DE102008059569A1

DE102008059569A1 - Kurbelwellenanordnung mit druckgeschmierten Haupt- und Pleuellagern

Info

Publication number: DE102008059569A1
Application number: DE200810059569
Authority: DE
Inventors: Carsten Hochherz; Jörg Dr. Loos
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenanordnung mit druckgeschmierten Haupt- und Pleuellagern, wobei die Hauptlager und die Pleuellager über in der Kurbelwelle (30) ausgebildete Schmiermittelkanäle (58, 60) miteinander in Verbindung stehen. Zumindest die Hauptlager sind als Wälzlager (38) mit in einem Lagerkäfig (44) geführten Wälzkörpern (46) ausgebildet, wobei der Lagerkäfig (44) an seinen Stirnseiten (48, 62) jeweils einen Schaufelkranz (52, 65) trägt, welcher Schmiermittel beispielsweise in die Schmiermittelkanäle (58, 60) der Kurbelwelle (30) und/oder aus dem Wälzlager (38) zurück zum Schmiermittelsumpf fördert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenanordnung mit druckgeschmierten Haupt- und Pleuellagern, wobei die Hauptlager und die Pleuellager über in der Kurbelwelle ausgebildete Schmiermittelkanäle miteinander in Verbindung stehen.
Hintergrund der Erfindung
Bei herkömmlichen Kurbelwellenanordnungen sind im allgemeinen die Hauptlager und Pleuellager als Gleitlager ausgebildet, wobei das Schmiermittel mittels einer Schmiermittelpumpe aus einer Schmiermittelwanne über in dem die Kurbelwelle aufnehmenden Gehäuse angeordnete Schmiermittelkanäle zum Hauptlager und von dort durch in der Kurbelwelle ausgebildete Schmiermittelkanäle zum Pleuellager gefördert wird, wie beispielsweise in der DE 199 42 102 B4 beschrieben und dargestellt ist.
Um die Lagerreibung und damit die benötigte Antriebsenergie zu reduzieren, sind bereits Kurbelwellenanordnungen entwickelt worden, bei denen zumindest die Hauptlager als Wälzlager ausgebildet sind. Die DE 1 169 732 zeigt bereits eine derartige Kurbelwellenanordnung, bei der insbesondere auch das System zum Schmieren der Kurbelwellenlager beschrieben ist. Dabei wird Schmieröl über in den die Kurbelwelle aufnehmenden Gehäusestegen ausgebildete Schmiermittelkanäle zur Peripherie der Lageraußenringe und über in diesen Lageraußenringen ausgebildete Radialbohrungen zu den Wälzkörpern der Hauptlager geleitet. Ein Nachteil derartiger Anordnungen in den Gehäusestegen ist, dass Wälzlager die Aufgabe, das Schmieröl in die Kurbelwelle und zu den Pleuellagern weiterzuleiten, nur sehr schlecht erfüllen, so dass im Falle der genannten Patentschrift die Pleuellager mittels einer Ölnebelschmierung geschmiert werden müssen, für die das Öl vor den Hauptlagern abgezweigt wird. Ein weiterer Nachteil von als Wälzlager ausgebildeten Hauptlagern wird auch darin gesehen, dass diese einen verhältnismäßig hohen hydraulischen Widerstand haben, so dass insbesondere dann, wenn die Hauptlager mit Schmiermittel gefüllt sind, bei hohen Drehzahlen durch so genannte Plantschverluste der Vorteil bezüglich der Lagerreibung weitgehend aufgezehrt wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kurbelwellenanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die bei möglichst geringen hydraulischen Verlusten in der Lage ist, Schmiermittel über als Wälzlager ausgebildete Hauptlager an die Kurbelwelle und die Pleuellager weiterzugeben, so dass auch diese eine Druckschmierung erfahren. Das ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Pleuellager als Gleitlager ausgebildet sind, welche einen hohen Schmiermittelbedarf haben.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Wälzlagern mit Lagerkäfig dieser letztere im Betrieb eine Rotationsbewegung ausführt, die dazu genutzt werden kann, Schmiermittel zu fördern.
