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Die
Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
derartige Hubkolben-Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der
DE 103 48 345.4 A1 bekannt
und wird üblicherweise
als Doppelkurbelwellenmotor bezeichnet.
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Die
beiden Kurbelwellen von Doppelkurbelwellenmotoren sind herkömmlicherweise
in einem den unteren Teil des Motors umschließenden Kurbelgehäuse gelagert,
wie beispielsweise aus der
US 5,870,979
A oder der
DE
40 13 754 A1 hervorgeht. Das Kurbelgehäuse dieser Doppelkurbelwellenmotoren
muß daher
besonders steif und massiv ausgebildet sein.
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Bei
herkömmlichen
Doppelkurbelwellenmotoren wird das vom Motor erzeugte Drehmoment über eine
oder beide der Kurbelwellen abgeleitet, wie beispielsweise aus der
US 5,870,979 A oder
der DE-OS 1 756 759 vorbekannt ist, wobei die entsprechenden das
Drehmoment ableitenden Kurbelwellen zusätzliche Zahnräder aufweisen,
die mit einem Getriebe gekoppelt sind, was zu einer nicht unerheblichen
Baulänge
und damit zu einem erhöhten
Gewicht des Doppelkurbelwellenmotors führt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 anzugeben, der kompakt aufgebaut und gewichtsoptimiert
ist und der in der Lage ist, auch hohe Motorleistungen zu erzeugen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
gemeinsame Lagerung der beiden Kurbelwellen in einem Lagerstuhl
ermöglicht
zunächst, daß Kräfte, die
in Radialrichtung zwischen den beiden Kurbelwellen wirken, nicht über das
Kurbelgehäuse
geleitet werden müssen,
sondern unmittelbar im Lagerstuhl aufgenommen werden. Das Kurbelgehäuse kann
daher gewichtsgünstiger
ausgelegt werden. Die besondere Auswahl der Materialien des Lagerstuhls
und der miteinander kämmenden
Synchronisationszahnräder,
bei der die Abmessungen des Lagerstuhls und der Synchronisationszahnräder in Radialrichtung
sowie der erste Wärmeausdehnungskoeffizient
des Materials des Lagerstuhls und der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient des
Materials der Synchronisationszahnräder so aufeinander abgestimmt
sind, daß die
Wärmeausdehnung
des Lagerstuhls zwischen den beiden Drehachsen im wesentlichen gleich
der Wärmeausdehnung
der Synchronisationszahnräder
ist, sorgt zudem dafür,
daß das
Zahnflankenspiel zwischen den beiden miteinander kämmenden
Synchronisationszahnrädern
konstant bleibt und sich bei den nicht unerheblichen Temperaturschwankungen,
die insbesondere bei Hochleistungsmotoren auftreten, nicht verändert. Hierdurch
werden die Verschleißbelastung
der Zahnflanken und auch die Geräuschentwicklung
spürbar herabgesetzt.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kurbelwellen
aus einem Material mit einem dritten wärmeausdehnungskoeffizienten
bestehen und daß die
Abmessungen des Lagerstuhls, der Kurbelwellen und der Zahnräder in Radialrichtung
sowie der erste, der zweite und der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient so
aufeinander abgestimmt sind, daß die
Wärmeausdehnung
des Lagerstuhls und der darin gelagerten Kurbelwellen-Abschnitte
im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung
der Synchronisationszahnräder
und der Kurbelwellen-Abschnitt ist, auf dem die Synchronisationszahnräder angebracht
sind. Hierdurch werden auch die thermischen Eigenschaften der Kurbelwelle
bei der Kompensation der thermischen Einflüsse auf das Zahnflankenspiel
berücksichtigt.
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Vorteilhaft
ist bei der Erfindung, wenn der Lagerstuhl und die Synchronisationszahnräder jeweils aus
Material mit demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten
bestehen, wobei vorteilhafterweise auch die Kurbelwellen aus dem
Material mit diesem Wärmeausdehnungskoeffizienten
bestehen.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn der Lagerstuhl und die Synchronisationszahnräder aus dem
gleichen Material bestehen und wenn weiter vorteilhafterweise auch
die Kurbelwellen aus diesem gleichen Material bestehen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind zumindest zwei Lagerstühle
zur Lagerung der Kurbelwellen vorgesehen.
