内燃机的曲轴轴承装置.pdf

本发明涉及一种用于内燃机的曲轴轴承装置。该轴承装置包括：设置在内燃机的曲轴(16)处的轴承(10)；用于容纳轴承(10)的轴承座(11、15)；以及用于密封曲轴(16)和轴承座(11、15)的密封装置(20)。轴承座(11)的至少一个部分具有设置在轴承座内的加强件(12)，并且，轴承座的该至少一个部分(11)的顶靠轴承(10)的表面(13)由塑料材料制成。

1.  一种用于内燃机的曲轴轴承装置，所述轴承装置包括：
轴承(10)，布置在内燃机的曲轴(16)上；
轴承座(11、15)，用于容纳所述轴承(10)；
密封装置(20)，用于密封所述曲轴(16)和所述轴承座(11、15)；
其特征在于，所述轴承座(11)的至少一个部分具有布置在该轴承座中的加强件(12)，其特征还在于，所述轴承座(11)的所述至少一个部分的表面(13)由塑料材料制成，所述表面(13)支承所述轴承(10)。

2.  根据权利要求1所述的曲轴轴承装置，其中，塑料材料的所述表面(13)作为所述轴承(10)与所述加强件(12)之间的层布置。

3.  根据权利要求1或2所述的曲轴轴承装置，其中，所述加强件(12)由金属制成。

4.  根据权利要求1-3中的任一项所述的曲轴轴承装置，其中，所述轴承座(11、15)的所述至少一个部分的所述表面(13)的塑料材料是能够承受诸如链锯的手持式电机驱动工具的内燃机中出现的负荷和温度的纤维加强塑料材料。

5.  根据权利要求1-4中的任一项所述的曲轴轴承装置，其中，所述轴承座(11、15)包括下半部分(11)和上半部分(15)，其中，所述加强件(12)布置在所述下半部分(11)中。

6.  根据权利要求1-4中的任一项所述的曲轴轴承装置，其中，所述轴承座(11、15)布置成作为一个整体式部件而容纳所述轴承(10)，并且其中，所述加强件(12)布置在整个所述轴承座(11、15)内。

7.  根据权利要求1-6中的任一项所述的曲轴轴承装置，其中，所述密封装置(20)围绕所述曲轴(16)布置并且抵靠着所述轴承(10)的远离曲轴组件(14)的一个侧面，所述密封装置(20)布置成与所述曲轴(16)和所述轴承座(11、15)密封接合。

8.  根据权利要求7所述的曲轴轴承装置，其中，所述密封装置(20)具有布置成与所述轴承(10)推进接合的至少一个突出部(21)，用于沿所述曲轴(16)的轴向方向推动所述轴承。

