wird steifer, und ihre Biegungs-Schwingungsfrequenz nimmt zu, und auf diese Weise kommt sie weiter weg vom Bereich der Motordrehzahl. Die Kurbelgehäuseverdichtung nimmt zu. Die Lager sind abgedichtet und permanent geschmiert, in der Regel mittels Fettschmierung. Dabei werden die Lager weder Schmutz noch Verbrennungsrückständen ausgesetzt, die eine Verkürzung der Lebenszeit bewirken könnten. Daraus ergibt sich eine längere Lebenszeit, und/oder es können kleinere und leichtere Lager verwendet werden. Diese und andere charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leichter erkennbar aus der folgenden detaillierten Beschreibung unterschiedlicher Ausführungsbeispiele mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend in Form unterschiedlicher Ausführungsbeispiele derselben detaillierter beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung, in der die selben Bezugszeichen in den unterschiedlichen Figuren auf entsprechende Teile verweisen.
1 ist eine schematische Darstellung eines Kurbelwellenlagers gemäß der Erfindung, von der Seite gesehen.
2 ist die vergrößerte Darstellung einer Kurbelwelle gemäß 1 mit Lager und Kurbelwellendichtung sowie einer Abflussleitung.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Kurbelwellenlagersystem oder eine Kurbelwellenanordnung gemäß der Erfindung. Eine Kurbelwelle 15 ist in zwei Wälzkörperlagern 2, 3 montiert, die normalerweise als Kugellager bezeichnet werden. Die Kurbelgehäusedichtungen 4, 5 des Motors sind innerhalb der einzelnen Lager 2, 3 untergebracht, und zwar zwischen dem Lager und der Kurbelwellenanordnung 6 mit der Kolbenstange 7 und den Ausgleichsgewichten 8, 9.
Die Ausführung der Kurbelwellenanordnung ist vollkommen konventionell und wird deshalb hier nicht näher beschrieben.
In 2 ist eine teilweise Vergrößerung der Kurbelwelle 15 und der Lager 2 dargestellt. Wie aus der Figur hervorgeht, ist das Lager 2 von außen in einem Lagerträger 10 eingeschlossen. Der Lagerträger 10 umfasst zwei Teile, und zwar einen inneren massiven Teil 16 und einen äußeren elastischen Teil 17. Der massive Teil 16 besteht in der Regel aus einem Metallteil, für gewöhnlich einem gepressten Zinnbecher. Er weist einen Innendurchmesser auf, der in seiner Größe so angepasst ist, dass er gegen das Lager 2 eine adäquate Griffwirkung ausübt. Der massive Teil 16 führt ebenfalls die Seite des Lagers entlang. Dies ist vorteilhaft in bezug auf das Befestigen und Anbringen der Dichtung 4. In diesem Fall sind die Dichtung 4 und der elastische Teil 17 in einem Teil integriert, sie könnten aber auch aus zwei getrennten Teilen bestehen, wobei jeder Teil an dem massiven Teil 16 zu befestigen wäre. Der elastische Teil 17 könnte beispielsweise aus einer Beschichtung um den Außenumfang des massiven Teils 16 herum zusammengesetzt sein. Der Zweck des massiven Teils liegt einerseits darin, eine elastische Montage der Lager zu erreichen und anderseits eine Dichtung um den Außenumfang der Lager zu erreichen. Durch die elastische Montage der Lager lässt sich ein ruhigerer Motorbetrieb mit weniger Vibrationen und Lärmentwicklung erzielen. Außerdem werden Toleranzen und Unregelmäßigkeiten behandelt. Der Lagerträger 10 kann entweder direkt in die Kurbelgehäuseseiten oder in eine Zwischenmuffe eingebracht werden.
In Wahrheit ist diese Muffe nur eine Metallabdeckung, die in bestimmten Anwendungen verwendet wird.
