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Die
Erfindung betrifft ein Pleuel für
eine Kolbenarbeitsmaschine, mit einem ersten, ein erstes Pleuelauge
aufweisenden Pleuelkopf zur Anbringung des Pleuels an einem Kolben
der Kolbenarbeitsmaschine; einem zweiten, ein zweites Pleuelauge
aufweisenden Pleuelkopf zur Anbringung des Pleuels an einem Kurbelzapfen
einer Kurbelwelle der Kolbenarbeitsmaschine sowie einem den ersten
Pleuelkopf und den zweiten Pleuelkopf miteinander verbindenden Pleuelschaft,
wobei der zweite Pleuelkopf geteilt ausgebildet ist und einen mit
dem Pleuelschaft verbunden ersten Kopfteil sowie einen mit dem ersten Kopfteil
verbindbaren zweiten Kopfteil aufweist; wobei die beiden Kopfteile
seitliche Flansche aufweisen und wobei an jeder Seite des zweiten
Pleuelkopfs zumindest ein Bolzen vorgesehen ist, mit dem der jeweilige
Flansch des zweiten Kopfteils mit dem zugeordneten Flansch des ersten
Kopfteils fest verbindbar ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine,
die derartige Pleuel verwendet.
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Bei
Kolbenarbeitsmaschinen wird der Kolbenhub bestimmt durch die Exzentrizität des Kurbelzapfens
der Kurbelwelle, auf welchem das die Kurbelwelle mit dem Kolben
verbindende Pleuel gelagert ist. Je größer diese Exzentrizität ist, um
so größer ist
der Kolbenhub.
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Bei
Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschinen, bei denen zwei Kurbelwellen
parallel nebeneinander liegen, ist die Exzentrizität begrenzt
durch den seitlichen Abstand der beiden Kurbelwellen voneinander.
Gleichzeitig wird angestrebt, den seitlichen Abstand der beiden
Kurbelwellen voneinander nicht zu groß werden zu lassen, so daß hierdurch
ein Zielkonflikt bei der Auslegung einer Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
auftritt, bei dem einerseits die Minimierung des seitlichen Abstandes
der beiden Kurbelwellen voneinander und die Maximierung der Exzentrizität der Kurbelzapfen
angestrebt werden. Dabei ist aber zu vermeiden, daß die beiden Pleuel
beim Durchgang durch die Position mit kürzestem Abstand zwischen den
beiden Kurbelzapfen miteinander kollidieren. Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschinen
sind aus der
DE 103
48 345 A1 oder aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2005 048 681.9 bekannt,
deren beider Offenbarungsgehalt ausdrücklich in diese Anmeldung einbezogen
wird.
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Zur
Lösung
dieses Problems sind bei einer aus der
EP 0 851 130 A1 bekannten
Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
Pleuel vorgesehen, deren kurbelwellenseitiger Pleuelkopf ungeteilt
ausgebildet und im Querschnitt profiliert ist, so daß die beiden
Pleuel ineinandergreifen können
ohne einander zu berühren.
Diese Ausgestaltung erfordert nicht nur den Einsatz von teilbaren Kurbelwellen,
um derartige Pleuel auf dem jeweiligen Kurbelzapfen montieren zu
können,
sondern außerdem
zwei unterschiedlich geformte Pleuel. Beide Anforderungen führen zu
hohen Entwicklungs- und Fertigungskosten.
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Um
ein Pleuel auf einer ungeteilten Kurbelwelle montieren zu können, ist üblicherweise
der kurbelwellenseitige Pleuelkopf geteilt ausgebildet. Ein derartiges
Pleuel mit teilbarem unteren Pleuelkopf ist beispielsweise aus der
US 3 482 467 bekannt.
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Aus
der WO 89 02 028 A1 und der
DE
33 22 140 A1 ist jeweils eine Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
bekannt, die Pleuel aufweist, welche mit einem teilbaren kurbelwellenseitigen
Pleuelkopf versehen sind. Die Teilungsebene des Pleuelkopfs verläuft dabei
in einem spitzen Winkel zur Verbindungslinie der beiden Pleuelaugenachsen,
also im spitzen Winkel zur Pleuellängsachse, so daß die einander
benachbarten Flansche der beiden Pleuel in der Position mit kürzestem
Abstand zwischen den beiden Kurbelzapfen einander nicht berühren. Bei diesen
Pleueln ist jedoch die Lage der Flansche bezüglich der Pleuellängsachse
derart asymmetrisch, daß die
Masse des jeweiligen Pleuels nicht optimal bezüglich der Symmetrieachse verteilt
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Pleuel
anzugeben, welches bei einfacher Montage und kostengünstiger
Fertigung eine optimale Auslegung einer Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
ermöglicht.
Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechend
optimierte Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine anzugeben.
