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Die
Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor für ein Arbeitsgerät, insbesondere
für ein
tragbares Arbeitsgerät,
wie eine Motorkettensäge
oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Als
geeigneter Verbrennungsmotor in handgeführten, tragbaren Arbeitsgeräten hat
sich der insbesondere einzylindrige Zweitaktmotor durchgesetzt, der
bei geringem Leistungsgewicht und einfachem Aufbau bevorzugt den
Antrieb bildet. Aufgrund der Größe des Arbeitsgerätes muß dafür Sorge
getragen werden, daß der
Verbrennungsmotor einen nur minimalen Bauraum einnimmt, so daß das Arbeitsgerät klein
und handlich ausgeführt
werden kann.
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Aufgrund
des günstigeren
Abgasverhaltens werden vermehrt auch einzylindrige Viertaktmotoren in
handgeführten,
tragbaren Arbeitsgeräten
eingesetzt, wobei der Viertaktmotor jedoch aufgrund der angeordneten
Ein- und Auslaßventile
und des hierzu notwendigen Ventiltriebes größer baut. Um Viertaktmotoren
in tragbaren, handgeführten
Arbeitsgeräten einsetzen
zu können,
ist eine Verminderung deren Baugröße geboten.
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Aus
der
US-A 5,207,120 ist
eine gebaute Kurbelwelle für
einen Verbrennungsmotor bekannt, bei der die Kurbelzapfen und die
Lagerzapfen mittels Preßpassung
formschlüssig
in den Kurbelwangen festgelegt sind. Die Montageenden von Kurbelzapfen und
Lagerzapfen haben einen kleineren Durchmesser als die gehärteten Bereiche
ihrer Laufflächen.
Die sich dadurch ergebende Stufe im Durchmesser ist mechanisch hoch
belastet und muß entsprechend
dimensioniert sein. Dadurch ergibt sich ein Hubabstand zwischen
der Längsmittelachse
des Kurbelzapfens und der Drehachse der Kurbelwelle, der nicht unterschritten
werden kann.
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Die
DE 40 18 542 A1 beschreibt
eine zusammengesetzte Kubelwelle für einen Zweitaktmotor in handgeführten, tragbaren
Arbeitsgeräten,
bei der der Preßsitz
nach einer Exponentialfunktion ausgebildet ist. In der
US 4,641,546 A wird vorgeschlagen,
die Teile einer gebauten Kurbelwelle durch Preßschweißen miteinander zu verbinden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor für klein
bauende Arbeitsgeräte
derart auszubilden, daß dessen
in Richtung der Zylinderhochachse gemessene Baulänge so weit als möglich reduziert
wird.
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Die
Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
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Erfindungsgemäß ist der
Hubabstand gleich, vorzugsweise kleiner als die Summe der in der
Ebene der Kurbelwange gemessenen Radien der Montageenden von Kurbelzapfen
und Lagerzapfen gewählt,
wodurch der Gesamthub des Kolbens reduziert ist. Dadurch kann die
Bauhöhe
des Zylinders verringert werden; das notwendige Hubvolumen kann
durch Vergrößerung des
Bohrungsdurchmessers des Brennraumes angepaßt werden, so daß trotz
verringertem Hub das Hubvolumen unverändert groß bleibt.
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Bei
einer aus Einzelteilen gebauten Kurbelwelle wird der geringere Hubabstand
dadurch erreicht, daß sich
die Umfangskreise der in der Kurbelwange vorgesehenen Aufnahmebohrungen
für die Montageenden
von Lagerzapfen und Kurbel zapfen schneiden. Sind die Aufnahmebohrungen über einen Steg
voneinander getrennt, wird zumindest ein Montageende mit einer Abflachung,
insbesondere einer ebenen Fläche,
versehen, die an einer Gegenanlage des Steges spielfrei anliegt.
Die Abflachung ist bevorzugt am Montageende des Lagerzapfens der
Kurbelwelle vorgesehen, wodurch die notwendige drehfeste Verbindung
zur Kurbelwange auf einfache Weise mittels Formschluß erzielt
ist.
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Sind
die Aufnahmebohrungen im Schnittbereich miteinander verbunden, ergibt
sich in der Kurbelwange eine im wesentlichen 8-förmige Öffnung. Dadurch ist die Möglichkeit
gegeben, die Montageenden von Lagerzapfen und Kurbelzapfen relativ
zu den Kurbelwangen oder zueinander formschlüssig festzulegen, so daß durch
dieses formschlüssige
Ineinandergreifen der Lagerzapfen und der Kurbelzapfen drehfest
in der Kurbelwange gehalten sind. Auch große Antriebsleistungen sind
so sicher auf die Kurbelwelle zu übertragen.
