Titel

Kurbelwellenantrieb Die Erfindung betrifft einen Kurbelwellenantrieb und insbesondere einen Kurbelwellenantrieb mit einem Kurbelzapfen, der mit einer Schmierölbohrung zur Versorgung von Schmierstellen mit einem Schmiermittel ausgebildet ist.

Stand der Technik

Kurbelwellenantriebe, wie sie z.B. in Verbrennungsmotoren und Gasverdichtern eingesetzt werden, weisen Wälzlager auf, die im Betrieb mit Schmiermittel versorgt werden, um Reibung und Verschleiß gering zu halten. Bei bekannten Kurbelwellenantrieben erfolgt die Schmierung der Wälzlager durch einen Ölnebel. Der Ölnebel wird über den Kraftstoff (z.B. ein Zwei-Takt-Benzin-Öl-Gemisch) in den Bereich der Lager gebracht oder durch einen Rührhaken, der z.B. an der Kurbelwelle angebracht ist und in einem Ölsumpf vorhandenes Öl vernebelt, geschaffen. Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kurbelwellenantrieb mit einer verbesserten Schmierung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Kurbelwellenantrieb nach dem unabhängigen

Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen eines derartigen erfindungsgemäßen Kurbelwellenantriebs. Ein erfindungsgemäßer Kurbelwellenantrieb weist eine Kurbelwelle mit einem im

Wesentlichen zylinderförmigen Kurbelwellenzapfen auf. Um den Umfang des Kurbelwellenzapfens ist wenigstens eine umlaufende Radialnut ausgebildet, und innerhalb des Kurbelwellenzapfens ist wenigstens eine Kurbelwellenzapfen- Bohrung ausgebildet, die mit der Radialnut in Fluidverbindung steht und geeignet ist, Schmiermittel von der Radialnut zu wenigstens einer Schmierstelle zu führen.

Ein erfindungsgemäßer Kurbelwellenantrieb ermöglicht es, mehrere Schmierstel- len des Kurbelwellenantriebs zuverlässig über eine zentrale Schmiermittelversorgung mit Schmiermittel zu versorgen. Dabei ist es nicht nötig, den Kraftstoff mit dem Schmiermittel zu vermischen, wie es bei 2-Takt-Motoren bisher üblich ist. Eine Beeinträchtigung der Verbrennungseigenschaften des Kraftstoffs durch das Schmiermittel wird so vermieden und der Schadstoffausstoß reduziert, da der Ausstoß von verbranntem und unverbranntem Öl vermieden wird. Die Schmiermittelversorgung findet gezielt an definierten Schmierstellen statt und gewährleistet zuverlässig eine konstante Schmierung der Schmierstellen.

In einer Ausführungsform ist in der Kurbelwelle eine Kurbelwellen-Ölbohrung derart ausgebildet, dass eine Öffnung der Kurbelwellen-Ölbohrung so angeordnet ist, dass sie der im Kurbelwellenzapfen ausgebildeten Radialnut gegenüber liegt. Schmiermittel kann so durch die Kurbelwellen-Ölbohrung direkt in die Radialnut eingebracht werden. Dies ermöglicht es, der Radialnut Öl einfach, bequem und auf kurzem Weg zuzuführen. Der Schmiermittelbedarf des Kurbelwellenan- triebs wird reduziert, da nur wenig Schmiermittel erforderlich ist, um die Ölzufüh- rungen mit Schmiermittel zu füllen.

In einer Ausführungsform geht die Kurbelwellen-Ölbohrung an ihrem von der Radialnut abgewandten Ende in einen Bereich über, der parallel zur Rotationsachse der Kurbelwelle ausgebildet ist. Ein parallel zur Rotationsachse der Kurbelwelle ausgebildeter Bereich der Ölbohrung ist besonders gut geeignet, um einer rotierenden Vorrichtung, wie der Kurbelwelle, Schmiermittel zuzuführen, da eine derartige axiale Ölzuführung auch bei eine Rotationsbewegung stationär bleibt und mit bekannten Mitteln, wie z.B. Dichtungsringen, zuverlässig abgedichtet werden kann.