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Die
das Pleuel betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst, wobei
zumindest eine erste der beiden seitlichen Flanschpaarungen so ausgebildet
ist, daß deren Flansche
vor oder hinter einer Pleuelmittelebene, auf der die Pleuelaugenachsen
senkrecht stehen, vorgesehen sind.
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Durch
die in einer ersten Richtung parallel zur Richtung der Pleuelaugenachsen
vor oder hinter der Pleuelmittelebene versetzte Lage der beiden Flansche
zumindest auf der einen Seite des Pleuels kann bei paarweiser Anordnung
von zwei Pleueln dieses Typs derart, daß die beiden versetzten Flansche
eines jeden Pleuels einander zugewandt sind, wobei die beiden Flanschpaarungen
auf voneinander abgewandten Seiten der gemeinsamen Pleuelmittelebene
der beiden Pleuel gelegen sind, keine Kollision der beiden einander
zugewandten Flansche auftreten.
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Auf
diese Weise kann unter Verwendung von Gleichteilen, also baugleichen
Pleueln, eine Bestückung
beider Kurbelwellen einer Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
erfolgen und zugleich kann der Abstand der Kurbelzapfen voneinander
gegenüber
herkömmlichen
Konstruktionen mit symmetrisch geteiltem kurbelwellenseitigen Pleuelkopf
verringert und damit die Exzentrizität der Kurbelzapfen und somit
auch der Hub der Kolbenarbeitsmaschine erhöht werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden seitlichen Flanschpaarungen
in dieselbe Richtung nach vorn oder hinten versetzt, also auf derselben
Seite der Pleuelmittelebene gelegen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite seitliche
Flanschpaarung in die zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite
Richtung parallel zur Richtung der Pleuelaugenachsen versetzt, also
auf der anderen Seite der Pleuelmittelebene gelegen.
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Die
die Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine betreffende Aufgabe
wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.
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Diese
erfindungsgemäße Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
weist zumindest eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem in einem
Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben sowie zwei gegenläufig synchron
zueinander drehende Kurbelwellen auf, wobei der Kolben über ein
erstes Pleuel gemäß einem
der vorhergehenden Ansprüche
mit der ersten Kurbelwelle und über
ein zweites Pleuel gemäß einem
der vorhergehenden Ansprüche
mit der zweiten Kurbelwelle gekoppelt ist, wobei das erste Pleuel
und das zweite Pleuel derart eingebaut sind, daß die einander benachbarten
Flanschpaarungen des ersten Pleuels und des zweiten Pleuels in einer
Richtung parallel zur Richtung der Pleuelaugenachsen bezüglich einer
gemeinsamen Pleuelmittelebene so zueinander versetzt sind, daß sie in
der Position mit dem kürzesten
Abstand zwischen den beiden Kurbelzapfen seitlich aneinander vorbeilaufen
können,
ohne einander zu berühren.
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Der
dort beanspruchte besondere Einbau der beiden Pleuel, wobei das
erste Pleuel und das zweite Pleuel bezüglich der Pleuellängsachse
um 180° verdreht
zueinander eingebaut sind, ermöglicht bei
Verwendung der vorzugsweise als Gleichteile ausgebildeten erfindungsgemäßen Pleuel
die bereits genannte Minimierung des Minimalabstandes zwischen den
Kurbelzapfen.
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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 ein
erfindungsgemäßes Pleuel
in einer ersten Ausführungsform;
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2 einen
Schnitt durch das Pleuel der 1 entlang
der Linie II-II;
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3 ein
erfindungsgemäßes Pleuel
in einer zweiten Ausführungsform;
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4 einen
Schnitt durch das Pleuel der 3 entlang
der Linie IV-IV;
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5 eine
vereinfachte teilweise geschnittene räumliche Darstellung einer Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Stirnansicht auf die Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine der 5 in
der Position, in der die Kurbelzapfen den geringsten seitlichen
Abstand voneinander aufweisen.
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1 zeigt
die Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Pleuels mit Blickrichtung
in Richtung der Pleuelaugenachsen Y und Y'. Das Pleuel 1 umfaßt einen
ersten Pleuelkopf 2, einen zweiten Pleuelkopf 3 und
einen sich zwischen den Pleuelköpfen 2 und 3 erstreckenden
Pleuelschaft 4. Im ersten Pleuelkopf 2 ist ein
erstes Pleuelauge 20 vorgesehen, mit welchem das Pleuel
an einem Kolben einer Kolbenarbeitsmaschine auf herkömmliche
Weise schwenkbar anlenkbar ist.
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Der
zweite, geteilt ausgebildete Pleuelkopf 3 weist ein zweites
Pleuelauge 30 auf, mit welchem das Pleuel 1 an
einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle der Kolbenarbeitsmaschine auf
bekannte weise drehbar anbringbar ist.