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Das
Material der Kurbelwange selbst muß nicht mehr die drehfeste
Verbindung für
die Antriebskräfte
gewährleisten,
sondern muß lediglich
als Klammer einfache Haltekräfte
für die
formschlüssig aneinanderliegenden
Montageenden der Lagerzapfen und der Kurbelzapfen bereitstellen.
Daher kann für
die Kurbelwange auch Material geringerer Güte verwendet werden; es muß lediglich
eine ausreichende Belastungsfähigkeit
bzw. Zähigkeit
aufweisen, um als Klammer zu wirken.
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Die
erfindungsgemäße Gestaltung
der Kurbelwelle ermöglicht,
die Kurbelwange selbst und auch die Aufnahmeöffnungen für die Montageenden von Lagerzapfen
und Kurbelzapfen zu stanzen.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen
beschriebene Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind.
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Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch einen Verbrennungsmotor,
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2 in
Seitenansicht schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle,
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3 eine
Seitenansicht auf die Kurbelwange der Kurbelwelle in Richtung der
Linie III-III in 2,
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4 in
schematischer Darstellung die Anordnung der Montageenden von Kurbelzapfen
und Lagerzapfen in der Kurbelwange,
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5 in
schematischer Darstellung eine andere Anordnung der Montageenden
von Kurbelzapfen und Lagerzapfen in der Kurbelwange,
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6 in
schematischer Darstellung die Anordnung des Kurbelzapfens und des
Lagerzapfens in der Kurbelwange unter Benutzung eines Zwischenringes,
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7 eine
Seitenansicht auf eine Kurbelwange mit zwischen den Aufnahmeöffnungen
angeordnetem Steg.
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Am
Ausführungsbeispiel
eines in 1 dargestellten einzylindrigen
Zweitaktmotors 1 ist die erfindungsgemäße Gestaltung der Kurbelwelle
zur Erzielung eines kurzen Hubes beschrieben. Die erfindungsgemäß kurzhubige
Kurbelwelle ist auch bei einen Viertaktmotor einsetzbar und eignet
sich insbesondere für
den als Antriebsmotor vorgesehenen Verbrennungsmotor in einem Arbeitsgerät, zum Beispiel
einer Motorkettensäge,
einem Trennschleifer, einem Freischneidegerät, einem Blasgerät, einer
Heckenschere oder dergleichen.
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Der
Verbrennungsmotor 1 weist einen Zylinder 2 auf,
in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist. Der Brennraum 3 ist
durch einen auf- und abgehenden Kolben 4 begrenzt, wobei
der Kolben 4 über
ein Pleuel 5 mit einer Kurbelwelle 6 verbunden
ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Kurbelwelle 6 aus fünf Bauteilen montiert, nämlich den
endseitig angeordneten zylindrischen Lagerzapfen 7, 8 den
Kurbelwangen 9, 10 und den zwischen den Kurbelwangen 9 und 10 gehaltenen
zylindrischen Kurbelzapfen 11. Die Kurbelwelle 6 ist
mit ihren Lagerzapfen 7 und 8 drehbar im Kurbelgehäuse 12 gelagert,
wobei auf dem aus dem Kurbelgehäuse
herausragenden Ende 7a des einen Lagerzapfens 7 ein
Gebläserad 13 und auf
dem anderen aus dem Kurbelgehäuse 12 herausragenden
Ende 8a des Lagerzapfens 8 eine Fliehkraftkupplung 14 gehalten
ist. Die Fliehkraftkupplung 14 weist eine äußere Kupplungstrommel 15 auf,
die im gezeigten Ausführungsbeispiel
nach 1 mit einem Kettenrad 16 zum Antrieb
eines Werkzeuges, nämlich
einer Sägekette
drehfest verbunden ist. Der Kurbelzapfen 11 durchgreift
das große
Pleuelauge 17 der Pleuelstange 5, deren am anderen
Ende vorgesehenes kleines Pleuelauge 18 einen Bolzen 19 aufnimmt,
mit dem die Pleuelstange 5 verschwenkbar mit dem Kolben 4 verbunden ist.
Die Lagerzapfen 7 und 8 der gebauten Kurbelwelle
greifen mit Montageenden 20 drehfest in die Kurbelwangen 9 und 10 ein,
während
der Kurbelzapfen 11 mit entsprechenden Montageenden 30 in
zugeordnete Aufnahmebohrungen 31 der Kurbelwangen 9 und 10 eingreifen. Die
Drehachse 22 der Kurbelwelle 6 liegt dabei parallel
zur Längsmittelachse 32 des
Kurbelzapfens 11. Wie in 1 angedeutet,
liegen die Längsmittelachse 32 des
Kurbelzapfens 11 und die Drehachse 22 zueinander
parallel und mit einem Hubabstand h zueinander, der in den 2 und 3 ausführlicher beschrieben
ist.
