DE10101227C1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine und Kurbelwelle hierfür - Google Patents
Hubkolbenbrennkraftmaschine und Kurbelwelle hierfürInfo
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Abstract
Eine Hubkolbenbrennkraftmaschine weist eine Kurbelwelle auf, bei der in axialer Richtung der Kurbelwelle mindestens zwei Hubzapfen mit jeweils zwei Kurbelwangen vorgesehen sind, wobei die Kurbelwangen eine unterschiedliche Breite aufweisen. Vorzugsweise ist der Abtrieb an einem Ende der Kurbelwelle vorgesehen und die Breite der Kurbelwangen nimmt von diesem Ende zum gegenüberliegenden Ende hin ab.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit
einer Kurbelwelle, bei der in axialer Richtung der
Kurbelwelle mindestens zwei Hubzapfen mit jeweils zwei
Kurbelwangen vorgesehen sind, sowie eine entsprechende
Kurbelwelle.
Bei Hubkolbenmotoren, insbesondere bei solchen
Hubkolbenmotoren, die für die Verwendung in Kraftfahrzeugen
vorgesehen sind, wird grundsätzlich ein möglichst kleines
Bauvolumen angestrebt. Einer der maßgeblichen Parameter für
die Aussenabmessungen des Hubkolbenmotors ist die Länge der
Kurbelwelle. Diese wird im wesentlichen bestimmt durch die
Breite und Anzahl der Pleuellager, der Hauptlager und der
Kurbelwangen. Die Auslegung der Breiten erfolgt unter einer
Vielzahl von konstruktiven Gesichtspunkten, wobei
insbesondere die von der Kurbelwelle zu übertragenden Kräfte
sowie das Schwingungsverhalten der Kurbelwelle Einfluß auf
die Dimensionierung der jeweiligen Abschnitte haben.
Die DE 199 44 930 A1 beschreibt ein Zylinder-Kurbelgehäuse in
Leichtmetall-Druckguß für eine Brennkraftmaschine, bei dem
zur Beherrschung des Heißlagerspieles die oberen
Hauptlagerhälften der Kurbelwellenlagerung als getrennte und
montierbare Lagerdeckel in Gußeisen-Legierung ausgebildet und
gegen das Leichtmetall-Kurbelgehäuse geschraubt sind.
Die DE 38 09 789 A1 offenbart eine Kurbelwelle, welche sich
dadurch auszeichnet, dass die maximalen Werkstoff
anstrengungen aller Kröpfungen der Kurbelwelle im
wesentlichen gleich groß sind und gleichzeitig die minimalen
Schmierfilmdicken aller Gleitlager im wesentlichen gleiche
Werte aufweisen.
Die DE 31 25 590 C1 offenbart eine Kurbelwelle für
mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit mehreren
Hubzapfen und Lagerzapfen, die durch Kurbelwangen miteinander
verbunden sind, wobei zur Verringerung des Gewichtes der
Kurbelwelle die Kurbelwangen entsprechend der auf sie
einwirkenden, entlang der Kurbelwelle im allgemeinen
unterschiedlichen Betriebsbelastung so bemessen sind, dass
die Beanspruchung durch mechanische Spannungen für alle
Kurbelwangen annähernd gleich ist.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine
Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle sowie eine
Kurbelwelle bereit zu stellen, die hinsichtlich ihrer
Längsabmessungen optimiert ist.
Die Lösung dieses technischen Problems ist in den
Patentansprüchen angegeben.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Kurbelwangen
verschiedener Breite vorzusehen, wobei die Kurbelwangen an
jeweils einem Hubzapfen die gleiche Breite aufweisen.
Grundsätzlich nimmt hierbei die Breite der Kurbelwangen von
der Stelle, an der der Abtrieb vorgesehen ist, zum freien
Wellenende hin ab. Anders ausgedrückt nimmt die Breite der
Kurbelwangen vom freien Wellenende der Kurbelwelle zur
Abtriebsseite hin zu. Hierbei wird dem Gedanken Rechnung
getragen, dass die Biegebeanspruchung einer Kurbelwelle zwar
an jeder Kröpfung gleich ist, die Torsionsbeanspruchung an
den Kurbelwangen jedoch unterschiedlich ist. Das
Beanspruchungskollektiv an der Kurbelwange ist an dem Punkt,
an dem die Drehmomentübertragung erfolgt, das heißt zum
Beispiel an der Abtriebsstelle zur Kupplung, am größten,
obwohl die maximale Amplitude der momentanen Beanspruchung an
einer anderen Kurbelwange liegen kann. Die für die
Dauerfestigkeit relevante Belastungshäufigkeit nimmt daher
von der Stelle, an der die Drehmomentübertragung erfolgt, das
heißt zum Beispiel von der Abtriebsstelle zur Kupplung weg
ab.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher
erläutert, in der
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kurbelwelle für
einen Sechszylinderboxermotor ist, wobei die Zuordnung der
Pleuellagermitten zu den Mitten der zugeordneten Zylinder im
kalten Zustand schematisch angedeutet ist, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Kurbelwelle eines
Sechszylinderboxermotors ist, wobei die Zuordnung der
Pleuellagermitten zu den zugeordneten Zylindern im
betriebswarmen Zustand schematisch dargestellt ist.
