DE3017952C2 - Durch periodische Druckspitzen belastetes Lager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein durch periodische Druckspitzen belastetes Lager, insbesondere Kreuzkopflager eines Zweitakt-Dieselmotors, mit einem Lagerzapfen, der mittig von einer in einer Pleuelstange vorgesehenen Bohrung unter Bildung eines Lagerspaltes umgeben ist lUnd der mit einem gabelförmig ausgebildeten, beiderseits der Pleuelstange am Lagerzapfen angreifenden Verbindungsteil einer Kolbenstange drehfest verbunden ist, wobei eine mit einem Rückschlagventil versehene Schmiermittelleitung in den Lagerspalt während des Zeitraumes niedriger Lagerbelastung Schmiermittel zur Bildung eines Schmiermittelpolsters auf der dem Kolben abgewendeten Umfangsseite des Zapfens zugeführt und während des Zeitraumes höherer Belastung ein nennenswertes Entweichen von Schmiermittel aus dem Polster verhindert wird.

Aus Fig. 3 und 4 der CH-PS 3 90 618 ist ein Kreuzkopflager eines Zweitakt-Dieselmotors bekannt, wobei die Bauart des Lagers von der eingangs genannten Bauart etwas abweicht, indem die Kolbenstange direkt am Lagerzapfen angeschlossen ist und die Pleuelstange beiderseits des Kolbenstangenanschlusses den Lagerzapfen umgreift. Bei diesem Lager ist zusätzlich zu dem Rückschlagventil eine Dichtungsanordnung vorgesehen, die aus zwei in Umfangsrichtung des Zapfens sich erstreckenden, bogenförmigen und zwei geradlinigen, axialen Dichtleisten besteht. Die Dichtleisten sind in entsprechend ausgebildeten Nuten der Pleuelstangenbohrung untergebracht und werden mittels Federn gegen den Lagerzapfen gedrückt. Auf diese Weise wird das Schmiermittelpolster auf der dem Kolben abgewendten Umfangshälfte des Lagerzapfens allseitig begrenzt und damit ein Abfließen von Schmiermittel entlang dem Lagerzapfen erschwert. Es wird somit dauernd ein Slchmiermittelpolster zwischen

den Lagerflächen aufrechterhalten. Es hat sich aber gezeigt, daß die Dichtleisten einem starken Verschleiß unterliegen, so daß einerseits die Dichtwirkung nach einer gewissen Zeit beeinträchtigt wird und andererseits schon nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit Wartungsarbeiten auszuführen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Lager der eingangs genannten Bauart, eine Dichtung für dieses Lager zu schaffen, die unter Beibehaltung eines dauernd vorhandenen Schmiermittelpolsters wesentlich geringerem Verschleiß unterworfen ist als die Dichtung im bekannten Lager.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß nahe den beiden axialen Enden des Lagerspaltes zwischen der Pleuelstange und dem gabelförmigen is Verbindungsteil je ein ringscheibenförmiges, sich rechtwinklig zur Zapfenachse erstreckendes Dichtelement vorgesehen ist, das axial bewegbar, aber mit der Pleuelstange drehfest verbunden ist, daß jedes Dichtelement in seinem dem Schmiermittelpolster benachbarten Umfangsbereich auf seiner dem gabelförmigen Verbindungsteil zugewendeten Seite mehrere, in Umfangsrichtung verteilte und gegen den gabelförmigen Verbindungsteil offene Druckkammern aufweist, daß jedes Dichtelement in radialer Richtung beiderseits der Druckkammern Dichtflächen aufweist, die an einer Gegenfläche am gabelförmigen Verbindungsteil anliegen, daß jede Druckkammer über mindestens eine Öffnung mit der der Pleuelstange zugewendeten Seite des Dichtelementes verbunden ist und über diese öffnung mit Schmiermittel aus dem Schmiermittelpolster versorgt wird, daß zwischen jedem Dichtelen;ent und der Pleuelstange ein mit dem Lagerzapfen verbundener, sich in radialer Richtung über einen Teil des Dichtelementes erstreckender, flanschartiger Teil vorgesehen ist, der auf seiner der Pleuelstange zugewendeten Seite dem Schmiermitteldruck im Schmiermittelpolster ausgesetzt ist und der mit seiner dem Dichtelement zugewendeten Seite zusammen mit der ihm zugewendeten Seite des Dichtelementes einen engen Spalt bildet, der mit dem Schmiermittelpolster in Verbindung steht, daß zwishen der Pleuelstange und der dieser zugekehrten Seite des Dichtelementes eine ein Abfließen von Schmiermittel nach außen verhindernde berührende Dichtung vorgesehen ist und daß der auf dieser Seite jedes Dichtelementes wirkende Schmiermitteldruck auf das Dichtelement eine Kraft ausübt, der eine etwas kleinere Kraft entgegenwirkt, die aus dem in den Druckkammern befindlichen Schmiermittel resultiert.