Wie aus 1 und 2 hervorgeht, wird das Lager auf der Kurbelwelle 15 gegen eine Schulter 18 auf der Welle gedrückt. Daraus folgt, dass der Durchmesser der Welle größer ist als der Innendurchmesser innerhalb der einzelnen Lager 2, 3, also zwischen dem Lager und der Kurbelwellenanordnung. In der dargestellten Querschnittansicht in 2 verläuft eine Abflussleitung 11 durch die Schulter 18 und unter dem Lager. Die Abflussleitung 11 ist als Vertiefung in der Kurbelwellenoberfläche ausgeführt, wobei sich diese Vertiefung unter dem Innenring 13, 14 des Lagers erstreckt, so dass die Abflussleitung auf jeder Seite des Innenrings einmündet. Daraus folgt, dass die Dichtungen des abgedichteten Kugellagers oder Wälzlagers keinem Druck ausgesetzt sind, den sie normalerweise nicht tolerieren. Die Abflussleitung 11 ist so angeordnet, dass sie von einem Raum 12 zwischen einer der Kurbelwellendichtungen 4, 5 und dem angrenzenden Lager hinaus in die Umgebungsluft führt. Allerdings könnte die Abflussleitung auch aus einem radialen Loch in der Kurbelwelle bestehen, wobei dieses Loch auf ein axial verlaufendes Mittelloch in der Kurbelwelle trifft. Das radiale Loch kann mit der Umgebungsluft in Kontakt sein, und zwar entweder durch ein anderes radiales Loch, oder ansonsten könnte das Mittelloch auch bis ganz zum Ende der Kurbelwelle verlaufen. Diese Lösung kann auch auf Mehrzylindermotoren angewendet werden. Normalerweise ist die Erfindung aber am vorteilhaftesten für Einzylindermotoren. Insbesondere für einen kurbelgehäusegespülten Motor bringt die Erfindung zahlreiche Vorteile. Ein solcher Motor verfügt über ein positions- und gebrauchsunabhängiges Schmiersystem und wird deshalb normalerweise für tragbare Werkzeuge, wie etwa Kettensägen, verwendet.
Das kennzeichnendste Merkmal der Erfindung ist deshalb, dass jede Dichtung 4, 5 innerhalb ihres entsprechenden Lagers 2, 3 untergebracht ist, das permanent geschmiert wird. Im Vergleich mit einem konventionellen Kurbelwellenlagersystem, bei dem die Dichtung außerhalb des Lagers angebracht ist, welches nicht abgedichtet und permanent geschmiert ist, erbringt dies eine Menge von Vorteilen. Zunächst bedeutet es, dass die Lager 2, 3 weiter außerhalb der Kurbelwellenanordnung 6 angeordnet sind. Damit hat sich die Lagerbasis verlängert und der Überstand an beiden Wellenenden verringert. Schwere Teile, wie Schwungrad und Kupplung, sind an beiden Wellenenden angebracht. Die Verbreiterung der Lagerbasis bedeutet, dass das Auswärtsverbiegen der Kurbelwelle reduziert wird und deren Biegungs-Schwingungsfrequenz zunimmt, was einen höchst positiven Effekt darstellt. Ein Problem ist nämlich die Tatsache, dass diese Art von Motoren sehr leicht beschleunigt werden und unter bestimmten Umständen diese kritische Geschwindigkeit erreichen können. Dies gilt besonders für Zweitaktmotoren. Die Schulter 18 trägt zu einer steiferen Welle bei. Da die Lager 2, 3 weiter weg von der Kurbelwellenanordnung 6 angeordnet sind, erstreckt sich der dickere Teil mit den Schultern 18 weiter gegen die Wellenenden der Kurbelwelle 15. Wie die Verbreiterung der Lagerbasis, trägt dies zu einer steiferen Kurbelwelle bei. Dank dieser beiden zusammenwirkenden Versteifungsfaktoren kann auch ein vergleichsweise kleiner Transfer jedes Lagers einen großen Versteifungseffekt haben, und damit eine ausgesprochen erwünschte Vergrößerung des Geschwindigkeitsbereichs, in dem die Biegeresonanz auftritt. Der Betrieb in diesem Geschwindigkeitsbereich führt bald zu Motorproblemen. Wenn der Geschwindigkeitsbereich auf ein höheres Niveau angehoben wird, also bei einem größeren Geschwindigkeitsabstand zur Normalgeschwindigkeit des Motors, kann der Betrieb in diesem kritischen Bereich eliminiert oder wesentlich reduziert werden.
