DE10008425A1 - Kupplungselement zur Verbindung von zwei gleichachsig hintereinander und mit Querabstand zueinander angeordneten achsparallelen Wellen, insbesondere zur Verwendung an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarer Verlagerung der Kurbelwelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement zur Verbindung von zwei gleichachsig hintereinander und mit einer Exzentrizität (e) achsparallel zueinander angeordneten Wellen (13; 15), wobei die Höhenlage (a) einer Welle (13) zu einer festen Bezugsebene (B) durch achsparalleles Bewegen auf einer Kreisbahn (22) einstellbar ist, deren Durchmesser der Exzentrizität (e) entspricht, mit zwei in parallelen Drehebenen ausgerichteten Drehkörpern (17; 18), die jeweils mit den einander zugeordneten Wellenenden (13; 15) verbindbar sind und die jeweils im gleichen radialen Abstand (R) zur jeweiligen Drehachse jeweils mit Lagerbohrungen versehen sind, sowie mit beide Drehkörper (17; 18) verbindenden Kurbelelementen (19), deren Kurbelradius der Exzentrizität (e) entspricht, wobei die Kurbelelemente (19) in Umfangsrichtung gesehen, im Abstand zueinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement zur Verbindung von zwei gleichachsig hintereinander und mit Querabstand achsparallel zueinander angeordneten Wellen. Ein derartiges Kupplungselement ist für Wellen, die in festem Querabstand zueinander angeordnet sind, aus DE-733-932 grundsätzlich be­ kannt.

In bestimmten Anwendungsfällen ist es erforderlich, daß die Höhenlage einer der Wellen zu einer festen Bezugsebene verän­ dert werden muß, während die andere Welle ihre definierte La­ ge zur Bezugsebene behält. Das Problem besteht hierbei darin, daß beide Wellen trotz der einstellbaren Veränderung der Hö­ henlage zur Bezugsebene im gleichen Drehsinn und insbesondere mit gleicher Drehzahl umlaufen müssen, wobei durch das Kupp­ lungselement auf die angetriebene Welle keine Drehzahlschwan­ kungen aufgeprägt werden dürfen.

Ein derartiger Anwendungsfall ist beispielsweise bei einer Kolbenbrennkraftmaschine mit veränderbarem Brennraum gegeben, bei der die Veränderung des Brennraumes durch ein Anheben bzw. Ansenken der Kurbelwellendrehachse gegenüber einer Be­ zugsebene vorgenommen wird.

Aus DE-36 44 721-A ist eine derartige Kolbenbrennkraftmaschi­ ne bekannt, bei der dieses Problem dadurch gelöst worden ist, daß an einem Verstellexzenter für die Veränderung der Höhen­ lage der Kurbewelle ein Lagergehäuse befestigt ist, in das einenends ein mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebsritzel hineinragt und in das anderenends mit dem vorgegebenen Quer­ abstand ein mit der Abtriebswelle verbundenes Abtriebsritzel hineinragt. Die Drehachse des Stellexzenters fällt mit der Drehachse des Abtriebsritzels zusammen. Die Kraftübertragung zwischen dem Antriebsritzel an der Kurbelwelle und dem Ab­ triebsritzel erfolgt durch ein gleichachsiges Umlaufräder­ paar, von denen ein Rad auf dem Antriebsritzel abrollt und das andere Rad auf dem Abtriebsritzel abrollt. Mit dieser An­ ordnung ist jede Höhenverstellung ohne die Aufprägung von Drehungleichförmigkeiten auf den Abstriebsstrang gewährlei­ stet. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß nur Raum für ge­ ringe Zahnraddurchmesser zur Verfügung steht, so daß das ge­ samte Drehmoment der Kolbenbrennkraftmaschine über Zahnräder mit geringem Durchmesser übertragen werden muß. Hierdurch er­ geben sich sehr schnell Grenzen in der Größe des übertragba­ ren Drehmomentes. Ferner müssen die Zahnkräfte als Reaktions­ kräfte über eine entsprechende Lagerung im unmittelbaren Ge­ triebebereich aufgenommen werden. Ein weiterer Nachteil der Anordnung besteht in einer verhältnismäßig großen Baulänge.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungs­ element zu schaffen, das die Probleme einer einstellbaren Wellenverlagerung löst und mit dem große Drehmomente übertra­ gen werden können und das gleichzeitig aber auch kurz baut und das auch zur Verbindung einer Kurbelwelle einer Kolben­ brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Kupp­ lungselement zur Verbindung von zwei gleichachsig hinterein­ ander und mit Querabstand achsparallel zueinander angeordne­ ten Wellen, wobei die Höhenlage einer Welle zu einer festen Bezugsebene durch achsparalleles Bewegen auf einer Kreisbahn einstellbar ist, deren Durchmesser dem maximalen Querabstand entspricht, mit zwei in parallelen Drehebenen ausgerichteten Drehkörpern, die jeweils mit den einander zugeordneten Welle­ nenden verbindbar sind und die jeweils im gleichen radialen Abstand zur jeweiligen Drehachse jeweils mit Lagerbohrungen versehen sind, sowie mit beide Drehkörper verbindenden Kur­ belelementen, deren Kurbelradius dem Querabstand der Wellen entspricht, wobei die Kurbelelemente in Umfangsrichtung in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. Mit Hilfe eines derartigen Kupplungselementes ist es möglich, innerhalb der vorgegebenen Exzentrizität e beliebige Höhenlagen der achs­ parallel zueinander bewegbaren Wellen einzustellen, wobei ge­ währleistet ist, daß die Drehzahl des antreibenden Drehkör­ pers über die Kurbelelemente ohne jegliche Drehzahlschwankung auf den angetriebenen Drehkörper übertragen wird. Über die Dimensionierung der Kurbelelemente in den Drehkörpern ist ei­ ne Auslegung für das jeweils zu übertragende maximale Drehmo­ ment möglich. Neben einer entsprechenden Dimensionierung kann auch noch durch eine Erhöhung der Zahl der Kurelelemente auf einem oder auch unterschiedlichen Teilkreisen das durchleit­ bare maximale Drehmoment vergrößert werden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kupplungselementes besteht dar­ in, daß keine Rückstellkräfte auf die Lagerungen der Drehkör­ per wirken. Dies ist insbesondere bei der Verwendung an einer Motorkurbelwelle von Bedeutung.

Entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment ist es grund­ sätzlich möglich, mehrere Kurbelelemente auf den Umfang der Drehkörper verteilt vorzusehen, wobei die Kurbelelemente je­ weils auch auf verschiedenen Radien mit ihren Kurbelachsen in den zugehörigen Drehkörpern gelagert sein können. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist hier­ bei vorgesehen, daß jeweils mehrere Kurbelelemente in Gruppen angeordnet sind, wobei die Gruppen in Umfangsrichtung gese­ hen, in gleichem Umfangswinkel zueinander angeordnet sind. Mit einer derartigen gruppenweisen Anordnung ist es möglich, bei der Verwendung an Kolbenbrennkraftmaschinen, bei denen die Kurbelwelle gegenüber der ortsfest gelagerten Abtriebs­ welle im Motorgehäuse verlagerbar ist, auf die Zündabstände des jeweiligen Verbrennungsmotors Rücksicht zu nehmen. Damit wird ein optimales Tragen der Kurbelelemente erreicht. Da die Wirklinien der Übertragungskräfte Parallelen in Richtung der Verbindung der Exzentermittelinie sind, ändert sich der wirk­ same Hebelarm mit der Drehung des Kupplungselementes, so daß der wirksame Hebelarm der Kurbeln sich periodisch von 0 auf r, d. h. am Kurbelradius ändert und so jeweils der Übertragung des Drehmomentes anteilig helfen können.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vor­ gesehen, daß das Kurbelelement aus einem ersten und einem zweiten Zylinderkörper gebildet wird, die achsversetzt zuein­ ander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein sehr kurz­ bauendes Kurbelelement. Die Anordnung kann hierbei so getrof­ fen werden, daß die Zylinder den gleichen Durchmesser aufwei­ sen. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn das Kurbelelement einen ersten Zylinderkörper aufweist der einen größeren Durchmesser als der zweite Zylinderkörper aufweist, wobei der zweite Zy­ linderkörper sich innerhalb des Außenumfangs des ersten Zy­ linderkörpers erstreckt und diesen in Achsrichtung zumindest auf einer Seite überragt. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn der erste Zylinderkörper in seinem vom zweiten Zylinderkörper nicht überdeckten Bereich mit einer Unwucht mindernden Aus­ nehmung versehen ist. Die Ausnehmung kann hierbei so bemessen sein, daß die durch die Ausnehmung aus dem ersten Zylinder­ körper "fehlende" Masse in etwa der Masse des zweiten Zylin­ derkörpers entspricht.

