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Kurbelwellenlagerung bei hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen
DieErfindung betrifft eine Kurbelwellenlagerung für hochaufgeladene Brennkraftmaschinen, insbeson- dere Dieselmotoren mit einer Reihe oder mehreren Reihen angeordneten, zueinander geneigten Arbeits- zylindern.
Bei Brennkraftmaschinen, die mit Ansaugung der Ladung arbeiten, ergibt sich der Abstand der ein- zelnen Zylinder, wenn diese in einer Reihe oder mehreren Reihen angeordnet sind, allein durch die Ab- messungen der Arbeitszylinder und deren Zylinderköpfe. Der Abstand der Arbeitszylinder ist abhängig von der Art der Kühlung der Brennkraftmaschine. Bei Wasserkühlung muss zwischen den einzelnen Zylindern
Platz für die Kühlmäntel sein. Bei luftgekühlten Brennkraftmaschinen muss zwischen den einzelnen Zy- lindern genügend Querschnitt sein für den Durchsatz der Kühlluft. Für die Bemessung der Kurbelwelle einer solchen Brennkraftmaschine bestehen überhaupt keine Schwierigkeiten. Die Zylinderabstände rei- chen immer aus für eine genügende Dimensionierung der Kurbelwelle.
Man kann beobachten, dass Brenn- kraftmaschinen der vorbeschriebenen Art Kurbelwellen haben, bei denen die Durchmesser der Grundlagerzapfen gleich oder nur wenig grösser sind als die Durchmesser der Kurbelzapfen.
Die konstruktive Gestaltung der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine hängt natürlich auch von der Ausbildung des Kurbelgehäuses ab. Meistens wird das Kurbelgehäuse gebildet von dem Maschinengestell und einer unter demselben angeordneten Kurbelwanne. Bei solchen Kurbelgehäusen findet in der Regel eine Kurbelwelle Anwendung, deren Lagerzapfen etwa gleichen Durchmesser haben. Es sind aber auch sogenannte tunnelförmige Kurbelgehäuse bekannt, die keine Teilfuge haben. Bei ihnen muss die Kurbelwelle für den Ein- und Ausbau axial ein-bzw. ausgeschoben werden. Dies erfordert einen Durchmesser für die Grundlagerzapfen, deren äussere Kreisabmessung die radiale Erstreckung der Kurbelzapfen in sich einschliesst. Die grossen Durchmesser der Grundlagerzapfen erfordern wegen der hohen Gleitgeschwindigkeit zur Verringerung der Reibung eine Lagerung auf Wälzkörper.
Kurbelwellen für solche Brennkraftmaschinen haben keine Kurbelwange. Die Kurbelwange ist als Lagerscheibe ausgebildet, an deren Seiten die Kurbelzapfen herauswachsen.
Bei hochaufgeladenen Brennkraftmaschinen liegen die Verhältnisse in bezug auf den Abstand der einzelnen Zylinder ganz anders. Abgesehen von der wesentlich höheren Belastung, welche die Kurbelwelle durch die Hochaufladung erfährt, liegen für die Bemessung der Kurbelwelle Vorschriften ; beispielsweise von Schiffahrtgesellschaften vor, nach denen eine bestimmte spezifische Beanspruchung nicht überschritten werden darf, eine weitere Einschränkung liegt darin, dass für bestimmte Abmessungen und Stückzahlen eine im Gesenk geschmiedete Welle nicht wirtschaftlich ist und damit die Möglichkeit wegfällt, höher legierte Werkstoffe zu verwenden, um höhere Materialfestigkeiten auszunutzen.
Hieraus ergibt sich, dass der Abstand der einzelnen Zylinder nicht mehr durch die Zylinderkonstruktion, sondern durch die Kurbelwellendimensionierung gegeben ist, wenn man die Kurbelwelle nach der bei Brennkraftmaschinen mit Ansaugung der Ladung üblichen Bauform ausbildet.
Eine Folge davon ist natürlich eine unerwünschte Verlängerung der ganzen Brennkraftmaschine. Aus vorstehendem ergibt sich nunmehr die Aufgabe, eine Kurbelwellenlagerung für hochaufgeladenebrenn- kraftmaschinenjinsbesondere Dieselmotoren mit in einer Reihe oder in mehreren Reihen angeordneten, zueinander geneigten Arbeitszylindern zu schaffen, bei der die Kurbelwangen als Wellengrundlagerzapfen mit Gleitlagern ausgebildet sind und einen grösseren Durchmesser haben als die als Gleitlager ausgebilde-
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ten Kurbelzapfen und die es trotzdem erlaubt, die Arbeitszylinder derselben nur mit dem Abstand voneinander anzuordnen, der durch die Zylinder-und Zylinderkopfkonstruktion bedingt ist.