Des weiteren bedeutet dieses Kurbelwellelagersystem, dass das Kurbelgehäusevolumen aufgrund der Tatsache, dass das Luftvolumen in den Lagern eliminiert wird, reduziert wird. Dies liegt natürlich an der Tatsache, dass die Dichtungen 4, 5 innerhalb der Lager anstatt außerhalb angebracht sind. Das reduzierte Kurbelgehäusevolumen bedeutet, dass die Kurbelgehäuseverdichtung zunimmt. Dies ergibt eine wirksamere Kurbelgehäusespülung, was sich hinsichtlich Emissionen usw. vorteilhaft auswirkt. Für den Fall, dass die Erfindung in Kombination mit anderen Maßnahmen verwendet wird, die zur Vergrößerung der Kurbelgehäuseverdichtung ergriffen wurden, wird dieser Effekt besonders groß sein. Eine solche Maßnahme zur Vergrößerung der Kurbelgehäusedichtung ist die Bereitstellung der Ausgleichsgewichte 8, 9, der sogenannten Gleichgewichte, mit Füllmaterial geringer Dichte, so dass ein größtmöglicher Teil des Kurbelgehäusevolumens ausgefüllt wird. Normalerweise haben die Ausgleichsgewichte 8, 9 nicht diese Art von Füllmaterial. Die Füllungen sind so ausgeführt, dass jeder Teil 8, 9 in eine kreisförmige, oben befüllte Scheibe eingebracht ist. Die Erfindung kann auch für einen Motor mit einer einseitig zapfengelagerten Kurbelwelle verwendet werden, also eine Kurbelwelle, die nur auf einer Seite der Kurbelwellenanordnung zapfengelagert ist. Es versteht sich, dass das oben Gesagte auch auf das Lager anwendbar ist, das zunächst an die Kurbelwellenanordnung und deren zugehörige Dichtung angeordnet ist.

Claims

Kurbelwellenlagersystem (1) für einen Verbrennungsmotor, bei dem die Kurbelwelle (15) des Motors in einfach geschmierten Wälzkörperlagern (2, 3), in der Regel Kugellagern (2, 3), montiert ist, und die Kurbelgehäusedichtungen (4, 5) des Motors zwischen den einzelnen Lagern (2, 3) und der Kurbelwellenanordnung (6) mit der Kolbenstange (7) und den Ausgleichsgewichten (8, 9) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abflussleitung (11) so in der Kurbelwelle angeordnet ist, dass sie von einem Raum (12) zwischen einem der Kurbelgehäusedichtungen (4, 5) und dem angrenzenden Lager in die Umgebungsluft hinaus führt.
Kurbelwellenlagersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Lager (2, 3) von außen in einen Lagerträger (10) eingeschlossen ist.
Kurbelwellenlagersystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kurbelgehäusedichtungen (4, 5) im Lagerträger montiert oder in diesen integriert ist.
Kurbelwellenlagersystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflussleitung (11) als Vertiefung (11) in der Oberfläche der Kurbelwelle (15) ausgeführt ist, wobei die Vertiefung unter dem Innenring (13, 14) der Lager (2, 3) verläuft, so dass sie auf jeder Seite des Innenrings (13, 14) einmündet.
Kurbelwellenlagersystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (15) einen größeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Lagers zwischen jedem Lager und der Kurbelwellenanordnung.
Kurbelwellenlagersystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Einzylindermotor ist.
Kurbelwellenlagersystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein kurbelgehäusegespülter Motor ist, der für tragbare Arbeitswerkzeuge vorgesehen ist, vorzugsweise eine Kettensäge.