CH502536A

CH502536A - Kurbeltrieb für Kolbenmaschinen, insbesondere für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: CH502536A
Application number: CH625267A
Authority: CH
Inventors: E Dipl-Ing Salzmann Willi
Original assignee: Salzmann Willi E Dipl Ing
Priority date: 1967-05-01
Filing date: 1967-05-01
Publication date: 1971-01-31

Description

Kurbeltrieb für Kolbenmaschmen, insbesondere für Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft Kurbeltriebe (Kolben, Pleuel und Kurbelwelle) für Kolbenmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren mit wenigstens einem Zylinder, in dem ein Kolben läuft, der durch einen Kolbenbolzen oder einen Kugelkopf an einer Pleuelstange angelenkt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Lauf solcher Kur beltriebe zu verbessern und die Lebensdauer zu verlängern.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass die Pleuelstange zu einer Normalebene zur Kurbelwelle schräg angeordnet ist und auf einem sphärischen Kurbelzapfen läuft. Dadurch wird bewirkt, dass der Kolben nicht schlagartig von der einen Zylinderseite zur gegen überliegenden wechselt (Kolbenschlag), sondern dass er unter Wirkung der auftretenden Längskräfte wenigstens teilweise der Krümmung der Zylinderwand entlanggleitet. Bei einer Ausführungsform mit ebenfalls schräg geneigtem Kolbenbolzen ergibt sich eine automatische Oszillation, bei der Alternative mit Kugelkopf eine automatische Rotation des Kolbens um seine Längsachse.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in Fig. 1 und 2 dargestellt und nachfolgend kurz erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Kurbeltrieb mit schräger Pleuelstange 1 und rechtwinklig dazu angeordnetem Kolbenbolzen 2. Der Kolbenbolzen ist somit im Kolben 3 schräg angeordnet. Dadurch wird die aus Gas- und Massenkraft resultierende Kolbenkraft zerlegt in eine schräge Kraft in Richtung der Pleuelstange 1 und in eine horizontale Kraft parallel zur Kurbelwellenachse. Diese Längskraft bewirkt, dass der Kolben die Tendenz hat, der Krümmung der Zylinderwand zu folgen. Der schräg angeordnete Kolbenbolzen 2 ermöglicht die Einleitung dieser Längskraft in den Kolben, ohne den Pleuelkopf 4 in achsialer Richtung im Kolben zu führen. Dadurch wird ein Verklemmen des Kurbeltriebs vermieden, sofern ausserdem die Pleuelstange 1 auf einem sphärischen Kurbelzapfen 5 der Kurbelwelle 6 angelenkt ist.

Da die Pleuelstange zwischen den Totpunktlagen in ihrer jeweiligen Schlagebene 7 ausschwenkt und diese Schlagebene zur Mittelebene 8 des sphärischen Kurbelzapfens schräg steht, ergibt sich aus kinematischen Gründen eine Oszillation des Kolbens 3 um seine Längsachse 9, die der Hubbewegung des Kolbens phasenverschoben überlagert ist. Dies bedeutet, dass der Kolben in den Hubtotpunkten nicht zum Stillstand kommt und somit der Schmierfilm nicht unterbrochen wird. Der zusätzliche konstruktive Aufwand für diesen Kurbeltrieb ist gering und beschränkt sich auf den sphärischen Kurbelzapfen 5 (mit konkaver Scheibe tauchgeschliffen) und die sphärischen Lagerschalen 10 (profilgewalzt und gebogen).

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 sind zwei unter sich gleiche schräge Pleuelstangen 1 nebeneinander angeordnet (V-Motor). Hierbei können die aneinander angrenzenden sphärischen Kurbelzapfen 5 miteinander fluchtend oder höchstens um den V-Winkel gegeneinander versetzt sein, um möglichst gleichmässige Zündabstände zu erhalten.

Fig. 2 zeigt einen Kurbeltrieb mit schräger Pleuelstange 11, die durch einen Kugelkopf 12 am Kolben 13 angelenkt ist. Dadurch wird nicht nur der Kolbenschlag vermindert oder verhindert, sondern es tritt eine automatische Rotation des Kolbens um seine Längsachse 14 auf. Diese automatische Kolbenrotation wurde durch Versuche bestätigt und ergibt unter anderem gleichmässige Schmierung, Kühlung und Abnützung des Kolbens.