Die Dimensionierung einer Kurbelwelle stellt grundsätzlich
ein diffiziles konstruktives Problem dar, bei dem eine
Vielzahl von Parametern beachtet werden muss. Besonders
schwierig ist die Konstruktion der Kurbelwelle eines
Boxermotors. Aufgrund der großen Lageranzahl ist die
Kurbelwelle eines Boxermotors relativ lang. Um dennoch eine
vertretbare Gesamtlänge der Kurbelwelle zu erreichen, werden
üblicherweise relativ schmale Kurbelwangen vorgesehen.
Insbesondere in Fällen, in denen ein großer Hubraum
realisiert werden soll, ist jedoch eine steife Kurbelwelle
notwendig, was wiederum breite Kurbelwangen erfordert. Wenn
dennoch relativ schmale Kurbelwangen realisiert werden, wird
mitunter der Versuch unternommen, die Steifigkeit der
Kurbelwelle dadurch zu erhöhen, dass ein relativ hoher
berdeckungsgrad zwischen Pleuellager und Hauptlager bereit
gestellt wird. Ein typisches Maß für den
Hauptlagerdurchmesser eines Sechszylinderboxermotors ist
beispielsweise 60 mm, wobei das typische Maß für das
Pleuellager in diesem Fall 55 mm beträgt.
Ein starkes Pleuellager hat zur Folge, dass die Pleuelgeige
sehr umfangreich wird. Hierdurch wird die Bodenfreiheit des
Motors beeinträchtigt, insbesondere dann, wenn eine Ölpumpe
unterhalb des Motors angeordnet ist.
Aus entsprechenden Gründen weisen Boxermotoren zudem oftmals
einen relativ geringen Hub auf, so dass in der Praxis
unvorteilhaft große Bohrungs-/Hubverhältnisse realisiert
sind. Bei einer Vergrößerung des Hubs rücken die Pleuelgeigen
dichter zueinander, so dass eine Kollision zwischen dem
Kolben am unteren Totpunkt und der Pleuelbewegung des
gegenüber liegenden Zylinders erfolgen kann. Eine
Kompensation dieses Problems über ein kürzeres Kolbenhemd
würde, insbesondere bei höherer Laufleistung, zu
Klappergeräuschen und entsprechenden Nachteilen in der
Standfestigkeit führen.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eines
Sechszylinderboxermotors ist die Breite der Kurbelwangen
exakt auf das tatsächliche Lastkollektiv im befeuerten
Motorbetrieb ausgelegt. Die in den Figuren dargestellte
Kurbelwelle 1 weist ein sogenanntes freies Wellenende 2 und
ein Abtriebswellenende 3 auf. An dem Abtriebswellenende 3
wird die Motorleistung abgenommen und, vorzugsweise über eine
Kupplung, an ein Getriebe weitergeleitet. An dem freien
Wellenende 2 wird allenfalls ein relativ geringer Teil der
inneren Motorleistung abgenommen, beispielsweise für den
Antrieb des Ventiltriebs oder für den Antrieb von
Nebenaggregaten wie Lichtmaschine, Klimakompressor etc..
In den Figuren sind oberhalb der Kurbelwelle 1 die Zylinder
11, 13 und 15 einer ersten Zylinderbank und unterhalb der
Kurbelwelle 1 die Zylinder 12, 14 und 16 der zweiten
Zylinderbank schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Lage der Pleuellagermitten zu den Mitten der
zugeordneten Zylinder im kalten Zustand, d. h. im Zustand der
Montage. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, fluchtet die Mitte
des ersten Pleuellagers 21 im wesentlichen mit der
Mittelachse des zugeordneten Zylinders 11. Der Begriff im
wesentlichen bedeutet hierbei, dass lediglich die
unterschiedliche Wärmedehnung über den Abstand zwischen dem
Passlager bzw. Axiallager und der Mitte des ersten
Pleuellagers aufgefangen werden muß, was in der Praxis nahezu
unerheblich ist. Der Abstand zwischen dem Passlager bzw.
