DE19834380A1 - Hubkolbenmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einem auf- und abgehenden Kolben (3), der über eine Pleuelstange (4) eine Kurbelwelle (5) und damit verbundene Bauteile drehend antreibt. Die Kurbelwelle (5) ist in einem Kurbelgehäuse (2) gelagert, das eine Kurbelgehäuseentlüftung (13) zum Ausgleich des Druckes im Kurbelgehäuseinnenraum (14) aufweist. Die Entlüftung (13) umfaßt eine aus dem Kurbelgehäuseinnenraum (14) abführende Entlüftungsleitung (15). Um einen funktionssicheren Druckausgleich mit hoher Abscheidewirkung zu erzielen, ist vorgesehen, die Entlüftungsleitung (15) als Kanal (16, 17) in einem rotierenden Bauteil (5) auszubilden, wobei der Kanal (16, 17) eine Verbindung zwischen Kurbelgehäuseinnenraum (14) und der Atmosphäre bildet. In dem Kanal ist ein Ventil (23) angeordnet, welches unter der Einwirkung von Fliehkräften freigebbar ist und im Stillstand der Maschine das Kurbelgehäuse fluidisch abdichtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen Hubkolbenmaschinen, insbesondere getrennt­ geschmierten Viertakt-Verbrennungsmotoren oder dergleichen Bauart, ist für den funktionssicheren Betrieb zu gewähr­ leisten, daß sich im Kurbelgehäuseinnenraum auf Dauer kein unzulässiger Überdruck aufbauen kann. Es ist daher bekannt, das Kurbelgehäuse mit einem Ausgleichssystem zu versehen, über welches sich Kurbelgehäuseüberdruck abbauen kann, beispielsweise in die Atmosphäre. Da im Kurbelgehäuse Öl­ nebel ansteht, muß mit entsprechenden Maßnahmen dafür Sorge getragen werden, daß das Öl nicht unkontrolliert entweicht, sondern im Kurbelgehäuse zurückgehalten wird. Hierzu sind aufwendige Abscheideorgane vorgesehen, die aber nicht immer die gewünschte Funktion gewährleisten. Darüber hinaus wird oft im Stillstand nicht ortsgebundener Maschinen wie beispielsweise Kleinmotoren in tragbaren Geräten beobachtet, daß bei einer nicht aufrechten Lage des Kurbelgehäuses durch das Druckausgleichssystem Öl ent­ weicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Hub­ kolbenmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor mit Getrenntschmierung, eine Kurbelgehäuseentlüftung vorzu­ sehen, die bei hoher Abscheidewirkung ein Zurückhalten des Öls bei sicherer Entlüftung des Kurbelgehäuses gewähr­ leistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Da die Entlüftungsleitung in einem rotierenden Bauteil aus­ gebildet ist und diese Entlüftungsleitung die unmittelbare Verbindung zwischen dem Kurbelgehäuseinnenraum und einem Raum herstellt, unterliegen die strömungsführenden Kanäle der Rotation. Dabei können die auftretenden Zentri­ fugalkräfte ausgenutzt werden, um aus der abzuführenden Luft Öl, Kraftstoffnebel und dgl. abzuscheiden. Bei den auftretenden Drehzahlen des Verbrennungsmotors zum Beispiel im Bereich von 2000 bis 15 000 Umdrehungen ist eine sichere Abscheidung gewährleistet. Ein Absperrorgan in der Entlüftungsleitung wird unter der Einwirkung von Fliehkräf­ ten während der Rotation des Bauteils freigegeben. Im Stillstand der Hubkolbenmaschine befindet sich das Absperr­ organ in der Schließstellung, wodurch das Kurbelgehäuse fluidisch abgedichtet ist und kein Öl entweichen kann. Bei Inbetriebnahme der Hubkolbenmaschine wird bei bestimmten Drehzahlen und entsprechenden Fliehkräften die Entlüftungs­ leitung freigegeben. Das fliehkraftgesteuerte Absperrorgan gibt im Betrieb der Hubkolbenmaschine lageunabhängig die Entlüftungsleitung frei.

