DE4206111A1 - Kreuzkopf fuer einen zweitakt-kolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreuzkopf für einen Zweitakt-Kolbenmotor mit einem an die Kolbenstange be­ festigten Kreuzkopfzapfen, der in einer einen mit der Pleuelstange verbundenen Unterteil und einen mit dem Unterteil verbundenen Oberteil umfassenden Lagerung un­ terstützt ist, wobei der Zapfen mindestens einen primä­ ren Ölverteilungskanal aufweist, der mit einer am Kreuz­ kopf montierten Ölzufuhrleitung und einem in Längsrich­ tung der Pleuelstange verlaufenden Ölkanal in Verbindung stehen kann.

Ein solcher Kreuzkopf ist aus großen langsamlau­ fenden Verbrennungsmotoren, die als Antriebsanlagen in Schiffen oder für stationäre Energieproduktion benutzt werden, bekannt, wo der primäre Ölkanal im Kreuzkopf­ zapfen einen schrägen Einlaßkanal umfaßt, der von ei­ nem auf einem Zapfenstück zwischen einem Führungsschuh und der Lagerstellenfläche des Zapfens befindlichen Öleinlaß zu einer in Längsrichtung des Zapfens verlaufen­ den zentralen Bohrung führt, die im Zentrum des Zapfens mit einer senkrechten Bohrung in Verbindung steht, welche koaxial mit dem Ölkanal der Kolbenstange verläuft und nach unten in eine im Zapfen eingefräste kreisabschnitt­ förmige Aussparung mündet, die gewährleistet, daß der primäre Ölkanal mit dem Ölkanal der Pleuelstange fort­ während in Verbindung steht. Wenn die Pleuelstange im Verhältnis zum Zapfen hin- und zurückdreht, wird sich der Ölkanal der Pleuelstange immer vor einem Teil der Aussparung befinden, aber der Strömungsquerschnitt wird variieren und am kleinsten sein, wenn die Pleuelstange in eine Außenstellung gedreht ist.

Schmier- und Kühlöl für die Lagerfläche des Kreuz­ kopfes wird durch längliche kreisbogenförmige Aussparun­ gen in der Lagerfläche des Unter- und Oberteils verteilt. Die Aussparungen gehen vom Bereich unmittelbar gegenüber der Aussparung im Zapfen aus und werden von mehreren in der Lagerfläche ausgeformten axial verlaufenden Vertie­ fungen geschnitten, die das Öl über die ganze Breite der Lagerfläche verteilen.

Mit der Erfindung wird beabsichtigt einen Kreuz­ kopf mit einer einfacheren Ausgestaltung anzuweisen, gleichzeitig damit, daß die Verteilung des Öls an die Betriebsstellen verbessert und erleichtert wird.

Mit Hinblick darauf unterscheidet sich der erfindungsgemäße Kreuzkopf von dem einleitend erwähnten Kreuzkopf dadurch, daß sich der im Kreuzkopfzapfen aus­ gebildete primäre Ölverteilungskanal im wesentlichen ringförmig entlang der Peripherie des Zapfens erstreckt, und daß der primäre Kanal über zumindest einem Teil seiner Länge nach außen in radialer Richtung des Zap­ fens offen ist.

Als Folge davon, daß der primäre Ölkanal im Zapfen der Peripherie des Zapfens folgt, liegt der Kanal radial eben innerhalb der Stellen der Lagerfläche, denen Öl zu­ geführt werden soll, und indem der Kanal an passenden Stellen nach außen offen ist, wird das Öl im Kanal mit den axial verlaufenden Vertiefungen in der Lagerfläche in direkter Verbindung stehen. Dadurch kann man die kreisbogenförmigen Aussparungen in der Lagerfläche des Unter- und Oberteils, die in dem bekannten Kreuzkopf für die Ölverteilung erforderlich waren, weglassen, so daß die Lagerschale im Unterteil über ihre gesamte axiale Ausdehnung im großen und ganzen dieselbe Dicke erhält, wodurch die Deformation der Lagerfläche unter dem An­ spannen des Lagers und dem Betrieb des Motors mehr ein­ heitlich wird, was durch Aufrechterhaltung eines mehr gleichmäßigen Schmierölfilms die Trageigenschaften des Lagers fördert.

Die Herstellung des Unterteils wird ferner bedeu­ tend vereinfacht, weil in die Tragfläche des Lagers sowie in das Lagermaterial nicht eine halbkreisbogenförmige Aussparung gedreht werden soll.