Durch diese Gestaltung wird eine Dichtung geschaffen, in der die an den ringscheibenförmigen Dichtelementen wirkenden Kräfte im wesentlichen hydrostatisch ausgeglichen sind, so daß an den Dichtflächen kein nennenswerter Verschleiß auftreten kann. Damit wird die Funktionssicherheit des Lagers erhöht, so daß auch der Wartungsaufwand geringer wird. Das neue Lager braucht außerdem keine den geraden, axial angeordneten Dichtleisten des bekannten Lagers en isprechende Dichtelemente, da sich gezeigt hat, daß der Schmiermittelabfluß in Umfangsrichtung des Lagerzapfens viel kleiner ist als in axialer Richtung. Durch das Weglassen solcher axialer Dichtleisten wird also ebenfalls das Auftreten von Verschleiß erheblich reduziert und damit die Betriebssicherheit des Lagers erhöht.

Aus der CH-PS 5 81 279 ist es für ein hydrostatisches Wellenlager bekannt, in einem ringscheibenförmigen, mit dem feststehenden Lagergehäuse verbundenen Bauteil in dessen ebenen Seitenflächen über den Umfang verteilte, offene und von Schmiermittel beaufschlagte Druckkammern vorzusehen. Ähnliche Drucktaschen für ein hydrostatisches Lager sind aus der DE-AS 12 44 487 bekannt.

Aus der DE-OS 29 09 277 ist es bei einer Walze für die Druckbehandlung von Warenbahnen bekannt, zwischen einem feststehenden, sich durch die Walze hindurch erstreckenden Querhaupt und dem rotierenden Walzenmantel eine in einer Längsnut des Querhauptes geführte und hydraulich gegen die Innenseite des Walzenmantels gepreßte Dichtleiste vorzusehen, die in ihrer den Walzenmantel berührenden Fläche eine Druckkammer aufweist, die über Bohrungen mit dem hydraulischen Druckmittel in Verbindung steht Hierbei ist die auf dia Leiste wirkende, gegen den Walzenmantel gerichtete hydraulische Kraft größer als die entgegengesetzt wirkende Kraft, die vom in der Druckkammer befindlichen Druckmittel herrührt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht ein Kreuzkopflager nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 in vergrößertem Maßstab und

F i g. 3 eine Ansicht des ringscheibenförmigen Dichtelementes.

