DE2723269C2

DE2723269C2 - Mehrzylindrige Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2723269C2
Application number: DE19772723269
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr.-Ing. Zürich Gerber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1983-05-05
Also published as: DE2723269A1; CH620738A5

Description

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Bei einer bekannten Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (FR-PS 15 84 539) ist nur ein Exzentermechanismus vorhanden, der an der Stange bzw. dem Balancier angreift, so daß durch die Unsymmetrie der bewegten Teile Massenkräfte auftreten, die zu einem unruhigen Lauf der Maschine führen und die mögliche Arbeitsgeschwindigkeit begrenzen. Durch die GB-PS 6 25 092 ist eine ähnliche Hubkolbenmaschine bekannt, bei der versetzt zur Bewegungsebene des Hebels bzw. des Balanciers an der den Hebel lagernden oszillierenden Welle ein Kurbeltrieb angreift. Ein teilweiser Massenausgleich wird dadurch erreicht, daß über ein Kegelradgetriebe eine Ausgleichswelle angetrieben wird, die ein Gegengewicht zu dem Gegengewicht des Kurbeltriebes trägt. Dennoch ist eine Unsymmetrie der bewegten Teile vorhanden, und es verbleibt eine Unausgeglichenheit der Massenkräfte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine wesentlich größere Laufruhe zu erzielen und eine wesentlich höhere Arbeitsgeschwindigkeit zu ermöglichen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt aufgrund der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Aufgrund der Definition des Anspruchs 1 ergibt sich, daß die auf die Hebelendbereiche wirkenden Arbeitskolben zusammen mit dem Hebel in einer gemeinsamen Ebene liegen. Auf diese Weise hat die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine in Richtung der Hebelachse bzw. einer möglichen Antriebswelle nur eine geringe Ausdehnung, so daß mehrere Maschineneinheiten mit jß vier Zylindern an einer gemeinsamen Welle arbeiten können und sich ohne konstruktive Schwierigkeiten ein kompakter 8-Zylinder-, 12-Zylinder- oder 16-Zylinder-Motor verwirklichen läßt Es bereitet insbesondere keine konstruktiven Schwierigkeiten, eine entsprechend stark ausgebildete Hauptwelle vorzusehen, da diese zylindrisch oder sogar hohlzylindrisch ausgebildet werden kann und lediglich einen entsprechend großen Durchmesser aufweisen muß.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeipsiels beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine durch die vier Zylinder geführte Querschnittsdarstellung einer Hubkolbenmaschine,

F i g. 2 einen Querschnitt in Richtung der Exzenterwelle durch eine Hubkolbenmaschine mit zwei parallel zueinander angeordneten Maschineneinheiten entsprechend der DarstfJlung in F i g. 1.

Wie der Darstellung in F i g. 1 zu entnehmen ist, sind jeweils zwei gleichachsige Arbeitskolben 1, 2 bzw. 3,4 über eine Kolbenstange 5 bzw. 6 starr miteinander verbunden. Die Kolben haben eine im Vergleich zu bisher üblichen Kolben geringe Höhe, da durch die starre Verbindung über die Kolbenstange die beiden gleichachsigen Kolben 1, 2 bzw. 3, 4 sich gegenseitig in den zugehörigen Zylindern 7 bis 10 führen. Durch die gleichachsige Anordung von ji.veils zwei Kolben gleicher Größe können jeweils zwei folglich ebenfalls gleichachsige Zylinder 7, 8 bzw. 9, 10 aus einem Werkstück gemeinsam gefertigt werden, das die Form eines Hohlzylinders 11 bzw. 12 aufweist Beide Hohlzylinder sind im Bereich ihrer Enden fest in dem Maschinengehäuse 13 gehalten, so daß ihre Außenflächen 14, 15 durch öl gekühlt werden können, das über ein nicht dargestelltes Verteilsystem, ausgehend von einer ölpumpe, auf die Zylinderwände gespritzt wird. Im mittleren Bereich der Hohlzylinder 11,12 sind in der Zylinderwand Jeweils zwei diametral einander gegenüberliegende Öffnungen 16, 17 bzw. 18, 19 vorgesehen, so daß Schmieröl auch an die Innenfläche der Hohlzylinder U, 12 bzw. die Laufflächen der Zylinder 7 bis 10 gelangen kann.

