DE2914194A1 - Hubkolbenmaschine, insbesondere als brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Hubkolbenmaschine, ins besondere al larennkraftmaschine
• Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der unter P 2908333.8 angemeldeten Hubkolbenmaschine, vorzugsweise als Brennkraftmaschine, mit wälzgelagertem Doppelexzenterscheiben-Kurbeltrieb und Fluchtfehler ausgleichenden Wolbenpaaren mit Schmierölinnenkühlung auf gemeinsamen, sich nur in Richtung der Kolbenachse bewegender kolbenstangen in kostengünstiger, gedrungender und leichLer Bauweise.
• Durch die Deutschen Patentanmeldungen Nr. 1451923 und Nr. 2216809 sind Maschinen mit hxzenterscheiben-Kurbeltrieb und starr mitein ander verbundenden Kolbenpaaren bekannt geworden, wobei letztere durch die in den Kolbenstangen angeordneten Exzenterscheiben als die fortschrittlichere konstruktion anzusehen ist. Vorteile dieser Bauweise sind Vermeidung von Kolbenkippen und daraus resultierende Verschleiß von Kolben und Zylindern, sowie die konstruktionsbedingt kleinen Abmessungen der Maschine durch kurze Kolbenstangen, Kolben und Kurbelwelle. Nachteilig wirken sich die bauartbedingten doppelten Kräfte und Drehzahlen am Kurbelzapfen und die in Patentanmeldung P 2908333.8 nicht berücksichtigten hohen Kolbenbahndrücke durch erhöhte Reibung auf Wirkungsgrad und Lagerlebensdauer aus, wie auch die thermische Belastung kurzer Kolben durch schlechte Wärmeabgabe an die Zylinder sich durch größeren Verschleiß bei Verwendung als Brennkarftmaschine auswirkt. Außerdem übersteigt die erforderliche Fluchtgenauigkeit der sich gegenüberliegenden Kolben zur Kurbelwellenmitte bei starr verbundenen Kolben die Grenzen wirtschaftlicher Fertigungsmöglichkeiten. Darüberhinaus sind maschinen mit nur einem Kurbel zapfen durch freiwerdende Massenkräfte nur mit Konzessionen an die Laufruhe der Maschine zu realisieren, insbesondere bei Viertaktbrennkraftmaschinen, weil ein gleichmäßiger Zündabstand nicht zu verwirklichen ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zu schaffen, die durch besonderte Gestaltung von Kurbelwelle, Kolbenstangen, Kolben und Gehäuse und besonderer Wahl und Anordnung von Lagern, Steuerelementen, Mitteln zur höhlung, sowie Versorgungs- und Entsorgungsleitungen die vorgenannten Vorteile ausschöpft und die beschriebenen d Nachteile weitgehenst ausräumt. Hierbei wurde insbesondere die Verwirklichung einer Viertakt-Brennkraftmaschine in vostengünstiger, raumsparender, leichter und reparaturfreundlicher Bauweise einbezogen.
• Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich von der Langsachsenmitte der Kurbelwelle aus sich zu deren beiden Enden Kurbelzapfen erstrecken, von denen jeder zwei Kolbenpaare gegenläufig zu den Kolbenpaaren des andern führt und dadurch die Massenkräfte der Kolbenpaare ausgleicht. Zum Ausgleich der durch die geringe Baulänge der Kurbelwelle gering bleibenden Massenmomente sind an den Kurbelwellenenden Gegengew ichte vorgesehen, sodaß die Laufruhe der Maschine gewährleistet ist. Die Kurbelwelle, die Doppelexzenterscheiben und die Kolbenstangen aus Leichtmetall-Druckguß wurden so ausgebildet, daß bei leichter Montage und Demontage Nadellager einsetzbar sind, die unter Zugrundelegung einer vernünftigen Lebensdauer die Reibungsverluste der Maschine auf ein vernachlässigbares Maß herabsetzen. Zum Auffangen der hohen Kolbenbahndracke wurden dic Kolbenstangen in Höhe ihres Lagers über Nadelflachkäfige genen das Gehause geführt und abgestützt. kolben und Kolbenstangen wurden radial verschiebbar zueinander angeordnet, sodaß Fluchtfehler der sich gegenüberliegenden Zylinder ausgeglichen werden und nur für deren einfach realisierbare Planparallelitat zu sorgen ist. Außerdem wurden Kolben, kolbenstangen und Kolbenstangenlager so gestaltet, dat eine Kolbeninnenkühlung durch das fichmieröl der Maschine erm-iglicht und damit die thermische Belastung der Kolben gemindert wird, sadaß die Kolben ihre kurze Bauform beibehalten können. Das Gehäuse und die Zylinderköpfe wurden so ausgebildet, daß sämtliche auf Gehäuse und Zylinderköpfe irkende Kräfte auf eingegossene Zuganker gegeben werden, wodurch möglich wird, auch hochverdichtete Dieselmaschinen mit im Druckgießverfahren kostengünstig herstellbaren Gehäusen und Zylinderköpfen aus Leichtmetall auszustatten. Außerdem wurden die Zylinderköpfe unmittelbar mit dem Gehäuse verschraubt, was ermöglicht, die Zylinderbüchsen spannungsfrei mit den Zylinderköpfen zu verschrauben. Die sich au: der Bauform ergebenden Freiräume wurden in der Senkrechten zum Einbau der Steuerungsorgane und das Ölreservoirs benutzt, in der Waagerechten sind die Versorgungs- und Entsorgungsleitungen darin untergebracht, sodaß über den oberen Steuerelementen noch Platz für Nebenaggregate bleibt, und somit eine sehr gXedrungene Bauweise ermöglicht wird. Berechnungsvergleiche zu Maschinen mit Pleueltrieb ergeben durch die verminderten Keibverluste in Zylindern und Lagern für die beschriebene Maschine einen höheren Gesamtwirkungsgrad.
• In den Zeichnungen ist die Maschine in einem Ausführungsbeispiel als luftgekühlte Acht-Zylinder-Maschine mit Bohrung 75 mm, Hub 70 mm, Hubraum 2,474 1 nach dem MAN-M-Dieselverfahren darstellt. In dieser Ausführung messen die Breite 582 mm, die Höhe 510 mm und die Länge 430 mm über alles.
• Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt über Kurbelwelle und Steuerwellen, Fig. 2 eine Frontansicht mit offengeschnittenen wesentlichen Teilen, Fig. 3 einen Längsausschnitt über Kurbelwelle und Zylinder.
• Die dreifach in den Grundnadellagern 1,2 und 3 gelagerte Kurbelwelle 4, die auf der Hälfte ihrer mittleren Grundlagerscheibe 5 geteilt, und deren HslSten über Zapfen 6 und Bohrungen 7 drehfest mit Schrauben 8 verbunden sind, oder aus einem Stück 9 gefertigt ist, erstreckt von der mittleren Grundlagerscheibe 5 aus in Richtung beider Enden Je einen Kurbelzapfen 10 und 11, deren Mittenabstand zur Kurbelwellenachse gleich aber um 180 Grad versetzt ist. Die Krbelzapfen 10 und 11 sind im Durchmesser gleich dem Außendurchmesser der Ringfedern 12, 13 und 14 und dem Innendurchmesser der Doppelexzenterscheiben-Nadelkäfige 15 und verJüngen sich an ihren Enden über den Kegel der Ringfeder 14 auf deren Innendurchmesser. Die Druckringe 16 und 17 sind mit den Kurbelzapfen 10 und 11 über Schrauben 18 verschraubt und pressen mit deren Spannung einen Ringfedersatz 12 und 13 und eine Ringaußenfeder 14 gegen den Kegel der Kurbelzapfen 10 und 11 und damit gegen die Bohrungsfläche 19 der Spannscheiben 20 und 21 und verbinden diese drehfest mit den Kurbelzapfen 10 und 11. Durch Schrauben 12, die Bohrung 23 uiid den Zentrierbund 4 sind die Grundlagerscheiben 25 und 26 mit den Spannscheiben 2C und 21 verbunden. Die Spannscheiben 20 und 21 traen, dem größten Mittenabstand des jeweiligen Kurbelzapfens entgegengesetzt, ein angeschraubtes Gegengewicht 27 und 28. An der Kraftabgabeseite der Kurbelwelle 4, 9 ist mit der Grundlagerscheibe 25, der Spannscheibe 20 und dem Steuerzahnrad 29 eine Schwungscheibe 30 verschraubt, die zur Aufnahme der aus ihr resultierenden Kraft und zur axialen Festsetzung der kurbelwelle 4, 9 ein Kugellager 31 als Festlager trägt.