Gemäß F i g. 1 weist das Kreuzkopflager eines Zweitakt-Dieselmotors einen Lagerzapfen 1 auf, der über einen gabelförmigen Verbindungsteil 2 mit einer auf- und abbeweglichen Kolbenstange 3 drehfest verbunden ist. An dem beiden Enden des Zapfens 1 ist je ein Gleitschuh 4 vorgesehen, die sich während der Auf- und Abbewegung der Kolbenstange 3 auf Gleitbahnen 5 des Motorgehäuses bewegen. Der gabelförmige Verbindungsteii 2 weist zwei Lagerdeckel 6 auf, die den Lagerzapfen t auf der der Kolbenstange 3 abgewendeten Hälfte seines Umfanges umgreifen. Die Lagerdeckel 6 sind mit Hilfe von im Verbindungsteil 2 eingesetzten Stiftschrauben 7 und Muttern 8 an dem Verbindungsteil befestigt. Im mittleren Bereich des I,agerzapfens 1 ist eine um dessen Achse schwenkbare Pleuelstange 9 vorgesehen, die mit ihrer Bohrung 10 den Lagerzapfen umgibt und mit ihrem unteren, nicht dargestellten Ende an einer Kurbelwelle angreift. In der Pleuelstange 9 ist eine Schmiermittelzuführbohrung 11 vorgesehen, die an ihrem oberen Ende mit einem Rückschlagventil 12 versehen ist. Stromunterhalb des Rückschlagventils 12 sind in der Pleuelstange 9 zwei Schmiermittelkanäle 13 vorgesehen, die das flüssige Schmiermittel in den Lagerspalt 14 zwischen dem Lagerzapfen 1 und der Pleuelstangenbohrung 10 auf der dem nicht dargestellten, am oberen Ende der Kolbenstange 3 befestigten Kolben abgewendeten Umfangsseite führen, und zwar während des Zeitraumes niedriger Lagerbelastung. Zwischen der Pleuelstange 9 und dem gabelförmigen Verbindungsteil 2 sind zwei identisch aufgebaute Dichtungen 15 und 15' vorgesehen, die ein Entweichen von Schmiermittel aus dem Lagerspalt während des Zeitraumes Lagerbelastung erschweren und von denen die Dichtung 15 in den Fig.2 und 3 in ihrem Aufbau deutlicher zu erkennen ist.

D'e Dichtung 15 weist ein ringscheibenförmiges, sich rechtwinklig zur Achse des Lagerzapfens 1 erstreckendes und diesen umgebendes Dichtelement 16 auf, das in einer Ausdrehung 17 in der Stirnfläche der Pleuelstange 9 untergebracht ist. Über einen Stift 18, der in der

Pleuelstange 9 befestigt ist und mit seinem in F i g. 2 linken Ende in einem entsprechenden radialen Schlitz 19 des Dichtelementes 16 greift, ist das Dichtelement 16 mit der Pleuelstange 9 drehfest, aber axial bewegbar verbunden. Auf seiner dem Lagerdeckel 6 zugewendeten Seite weist das Dichtelement 16 mehrere, in Umfangsrichtung verteilte Druckkammern 20 auf, die zum Lagerdeckel 6 hin offen sind und die nur in der unteren Hälfte des Dichtelementes angeordnet sind, d. h. soweit das sich im Lagerspalt 14 ausbildende Schmiermittelpolster reicht. In radialer Richtung des Dichtelementes 16 sind beiderseits der Druckkammern 20 schmale Dichtflächen 21 vorgesehen. Mit diesen Dichtflächen 21 liegt das Dichtelement 16 an einer Gegenfläche 22 eines am Lagerdeckel 6 drehfest gehaltenen Ringes 23 derart an, daß kein definierbarer Spalt zwischen den Flächen 21 und 22 bleibt, und zwar unter der Wirkung einer Kraft, deren Entstehen weiter unten beschrieben wird. An die Dichtflächen 21 schließen sich in radialer Richtung nach innen und außen je eine Umfangsnut 24 bzw. 25 an. An diese Nuten schließen sich relativ breite Lagerflächen 26 und 27 an, die sich radial nach innen bzw. nach außen erstrecken. Diese Lagerflächen 26 und 27 liegen in derselben Ebene wie die Dichtflächen 21 und berühren ebenfalls die Gegenfläche 22 des Ringes 23. Jede Druckkammer 20 ist über eine Bohrung 28 mit der der Pleuelstange 9 zugewendeten Seite des Dichtelementes 16 verbunden. In den Dichtflächen 21 wie auch den Lagerflächen 26 und 27 sind schmale, radiale Durchtritts- bzw. Schmier- und Entlastungsnuten 50 bzw. 51 vorgesehen.