Die Erfindung geht daher aus von einer Kurbelwellenanordnung mit druckgeschmierten Haupt- und Pleuellagern, wobei die Hauptlager und die Pleuellager über in der Kurbelwelle ausgebildete Schmiermittelkanäle miteinander in Verbindung stehen. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest die Hauptlager als Wälzlager mit in einem Lagerkäfig geführten Wälzkörpern ausgebildet sind, wobei der Lagerkäfig an wenigstens einer ersten Stirnseite einen Schaufelkranz trägt, welcher eingangsseitig mit einem Schmiermittelzulauf und ausgangsseitig mit den Schmiermittelkanälen der Kurbelwelle in Verbindung steht.
Das dem jeweiligen Hauptlager radial zugeführte Schmiermittel oder zumindest ein Teil dieses Schmiermittels, welcher nicht zur Schmierung des Hauptlagers selbst gebraucht wird, wird von dem ähnlich einer zentripetal durchströmten Kreiselpumpe ausgebildeten Schaufelkranz den Schmiermittelkanälen der Kurbelwelle zugeführt, über die es zu den Pleuellagern gelangt, welche beispielsweise als Gleitlager ausgebildet sein können. Der Schaufelkranz unterstützt auf diese Weise im Betrieb den Transport des Schmiermittels zur Kurbelwelle und durch diese hindurch bis zum jeweiligen Pleuellager. Aufgrund der Pumpwirkung des Schaufelkranzes kann damit der Schmiermittel-Zuführdruck der Hauptschmiermittelpumpe zum Kurbelgehäuse verringert werden.
Für den Fall, dass das für die Pleuellager bestimmte Schmiermittel am Hauptlager vorbeigeleitet werden soll, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Lagerkäfig an seiner ersten Stirnseite zum Lagerinneren hin zumindest weitgehend geschlossen ist, wie nicht im einzelnen dargestellt ist. Soll wenigstens ein Teil des Schmierstoffes jedoch in das Lager gelangen, so ist der Lagerkäfig an seiner ersten Stirnseite zum Lagerinneren des Hauptlagers hin zumindest teilweise offen.
In diesem Fall ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Lagerkäfig an seiner zweiten Stirnseite zum Lagerinneren hin ebenfalls offen ist, damit das dem Lager zugeführte Schmiermittel aus diesem auch wieder austreten kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Lagerkäfig an seiner zweiten Stirnseite einen Schaufelkranz trägt, welcher eingangsseitig mit dem Lagerinneren und ausgangsseitig mit einem Schmiermittelablauf in Verbindung steht. Dieser zweite, etwa entsprechend einer zentrifugal durchströmten Kreiselpumpe ausgebildete Schaufelkranz pumpt das Schmiermittel aus dem Lager heraus, so dass der Ölstand im Lager ständig auf einem vergleichsweise niedrigen Niveau gehalten wird. Auf diese Weise werden die bereits vorne erwähnte Plantschverluste im Hauptlager möglichst gering gehalten.
Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Wälzlager einen in einem Lagersteg oder dergleichen eines Kurbelgehäuses angeordneten Lageraußenring auf, wobei an der Außenfläche des Lageraußenringes eine Ausnehmung ausgebildet ist, die einerseits mit einem im Lagersteg ausgebildeten Schmiermittelzulauf sowie andererseits über den an der ersten Stirnseite des Lagerkäfigs ausgebildeten Schaufelkranz mit den Schmiermittelkanälen der Kurbelwelle in Verbindung steht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt
1 perspektivisch einen Kurbelwellenabschnitt,
2 einen Teil-Längsschnitt durch eine Kurbelwelle sowie ein dieser zugeordnetes Wälzlager, und
3 einen Teil-Querschnitt entsprechend der Schnittlinie III-III in 2.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Abschnitt einer herkömmlichen Kurbelwelle 2 mit den Hauptlagerzapfen 4, 6, 8 und 10, die beispielsweise mittels Wälzlagern, vorzugsweise mittels Nadel- oder Rollenlagern in nicht dargestellten Lagerstegen eines Kurbelgehäuses gelagert wird. Pleuellagerzapfen 12, 14 und 16 sind mittels jeweils zugeordneter Kurbelwangen 18/20, 22/24 und 26/28 mit den Hauptlagerzapfen 4, 6, 8, 10 der Kurbelwelle 2 verbunden. Die Pleuellagerzapfen 12, 14, 16 dienen zur Lagerung von Pleueln, die Kolben antreiben, wie an sich bekannt ist.