Die Entlüftungsleitung ist bevorzugt als zentrale Bohrung in dem rotierenden Bauteil ausgebildet und weist einen radialen Abschnitt auf, in der vorteilhaft das Absperrorgan angeordnet ist.

Zweckmäßig umfaßt das Absperrorgan ein Verschlußglied, wel­ ches unter Vergrößerung des Abstandes zur Drehachse von den im Betrieb entstehenden Fliehkräften von seinem Ventilsitz abhebbar ist. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung greift auf der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite des Verschlußgliedes eine Rückstellfeder an, welche im Still­ stand bzw. bei geringen Drehzahlen das Verschlußglied auf den Ventilsitz drückt und die Entlüftungsleitung sperrt. Durch geeignete Wahl der Federhärte und die damit verbun­ dene Rückstellkraft der Feder kann die Drehzahl der Hubkol­ benmaschine eingestellt werden, bei der das Absperrorgan infolge der sich einstellenden Fliehkräfte öffnet.

Weitere erfinderische Merkmale ergeben sich aus den weite­ ren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Hubkolbenmaschine,

Fig. 2 einen Längsschnitt der die Kurbelgehäuseentlüftung enthaltenden Bauteile einer Hubkolbenmaschine,

Fig. 3 einen Querschnitt des die Entlüftungsleitung ent­ haltenden rotierenden Bauteils auf Höhe des Ent­ lüftungsventils.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Verbrennungsmotors 1 der Hubkolben-Bauart, in dessen Zylinder 24 ein Kolben 3 längsbeweglich geführt ist und einen Brennraum 28 begrenzt. Der Brennraum 28 ist in bekannter Weise von einem Zylinder­ kopf 27 im Zylinder 24 eingeschlossen. Mit dem Bezugs­ zeichen 29 sind die nur anhand ihrer Achsen angedeuteten Gaswechselventile des Verbrennungsmotors bezeichnet. Der Kolben 3 ist mittels eines Kolbenbolzens 30 schwenkbar auf einer Pleuelstange 4 gelagert und treibt nach Art des Kur­ beltriebes mit seiner auf- und abgehenden Längsbewegung über die Pleuelstange 4 eine Kurbelwelle 5 rotierend an. Hierzu ist die Pleuelstange 4 mit einem Pleuellager 6 auf einem Kurbelzapfen 7 schwenkbeweglich gehalten, der exzen­ trisch zur Längsmittelachse 8 der Kurbelwelle 5 zwischen zwei Kurbelwangen 9 angeordnet ist. Die Kurbelwelle 5 ist an ihren nicht gekröpften Abschnitten 10 beiderseits der Kurbelwangen 9 in Kurbelwellenlagern 11 gehalten, die in koaxial gegenüberliegenden Lagerbohrungen 12 eines Kurbel­ gehäuses 2 eingesetzt sind. Die Kurbelwellenlager 11 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel Wälzlager.

Das Kurbelgehäuse 2 enthält Schmieröl 17, welches im Be­ trieb des Verbrennungsmotors von den sich schnell bewegen­ den Teilen im Innenraum 14 des Kurbelgehäuses 2 verspritzt wird. Zum Ausgleich des Druckes im Kurbelgehäuse 2 ist eine Kurbelgehäuseentlüftung 13 vorgesehen, die eine aus dem In­ nenraum 14 nach außen abführende Entlüftungsleitung 15 um­ faßt. Die Entlüftungsleitung 15 ist dabei als Strömungs­ kanal 16, 25 in einem rotierenden Bauteil, im Ausführungs­ beispiel in der Kurbelwelle 5, ausgebildet und stellt eine Verbindung zwischen dem Kurbelraum 14 und einem Raum 18 her, der in die Atmosphäre, bevorzugt in das Ansaugsystem des Verbrennungsmotors 1, entlüftet ist.