Zur kippfreien Übertragung des durchzuleitenden Drehmomentes vom treibenden Drehkörper auf den getriebenen Drehkörper ist es in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgese­ hen, daß ein Drehkörper, vorzugsweise der getriebene Drehkör­ per, zwei mit Abstand zueinander angeordnete und fest mitein­ ander verbundene Scheibenteile aufweist, und daß der andere, vorzugsweise der treibende Drehkörper, scheibenförmig ausge­ bildet und zwischen den beiden Scheibenteilen angeordnet ist, und daß die Kurbelelement jeweils in beiden Scheibenteilen des einen Drehkörpers einerseits und im dazwischen liegenden Drehkörper andererseits gelagert sind. Dies ist mit einem Kurbelelement der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Art möglich, bei dem der einen größeren Durchmesser aufwei­ sende erste Zylinderkörper nach beiden Seiten hin jeweils von einem Zylinderkörper mit geringerem Durchmesser überragt wird. Ein derart gestaltetes Kurbelelement ist dann mit sei­ nem ersten Zylinderkörper in dem zwischen den beiden Schei­ benteilen liegenden Drehkörper gelagert, während die exzen­ trisch zur Drehachse des ersten Zylinderkörpers mit großem Durchmesser angeordneten zweiten Zylinderkörper mit kleinem Durchmesser in den beiden Scheibenteilen des anderen Drehkör­ pers gelagert sind. Durch ein derartiges zweifach gelagertes Kurbelelement ergibt sich dann eine kippfreie Übertragung des durchzuleitenden Drehmomentes.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der erste Drehkörper mit einem Scheibenteil mit der ortsfest gelagerten Welle fest verbindbar ist und mit seinem anderen Scheibenteil auf einer koaxial zu dieser Welle angeordneten ortsfesten Abstützung drehbar gelagert ist, so daß auch dieser erste Drehkörper zweifach gelagert ist und damit eine kippfreie Drehmoment­ durchleitung möglich ist.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 als Anwendungsbeispiel eine perspektivische Schemadarstellung einer Vierzylinder-Kolbenbrenn­ kraftmaschine mit verlagerbarer Kurbelwelle zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch ein Kupplungselement gemäß der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf das Kupplungselement gemäß Fig. 2 in Achsrichtung gesehen,

Fig. 4 eine Aufsicht auf ein Kupplungselement mit einem "Koppelstern" für eine 4-Zylinder-Reihenmaschine,

Fig. 5 eine Aufsicht entsprechend Fig. 4 mit einem "Koppelstern für eine 3-Zylinder-Reihenmaschine,

Fig. 6 eine Aufsicht entsprechend Fig. 4 mit einem "Koppelstern" für eine 8-Zylinder-Reihenmaschine,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform eines Kupplungselementes zur kippfreien Drehmoment­ übertragung,

Fig. 8 den Drehmomentverlauf in Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehung bei einer 4-Zylinder-Viertakt- Reihenmaschine.

Wie die schematische Darstellung gem. Fig. 1 erkennen läßt, ist eine Kurbelwelle 1 einer 4-Zylinder-Kolbenbrennkraft­ maschine mit ihren Kurbelwellenlagern 2 in Exzenterringen 3 gelagert, die ihrerseits verdrehbar in entsprechende Tragla­ gern eines angedeuteten Motorblocks 4 gelagert sind. Mit der Kurbelwelle 1 sind über Pleuel 5 jeweils die hier nur schema­ tisch angedeuteten Kolben 6 verbunden. Die Kurbelwelle ist in einer Stellung gezeigt, in der die Kolben 6 ₁ und 6 ₄ sich in der oberen Totpunktstellung befinden, während sich die Kolben 6 ₂ und 6 ₃ in der unteren Totpunktstellung befinden. Zumindest einer der Exzenterringe 3 ist starr mit einer als Schwenkhe­ bel ausgebildeten Verdreheinrichtung 7 verbunden, der jeweils aus dem Flugkreis der Kurbelwelle 1 herausgeführt ist. Die Schwenkhebel 7 sind über eine Koppelstange 8 fest miteinander verbunden, so daß ein synchrones Verdrehen aller Exzenterrin­ ge 3 möglich ist. Die Koppelstange 8 ist über ein Zugelement 9 mit einem schematisch dargestellten Antrieb 10 verbunden. Bei einer Bewegung des Zugelementes in Richtung des Doppel­ pfeiles 11 werden die Schwenkhebel 7 entsprechend hin und her verschwenkt (Doppelpfeil 12), so daß sich durch die Verdre­ hung der Exzenterringe 3 um eine ortsfeste Schwenkachse 14 dementsprechend auch jeweils die Höhenlage a der Drehachse 13 der Kurbelwelle 2 gegenüber einer Horizontalebene B als Be­ zugsebene verändert. Das Bezugszeichen 13 wird nachstehend auch für den der Kurbelwelle 1 zugehörigen Wellenstumpf ver­ wendet.

Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich, ist die Drehachse 13 der Kurbelwelle 1 mit einer Exzentrizität e zur Schwenkachse 14 der Exzenterring 3 angeordnet und wird über die Schwenkhebel 7 aus einer angenommenen Mittelstelle (der Schwenkhebel 7 weist hierbei senkrecht nach unten) zur Veränderung der Hö­ henlage a nach oben oder unten bewegt. Dadurch wird die Dreh­ achse 13 der Kurbelwelle in bezug auf die ortsfeste horizon­ tale Bezugsebene B auch gegenüber der ortsfesten Schwenkachse 14 der Exzenterringe 3 angehoben oder abgesenkt. Das bedeutet aber, daß die Kolben 6 jeweils in der oberen Totpunktstellung um das gleiche Maß näher an das Brennraumdach des Zylinders heranreichen, so daß dementsprechend auch das Verdichtungs­ verhältnis erhöht und bei einer gegenläufigen Verdrehung der Exzenterring 3 vermindert wird.

Der Abtrieb der Kolbenbrennkraftmaschine durch den die Kur­ belwelle 1 verlängernden Wellenstumpf 13 erfolgt über eine Abtriebswelle 15, die fluchtend zur ortsfest gelagerten Schwenkachse 14 der Exzenterringe 3 angeordnet ist. Um den durch die Exzentrizität e gegebenen Querabstand zwischen der Drehachse 13 und der Achse der Abtriebswelle 15 zu überbrüc­ ken, ist der mit der Kurbelwelle 1 verbundene Wellenstumpf 13 über ein Kupplungselement 16 mit der Abtriebswelle 15 verbun­ den. Das Kupplungselement 16 wird im wesentlichen durch einen ersten, mit dem Wellenstumpf 13 der Kurbelwelle 1 fest ver­ bundenen Drehkörper 17 und einen zweiten, mit der Abtriebs­ welle 15 fest verbundenen Drehkörper 18 gebildet. Die beiden Drehkörper 17 und 18 sind in parallelen Drehebenen dicht ne­ beneinander angeordnet und sind über Kurbelelemente 19 mit­ einander verbunden. Der Kurbelradius der Kurbelelemente 19 entspricht der Exzentrizität e der Drehachse 13 der Kurbelwel­ le 1 zur ortsfesten Schwenkachse 14 der Exzenterringe 3. Funktion und konstruktiver Aufbau werden nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 sowie für eine bevorzugte Ausführungsform anhand von Fig. 7 näher erläutert.

In Fig. 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Kupplungselement 16 im Vertikalschnitt dargestellt und in Fig. 3 in einer zugeordneten Aufsicht in Achsrichtung darge­ stellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Wellenstumpf 13 der Kurbelwelle 1 mit dem beispielsweise scheibenförmig ausgebil­ deten Drehkörper 17 fest verbunden, dessen Drehachse mit der Drehachse 13 der Kurbelwelle zusammenfällt.

Die Abtriebswelle 15 ist entsprechend mit einem Drehkörper 18 fest verbunden, dessen Drehachse mit der Schwenkachse 14 der Kurbelwelle zusammenfällt. Die Drehachsen 13 und 14 der bei­ den Wellen 13 und 15 sind gleichachsig ausgerichtet und im Querabstand der Exzentrizität e achsparallel angeordnet.

Die beiden Drehkörper 17 und 18 sind über wenigstens zwei Kurbelelemente 19 miteinander verbunden, die mit ihren Kur­ belzapfen 20 und 21 frei drehbar in den zugeordneten Drehkör­ pern 17 und 18 gelagert sind. Der Abstand zwischen den beiden Kurbelzapfen 20 und 21 bildet den Kurbelradius, der der Ex­ zentrizität e zwischen den beiden Drehachsen 13 und 14 ent­ spricht. Die Kurbelkörper sind hierbei so ausgerichtet, daß ihre Kurbelarme in bzw. parallel zu der durch die beiden Ach­ sen 13 und 14 definierten Ebene verlaufen. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Kurbelelemente so gestaltet, daß sie einen ersten Zylinderkörper 20.1 mit großen Durchmesser und mit seiner Achse im Abstand hierzu angeordneten zweiten Zylinderkörper 21.1 mit geringerem Durchmesser aufweisen. Der Zylinderkörper 20.1 ist im treibenden Drehkörper 17 gelagert, während der Zylinderkörper 21.1 im getriebenen Drehkörper 18 gelagert ist. Die Lagerung der die Kurbel bildenden Zylinderkörper in den zugeordneten Drehkörpern kann beispielsweise über Wälzla­ ger, insbesondere in Form von Nadellagern erfolgen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn wenigstens an einem Drehkörper die Wälzlager elastisch gegenüber dem Drehkörper abgestützt sind.

