DE102006033270A1

DE102006033270A1 - Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006033270A1
Application number: DE200610033270
Authority: DE
Inventors: Jens Nieswand
Original assignee: Neander Motors AG
Current assignee: Neander Motors AG
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2026-07-19
Also published as: DE102006033270B4

Abstract

Eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse (2); zumindest einem Zylinder (20), in dem ein Hubkolben (11) hin- und herbewegbar angeordnet ist; einer ersten Kubelwelle (4); einer zweiten Kurbelwelle (6); wobei die erste Kurbelwelle (4) und die zweite Kurbelwelle (6) zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen; wobei die Dreachsen (X, X') der beiden Kurbelwellen (4, 6) zu einer gemeinsamen Zylinder-Mittelebene (Z) parallel verlaufen und bezüglich dieser seitlich versetzt sind; wobei dem Hubkolben (11) ein erstes und ein zweites Pleuel (3; 5) derart zugeordnet sind, daß das erste Pleuel (3) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (11) und seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (40) der ersten Kurbelwelle (4) drehbar gelagert ist und daß das zweite Pleuel (5) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (11) und mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (60) der zweiten Kurbelwelle (6) drehbar gelagert ist; und wobei die Kurbelwellen (4, 6) über Synchronisationszahnräder (42, 62) miteinander in Eingriff stehen, zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest eine der beiden Kurbelwellen (4, 6) an ihren beiden Enden (44, 46; 64, 66') aus dem Gehäuse (2) der Hubkolben-Brennkraftmaschine herausgeführt ist und daß jedes aus dem Gehäuse (2) herausgeführte Ende (44, 64; 64, 66') der Kurbelwelle(n) (4, 6) zur direkten Kopplung mit einem rotierbaren Aggregat (7, 8; 9, 10) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Hubkolben-Brennkraftmaschinen werden allgemein als Doppelkurbelwellenmotoren bezeichnet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Arbeitsmaschinenanordnung mit einer derartigen Hubkolben-Brennkraftmaschine.
Derartige Doppelkurbelwellenmotoren werden üblicherweise mit einem Getriebe zum Antrieb eines Fahrzeugs gekoppelt. Solche Anordnungen aus Doppelkurbelwellenmotor und Getriebe sind beispielsweise aus der DE 10 2004 016 708 A1 und DE 297 24 672 U bekannt. Dazu sind an einer Stirnseite des Doppelkurbelwellenmotors beide Kurbelwellen aus dem Motorgehäuse herausgeführt und jeweils mit einer Antriebswelle des Getriebes gekoppelt, wobei das vom Doppelkurbelwellenmotor erzeugte Drehmoment im Getriebe von den beiden Eingangswellen auf eine einzige Ausgangswelle übertragen wird.
Es ist weiterhin allgemein bekannt, Hilfsaggregate an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine so anzuordnen, daß sie über ein Riemengetriebe von einer auf einer Kurbelwelle angeordneten Antriebsriemenscheibe angetrieben werden. Durch derartige Riemenantriebe entsteht jedoch ein prinzipiell unerwünschter Wirkungsgradverlust.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine anzugeben, die in der Lage ist, ohne Wirkungsgradverlust, zumindest aber mit deutlich reduziertem Wirkungsgradverlust, mehrere, vorzugsweise mehr als zwei, Aggregate anzutreiben.
Gelöst wird diese Erfindung durch die Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 sowie durch die Arbeitsmaschinenanordnung gemäß Patentanspruch 4.
Bei der Erfindung wird das Vorhandensein von zwei Kurbelwellen in einem Doppelkurbelwellenmotor auf bislang nicht da gewesene Weise genutzt, indem zumindest eine der beiden Kurbelwellen an ihren beiden Enden aus dem Gehäuse der Hubkolben-Brennkraftmaschine herausgeführt ist, wobei jedes aus dem Gehäuse herausgeführte Ende der Kurbelwelle zur direkten Kopplung mit einem rotierbaren Aggregat ausgebildet ist. Dadurch wird nicht nur das einseitige Ende der Kurbelwelle zum Antrieb eines Aggregats genutzt, sondern auch das herkömmlicherweise auf der gegenübergelegenen Seite im Gehäuse gelagerte und üblicherweise nicht aus dem Gehäuse herausgeführte Ende.