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Besonders
vorteilhaft ist die Erfindung realisiert bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine,
bei der zumindest zwei in Reihe angeordnete Kolben-Zylinder-Einheiten
vorgesehen sind.
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Eine
besonders kompakte Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine
wird dadurch erreicht, daß der
Lagerstuhl zumindest ein Abtriebszahnrad lagert, das mit zumindest
einem der Synchronisationszahnräder
kämmt.
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Besonders
vorteilhaft ist dabei, wenn auch das Abtriebszahnrad aus einem Material
mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
besteht, der gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Lagerstuhls ist.
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Vorzugsweise
bestehen das Abtriebszahnrad und die das Abtriebszahnrad im Lagerstuhl
lagernde Welle aus dem gleichen Material wie der Lagerstuhl.
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Eine
weitere erfinderische Maßnahme,
durch welche eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine
oder eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
besonders leicht und kompakt ausgestaltet werden kann, zeichnet
sich dadurch aus, daß die
beiden Kurbelwellen in zumindest einem gemeinsamen Lagerstuhl gelagert
sind und daß der
Lagerstuhl über
Befestigungsmittel unmittelbar mit dem Zylinder und/oder dem Zylinderkopf
verbunden ist. Diese erfinderische Maßnahme kann auch gesondert
bei herkömmlichen
Doppelkurbelwellenmotoren unabhängig
von den vorstehend beschriebenen besonderen thermischen Eigenschaften
realisiert werden.
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Bei
dieser Konstruktion werden die beim Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine
zwischen dem Zylinderkopf und dem Lagerstuhl entstehenden Kräfte nicht über das
Kurbelgehäuse
geleitet, sondern unmittelbar über
die Befestigungsmittel zwischen dem Lagerstuhl und dem Zylinder
beziehungsweise dem Zylinderkopf, so daß das Kurbelgehäuse besonders
leicht ausgestaltet werden kann und das Material des Kurbelgehäuses nicht
nach Stabilitätskriterien,
sondern nach Gewichts- und/oder wärmeübertragungskriterien ausgewählt werden
kann.
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Bevorzugterweise
weist dabei der Lagerstuhl einen zum Zylinder gerichteten Ansatz
auf, der seinerseits mit Aufnahmen für Befestigungselemente für den Zylinder
und/oder den Zylinderkopf versehen ist. Der Ansatz, der mit dem
Lagerstuhl integral oder getrennt von diesem ausgebildet sein kann,
stützt
die Kräfte
unmittelbar auf dem Lagerstuhl ab.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert;
in dieser zeigt.
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1 eine
schematische Stirnansicht auf eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine
in Richtung der Kurbelwellenachsen;
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2 eine
geschnittene Seitenansicht in Richtung des Pfeils II in 1;
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3 eine
Schnittansicht in Richtung des Pfeils III in 2;
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4 eine
alternative Ausgestaltung mit einem seitlichen Leistungsabtrieb
und
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5 eine
weitere alternative Ausgestaltung mit einem am Zylinder befestigten
Lagerstuhl.
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In 1 ist
eine schematische teilweise geschnittene Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine
gezeigt. Ein Hubkolben 1 ist in der Bohrung 20 eines
mit einem Zylinderkopf 24 versehenen Zylinders 2 entlang
einer Zylinderachse A hin- und herbewegbar aufgenommen. Der Kolben 1 ist
in herkömmlicher
weise mit einer Mehrzahl von Kolbenringen 10 gegen die
Zylinderbohrung 20 abgedichtet. Von der Bohrung 20 und dem
Hubkolben 1 wird in herkömmlicher Weise ein Brennraum 22 begrenzt,
in dem die Verbrennung des Kraftstoffgemisches stattfindet. Die üblicherweise
im Zylinderkopf 24 vorgesehenen Einlaßventile, Auslaßventile,
Zündkerze
oder Glühkerze
und Einspritzvorrichtung sind nicht im einzelnen dargestellt, da
sie der dem Fachmann allgemein bekannten Technologie entsprechen.
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An
seinem vom Brennraum 22 abgewandten Ende ist der Kolben 1 mit
einem Kolbensteg 12 versehen, an dem bezüglich der
Zylinderachse A seitlich zueinander versetzt zwei Pleuellager 14, 16 vorgesehen
sind.