Wie die Aufsicht gem. Fig. 3 erkennen läßt, sind vier derar­ tiger Kupplungselemente im jeweiligen Drehkörper in gleichem Abstand in Umfangsrichtung gesehen gelagert. Der Abstand R der Achse 20.2 des Kurbelzapfens 20.1 entspricht dem Abstand R der Achse 21.2 des Kurbelzapfens 21.1. Wie Fig. 3 ferner erkennen läßt, sind die Verbindungslinien zwischen den beiden Drehachsen 13 und 14 einerseits und den Achsen 20.2 und 21.2 andererseits gleichgerichtet, bei dem hier dargestellten Aus­ führungsbeispiel horizontal, d. h. parallel zur Bezugsebene B ausgerichtet, wie auch in Fig. 1 dargestellt.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind, wie Fig. 3 erkennen läßt, vier derartiger Koppelkörper in gleichem Ab­ stand zueinander über den Umfang gesehen am Drehkörper 17 ge­ lagert. Wie Fig. 3 ferner erkennen läßt, sind die Verbin­ dungslinien zwischen den beiden Drehachsen 13 und 14 einer­ seits und den Drehachsen 21 und 22 andererseits gleichgerich­ tet, bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel horizon­ tal, d. h. parallel zur Bezugsebene B ausgerichtet, wie auch in Fig. 1 dargestellt.

Wird nun, wie anhand von Fig. 3 erläutert, über die Stellein­ richtung 10 die Kurbelwelle durch Verdrehen der Exzenterringe 3 verlagert, dann wird die Drehachse 13 auf einer entspre­ chenden Kreisbahn 22 bewegt und dementsprechend die Kurbel­ welle 1 insgesamt gegenüber der horizontalen Bezugsebene B um ein dem Schwenkwinkel entsprechendes Maß vertikal angehoben bzw. bei entgegengesetzter Drehrichtung um ein entsprechendes Maß abgesenkt.

Da die Achsen 20.2 und 21.2 der Kurbelelemente den gleichen Abstand zueinander wie die Drehachsen 13 und 14 aufweisen, bewegen sich auch die Achsen 21.2 auf einer der Kreisbahn 22 entsprechenden Bahn. Damit ergibt sich gegenüber der Bezugse­ bene B für die Achsen 20.2 und 21.2 der Kurbelelemente 19 die gleiche Ausrichtung wie für die Achsen 13 und 14.

Wird nun der Drehkörper 17 antreibend gedreht, so wird über die Kurbelelemente 19 die Drehbewegung und damit auch das Drehmoment gleichsinnig und ohne Drehzahlschwankungen auf den Drehkörper 18 übertragen, da sich die Ausrichtung der beiden Kurbelachsen 20.2 und 21.2 und auch die Ausrichtung der bei­ den Drehachsen 13 und 14 während der Drehbewegung nicht än­ dert. Lediglich die Kurbelelemente 19 werden entsprechend re­ lativ zwischen den beiden Drehkörpern 17 und 18 verdreht.

Bei der Verwendung eines derartigen Kupplungselementes an ei­ ner Kolbenbrennkraftmaschine in der anhand von Fig. 1 be­ schriebenen Art ist es besonders zweckmäßig, die Kurbelele­ mente 19 nicht gleichmäßig über den Umfang verteilt anzuord­ nen, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist, sondern unter Berück­ sichtigung der Zylinderzahl und des durch den Zündabstand der einzelnen Zylinder bedingten Gaskraftverlaufes in einem soge­ nannten "Koppelstern" in Gruppen zusammenzufassen. In Fig. 4 ist ein derartiger Koppelstern für einen 4-Zylinder-Reihen­ motor dargestellt mit einem Zündabstand von 180°.

Fig. 5 zeigt einen Koppelstern für einen 3- oder 6-Zylinder- Reihenmotor, der einen Zündabstand von 120° aufweist.

Fig. 6 zeigt einen Koppelstern für einen 8-Zylinder- Reihenmotor mit einem Zündabstand von 90°. Fig. 4, 5 und 6 zeigen Koppelsterne für gängige Zündabstände und gängige Zy­ linderzahlen für 4-Takt-Kolbenbrennkraftmaschinen. Bei ande­ ren Zylinderzahlen und anderen Zündabständen muß der Koppel­ stern entsprechend an die Kurbelwelle bzw. den Zündabstand angepaßt werden.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind bei dieser Konzeption die einzelnen Kurbelelemente 19 entsprechend der für einen 4-Zylinder-Reihenmotor gem. Fig. 1 vorgegebenen Bauform der Kurbelwelle in zwei um 180° versetzte Gruppen 23 auf den Drehkörpern 17 bzw. 18 angeordnet. Jede Gruppe 23 ist dann in wenigstens zwei Untergruppen unterteilt, wobei die Kurbelele­ mente 19 einer Untergruppe jeweils im gleichen Abstand zur jeweiligen Drehachse des zugeordneten Drehkörpers angeordnet sind, beispielsweise zur Drehachse 13 am Drehkörper 17. Die Untergruppen sind dann ihrerseits in unterschiedlichem Ab­ stand zur zugehörigen Drehachse am zugeordneten Drehkörper angeordnet. Die Ausrichtung des durch die beiden Gruppen 23 gebildeten Koppelsterns entspricht der Ausrichtung der Kur­ beln der Kurbelwelle, d. h. in Fig. 4 ist der dargestellte Drehkörper 17 für die Position der in Fig. 1 in der Totpunkt­ lage dargestellten 4-Zylinder-Kurbelwelle wiedergegeben. Da­ durch ist entsprechend Fig. 1 sichergestellt, daß die Kurbe­ lelemente immer unter 90° zu der durch die Zylinderachsen der 4-Zylinder-Maschine definierten Vertikalebene ausgerichtet sind. Zweckmäßig ist jedoch eine gegenüber dem "Kurbelstern" der Kurbelwelle verdrehte Anordnung des Koppelsterns, und zwar so, daß die parallele Ausrichtung des Koppelsterns zur Zylinderachse dann gegeben ist, wenn die Zylinder jeweils ge­ zündet werden, d. h. sich die Kolben jeweils im Zündtotpunkt befinden.