• Auf der anderen Kurbelwellenseite ist die Grundlagerscheibe 26 und die Spannscheibe 21 mit der Keilriemenscheibe 32 durch Schrauben 33 verbunden. Auf dem Außendurchmesser der Nadelkäfige 15 sind die Doppelexzenterscheiben 34 und 35 gelagert, deren MittenaDstande zur Bohrung gleich den Mittenabständen der Kurbelzapfen 10 und 11 zur Kurbelwellenachse sind. Jede Doppelexzeni:erscheibe 34, 35 trägt auf Jedem ihrer beiden Exzenter 36 und 37 ein Kolbenstangen-Nadellager 38, welches von der aus miteinander durch Schrauben 39 verbundenen Halbschalen 40 und 41 hergestellten Kolbenstange umhüllt wird. Auf die Stangenseite der Kolben 42 sind die Stahl scheiben 43 geschraubt. Diese werden ebenfalls von den Halbschalen 40 und 41 umgriffen, Jedoch radial verschiebbar, wobei die den axialen Druck aufnehmenden Flächen der Halbschalen 40 und 41 durch Stahlringe 44 und 45 verstärkt sind. Auf den halbschalen 40 und 41 sind parallel zur Kolbenachse Führungsschienen 91 aufgeschraubt, die über die Nadelflachkäfige 92 die zusammengebauten Kolbenstangen 40, 41 auf den Längsführungen 93 führen und Querkräfte aus Bahndrücken abstützen. Das Gehäusemittelteil 46 und die beiden reichen GehauseauLerlteile 4? und 118 nehmen je ein Grundlager 1,2 und 3 auf. In Höhe der Lagersitze sind in- die Gehäuseteile 46, 47 und 48 in Richtung der Kolbenachsen je zwei Zuganker 49 eingegossen, in Richtung der Kurbelwellenachse sind die Gehäuseteile 46,47 und 48 mit durchgehenden schrauben 50 aufeinandergespannL. Die vier gleichen Zylinderköpfe 51 sind durch Schrauben 52 mit den Zugankern 49 verbunden und spannen sie gegen die Gehäuseteile 46,47 und 48. Mit den Gehäuseteilen 46 und 48 sind je zwei Längsführungen 93 verschraubt, während das Gehäuseteil 47 vier Längsführungen 93 aufnimmt. Die acht gleichen Zylinderbüchsen 53 sind mit Schrauben 54 gegen die Zylinderköpfe 51 gespannt und gegen die Gehäuseteile 46,47 und 48 mit Dichtung 55 ölundurchlässig verbunden. Mit Steuerzahnrad 29 kämmen Zwischenräder 56 und 57 und treiben die Nockenwellen 58 und 59, die über die Stößel 60, Stoßstangen 61 und Kipphebel 62 die Ventile 63 betätigen. Der Kipphebelträger 64 verhindert das Austreten von Kühlmedium aus den Zylinderköpfen 51. Die auf den Gehäusedeckel 65 montierte Drückölpumpe 66 fördert aus dem Ölreservoir 67 Schmieröl über die im Gehbusedeckel 65 eingegossene Ülkiihlspirale £>8 und Bohrung 69 in- die hohle Kurbelwelle 4,9. Uber Bohrung 70 werden die Grundnadellager 1,2 und 3, über Bohrung 71 die Doppelexzenterscheiben-Nadelkäfige 15 und ihrer Bohrung 72 die Kolbenstangenlager 38 mit Schmieröl versorgt. Die Bohrung 73 und 74 spritzen dns Schmieröl auf die Kolbenunterseite, von wo es durch den Ringspant t 75 zum Reservoir 67 zurückfließen kann. Das auf die Schwungscheibe 30 montierte Radialgebläserad 76 fördert über die am Gehäusedeckel 77 angegossenen Leitschaufeln 78 Kühlluft in die an der Kupplungsglocke 79 ausgebildeten Spiralen 80 und von dort uber Leitungen 81 und 82 zu den Zylinderköpfen 51, um diese und die Zylinderbüchsen 53 zu kiihlen. Die Ansaugkrümmer 83 unter 84 und die Auspuffkrümmer 85 und 8e, sind gegenüberliegend in den durch die Bauform gegebenen V-Freiräumen angeordnet.
