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Die Erfindung betrifft Boxermotoren mit paarweise gegenüber liegende Zylinder und gegenläufigen Kolben. Es ist ersichtlich, dass sich die Massenkräfte beider Zylinder aufgrund der gegenläufigen Bewegung aufheben. Da ein Versatz der Zylinderachsen bei üblichen Bauweisen unvermeidbar ist, treten jedoch störende Massenmomente auf. Es wird daher aus Gründen des Massenausgleichs, insbesondere bei Zweizylinderboxermotoren, ein möglichst kleiner Zylinderversatz angestrebt. Abgesehen von dem günstigen Einfluss auf den Massenausgleich, ergibt eine Verringerung des Zylinderversatzes auch eine kompaktere Bauweise und eine gleichmäßigere Hauptlagerbelastung. Wenn zwischen den beiden Kröpfungen eines Zylinderpaares kein Hauptlager angeordnet ist, lässt sich ein kleinerer Zylinderabstand verwirklichen, weshalb diese Bauweise bei Zweizylinderboxermotoren bevorzugt wird.
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Bei Boxerkurbelwellen wir häufig eine mehrteilige, gebaute Bauweise eingesetzt, bei der die Hauptlager mit Kurbelwangen und Hubzapfen einteilig ausgeführt sind, und die Zwischenwangen, dazwischen separat ausgeführt werden. Diese Bauweise ermöglicht ungeteilte Pleuel, welche gegenüber geteilten Pleuel eine erhebliche Gewichtseinsparung ermöglichen sich auch besser für eine Wälzlagerung eignen. Ein weiterer Vorteil der gebauten Bauweise, ist das die Zwischenwange S-förmig ausgeführt werden kann (3) wodurch die beiden Pleuellager näher aneinander gerückt werden können. Bei einer einteiligen Kurbelwellenausführung ist dies technisch undurchführbar, da das Schleifen der Hubzapfen mit konventionellen Methoden nicht möglich ist. Es versteht sich, dass der S-Schlag der Kurbelwelle begrenzt ist durch den notwendigen Freigang der Pleuel. Um einen möglichst großen S-Schlag darstellen zu können, müssen daher die Pleuel so ausgeführt werden, dass sie zur Zwischenwange hin möglichst wenig axialen Bauraum benötigen.
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Dem Stand der Technik entsprechend wird man also bei einer gebauten Boxerkurbelwelle möglichst schmale Pleuel (in Kurbelwellenachsrichtung) einsetzen um den Zylinderversatz gering zu halten. Hierbei ist die Pleuelbreite jedoch begrenzt durch die notwendige Knicksicherheit welche für einen sicheren Betrieb erforderlich ist. Eine Vergrößerung der Abmessungen quer zur Kurbelwellenachsrichtung bewirkt wenig Verbesserung hinsichtlich der Knickung quer zur Achsrichtung ohne die akzeptablen Abmessungen und Gewichte eines Pleuels zu überschreiten. Alternativ kann eine asymmetrische Gestaltung des Pleuels geeignet sein, den Bauraum für den S-Schlag zu vergrößern. Hiervon wird aber bislang kein Gebrauch gemacht, da man Biegemomente im Pleuelschaft vermeiden möchte.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine asymmetrische Pleuelbauweise und einen verstärkten S-Schlag der Kurbelwelle mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere, ggf. auch unabhängig hiervon, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die asymmetrische Pleuelbauweise zeichnet sich durch eine Seite aus welche (in Kurbelwellenachsrichtung) möglichst wenig Bauraum beansprucht, und bei der Kraftübertragung zwischen oberem und unterem Pleuelauge keine wesentlichen Unterschiede zu symmetrischen Ausführungen aufweist. Der erfindungsgemäße Ansatz, ist ein asymmetrischer Pleuelschaft welcher zumindest über den größten Teil seiner Länge einen Querschnitt aufweist, dessen Schwerpunkt sich in der projizierten Lagermitte der Pleuelaugen befindet. Da die neutrale Faser bei einer Biegung sich immer im Schwerpunkt eines Querschnitts befindet, besteht bei einer Längskraft auf dem Pleuelschaft kein Bestreben sich in einer Richtung zu biegen und er verhält sich äquivalent zu einer symmetrischen Ausführung. Bei einer solchen Ausführung ergibt es sich beinahe von alleine, dass der Schwerpunkt des Pleuels sich ebenfalls zumindest annähernd in der Mitte befindet (in Kurbelwellenachsrichtung).
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Die erfindungsgemäße Auslegung kann mit verschiedenen Pleuelquerschnittsformen erreicht werden, wobei solche zu bevorzugen sind, welche eine möglichst hohe Knicksicherheit bei möglichst großem Freigang zu einer Seite hin ermöglichen. Dies kann beispielsweise durch einen U-förmigen (1) oder asymmetrisch H-förmigen Querschnitt erreicht werden. Als besonders günstig hinsichtlich der Knicksicherheit hat sich ein H-Schaft Pleuel bei der die Breiten und Dicke der Profilenden (in Kurbelwellenachsrichtung) stark unterschiedliche ausgeführt sind (2) erwiesen. Die genannten Grundformen können natürlich mit fertigungstechnisch günstigen Rundungen und Ausformschrägen ausgeführt sein, ebenso sind weitere Formen denkbar welche die erfindungsgemäßen Kriterien einhalten, so kann der Pleuelschaft beispielsweise auch mit einer Längsbohrung versehen sein welche eine Schmiermittelweiterleitung zwischen dem oberen und unteren Pleuelauge ermöglicht. Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnungen zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Pleuels mit U-förmigen Schaftquerschnitt, wobei die Schnittfläche (14) senkrecht zur Mittelachse (15) des Pleuels liegt. Der Flächenschwerpunkt (29) der Querschnittsfläche befindet sich zumindest annähernd in der Mittelachse des Pleuels. Die Mittelachse verläuft orthogonal zu den Achsen der oberen (1) und unteren (3) Pleuelauge und in Kurbelwellenachsrichtung zumindest annähernd mittig durch die Lagerstellen. Die erfindungsgemäße Auslegung der Querschnittsfläche des Pleuelschafts gilt zumindest für den überwiegenden Teil des Pleuelschaftes.