Beide Doppelkolben 1, 2 bzw. 3, 4 sind über ihre Kolbenstange 5 bzw. 6 mit den Enden 20, 21 eines zweiarmigen Hebels 22 verbunden, der in seiner Mitte auf einer Achse 23 gelagert ist Die hin- und hergehende Bewegung der Kolbeneinheiten 1, 2 bzw. 3, 4 bewirkt somit eine Pendelbewegung des Hebels 22 um die Achse 23. Da dabei die Hebelenden 20, 21 gegenüber den Kolbenstangen 5, 6 sich ändernde Winkelpositionen einnehmen, ist im dargestellten Beispiel in einer Querbohrung 24, 24 eines erweiterten mittleren Bereiches 26, 27 der Kolbenstange 5, 6 ein Pendellager 28,29 für die Stangenenden 20,21 vorgesehen. Für diese Verbindung zwischen den Stangenenden und den

Kolbenstangen sind verschiedene Geiankkonstruktionen geeignet, wobei die geringe Querbewegung ausführbar sein muß, die durch die Bewegung der Armenden 20, 21 auf einer Kreisoahn entsteht. Aufgrund der Länge des Hebels 22 liegt die Größe dieser Querbewegung jedoch nur im Bereich von einem Millimeter, so daß sie durch das ohnehin vorhandene Spiel eines Pendellager aufgenommen werden kann.

Es ist auch eine Konstruktion möglich, bei der die Doppelkolben nicht starr über die Kolbenstange 5, 6 miteinander verbunden sind, indem jeder Kolben eine eigene Kolbenstange hat, die durch ein Bolzenlager mit dem Armende 20 bzw. ?1 verbunden ist Dabei ergibt sich infolge der Bewegung der Armenden 20, 21 auf einer Kreisbahn eine Kippbewegung de- Kolben, die jedoch so gering ist, daß die Abdichtung der Kolben nicht beeinträchtigt wird.

Die Zylinderköpfe 30 bis 33 sind dem jeweiligen Maschinentyp angepaßt und entsprechen beispielsweise dem Zylinderkopf eines üblichen Viertaktmotors oder eines Dieselmotors, so daß sie in der Zeichnung nicht mit allen Einzelheiten dargestellt sind. Bei der achtzylindrigen Ausführung eines Viertaktmo'-ors, d. h. mit jeweils senkrecht zur gleichen Ebene parallel nebeneinander angeordneten Zylindern, können beispielsweise Zylinderköpfe eines handelsüblichen Serien-Motors verwendet werden. Die an den Zylinderköpfen sichtbaren Schraubbolzen 34 dienen der Befestigung der nicht dargestellten Nockenwelleneinheit für die Ventilsteuerung und der Befestigung der Ansaug- und Auslaßleitungen.

Die Drehmomententnahme bzw. -einleitung erfolgt über einen Exzentermechanismus 35 und/oder 36, von denen je einer an einem der Arme 37,38 des Hebels 22 angelenkt ist. Einer der beiden Exzentermechanismen dient dem dynamischen Ausgleich der Masse des anderen Exzentermechanismus, so daß der auf der angetriebenen bzw. antreibenden Exzenterwelle 39 bzw. 40 vorgesehene Exzenter 41 bzw. 42 eine um 180° verdrehte Position in bezug auf den Exzenter des anderen Exz.ntermechanismus hat. Auf diese Weise liegt der gemeinsame Schwerpunkt sämtlicher bewegter Teile der Kolbenmaschine in der geometrischen Achse der Hebelachse 23, so daß die Laufruhe der Hubkolbenmaschine gewährleistet ist.

Die F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Maschine, der durch die Exzenterwelle 39 und den in dem Hebelarm 37 gelagerten Gelenkbolzen 43 geführt ist. Die Antriebsverbindung zwischen dem Hebelarm 37 bzw. dem Gelenkbolzen 43 und dem Exzenter 41 erfolgt über eine gegabelte Exzenterstangt 44, durch deren Gabelschenkel 45, 46 der Gelenkbolzen 43 geführt ist, co daß die Gabelschenkel den Hebelarm 37 beidseitig umfassen. Bei der achtzylindrigen Ausführung der Maschine ist die Exzenterwelle 39 und entsprechend auch die Exzenterwelle des anderen Exzentermechanismus zu einem zweiten Exzenter 47 hin verlängert, an dem der Exzentermechanismus 36' bzw. 35' der zweiten Vierzylindermaschineneinheit angreift Durch das Übersetzungsverhältnis entsprechend dem Hebelverhältnis an der Anlenkstelle des Exzentermechanismus 36 am Hebelarm 22 sind durch den Exzentermechanismus wesentlich größere Kräfte bei geringerer Geschwindigkeit zu übertragen als an den Hebelenden 20,21 wirken, und da die Exzentrizität der Exzenter 41, 47 verhältnismäßig klein ist, wird das an der Exzenterwelle