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Am
ersten Pleuellager 14 ist ein erstes Pleuel 3 mit
einem an seinem ersten Ende vorgesehenen Pleuelauge 30 schwenkbar
angebracht. Am anderen Ende des Pleuels 3 ist ein weiteres
Pleuelauge 32 vorgesehen, welches auf einem ersten Kurbelzapfen 40 einer
ersten um eine Achse X rotierbaren Kurbelwelle 4 drehbar
gelagert ist.
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In
gleicher Weise ist am zweiten Pleuellager 16 des Kolbens 1 ein
zweites Pleuel 5 mit einem ersten Pleuelauge 50 schwenkbar
gelagert. Das Pleuel 5 ist mit einem an seinem anderen
Ende vorgesehenen weiteren Pleuelauge 52 drehbar auf einem
ersten Kurbelzapfen 60 einer zweiten um eine Achse X' rotierbaren Kurbelwelle 6 gelagert.
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Die
beiden Kurbelwellen 4 und 6 stehen über Synchronisationszahnräder bildende
Zahnräder 42 und 62 miteinander
kämmend
in Eingriff. Dieser Eingriff der Zahnräder 42, 62 sorgt
für einen
gegenläufig synchronen
Umlauf der Kurbelwellen 4, 6 in Richtung der Pfeile 4', 6'. Die Lage der
Kurbelzapfen 40, 60 und somit auch die Anordnung
der Pleuel 3, 5 ist bezüglich der Kolbenmittelachse
A beziehungsweise bei einem Mehrzylindermotor bezüglich einer
aus der Reihe der jeweiligen Zylinderachsen A aufgespannten Zylindermittelebene
Z symmetrisch. Der in 1 dargestellte Aufbau eines
Doppelkurbelwellenmotors beziehungsweise Doppelpleuelmotors mit
zwei zueinander parallel verlaufenden und sich gegensinnig synchron
drehenden Kurbelwellen 4, 6 sorgt dafür, daß der Kolben 1 reibungsarm
in der Zylinderbohrung 20 laufen kann, ohne bezüglich der
Zylinderachse A seitlich zu kippen.
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Der
Aufbau der Kurbelwelle wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 erläutert, wobei
in 2 lediglich ein die Kurbelwelle 6 dargestellender
Ausschnitt der Ansicht gemäß dem Pfeil
II in 1 gezeigt ist. Der Aufbau der Kurbelwelle 4 ist analog
dem der Kurbelwelle 6.
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2 zeigt
die Kurbelwelle 6 einer als Zweizylindermotor ausgebildeten
Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Kurbelwelle 6 weist einen zentralen rohrförmigen Mittelabschnitt 61 auf,
der koaxial zur Achse X' der
Kurbelwelle 6 ausgerichtet ist. An einem axialen Ende geht
der rohrförmige
Abschnitt 61 in einen ersten Stirnabschnitt 63 mit
gegenüber
dem rohrförmigen
Abschnitt 61 vergrößertem Durchmesser über. Auf
dem Umfang des ersten Stirnabschnitts 63 ist das Zahnrad 62 ausgebildet,
welches zur Synchronisation und zur Kraftübertragung mit dem Zahnrad 42 der
Kurbelwelle 4 kämmt.
Die Verzahnung 62' des Zahnrads 62 kann
eine Geradverzahnung oder vorzugsweise eine Schrägverzahnung sein.
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Auf
der vom rohrförmigen
Abschnitt 61 abgewandten Stirnseite des ersten Stirnabschnitts 63 ist der
Kurbelzapfen 60 vorgesehen, dessen Achse Y' zur Kurbelwellenachse
X' um eine Exzentrizität E seitlich
versetzt ist. Auf dem Kurbelzapfen 60 ist das Pleuel 5 drehbar
gelagert. In 2 ist auch das in Blickrichtung
hinter dem Pleuel 5 gelegene Pleuel 3 der ersten
Kurbelwelle 4 zu sehen.