In Fig. 8 ist für eine 4-Zylinder-Reihenmaschine mit einem Zündabstand von 180° der Drehmomentverlauf über Grad- Kurbelwinkel dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, daß je­ weils im Bereich des Zündzeitpunktes ein Drehmomentmaximum auftritt. Werden nun die Kurbelelemente in Gruppen, jeweils abgestimmt auf die jeweilige Kolbenbrennkraftmaschine, zusam­ mengefaßt, wie dies vorstehend in Fig. 4 für eine 4-Zylinder- Reihenmaschine dargestellt ist, dann werden die Gruppen je­ weils so angeordnet, daß sie sich im Bereich der oberen Tot­ punktstellung befinden, wenn das Drehmomentmaximum auf die Kurbelwelle einwirkt. Da für die Übertragbarkeit des Drehmo­ mentes der Kurbelwelle auf die Abtriebswelle die Wirkradien der Kurbelelemente 19 zum Drehpunkt maßgebend sind, können auf diese Weise die Kurbelelemente so angeordnet werden, daß bei großen Kräften auch die größten Wirkradien zum Tragen kommen. Das bedeutet, daß im Kurbelwinkel der größten Bela­ stung auch eine Anhäufung von Koppelelementen zu sein hat. Messungen haben ergeben, daß bei einer derartigen Anordnung die Kurbelelemente belastungskonform positioniert sind und die auf die Kurbelelemente einwirkenden Lagerkräfte in etwa ein Drittel niedriger sind gegenüber eine Ausführungsform entsprechend Fig. 2 bzw. Fig. 3, bei der die Kurbelelemente gleichmäßig auf dem Umfang verteilt angeordnet sind.

Die in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellte Ausführungsform eines Kupplungselementes kann zum einen als allgemeines Ma­ schinenbauelement verwendet werden. Es ist aber auch möglich, ein derart einfach aufgebautes und schmalbauendes Kupplungs­ element an einer Kolbenbrennkraftmaschine in der in Fig. 1 wiedergegebenen Bauform an dem der Antriebsseite der Kolben­ brennkraftmaschine abgewandten freien Ende der Kurbelwelle anzuordnen, um so am Motorgehäuse 4 befestigte Nebenantriebe oder auch eine Nockenwelle auch dann antreiben zu können, wenn zum Zwecke der Änderung des Verdichtungsverhältnisses die Kurbelwelle, wie dargestellt, verlagerbar ist. Diese ein­ fache Bauform reicht aus, um die hier erforderlichen Drehmo­ mente zu übertragen.

Über das auf der Antriebsseite der Kolbenbrennkraftmaschine angeordnete Kupplungselement 16 muß jedoch das volle An­ triebsdrehmoment der Kolbenbrennkraftmaschine übertragbar sein, so daß hier wesentliche höhere Drehmomente durchgelei­ tet werden müssen. Fig. 7 zeigt hierbei eine besondere Aus­ führungsform für ein antriebsseitiges Kupplungselement für eine Kolbenbrennkraftmaschine.

Bei dieser Bauform ist die Kurbelwelle 1 im Exzenterring 3 gelagert, der seinerseits, wie anhand von Fig. 1 beschrieben, drehbar im Motorgehäuse 4 gelagert ist. Der scheibenförmige Drehkörper 17 ist fest mit dem Wellenstumpf 13 verbunden.