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Der
Kolben 4 fährt
im Betrieb in Richtung des Doppelpfeils 40 auf und ab,
wobei bei der Aufwärtsbewegung über einen
nicht näher
dargestellten Vergaser Luft/Kraftstoff/Schmieröl-Gemisch in das Kurbelgehäuse angesaugt
wird. Bei der Abwärtsbewegung
des Kolbens 4 wird das im Kurbelgehäuse 12 anstehende
Gemisch über
die Überströmkanäle 41 in
den Brennraum 3 verdrängt,
um bei der nachfolgenden Aufwärtsbewegung
des Kolbens 4 verdichtet und von der Zündkerze 42 gezündet zu
werden. Im folgenden Arbeitstakt fährt der Kolben 4 wieder
nach unten, wobei wiederum frisches Gemisch über die Überströmkanäle 41 in den Brennraum 3 strömt, diesen
von Abgasen freispült
und für
einen nächsten Verdichtungs-
und Zündtakt
vorbereitet ist.
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Zur
Vermeidung von Reibungsverlusten sind zweckmäßig in den Pleuelaugen 17 und 18 Nadellager 43 angeordnet.
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Wie
die 2 und 3 im einzelnen zeigen, ist der
Hubabstand h derart gewählt,
daß er
vorzugsweise gleich, insbesondere kleiner ist als die Summe der
Radien R1 und R2 des Montageendes 30 des Kurbelzapfens 11 in
einer Kurbelwange 9 und des Montageendes 20 des
Lagerzapfens 7 in der gleichen Kurbelwange 9.
Bei den Baugrößen von Verbrennungsmotoren
für tragbare
Arbeitsgeräte
ist z. B. eine Toleranz von ca. 1 mm zwischen der Summe der Radien
R1 und R2 und dem Hubabstand h möglich.
Entsprechend ist bei einer gebauten Kurbelwelle 6 der Hubabstand
h kleiner als die Summe r1 und r2 der Umfangskreise 26, 36 der
Aufnahmebohrungen 21 und 31. Die Radien sind dabei
in der Ebene der Kurbelwange 9 bzw. 10 gemessen,
wobei der Radius r1 der Aufnahmebohrung 31 für das zylindrische
Montageende 30 des Lagerzapfens 11 kleiner ausgeführt ist
als der Radius r2 des zylindrischen Montageendes 20 des
Lagerzapfens 7 bzw. 8.
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Wie
insbesondere 3 zeigt, ist der Abstand der
Drehachse 22 der Kurbelwelle 6 zur Längsmittelachse 32 des
Kurbelzapfens 11 gleich dem Hubabstand h; der bei einer
Umdrehung der Kurbelwelle 6 in Richtung des Doppelpfeils 40 ausgeführte Gesamthub
des Kolbens 4 entspricht dem doppelten Hubabstand h der
Drehachse 22 zur Längsmittelachse 32 des
Kurbelzapfens 11.
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Bei
einer aus fünf
Bauteilen (Lagerzapfen 7, 8; Kurbelzapfen 11;
Kurbelwangen 9, 10) gebauten Kurbelwelle 6 wird
der geringe Hubabstand h dadurch erzielt, daß sich die Umfangskreise 26, 36 der Aufnahmebohrungen 21 und 31 für die Montageenden 20 und 30 der
Zapfen 7, 8 und 11 schneiden. Sind die
Aufnahmebohrungen 21, 31 miteinander verbunden,
ergibt sich eine 8-förmige Öffnung 50,
die in einfacher Weise gestanzt werden kann. Die Kurbelwange 9 ist
zusammen mit der 8-förmigen Öffnung 50 als
Stanzteil gefertigt.
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Bei
der Montage einer gebauten Kurbelwelle 6 muß gewährleistet
sein, daß die
Lagerzapfen 7, 8 drehfest mit den Kurbelwangen 9 verbunden
sind. Dies wird in einer Ausführung
vorteilhaft dadurch erreicht, daß die Montageenden 20 und 30 eines Lagerzapfens 11 ineinandergreifen.
Die Verbindung ist hierbei zweckmäßig als Passung ausgebildet.
Die Kurbelwange 9 bzw. 10 umgreift somit die Montageenden 20 und 30 eines
Lagerzapfens 7, 8 und des Kurbelzapfens 11 und
sichert diese gegen axiales Herausfallen. Die Kurbelwange 9 bzw. 10 selbst
muß die
drehfeste Verbindung nicht herstellen. Diese ist durch das formschlüssige Ineinandergreifen
der Montageenden 20, 30 gewährleistet.