Vorzugsweise ist eine der beiden Kurbelwellen mit beiden Enden aus dem Gehäuse herausgeführt und die andere Kurbelwelle mit zumindest einem ihrer Enden aus dem Gehäuse herausgeführt. Dies ermöglicht den direkten Anschluß von drei Aggregaten an der Hubkolben-Brennkraftmaschine.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Version, bei der beide Kurbelwellen mit jeweils ihren beiden Enden aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Diese Ausgestaltungsform erlaubt es, vier Aggregate unmittelbar an der Hubkolben-Brennkraftmaschine anzuschließen, ohne daß das von der Hubkolben-Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment über jeweils ein den Wirkungsgrad verschlechterndes Getriebe geleitet werden muß. Jede der beiden Kurbelwellen des Doppelkurbelwellenmotors kann somit ein ihr zugeordnetes Aggregat direkt und mit Kurbelwellendrehzahl antreiben. Doch selbst, wenn zwischen der Kurbelwelle und einem daran anzuschließenden Aggregat ein Getriebe zur Drehzahlanpassung vorgesehen sein sollte, ist der dadurch in Kauf zu nehmende Wirkungsgradverlust deutlich geringer als bei einem herkömmlichen Riemenantrieb.
Der Kern der Erfindung kann somit auch darin gesehen werden, im Falle der Notwendigkeit des Antriebs von einer Mehrzahl von Aggregaten nicht eine herkömmliche Hubkolben-Brennkraftmaschine einzusetzen, sondern eine Doppelkurbelwellen-Hubkolben-Brennkraftmaschine zu nutzen, die gegenüber einer herkömmlichen Brennkraftmaschine vier und nicht nur zwei rotierende Kurbelwellenenden aufweist, an die jeweils ein anzutreibendes Aggregat unmittelbar und direkt angeschlossen werden kann.
Daraus ergibt sich die erfindungsgemäße Arbeitsmaschinenanordnung mit einer derartigen Doppelkurbelwellen-Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei das jeweils aus dem Gehäuse herausgeführte Ende zumindest einer der Kurbelwellen zum Rotationsantrieb eines Aggregats mit diesem direkt gekoppelt oder koppelbar ausgebildet ist.
Bevorzugterweise werden aber nicht nur die beiden Kurbelwellenenden einer Kurbelwelle, sondern zumindest ein Ende der anderen Kurbelwelle, vorzugsweise aber beide Enden der anderen Kurbelwelle, zusätzlich aus dem Gehäuse herausgeführt, so daß sich drei beziehungsweise vier Aggregate an die Hubkolben-Brennkraftmaschine anschließen lassen beziehungsweise an diese angekoppelt sind.
Diese Aggregate können beispielhaft eines oder mehrere Aggregate aus der folgenden Aufzählung sein: Pumpe, Kompressor, Hydraulikmotor, elektrischer Generator. Es kann aber auch zumindest eines der Aggregate ein Getriebe zur anderweitigen Abnahme mechanischen Drehmoments sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
1. einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine,
2. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschinenanordnung mit drei angeschlossenen Aggregaten und
3. eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschinenanordnung mit vier Aggregaten.
In 1 ist schematisch ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 entlang der Linie I-I in 2 gezeigt. Ein Hubkolben 11 ist in der Bohrung 21 eines mit einem Zylinderkopf 24 versehenen Zylinders 20 eines Motorgehäuses 2 entlang einer Zylinderachse A hin- und herbewegbar aufgenommen. Der Kolben 11 ist in herkömmlicher Weise mit einer Mehrzahl von Kolbenringen 10 gegen die Zylinderbohrung 21 abgedichtet. Von der Bohrung 21 und dem Hubkolben 11 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.
An seinem vom Brennraum 22 abgewandten Ende ist der Kolben 11 mit einem Kolbensteg 12 versehen, an dem bezüglich der Zylinderachse A seitlich zueinander versetzt zwei Pleuellager 14, 16 vorgesehen sind.