In einer Ausführungsform ist an wenigstens einem Ende wenigstens einer Ölbohrung im Kurbelwellenzapfen eine Öldüse vorgesehen, die ausgebildet ist, um der Ölbohrung zugeordnete Schmierstellen mit Schmiermittel zu versorgen, das der Öldüse durch die Radialnut und die Ölbohrung zugeführt worden ist. Mit Hilfe von

Öldüsen können die Schmierstellen besonders zuverlässig und gleichmäßig mit Schmiermittel versorgt werden. In einer Ausführungsform ist die Kurbelwellenzapfen-Ölbohrung exzentrisch in dem Kurbelwellenzapfen ausgebildet, um den gleichen Umlaufradius wie Wälzkörper und so eine konstanten Spritzradius zu erreichen.

Bei anderen Lagergrößen oder anderen Kurbelhüben kann die Kurbelwellenzapfen-Ölbohrung zufällig auch zentrisch im Kurbelzapfen ausgebildet sein.

In einer Ausführungsform ist im Kurbelwellenzapfen ein System von Ölbohrungen ausgebildet, das mehrere Abzweige aufweist, über die das Schmiermittel an mehrere Schmierstellen verteilt werden kann. Eine derartige Verzweigung der Ölbohrung im Kurbelwellenzapfen ermöglicht es, mehrere Schmierstellen über eine einzige, gemeinsame Ölzuführung und Radialnut mit Schmiermittel zu versorgen und so den Aufbau des Kurbelwellenantriebs einfach zu halten.

Die Erfindung umfasst auch einen Verbrennungsmotor bzw. einen Gasverdichter mit einem erfindungsgemäßen Kurbelwellenantrieb und stellt somit einen Verbrennungsmotor bzw. Gasverdichter mit einer verbesserten Schmierung und reduzierten Reibung zur Verfügung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

Kurze Figurenbeschreibung:

Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Kurbelschlaufenantrieb mit einem erfindungsgemäßen Kurbelwellenantrieb.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kurbelwellenantrieb entlang der Ebene A-A.

Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kurbelwellenantrieb, wie er in Figur 2 gezeigt ist.

Ausführliche Figurenbeschreibung:

Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Kurbelschlaufenantrieb, der mit einem erfindungsgemäßen Kurbelwellenantrieb ausgestattet ist. In einem zentralen Gehäuse 2 des Kurbelwellenantriebs ist eine Kurbelwelle 4 angeordnet, deren Rotationsachse senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet ist.

In dem Gehäuse 2 ist auch eine Kurbelschleife 8 angeordnet. Die Kurbelschleife 8 ist auf zwei einander gegenüberliegenden, in der Figur 1 links und rechts dargestellten, äußeren Seiten jeweils mit einer Stange 20a, 20b verbunden. Die Stangen 20a, 20b erstrecken sich entlang einer gemeinsamen Achse B, die in einem rechten Winkel zur Rotationsachse der Kurbelwelle 4 und parallel zur Zeichenebene ausgerichtet ist.

Im Betrieb des Kurbelwellenantriebs werden die Stangen 20a, 20b, die jeweils mit einem in der Figur nicht gezeigten Kolben verbunden sind, wechselseitig translatorisch angetrieben und bewegen dabei die Kurbelschleife 8 abwechselnd nach rechts und links. D. h., die Stangen 20a, 20b und die Kurbelschleife 8 füh- ren im Betrieb eine oszillierende translatorische Bewegung parallel zur Achse B aus.

In einem zentralen Bereich der Kurbelschleife 8 ist parallel zur Zeichenebene eine Öffnung 9 ausgebildet. Die Öffnung 9 hat eine im Wesentlichen rechteckige Form, wobei die Ecken der Öffnung 9 abgerundet sind. Die längeren Seiten des von der Öffnung 9 beschriebenen Rechtecks sind in einem rechten Winkel zur Achse B ausgerichtet.