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An
seinem zweiten Ende geht der rohrförmige Abschnitt 61 in
einen zweiten Stirnabschnitt 64 über, dessen Durchmesser gegenüber dem
Durchmesser des rohrförmigen
Abschnitts 61 ebenfalls vergrößert ist und vorzugsweise dem
Durchmesser des ersten Stirnabschnitts 63 entspricht. An
seiner vom rohrförmigen
Abschnitt 61 abgewandten Stirnseite ist am zweiten Stirnabschnitt 64 ein
zweiter Kurbelzapfen 65 angebracht, der bezüglich der
Kurbelwellenachse X' ebenfalls
um die Exzentrizität
E seitlich versetzt ist und dessen Achse mit der Achse Y' des ersten Kurbelwellenzapfens 60 identisch
ist.
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Auf
dem zweiten Kurbelzapfen 65 ist ein zweites Pleuel 5' einer zweiten
Kolben-Zylinder-Anordnung des Zweizylindermotors gezeigt. Auch das auf
einem weiteren Kurbelzapfen 45 der spiegelsymmetrisch aufgebauten
ersten Kurbelwelle 4 drehbar gelagerte erste Pleuel 3' der zweiten
Kolben-Zylinder-Anordnung ist in der 2 zu erkennen.
Die beiden Pleuel 3', 5' sind über Pleuellager 94, 96 am (nicht
dargestellten) Kolben der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung schwenkbar
gelagert. Auch die beiden Kurbelzapfen 40, 45 der
ersten Kurbelwelle 4 liegen auf einer gemeinsamen Achse
Y, die ebenfalls um die Exzentrizität E von der Kurbelwellenachse
X beabstandet ist.
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In 2 ist
weiterhin zu erkennen, daß auf dem
Außenumfang
des zweiten Stirnabschnitts 64 ein weiteres Zahnrad 66 vorgesehen
ist, welches zum Antrieb von Hilfseinrichtungen, beispielsweise einer Ölpumpe,
dient. Auch auf dem analog ausgebildeten zweiten Stirnabschnitt 44 der
ersten Kurbelwelle ist ein Zahnrad 46 angeordnet, welches
in Richtung der Kurbelwellenachsen X, X' versetzt zum Zahnrad 66 angeordnet
ist, so daß die
beiden Zahnräder 46 und 66 einander
nicht beeinträchtigen
und nicht miteinander kämmen.
Das Zahnrad 46 der ersten Kurbelwelle 4 dient
ebenfalls zum Antrieb einer weiteren Hilfseinrichtung, beispielsweise
einer Hydraulikpumpe oder eines Kompressors.
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Unmittelbar
dem ersten Stirnabschnitt 63 und dem zweiten Stirnabschnitt 64 benachbart
ist jeweils ein Lagerabschnitt 67, 68 auf dem
rohrförmigen Abschnitt 61 der
zweiten Kurbelwelle 6 vorgesehen. Mit den Lagerabschnitten 67, 68 ist
die Kurbelwelle 6 auf herkömmliche Weise in Gleit- oder
Wälzlagern
in Lagerstühlen 7, 7A der
Hubkolben-Brennkraftmaschine gelagert. Diese Lagerung sehr nahe
an den Stirnabschnitten 63, 64 und damit an den
Kurbelzapfen 60, 65 sorgt für eine ideale Biegemomentenverteilung
in der Kurbelwelle 6, da die von dem jeweiligen Pleuel 5, 8 aufgebrachten
Radialkräfte
in Axialrichtung nahe am Ort der Einleitung (dem Kurbelzapfen) im
Kurbelwellenlager abgestützt
werden. Des weiteren sorgt diese Anordnung der Lagerabschnitte 67, 68 im
mittleren Bereich der als Stirnkurbelwelle ausgebildeten Kurbelwelle 6,
nämlich
im Bereich des rohrförmigen
Abschnitts 61 für
eine sehr kompakte Bauweise der Kurbelwelle 6 und damit
der gesamten Hubkolben-Brennkraftmaschine. Die Lagerung der ersten
Kurbelwelle 4 ist analog gestaltet.
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Zwischen
dem ersten Lagerabschnitt 67 und dem zweiten Lagerabschnitt 68 ist
auf dem rohrförmigen
Abschnitt 61 der Kurbelwelle 6 ein Ritzel 69 ausgebildet,
welches zum Antrieb einer Steuerkette für im Zylinderkopf 24 vorgesehene
(nicht gezeigte) Nockenwellen zur Steuerung der (nicht gezeigten)
Ventile dient. Das Kitzel 69 ist in den Figuren nur auf
der zweiten Kurbelwelle 6 vorgesehen, kann aber auch auf
der ersten Kurbelwelle 4 vorgesehen sein.
