DE102008059621A1

DE102008059621A1 - Lageranordnung für eine Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102008059621A1
Application number: DE102008059621A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Dengler; Matthias Brendel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Kurbelwelle (1) eines 4-Zylinder-Reihenmotors in einem Kurbelgehäuse, wobei die Lageranordnung fünf Hauptlager (10, 11, 12, 13, 14) umfasst, die teilweise als Gleitlager und teilweise als Wälzlager ausgebildet sind. Um die Reibungsverluste in den Hauptlagern (10, 11, 12, 13, 14) zu reduzieren, ohne dass es zu einer wesentlichen akustischen Beeinträchtigung kommt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eines (12) der fünf Hauptlager (10, 11, 12, 13, 14) als Gleitlager und die übrigen (10, 11, 13, 14) als Wälzlager ausgebildet sind, während vorzugsweise alle Pleuellager (15) gleitgelagert sind und über das als Gleitlager ausgebildete Hauptlager (12) mit Öl versorgt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Kurbelwelle einer 4-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei heutigen Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen sind in der Regel sowohl die Hauptlager der Kurbelwelle als auch die Pleuellager der Pleuel als Gleitlager ausgeführt. Gleitlager weisen jedoch erheblich höhere Reibungsverluste als Wälzlager auf und benötigen im Unterschied zu diesen eine erhebliche Menge an Drucköl, um eine ausreichende Schmierung der Lager zu gewährleisten. Aus diesem Grund wurde bereits vorgeschlagen, einige oder alle Hauptlager bzw. Pleuellager von Kurbelwellen als Wälzlager auszubilden.
Zum Beispiel offenbart die DE 20 2005 005 999 U1 einen für eine Brennkraftmaschine bestimmten Kurbeltrieb, bei dem sowohl die Kurbelwelle als auch die Pleuel ausschließlich wälzgelagert sind. Eine ausschließlich in Wälzlagern gelagerte Kurbelwelle hat jedoch vor allem den Nachteil einer verhältnismäßig großen Geräuschentwicklung und einer geringen Schwingungsdämpfung, was besonders bei Brennkraftmaschinen von Personenkraftwagen unerwünscht ist.
Um die in Gleitlagern auftretenden höheren Reibungsverluste zu reduzieren, wurde weiter in der DE 101 53 018 A1 bereits eine Kurbelwelle der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei der die beiden äußersten Hauptlager als Wälzlager ausgebildet sind, während die übrigen Hauptlager als Gleitlager ausgebildet sind.
Da bei diesem Vorschlag jedoch nur die Gleitlager von zwei Hauptlagern der Kurbelwelle durch Wälzlager ersetzt werden, wird das Reibungsminderungspotenzial nicht in vollem Umfang ausgenutzt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Reibungsverluste in den Hauptlagern weiter reduziert werden können, ohne dass es zu einer wesentlichen akustischen Beeinträchtigung kommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nur ein einziges Hauptlager als Gleitlager ausgebildet ist, während die übrigen Hauptlager als Wälzlager ausgebildet sind.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme können im Vergleich zu einer konventionellen, vollständig gleitgelagerten Kurbelwelle 4/5 des möglichen Reibungsminderungspotenzials erschlossen werden, während dies bei der aus der DE 101 53 018 A1 bekannten Kurbelwelle nur in einem Umfang von 2/5 möglich ist. Gegenüber der aus der DE 101 53 018 A1 bekannten Kurbelwelle braucht zudem nur noch ein einziges Hauptlager mit Drucköl beaufschlagt werden, während an den übrigen Hauptlagern der im Kurbelgehäuse vorhandene Ölnebel für eine ausreichende Schmierung sorgt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das am höchsten belastete mittlere Hauptlager als Gleitlager ausgebildet ist, während die beiden Paare von Hauptlagern beiderseits des mittleren Hauptlagers als Wälzlager ausgebildet sind.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sämtliche Pleuellager als Gleitlager ausgebildet sind, weil zum einen der vorhandene Bauraum an den Pleuellagern kleiner ist und weil zum anderen in den Pleuellagern stärkere stoßförmige Belastungen auftreten, die durch Gleitlager besser aufgefangen werden können. Im Vergleich zu wälzgelagerten Pleueln werden außerdem die Verbrennungsgeräusche zumindest durch einen Ölfilm gedämpft, bevor sie auf die Kurbelwelle und das Kurbelgehäuse übertragen werden, was zu einer erheblichen Verbesserung der Akustik führt.