Der Raum 18 ist zweckmäßig als Druckausgleichsraum zwischen dem Kurbelwellenlager 11 und einer äußeren Kurbelwellen­ dichtung 19 gebildet, wobei das Kurbelwellenlager 11 den Druckausgleichsraum 18 vom Kurbelgehäuse-Innenraum 14 ab­ trennt. Nach außen ist der Druckausgleichsraum durch die Kurbelwellendichtung 19 begrenzt, welche beispielsweise ein Radialwellendichtring sein kann und eine öl- und gasdichte Abdichtung gewährleistet. Der Druckausgleichsraum 18 ist von der Kurbelwelle 5 durchsetzt und insofern als Ringraum gestaltet. Über eine Öffnung 20 im Kurbelgehäuse 2 ist an den Druckausgleichsraum 18 eine Abführleitung 21 ange­ schlossen, die in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors 1 oder an geeigneter Stelle in die Atmosphäre ausmündet.

Die Entlüftungsleitung 15 in der Kurbelwelle 5 besteht aus einer axialen Bohrung 16 und einem radialen Abschnitt ?5, der in den Druckausgleichsraum 18 ausmündet und daher in entsprechender axialer Lage der Kurbelwelle 5 angeordnet ist. Der Eintritt der axialen Bohrung 16 auf der dem Pleuel 4 zugewandten Stirnseite der Kurbelwange 9 ist in Form eines Trichters 22 ausgebildet, der rotationssymmetrisch zur Drehachse an der Kurbelwelle 5 liegt und an dessen ver­ jüngtem Ende sich die zentrale Axialbohrung 16 anschließt. Der Trichter 22 hindert die im Kurbelgehäuse 2 befindlichen Ölnebel am Eintritt in die Kurbelgehäuseentlüftung 13. Der Eintritt der Entlüftungsleitung kann auch von einem luft­ durchlässigen Material abgedeckt sein, wobei der in der Ausgleichsluft mitgeführte feine Ölnebel sich im Gestrick des Gewebes, Vlieses oder dgl. als Tröpfchen niederschlagen kann und aufgrund der Rotation unter Wirkung der- Zentrifu­ galkräfte mechanisch abgeschieden und in das Kurbelgehäuse 2 zurückgeführt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Einströmtrichter 22 eine sich quer zur Trichteröffnung erstreckende Prallplatte 26 angeordnet, welche mit ihrem äußeren Rand und der Wand des Trichters 22 einen Ringspalt bildet. Die Prallplatte 26 erhöht die Abscheidewirkung im Eintrittsbereich der Kurbelgehäuseentlüftung 13 und kann zweckmäßig aus luftdurchlässigem Material bestehen.

In dem Radialabschnitt 25 der Entlüftungsleitung 15 ist ein Absperrventil 23 angeordnet, welches unter der Einwirkung von Fliehkräften während der Rotation der Kurbelwelle 5 freigebbar ist. Eine mögliche Ausführungsform eines solchen Entlüftungsventils 23 ist in Fig. 3 gezeigt. Das Ent­ lüftungsventil 23 ist in einer radial zur Drehachse 40 lie­ genden Bohrung 25 angeordnet und umfaßt eine Ventilkugel 31 als bewegbares Verschlußglied. Die Ventilkugel 31 weist einen größeren Durchmesser als die Radialbohrung 25 auf, wobei die Querschnittserweiterung der Radialbohrung 25 einen Ventilsitz 32 ausbildet, auf dem die Ventilkugel 31 aufliegt. Die Ventilkugel 31 ist in einer Ventilkammer 35 längsbeweglich geführt, welche sich koaxial an einen ersten radialen Abschnitt der Bohrung 25 anschließt. Die Ventil­ kugel 31 wird von einer Rückstellfeder 33 auf den Ventil­ sitz 32 gedrückt. Aus der Ventilkammer 35 zweigt benachbart des Ventilsitzes 32 eine Verbindungsleitung 25' des Radial­ abschnitts ab, welche die Oberfläche der Kurbelwelle 5 durchbricht und die Entlüftungsverbindung herstellt. Die Rückstellfeder 33 greift auf der dem Ventilsitz 32 dia­ metral gegenüberliegenden Seite der Verschlußkugel 31 an und stützt sich an einem Verschlußstopfen 34 der Ventil­ kammer 35 axial ab.