• Das freie Ende der Nockenwelle 59 ist zum Antrieb von Kraftstoffeinspritzpumpe oder Zündverteiler vorgesehen.
• Die Dichtungen 87 verhindern den freien Austritt von Schmieröl aus den Nadellagern 1, 23 und 38 um den Öldruck für dip Innenkühlung der Kolben 4? aufrechtzuerhaten. Die Stahlringe 88 dienen ebenfalls Dichtzwecken, darüberhinaus sind sie als Anlaufscheiben für die Doppelexzenterscheiben 34 und 35 vorgesehen und überbauen die Halsradien der Kurbelzapfen 10 und 11. [)ie Dichtringe 89 und 90 dichten die Maschine gegen Ölausfluß ab.

Claims (6)

1. Ansprüche 1.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine, mit Doppelexzenterscheiben-Kurbeltrieb und einer dreifach auf Wälzlagern gelagerten Kurbelwelle, von deren mittlerer Grundlagerscheibe aus in Richtung beider Wellenenden sich je ein Kurbelzapfen, auf die je zwei um 90 Grad versetzt angeordnete Kolbenpaare wirken, erstreckt, deren Mittenabstände zur Kurbelwellenachse gleich aber um 180 Grad versetzt sind und die auf der Hälfte der mittleren Grundlagerscheibe Geteilt oder mit ihr aus einen Stück gefertigt sein können und deren Enden mit den äußeren Grundlagerscheiben über gespannte Ringfedern in Spannscheiben lösbar und drehfest verbunden sind, sodaß eine wälzlagerung der beiden auf den Kurbelzapfen gelagerten Doppelexzenterscheiben möglich wird, wobei die Spannscheiben als Träger von Ausgleichsgewichten vorgesehen sind und die Doppelexzenterscheiben auf ihren äußeren Lagerflächen auf Wälzlagern aus Halbschalen zusammengesetzte Kolbenstangen tragen, deren Teilungsflächen Richtung der Kolbenachse verläuft, entsprechend Patentanmeldung P 2908333.8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an jeder Halbschale (40,41) in Höhe des Kolbenstangenlagerauges am äußeren Umfang parallel zur Kolbenachse Flächen ausgebildet sind, auf die Führungsschienen (91) aufgeschraubt sind, die sich über Nadelflachkäfige (92) und mit den Gehäuseteilen (46,47 und 48) verschraubten Längsführungen (93) kulissenartig führen und die aus dem Triebwerk wirkenden Biegespannungen auf die Halbschalen (40,41) an den Gehäuseteilen (46,47 und 48) als Bahndrücke abstützen.
2. 2.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die aus Grauguß oder Leichtmetall gefertigten Kolben (42) an ihrer Stangenseite mit einer harten Stahlscheibe (45) verschraubt sind, über @ie zwei als Halbschalen (40 und 41) ausgebildete, aus Leichtmetall-Druckguß herstellbare Kolbenstangen greifen, die den Kolben (42) radiale bewegungsfreiheit lässen, wobei die axial beanspruchten Flachen der Halbschalen (40 und 41) durch harte Stahlringe (44 und 45) verstärkt und die Halbschalen (40 und 41) miteinander radial zur Kolbenachse verschraubt sind, und irn Kolben (42), in der Stahlscheibe (43) und in den Halbschalen (40 und 41) Bohrungen (73 und 74) vorgesehen sind, die as Schmieröl aus dem Kolbenstangenlager (n8) auf die innere Bodenseite des kolbens (42) leiten, von wo es durch den Kingspalt (75) ungehindert zum Reservoir (@7) zurückfließen kann.
