DE19510907C1 - Mechanisches Kraftumwandlungsprinzip für Arbeits- und Verbrennungskraftmaschinen mit Hubkolben - Google Patents

Description

Kurbeltriebwerke sind die in der Technik am meisten verbreitete Form der Umwandlung von Druckkräften in Drehbewegungskräfte und umgekehrt.

Aus den Druckschriften
DE 34 26 487 A1,
DE 31 29 028 A1,
DE 32 38 030 A1,
DE 37 10 706 A1,
DE-B : Th. Vieweg "Heißluftmotoren", S. 33 und
DE-B: Technikhandbuch 13. Aufl. S. 1096 f.
gehen derartige Kurbeltriebe hervor.

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Kolbentrieb für Brennkraftmaschinen (BKM), bei der die an einem Kolben erzeugte Kraft auf zwei Kurbelwellen verteilt wird (auch Doppelwellenantrieb genannt).

Bei diesen bekannten Kurbeltrieben sind die Kurbelwellen symmetrisch zur Kolbenachse und im gleichen Abstand zum Kolbenbolzen angeordnet. Beide Wellen drehen sich gegeneinander, sind gleich groß und haben spiegelbildlich immer den gleichen Stand der Kurbelzapfen und Pleuel, da sie miteinander gekoppelt sind.

Darüber hinaus werden zwei Pleuel zum Antrieb der beiden Kurbelwellen verwendet. Sie leiten die anliegende Kolbenkraft synchron (zu gleichen Teilen) an die jeweilige Kurbelwelle weiter (Fig. 4).

Hinsichtlich der typischen Pleuel-Kurbelzapfen-Abläufe gleicht eine Hälfte eines Doppelwellentriebwerkes allein gesehen einem Einwellenkurbeltriebwerk - das Ergebnis ist ein ähnliches Drehmoment. Beide Antriebsarten haben den gleichen Nachteil: das Pleuel und der Kurbelzapfen bilden zum Zündzeitpunkt annähernd eine Gerade (Fig. 3), was bedeutet, daß nur ein kleiner Teil der Kolbenkraft in Tangentialkraft und damit in Motordrehmoment umgewandelt wird.

Kurbeltriebwerke der vorgenannten Arten haben geringe Wirkungsgrade, resultierend aus den konstruktiv bedingten Gegebenheiten. Folgende Nachteile treten während eines Arbeitstaktes auf:

• - ungünstige Pleuel-Kurbelzapfen-Winkel mit großem Radialkraftanteil
• - hohe Materialbelastungen durch oben genannte Radialkräfte
• - geringe Energieausnutzung durch kurze Kolbenhublängen
• - Kolbenseitenkräfte sind groß (bei Einwellentriebwerken).

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erhöhung des Wirkungsgrades der oben genannten Antriebsart durch folgende Maßnahmen zu erreichen:

• - Verringerung der Radialkräfte - Vergrößerung der Tangentialkräfte
• - Verringerung der Kolbenseitenkräfte.

Im Gegensatz zu den oben genannten Nachteilen kommt bei der vorliegenden Anmeldung ein dreiteiliges Pleuel zur Anwendung, dessen Wirkungsgrad im Vergleich zu den bekannten Kurbeltriebwerken höher ist.

Die Verbesserung der Kolbenkraftausnutzung wird durch den Vorlauf einer Kurbelwelle gegenüber der anderen (Fig. 1 und 2) - im Gegensatz zu den herkömmlichen Doppeltriebwerken - erreicht. Die beiden Wellen sind unsymmetrisch zur Kolbenachse gelagert.

Die drei Teile des Pleuels haben einen gemeinsamen Drehpunkt in Form eines Scharniergelenkes (Fig. 7 zeigt eine mögliche Variante). Dabei stellt Pleuel 1 (Fig. 1) die Verbindung zum Kolben, Pleuel 2 und 3 zu den Kurbelwellen her.

Die beiden Pleuel 2 und 3 erhalten die vom Pleuel 1 übertragenen Kräfte zu ungleichen Teilen. Das Kräfteverhältnis hängt von der Stellung des Kolbens und damit von der Stellung der Pleuel 2 und 3 ab. Durch das Gelenk (das alle drei Pleuelstangen miteinander verbindet) wird erreicht, daß die beiden Pleuel 1 und 3 während der ersten Hälfte des Arbeitstaktes eine annähernde Gerade bilden, so daß der größte Teil der Kolbenkraft auf die Kurbelwelle 1 übertragen wird. Diese "Gerade" verläuft entlang der Kolbenachse, wodurch auch Kolbenseitenkräfte vermieden werden.

In der zweiten Hälfte des Arbeitstaktes wird die Kolbenkraft annähernd zu gleichen Teilen auf Pleuel 2 und 3 und damit auf beide Kurbelwellen übertragen (Fig. 5).

Die entstehenden Pleuel-Kurbelzapfen-Winkel sind dabei - außer am oberen und unteren Totpunkt - meist gut bis sehr gut zu nennen. Diese günstigen Winkel sind die wichtigste Voraussetzung für eine hohe Ausnutzung der Kolbenkraft. Während des Arbeitstaktes kann somit mit Hilfe dieser Konstruktion ein größerer Teil der geradlinig verlaufenden Kolbenkraft in Drehkraft (Motordrehmoment) umgewandelt werden.

Ein weiterer Vorteil dieses Pleuelsystems entsteht durch das Einknicken der Pleuel im zweiten Teil des Arbeitstaktes. Dadurch wird eine Verlängerung des Kolbenhubes gegenüber den herkömmlichen Kurbeltrieben bei gleicher Kurbelzapfenlänge erreicht (Fig. 5 und 6).

Im Ergebnis ist der Wirkungsgrad dieses Kurbeltriebes bedeutend höher als bei herkömmlichen Kurbeltriebwerken - die Motorkraftkennlinie steigt schnell an und bleibt bis zum unteren Totpunkt annähernd konstant.

Claims (1)

1. Mechanisches Kraftumwandlungsprinzip für Arbeits- und Verbrennungskraftmaschinen mit Hubkolben, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kurbeltriebwerk aus drei miteinander gekoppelten Pleuelstangen, verbunden in einem gemeinsamen Drehpunkt, auf zwei miteinander gekoppelte Kurbelwellen die Kolbenkraft weiterleiten.