Die Abtriebswelle 15 ist ihrerseits mit dem Drehkörper 18 verbunden, der bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei fest miteinander verbundene Scheibenteile 18.1 und 18.2 aufweist, zwischen denen der ebenfalls scheibenförmig ausge­ bildete Drehkörper 17 angeordnet ist. Die beiden Drehkörper 17 und 18 sind wiederum über Kurbelelemente 19 miteinander verbunden, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten großen Zylinderkörper 20.1 und zwei beide Sei­ tenflächen des großen Zylinderkörpers überragende Zylinder­ körper 21.1 aufweist, so daß das Kurbelelement 19 doppelsei­ tig und damit kippmomentenfrei an den Drehkörpern 17 und 18 gelagert ist.

Der dem Motorgehäuse 4 zugewandte Scheibenteil 18.2 ist über ein Wälzlager 24 auf einem entsprechenden Ansatz des Exzen­ terringes 3 gelagert, so daß auch hier eine einwandfreie Ab­ stützung des Kupplungsbereiches gegeben ist.

Die Kurbelelemente 19 sind in Wälzlagern oder auch in Gleit­ lagern gelagert, wobei die Lager wiederum gegenüber den ent­ sprechenden Drehkörpern 17 bzw. 18 gummielastisch abgestützt sein können. Dies ist dann von Vorteil, wenn die Kurbelwelle selbst in einem Gleitlager gelagert ist. Über die gummiela­ stische Lagerung der Wälzlager an den Kurbelelementen kann dann das verhältnismäßig große Radialspiel der Kurbelwellen­ lagerung ausgeglichen werden. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn bei einer gleitgelagerten Kurbelwelle auch die Kurbelelemente 19 entsprechend gleitgelagert sind. Durch die Lagerung des Drehkörpers 18 über den Scheibenteil 18.2 mittels Wälzlager auf dem Exzenterring 3 ist sichergestellt, daß das Lagerspiel der Exzenterringe in die Lagerung des Drehkörpers 18 nicht eingeht.

Die in Fig. 7 dargestellte gehäuseartige Bauweise für den Drehkörper 18 stellt eine gestaltfeste Konstruktion dar, wo­ bei die Kurbelelemente zweiseitig und sehr steif gelagert sind. Die Lagerung des Drehkörpers 18 auf dem Exzenterring 3 bietet darüber hinaus die Möglichkeit, den Drehkörper 18 mit einem Zahnkranz 18.3 zu versehen, der mit einem Anlasserrit­ zel in Eingriff gebracht werden kann.

Die gehäuseartige Gestaltung des Drehkörpers 18 erlaubt es ferner, den vom Scheibenteil 18.1 und Scheibenteil 18.2 be­ grenzten Innenraum als Ölraum auszubilden, der an den Motor­ ölkreislauf angeschlossen ist. Im Betrieb füllt sich dieser Raum unter dem Einfluß der Fliehkraft über den gesamten Um­ fang, so daß über die jeweils den einzelnen Lagern der Kurbe­ lelemente zugeordneten Schmierkanäle 25 Öl zugeführt wird. Der durch die Fliehkraft bewirkte drehzahlabhängige Öldruck sorgt dafür, daß in jedem Fall Öl zu den Lagerstellen der Kurbelelemente gelangt.

In Fig. 3 ist ferner der in seinem ortsfesten Traglager 4 (hier nur angedeutet) gelagerte Exzenterring 3 ebenfalls dar­ gestellt. Wird nun der Exzenterring 3 in Richtung des Pfeiles 12 verdreht, dann wird die Drehachse 13 der Kurbelwelle 1 zu­ sammen mit dem Kurbelwellenlager 2 auf einer entsprechenden Kreisbahn 26 bewegt und dementsprechend die Kurbelwelle ins­ gesamt gegenüber der horizontalen Bezugsebene um ein Maß ent­ sprechend dem Schwenkwinkel angehoben und bei einer entgegen­ gesetzten Drehrichtung um ein entsprechendes Maß abgesenkt.

Da die Drehachsen 21 und 22 der Lagerteile und Gegenlagertei­ le des Koppelelements 23 den gleichen Querabstand aufweisen wie die Drehachsen 13 und 14, bewegt sich die Drehachse 21 des Lagerteils 19 auf der gleichen Kreisbahn wie die Drehach­ se 13 der Kurbelwelle. Damit ergibt sich gegenüber der Be­ zugsebene B für die Koppelelemente 23 zwischen dem Drehkörper 17 und dem Drehkörper 18 die gleiche Ausrichtung der beiden Achsen 21 und 22 wie bei den Achsen 13 und 14.

Wird nun der Drehkörper 17 antreibend gedreht, so wird über die Koppelelemente 23 die Drehbewegung und damit auch das Drehmoment gleichsinnig und ohne Drehzahlschwenkungen auf den Drehkörper 18 übertragen, da sich die Ausrichtung der beiden Drehachsen 21, 23 und die Ausrichtung der beiden Drehachsen 13, 14 während der Drehbewegung nicht ändert. Lediglich die Koppelelemente 23 werden entsprechend relativ in den Drehkör­ pern 17 und 18 verdreht.