39 wirkende Drehmoment mit einer verhältnismäßig großen Kraft übertragen, die sich durch entsprechende Dimensionierung der einfach gestalteten Welle und ihrer Lager 48, 49 und 50 ohne Schwierigkeiten beherrschen läßt. Am einen Ende der Exzenterwelle 39 befindet sich ein Wellenzapfen 51 für den Antrieb der Nebenaggregate der Maschine, wie z. B. bei einer Brennkraftmaschine des Lüfters, der Lichtmaschine u. a. Am anderen Ende der Exzenterwelle ist ein Schwungrad 52 befestigt, in dessen Zahnkranz 53 das Ritzel rines nicht dargestellten Anlassers eines Kraftfahrzeugmotors eingreifen kann.

Da an jedem Hebelarm 37,38 ein Exzentermechanismus 36, 35 angreift, aber nur einer von beiden der Entnahme bzw. Einleitung des Nutzdrehmomentes dient, kann die Exzenterwelle des anderen Exzentermechanismus dem Antrieb der nicht dargestellten Nockenwelle für die Ventilsteuerung oder von Nebenaggregaten dienen.

^J> Um beim Andrehen der Maschine den Totpunkt des dabei nicht unmittelbar angegriebenen anderen Exzentermechanismus zu überwinden, kann zwischen beiden Exzentermechanismen z. B. durch Zahnräder oder einen Riemenantrieb eine Antriebsverbindung vorgesehen sein. Diese Antriebsverbindung kann aus drei Zahnrädern bestehen, die in F i g. 1 durch Strich-Punkt-Linien 55, 56 und 58 angedeutet sind. Die Zahnräder 55 und 58 sind auf den Exzenterwellen 39 und

40 befestigt, während das Zahnrad 56 mit der Hebelachse 23 fest verbunden ist, um diese mi'.anzutreiben. Hierfür sind die beiden Enden der Hebelachsc 23 in nicht dargestellten Lagern drehbar gelagert. Da somit die Hebelachse 23 kontinuierlich in Drehbewegung versetzt wird, kann sich zwischen der Hebelachse 23 und dem Hebel 22 ein kontinuierlicher Schmierfilm aufbauen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrzylindrige Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit gleichachsig geführten Kolben (1 —4) gleicher Größe, die in kraftübertragender Verbindung mit den Endbereichen (20,21) eines in einer Ebene schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebels (22) stehen, dessen Lagerstelle relativ zum Maschinengehäuse fixiert ist, wobei die Drehmomententnahme bzw. -einleitung über einen _|0 Exzenter- oder Kurbelmechanismus (36) erfolgt, dessen Stange (44) an den Hebel (22) angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Massenausgleich ein zu dem ersteren identisch dimensionierter zweiter Exzenter- oder Kurbelmechanismus (35) mit seiner Stange an den Hebel (22) angelenkt und in bezug auf die Lagerstelle (23) des Hebels zentralsymmetrisch zu dem ersteren angeordnet ist, so daß der gemeinsame Schwerpunkt sämtlicher bewegter Teile der Maschine in der relativ zum Maschinengehäuse Fixierten Hebelachse (23) liegt

2. Maschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (44) beider Exzenter- oder Kurbelmechanismen unmittelbar an jeweils einem der beiden Arme eines sich gerade erstreckenden zweiarmigen Hebels (22) angelenkt ist

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mehreren Ebenen jeweils vier Kolben-Zylindereinheiten (1,7; 2,8; 3,9; 4,10) mit je einem Hebel (22) angeordnet sind, wobei die in ihrer Anzahl der Zahl der Ebenen entsprechenden Hebel (22) über ihre zugehörigen Exzenter- oder Kurbelmechanismen (36, 36' usw^x auf eine gemeinsame Welle (39) arbeiten.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen beider Exzenter- oder Kurbelmechanismen miteinander in Antriebsverbindung stehen.

5. Maschine nach Anspruch 1 oder 4, bei der der Hebel (22) durch ein Gleitlager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Exzenteroder Kurbelmechanismen die eine Lagerfläche des Gleitlagers aufweisende Hebelachse (23) in kontinuierlicher Drehbewegung mit antreibt.