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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 C grundsätzlich bekannt.
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In
bestimmten Anwendungsfällen
ist es erforderlich, daß die
Höhenlage
einer der Wellen zu einer festen Bezugsebene verändert werden muß, während die
andere Welle ihre definierte Lage zur Bezugsebene behält. Das
Problem besteht hierbei darin, daß beide Wellen trotz der einstellbaren
Veränderung
der Höhenlage
zur Bezugsebene im gleichen Drehsinn und insbesondere mit gleicher
Drehzahl umlaufen müssen,
wobei durch das Kupplungselement auf die angetriebene Welle keine
Drehzahlschwankungen aufgeprägt
werden dürfen.
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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 Bezugsebene
vorgenommen wird.
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Aus
DE 36 44 721 A1 ist
eine derartige Kolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der dieses
Problem dadurch gelöst
worden ist, daß an
einem Verstellexzenter für
die Veränderung
der Höhenlage
der Kurbewelle ein Lagergehäuse
befestigt ist, in das einenends ein mit der Kurbelwelle verbundenes
Antriebsritzel hineinragt und in das anderenends mit dem vorgegebenen
Querabstand 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 Abtriebsritzel
erfolgt durch ein gleichachsiges Umlaufräderpaar, von denen ein Rad
auf dem Antriebsritzel abrollt und das andere Rad auf dem Abtriebsritzel
abrollt. Mit dieser Anordnung ist jede Höhenverstellung ohne die Aufprägung von
Drehungleichförmigkeiten
auf den Abstriebsstrang gewährleistet.
Der Nachteil besteht jedoch darin, daß nur Raum für geringe
Zahnraddurchmesser zur Verfügung
steht, so daß das
gesamte Drehmoment der Kolbenbrennkraftmaschine über Zahnräder mit geringem Durchmesser übertragen
werden muß.
Hierdurch ergeben sich sehr schnell Grenzen in der Größe des übertragbaren
Drehmomentes. Ferner müssen
die Zahnkräfte
als Reaktionskräfte über eine
entsprechende Lagerung im unmittelbaren Getriebebereich aufgenommen
werden. Ein weiterer Nachteil der Anordnung besteht in einer verhältnismäßig großen Baulänge.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungselement zu
schaffen, das die Probleme einer einstellbaren Wellenverlagerung
löst und mit
dem große
Drehmomente übertragen
werden können
und das gleichzeitig aber auch kurz baut und das auch zur Verbindung
einer Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einer Antriebswelle
einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch ein Kupplungselement, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
aufweist.
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Mit
Hilfe eines derartigen Kupplungselementes ist es möglich, innerhalb
der vorgegebenen Exzentrizität
e beliebige Höhenlagen
der achs-parallel zueinander bewegbaren Wellen einzustellen, wobei gewährleistet
ist, daß die
Drehzahl des antreibenden Drehkörpers über die
Kurbelelemente ohne jegliche Drehzahlschwankung auf den angetriebenen
Drehkörper übertragen wird. Über die
Dimensionierung der Kurbelelemente in den Drehkörpern ist eine Auslegung für das jeweils
zu übertragende
maximale Drehmoment möglich.
Neben einer entsprechenden Dimensionierung kann auch noch durch
eine Erhöhung
der Zahl der Kurbelelemente auf einem oder auch unterschiedlichen
Teilkreisen das durchleitbare maximale Drehmoment vergrößert werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kupplungselementes besteht
darin, daß keine
Rückstellkräfte auf
die Lagerungen der Drehkörper
wirken. Dadurch, daß 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, ergibt sich eine kippfreie Drehmomentdurchleitung.
Dies ist insbesondere bei der Verwendung an einer Motorkurbelwelle
von Bedeutung.
