AT3079U1

AT3079U1 - Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: AT3079U1
Application number: AT0082598U
Authority: AT
Inventors: Franz Dr Laimboeck
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 1999-09-27
Also published as: US6283085B1

Abstract

Bei einer Hubkolbenmaschine mit zumindest zwei Zylindern (2), mit zumindest einer ersten (4) und zumindest einer zweiten Pleuelstange (5, 6), deren kleine Pleuelaugen (4a, 5a, 6a) mit jeweils einem Kolben (3) verbunden sind, greifen die Pleuelstangen (4, 5, 6) an den den kleinen Pleuelaugen (4a, 5a, 6a) abgewandten kurbelwellenseitigen Enden (4b, 5b, 6b) an einem gemeinsamen Kurbelzapfen (7) einer Kurbelwelle (8) an. Die erste Pleuelstange (4) weist am kurbelwellenseitigen Ende (4b, 5b, 6b) eine Schulter (11, 12) auf und ist mit der Innenfläche (11a, 12a) der Schulter (11, 12) am Kurbelzapfen (7) über ein erstes Pleuellager (14) drehbar gelagert, wobei die Außenfläche (11b, 12b) der Schulter (11, 12) eine Lagerfläche für zumindest eine zweite Pleuelstange (5, 6) bildet. Die die Lagerflächen bildenden Innen- und Außenflächen (11a, 12a; 11b, 12b) der im wesentlichen rohrförmigen Schulter (11, 12) sind umlaufend, vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Die zumindest eine zweite Pleuelstange (5, 6) weist am kurbelwellenseitigen Ende (5b, 6b) ein geschlossenes, die Schulter (11, 12) der ersten Pleuelstange (4) umfassendes großes Pleuelauge (5c, 6c) auf, dessen Innenfläche an der Außenfläche (11b, 12b) der Schulter (11, 12) über ein zweites Pleuellager (15, 16) gelagert ist. Dadurch kann auf einfache Weise eine sehr platzsparende Verbindung zwischen Pleuelstangen (4, 5, 6) und Kurbelwelle (8) erreicht werden.

Description

AT 003 079 Ul

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit zumindest zwei Zylindern, in welchen jeweils ein hin- und hergehender Kolben angeordnet ist, mit zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten Pleuelstange, deren kleine Pleuelaugen mit jeweils einem Kolben verbunden sind, und die Pleuelstangen an den den kleinen Pleuelaugen abgewandten kurbelwellenseitigen Enden an einem gemeinsamen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle angreifen, wobei die erste Pleuelstange am kurbelwellenseitigen Ende zumindest eine Schulter aufweist und mit der Innenfläche der Schulter am Kurbelzapfen über ein erstes Pleuellager drehbar gelagert ist, und wobei die Außenfläche der Schulter eine Lagerfläche für zumindest eine zweite Pleuelstange bildet.

Bei Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen mit mehreren, annähernd in einer Nonnalebene auf die Kurbelwellenachse angeordneten Zylindern, beispielsweise Stem-Motoren, wirken mehrere Pleuelstangen auf einen Kurbelzapfen ein. Die konstruktive Herausforderung besteht darin, daß die Länge der Hubkolbenmaschine so gering wie möglich gehalten wird. Es sind verschiedene konstruktive Lösungen bekannt, um mehrere Pleuelstangen an ein und demselben Kurbelzapfen angreifen zu lassen.

Aus der US 5 150 670 A ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der jeweils drei Pleuelstangen auf einen Kurbelzapfen einwirken. Die Pleuelstangen weisen dabei jeweils am kurbelwellenseitigen Ende eine zylindersegmentförmige Schulter auf, deren Innenfläche am Kurbelzapfen gelagert ist. Die Außenflächen der Schultern sind durch Ringe radial gesichert. Diese Lösung erfordert relativ viel Bauraum und eignet-sich nur für Hubkolbenmaschinen mit Gleitlagern zwischen Pleuelstangen und Kurbelzapfen, bei denen relativ geringe Massenkräfte auftreten. Für Brennkraftmaschinen, etwa Viertakt-Saugmotoren, mit hohen Drehzahlen ist diese Pleuelstangenanordnung nicht geeignet.