Der primäre Ölverteilungskanal kann zweckmäßig eine bei der Mitte der Lagerstellenfläche des Zapfens angeordnete rundgehende Nute sein, die ein Querschnitts­ areal von mindestens derselben Größe wie das Durchströ­ mungsarel der Zufuhrleitung aufweist. Eine solche Nute kann auf herstellungsmäßig einfache Art, beispielsweise in Verbindung mit dem Drehen der Lagerstellenfläche an sich, in die Lagerstellenfläche des Zapfens hineingedreht werden. Die Querschnittsfläche des primären Kanals kann nach Wunsch angepaßt werden, indem man die Nute mehr oder weniger tief macht.

Wenn der Kreuzkopf in der quergehenden Richtung des Motors gesteuert ist, indem der Zapfen zwei zirkulär­ zylindrische Endabschnitte aufweist, die jeder in seinem Führungsschuh gelagert sind, weist jeder Endabschnitt vorzugsweise einen ringförmigen sekundären Ölverteilungs­ kanal auf, der mit dem primären Kanal in Strömungsver­ bindung steht. Der sekundäre Kanal sichert eine reich­ liche Schmierung der Lagerfläche des ganzen Führungs­ schuhes, und der Kanal läßt sich durch ein Eindrehen in die Lagerstellenfläche des Endabschnittes leicht her­ stellen.

Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nach­ folgenden näheren Beschreibung einer bevorzugten Aus­ führungsform unter Hinweis auf die schematische Zeich­ nung ersichtlich sein, auf der

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kreuzkopfzapfen und das untere Stück einer Kolbenstange, teilweise von der Seite und teilweise im Axialschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 gesehen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Kreuzkopflager nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen primären Öl­ verteilungskanal im Kreuzkopfzapfen,

Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Plattenstückes zur Abschirmung des Kanals,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen primären Kanal mit einer zweiten Form eines Plattenstückes, und

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine zweite Aus­ führungsform des Kanals mit einer dritten Form eines Plattenstückes zeigen.

Der in Fig. 1 bis 4 veranschaulichte Kreuzkopf umfaßt einen Kreuzkopfzapfen 1 mit einem zylindrischen mitt­ leren Abschnitt 2, der in einer Lagerung umfassend ei­ nen Unterteil 3 und einen Oberteil 4, drehbar unter­ stützt ist, sowie zwei zylindrische Endabschnitte 5 zur Lagerung in nicht gezeigten Führungsschuhen zwecks Übertragung von quergehenden Kräften auf das Stativ des Motors.

Der Unterteil des Lagers 3 ist mit der Pleuel­ stange 6 in einem Stück ausgeführt, und ist auf der Innenseite zur Bildung der unteren Lagerfläche des Kreuz­ kopfes mit Lagermetall 7 gefüttert, das üblicherweise auf einer separaten Lagerschale eingegossen ist.

Die Kolbenstange 8 ist an ihrem unteren Ende wie ein Flansch oder ein Fuß 9 ausgebildet, der an eine ebene Fläche 10 am mittleren Abschnitt des Kreuzkopf­ zapfens anliegt, an welchen die Kolbenstange mittels vier Bolzen 11 befestigt ist.

Der Oberteil des Lagers 4 mit dazugehöriger La­ gerfläche 12 ist mit einer Aussparung ausgebildet, die Passage für die Kolbenstange gibt und ermöglicht, daß die Pleuelstange 6 zusammen mit dem Oberteil 4 eine oszillierende Bewegung um die Längsachse des Zapfens 1 ausführt.

Ein bei der Mitte des mittleren Abschnittes 2 des Kreuzkopfzapfens befindlicher Ölverteilungskanal 13 er­ streckt sich ringförmig entlang der Peripherie des Zap­ fens in einen geradlinigen Abschnitt 14, der als eine nach oben offene Nute in der ebenen Fläche 10 liegt, und in einen zirkularzylindrischen Abschnitt 15, der im Verhältnis zur Lagerfläche oder Lagerstelle 16 des Zapfens versenkt angeordnet ist.

Von einem Öleinlaßkanal 17, der mit einer nicht gezeigten Zufuhrleitung in Verbindung steht, kann Schmier- und Kühlöl nach unten in den Ölverteilungskanal 13 strömen, wovon das Öl zu den einzelnen Gebrauchsstellen verteilt wird. Das Lagermetall 7 steht mit dem Kanal 17 in direkter Verbindung, was eine besonders gute Küh­ lung und Schmierung des Lagermetalles ergibt, da die Öldurchströmung im Kanal groß und das Öl in reichlicher Menge vorhanden ist. Das Öl wird durch mehrere axial ver­ laufende Vertiefungen 18 im Lagermetall 7 über die ganze Breite der Lagerfläche verteilt.