In diesem Fall werden die Pleuellager zur Schmierung bevorzugt über das als Gleitlager ausgebildete Hauptlager mit Öl versorgt, das vorteilhaft als Drucköl durch einen Ölkanal des Kurbelgehäuses zu dem als Gleitlager ausgebildeten mittleren Hauptlager und von dort aus durch die Kurbelwelle hindurch zu sämtlichen Pleuellagern geleitet wird. Um das Drucköl durch das als Gleitlager ausgebildete mittlere Hauptlager hindurch in Ölbohrungen der Kurbelwelle zu leiten, ist das Gleitlager zweckmäßig mit einer Öldurchführung versehen, von wo aus das Drucköl durch erste Ölbohrungen zu den benachbarten Pleuellagern an den beiden inneren Hubzapfen geleitet wird.
Die beiden übrigen Pleuellager an den äußeren Hubzapfen der Kurbelwelle werden jeweils durch eine zweite Ölbohrung mit Drucköl gespeist, die sich vom benachbarten inneren Pleuellager oder von der benachbarten ersten Ölbohrung aus bis zu dem Pleuellager des äußeren Hubzapfens durch die Kurbelwelle erstreckt, wobei sie im zuletzt ge nannten Fall an einem Ende verschlossen ist, zum Beispiel durch eine eingepresste Stahlkugel.
Die Kurbelwelle ist bevorzugt als monolithische Kurbelwelle ausgebildet, während die Hauptlager, d. h. sowohl die Wälzlager und das Gleitlager, der Lageranordnung als geteilte Lager ausgebildet sind, die im Zuge der Montage der Kurbelwelle zwischen dem Kurbelgehäuse und der Kurbelwelle montiert werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Lageranordnung einer Kurbelwelle eines 4-Zylinder-Reihenmotors;
2 eine perspektivische Ansicht von einer Hälfte der Kurbelwelle, die Ölbohrungen zur Ölversorgung von gleitgelagerten Pleueln zeigt;
3 eine perspektivische Ansicht entsprechend 2, jedoch mit einer anderen Anordnung der Ölbohrungen.
Die in der Zeichnung dargestellte monolithische Kurbelwelle 1 eines 4-Zylinder-Reihenmotors umfasst fünf zur Lagerung der Kurbelwelle 1 dienende, in Längsrichtung der Kurbelwelle 1 im Abstand voneinander angeordnete zylindrische Wellenzapfen 2, acht paarweise zwischen benachbarten Wellenzapfen 2 angeordnete Wangen 3 (2 und 3), ein an einem Stirnende der Kurbelwelle 1 angeordnetes Zahnrad 4 für einen Umschlingungstrieb (nicht dargestellt), sowie vier Hubzapfen 5, die jeweils zwischen zwei benachbarten Wangen 3 auf deren von den Wellenzapfen 2 abgewandter Seite angeordnet sind.
Wie am besten in 1 dargestellt, ist an jedem der Hubzapfen 5 ein Pleuel 6 montiert, das die Kurbelwelle 1 mit einem der in den Zylindern 7 auf und ab beweglichen Kolben 8 verbindet.
Die in einem Kurbelgehäuse (nicht dargestellt) des Motors untergebrachte Kurbelwelle 1 ist in einer Lageranordnung drehbar gelagert, die insgesamt fünf, zur Drehachse 9 der Kurbelwelle 1 konzentrische Hauptlager 10, 11, 12, 13, 14 umfasst, durch die sich jeweils einer der Wellenzapfen 2 der Kurbelwelle 1 erstreckt.
Um die Reibungsverluste in den Hauptlagern 10, 11, 12, 13, 14 möglichst gering zu halten, ist nur das mittlere Hauptlager 12, das heißt das Hauptlager zwischen dem zweiten und dritten Zylinder 7, als Gleitlager ausgebildet, während die übrigen Hauptlager 10, 11 und 13, 14 sämtlich als Wälzlager ausgebildet sind.
Um zu vermeiden, dass es durch die vier Wälzlager 10, 11, 13, 14 im Betrieb des Motors zu einer übermäßigen Beeinträchtigung der Akustik und/oder Laufruhe kommt, sind die Pleuel 6 jeweils über ein Gleitlager 15 mit dem zugehörigen Hubzapfen 5 verbunden.