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 (nicht gezeigtes) Pleuelauge vorgesehen, welches auf einem ersten Kurbellagerabschnitt 40 einer ersten um eine Achse X rotierbaren Kurbelwelle 4 drehbar gelagert ist.
In gleicher Weise ist am zweiten Pleuellager 16 des Kolbens 11 ein zweites Pleuel 5 mit einem ersten Pleuelauge 50 schwenkbar gelagert. Das Pleuel 5 ist mit einem an seinem anderen Ende vorgesehenen weiteren Pleuelauge (nicht gezeigt) drehbar auf einem ersten Kurbellagerabschnitt 60 einer zweiten um eine Achse X' rotierbaren Kurbelwelle 6 gelagert.
Die beiden Kurbelwellen 4 und 6 stehen über 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 Kurbellagerabschnitte 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 Doppelkurbelwe1lenmotors beziehungsweise Doppelpleuelmotors mit zwei zueinander parallel verlaufenden und sich gegensinnig synchron drehenden Kurbelwellen 4, 6 sorgt dafür, daß der Kolben 11 reibungsarm in der Zylinderbohrung 21 laufen kann, ohne bezüglich der Zylinderachse A seitlich zu kippen.
In 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Arbeitsmaschinenanordnung dargestellt, die einen Doppelkurbelwellenmotor 1 mit einem schematisch angedeuteten Motorgehäuse 2 aufweist. Die erste Kurbelwelle 4 ist mit ihren beiden Kurbelwellenendabschnitten 44, 46 durch die Wandung des Motorgehäuses 2 nach außen herausgeführt und dort im Bereich der Wandung des Motorgehäuses in einem schematisch dargestellten Lager 45 beziehungsweise 47 abdichtend drehbar gelagert.
Die zweite Kurbelwelle 6 ist mit ihrem ersten, dem Zahnrad 62 benachbarten Endabschnitt 64 ebenfalls aus dem Motorgehäuse 2 herausgeführt und dort im Bereich der Wandung des Motorgehäuses in einem schematisch dargestellten Lager 65 abdichtend drehbar gelagert. Das zweite Ende 66 der zweiten Kurbelwelle 6 ist innerhalb des Motorgehäuses 2 gelegen und dort in einem Lager 67 drehbar gelagert.
Die drei aus dem Motorgehäuse 2 herausgeführten Kurbelwellenenden 44, 46 und 64 sind jeweils mit einem in 2 nur schematisch dargestellten Aggregat 7, 8 beziehungsweise 9 drehbar verbunden. Ein derartiges Aggregat ist ein von der jeweiligen Kurbelwelle angetriebenes Arbeitsgerät, beispielsweise eine Pumpe, eine Kompressor, ein Hydraulikmotor, ein elektrischer Generator oder ein Getriebe.
Die Ausführungsform nach 3 entspricht im Grundsatz der Ausführungsform aus 2, sodaß für die meisten Elemente dieselben Bezugszeichen zutreffen wie in 2. Lediglich die zweite Kurbelwelle 6' weicht von der Kurbelwelle 6 des Beispiels aus 2 ab. Die Kurbelwelle 6 ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel der 3 mit ihrem zweiten Endabschnitt 66' ebenfalls durch die Außenwand des Motorgehäuses 2 herausgeführt, wobei dieser Kurbelwellenendabschnitt 66' im Bereich der Gehäusewandung in einem schematisch dargestellten Lager 67' abdichtend drehbar gelagert ist. Auch das zweite Ende 66' der zweiten Kurbelwelle 6' ist in dem Beispiel der 3 mit einem Aggregat 10 drehbar verbunden, das ebenfalls eine Pumpe, ein Kompressor, ein Hydraulikmotor, ein elektrischer Generator oder ein Getriebe sein kann.
Sowohl die Ausführungsform nach 2, als auch die Ausführungsform nach 3 erlaubt es, eine Mehrzahl von Aggregate 7, 8, 9, 10 bildenden Arbeitsgeräten direkt über die jeweilige Kurbelwelle 4, 6 beziehungsweise 6' mit von der Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 beziehungsweise 1' erzeugtem Drehmoment zu versorgen. Insbesondere eignen sich diese erfindungsgemäßen Arbeitsmaschinenanordnungen für den stationären Einsatz.