Der bezüglich Geräusch und Reibung optimale Schrägwinkel der Pleuelstange 11 kann versuchsmässig auf einem Einzylinder-Prüfstand mit achsial verschiebbarer Kurbelwelle ermittelt werden.

Der Kugelkopf 12 mit Zentrum 15 ist rotationssymmetrisch zur Längsachse der Pleuelstange 11 und aus Montagegründen damit verschraubt. Zur Reduktion von Gewicht und Reibung weist dieser Kugelkopf auf der oberen Seite einen kleineren Radius auf als auf der unteren, an der Pleuelstange befestigten Seite. Im Ausführungsbeispiel läuft der untere Teil dieses Kugelkopfes in einer am Kolben festen Kugelschale 16, während der obere Teil in einer separaten Gegenschale 17 läuft, die vom Kolbenboden her in den Kolben eingeschraubt ist.

Dies erlaubt ein spielfreies Ein- und Nachstellen des Kugelgelenks, das durch Drucköl 18 oder Rücklauföl 19 geschmiert und gekühlt ist. Der Boden des rotierenden Kolbens kann jede beliebige Form aufweisen, nötigenfalls mit umlaufenden Ventiltaschen. Die schräge Pleuelstange 11 kann zwischen den Wangen der Kurbelwelle 20 oder an einer angrenzenden Pleuelstange gegen Ver dreht;n geführt sein.

Kurbeltriebe gemäss Fig. 1 und 2 und daraus abgeleitete Varianten sind für Otto- und Dieselmotoren beliebiger Grösse (vom Flugmodellmotor bis zum Schiffsdiesel) und beliebiger Bauart (Zwei- und Viertakter in Reihen-, V- und Boxer-Anordnung) vorgesehen und sinnvoll. Die grundlegend verbesserten Laufeigenschaften der Kolben dürften bei grösseren Dieselmotoren die Wasserkavitation der Zylinderwände zufolge des Kolbenschlags eliminieren und höhere Mitteldrücke bei geräuscharmerem und wfrtschafflicherem Betrieb ermöglichen.

Claims

PATENTANSPRUCH

Kurbeltrieb für Kolbenmaschinen, insbesondere für Verbrennungsmotoren mit wenigstens einem Zylinder, in dem ein Kolben läuft, der durch einen Kolbenbolzen oder einen Kugelkopf an einer Pleuelstange angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange zu einer Normalebene zur Kurbelwelle schräg angeordnet ist und auf einem sphärischen Kurbelzapfen läuft.

UNTERANSPRÜCHE 1. Kurbeltrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenbolzen rechtwinklig zur Längsachse des Schrägpleuels angeordnet ist, so dass sich eine automatische Oszillation des Kolbens um seine Längsachse ergibt.

2. Kurbeltrieb nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Kolben als auch der Kugelkopf rotationssymmetrisch zu ihrer jeweiligen Längsachse ausgebildet sind, so dass sich eine automatische Rotation des Kolbens um seine Längsachse ergibt.

3. Kurbeltrieb nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion von Gewicht und Reibung der Kugelkopf auf der oberen Seite einen kleineren Radius aufweist als auf der unteren, an der Pleuelstange befestigten Seite.

4. Kurbeltrieb nach Unteransprüchen 2 und 3, mit einem am freien Ende der Pleuelstange befestigten Kugelkopf, dadurch gekennzeichnet, dass dessen unterer Teil in einer am Kolben festen Kugelschale läuft, während der obere Teil des Kugelkopfes in einer separaten Gegenschale läuft, die vom Kolbenboden her in den Kolben eingeschraubt ist.

5. Kurbeltrieb gemäss Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 4 für Verbrennungsmotoren mit wenigstens zwei V-förmig zueinander angeordneten Zylindern, deren Pleuelstangen auf zwei aneinandergrenzenden sphärischen Kurbelzapfen laufen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung möglichst gleichmässiger Zündabstände die zwei Kurbelzapfen um einen Winkel gegeneinander versetzt angeordnet sind.