Aus der US 5 765 451 A ist eine Hubkolbenmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei der drei fächerartig angeordnete Pleuelstangen in einer Ebene an einem gemeinsamen Kurbelzapfen angreifen. Die äußeren beiden Pleuelstangen weisen dabei zylindersegmentartige Schultern auf, deren Innenflächen sich am Kurbelzapfen abstützen. Die Außenflächen der Schultern sind als Lagerflächen für die dritte, mittlere Pleuelstange ausgebildet, deren kurbelwellenseitiges Ende ein geteiltes großes Pleuelauge mit seitlichen Schlitzen aufweist. Die Schultern der beiden äußeren Pleuelstangen sind dabei innerhalb des großen Pleuelauges der mittleren Pleuelstange angeordnet, wobei die Schäfte der äußeren Pleuelstangen aus dem großen Pleuelauge der mittleren Pleuelstange durch die seitlichen Schlitze austreten. Die mittlere Pleuelstange ist somit an den Außenflächen der Schultern der im äußeren Pleuelstangen gelagert. Die Länge der seitlichen Schlitze ist im wesentlichen durch den jeweiligen Neigungswinkel zwischen den Zylindern bestimmt. Diese relativ aufwendige Konstruktion eignet sich ebenfalls nur für Maschinen mit Gleitlagern zwischen Pleuelstangen und Kurbelzapfen. 2 AT 003 079 Ul

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Hubkolbenmaschine der eingangs genannten Art auf möglichst einfache und platzsparende Weise eine Verbindung von mehreren Pleuelstangen mit einem Kurbelzapfen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die die Lagerflächen bildenden Innen- und Außenflächen der im wesentlichen rohrförmigen Schulter umlaufend, vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sind und die zumindest eine zweite Pleuelstange am kurbelwellenseitigen Ende ein geschlossenes, die Schulter der ersten Pleuelstange umfassendes großes Pleuelauge aufweist, dessen Innenfläche an der Außenfläche der Schulter über ein zweites Pleuellager gelagert ist. Die Lösung ist unabhängig vom Achsenwinkel zwischen den Zylindern und eignet sich somit für fächerförmig - als auch für sternförmig angeordnete Zylinder.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die erste Pleuelstange zumindest zwei Schultern aufweist, welche vorzugsweise beidseits einer auf die Kurbelwellenachse normal stehenden Pleuelstangemittelebene, besonders vorzugsweise symmetrisch zu dieser, angeordnet sind, wobei pro Schulter eine auf dieser gelagerte zweite Pleuelstange vorgesehen ist. Die beiden außen . liegenden zweiten Pleuelstangen stützen sich somit an den Schultern der mittleren ersten Pleuelstange ab. Trotz der im Vergleich zur konventionellen Lösungen etwas größeren Breite der ersten Pleuelstange kann durch diese Anordnung Gesamtbreite eingespart werden. Das erste Pleuellager der das Hauptpleuel bildenden ersten Pleuelstange, in welchem der Kurbelzapfen rotiert, kann mit hoher Tragfähigkeit ausgeführt werden. Die stimseitig der ersten Pleuelstange angeordneten zweiten Pleuelstangen führen in den zweiten Pleuellagem nur Schwenkbewegungen aus und haben auf Grund des größeren Durchmessers trotz der geringen Breite ausreichende Tragfähigkeit.

Die ersten und/oder zweiten Pleuellager können als Gleitlager oder als Wälzlager, vorzugsweise als Nadellager, ausgebildet sein. Sind die Lager als Nadellager ausgeführt, so können Reibleistung und Notlaufeigenschaften verbessert werden. Um bei starker Durchbiegung des Kurbelwellenkapfens ein Aufkanten der Nadelenden des Nadellagers zwischen der ersten Pleuelstange und dem Kurbelzapfen zu vermeiden, ist dieses vorteilhafterweise zweireihig ausgeführt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die erste und/oder zweite Pleuelstange ein imgeteiltes großes Pleuelauge aufweist und die Kurbelwelle gebaut ausgeführt ist. Durch die ungeteilt ausgeführten großen Pleuelaugen der ersten und zweiten Pleuelstangen wird eine zuverlässige Pleuellagerung, insbesondere bei Verwendung von Wälzlagern erreicht. Zur Montage der Pleuelstange und der imgeteilten Lagerkäfige der Wälzlager muß die Kurbelwelle gebaut ausgeführt sein. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Kurbelwelle und/oder die Pleuelstangen aus Stahl bestehen.