Ein exzentrisch an der Kurbelwelle 4 angebrachter Kurbelwellenzapfen 10 er- streckt sich parallel zur Kurbelwelle 4 und ist wenigstens teilweise innerhalb der

Öffnung 9 angeordnet. An dem Kurbelwellenzapfen 10 ist über ein Wälzlager, das eine Anzahl von Wälzlagerkörpern 12 aufweist, ein rollenförmiger Kulissenstein 13 derart montiert, dass er reibungsarm um den Kurbelwellenzapfen 10 rotieren kann.

Der Außendurchmesser des rollenförmigen Kulissensteins 13 ist ein wenig kleiner als der Innendurchmesser der Öffnung 9 in Richtung parallel zur Bewegungsachse B (kürzere Seite des von der Öffnung 9 beschriebenen Rechtecks), so dass der Kulissenstein 13 im Betrieb bei der Translationsbewegung der Kur- beischleife 8 jeweils an einer Seite 1 1 a, 1 1 b der Öffnung 9 in der Kurbelschleife 8 anliegt und von der gegenüberliegenden Seite 1 1 b, 1 1 a einen geringen Abstand aufweist, so dass kein direkter Kontakt zwischen dem Kulissenstein 13 und der gegenüberliegenden Seite 1 1 b, 1 1 a der Öffnung 9 besteht. Im Betrieb des Kurbelwellenantriebs rollt der Kulissenstein 13 jeweils auf der Seite 1 1 a, 1 1 b der Öffnung 9, mit der er im Kontakt steht, ab und nimmt dabei den Kurbelwellenzapfen 10 der Kurbelwelle 4 in Richtung der Längserstreckung der Öffnung 9 mit. Durch die Kombination der horizontalen Bewegung der Kurbelschleife 8 entlang der Achse B und der vertikalen Bewegung des Kurbelwellenzapfens 10 in der Öffnung 9 der Kurbelschleife 8 wird die von den nicht gezeigten Kolben verursachte oszillierende translatorische Bewegung der Kurbelschleife 8 parallel zur Achse B in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle 4 um ihre Rota- tionsachse umgewandelt.

Dies ist die bekannte Funktionsweise eines herkömmlichen Kurbelschlaufenantriebs. In dem Kurbelwellenzapfen 10 sind Ölbohrungen 18a, 18c ausgebildet, die vorgesehen sind, um die Wälzkörper 12 des Kurbelwellenzapfen-Wälzlagers und in der Figur 1 nicht sichtbare Lager, auf denen die Kurbelwelle 4 rotierbar gelagert ist, mit Schmiermittel zu versorgen und so einen reibungs- und verschleißarmen Betrieb des Kurbelwellenantriebs zu ermöglichen.

Der Aufbau und die Funktion der Ölbohrungen 18a, 18c werden im Folgenden anhand weiterer Ansichten eines erfindungsgemäßen Kurbelwellenantriebs genauer beschrieben. Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kurbelwellenantrieb entlang der in der Figur 1 gezeigten Ebene A-A.

Die Kurbelwelle 4 ist mit Hilfe von Kurbelwellen-Wälzlagern 7, die Kurbelwellen- Wälzkörpern 6 aufweisen, um die Rotationsachse R, die sich in der Darstellung der Figur 2 in der Zeichenebene waagerecht von links nach rechts erstreckt, rotierbar in dem Gehäuse 2 gelagert.

Die Kurbelwelle 4 weist zwei entlang der Rotationsachse R voneinander beabstandete Schenkel 4a, 4b auf, die sich in einem rechten Winkel zur Rotati- onsachse R erstrecken. Zwischen den Schenkeln 4a, 4b ist ein Spalt 5 ausgebildet, in dem die Kurbelschleife 8 angeordnet ist. Oberhalb der Rotationsachse R der Kurbelwelle 4 sind der rollenförmig ausgebildete Kulissenstein 13 und der über Kurbelzapfen-Wälzkörper 12 drehbar in dem Kulissenstein 13 gelagerte Kurbelwellenzapfen 10 erkennbar. In dem Kurbelwellenzapfen 10 sind Ölbohrungen 18a, 18b, 18c ausgebildet, um die Kurbelzapfen-Wälzlagerkörper 12 und die Kurbelwellen-Wälzkörper 6 mit Schmiermittel zu versorgen und so einen reibungs- und verschleißarmen Betrieb des Kurbelwellenantriebs zu ermöglichen. In dem in der Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bilden die Ölbohrungen 18a,

