DE19834380A1 - Hubkolbenmaschine - Google Patents
HubkolbenmaschineInfo
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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.
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