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel welches sich durch eine höheres Flächenträgheitsmoment der Pleuelschaftsquerschnittsfläche bei gleichen Grundabmessungen des Pleuels auszeichnet. Hierbei ist der Schaftquerschnitt H-förmig mit stark unterschiedlichen Breiten der Endflächen (16)(17).
- 3 eine Schnittansicht eines Kurbeltriebs eines Zweizylinderboxermotors mit ungeteilten Pleuel nach 1. Hierbei ist die Kurbelwelle aus drei Teilen gebaut, wobei zwei identische Bauteile (6) die Hauptlagerzapfen (18) Kurbelwangen 19) und Hubzapfen (20) und Gegengewichte (21) umfassen. Das dritte Bauteil der Kurbelwelle ist die Mittelwange (5) welches die Verbindung zwischen den Bauteilen (6) herstellt. Zur besseren Verdeutlichung sind ferner die Kolben (8) und die Kolbenbolzen (7) sowie die Wälzlager (22) der große Pleuelaugen (3) dargestellt. Um den Zylinderversatz (11) möglichst gering zu halten, ist die Mittelwange mit einem S-Schlag (9) versehen, wodurch gewährleistet ist, dass sie einerseits in Kurbelwellenachsrichtung genug Dicke aufweist um eine notwendige Mindeststeifigkeit aufzuweisen und andererseits die Pleuel (10) näher zur Mitte hin angeordnet werden können. Durch die asymmetrische Ausführung ist der Raumbedarf des Pleuelschafts in Richtung Zwischenwange (13) deutlich kleiner als auf der zur Zwischenwange abgewandten Seite (12), wodurch mehr axialer Bauraum für einen stärkeren S-Schlag der Zwischenwange zur Verfügung steht. Hierdurch kann der Zylinderversatz gegenüber dem Stand der Technik deutlich vermindert werden.
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Es versteht sich, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf Boxermotoren oder ungeteilte Pleuel beschränkt ist. Eine weitere Einsatzmöglichkeit des Pleuel ist eine Vorrichtung zur variablen Verdichtung nach DE 100 26 634.7/DE 100 58 206.0/
W0002001092700A1 Es ist sofort ersichtlich dass durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Pleuels der Bauraum für die Exzenterschwinge und Koppelstange erheblich vergrößert werden kann, wodurch eine Steigerung der Betriebsfestigkeit möglich ist. In der AnmeldungW0002001092700A1 ist bereits ein asymmetrischer Pleuelquerschnitt berücksichtigt, (
24 und
25) jedoch ist aufgrund der eingezeichneten Mittellage sofort ersichtlich, dass sich hierbei der Schwerpunkt deutlich außerhalb von der projizierten Lagermitte abweicht. Es findet sich auch in der Beschreibung kein Hinweis auf eine Auslegung unter Berücksichtigung der Lage des Querschnittsschwerpunktes, so, dass bei der hier beschriebenen und gezeigten Anordnung eine Biegung des Pleuels infolge einer Längskraft auftritt, wodurch die Knickanfälligkeit verstärkt wird und die Lagerungen des Pleuels sehr ungünstig durch Momente belastet werden.
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Analog zu diesem Beispiel sind weitere Lösungen zur Darstellung einer variablen Verdichtung denkbar welche auf zusätzlichen Bauraum angewiesen sind welcher durch die erfindungsgemäße Lösung geschaffen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- oberes Pleuelauge
- 2
- Pleuelschaft
- 3
- unteres Pleuelauge
- 4
- Bauraum für S-Schlag
- 5
- Zwischenwange
- 6
- Kurbelwellenbauteil mit Hauptlagerzapfen 18, Hubzapfen 20, Kurbelwange 19 und Gegengewichten 21
- 7
- Kolbenbolzen
- 8
- Kolben
- 9
- S-Schlag der Zwischenwange
- 10
- Pleuel
- 11
- Zylinderversatz
- 12
- axiale Baulänge des Pleuelschafts 2 zur Zwischenwange 5 abgewandte Seite
- 13
- axiale Baulänge des Pleuelschafts 2 zur Zwischenwange 5 zugewandte Seite
- 14
- Pleuelquerschnitt
- 15
- Mittelachse des Pleuels 10
- 16
- breite Endfläche des Pleuelschafts 2
- 17
- kurze Endfläche des Pleuelschafts 2
- 18
- Kurbelwellenhauptlagerzapfen
- 19
- Kurbelwange
- 20
- Hubzapfen
- 21
- Gegengewicht
- 22
- Wälzlager
- 23
- Augenachse des oberen Pleuelauges 1
- 24
- Augenachse des unteren Pleuelauges 3
- 25
- Augenbreite des oberen Pleuelauges 1
- 26
- Augenbreite des unteren Pleuelauges 3
- 27
- Augenmitte des oberen Pleuelauges 1
- 28
- Augenmitte des unteren Pleuelauges 3
- 29
- Flächenschwerpunkt
- 30
- erster Schaftfußpunkt
- 31
- zweiter Schaftfußpunkt
- 32
- Gesamtschwerpunkt des Pleuels 10
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 002001092700 A1 [0007]