Um die Hauptlager und die Pleuellager zu schmieren, wird Schmiermittel über geeignete, im Kurbelgehäuse ausgebildete Schmiermittelkanäle den auf den Hauptlagerzapfen 4, 6, 8, 10 angeordneten Hauptlagern zugeführt und von dort über in den Hauptlagerzapfen 4, 6, 8, 10 und den Kurbelwangen 18/20, 22/24, 26/28 ausgebildete Schmiermittelkanäle den Pleuellagerzapfen 12, 14, 16 und den zugeordneten Pleuellagern zugeführt, wie in 1 mit einer gestrichelten Linie schematisch dargestellt ist.
2 zeigt einen Teil-Längsschnitt durch eine Kurbelwelle 30 im Bereich eines Hauptlagerzapfens 32 und zweier Kurbelwangen 34, 36. Der Hauptlagerzapfen 32 ist über ein als Nadellager ausgebildetes Wälzlager 38 in einem Lagersteg 40 eines nicht dargestellten Kurbelgehäuses drehgelagert. Das Wälzlager 38 umfasst einen in einer Bohrung des geteilten Lagersteges 40 angeordneten Lageraußenring 42 und einen in diesem angeordneten Wälzkörperring, welcher aus einer Vielzahl von in einem Lagerkäfig 44 gehaltenen Wälzkörpern 46 besteht, die direkt auf einer Lauffläche des Hauptlagerzapfens 32 abrollen.
An einer ersten Stirnseite 48 des Lagerkäfigs 44 ist ein durch eine Vielzahl von über den Umfang verteilten Schaufeln 50 gebildeter Schaufelkranz 52 angeordnet, wie insbesondere auch die 3 zeigt. Bei einer Drehung des Wälzlagers 38 dreht sich der Lagerkäfig 44 ebenfalls, so dass der Schaufelkranz 52 wie eine zentripetal durchströmte Kreiselpumpe wirkt.
Wie die 2 und 3 erkennen lassen, bildet ein im Lagersteg 40 ausgebildeter Schmiermittelkanal 54 einen Schmiermittelzulauf zum Wälzlager 38. Der Lageraußenring 42 hat an seiner Außenfläche im Bereich des Schmiermittelkanals 54 eine Ausnehmung 56, über die das über den Schmiermittelkanal 54 zugeführte Schmiermittel in den Bereich der ersten Stirnseite 48 des Lagerkäfigs 44 geleitet wird, wo es von dem Schaufelkranz 52 erfasst und über einen im Hauptlagerzapfen 32 ausgebildeten radialen Schmiermittelkanal 58 in einen axial verlaufenden Schmiermittelkanal 60 geleitet wird. Über den axialen Schmiermittelkanal 60 wird das Schmiermittel den dem Hauptlagerzapfen 32 benachbarten Kurbelwangen 34, 36 und den zugeordneten Pleuellagerzapfen zugeleitet, wie in 1 schematisch dargestellt ist.
Wie 2 weiter erkennen lässt, ist an der zweiten Stirnseite 62 des Lagerkäfigs 44 ebenfalls ein aus Schaufeln 64 gebildeter Schaufelkranz 65 angeordnet, welcher die Funktion einer zentrifugal durchströmten Kreiselpumpe hat und die Aufgabe wahrnimmt, im Wälzlager 38 befindliches Schmiermittel über einen Schmiermittelkanal 66 abzuführen und dem Schmiermittelsumpf zuzuführen.