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Der
Aufbau der Lagerstühle 7, 7A wird
in Verbindung mit der 3 näher beschrieben, die eine Ansicht
entgegen der in 1 gezeigten Ansicht in Richtung
der Pfeile III in 2 zeigt. Es wird der Lagerstuhl 7 beschrieben,
wobei der Lagerstuhl 7A analog aufgebaut ist.
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Der
Lagerstuhl 7 ist in einer durch die Kurbelwellenachsen
X, X' gehenden Ebene
geteilt ausgebildet und ist auf diese Weise unterteilt in einen
unteren Lagerstuhlabschnitt 7' und einen oberen Lagerstuhlabschnitt 7''. Die beiden Lagerstuhlabschnitte 7' und 7'' sind über Schraubbolzen 70, 70' und 71, 71' miteinander
verschraubt, wobei die Schraubbolzen 70, 70'; 71, 71' zwei Paare
bilden, die jeweils einer Kurbelwelle 4, 6 zugeordnet
sind.
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Der
Lagerstuhl 7 ist mit zwei kreisförmigen Lagerausnehmungen 72, 73 versehen,
die jeweils zur Hälfte
im unteren Lagerstuhlabschnitt 7' und im oberen Lagerstuhlabschnitt 7'' ausgeformt sind. In die jeweilige
Lagerausnehmung 72, 73 ist ein Wälzlager 74, 75 eingesetzt,
welches mit seinem radial inneren Lagerring 74', 75' drehfest auf
dem zugeordneten Lagerabschnitt 67, 47 der jeweiligen
Kurbelwelle 6, 4 angebracht ist. Der jeweilige äußere Lagerring 74'', 75'' des
jeweiligen Lagers 74, 75 wird zwischen dem unterem
Lagerstuhlabschnitt 7' und
dem oberen Lagerstuhlabschnitt 7'' drehfest
eingespannt.
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Zumindest
einer der beiden Lagerstuhlabschnitte 7', 7'' ist
durchgehend ausgebildet und stellt somit eine starre Verbindung
zwischen den beiden Kurbelwellenlagern 74, 75 dar.
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Zwar
sind im Ausführungsbeispiel
beide Lagerstuhlabschnitte 7', 7'' durchgehend ausgebildet, doch
kann alternativ auch einer der Lagerstuhlabschnitte vertikal geteilt
ausbildet sein und so aus zwei klammerartigen Lagerschuhen bestehen,
die jeweils das entsprechende Lager einer Kurbelwelle am anderen
durchgehenden Lagerstuhlabschnitt festspannen.
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Obwohl
im Ausführungsbeispiel
zur Lagerung der jeweiligen Kurbelwelle Wälzlager gezeigt sind, können alternativ
auch Gleitlager vorgesehen sein.
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Doppelkurbelwellen-Motoren
erfordern neben einer gleichmäßigen Aufnahme
der Kurbelwellenkräfte
eine möglichst
spielfreie Verbindung der Synchronisationszahnräder, einerseits um eine stoßfreie Drehrichtungsumkehr
der Kurbelwellen zu ermöglichen
und anderseits, um die Kurbelwellen mit möglichst geringem Winkelversatz
in ihrer Drehbewegung zu synchronisieren.
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Da
insbesondere bei Leichtbaumotoren das Kurbelgehäuse aus einem anderen Werkstoff
besteht, als die Kurbelwellen oder die Sychnronisationszahnräder, werden
beim Erfindungsgegenstand die Kurbelwellenlager 74, 75 beider
Kurbelwellen 4, 6 in einem gemeinsamen, ein Lagergestell
bildenden Lagerstuhl 7 aufgenommen. Der Lagerstuhl 7 besteht
aus einem Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten
und die Sychronisationszahnräder 42, 62 bestehen
aus einem Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Die Abmessungen des Lagerstuhls 7 und der Sychronisationszahnräder 42, 62 sind
in Radialrichtung, insbesondere in Richtung der von den beiden Kurbelwellen-Drehachsen
X, X' aufgespannten
Ebene, unter Berücksichtigung
des ersten und des zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten
so aufeinander abgestimmt, daß die
Wärmeausdehnung
des Lagerstuhls 7 zwischen den beiden Drehachsen X, X' im wesentlichen
gleich der Wärmeausdehnung
der Synchronisationszahnräder 42, 62 zwischen
den beiden Drehachsen X, X' ist.