Ein in der Pleuelstange zentraler Ölkanal 19 führt zum Pleuelstangenlager und mündet nach oben in den primären Ölkanal 13. Als Folge davon, daß sich der primäre Kanal entlang der Peripherie des Zapfens er­ streckt, weist der Querschnitt des Abschnittes 15 des primären Kanals vor dem Ölkanal 19, ungeachtet des gegenseitigen Drehungswinkels zwischen der Pleuelstange 6 und dem Zapfen 1, immer dieselbe Größe auf, was ei­ ne gleichmäßige Ölzuströmung zum Pleuelstangenlager gewährleistet.

Die Kolbenstange 8 weist eine zentrale Bohrung auf, in welche ein in den primären Ölverteilungskanal 13 mündendes Rohr 20 eingesetzt ist, dessen unteres Ende in einer am Boden der zentralen Bohrung eingeschraubten oder eingepreßten Buchse 21 gelagert ist. Kolbenkühl­ öl kann vom Kanal 13 durch das Rohr 20 zum Kolben geleitet werden, und durch den ringförmigen Kanal 22 außerhalb des Rohres 20 und einem Abflußkanal 23 im Fuß 9 der Kolbenstange vom Kolben weggeleitet wer­ den.

In der Mitte eines jeden Endabschnittes 5 des Zapfens ist ein ringförmiger sekundärer Kanal 24 ein­ gedreht, der teils mit Ölkanälen in dem zugehörigen, nicht gezeigten Führungsschuh, teils mit einer axialen Bohrung 25 mit einer radialen Bohrung 26, die zu dem primären Kanal 13 führt, in Verbindung steht.

Unter vorerwähnter oszillierender Bewegung der Pleu­ elstange und damit des Oberteils 4 im Verhältnis zum Kreuzkopfzapfen 1, wird die eine Seite des Bodens 27 der Aussparung im Oberteil zwischen einer oberen Außenstellung nahe beim Fuß 9 und einer unteren Außen­ stellung, wo ein größtmögliches Stück der Lagerstellen­ fläche des Zapfens über dem Boden 27 freigelegt ist, drehen.

Eine Abschirmung in Form eines streifenförmigen Plattenstückes 28, siehe Fig. 2 und 4, dichtet den primären Ölverteilungskanal in radial nach außen gehen­ der Richtung zumindest in dem Bereich, der von der Aus­ sparung im Oberteil freigelegt werden kann, wobei sich das Plattenstück 28 vom Fuß 9 bis zu einem während des Betriebs des Motors von der Lagerfläche des Oberteils immer bedeckten Punkt des Zapfens erstreckt.

Mit Hinblick auf das Festhalten des Plattenstückes in dem primären Kanal ist jede Seitenwand des Abschnit­ tes 15 des Kanals mit einer Eindrehung 29 ausgestat­ tet, welche viereckigen Querschnitt, wie in Fig. 3 ge­ zeigt, oder dreieckigen Querschnitt, wie in Fig. 6 ge­ zeigt, aufweisen kann, und das Plattenstück 28 hat mindestens ein auf jeder Seite herausragendes Eingriffs­ organ oder Zipfel zum Einstecken in und zum Eingriff mit der zugehörigen Eindrehung 29. Bei dem Plattenstück in Fig. 4 sind die Zipfel aus herausragenden Querstücken 30 gebildet, die auf der Rückseite des Plattenstückes befestigt sind, während das in Fig. 5 gezeigte Platten­ stück mit Zipfeln 31 aus einem einzigen Stück Dünnblech gestanzt und gebogen ist. In Fig. 6 stellen die geschärf­ ten Randteile 32 die Zipfel dar. Das Plattenstück 28 geht nach oben in einen Flansch 34 mit Löchern 35 für nicht gezeigte Befestigungsmittel, wie etwa Maschi­ nenschrauben, über.

Das montierte Plattenstück 28 ist im Verhältnis zur Lagerstellenfläche des Zapfens 16 versenkt, so daß zwischen der Außenseite des Plattenstückes und der La­ gerfläche des Kreuzkopfes ein Spalt 33 vorhanden ist, der nach unten mit dem Inneren des primären Kanals 13 in Verbindung steht. Unter dem Betrieb des Motors wird der Kanal von Öl durchspült, das sowohl die Lagerfläche des Oberteils schmiert als das Lager von eventuellen Unreinheiten reinhält.

Das Querschnittsareal des primären Ölkanals ist zweckmäßig zumindest ebenso groß wie das Durchströ­ mungsareal der Zufuhrleitung oder des Einlaßkanals 17, was eine rasche und gleichmäßige Verteilung von Öl im ganzen primären Kanal ohne eigentlichen Druckfall im primären Kanal sichert. Das Querschnittsareal wird pas­ send derart gewählt, daß die Ölströmungsgeschwindigkeit höchstens 2-3 m/s beträgt. Das große Querschnittsareal des Kanals 13 und dessen Verlauf entlang der Periphe­ rie des Zapfens sichert volle und reichliche Ölversor­ gung nahe zu den Stellen im Kreuzkopf, wo das Öl be­ nötigt wird.