18b, 18c ein System mit einer parallel zur Längsachse S des Kurbelwellenzapfens 10 ausgebildeten axialen Ölbohrung 18a und drei in einem rechten Winkel dazu angeordneten radialen Ölbohrungen 18b, 18c, die sich von der axialen Ölbohrung 18a radial zum äußeren Umfang des Kurbelwellenzapfens 10 erstre- cken.

Die axiale Ölbohrung 18a ist exzentrisch versetzt zur Längsachse S des Kurbelwellenzapfens 10 angeordnet. An den äußeren Enden der axialen Ölbohrung 18a an den Stirnseiten des Kurbelwellenzapfens 10 ist jeweils eine Öldüse 22 vorgesehen. Die Öldüsen 22 sind ausgebildet, um die den Öldüsen 22 gegenüberliegende Wälzkörper 6 der Kurbelwellen-Wälzlager 7 mit Schmiermittel zu versorgen, das den Öldüsen 22 durch die Ölbohrungen 18a und 18b zugeführt worden ist.

Eine radiale Ölbohrung 18c erstreckt sich ausgehend von der axialen Ölbohrung 18a in einem mittleren Bereich des Kurbelwellenzapfens 10 in radialer Richtung zu seinem Umfang, um auch die Kurbelzapfen-Wälzlagerkörper 12 mit Schmiermittel zu versorgen.

Um Schmiermittel in die Ölbohrungen 18a, 18b, 18c, die in dem Kurbelwellenzapfen 10 ausgebildet sind, einzubringen, sind um den Umfang des Kurbelzapfens 10 zwei Radialnuten 14 ausgebildet. Die radialen Ölbohrungen 18b münden am äußeren Umfang des Kurbelwellenzapfens 10 jeweils in eine der Radialnuten 14, so dass Schmiermittel von den Radialnuten 14 über die radialen Ölbohrungen 18a, 18c und die axiale Ölbohrung 18b zu den Öldüsen 22 bzw. den Kurbelzapfen-Wälzlagerkörpern 12 fließen kann. In der Kurbelwelle 4 ist wenigstens eine Kurbelwellen-Ölbohrung 26 ausgebildet, die von der Rotationsachse R der Kurbelwelle radial nach außen verläuft. Ein äußeres Ende der Kurbelwellen-Ölbohrung 26 ist gegenüber der um den Umfang des Kurbelwellenzapfens 10 ausgebildeten Radialnut 14 angeordnet.

An ihrem inneren, der Rotationsachse R der Kurbelwelle 4 zugewandten Ende ist die Kurbelwellen-Ölbohrung 26 entlang der Rotationsachse R der Kurbelwelle 4 zu einer in der Figur 2 links dargestellten Stirnseite des Gehäuses 2 geführt. Die linke Stirnseite des Gehäuses ist durch einen Gehäusedeckel 21 abge- schlössen.

Der Gehäusedeckel 21 weist einen zentralen Zapfen auf, der entlang der Rotationsachse R in eine in der Kurbelwelle 4 ausgebildete Bohrung eingeführt ist. Auf dem Zapfen 25 und zwischen dem Gehäusedeckel 21 und dem Gehäuse 2 sind jeweils ein Dichtungsring (O-Ring) 23a, 23b angeordnet, um das Gehäuse 2 flu- iddicht abzuschließen.

Die Kurbelwellen-Ölbohrung 26 geht an der linken Stirnseite des Gehäuses in eine korrespondierende Ölzuführung 24 über, die innerhalb eines Gehäusedeckels 21 ausgebildet ist. Über die Ölzuführung 24 kann die Ölbohrung 26 im Betrieb von außen mit Schmiermittel versorgt werden.