Die erfindungsgemäße Konstruktion eignet sich besonders für Hbkolbenmaschinen, bei denen jeweils drei Pleuelstangen auf einen Kurbelzapfen einwirken.

Im Rahmen der Erfindung kann weiters vorgesehen sein, daß zumindest zwei Pleuelstangen unterschiedliche Längen aufweisen. Die Länge der ersten Pleuelstange kann dabei kleiner 3 AT 003 079 Ul oder größer als die Länge der zweiten Pleuelstange ausgelegt sein. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Anordnung der Zylinder.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Hubkolbenmaschine in einem Schnitt quer zur Kurbelwellenachse in einer Ausführungs-Variante, Fig. 2 diese Hubkolbenmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie Π-Π in Fig. 1, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine im Schnitt quer zur Kurbelwellenachse in einer zweiten Ausführungsvariante und Fig. 4 diese Hubkolbenmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3.

Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Hubkolbenmaschine, etwa eine Brennkraftmaschine, mit fächerartig angeordneten Zylindern 2, in denen jeweils ein Kolben 3 geführt ist. Die Kolben 3 sind über Pleuelstangen 4, 5, 6 mit einem gemeinsamen Kurbelzapfen 7 einer Kurbelwelle 8 verbunden. Mit 8b sind mit der Kurbelwelle 8 umlaufende Ausgleichsmassen bezeichnet. Die Pleuelstangen 4, 5, 6 sind über ihr kolbenseitiges, kleines Pleuelauge 4a, 5a, 6a durch entsprechende Kolbenbolzenlager 13 jeweils schwenkbar an einem Kolbenzapfen 9 des Kolbens 3 gelagert. An den kurbelwellenseitigen Enden 4b, 5b, 6b greifen die Pleuelstangen 4, 5, 6 direkt bzw. indirekt am Kurbelzapfen 7 an.

Die erste Pleuelstange 4 weist am kurbelwellenseitigen Ende 4b beidseits einer normal auf die Kurbelwellenachse 8a ausgebildeten Pleuelstangenmittelebene 10 Schultern 11, 12 auf. Die das große Pleuelauge 4c der ersten Pleuelstange 4 bildenden Innenflächen 11a, 12a der Schultern 11,12 bilden die Lagerflächen des ersten Pleuellagers 14, über welches die erste Pleuelstange 4 am Kurbelzapfen 7 abgestützt ist.

Die Außenflächen 11b, 12b der Schultern 11, 12 bilden Lagerflächen der zweiten Pleuellager 15, 16 über welche die zweiten Pleuelstangen 5, 6 an der ersten Pleuelstange 4 drehbar gelagert sind. In dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste Pleuellager 14 und die zweiten Pleuellager 15,16 als Gleitlager 14a, 15a, 16a ausgeführt, welche über in der Kurbelwelle 8 angeordnete Ölbohrungen 17 mit Schmieröl versorgt werden. Auch das Kolbenbolzenlager 13 ist als Gleitlager 13a ausgeführt.

In Fig. 3 und 4 ist eine Hubkolbenmaschine 1 mit sternförmig angeordneten Zylindern 2 gezeigt, in welchen jeweils ein Kolben 3 hin- und hergehend geführt ist. Zum Unterschied zu dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Pleuellager 14 zur Abstützung der ersten Pleuelstange 4 gegenüber dem Pleuelzapfen 7 als zweireihiges Nadellager 14a ausgeführt. Auch die zweiten Pleuellager 15,16, über welche die zweiten Pleuelstangen 5, 6 an der ersten Pleuelstange 4 abgestützt sind, sowie das Kolbenbolzenlager 13, werden durch Nadellager 15b, 16b, 9b gebildet. Dadurch wird die Reibleistung vermindert und die Notlaufeigenschaften verbessert. Um bei starker Durchbiegung des Kurbelzapfens 7 ein Verkanten der Nadelenden des Nadellagers 14b zu verhindern, ist dieses zweireihig ausgeführt. Sowohl das große Pleuelauge 4c der ersten Pleuelstange 4, als auch die großen Pleuelaugen 5c und 6c 4 AT 003 079 Ul der zweiten Pleuelstangen 5, 6 sind ungeteilt ausgeführt, um eine zuverlässige Pleuellagerung zu erreichen. Zur Montage der Pleuelstangen 4,5, 6 mit ungeteilten großen Pleuelaugen 4c, 5c, 6c ist die Kurbelwelle 8 gebaut ausgeführt.