Diese Aufgabe
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und dass die bei Einhaltung dieser Verhältniswerte sich ergebenden schmalen Wellengrundlagerzapfen in an sich bekannter Weise mit den Kurbelzapfen durch gekröpfte Verlängerungen der Kurbelzapfen ver- bunden sind.
Durch die Erfindung ergibt sich eine Kurbelwelle von grosser Biege- und Verdrehfestigkeit. Sie ist auch als leichte Kurbelwelle anzusehen, weil die Kurbelwangen im Verhältnis zu andern Kurbelwellen, wegen der kurzen Entfernung, die sie zwischen Grundlagerzapfen und Kurbelzapfen überbrücken müssen, klein sind. Die erfindungsgemässe Vergrösserung des Durchmessers des Grundlagerzapfens gibt eine starke Überdeckung des Kurbelzapfens, wodurch es möglich ist, den Verbindungsquerschnitt zwischen Grundla- gerzapfen und Kurbelzapfen entsprechend den erforderlichen Widerstandsmomenten auszubilden. Der
Durchmesser der Grundlagerzapfen ist bei der erfindungsgemässen Kurbelwelle noch nicht so gross, dass durch Gleitlager nicht beherrschbare Gleitgeschwindigkeiten auftreten.
Es können daher gemäss der Er- findung einfache Gleitlager Anwendung finden, deren Gleitgeschwindigkeit nicht höher als das 1, 3 bis
2, 0-fache der mittleren Kolbengeschwindigkeit ist.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Die Fig. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung, soweit es zur Erläuterung der Erfindung erforderlich ist, den Teil einer Brennkraftmaschine im senkrechten Längsschnitt, der die Lagerung einer
Kröpfung der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse zeigt, u. zw. für eine Brennkraftmaschine, bei der an den
Kurbelzapfen eine Pleuelstange angreift. Fig. 2 zeigt sinngemäss dasselbe wie Fig. 1, jedoch für eine Brennkraftmaschine, bei der an jedem Kurbelzapfen zwei Pleuelstangen angreifen, so wie dies bei einer Brennkraftmaschine mit in V-Form angeordneten Zylindern vielfach der Fall ist.
Nach Fig. 1 werden die Kurbelwellenlager l durch den Kurbelgehäuseoberteil 2 und den Kurbelge- häuseunterteil 3 gebildet. Es sind einfache Gleitlager, in denen die Kurbelwellenlagerzapfen 4 gelagert sind. Die Kurbelzapfen sind mit 5 bezeichnet. Die Kurbelwelle weist die Besonderheit auf, dass das Verhältnis des Durchmessers der Wellengrundlagerzapfen zum Kurbelradius"r"etwa 2, 4 beträgt. Das Verhältnis kann im Rahmen der Erfindung etwa zwischen 1, 7-2, 6 schwanken. Zwischen den durch diese Verhältnisse sich ergebenden schmalen Wellengrundlagerzapfen 4 und den Kurbelzapfen 5 sind als kurze Arme ausgebildete Kurbelwangen 6 angeordnet. Das Verhältnis des Durchmessers der Wellengrundlagerzapfen 4 zum Durchmesser der Kurbelzapfen beträgt etwa 2. Es kann bis etwa 1, 4 vermindert werden.
Durch die besondere Ausbildung der Kurbelwelle ist in vorteilhafter Weise ein Abstand der Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine von 1, 3 bis 1, 5 D möglich, wobei D den Durchmesser der Arbeitskolben bedeutet.
Die für den Ausgleich der Massenkräfte an der KurbelwellenotwendigenGegengewichtesind mit 7 bezeichnet. Sie liegen in der Betriebsebene der Kurbelwangen 6 und sind an den Seitenflächen der Wellengrundlagerzapfen 4 durch Schrauben 8 befestigt. Die auf den Kurbelzapfen sitzenden Pleuelstangen sind mit 9 bezeichnet.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur dadurch, dass auf dem Kurbelzapfen 10 zwei Pleuelstangen 11 und 12 sitzen, welche die Pleuelstangen von zwei gegenüberliegenden Arbeitszylindern einer V-förmigen Brennkraftmaschine sind.