Wie 3 weiter zeigt, sind im Kurbelzapfen 32 vier in den axialen Schmiermittelkanal 60 einmündende radiale Schmiermittelkanäle 58 ausgebildet, die das vom Schaufelkranz 52 geförderte Schmiermittel aufnehmen und dem axialen Schmiermittelkanal 60 zuführen.
Auf diese Weise kann auch mit einem relativ geringen, durch die Haupt-Schmierölpumpe gelieferten Vordruck eine Druckschmierung der Pleuellager über in der Kurbelwelle ausgebildete Schmiermittelkanäle erreicht werden, wobei Plantschverluste in den Hauptlagern weitgehend vermieden werden.

2: Kurbelwelle
4: Hauptlagerzapfen
6: Hauptlagerzapfen
8: Hauptlagerzapfen
10: Hauptlagerzapfen
12: Pleuellagerzapfen
14: Pleuellagerzapfen
16: Pleuellagerzapfen
18: Kurbelwange
20: Kurbelwange
22: Kurbelwange
24: Kurbelwange
26: Kurbelwange
28: Kurbelwange
30: Kurbelwelle
32: Hauptlagerzapfen
34: Kurbelwange
36: Kurbelwange
38: Wälzlager
40: Lagersteg
42: Lageraußenring
44: Lagerkäfig
46: Wälzkörper
48: Erste Stirnseite
50: Schaufel
52: Schaufelkranz
54: Schmiermittelkanal
56: Ausnehmung
58: Radialer Schmiermittelkanal
60: Axialer Schmiermittelkanal
62: Zweite Stirnseite
64: Schaufel
65: Schaufelkranz
66: Schmiermittelkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19942102 B4 [0002]
- DE 1169732 [0003]

Claims

Kurbelwelleanordnung mit druckgeschmierten Haupt- und Pleuellagern, wobei die Hauptlager und die Pleuellager über in der Kurbelwelle ausgebildete Schmiermittelkanäle miteinander in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Hauptlager als Wälzlager (38) mit in einem Lagerkäfig (44) geführten Wälzkörpern (46) ausgebildet sind, wobei der Lagerkäfig (44) an wenigstens einer ersten Stirnseite (48) einen Schaufelkranz (52) trägt, welcher eingangsseitig mit einem Schmiermittelzulauf (Schmiermittelkanal 54) und ausgangsseitig mit den Schmiermittelkanälen (58) der Kurbelwelle (30) in Verbindung steht.
Kurbelwellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (44) an seiner ersten Stirnseite (48) zum Lagerinneren hin geschlossen ist.
Kurbelwellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (44) an seiner ersten Stirnseite (48) zum Lagerinneren hin offen ist.
Kurbelwellenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (44) an seiner zweiten Stirnseite (62) zum Lagerinneren hin offen ist.
Kurbelwellenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (44) an seiner zweiten Stirnseite (62) einen Schaufelkranz (65) trägt, welcher eingangsseitig mit dem Lagerinneren und ausgangsseitig mit einem Schmiermittelablauf (Schmiermittelkanal 66) in Verbindung steht.
Kurbelwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (38) einen in einem Lagersteg (40) oder dergleichen eines Kurbelgehäuses angeordneten Lageraußenring (42) aufweist, und dass an der Außenfläche des Lageraußenringes (42) eine Ausnehmung (56) ausgebildet ist, die einerseits mit einem im Lagersteg (40) ausgebildeten Schmiermittelzulauf (Schmiermittelkanal 54) und andererseits über den an der ersten Stirnseite (48) des Lagerkäfigs (44) ausgebildeten Schaufelkranz (52) mit den Schmiermittelkanälen (58, 60) der Kurbelwelle (30) in Verbindung steht.