Die Pleuelstangen 4, 5, 6 und die Kurbelwelle 8 werden vorzugsweise aus Einsatzstahl hergestellt. Obwohl durch die Schultern 11,12 die erste Pleuelstange 4 etwas breiter als üblich auszulegen ist, kann die Gesamtbreite des Kurbelzapfens 7 geringer gehalten werden. 5

Claims

AT 003 079 Ul ANSPRÜCHE 1. Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit zumindest zwei Zylindern (2), in welchen jeweils ein hin- und hergehender Kolben (3) angeordnet ist, mit zumindest einer ersten (4) und zumindest einer zweiten Pleuelstange (5, 6), deren kleine Pleuelaugen (4a, 5a, 6a) mit jeweils einem Kolben (3) verbunden sind, und die Pleuelstangen (4, 5, 6) an den kleinen Pleuelaugen (4a, 5a, 6a) abgewandten kurbelwellenseitigen En- . den (4b, 5b, 6b) an einem gemeinsamen Kurbelzapfen (7) einer Kurbelwelle (8) angrei fen, wobei die erste Pleuelstange (4) am kurbelwellenseitigen Ende (4b) zumindest eine Schulter (11,12) aufweist und mit der Innenfläche (11a, 12a) der Schulter (11,12) am Kurbelzapfen (7) über ein erstes Pleuellager (14) drehbar gelagert ist, und wobei die Außenfläche (11b, 12b) der Schulter (11,12) eine Lagerfläche für zumindest eine zweite Pleuelstange (5,6) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lagerflächen bildenden Innen- und Außenflächen (11a, 12a; 11b, 12b) der im wesentlichen rohrfor-. migen Schulter (11,12) umlaufend, vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sind und die zumindest eine zweite Pleuelstange (5, 6) am kurbelwellenseitigen Ende (5b, 6b) ein ge-! schlossenes, die Schulter (11,12) der ersten Pleuelstange (4) umfassendes großes Pleu elauge (5c, 6c) aufweist, dessen Innenfläche an der Außenfläche (1 lb, 12b) der Schulter i (11,12) über ein zweites Pleuellager (15,16) gelagert ist. • I
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pleuelstange (4) zumindest zwei Schultern (11,12) aufweist, welche vorzugsweise beidseits einer auf die Kurbelwellenachse (8a) normal stehenden Pleuelstangenmittelebene (10), besonders vorzugsweise symmetrisch zu dieser, angeordnet sind, wobei pro Schulter (11, 12) eine auf dieser gelagerte zweite Pleuelstange (5, 6) vorgesehen ist.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Pleuellager (14) als Gleitlager (14a) ausgebildet ist.
4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Pleuellager (15, 16) als Gleitlager (15a, 16a) ausgebildet ist.
5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Pleuellager (14) als Wälzlager, vorzugsweise als Nadellager, besonders vorzugsweise als zweireihiges Nadellager (14b), ausgefuhrt ist.
6. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Pleuellager (15,16) als Wälzlager, vorzugsweise als Nadellager (15b, 16b) ausgebildet ist.
7. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Pleuelstange (4, 5, 6) ein ungeteiltes großes Pleuelauge (4c, 5c, 6c) aufweist und die Kurbelwelle (8) gebaut ausgefuhrt ist. m 6 rri AT 003 079 Ul
8. Hubkolbenmaschine nach ein.em der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (8) und/oder die Pleuelstangen (4, 5, 6) aus Stahl bestehen.
9. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei Pleuelstangen (4, 5, 6) an einem Kurbelzapfen (8) angreifen.
10. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (2) in Stemformation angeordnet sind.
11. Hubkolbenmaschine noch einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Pleuelstangen (4, 5, 6) unterschiedliche Längen aufweisen.
12. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der ersten Pleuelstange (4) kleiner ist als die Länge der zweiten Pleuelstange (5, 6).
13. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der ersten Pleuelstange (4) größer ist als die Länge der zweiten Pleuelstange (5, 6) 7