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Entsprechend
dem zu übertragenden
Drehmoment ist es grundsätzlich
möglich,
mehrere Kurbelelemente auf den Umfang der Drehkörper verteilt vorzusehen, wobei
die Kurbelelemente jeweils auch auf verschiedenen Radien mit ihren
Kurbelachsen in den zugehörigen
Drehkörpern
gelagert sein können. In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei
vorgesehen, daß jeweils
mehrere Kurbelelemente in Gruppen angeordnet sind, wobei die Gruppen
in Umfangsrichtung gesehen, 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 Abtriebswelle 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 wirksame 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.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
daß das
Kurbelelement aus einem ersten und einem zweiten Zylinderkörper gebildet
wird, die achsversetzt zueinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt
sich ein sehr kurzbauendes Kurbelelement. Die Anordnung kann hierbei
so getroffen werden, daß die
Zylinder den gleichen Durchmesser aufweisen. Zweckmäßig ist
es jedoch, wenn das Kurbelelement einen ersten Zylinderkörper aufweist
der einen größeren Durchmesser
als der zweite Zylinderkörper
aufweist, wobei der zweite Zylinderkörper sich innerhalb des Außenumfangs
des ersten Zylinderkörpers
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 Ausnehmung versehen ist. Die
Ausnehmung kann hierbei so bemessen sein, daß die durch die Ausnehmung
aus dem ersten Zylinderkörper "fehlende" Masse in etwa der
Masse des zweiten Zylinderkörpers
entspricht.
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Zur
kippfreien Übertragung
des durchzuleitenden Drehmomentes vom treibenden Drehkörper auf
den getriebenen Drehkörper
ist es in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Kurbelelemente
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 aufweisende
erste Zylinderkörper
nach beiden Seiten hin jeweils von einem Zylinderkörper mit
geringerem Durchmesser überragt
wird. Ein derart gestaltetes Kurbelelement ist dann mit seinem ersten
Zylinderkörper
in dem zwischen den beiden Scheibenteilen liegenden Drehkörper gelagert,
während
die exzentrisch zur Drehachse des ersten Zylinderkörpers mit
großem
Durchmesser angeordneten zweiten Zylinderkörper mit kleinem Durchmesser
in den beiden Scheibenteilen des anderen Drehkörpers gelagert sind. Durch
ein derartiges zweifach gelagertes Kurbelelement ergibt sich dann
eine kippfreie Übertragung
des durchzuleitenden Drehmomentes.
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Die
Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 als
Anwendungsbeispiel eine perspektivische Schemadarstellung einer
Vierzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine mit verlagerbarer Kurbelwelle
zur Veränderung
des Verdichtungsverhältnisses,
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2 einen
Horizontalschnitt durch ein Kupplungselement gemäß der Linie II-II in 1,
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3 eine
Aufsicht auf das Kupplungselement gemäß 2 in Achsrichtung
gesehen,
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4 eine
Aufsicht auf ein Kupplungselement mit einem "Koppelstern" für
eine 4-Zylinder-Reihenmaschine,
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5 eine
Aufsicht entsprechend 4 mit einem "Koppelstern für eine 3-Zylinder-Reihenmaschine,
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6 eine
Aufsicht entsprechend 4 mit einem "Koppelstern" für
eine 8-Zylinder-Reihenmaschine,
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7 einen
Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform
eines Kupplungselementes zur kippfreien Drehmomentübertragung,
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8 den
Drehmomentverlauf in Abhängigkeit
von der Kurbelwellendrehung bei einer 4-Zylinder-Viertekt-Reihenmaschine.
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Wie
die schematische Darstellung gem. 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 Traglagergn eines angedeuteten
Motorblocks 4 gelagert sind. Mit der Kurbelwelle 1 sind über Pleuel 5 jeweils
die hier nur schematisch angedeuteten Kolben 6 verbunden. Die
Kurbelwelle ist in einer Stellung gezeigt, in der die Kolben 61 und 64 sich
in der oberen Totpunktstellung befinden, während sich die Kolben 62 und 63 in
der unteren Totpunktstellung befinden. Zumindest einer der Exzenterringe 3 ist
starr mit einer als Schwenkhebel 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 Exzenterringe 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 Doppelpfeiles 11 werden
die Schenkhebel 7 entsprechend hin und her verschwenkt
(Doppelpfeil 12), so daß sich durch die Verdrehung
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 Bezugsebene verändert. Das Bezugszeichen 13 wird
nachstehend auch für
den der Kurbelwelle 1 zugehörigen Wellenstumpf verwendet.
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Wie
aus 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 Höhenlage
a nach oben oder unten bewegt. Dadurch wird die Drehachse 13 der
Kurbelwelle in bezug auf die ortsfeste horizontale 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.
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Der
Abtrieb der Kolbenbrennkraftmaschine durch den die Kurbelwelle 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 Exzentriziztät e gegebenen
Querabstand zwischen der Drehachse 13 und der Achse der
Abtriebswelle 15 zu überbrücken, ist
der mit der Kurbelwelle 1 verbundene Wellenstumpf 13 über ein
Kupplungselement 16 mit der Abtriebswelle 15 verbunden.