Um die Montage der Gleitlager 12, 15 und der Wälzlager 10, 11, 13, 14 auf der monolithischen Kurbelwelle 1 zu ermöglichen, sind sämtliche Lager 12, 15 und 10, 11, 13, 14 als geteilte Lager ausgebildet. Während die Gleitlager 12, 15 jeweils aus zwei Lagerhalbschalen (nicht dargestellt) bestehen, umfassen die Wälzlager 10, 11, 13, 14 jeweils einen geteilten Außenring, einen geteilten Wälzlagerkäfig sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern (nicht dargestellt), die in Ausnehmungen des Wälzlagerkäfigs eingesetzt sind und direkt auf dem zugehörigen Wellenzapfen 2 abrollen.
Das Gleitlager 12 und die vier Wälzlager 10, 11, 13, 14 stützen sich jeweils auf einem Lagerstuhl (nicht dargestellt) des Kurbelgehäuses ab, auf dem sie von einem Hauptlagerdeckel (nicht dargestellt) festgehalten werden.
Wie in 1 schematisch dargestellt, ist das mittlere Hauptlager 12 als axiales Gleitlager ausgebildet, um auf die Kurbelwelle 1 einwirkende Axialkräfte in den zugehörigen Lagerstuhl einzuleiten. Die übrigen Hauptlager 10, 11, 13, 14 sind als radiale Wälzlager ausgebildet, die nur Radialkräfte in den zugehörigen Lagerstuhl einleiten.
Während die Schmierung der Wälzlager 10, 11, 13, 14 in ausreichender Weise durch den im Kurbelgehäuse vorhandenen Ölnebel sichergestellt ist, werden sowohl das Gleitlager 12 der Kurbelwelle 1 als auch die Gleitlager 15 der Pleuel 6 mit Drucköl aus einer Ölpumpe (nicht dargestellt) geschmiert.
Dazu wird das Drucköl durch einen Ölkanal im Inneren des mittleren Lagerstuhls zum Gleitlager 12 der Kurbelwelle zugeführt, von wo es verteilt und zu den Gleitlagern 15 der Pleuel 6 weitergeleitet wird, wie am besten in 2 und 3 dargestellt. Zur Weiterleitung des Drucköls dienen zwei Paare von ersten und zweiten Ölbohrungen 16 bzw. 17 im Inneren der Kurbelwelle 1, die durch eine Öldurchführung (nicht dargestellt) im Gleitlager 12 mit dem Ölkanal kommunizieren.
Die beiden ersten Ölbohrungen 16 sind Durchgangsbohrungen, die sich von einer gemeinsamen Eintrittsöffnung 18 auf der zylindrischen Umfangsfläche 19 des mittleren Wellenzapfens 2 der Kurbelwelle 1 aus unter einem spitzen Winkel durch die beiden benachbarten Wangen 3 und durch die beiden an die Wangen 3 angrenzenden inneren Hubzapfen 5 hindurch bis zu Austrittsöffnungen 21 auf einer zylindrischen Umfangsfläche 20 der inneren Hubzapfen 5 erstrecken, wie in 2 und 3 teilweise dargestellt.
Auch die beiden zweiten Ölbohrungen 17 sind Durchgangsbohrungen, die sich bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils von einer mit der Austrittsöffnung 21 der benachbarten ersten Ölbohrung 16 zusammenfallenden Eintrittsöffnung 22 aus durch den inneren Hubzapfen 5, die Wange 3 zwischen diesem und dem benachbarten Wellenzapfen 2, diesen Wellenzapfen 2, die Wange 3 auf der entgegengesetzten Seite des Wellenzapfens 2 und den daran angrenzenden äußeren Hubzapfen 5 bis zu einer Austrittsöffnung 23 auf der zylindrischen Umfangsfläche 24 des äußeren Hubzapfens 5 erstrecken.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Ölbohrungen 17 hingegen so angeordnet, dass sie die benachbarte erste Ölbohrung 16 jeweils im Inneren des inneren Hubzapfens 5 kreuzen, wobei ihr über die Kreuzung hinaus verlaufendes, an einer Außenseite der Wange 3 zwischen dem inneren Hubzapfen 5 und dem mittleren Wellenzapfen 2 mündendes Ende 25 durch eine in die Bohrung 17 eingepresste Stahlkugel 26 verschlossen ist.
