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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolbenmaschine, als Brennkraftmaschine wirkend, die wenigsten einen Hubkolben aufweist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist eine Kolbenmaschine bekannt,
FR 1.011.422 , die einen in einer Zylinderbohrung hin und her bewegbaren Hubkolben aufweist. Der Hubkolben ist unter Zwischenschaltung einer Verbindungsstange mit zwei Pleueln gekoppelt, die entfernt von einem Kolbenbolzenlager des Hubkolbens mit zwei parallel zueinander verlaufenden Kurbelwellen verbunden sind. Auf den Kurbelwellen sind als Schwungräder ausgebildete Masseräder befestigt, die an ihrem Außenumfang je eine Stirnradverzahnung aufweisen, die miteinander kämmen, so dass die Kurbelwellen synchron in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden.
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Aus der
DE 103 48 345 B4 geht eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem eine Bohrung umfassenden Zylinder hervor, in der ein Hubkolben Axialbewegungen ausübt. Am Hubkolben greifen zwei Pleuel an, die auf der vom Hubkolben abgekehrten Seite mit zwei mit parallelem Abstand zueinander sich erstreckenden Kurbelwellen zusammenarbeiten. Die Kurbelwellen sind drehfest mit Zahnrädern zusammengeschlossen, die miteinander in Eingriff stehen. Letztere tragen dazu bei, dass die Kurbelwellen gegenläufig synchron in Umlauf gebracht werden. Stirnabschnitte der Kurbelwellen sind mit Auswuchtmassen versehen, und an den Stirnabschnitten sind auch Ausnehmungen vorgesehen, und zwar an gegenüberliegenden Seiten der Auswuchtmassen. Auswuchtmassen und Ausnehmungen tragen dazu bei, dass rotierende und oszillierende Massen der Hubkolben-Brennkraftmaschine ausgeglichen werden.
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In der
JP H10-220547 A wird eine Hubkolbenmaschine behandelt, bei der ein Hubkolben in einem Zylinder hin und her bewegbar ist und über zwei Pleuel mit zwei Kurbelwellen in Wirkverbindung steht. Die Kurbelwellen sind mit Synchronisationszahnrädern versehen, die mittels Stirnverzahnungen derart in Eingriff stehen, dass diese Kurbelwellen in entgegengesetzten Drehrichtungen rotieren. Die Synchronisationszahnräder sind von oben auf die Hubkolbenmaschine betrachtet benachbart von ersten Enden der Kurbelwellen angebracht. In der Nähe von zweiten Enden der Kurbelwellen sind Schwungräder vorgesehen, die mit axialem Versatz zueinander festgelegt sind. Aufgrund dieser Bauweise sind die Schwungräder mit Abstand bzw. entfernt von den Synchronisationszahnrädern auf den Kurbelwellen festgesetzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine als Brennkraftmaschine wirkende Hubkolbenmaschine, umfassend wenigstens einen Hubkolben, zwei Pleuel und zwei parallel ausgerichtete Kurbelwellen, so auszulegen, dass die Hubkolbenmaschine sich bei guter Funktion mit vertretbarem Einsatz problemlos realisieren lässt und sich durch eine kompakte und konstruktiv klar gegliederte Maschinenarchitektur auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass die Hubkolbenmaschine übersichtlich gestaltet ist, wobei der axiale Versatz der mit den Kurbelwellen verbundenen Schwungrädern bezüglich Größe bzw. Massedimensionierung von letzteren und der dadurch günstigen, d.h. mit relativ geringem parallelem Abstand der Kurbelwellen zueinander, diese Gestaltung nicht nur unterstützt, sondern auch eine bei einer Hubkolbenmaschine mit zwei Pleueln und zwei Kurbelwellen Maßstäbe setzende Konstruktion darstellt. Dabei ist hervorzuheben, dass eines der Schwungräder eine trogförmige Ausnehmung zur Aufnahme einer Lichtmaschine besitzt und damit neben der Unterstützung für eine gleichförmige Bewegung der Kurbelwelle eine zusätzliche Aufgabe erfüllt. Dabei weist eines dieser Schwungräder an seinem Außenumfang einen leicht integrierbaren Antriebskranz auf, der bspw. mit einem Ritzel eines Anlassers in Wirkverbindung steht. Eine schwingungstechnisch optimierte Anordnung der Synchronisationszahnräder auf den Kurbelwellen -und auch räumlich