3. 3.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die drei Grundwälzlager (1 , 2 und 3) der Kurbelwelle (4, 9), die mit den vier kolbeustarleenl agern (38) gleichdimensioniert sein können, in je einem Gehäuseteil (46, 47 und 48) angeordnet sind, und die drei Gehäuseteile (46, 4',9 und 48) parallel zur Kurbelwelle (4, 9) miteinander durch Schrauben (50) verbunden sind und radial zur Kurbelwelle (i :) in jedem Gehäuseteil (4, 4? und 48) jedes Grundlager (1, 2 und 3) einschließend, vier Zuganker (49), je zwei in 90 Grad Versetzung, eingegossen sind, di£ durchgehend die sich gegenüberliegenden Zylinderköpfe (51) mit hochgezogenen Wänden der Gehäuseteile (46, 47 und 48); die gleichzeitig als Kühlmedienaußenwand dienen, starr und stabil verbinden, un damit als Werkstoff für Gehäuseteile (4b, 47 und 48) und Zylinderköpfe (51) Leicht;metalldruckguß zulassen, wobei die Zylinderbüchsen (53) nur mit den Zylinderköpfen (51) verschraubt sind und damit spannungsfrei bleiben, und zur Abdichtung von Öl und Kühlmedium eine Weichstoffdichtung (55) vorgesehen ist.
4. 4.) Hubkolbenmaschine, iunsbesondere als Brennkraftmaschine, nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Grundwlzlugern (1, 2 und 3) und den Kolbenstangewälzlagern (38) Dichtungen (87) beigegeben werden, die den Druck einer Glumlaufschmierung erhalten und damit eine Ölinnenkühlung der kolben (42) erlauben.
5. 5.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine, nach Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (4, 9) auf der hraftabgabeseite ein Kugellager (31) als Festlager trägt, welches gleichzeitig die aus einer chwungscheibe (30) wirkenden Kräfte aufnimmt und auf der gleichen Seite ein Zahntrieb (29, )6, 57) für zwei Noekcnwellen (58 und 59) vorgesehen ist, die je in einem gegenüberliegenden V-Ausschnitt zwi. chen zwei um 90 Grad versetzten Zylindern gelagert sind und über deren beiden Netten die Senkrechte der Maschine liegt, sodaß unter der unteren Nockenwelle (58), die direkt eine Ölpumpe (66) treibt, welche das Schmieröl über eine im Gehäusedeckel (65) eingegossene, luft- oder flüssigkeitsgekühlte Kühlspirale (68) in die hohle Kurbelwelle (4, 9) fördert, ein öireservoir (br/) Platz findet, und daß auf der Schwungschiebe (30) ein Kühlgebläse (7e) oder kittel zum Fördern von Kühlflüssigkeiten vorgesehen sind, und daß die zweite Nockenwelle (59) zum Antrieb eines Zündverteilers oder einer Kraftstoffeinspritzpumpe vorgesehen ist.
6. 6.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine, nach Ansprüchen 1,2,3,4 uii , dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß#ß, Auslaß- und Kühlmittelöffnungen jeweils den V-Auschnitten der Maschine zugewandt sind, in denen keine Hockenwellen (58 und 59) angeordnet sind, damit Einlaß-(83,84), Auslaß-(85,86) und Kühlmittelleitungen (81,82) nicht wesentlich über die äußeren Abmaße der Maschine hinausnauen.

   .) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Pumpe oder Verdichter, dadurch gekennzeichnet, dalLi sie nach den Ansprüchen 1 und oder 2 und oder 3 aufgebaut ist.