Zwischen dem Dichtelement 16 und der Pleuelstange 9 ist ein flanschartiger Teil 30 vorgesehen, der sich in radialer Richtung etwa bis zur Hälfte der Breite des Dichtelementes 16 erstreckt und für den in der Pleuelstange 9 eine weitere Ausdehnung 29 vorgesehen isL Der flanschartige Teil 30 ist über einen Stift 31 (F i g. 1 und 3) drehfest mit dem Ring 23 und über diesen mit dem gabelförmigen Verbindungsteil 2 verbunden. Zwischen der Ausdehnung 29 und der ihr benachbarten Fläche des Teiles 30 ist ein Spalt 32 freigelassen, über den Schmiermittel aus dem im Lagerspalt 14 gebildeten Polster zum Dichtclement 16 gelangen kann. Der flanschartige Teil 30 geht an seinem dem Zapfen 1 benachbarten Ende in einen hülsenartigen Abschnitt 34 über. Die äußere Umfangsfläche des hülsenartigen Abschnittes 34 dient als Zentrierung für den am Lagerdeckel 6 über den Stift 35 drehfest gehaltenen Ring 23. Zwischen dem Ring 23 und dem flanschartigen Teil 30 ist eine Distanzbüchse 36 vorgesehen, die ebenfalls auf dem hülsenartigen Abschnitt 34 sitzt und deren axiale Dicke etwas größer ist als die axiale Dicke des Dichtelementes 16. Dadurch wird zwischen dem flanschartigen Teil 30 und dem radial innen liegenden Abschnitt des Dichtelementes 16 ein verhältnismäßig enger Spalt 33 gebildet, über den Schmiermittel vom Spalt 32 herkommend, radial nach innen strömen kann. Zum Abführen dieses Schmiermittels ist in der Büchse 36 eine radiale Bohrung 37 vorgesehen, an die sich ein Abführkanal 38 im hülsenartigen Abschnitt 34 anschließt, der sich dann über einen Kanal 39 im Lagerdeckel 6 fortsetzt Zwischen dem flanschartigen Teii 30 und dem Lagerzapfen 1 ist eine O-Ringdichtung 40 vorgesehen, die ein direktes Entweichen von Schmiermittel aus dem Polster entlang dem Lagerzapfen 1 verhindert Außerdem ist eine O-Ringdichtung 41 zwischen der Ausdehnung 17 und dem Dichtelement 16 vorgesehen, die ebenfalls ein Entweichen von Schmiermittel über den radial außen liegenden Spalt zwischen dem Dichtelement 16 und der Pleuelstange 9 verhindert. Im Betrieb des Kreuzkopflagers strömt während der niedrigen Lagerbelastung, d. h. während des größten Teils der Aufwärtsbewegung des Kolbens, Schmiermittel über die Leitung 11, das Rückschlagventil 12 und die Kanäle 13 in den Lagerspalt 14 zwischen dem Lagerzapfen 1 und der Pleuelstangenbohrung 10, weil der Schmiermitteldruck während des genannten Zeit raumes in der Leitung U höher ist als der Druck im Schmiermittelpolster. Kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes übersteigt der Schmiermitteldruck im Polster denjenigen des Schmiermittels in der Leitung 11, so daß das Rückschlagventil schließt und ein Entwei chen von Schmiermittel in die Leitung 11 verhindert wird. Während dieser Betriebsphase gelangt Schmiermittel aus dem Polster über den Spalt 32 zwischen der Ausdrehung 29 und dem flanschartigen Teil 30 zum Dichtelement 16. Der Druck des Schmiermittels im Spalt 32 übt auf den flanschartigen Teil 30 eine axiale Kraft P aus, deren Verlauf in F i g. 2 dargestellt ist und die den Teil 30 über die Büchse 36 gegen den Ring 23 drückt. Das an dem Dichtelement 16 anstehende Schmiermittel strömt zum Teil über den engen Spalt 33 radial nach innen und verläßt dann über die Bohrungen 37,38 und 39 das Kreuzkopflager. In dem Spalt 33 sowie in dem radial nach außen anschließenden Spalt 42 zwischen der Ausdrehung 17 und dem Dichtelement 16 entsteht eine axiale Kraft Pa, deren Verlauf im Bereich des Spaltes 42 im wesentlichen konstant ist und im Bereich des Spaltes 33 abnimmt Die Kraft im Spalt 33 wirkt zum Teil der Kraft P entgegen. Ein anderer Teil des an dem Dichtelement 16 anstehenden Schmiermittels gelangt über die Bohrungen 28 in die Druckkam- mern 20, wo eine Kraft Pa entsteht, die der Kraft Pa entgegenwirkt