Axiallager und der Mitte des zweiten Pleuellagers ist
demgegenüber erheblich größer, so dass hierbei ein deutlicher
Versatz erforderlich ist.
Entsprechend ist die Mitte des zweiten Pleuellagers 22
gegenüber der Mitte des zweiten Zylinders 12 zum freien
Wellenende 2 hin versetzt. Der Versatz nimmt mit jedem
weiteren Pleuellager zu. Bei einem Zylinderabstand von
jeweils 120 mm zwischen zwei benachbarten Zylindern einer
Bank, d. h. beispielsweise einem Zylinderabstand von 120 mm
zwischen den Zylindern 11 und 13 sowie zwischen den Zylindern
13 und 15 und einem Abstand der Kurbelwangen im Bereich der
Pleuellager von einheitlich 20,5 mm wird der Versatz dadurch
erreicht, dass die Hauptlagerbreiten, abgesehen von dem
Axiallager 51, beginnend mit dem Kurbelwellenhauptlager 52
zum freien Wellenende 2 hin zunehmen. Bei einer Breite des
Axiallagers 51 von 24 mm hat beispielsweise das erste
Hauptlager 52 eine Breite von 21 mm, das zweite Hauptlager 53
eine Breite von 23 mm, das dritte Hauptlager 54 eine Breite
von 25 mm, das vierte Hauptlager 55 eine Breite von 27 mm,
das fünfte Hauptlager 56 eine Breite von 29 mm und das
sechste Hauptlager 57 eine Breite von 31 mm.
Während die Breite der Hauptlager zum freien Wellenende hin
zunimmt, nimmt die Breite der Kurbelwangen zum freien
Wellenende hin ab. So haben beispielsweise die Kurbelwangen
111, 112 zu beiden Seiten des ersten Pleuellagers 21 eine
Breite von jeweils 10 mm, die Kurbelwangen 113, 114 zu beiden
Seiten des zweiten Pleuellagers 22 eine Breite von jeweils
9,5 mm, die beiden Kurbelwangen 115, 116 zu beiden Seiten des
dritten Pleuellagers 23 eine Breite von jeweils 9 mm, die
beiden Kurbelwangen 117, 118 zu beiden Seiten des vierten
Pleuellagers 24 eine Breite von 8,5 mm, die beiden
Kurbelwangen 119, 120 zu beiden Seiten des fünften
Pleuellagers 25 eine Breite von jeweils 8 mm und die beiden
Kurbelwangen 121, 122 zu beiden Seiten des sechsten
Pleuellagers 26 eine Breite von jeweils 7,5 mm.
Fig. 2 zeigt die Kurbelwelle gemäß Fig. 1 hinsichtlich ihrer
Lageorientierung zu den Zylinderbohrungen im betriebswarmen
Zustand. Bei der beschriebenen Ausführungsform besteht das
Kurbelgehäuse aus einer Aluminiumlegierung und die
Kurbelwelle ist aus Stahl gefertigt. Hierdurch ergeben sich
unterschiedliche Wärmeausdehnungen für das Kurbelgehäuse
einerseits und die Kurbelwelle andererseits. Aufgrund der
größeren Wärmedehnung des Kurbelgehäuses wird der
ursprüngliche Versatz im kalten Montagezustand im
betriebswarmen Zustand vollständig aufgehoben, so dass im
betriebswarmen Zustand die Mitten der Pleuellager mit den
Mitten der zugeordneten Zylinder fluchten. Im Montagezustand,
d. h. bei Umgebungstemperatur (z. B. 20°C) fluchtet die Mitte
des ersten Pleuellagers 21 mit der Mitte des ersten
Zylinders 11, zwischen dem zweiten Pleuellager 22 und der
Mittelachse des zweiten Zylinders 12 liegt ein Versatz von
1 mm vor, zwischen dem dritten Pleuellager 23 und der
Mittelachse des dritten Zylinders 13 ein Versatz von 3 mm,
zwischen dem vierten Pleuellager 24 und der Mittelachse des
vierten Zylinders 14 ein Versatz von 6 mm, zwischen dem
fünften Pleuellager 25 und der Mittelachse des fünften
Zylinders 15 ein Versatz von 10 mm und zwischen dem sechsten
Pleuellager 26 und der Mittelachse des sechsten Zylinders 16
ein Versatz von 15 mm. Im Bereich des sechsten Zylinders 16,
der am weitesten von dem Axiallager 51 entfernt ist, tritt
somit der größte Versatz auf. Da in diesem Bereich jedoch die
schmalste Breite der Kurbelwangen vorgesehen ist, kann die
Verschiebung aufgrund des unterschiedlichen
Wärmedehnverhaltens bei der Konstruktion des Kurbelgehäuses
relativ einfach berücksichtigt werden.