funktionsgerechte Lage der Schwungräder relativ zu den Synchronisationszahnrädern- wird erreicht, wenn die über die Stirnzahnräder zusammenwirkenden Synchronisationszahnräder benachbart von Schwingungsknoten der Kurbelwellen liegen. Musterhaft ist auch, das in der Nähe von zweiten Endbereichen der Kurbelwellen d.h. am Endbereich der einen Kurbelwelle eine Zwischenzahnrad vorgesehen ist, das mit einem Antriebszahnrad kämmt; dieses Antriebszahnrad wirkt auf einfache Weise mit einer Abtriebswelle zusammen. Beispiel gebend ist ferner, dass das Antriebszahnrad mit einem Sekundärtriebrad zur Betätigung eines Umschlingungstriebs eines Ventilsteuersystems versehen ist, das eine erste und ein zweite Nockenwelle umfasst. Hierbei greift der als Kettentrieb ausgebildete Umschlingungstrieb an einem ersten Ende der ersten Nockenwelle an, und diese Nockenwelle verfügt an dem zweiten Endbereich über ein erstes Stirnrad, das mit einem zweiten Stirnrad der zweiten Nockenwelle kämmt. Die zweite Kurbelwelle ist dadurch funktionserweitert, dass sie mit dem zweiten Endbereich ein Nebenaggregat z.B. Ölpumpe antreibt. Schließlich zeichnet sich das Bauprinzip der Hubkolbenmaschine auf besondere Art dadurch aus, dass der Kraftfluss zwischen der ersten Kurbelwelle und der zweiten Kurbelwelle mittels dem zweiten Synchronisationszahnrad auf das erste Synchronisationszahnrad bzw. die erste Kurbelwelle einwirkt, wobei die erste Kurbelwelle unter Vermittlung des Zwischenzahnrads das die Antriebswelle beeinflussende Antriebszahnrad antreibt.
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In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend näher beschrieben wird.
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Es zeigen
- 1 eine erste Schrägansicht einer als Brennkraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine mit zwei Pleueln je Hubkolben und zwei Kurbelwellen,
- 2 einen Längsschnitt durch die Kurbelwellen der 1 im Bereich von Schwungrädern,
- 3 eine zweite Schrägansicht der Brennkraftmaschine,
- 4 eine dritte Schrägansicht der Brennkraftmaschine mit Darstellung des Kraftflusses zwischen den Kurbelwellen der 1.
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Eine Brennkraftmaschine 1 der Gattung Hubkolbenmaschine umfasst in Reihe angeordnete Zylinder mit Zylinderbohrungen -nicht gezeigt-, in denen erste und zweite Hubkolben 2 und 3 hin und her bewegt werden. Jeder Hubkolben z.B. 2 wirkt über ein erstes Pleuel 4 und ein zweites Pleuel 5 mit einer ersten Kurbelwelle 6 und einer zweiten Kurbelwelle 7 zusammen. Beide mit Gegengewichten G6 und G7 versehene Kurbelwellen 6 und 7 verlaufen mit parallelem Abstand zueinander und sind mit ersten und zweiten Synchronisationszahnrädern 8 und 9 versehen, die über ein Stirnradgetriebe 10 in Wirkverbindung stehen. Diese Verbindung trägt dazu bei, dass die Kurbelwellen 6 und 7 synchron gegenläufig bzw. in entgegen gesetzte Richtungen gedreht werden. An ersten Endbereichen 11 und 12 der Kurbelwellen 6 und 7 sind erste und zweite Schwungräder 13 und 14 mit kreiszylinderischer Form angebracht, mit denen Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine 1 ausgeglichen werden.
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Die Schwungräder 13 und 14 sind in axialer Richtung A-A der Kurbelwellen 6 und 7 betrachtet mit einem Versatz VeSch zueinander verlaufen. Der Versatz VeSch der Schwungräder 13 und 14 ist, um räumlich günstige Voraussetzungen zu schaffen, im Ausführungsbeispiel relativ klein, ebenso der Abstand zwischen den Kurbelwellen 6 und 7. In diesem Zusammenhang ist denkbar, diese Schwungräder 13 und 14 an zweiten Endbereichen 15 und 16 der Kurbelwellen 6 und 7 zu platzieren bzw. jeweils das eine Schwungrad am ersten Endbereich 11 der einen Kurbelwelle und das andere Schwungrad am zweiten Endbereich der anderen Kurbelwelle zu befestigen. Und möglich ist bei entsprechenden Bauraumgegebenheiten außerdem, die Schwungräder 13 und 14 zwischen den Endbereichen 11 und 12 bzw. 15 und 16 der Kurbelwellen 6 und 7 unterzubringen, und zwar mit definiertem axialem Versatz VeSch.