Durch die radiale Dimensionierung der Druckkammer 20 in Verbindung mit der Anordnung des O-Ringes 41 ergibt sich, daß die Kraft Pa etwas kleiner ist als die

Kraft Pa, und zwar 5 bis 10% kleiner als Pa. Somit ist sichergestellt, daß das Dichtelement 16 mit seinen Dichtflächen 21 stets an der Gegenfläche 22 des Ringes

23 anliegt Ober die Durchtrittsnuten 50 in den Dichtflächen 21 gelangt eine geringe Menge Schmier mittel aus den Druckkammern 20 in die Umfangsnuten

24 und 25, wodurch eine ausreichende Schmierung der Dichtflächen 21 und 22 stattfindet Das gleiche gilt hinsichtlich der Lagerflächen 26 und 27, da von den Umfangsnuten 24 und 25 die Schmier- und Enlastungs nuten 51 ausgehen.

Außer der radialen Kraft P wirkt auf den flanschartigen Teil 30 von innen nach außen die radiale Kraft Pr, die aus dem Schmiermitteldruck im Spalt zwischen dem Lagerzapfen 1 und dem Teii 30 resultiert Eine gleich große, radial von außen nach innen wirkende Kraft P_R' wirkt auf den äußeren Umfang des flanschartigen Teils.

30, die vom Schmiermitteldruck im axialen Spalt zwischen dem Teil 30 und der Ausdrehung 29 herrührt

Durch die beschriebene Konstruktion der Dichtungen

15 und 15' sind die Kräfte an den Dichtelementen 16 hydrostatisch im wesentlichen ausgeglichen. Dabei ist auch wesentlich, daß durch die axialen Kräfte Pa und PÄ kein Kippmoment auf die Dichtelemente ausgeübt wird. Die Dkhteieniente ssid nämlich möglichst dünn ausgebildet, um thermische Dehnungen möglichst gering zu halten. Dies bedingt, daß die Dichtelemente 16 nur eine geringe Verwinduiigssteifigkeit aufweisen, so daß dem Vermeiden von Kippkräften eine wesentliche

Bedeutung zukommt.

Dadurch, daß der flanschartige Teil 30 als vom Lagerzapfen 1 getrennter Bauteil ausgebildet ist, wird der Vorteil erzielt, daß sich Biegeverformungen des Lagerzapfens 1 nicht auf den flanschartigen Teil 30 übertragen.

Durch das Vorsehen der Distanzbüchsen 36 ergibt sich eine fertigungstechnische Vereinfachung beim