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Der
zweite, geteilt ausgebildete Pleuelkopf 3 weist einen mit
dem Pleuelschaft 4 verbundenen ersten Kopfteil 31 sowie
einen mit dem ersten Kopfteil 31 verbindbaren zweiten Kopfteil 32 auf.
Die Teilungsebene E, die vorzugsweise senkrecht zu der die Pleuelaugenachsen
Y und Y' verbindenden
Pleuellängsachse
X steht, teilt den zweiten Pleuelkopf 3 derart, daß das zweite
Pleuelauge 30 durch die Teilungsebene E in zwei 180°-Hälften geteilt
ist.
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In 1 links
und rechts vom zweiten Pleuelauge 30 ist der zweite Pleuelkopf 3 mit
jeweils einer seitlichen Flanschpaarung 33, 36 versehen.
Die beiden Flanschpaarungen 33, 36 sind durch
die Teilungsebene E in jeweils einen mit dem ersten, pleuelschaftseitigen
Kopfteil 31 verbundenen Flansch 34, 37 sowie
einen mit dem zweiten Kopfteil 32 verbundenen zweiten Flansch 35, 38 geteilt.
Die beiden Flansche 34, 35 der ersten Flanschpaarung 33 sind mittels
eines als Schraubbolzen ausgebildeten Bolzens 39 gegeneinander
verschraubt. In analoger Weise sind die beiden Flansche 37, 38 der
zweiten Flanschpaarung 36 mittels eines zweiten als Schraubbolzen
ausgebildeten Bolzens 39' gegeneinander
verspannt.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf den zweiten Kopfteil 32 des zweiten
Pleuelkopfs 3 in Richtung der Pfeile II-II in 1,
wobei die Schnittebene der Zeichnung mit der Teilungsebene E übereinstimmt. Als
strichpunktierte Linie ist in 2 eine Pleuelmittelebene
M gezeigt, die auf der Pleuelaugenachse Y' senkrecht steht und die die in Richtung
der Pleuelaugenachse Y' gemessene
Dicke D des zweiten Pleuelkopfs 3 und damit des Pleuels 1 halbiert.
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In 2 ist
zu erkennen, daß die
erste seitliche Flanschpaarung 33 auf der einen Seite der
Pleuelmittelebene M liegt, während
die zweite Flanschpaarung 36 auf der anderen Seite der
Pleuelmittelebene M liegt. Obwohl in 2 nur die
jeweiligen unteren Flansche 35 und 38 gezeigt
sind, betrifft diese Lage in gleicher Weise den jeweiligen oberen Flansch 34 beziehungsweise 37.
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Die
beiden Flanschpaarungen 33, 36 sind dabei so angeordnet,
daß ihr
seitlich (in 2 nach links beziehungsweise
rechts) über
den ansonsten etwa kreisrunden Umfang des zweiten Pleuelkopfs hervorstehender
Abschnitt nicht bis ganz an die Pleuelmittelebene M heranreicht,
sondern daß jeweils
ein geringfügiger
Abstand a beziehungsweise a' von
der jeweiligen Flanschpaarung 33, 36 zur Pleuelmittelebene
M vorgesehen ist. Dieser Abstand sorgt dafür, daß sich die einander benachbarten
Flanschpaarungen zweier zu einer Pleuelpaarung gehörenden Pleuel
einer Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine, wie sie weiter unten
noch beschrieben wird, zuverlässig
nicht berühren.
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Das
in den 3 und 4 gezeigte Pleuel 101 entspricht
im wesentlichen dem in 1 gezeigten Pleuel 1,
wobei der zweite, kurbelwellenseitige Pleuelkopf 103 zu
der Darstellung in den 1 und 2 abgewandelt
ausgebildet ist. Die linke Seite des zweiten Pleuelkopfs 103 in
den 3 und 4 entspricht der linken Seite
des in den 1 und 2 gezeigten
zweiten Pleuelkopfs 3. Insbesondere die erste seitliche
Flanschpaarung 133 ist bei dem in den 3 und 4 gezeigten
zweiten Ausführungsbeispiel
genauso ausgebildet wie in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2. Daher
wird diese erste seitliche Flanschpaarung 133 nicht näher beschrieben.
Die Bezugszeichen in den 3 und 4, die gegenüber denen
in den 1 und 2 um den Wert 100 erhöht sind
und nachstehend nicht anderweitig beschrieben sind, bezeichnen die
gleichen Teile wie in den 1 und 2.
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Die
zweite seitliche Flanschpaarung 136 des zweiten Ausführungsbeispiels
ist – im
Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel – auf derselben
Seite der Pleuelmittelebene M gelegen wie die erste seitliche Flanschpaarung 133.