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Nach den 1 bis 3 liegen die Schwungräder 13 und 14 benachbart der Synchronisationszahnräder 8 und 9, die in einer sich quer zur Längsmittelebene B-B der Brennkraftmaschine 1 sich erstreckenden Verbindungsebene C-C verlaufen. Die Schwungräder 13 und 14 sind im Wesentlichen baugleich ausgeführt und jeweils mit trogförmigen Ausnehmung 17 und 18 -Fig. 2- versehen. Die Ausnehmung 18 des zweiten Schwungrads 14 ist zur Aufnahme einer Lichtmaschine 19 zum Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ausgeführt. Zusätzlich ist an einem Außenumfang 20 des zweiten Schwungrads 14 ein Antriebszahnkranz 21 -Stirnrad- aufgebracht, der z.B. mit einem Ritzel eines Anlassers -nicht dargestellt- in Wirkverbindung steht.
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Um die Schwingungsbeanspruchungen des Stirnradgetriebes 10 der Synchronisationszahnräder 8 und 9 möglichst gering zu halten, sind besagte Synchronisationszahnräder 8 und 9 bzw. die Verbindungsebene C-C benachbart bzw. möglichst nahe von Schwingungsknoten 22 und 23 -Stelle minimaler Amplitude- auf den Kurbelwellen 6 und 7 festgelegt. Die Schwingungsknoten 22 und 23 werden durch Schwingungsbäuche 24 und 25 definiert -Fig. 2-.
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Die erste Kurbelwelle 6 ist am zweiten Endbereich 15 mit einem Zwischenzahnrad 26 versehen, das mit einem Antriebszahnrad 27 kämmt. Zwischenzahnrad 26 und Antriebszahnrad 27 bilden ein Stirnradgetriebe 28, und das Antriebszahnrad 27 wirkt mit einer nur prinzipiell dargestellten Antriebswelle 29 bspw. zu einem Getriebe, einer Schiffsschraube oder dgl. zusammen. Darüber hinaus ist das Antriebszahnrad 27 mit einem Sekundärtriebrad 30 zum Betätigen eines Umschlingungstriebs 31 eines Ventiltriebs 32 versehen. Der Ventiltrieb 32 verfügt zur Gaswechselsteuerung von Ansaug- und Abgasmedien pro Zylinder zwei Einlassventile 33 und 34 sowie zwei Auslassventile 35 und 36. Die Einlassventile 33 und 34 sowie die Auslassventile 35 und 36 werden mittels einer ersten Nockenwelle -Einlassnockenwelle- 37 und einer zweiten Nockenwelle -Auslassnockenwelle- 38 betätigt. In der Brennkraftmaschinen-Technik werden solche Nockenwellen auch oben liegende genannt.
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Der als Kettentrieb 39 mit Führungsschiene 40 und Spannschiene 41 -beide letzteren bestehen aus Kunststoff- dargestellte Umschlingungstrieb 31 greift an einem ersten Endbereich 42 der ersten Nockenwelle 37 an. Hierbei besitzt die erste Nockenwelle 37 an einem zweiten Endbereich 43 ein erstes Stirnrad 44, das mit einem zweiten Stirnrad 45 der zweiten Nockenwelle 38 kämmt. Darüber hinaus ist die zweite Kurbelwelle 7 im zweiten Endbereich 16 so gestaltet, dass sie ein Nebenaggregat 46 z.B. eine nicht abgebildete Ölpumpe antreibt.
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Schließlich erfolgt der Kraftfluss zwischen der ersten Kurbelwelle 6 und der zweiten Kurbelwelle 7 in der Weise, dass die zweite Kurbelwelle 7 unter Vermittlung des zweiten Synchronisationszahnrads 9 auf das erste Synchronisationszahnrad 8 einwirkt. Dabei treibt die erste Kurbelwelle 6 unter Zwischenschaltung des Zwischenzahnrads 26 das Abtriebszahnrad an 27 -siehe Pfeilangabe 4-.