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Wie
in 4 gezeigt, ist in einer ersten Ausführung jedes
Montageende 20, 30 in seine zugeordnete Aufnahmebohrung 21, 31 eingesteckt,
wobei die Montageenden im Schnittbereich 44 der Aufnahmebohrungen
insbesondere spielfrei aneinanderliegen. Hierzu ist am Umfang 23 des
Montageendes 20 eines Lagerzapfens 9, 10 wie
am Umfang 33 des Montageendes 30 des Kurbelzapfens 11 eine
Abflachung 24 bzw. 34 vorgesehen, die sich jeweils
in Axialrichtung zumindest über
die axiale Einstecklänge
des Montageendes 20, 30 erstreckt. Aufgrund der
mittels der Abflachungen 24, 34 aufeinanderliegenden
Montageenden 20, 30 sind diese drehfest in ihren
Aufnahmebohrungen 21, 31 der Kurbelwangen 9, 10 gehalten.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 5 ragt das eine Montageende 30 radial
in die Aufnahmebohrung 21 des anderen Montageendes 20 ein.
Im Umfang 23 des anderen Montageendes 20 ist eine
den einragenden Abschnitt 35 aufnehmende Aufnahme 25 ausgebildet.
Hierzu ist das eine Montageende 30 des Kurbelzapfens 11 zweckmäßig mit
einem vollständigen Kreisquerschnitt
ausgeführt
und im Umfang des anderen Montageendes 20 des Lagerzapfens 7, 8 eine angepaßte, kreisförmige Auskehlung 25 ausgebildet, die
sich in Axialrichtung des anderen Montageendes 20 über dessen
gesamte Länge
erstreckt und den einragenden Umfangsabschnitt des einen Montageendes 30 aufnimmt.
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In 5 ist
die als Auskehlung ausgebildete Aufnahme 25 im Montageende 20 des
Lagerzapfens 7, 8 ausgebildet; wie in 3 strichliert
angedeutet, kann die Auskehlung auch im Montageende 30 des Kurbelzapfens 11 vorgesehen
sein, so daß dann
das Montageende 20 des Lagerzapfens 7, 8 mit
vollständigem
Kreisquerschnitt ausgeführt
sein kann.
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Um
eine einfache Fertigung eines Lagerzapfens 7, 8 für die Kurbelwelle 6 zu
ermöglichen,
ist vorgesehen, diese über
ihre gesamte Länge
mit im wesentlichen gleichmäßigem Durchmesser
auszubilden, wie in 2 strichliert dargestellt ist.
Zur Montage eines derartigen ungestuften Lagerzapfens 7, 8 in der
Aufnahmebohrung 21 wird vorzugsweise ein Zwischenring 45 vorgesehen,
wie dies in 6 dargestellt ist. Der Zwischenring 45 wird
drehfest auf das Montageende 20 des Kurbelzapfens 7, 8 aufgeschoben,
wozu zum Beispiel eine Keilverzahnung vorgesehen sein kann. Im Umfang 23 des
Zwischenringes 45 ist die als Auskehlung 25 ausgebildete
Aufnahme für
den in die Aufnahmebohrung 21 einragenden Abschnitt 35 des
Montageendes 30 des Kurbelzapfens 11 vorgesehen.
In gleicher Weise wie in 4 dargestellt, kann der Zwischenring 45 auch
eine Abflachung aufweisen.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 7 sind die Aufnahmebohrungen 21, 31 durch
einen Steg 47 voneinander getrennt, wobei eine Aufnahmebohrung 31 genau
zylindrisch und die andere Aufnahmebohrung 21 durch den
Steg 47 abgeflacht ausgebildet ist. Die den Steg 47 begrenzende
Längsseite 48 bildet eine
Sekante zum Umfangskreis 26 der Aufnahmebohrung 21 sowie
eine Gegenanlage für
eine Abflachung 46 auf dem zylindrischen Umfang des Montageendes 20 des
Lagerzapfens 7. Das Montageende 20 liegt mit der
Abflachung 46 spielfrei an der Gegenanlage 48 an,
wodurch eine drehfeste Verbindung mit der Kurbelwange und damit
zum Kurbelzapfen 11 hergestellt ist. Die eine ebene Fläche bildende
Abflachung 46 an dem Montageende 20 des Lagerzapfens 7 bewirkt
mit der Gegenanlage am Steg 47 den Formschluß in Drehrichtung,
so daß der
Kurbelwange im wesentlichen Klammerfunktion zukommt.
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Die
Fläche 46 liegt
parallel zur Drehachse 22 der Kurbelwelle und senkrecht
zum Hubabstand h. Zwischen der Fläche 46 des Montageendes 20 und dem
Umfang des Montageendes 30 des Kurbelzapfens 11 ist
im montierten Zustand der Kurbelwelle 6 ein Abstand a gebildet,
der der minimalen Breite des Steges 47 entspricht.