Das vorstehend dargestellte Kurbelelement 19 kann auch in der Weise abgewandelt werden, daß am Drehkörper 18 ein dem Zylin­ derkörper 21.1 entsprechender Kurbelzapfen fest angeordnet ist, der mit seinem freien Ende in einer entsprechenden La­ gerbohrung im Zylinderkörper 20.1 gelagert ist. Diese Ausfüh­ rungsform ist kippmomentenfrei.

Claims (10)

1. Kupplungselement zur Verbindung von zwei gleichachsig hin­ tereinander und mit einer Exzentrizität (e) achsparallel zu­ einander angeordneten Wellen (13; 15), wobei die Höhenlage (a) einer Welle (13) zu einer festen Bezugsebene (B) durch achsparalleles Bewegen auf einer Kreisbahn (22) einstellbar ist, deren Durchmesser der Exzentrizizät (e) entspricht, mit zwei in parallelen Drehebenen ausgerichteten Drehkörpern (17; 18), die jeweils mit den einander zugeordneten Wellenenden (13; 15) verbindbar sind und die jeweils im gleichen radialen Abstand (R) zur jeweiligen Drehachse jeweils mit Lagerbohrun­ gen versehen sind, sowie mit beide Drehkörper (17; 18) ver­ bindenden Kurbelelementen (19), deren Kurbelradius der Exzen­ trizität (e) entspricht, wobei die Kurbelelemente (19) in Um­ fangsrichtung gesehen, im Abstand zueinander angeordnet sind.

2. Kupplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Kupplungselemente (19) in Gruppen (23) angeordnet sind, wobei die Gruppen (23) in Umfangsrichtung gesehen, in gleichem Umfangswinkel zueinander angeordnet sind.

3. Kupplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kurbelelemente einer Gruppe in wenigstens zwei Untergruppen angeordnet sind, wobei die Kurbelelemente (19) einer Untergruppe jeweils im gleichen Abstand zur jewei­ ligen Drehachse (13; 15) des zugeordneten Drehkörpers (17; 18) angeordnet sind und die Untergruppen ihrerseits in unter­ schiedlichem Abstand zur zugehörigen Drehachse (13; 15) des zugeordneten Drehkörpers (17; 18) angeordnet sind.

4. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelelement (19) aus einem ersten und einem zweiten Zylinderkörper (20.1, 21.1) gebildet wird, die achsversetzt zueinander angeordnet sind.

5. Kupplungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkörper den gleichen Durchmesser aufweisen.

6. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelelement (19) einen ersten Zy­ linderkörper (20.1) aufweist, der einen größeren Durchmesser als der zweite Zylinderkörper (21.1) aufweist, wobei der zweiten Zylinderkörper (21.1) sich innerhalb des Außenumfangs des ersten Zylinderkörpers (20.1) erstreckt und diesen in Achsrichtung zumindest auf einer Seite überragt.

7. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zylinderkörper in seinem vom zweiten Zylinderkörper nicht überdeckten Bereich mit einer Unwucht mindernden Ausnehmung (20.3) versehen ist.

8. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Drehkörper (18) zwei mit Abstand zueinander angeordnete und fest miteinander verbundene Schei­ benteile (18.1, 18.2) aufweist und daß der andere Drehkörper (17) scheibenförmig ausgebildet ist und zwischen den beiden Scheibenteilen (18.1, 18.2) angeordnet ist und daß die Kurbe­ lelemente (19) jeweils in beiden Scheibenteilen des einen Drehkörpers (18) einerseits und im Drehkörper (17) anderer­ seits gelagert sind.

9. Kupplungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der aus zwei Scheibenteilen (18.1, 18.2) zusammengesetzte Drehkörper (18) mit einem Scheibenteil (18.1) mit der orts­ fest gelagerten Welle (15) fest verbindbar ist und mit einem anderen Scheibenteil (18.2) auf einer koaxial zur Welle (3) angeordneten, ortsfesten Abstützung (3) drehbar gelagert ist.

10. Kolbenbrennkraftmaschine mit im Motorgehäuse (4) angeord­ neten Zylindern und darin geführten Kolben (6), die über Pleuel (5) mit einer Kurbelwelle (1) verbunden sind, die in Exzenterringen (3) gelagert ist, die ihrerseits im Motorge­ häuse (4) verdrehbar gelagert sind und von denen zumindest ein Teil jeweils mit einer Verdreheinrichtung (7) versehen ist, die mit einem Stellantrieb in Verbindung steht, wobei die Kurbelwelle (1) über ein Kupplungselement (16) mit einer Abtriebswelle (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupplungselement (16) verwendet wird, das Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.