Im Betrieb des Verbrennungsmotors wirken aufgrund der Ro­ tationsbewegung der Kurbelwelle 5 Fliehkräfte auf die massebehaftete Ventilkugel 31. Bei Erreichen einer be­ stimmten Drehzahl und der dabei auftretenden Fliehkräfte wird die Rückstellkraft der Feder 33 überwunden, und die Kugel 31 hebt zur Freigabe des Ventils 23 vom Ventilsitz 32 ab. Die Rückstellkraft der Feder wird zweckmäßig so ge­ wählt, daß in großen Drehzahlbereichen des Verbrennungs­ motors die Entlüftungsleitung (Axialbohrung 16/Radialbohrung 25, 25') freigegeben wird und so die Kurbel­ gehäuseentlüftung gewährleistet ist. Im Stillstand des Ver­ brennungsmotors drückt die Rückstellfeder 23 die Ventil­ kugel 31 auf den Ventilsitz 32 und schließt somit das Ent­ lüftungsventil 23 selbsttätig. Ein Gas- oder Ölaustritt aus dem Kurbelgehäuse ist durch die Entlüftungsleitung somit ausgeschlossen.

Durch geeignete Wahl der Federlänge und Federhärte der Rückstellfeder 33 kann der Öffnungszeitpunkt des Entlüf­ tungsventils 23 einer bestimmten Drehzahl des Verbrennungs­ motors zugeordnet werden. Die Steuerdrehzahl des flieh­ kraftgesteuerten Entlüftungsventils 23 kann im gezeigten Ausführungsbeispiel auch über die Veränderung der Ein­ schraubtiefe des Verschlußstopfens 34 in die Ventilkammer 35 variiert werden. Der Verschlußstopfen 34 ist nach Art einer Schraube mittels eines Gewindes in der Wandung der Ventilkammer 35 gehalten, und durch tieferes Einschrauben des Verschlußstopfens 34 wird die Vorspannkraft der Rück­ stellfeder 33 erhöht.

In Fig. 2 ist ausschnittsweise ein Längsschnitt eines Ver­ brennungsmotors gezeigt, dessen Aufbau grundsätzlich dem in Fig. 1 dargestellten Motor entspricht. Die Funktionsweise des Kurbeltriebes, welcher die Längsbewegung des Kolbens 3 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 5 umsetzt, ist zu Fig. 1 bereits beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit sind für gleiche Bauteile die jeweils gleichen Bezugszeichen ver­ wendet. Die axiale Bohrung 16 schließt sich in Durch­ strömungsrichtung der Entlüftungsleitung 15 an den radialen Abschnitt 25 an. Der radiale Abschnitt 25 ist in der Kur­ belwange 9 des Kurbeltriebes ausgebildet und enthält ein fliehkraftgesteuertes Entlüftungsventil 23. Ein Eintritt 39 in die Entlüftungsleitung ist durch den Durchbruch des radialen Abschnitts 25 am Umfang der Kurbelwange 9 ge­ bildet. Die Axialbohrung 16 der Entlüftungsleitung 19 durchsetzt den freiliegenden Endzapfen 36 der Kurbelwelle 5 und stellt die Entlüftungsverbindung des Kurbelgehäuse- Innenraums 14 in die Atmosphäre her. An den Austritt der Axialbohrung 16 an der Stirnseite des Wellenzapfens 36 kann jedoch auch eine Verbindungsleitung in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeschlossen sein.

Der radiale Abschnitt 25 der Entlüftungsleitung 15 kann auch in der Kurbelwelle 5 selbst oder in anderen rotieren­ den Bauteilen ausgebildet sein, wodurch das Entlüftungs­ ventil 23 den Einflüssen der Fliehkraft des rotierenden Bauteils unterliegt. Besonders vorteilhaft kann der radiale Abschnitt in einem innerhalb des Kurbelgehäuses 2 angeord­ neten Nockenrad zur Steuerung der Gaswechselventile des Verbrennungsmotors angeordnet sein.