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Hierdurch
wird erreicht, daß der
Abstand x zwischen den beiden Kurbelwellen-Drehachsen X, X' bei einer Wärmeausdehnung
des Lagerstuhls 7 auf Grund der bei warmem Motor deutlich
erhöhten Motortemperatur
zwar ansteigt, diese Vergrößerung des
Abstandes aber dadurch kompensiert wird, daß sich die Sychronisationszahnräder 42, 62 zwischen den
beiden Kurbelwellenachsen X, X' im
wesentlichen um denselben Betrag ausdehnen. Dadurch bleibt das Zusammenspiel
der Sychronisationszahnräder 42, 62 im
Bereich der miteinander kämmenden Zähne über nahezu
den gesamten Betriebstemparaturenbereich des Motors gleich, so daß weder
thermisch bedingte erhöhte
Zahnflankenkräfte,
noch ein zu hohes Zahnflankenspiel erzeugt werden.
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Der
Lagerstuhl 7 und die Synchronisationszahnräder 42, 62 können dazu
entweder aus einem Material mit demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten
oder sogar aus demselben Material bestehen.
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Insbesondere
dann, wenn sich der Durchmesser der Lagerabschnitte 67, 68 der
jeweiligen Kurbelwelle 4, 6 vom Durchmesser der
Kurbelwellenabschnitte unterscheidet, auf dem die Synchronisationszahnräder 42, 62 angebracht
sind – sofern
die Synchronisationszahnräder 42, 62 nicht
einstückig mit
der jeweiligen Kurbelwelle 4, 6 ausgebildet sind – ist es
vorteilhaft, wenn auch die Kurbelwelle 4, 6 aus einem
Material besteht, das einen dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist und wobei dann die Abmessungen des Lagerstuhls 7,
der Kurbelwellen 4, 6 und der Synchronisationszahnräder 42, 62 in
Radialrichtung sowie der erste, der zweite und der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient
so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehung des Lagerstuhls 7 und
der darin gelagerten Lagerabschnitte 47, 48; 67, 68 der
Kurbelwellen 4, 6 im Wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung
der Sychronisationszahnräder 42, 62 und
der Kurbelwellenabschnitte ist, auf dem die Synchronisationszahnräder 42, 62 angebracht
sind.
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Bei
dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine
werden auch die Kurbelwellen in die Wärmeausdehnungskompensation
zwischen den Kurbelwellenachsen X, X' mit einbezogen.
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Auch
hier können
der Lagerstuhl 7, die Synchronisationszahnräder 42, 62 und
die Kurbelwellen 4, 6 aus dem gleichen Material
bestehen.
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Obwohl
das Ausführungsbeispiel
einen Doppelkurbelwellen-Motor mit zwei in Reihe angeordnete Koblen-Zylinder-Einheiten
zeigt, kann die Erfindung auch bei Einzylindermotoren oder bei Motoren
mit mehr als zwei Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sein. Auch
ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Kurbelwellen, wie im
Ausführungsbeispiel
gezeigt, als Stirnkurbelwellen mit zwischen dem die Pleuel 3, 3', 5, 5' aufnehmenden
Kurbelzapfen 40, 45, 60, 65, vorgesehenen
Lagerstühlen 7, 7A ausgebildet
sind. Entsprechende Kurbelzapfen können auch zwischen einzelnen
Lagerstühlen
gelegen sein.
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In 4 ist
eine alternative Ausführungsform ähnlich der
in 3 gezeigten Ausführungsform dargestellt. Der
Lagerstuhl 107 ist mit seinem unterem Lagerstuhlabschnitt 107' und mit seinem
oberen Lagerstuhlabschnitt 107'' an
einem Ende mit einem seitlichen Verlängerungsansatz 107''' versehen,
der aus dem Motorgehäuse 26 heraus
in ein Getriebegehäuse 28,
welches an das Motorgehäuse 26 angeflanscht
ist, ragt. Im Verlängerungsansatz 107''' des Lagerstuhls 107 ist
ein Abtriebsritzel 8 mit einer Abtriebswelle 80 in
gleicher Weise im Lagerstuhl 107 gelagert wie die Synchronisationszahnräder 42, 62. Das
Abtriebsritzel 8 kämmt
mit dem ihm benachbarten Synchronisationszahnrad 62, so
daß das
vom Doppelkurbelwellenmotor erzeugte Drehmoment auf das Abtriebszahnrad 8 und
die mit ihm drehfest verbundene Abtriebswelle 80 übertragen
wird.