9.  根据权利要求8所述的曲轴轴承装置，其中，所述至少一个突出部(21)布置在所述密封装置(20)上，以使所述密封装置支承所述轴承(10)的外圈。

10.  根据权利要求9所述的曲轴轴承装置，其中，所述至少一个突出部(21)包括形成为支承所述轴承(10)外圈的一个非连续环的多个突出部。

11.  根据权利要求9或10所述的曲轴轴承装置，其中，所述至少一个突出部(21)具有沿朝向所述轴承(10)外圈的方向逐渐变细的形状。

12.  一种内燃机，包括曲轴(16)和至少一个根据权利要求1-11中的任一项所述的曲轴轴承装置。

13.  一种手持式电机驱动工具，包括具有曲轴(16)和至少一个根据权利要求1-11中的任一项所述的曲轴轴承装置的内燃机。

内燃机的曲轴轴承装置
技术领域
本公开涉及一种内燃机的曲轴轴承装置，并且尤其涉及一种手持式电机驱动工具的内燃机的曲轴轴承装置。
背景技术
在用于电机驱动工具(诸如链锯、树篱修剪机、除草机等)的内燃机的研发中，已使用轴承套来消除在轴承座制造完成以后对曲轴轴承的轴承座进行后处理的需要。
在US4974973和WO97/45649中，已经记载了曲轴轴承装置就是采用这种轴承套。在例如US4974973的轴承装置中，轴承可以设置在轴承套中，该轴承套形成为外周涂覆有橡胶的锡杯(tin cup)。布置该涂有橡胶的外周以补偿公差(例如，在例如轴承座的生产中的尺寸变化)并且密封汽缸和曲轴箱。同样，该装置的内周设有密封环以密封曲轴。
即使这种装置具有许多优点，但也可能出现一些个问题：
-由于在这种装置中存在相当大的公差，则存在如下的风险：轴承太过松动地布置在座套中，从而导致轴承可能在轴承套中转动或者轴承将包含着轴承套在轴承座中转动；或者轴承将过紧地压在轴承套中，从而带来轴承倾斜的风险；或者轴承和/或轴承套挤压入轴承座中，从而使轴承和/或轴承套最终破裂。
-即使获得了实现轴承和轴承套的适当挤压的尺寸，也可能难以密封这种装置。结果，在操作期间可能必需在轴承座和轴承套之间具有非常多的硅有机树脂胶才能形成密封。
同样，由于必须将一种昂贵的橡胶用于涂覆橡胶的外周，因而这种解决方案在生产上是相当昂贵的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决上述问题的改进的曲轴轴承装置。
通过根据权利要求1所述的曲轴轴承装置来实现这一目的。
根据权利要求1中限定的本发明的第一方面，将曲轴轴承装置布置成使得轴承座的至少一个部分具有布置在该轴承座中的加强件，而且，轴承座的该至少一个部分的表面(该表面顶靠轴承)由塑料材料制成。该轴承装置还具有用于密封曲轴和轴承座的密封装置。
由于具有这种加强件，将可能将塑料材料用于轴承座的上述表面而没有塑料材料的压缩形变的风险。与将锡杯用作轴承套的现有技术的方案相比，本发明的另一优点在于本解决方案中能够省略这种轴承套，从而使得轴承座与轴承之间的公差(即制造尺寸变化)更小。而依然存在的构造公差可以被塑料材料的固有性质接受。而且，与例如金属材料相比，塑料材料可以在无须进行后处理的情况下生产成具有较小的公差。因而，利用根据本发明的装置，轴承在太过松动地保持在轴承座中从而使轴承可能会转动或者轴承保持地太紧以及以任何其他方式倾斜或损坏的风险较低。由于很好地限定了轴承的位置，因而确保了包括活塞杆的曲轴组件的适当功能以及曲轴组件和汽缸的良好配合，这将导致良好的发动机性能和较低的排放。
该装置的另一优点在于，由于没有轴承套，因而轴承装置的直径可以减小，这就产生了更具成本效益的装置。同样，当不存在轴承套时，该装置将更轻且更具有成本效益。
通过如在权利要求2中所限定的那样将塑料材料的表面布置为轴承与加强件之间的层，该装置将对载荷更具有抵抗力，即其可以经受很高的载荷而没有塑料材料压缩形变的风险。这在塑料材料是如权利要求4中所限定的纤维加强的塑料材料的情况下尤为确切。
通过根据权利要求7所述的那样布置密封装置，可以使用具有成本效益的密封装置，其可以由普通的橡胶材料制造并且仍能实现对轴承座和曲轴的令人满意的密封。同样，该密封装置可以在相同的制造场合中作为一个单元来生产。
根据权利要求8，通过将密封装置布置成使得其具有可与轴承推进接合的至少一个突出部，则曲轴的轴向公差可由该突出部接受。
根据权利要求9，通过将密封装置的至少一个突出部布置成使其顶靠轴承的外圈，可以实现轴承的外圈与内圈之间的位移。从而，当轴承为球轴承时，确保球轴承的球将会与该轴承的内圈和外圈都接触。由于该措施，该轴承的使用寿命会很长。
根据权利要求10，通过布置形成了顶靠轴承外圈的非连续环的多个突出部，密封装置将有助于使轴承沿曲轴的轴向方向定心。
根据权利要求11，通过将至少一个突出部布置成具有逐渐变细的形状，将实现与来自轴承的压力成比例的压缩。从而，因制造公差而产生的沿轴向方向的尺寸变化可以独立于该尺寸变化的大小而很好地被接受。
根据本发明的第二方面，提供了一种内燃机，其包括曲轴和至少一个根据该文件中描述的任何实施例的装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种手持式电机驱动工具，包括具有曲轴和至少一个根据在该文件中描述的任何实施例的装置的内燃机。
附图说明
以下将参照附图更详细地对本发明进行描述，其中：
图1示出了本发明的曲轴轴承装置的实施例在曲轴的轴向平面中的垂直横截面视图，其中轴承装置布置在曲轴上；
图2示出了本发明的曲轴轴承装置的实施例在图1的截面I-I中的垂直横截面视图；
图3示出了图1的局部的放大视图，该视图描述了根据本发明的实施例的密封装置的一部分；