Wenn das Gleitlager 12 und die Wälzlager 10, 11, 13, 14 der fünf Hauptlager 10, 11, 12, 13, 14 in den zugehörigen Lagerstühlen des Kurbelgehäuses montiert werden, wird die eine Lagerhalbschale des Gleitlagers 12 in den mittleren der fünf Lagerstühle eingelegt, während in die übrigen Lagerstühle jeweils eine Hälfte des geteilten Außenrings von jedem der vier Wälzlager 10, 11, 13, 14 eingelegt wird. Die andere Lagerhalbschale des Gleitlagers 12 wird in den Hauptlagerdeckel des mittleren Lagerstuhls eingelegt, während die anderen Hälften der geteilten Außenringe der vier Wälzlager 10, 11, 13, 14 in die Hauptlagerdeckel der übrigen Lagerstühle eingelegt werden. Anschließend werden die geteilten Wälzlagerkäfige der vier Wälzlager 10, 11, 13, 14 zusammen mit den in die Wälzlagerkäfige eingesetzten Wälzkörpern um den zugehörigen Wellenzapfen 2 der Kurbelwelle 1 herum angeordnet, bevor diese in das Kurbelgehäuse eingelegt und die Hauptlagerdeckel auf die Lagerstühle aufgeschraubt werden.

1: Kurbelwelle
2: Wellenzapfen
3: Wangen
4: Zahnrad
5: Hubzapfen
6: Pleuel
7: Zylinder
8: Kolben
9: Drehachse
10: Haupt- bzw. Wälzlager
11: Haupt- bzw. Wälzlager
12: Haupt- bzw. Gleitlager
13: Haupt- bzw. Wälzlager
14: Haupt- bzw. Wälzlager
15: Pleuel- bzw. Gleitlager
16: erste Ölbohrung
17: zweite Ölbohrung
18: Eintrittsöffnung
19: Umfangsfläche
20: Umfangsfläche
21: Austrittsöffnung
22: Eintrittsöffnung
23: Austrittsöffnung
24: Umfangsfläche
25: Ende Ölbohrung
26: Stahlkugel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202005005999 U1 [0003]
- DE 10153018 A1 [0004, 0008, 0008]

Claims

Lageranordnung für eine Kurbelwelle eines 4-Zylinder-Reihenmotors in einem Kurbelgehäuse, wobei die Lageranordnung fünf Hauptlager umfasst, die teilweise als Gleitlager und teilweise als Wälzlager ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eines (12) der fünf Hauptlager (10, 11, 12, 13, 14) als Gleitlager und die übrigen (10, 11, 13, 14) als Wälzlager ausgebildet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere (12) der fünf Hauptlager (10, 11, 12, 13, 14) als Gleitlager ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Pleuellager (15) der Kurbelwelle (1) als Gleitlager ausgebildet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung sämtlicher Pleuellager (15) über das als Gleitlager ausgebildete Hauptlager (12) erfolgt.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse mindestens einen zum Gleitlager (12) führenden, mit Drucköl beaufschlagbaren Ölkanal umschließt.
Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölkanal durch einen Lagerstuhl des Gleitlagers (12) verläuft.
Lageranordnung nach Anspruch einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl vom Gleitlager (12) aus durch die Kurbelwelle (1) zu den Pleuellagern (15) geleitet wird.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (12) eine Öldurchführung aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuellager (15) durch Ölbohrungen (16, 17) mit dem Gleitlager verbunden sind.
Lageranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei innere Pleuellager (15) jeweils durch eine erste Ölbohrung (16) direkt mit dem Gleitlager (12) verbunden sind.
Lageranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei äußere Pleuellager (15) jeweils durch eine der ersten Ölbohrungen (16) und eine zweite Ölbohrung (17) mit dem Gleitlager (12) verbunden sind.
Lageranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Ölbohrung (17) als Durchgangsbohrung von einem der inneren Pleuellager (15) bis zu einem der äußeren Pleuellager (15) erstreckt.
Lageranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Ölbohrung (17) von einem der äußeren Pleuellager (15) bis zur ersten Ölbohrung (16) erstreckt.
Lageranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ölbohrung (17) als eine die erste Ölbohrung (16) kreuzende Durchgangsbohrung ausgebildet und an einem Ende (25) verschlossen ist.
Lageranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der zweiten Ölbohrung (17) durch eine eingepresste Kugel (27) verschlossen ist.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager (10, 11, 13, 14) als geteilte radiale Wälzlager ausgebildet sind.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (12) als geteiltes radiales und axiales Gleitlager ausgebildet ist.