Herstellen des Dichtspaltes 33. Das Dichtelement 16 und die Büchse 36 werden dabei zunächst gemeinsam auf das axiale Dickenmaß durch Schleifen bearbeitet. Danach wird dann das Dichtelement 16 allein noch dem sogenannten Abfunken unterworfen, wodurch eine sehr geringfügige Verminderung der axialen Dicke stattfindet. Beim Zusammenbau der Dichtung entsteht damit ein sehr enger Dichtspalt 33.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Durch periodische Druckspitzen belastetes Lager, insbesondere Kreuzkopflager eines Zweitakt-Dieselmotors, mit einem Lagerzapfen, der mittig von einer in einer Pleuelstange vorgesehenen Bohrung unter Bildung eines Lagerspaltes umgeben ist und der mit einem gabelförmig ausgebildeten, beiderseits der Pleuelstange am Lagerzapfen angreifenden Verbindungsteil einer Kolbenstange drehfest verbunden ist, wobei eine mit einem Rückschlagventil versehene Schmiermittelleitung in den Lagerspalt derart mündet, daß dem Lagerspalt während des Zeitraumes niedriger Lagerbelastung Schmiermittel zur Bildung eines Schmiermittelpolsters auf der dem Kolben abgewendeten Umfangsseite des Zapfens zugeführt und während des Zeitraumes höherer Belastung ein nennenswertes Entweichen von Schmiermittel aus dem Polster verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß nahe den beiden axialen Enden des Lagerspaltes (14) zwischen der Pleuelstange (9) und dem gabelförmigen Verbindungsteil (2, 6) je ein ringscheibenförmiges, sich rechtwinklig zur Zapfenachse erstreckendes Dichtelement (16) vorgesehen ist, das axial bewegbar, aber mit der Pleuelstange (9) drehfest verbunden ist, daß jedes Dichtelement (16) in seinem dem Schmiermittelpolster benachbarten Umfangsbereich auf seiner dem gabelförmigen Verbindungsteil (2,6) zugewendeten Seite mehrere, in Umfangsrichtung verteilte und gegen den gabelförmigen Verbindungsteil offene Druckkammer (20) aufweist, daß jedes Dichtelement (16) in radialer Richtung beiderseits der Druckkammer (20) Dichtflächen (21) aufweist, die an einer Gegenfläche (22) am gabelförmigen Verbindungsteil (2, 6) anliegen, daß jede Druckkammer (20) über mindestens eine Öffnung (28) mit der der Pleuelstange (9) zugewendeten Seite des Dichtelementes (16) verbunden ist und über diese Öffnung (28) mit Schmiermittel aus dem Schmiermittelpolster versorgt wird, daß zwischen jedem Dichtelement (16) und der Pleuelstange (9) ein mit dem Lagerzapfen (1) verbundener, sich in radialer Richtung über einen Teil des Dichtelementes (16) erstreckender, flanschartiger Teil (30) vorgesehen ist, der auf seiner der Pleuelstange (9) zugewendeten Seite dem Schmiermitteldruck im Schmiermittelpolster ausgesetzt ist und der mit seiner dem Dichtelement (16) zugewendeten Seite zusammen mit der ihm zugewendeten Seite des Dichtelementes (16) einen engen Spalt (33) bildet, der mit dem Schmiermittelpolster in Verbindung steht, daß zwischen der Pleuelstange (9) und der dieser zugekehrten Seite des Dichtelementes (16) eine ein Abfließen von Schmiermittel nach außen verhindernde, berührende Dichtung (41) vorgesehen ist und daß der auf dieser Seite jedes Dichtelementes (16) wirkende Schmiermitteldruck auf das Dichtelement (16) eine Kraft (Pa) ausübt, der eine etwas kleinere Kraft (Pa) entgegenwirkt, die aus dem in den Druckkammern (20) befindlichen Schmiermittel resultiert.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Schmiermittel in den Druckkammern (20) resultierende Kraft (Pa) 5 bis 10% kleiner ist als die entgegengesetzt gerichtete Kraft-).

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flanschartige Teil (30) als vom Lagerzapfen (1) getrennter Bauteil ausgebildet ist, der über eine berührende Dichtung (40) gegen den Lagerzapfen (1) abgedichtet ist

4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flanschartige Teil (30) auf seiner der Pleuelstange (9) abgewendeten Seite einen den Lagerzapfen (1) umgebenden hülsenartigen Abschnitt (34) aufweist, der zum Zentrieren eines die

ι ο Gegenfläche (22) aufweisenden, mit dem gabelförmigen Verbindungsteil (2, 6) verbundenen Ringes (23) dient

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den hülsenförmigen Abschnitt (34) eine Distanzbüchse (36) aufgebracht ist, deren axiale Dicke zur Bildung des engen Spaltes (33) etwas kleiner ist als die axiale Dicke des Dichtelementes (16).

6. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzbüchse (36), der hülsenartige Abschnitt (34) und der gabelförmige Verbindungsteil (2,6) mit einem Kanal (37,38 bzw. 39) für den Abfluß des aus dem engen Spalt (33) austretenden Schmiermittels versehen sind.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung des Dichtelementes (16) gemessene Länge der Druckkammer (20) von der Pleuelsiangenseite zur Kolb«;nstangenseite hin abnimmt