Das Kupplungselement 16 wird im wesentlichen durch einen
ersten, mit dem Wellenstumpf 13 der Kurbelwelle 1 fest
verbundenen Drehkörper 17 und
einen zweiten, mit der Abtriebswelle 15 fest verbundenen
Drehkörper 18 gebildet.
Die beiden Drehkörper 17 und 18 sind
in parallelen Drehebenen dicht nebeneinander angeordnet und sind über Kurbelelemente 19 miteinander
verbunden. Der Kurbelradius der Kurbelelemente 19 entspricht
der Exzenrizität
e der Drehachse 13 der Kurbelwelle 1 zur ortsfesten
Schwenkachse 14 der Exzenterringe 3. Funktion
und konstruktiver Aufbau werden nachfolgend anhand der 2 und 3 sowie
für eine
bevorzugte Ausführungsform anhand
von 7 näher
erläutert.
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In 2 ist
schematisch ein Ausführungsbeispiel
für ein
Kupplungselement 16 im Vertikalschnitt dargestellt und
in 3 in einer zugeordneten Aufsicht in Achsrichtung
dargestellt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist der Wellenstumpf 13 der Kurbelwelle 1 mit
dem beispielsweise scheibenförmig
ausgebildeten Drehkörper 17 fest verbunden,
dessen Drehachse mit der Drehachse 13 der Kurbellwelle
zusammenfällt.
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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.
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Die
beiden Drehkörper 17 und 18 sind über wenigstens
zwei Kurbelelemente 19 miteinander verbunden, die mit ihren
Kurbelzapfen 20 und 21 frei drehbar in den zugeordneten
Drehkörpern 17 und 18 gelagert
sind. Der Abstand zwischen den beiden Kurbelzapfen 20 und 21 bildet
den Kurbelradius, der der Exzentrizität e zwischen den beiden Drehachsen 13 und 14 entspricht.
Die Kurbelkörper
sind hierbei so ausgerichtet, daß ihre Kurbelarme in bzw. parallel
zu der durch die beiden Achsen 13 und 14 definierten Ebene
verlaufen. Wie 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 Zylnderkörper 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
Wälzlager,
insbesondere in Form von Nadellagern erfolgen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn
wenigstens an einem Drehkörper
die Wälzlager
elastisch gegenüber
dem Drehkörper
abgestützt sind.
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Wie
die Aufsicht gem. 3 erkennen läßt, sind vier derartiger 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 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 Ausführungsbeispiel
horizontal, d. h. parallel zur Bezugsebene B ausgerichtet, wie auch
in 1 dargestellt.
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Bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind, wie 3 erkennen läßt, vier derartiger Koppelkörper in
gleichem Abstand zueinander über den
Umfang gesehen am Drehkörper 17 gelagert. Wie 3 ferner
erkennen läßt, sind
die Verbindungslinien zwischen den beiden Drehachsen 13 und 14 einerseits
und den Drehachsen 21 und 22 andererseits gleichgerichtet,
bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
horizontal, d. h. parallel zur Bezugsebene B ausgerichtet, wie auch
in 1 dargestellt.
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Wird
nun, wie anhand von 3 erläutert, über die Stelleinrichtung 10 die
Kurbelwelle durch Verdrehen der Exzenterringe 3 verlagert,
dann wird die Drehachse 13 auf einer entsprechenden Kreisbahn 22 bewegt
und dementsprechend die Kurbelwelle 1 insgesamt gegenüber der
horizontalen Bezugsebene B um ein dem Schwenkwinkel entsprechendes
Maß vertikal
angehoben bzw. bei entgegengesetzter Drehrichtung um ein entsprechendes
Maß abgesenkt.
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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 Bezugsebene B für
die Achsen 20.2 und 21.2 der Kurbelelemente 19 die
gleiche Ausrichtung wie für die
Achsen 13 und 14.
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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 beiden Drehachsen 13 und 14 während der
Drehbewegung nicht ändert.
Lediglich die Kurbelelemente 19 werden entsprechend relativ
zwischen den beiden Drehkörpern 17 und 18 verdreht.
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Bei
der Verwendung eines derartigen Kupplungselementes an einer Kolbenbrennkraftmaschine in
der anhand von 1 be schriebenen Art ist es besonders
zweckmäßig, die
Kurbelelemente 19 nicht gleichmäßig über den Umfang verteilt anzuordnen, wie
dies in 3 angedeutet ist, sondern unter
Berücksichtigung
der Zylinderzahl und des durch den Zündabstand der einzelnen Zylinder
bedingten Gaskraftverlaufes in einem sogenannten "Koppelstern" in Gruppen zusammenzufassen.