Eine weitere, in der Fig. 2 nicht gezeigte Kurbelwellen-Ölbohrung 26 ist zur Versorgung der zweiten, in der Fig. 2 rechts dargestellten Radialnut 14 ausgebildet, die ebenfalls über die zentrale Ölzuführung 24 und eine in der Figur nicht sichtbare Ölbohrung mit Schmiermittel versorgt wird.

Um die Kurbelzapfen-Wälzlagerkörper 12 und die Kurbelwellen-Wälzkörper 6 im Betrieb mit Schmiermittel zu versorgen, wird Schmiermittel durch die im Gehäu- sedeckel 21 ausgebildete Ölzuführung 24 in die Kurbelwellen-Ölbohrung 26 geführt und gelangt von dort in die Radialnuten 14, die um den Umfang des Kurbelwellenzapfens 10 ausgebildet sind. Aus den Radialnuten 14 strömt das Schmiermittel weiter in die Kurbelzapfen-Ölbohrungen 18a, 18b, 18c, die im Inneren des Kurbelwellenzapfens 10 ausgebildet sind. Aus den Kurbelzapfen- Ölbohrungen 18a, 18b, 18c strömt das fluide Schmiermittel einerseits zu den

Kurbelzapfen-Wälzlagerkörpern 12 und wird andererseits durch die Öldüsen 22 auf die Kurbelwellen-Wälzkörper 6 aufgebracht. So wird im Betrieb zuverlässig eine ausreichende Schmierung sowohl der Kurbelzapfen-Wälzlagerkörpern 12 als auch der Kurbelwellen-Wälzkörper 6 gewährleistet.

Von den Schmierstellen an den Wälzkörpern 6, 12 abtropfendes Schmiermittel sammelt sich in einem Schmiermittelsammelbereich 28 am Boden des Gehäuses

2. Von dort kann es entnommen und ggf. nach einer Reinigung durch einen Ölfil- ter erneut der Ölzuführung 24 zugeführt werden.

Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs C aus einem erfin- dungsgemäßen Kurbelwellenantrieb.

Die bereits aus den Figuren 1 und 2 bekannten Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut im Detail beschrieben. In der vergrößerten Darstellung der Figur 3 sind die äußere Öffnung der Kurbelwellen-Ölbohrung 26 am Umfang der Kurbelwelle 4 und der äußeren Öffnung gegenüberliegende Radialnut besonders gut erkennbar. Dadurch, dass die äußere Öffnung der Kurbelwellen-Ölbohrung 26 unmittelbar gegenüber der Radialnut 14 angeordnet ist, die um den Umfang des Kurbelzapfens 10 ausgebildet ist, kann das Schmiermittel aus der Kurbelwellen-Ölbohrung 26 direkt in die Radialnut 14 überführt werden.

Die Öldüsen 22 sind in der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Position des Kurbelwellenzapfens 10 unmittelbar gegenüber den Kurbelwellen-Wälzlagern 7 mit ihren Kurbelwellen-Wälzkörpern 6 angeordnet, so dass sie diese direkt mit

Schmiermittel versorgen können.

In einem erfindungsgemäßen Kurbelwellenantrieb, wie er beispielhaft in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist, können mehrere Schmierstellen über eine einzige, zent- rale Ölzuführung 26 mit Schmiermittel versorgt werden. Dies ermöglicht es, die

Schmierung der Kurbelwellen-Wälzlager 7 eines Kurbelwellenantriebs einfach und kostengünstig zu realisieren.

Die in der Kurbelwelle 4 ausgebildete Ölbohrung 26 hat eine geringe Länge und ist daher einfach und kostengünstig zu fertigen. Durch die kurzen Ölzuführungs- wege werden die Reibungsverluste bei der Ölzuführung reduziert und das Schmiermittel wird mit geringem Druckverlust zu den Schmierstellen geführt. Der Spritzradius SR, d.h. der radiale Abstand zwischen den Kurbelwellen- Wälzkörpern 6 der Kurbelwellen-Wälzlager 7 und der zentralen Ölzuführung, ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion im Betrieb konstant und die Wälzkörper 6 werden umlaufend mit frischem Schmiermittel versorgt.