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Auch
das Abtriebszahnrad 8 besteht aus einem Material mit einem
Wärmeausdehnungskoeffizienten,
der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des
Lagerstuhls 7 entspricht. Zusätzlich kann auch die das Abtriebszahnrad 8 im
Lagerstuhl lagernde Abtriebswelle 80 aus dem gleichen Material
bestehen wie der Lagerstuhl 7.
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Da
der Lagerstuhl 107 zusammen mit dem seitlichen Ansatz 107''' in
derselben Weise integral ausgebildet ist wie dies am Beispiel der 3 beschrieben
worden ist, werden dieselben Vorteile bezüglich der Temparaturkompensation
auch für
die Zahnradpaarung des Synchronisationszahnrads 62 und
des Abtriebszahnrads 8 zwischen deren Achsen X' und X'' erzielt.
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Sowohl
bei der Ausführungsform
nach 3, als auch bei der Ausführungsform nach 4 wird
durch die geschilderte Abstimmung der geometrischen Abmaße in Radialrichtung
und die Materialauswahl mit den entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten
ein gleiches, möglichst
geringes Zahnflankenspiel während
der unterschiedlichen thermischen Betriebszustände der Hubkolben-Brennkraftmaschine
erzielt.
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5 zeigt
eine besondere Ausgestaltung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine,
bei welcher der Lagerstuhl 207 ebenfalls aus einem unterem
Lagerstuhlabschnitt 207' und
einem oberen Lagerstuhlabschnitt 207'' besteht,
die auf die gleiche weise miteinander verbunden sind wie dies im
Beispiel der 3 geschildert worden ist. Der
Lagerstuhl 207 ist jedoch an seinem oberen, zum Zylinder 2 hinweisenden
Ende mit zwei zum Zylinder 2 hin gerichteten Ansätzen 208, 209 mittels
Schraubbolzen 270, 271 verbunden. Diese Ansätze 208, 209 sind
ihrerseits über nur
schematisch gezeigte Schraubbolzenverbindungen 210, 211 mit
dem Zylinder 2 und dem Zylinderkopf 24 fest verbunden.
Auf diese Weise werden die vertikalen Zug- und Druckkräfte, die
durch den Verbrennungsvorgang im Brennraum 22 erzeugt werden,
unmittelbar über
die Schraubbolzenverbindungen 210, 211 und die
Ansätze 208, 209 zwischen
den Zylinderkopf 24 und dem Lagerstuhl 207 abgestützt, so
daß diese
Kräfte
nicht über
das Motorgehäuse
fließen
müssen.
Das Motorgehäuse
kann daher auch besonders leicht ausgebildet sein, wodurch ein geringeres
Gewicht der Hubkolben-Brennkraftmaschine erzielt werden kann. Auch
kann bei der Werkstoffwahl des Motorgehäuses ein Werkstoff mit einer
geringeren Festigkeit, aber einer höheren Wärmeleitfähigkeit gewählt werden, so daß das Motorgehäuse wesentlich
zur Motorkühlung
beitragen kann.
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Der
im Ausführungsbeispiel
gezeigte Parallel-Zwei-Zylinder-Motor, kurz Twin genannt, stellt
die kompakteste Art der Zwei-Zylinder-Motorenbauweise dar. Kühlmäntel um
Zylinder und Zylinderköpfe
können
zusammengefaßt
werden und benötigen
keine störanfälligen Verbindungsleitungen.
Die gesamte Ventilsteuerung kann mittels eines einzigen Nockenwellenantriebs
und zweier über
beide Zylinder reichenden Nockenwellen realisiert werden. Dies ermöglicht eine
funktional sehr steife Bauweise und führt zu einer sehr wirtschaftlich
herzustellenden Baueinheit.
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Die
Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das
lediglich der allgemeinen Erläuterung
des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen
annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen,
die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
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Bezugszeichen
in den Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren
Verständnis
der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.