Sowohl die erste seitliche Flanschpaarung 133, als auch
die zweite seitliche Flanschpaarung 136 sind um den Abstand
a von der Pleuelmittelebene M entfernt. Auch diese Variante ist geeignet,
zusammen mit einem identisch ausgebildeten Pleuel in der Pleuelpaarung
einer Doppelkurbelwellen-Arbeitsmaschine eingesetzt zu werden, wobei hierbei
jedoch eines der Pleuel um die Pleuellängsachse X um 180° verdreht
gegenüber
dem anderen Pleuel auf dem zugeordneten Kurbelzapfen anzuordnen
ist, damit die Pleuel im Betrieb der Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
nicht miteinander kollidieren.
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Auch
bei dieser zweiten Variante ist der zweite Pleuelkopf 103 in
gleicher Weise wie der zweite Pleuelkopf 3 der ersten Ausführungsform
in einen ersten, pleuelschaftseitigen Kopfteil 131 und
einen zweiten Kopfteil 132 entlang einer Teilungsebene
E' geteilt.
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In 5 ist
in perspektivischer, teilweise geschnittener Ansicht schematisch
eine erfindungsgemäße Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine dargestellt.
Diese Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine ist mit zwei Pleueln
gemäß der vorliegenden
Erfindung versehen, wobei die dort gezeigten Pleuel der ersten Ausführungsform
gemäß den 1 und 2 entsprechen.
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In
einem Zylinder 50 ist ein als Hubkolben ausgebildeter Kolben 52 auf
und ab bewegbar angeordnet.
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An
seinem vom Kolbenboden abgewandten unteren Ende – wie auch in 6 zu
sehen ist – ist der
Kolben 52 mit zwei bezüglich
der Zylinderachse A seitlich zueinander versetzt gelegenen Pleuelzapfen 56, 57 versehen.
Auf jedem der Pleuelzapfen 56, 57 ist ein Lager
vorgesehen, auf welchem ein erfindungsgemäßes Pleuel 1, 1' schwenkbar
am Kolben 52 gelagert ist.
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Das
zweite Ende eines jeden Pleuels 1, 1' ist an einem
zugeordneten Kurbelzapfen 58, 59 drehbar gelagert.
Der erste Kurbelzapfen 58 ist dabei an einer mit einer
ersten Kurbelwelle 60 verbundenen Kurbelscheibe 61 vorgesehen
und der zweite Kurbelzapfen 59 ist an einer mit einer zweiten Kurbelwelle 62 verbundenen
Kurbelscheibe 63 vorgesehen. Die erste Kurbelwelle 60 und
die zweite Kurbelwelle 62 verlaufen zueinander parallel
und drehen sich gegensinnig synchron. Die Drehachsen R, R' der beiden Kurbelwellen 60, 62 verlaufen
dabei zu einer die Zylinderachse A aufweisenden Zylinder-Mittelebene
Z parallel und sind bezüglich
dieser Zylinder-Mittelebene Z seitlich symmetrisch versetzt.
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In 6 ist
zu erkennen, daß die
Wandung des Zylinders 50 und des Kolbenbodens des Kolbens 52 einen
Kompressionsraum umschließen,
der über ein
im Zylinderkopf vorgesehenes, in der 6 nur schematisch
dargestelltes Einlaßventil 54 mit
einem – nicht
gezeigten – Einlaßkanal und über ein
ebenfalls im Zylinderkopf vorgesehenes Auslaßventil 55 mit einem – nicht
gezeigten – Auslaßkanal verbunden ist.
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In
dem in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine
sind die beiden Pleuel 1, 1' in derselben Orientierung, nämlich in der
in 1 gezeigten Orientierung, auf den jeweiligen Kurbelzapfen 58 beziehungsweise 59 aufgesetzt.
Diese Verwendung der Pleuel gemäß der in den 1 und 2 gezeigten
ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Pleuels
in einer Doppelkurbelwellen-Kolbenarbeitsmaschine gestattet es, daß die Pleuel
in der in 6 gezeigten Position, in der
der Abstand c zwischen den Mittelachsen 58' und 59' der Kurbelzapfen 58, 59 am
geringsten ist, einander nicht berühren, wobei der Abstand c kleiner
ist als die Breite C des kurbelwellenseitigen Pleuelkopfs 3. Die
einander benachbarten Flanschpaarungen 36, 33', nämlich die
zweite Flanschpaarung 36 des ersten Pleuels 1 und
die erste Flanschpaarung 33' des zweiten
Pleuels 1' sind
in der in 6 gezeigten Projektion in Richtung
der jeweiligen Pleuelaugenachsen teilweise hintereinander gelegen,
aber voneinander beabstandet und können dadurch seitlich aneinander
vorbeilaufen ohne miteinander zu kollidieren.
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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.