In 4 ist ein derartiger Koppelstern für einen
4-Zylinder-Reihenmotor dargestellt mit einem Zündabstand von 180°.
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5 zeigt
einen Koppelstern für
einen 3- oder 6-Zylinder-Reihenmotor,
der einen Zündabstand
von 120° aufweist.
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6 zeigt
einen Koppelstern für
einen 8-Zylinder-Reihenmotor
mit einem Zündabstand
von 90°. 4, 5 und 6 zeigen
Koppelsterne für gängige Zündabstände und
gängige
Zylinderzahlen für
4-Takt-Kolbenbrennkraftmaschinen. Bei anderen Zylinderzahlen und
anderen Zündabständen muß der Koppelstern
entsprechend an die Kurbelwelle bzw. den Zündabstand angepaßt werden.
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Wie
aus 4 ersichtlich, sind bei dieser Konzeption die
einzelnen Kurbelelemente 19 entsprechend der für einen
4-Zylinder-Reihenmotor gem. 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 Kurbelelemente 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 Abstand
zur zugehörigen
Drehachse am zugeordneten Drehkörper
angeordnet. Die Ausrichtung des durch die beiden Gruppen 23 gebildeten
Koppelsterns entspricht der Ausrichtung der Kurbeln der Kurbelwelle,
d. h. in 4 ist der dargestellte Drehkörper 17 für die Position
der in 1 in der Totpunktlage dargestellten 4-Zylinder-Kurbelwelle
wiedergegeben. Dadurch ist entsprechend 1 sichergestellt,
daß die
Kurbel elemente 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 gezündet
werden, d. h. sich die Kolben jeweils im Zündtotpunkt befinden.
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In 8 ist
für eine
4-Zylinder-Reihenmaschine mit einem Zündabstand von 180° der Drehmomentverlauf über Grad-Kurbelwinkel dargestellt. Hierbei
ist zu erkennen, daß jeweils
im Bereich des Zündzeitpunktes
ein Drehmomentmaximum auftritt. Werden nun die Kurbelelemente in
Gruppen, jeweils abgestimmt auf die jeweilige Kolbenbrennkraftmaschine,
zusammengefaßt,
wie dies vorstehend in 4 für eine 4-Zylinder-Reihenmaschine dargestellt
ist, dann werden die Gruppen jeweils so angeordnet, daß sie sich
im Bereich der oberen Totpunktstellung befinden, wenn das Drehmomentmaximum auf
die Kurbelwelle einwirkt. Da für
die Übertragbarkeit
des Drehmomentes 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 Belastung
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 2 bzw. 3, bei der
die Kurbelelemente gleichmäßig auf dem
Umfang verteilt angeordnet sind.
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Die
in 2 und 3 schematisch dargestellte Ausführungsform
eines Kupplungselementes kann zum einen als allgemeines Maschinenbauelement
verwendet werden. Es ist aber auch möglich, ein derart einfach aufgebautes
und schmalbauendes Kupplungs element an einer Kolbenbrennkraftmaschine
in der in 1 wiedergegebenen Bauform an dem
der Antriebsseite der Kolbenbrennkraftmaschine 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 einfache
Bauform reicht aus, um die hier erforderlichen Drehmomente zu übertragen.
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Über das
auf der Antriebsseite der Kolbenbrennkraftmaschine angeordnete Kupplungselement 16 muß jedoch
das volle Antriebsdrehmoment der Kolbenbrennkraftmaschine übertragbar
sein, so daß hier
wesentliche höhere
Drehmomente durchgeleitet werden müssen. 7 zeigt
hierbei eine erfindungsgemäße Ausführungsform
für ein
antriebsseitiges Kupplungselement für eine Kolbenbrennkraftmaschine.
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Bei
dieser erfindungsgemäßen Bauform
ist die Kurbelwelle 1 im Exzenterring 3 gelagert,
der seinerseits, wie anhand von 1 beschrieben,
drehbar im Motorgehäuse 4 gelagert
ist. Der scheibenförmige
Drehkörper 17 ist
fest mit einem Wellenstumpf 13.1 an der Kurbelwelle 1 verbunden.
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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
ausgebildete 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 Seitenflächen
des großen
Zylinderkörpers überragende
Zylinderkörper 21.1 aufweist,
so daß das
Kurbelelement 19 doppelseitig und damit kippmomentenfrei
an den Drehkörpern 17 und 18 gelagert
ist.