Wie die Fig. 3 weiter zeigt, wird bei einer Gestaltung der Entlüftungsleitung mit einer an den radialen Abschnitt an­ schließenden axialen Bohrung 16 zwischen dem Entlüftungs­ ventil 23 und dem Eintritt 39 der Entlüftungsbohrung am Um­ fang des rotierenden Bauteils 5 ein Filter 37 angeordnet. Das Filter 37 erhöht die Abscheidungswirkung der Ent­ lüftungseinrichtung und hält den Ölnebel im Kurbelgehäuse zurück. Der Filter 37 kann vorteilhaft aus einem Gewebe be­ stehen. Die am Filter 37 gebildeten Öltröpfchen werden von der Zentrifugalkraft des rotierenden Bauteils 5 in das Kur­ belgehäuse zurückgeschleudert. Die Verbindungsleitung 25' zwischen der Radialbohrung 25 und der Umgebung des rotie­ renden Bauteiles zweigt entgegen der Drehrichtung 38 vom Ventilsitz 32 des Entlüftungsventils 23 ab. Die Ver­ bindungsleitung 25' mit dem Eintritt 39 der Entlüftungs­ leitung läuft der Radialbohrung 25 und dem Entlüftungs­ ventil 23 in Drehrichtung 38 nach, wodurch die Abscheidung des Ölnebels aus der Entlüftungsleitung verbessert ist. Ein Austritt von Öl aus dem Kurbelgehäuse ist bei vollem Druck­ ausgleich des Kurbelgehäuse-Innenraums durch diese Gestal­ tung weitgehend ausgeschlossen.

Der getrennt geschmierte Verbrennungsmotor kann besonders zweckmäßig in handgeführten Arbeitsgeräten wie Motorketten­ sägen und dgl. eingesetzt werden. Werden solche Arbeitsge­ räte im Stillstand in einer nicht aufrechten Lage des Ver­ brennungsmotors abgelegt, so verhindert das geschlossene Entlüftungsventil 23 einen Austritt jeglichen Fluides aus dem Kurbelgehäuse-Innenraum durch die Entlüftungsleitung.

Claims (11)

1. Hubkolbenmaschine mit einem längsbeweglich in einem Zy­ linder (24) geführten Kolben (3), der über eine Pleuel­ stange (4) und eine Kurbelwelle (5) weitere Bauteile des Motors drehend antreibt, wobei die Kurbelwelle (5) in einem Kurbelgehäuse (2) gelagert ist, das eine Kur­ belgehäuseentlüftung (13) zum Ausgleich des Druckes im Kurbelgehäuseinnenraum (14) aufweist und die Entlüftung (13) eine aus dem Kurbelgehäuseinnenraum (14) ab­ führende Entlüftungsleitung (15) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (15) als Kanal (16, 25) in einem rotierenden Bauteil (5) ausgebildet ist und in dem Kanal (16, 25) ein Absperr­ organ (23) angeordnet ist, welches unter der Einwirkung von Fliehkräften während der Rotation des Bauteils (5) freigebbar ist.

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16, 25) eine Verbindung zwischen dem Kurbelgehäuseinnenraum (14) und einem Raum (18) bildet.

3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (15) aus einer im wesentlichen axialen Bohrung (16) und einem radialen Abschnitt (25, 25') in dem Bauteil be­ steht, wobei die axiale Bohrung (16) vorzugsweise nahe der Drehachse (8) des Bauteils liegt.

4. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bohrung (16) koaxial zur Drehachse (8) liegt.

5. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (23) in einer Radialbohrung (25) angeordnet ist und ein Ver­ schlußglied (31) umfaßt, welches unter Vergrößerung des Abstandes zur Drehachse (8) von seinem Ventilsitz (32) abhebbar ist.

6. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Ventilsitz (32) gegenüberliegenden Seite des Verschlußgliedes (31) eine Rückstellfeder (33) angreift.

7. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (31) ku­ gelförmig ausgebildet ist.

8. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (33) ra­ dial zur Drehachse (8) in einer Ventilkammer (35) zur Aufnahme des Verschlußgliedes (31) angeordnet ist.

9. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Ausbildung als getrennt ge­ schmierter Verbrennungsmotor (1).

10. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eintritt (39) in die Entlüftungsleitung (15) im radialen Abschnitt (25, 25') liegt.

11. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eintritt (39) und dem Absperrorgan (23) ein Filter (37) angeordnet ist.