图4图示说明了根据本发明的实施例的、密封装置的面向轴承的一侧的示意性主视图。
具体实施方式
此后将参照附图对本发明进行更充分的描述，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式来体现，并且不应当解释为限于在此陈述的实施例；更确切地说，提供这些实施例，从而使本公开将更彻底和完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，相同的附图标号标示相同的部件。
在附图所描述的本发明的实施例中示出了曲轴16，其支撑(journal)在两个球轴承形式的轴承10内。尽管如此，还可以采用其他类型的轴承。位于两个轴承10之间并且安装在曲轴上的是具有活塞杆和平衡块的曲轴组件14。轴承10插设于轴承座中，在此实施例中，轴承座包括上半部分15和下半部分11，上半部分是内燃机的汽缸的下部，下半部分是其中安装有本装置的工具的曲轴箱的一部分。每个轴承均由轴承座的两个半部分、以轴承座容纳轴承的方式支撑。
根据本发明，轴承座的下半部分11具有加强件12，该加强件布置成轴承座内的金属层，以用于接受来自每个轴承的压力。加强件由塑料材料涂覆，该塑料材料形成了轴承座下半部分的表面，且该表面直接顶靠轴承。从而，塑料材料的表面13布置为轴承10与加固层12之间的层。表面13是纤维加强的塑料材料制成的，其能够承受可能出现在手持式电机驱动工具(诸如链锯)中的高负荷和温度。在制造过程中将该表面制造得尽可能薄。典型地，当使用注塑(injection cast)工艺时，塑料表面将为1-1.5mm。典型地，例如依据发动机的尺寸，加固层12的厚度近似为2-6mm。顶靠轴承的塑料材料表面可以由与曲轴箱的其余部分相同的塑料材料制成。从而，加强件将嵌入曲轴箱的塑料材料中，并且塑料材料表面将布置为轴承与加强件之间的层。在附图所描绘的实施例中，轴承座的下半部分11具有两个加强件，每个加强件均作为轴承座内的金属层而靠近每个轴承10布置。
在附图所描绘的实施例中(参见图2)，汽缸15安置在曲轴箱的上部11的上面。出于这个原因，曲轴箱具有包括了四个金属区域17的上表面，其中每个轴承处各具有两个金属区域，汽缸得以支撑于该上表面上，该上表面被称作汽缸的底座平面(foot plane)。通过将塑料表面层布置为使其延伸成还覆盖这四个金属区域周围的区域，则在汽缸底部平面不存在泄漏的风险。
附图中所描绘的实施例还示出了两个独立的密封装置20，每个密封装置均布置成抵靠着每个轴承10的、面向远离曲轴组件14的方向的一个侧面，这两个密封装置都围绕曲轴16而布置。每个密封装置20均布置为用以密封曲轴16和轴承座11、15的一个单元。
在附图中所描绘的实施例中示出的密封装置20设置为直径基本上等于轴承10的直径的密封环。
图4示出了密封环的一个侧面，当密封环安装在曲轴上时该侧面面向轴承10。如从图3和4中可以看到的，密封环具有许多突出部21，这些突出部布置在该环的一定的半径处，以使得这些突出部21顶靠轴承10的外圈。由于该措施，突出部21有助于沿着曲轴16的轴向方向并朝向曲轴组件14来推动轴承10的外圈，从而将轴承16推入适当的位置，从而使得轴承、曲轴组件和汽缸具有很长的使用寿命。优选地，这些突出部21形成顶靠轴承10的外圈的非连续的环。根据其他实施例，突出部还可能具有其他形式，诸如连续的环。
优选地，突出部21具有沿朝向轴承外圈的方向逐渐变细的形状。尽管如此，突出部21可能具有其他形状，诸如正方形。
在以上所描述的实施例中，汽缸由金属制成，这意味着其具有顶靠轴承10的金属表面。在已在例如压铸(die casting)工艺中制造出汽缸之后，必须对该表面进行后处理，以获得顶靠轴承的公差较小且精细的表面。但是，关于汽缸的其他部分，无论如何必须对内燃机的汽缸进行后处理，而且对至少进行了后处理的部分再进一步地进行后处理比对不必进行后处理的部分进行后处理工艺更具有成本效益。
在所描述的实施例中，只有轴承座的下半部分具有顶靠轴承的塑料材料表面以及布置在轴承座内且靠近该表面的加强件。尽管如此，这种布置还可以用于轴承座的上部，或者应用在轴承座的上部或下部的部件。
在所描述的实施例中，轴承座包括汽缸的上半部分和曲轴箱的下半部分，这两个部分在水平截面处连接。在可替代的实施例中，将本发明更改为适于这样的曲轴装置：其中轴承座作为容纳了一个轴承的一个整体型部件同轴地布置在曲轴上。在这种装置中，内燃机包括两个轴承座，一个第一轴承座优选地容纳第一轴承，一个第二轴承座优选地容纳第二轴承，如此布置从而使每个轴承座支撑一个相应的轴承。此外，在该可替代的实施例中，第一轴承座结合到第一曲轴箱半部中，第二轴承座结合到第二曲轴箱半部中，其中，这两个曲轴箱半部在垂直截面处连结以形成该曲轴箱。对于这种装置，轴承座表面的整体或部分可以涂覆有塑料材料，并且相应地，轴承座的整体或部分可以具有布置在轴承座内的加强件。如果加强件布置在整个轴承座内，则该加强件可以布置为例如金属的环，并靠近塑料材料表面而布置。这种环形加强件将易于制造，并且没有必要对顶靠轴承的表面进行任何后处理。
轴承座的顶靠轴承的塑料材料表面优选为任何类型的加强塑料材料，诸如碳纤维加强材料、玻璃纤维加强材料或纳米复合材料。该表面可以由具有高的热变形温度的任何种类的塑料材料制成。材料的热变形温度越高并且塑料材料层越薄，则塑料材料的变形就越小。
在附图和说明书中，已公开了本发明的优选实施例和实例，尽管采用特定的术语，它们只用于一般的和描述性的意义，而不用于限制的目的，本发明的范围在权利要求书中阐明。