Es ist aber ebenso denkbar, daß die erfindungsgemäße Arbeitsmaschinenanordnung in einem Fahrzeug eingesetzt wird, wobei sie beispielsweise einen elektrischen Generator, eine hydraulische Servopumpe, einen Klimaanlagenkompressor und ein Fahrgetriebe jeweils direkt von der Hubkolben-Brennkraftmaschine antreiben wird. Auch kann statt des Fahrgetriebes eine weitere Hydraulikpumpe vorgesehen sein, die beispielsweise Hydraulik-Antriebsmotoren des Fahrzeugs antreibt.
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.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Claims

Hubkolben-Brennkraftmaschine mit – einem Gehäuse (2) – zumindest einem Zylinder (20), in dem ein Hubkolben (11) hin- und herbewegbar angeordnet ist; – einer ersten Kurbelwelle (4); – einer zweiten Kurbelwelle (6); – wobei die erste Kurbelwelle (4) und die zweite Kurbelwelle (6) zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen; – wobei die Drehachsen (X, X') der beiden Kurbelwellen (4, 6) zu einer gemeinsamen Zylinder-Mittelebene (Z) parallel verlaufen und bezüglicher dieser seitlich versetzt sind; – wobei dem Hubkolben (11) ein erstes und ein zweites Pleuel (3; 5) derart zugeordnet sind, • daß das erste Pleuel (3) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (11) und seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (40) der ersten Kurbelwelle (4) drehbar gelagert ist und • daß das zweite Pleuel (5) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (11) mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (60) der zweiten Kurbelwelle (6) drehbar gelagert ist und – wobei die Kurbelwellen (4, 6) über Synchronisationszahnräder (42, 62) miteinander in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, – daß zumindest eine der beiden Kurbelwellen (4, 6) an ihren beiden Enden (44, 46; 64, 66') aus dem Gehäuse (2) der Hubkolben-Brennkraftmaschine herausgeführt ist und – daß jedes aus dem Gehäuse (2) herausgeführte Ende (44, 64; 64, 66') der Kurbelwelle(n) (4, 6) zur direkten Kopplung mit einem rotierbaren Aggregat (7, 8; 9, 10) ausgebildet ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß eine der Kurbelwellen (4) mit beiden Enden (44, 46) aus dem Gehäuse (2) herausgeführt ist und – daß die andere der Kurbelwellen (6) mit zumindest einem ihrer Enden (64) aus dem Gehäuse (2) herausgeführt ist, – wobei jedes aus dem Gehäuse (2) herausgeführte Ende (44, 46; 64) der Kurbelwellen (4, 6) zur direkten Kopplung mit einem rotierbaren Aggregat (7, 8; 9) ausgebildet ist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kurbelwellen (4, 6) mit jeweils ihren beiden Enden (44, 46; 64, 66') aus dem Gehäuse (2) herausgeführt sind, wobei jedes aus dem Gehäuse (2) herausgeführte Ende (44, 46; 64, 66') der Kurbelwellen (4, 6) zur direkten Kopplung mit einem rotierbaren Aggregat (7, 8; 9, 10) ausgebildet ist.
Arbeitsmaschinenanordnung mit einer Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils aus dem Gehäuse (2) herausgeführte Ende (44, 46; 64, 66') zumindest einer der Kurbelwellen (4, 6) zum Rotationsantrieb eines Aggregats (7, 8; 9, 10) mit diesem direkt gekoppelt oder koppelbar ausgebildet ist.
Arbeitsmaschinenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Aggregate (7, 8, 9, 10) eine Pumpe ist.
Arbeitsmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Aggregate (7, 8, 9, 10) ein Kompressor ist.
Arbeitsmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Aggregate (7, 8, 9, 10) ein Hydraulikmotor ist.
Arbeitsmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Aggregate (7, 8, 9, 10) ein Generator ist.
Arbeitsmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eines der Aggregate (7, 8, 9, 10) ein Getriebe ist.