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Der
dem Motorgehäuse 4 zugewandte Scheibenteil 18.2 ist über ein
Wälzlager 24 auf
einem entsprechenden Ansatz des Exzenterringes 3 gelagert,
so daß auch
hier eine einwandfreie Abstützung des
Kupplungsbereiches gegeben ist.
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Die
Kurbelelemente 19 sind in Wälzlagern oder auch in Gleitlagern
gelagert, wobei die Lager wiederum gegenüber den entsprechenden Drehkörpern 17 bzw. 18 gummielastisch
abgestützt
sein können.
Dies ist dann von Vorteil, wenn die Kurbelwelle selbst in einem
Gleitlager gelagert ist. Über
die gummielastische Lagerung der Wälzlager an den Kurbelelementen
kann dann das verhältnismäßig große Radialspiel
der Kurbelwellenlagerung 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.
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Die
in 7 dargestellte gehäuseartige Bauweise für den Drehkörper 18 stellt
eine gestaltfeste Konstruktion dar, wobei 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 Anlasserritzel
in Eingriff gebracht werden kann.
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Die
gehäuseartige
Gestaltung des Drehkörpers 18 erlaubt
es ferner, den vom Scheibenteil 18.1 und Scheibenteil 18.2 begrenzten
Innenraum als Ölraum
auszubilden, der an den Motorölkreislauf
angeschlossen ist. Im Betrieb füllt
sich dieser Raum unter dem Einfluß der Fliehkraft über den
gesamten Umfang, so daß über die
jeweils den einzelnen Lagern der Kurbelelemente 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.
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In 3 ist
ferner der in seinem ortsfesten Traglager 4 (hier nur angedeutet)
gelagerte Exzenterring 3 ebenfalls dargestellt. Wird nun
der Exzenterring 3 in Richtung des Pfeiles 12 verdreht,
dann wird die Drehachse 13 der Kurbelwelle 1 zusammen
mit dem Kurbelwellenlager 2 auf einer entsprechenden Kreisbahn 26 bewegt
und dementsprechend die Kurbelwelle insgesamt gegenüber der
horizontalen Bezugsebene um ein Maß entsprechend dem Schwenkwinkel
angehoben und bei einer entgegengesetzten Drehrichtung um ein entsprechendes
Maß abgesenkt.
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Da
die Drehachsen 21 und 22 der Lagerteile und Gegenlagerteile
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 Drehachse 13 der Kurbelwelle. Damit ergibt
sich gegenüber
der Bezugsebene 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.
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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 Drehkörpern l7 und 18 verdreht.
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Das
vorstehend dargestellte Kurbelelement 19 kann auch in der
Weise abgewandelt werden, daß am
Drehkörper 18 ein
dem Zylinderkörper 21.1 entsprechender
Kurbelzapfen fest angeordnet ist, der mit seinem freien Ende in
einer entsprechenden Lagerbohrung im Zylinderkörper 20.1 gelagert
ist. Diese Ausführungsform
ist kippmomentenfrei.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand des Anwendungsfalls einer Kolbenbrennkraftmaschine erläutert. Sie
ist in gleicher Weise für
alle Kolbenmaschinen anwendbar, bei denen zur Veränderung
der Betriebsbedingungen durch Verlagerung der Kurbelwelle der "aktive" Hubraum der einzelnen
Zylinder einstellbar ist, beispielsweise bei einem Kolbenverdichter.
Da hierfür
bei dem erfindungsgemäßen Kupplungselement
auch bei einer Verlagerung der Kurbelwelle relativ zur Antriebswelle
die Antriebswelle, d. h. die Kurbelwelle ohne Drehzahlschwankungen
angetrieben wird, entfallen nachteilige Rückwirkungen auf den Antrieb,
die bei einer durch die Kupplung erzeugten Drehungsleichförmigkeit
auftreten können.
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Darüber hinaus
ist das erfindungsgemäße Kupplungselement
aufgrund seiner konstruktiven Vorteile (kurze Baulänge, Vervielfachung
der Kurbelelemente zur Übertragung
großer
Drehmomente) und betrieblichen Vorteile (Drehzahlkonstanz bei Änderung
der Position der Wellen zueinander) für alle Anwendungsfälle einsetzbar,
in denen vergleichbare Verlagerungen zweier miteinander verbundener
Wellen zueinander vorgenommen werden müssen.