Der primäre Ölkanal kann alternativ als ein in dem unteren Halbteil der Lagerstellenfläche des Zapfens eingefräster Kanalabschnitt ausgebildet sein, der durch zwei sehnenartig angeordnete Bohrungen im oberen Halb­ teil des Zapfens mit den Enden eines geradlinigen Kanal­ abschnittes verbunden ist, welcher unter dem Fuß der Kolbenstange dem Abschnitt 14 entspricht, aber an den Enden geschlossen ist. Mit dieser Ausgestaltung ist der Kanal automatisch in dem Lagerbereich, der von der Aus­ sparung im Oberteil freigelegt ist, überdeckt.

Claims (9)

1. Kreuzkopf für einen Zweitakt-Kolbenmotor mit einem an die Kolbenstange (8) befestigten Kreuzkopfzapfen (1), der in einer einen mit der Pleuelstange (6) verbundenen Unterteil (3) und einen mit dem Unterteil verbundenen Oberteil (4) umfassenden Lagerung unterstützt ist, wobei der Zapfen mindestens einen primären Ölverteilungskanal (13) aufweist, der mit einer am Kreuzkopf montierten Öl­ zufuhrleitung und einem in Längsrichtung der Pleuelstan­ ge verlaufenden Ölkanal (19) in Verbindung stehen kann, dadurch gekennzeichnet, daß sich der im Kreuzkopfzapfen ausgebildete primäre Ölverteilungs­ kanal (13) im wesentlichen ringförmig entlang der Peri­ pherie des Zapfens (1) erstreckt, und daß der primäre Kanal (13) über zumindest einem Teil seiner Länge nach außen in radialer Richtung des Zapfens offen ist.

2. Kreuzkopf nach Anspruch 1, wo der Zapfen in einem mittleren Abschnitt (2) eine ebene Fläche (10) zur An­ lage an die Unterseite eines Fußes (9) der Kolbenstange (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der primäre Ölverteilungskanal (13) in der Mitte des Zapfens (1) befindet und radial nach innen von einem Kanalboden mit einem zirkularzylindrischen Abschnitt (15) und einem vor der ebenen Fläche befind­ lichen geradlinigen Abschnitt (14) abgegrenzt ist.

3. Kreuzkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der primäre Ölvertei­ lungskanal (13) eine bei der Mitte der Lagerstellen­ fläche des Zapfens angeordnete rundgehende Nute ist, die ein Querschnittsareal von mindestens derselben Größe wie das Durchströmungsareal der Zufuhrleitung auf­ weist.

4. Kreuzkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Ölverteilungskanal (13) in radial nach außen gehender Richtung in zwei radialen Winkelabschnitten abgeschirmt ist, die nach oben vom Fuß (9) der Kolbenstange und nach unten von einem Punkt des Zapfens, der während des normalen Betriebes des Motors von der Lagerfläche (12) des Kreuzkopfes bedeckt ist, abgegrenzt sind, auch wenn der Zapfen (1) im Verhältnis zum Lager (3, 4) in eine Außenstellung gedreht ist.

5. Kreuzkopf nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschirmung ein gekrümmtes, streifenförmiges Plattenstück (28) mit mindestens zwei in Axialrichtung des Zapfens herausragenden Eingriffs­ organen (30; 31; 32) zum Einsetzen in Verschlußrillen (29) in die die Seitenflächen des primären Kanals (13) ist.

6. Kreuzkopf nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das streifenförmige Plattenstück (28) in montierter Stellung im Verhältnis zur Lagerstel­ lenfläche (16) des Zapfens versenkt angeordnet ist, so daß zwischen der Außenseite des Plattenstückes (28) und der Lagerfläche (12) des Kreuzkopfes ein Spalt (33) vorhanden ist.

7. Kreuzkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo der Zapfen (1) zwei zirkularzylindrische Endabschnit­ te (5) zur Steuerung des Kreuzkopfes in der quergehenden Richtung des Motors bei Lagerung in Führungsschuhen auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß je­ der Endabschnitt (5) einen ringförmigen sekundären Öl­ verteilungskanal (24) aufweist, der mit dem primären Kanal (13) in Strömungsverbindung steht.

8. Kreuzkopf nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der sekundäre Kanal (24) mitten in der zirkularzylindrischen Lagerstellenfläche des End­ abschnittes (5) liegt.

9. Kreuzkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der sekundäre Kanal (24) über seine ganze Länge radial nach außen offen ist.