Claims (5)
1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1),
bei der in Axialrichtung der Kurbelwelle mindestens zwei
Hubzapfen mit jeweils zwei Kurbelwangen vorgesehen sind,
wobei die Kurbelwangen (111, 112, 113, 114, 115, 116,
117, 118, 119, 120, 121, 122) eine unterschiedliche
Breite aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kurbelwangen (111, 112, 113, 114, 115, 116,
117, 118, 119, 120, 121, 122) an jeweils einem Hubzapfen
die gleiche Breite aufweisen, so dass die Breite der
Kurbelwangen (111, 112; 113, 114; 115, 116; 117, 118;
119, 120; 121, 122) paarweise abnimmt.
2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hubkolbenbrennkraftmaschine ein
6-Zylinder Boxermotor ist.
3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei das Kurbelgehäuse und die Kurbelwelle
aus Materialien mit unterschiedlichen
Wärmedehnungsverhalten gefertigt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsabmessungen der Kurbelwelle (1) und des
Kurbelgehäuses so gewählt sind, dass bei der
Betriebstemperatur der Hubkolbenbrennkraftmaschine die
Mittelachse jedes Zylinders (11, 12, 13, 14, 15, 16) mit
der Mitte des entsprechenden Pleuellagers (21, 22, 23,
24, 25, 26) fluchtet.
4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei das
Axiallager an der Stelle vorgesehen ist, an der der
Abtrieb stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass im
Montagezustand die Mittelachse des dem Axiallager (51)
am nächsten gelegenen Pleuellagers (21) mit der Mitte
des entsprechenden Zylinders (11) im wesentlichen
fluchtet und die Mittelachse jedes weiter von dem
Axiallager entfernt gelegenen Pleuellagers (22, 23, 24,
25, 26) bezüglich der Mitte des entsprechenden Zylinders
(12, 13, 14, 15, 16) zum freien Wellenende (2) hin
versetzt ist, wobei der Versatz mit jedem weiter von dem
Axiallager (51) entfernt angeordneten Zylinder (12, 13,
14, 15, 16) zunimmt.
5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der
Kurbelwangen (111, 112; 113, 114; 115, 116; 117, 118;
119, 120; 121, 122) im Bereich der Hauptlager (52, 53,
54, 55, 56, 57) der Kurbelwelle mit zunehmendem Abstand
vom Axiallager (51) zum freien Kurbelwellenende hin
zunimmt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001101227 DE10101227C1 (de) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Hubkolbenbrennkraftmaschine und Kurbelwelle hierfür |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE2001101227 DE10101227C1 (de) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Hubkolbenbrennkraftmaschine und Kurbelwelle hierfür |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10101227C1 true DE10101227C1 (de) | 2002-04-18 |
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ID=7670383
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001101227 Expired - Fee Related DE10101227C1 (de) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | Hubkolbenbrennkraftmaschine und Kurbelwelle hierfür |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10101227C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015211297A1 (de) * | 2015-06-19 | 2016-12-22 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Kurbelwellenrohling |
Citations (3)
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DE3125590C1 (de) * | 1981-06-30 | 1982-12-16 | Audi Nsu Auto Union Ag, 7107 Neckarsulm | Kurbelwelle |
DE3809789A1 (de) * | 1988-03-23 | 1989-10-05 | Kloeckner Humboldt Deutz Ag | Kurbelwelle |
DE19944930A1 (de) * | 1999-09-20 | 2000-03-23 | Christian Puchas | Zylinder-Kurbelgehäuse in Leichtmetall-Druckguß für eine schnellaufende Kolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine |
-
2001
- 2001-01-12 DE DE2001101227 patent/DE10101227C1/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ERNST, ARMIN, 88477 SCHWENDI, DE |
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