DE29817540U1

DE29817540U1 - Kurvenmechanik für Hubkolbenmaschine

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Publication number: DE29817540U1
Application number: DE29817540U
Authority: DE
Original assignee: BALZAT WERKZEUGMASCHINENFABRIK
Current assignee: BALZAT WERKZEUGMASCHINENFABRIK
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2008-10-02

Description

Kurvenmechanik für Hubkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft die Kurvenmechanik für eine Hubkolbenmaschine, wie einen Verbrennungsmotor oder eine Pumpe.

Es sind bereits kurbelwellenlose Kolbenkraftmaschinen mit Schubkurvengetriebe bekannt geworden, deren Kurvenbahnträger als eine Trommel mit der spur- oder sprungartigen geschlossenen periodischen Kurvenbahn ausgeführt ist, wobei die Eingriffselemente als Kurvenrollen ausgebildet sind (siehe DE-PS 505830, US 1661582).

Die Kurvenmechanik von dieser Art hat erhebliche Mängel. Die Kurvenrollenachsen sind konsolweise befestigt, was eine schlechte Kraftübertragung verursacht. Um größere Stoßkräfte von den Kolben zu übertragen, sind entsprechend große Kurvenrollen erforderlich. Das führt zur Vergrößerung des Durchmessers der Trommel, also zur Vergrößerung des Baumaßes der Kraftmaschine. Diese Kurvenmechanik läßt sich schlecht regulieren, bzw. die notwendige Luft zwischen der Kurvenrollen- und der Kurvenbahnfläche einstellen. Dazu kommen noch die technologischen Schwierigkeiten und großer Aufwand, um die Trommel zu fertigen.

Es ist auch die Kurvenmechanik für kurbelwellenlose Kolbenkraftmaschinen durch Motortechnische Zeitschrift 58 (1997) 11, Seite 663, Bild 4, bekannt. Vier in einem Gehäuse sternweise angeordnete Kolben mit Kurvenrollen arbeiten auf einer lemniskatenförmigen Kurvenbahn, wobei der Kurvenbahnträger eine auf der Welle befestigte Scheibe ist. Der Kraftschluß erfolgt durch den Doppelstangenschamierromb. Die Kurvenmechanik von dieser Art dient vorwiegend dazu, um einen verstärkten Drehmoment bei relativ kleinem Kolbenhub zu gewinnen und läßt nur die sternweise angeordneten wenigstens vier Zylinder zu. Die Kolben arbeiten unter ungewöhnlichen Bedingungen, was zum schnellen Verschleiß der Zylinderwände führt. Nach dieser Bauweise gebaute Kraftma-

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schinen sind wegen des großen Raumbedarfes für die Kraftwagen nicht geeignet. Die bekannten und für die Kraftfahrzeuge geeigneten Bauformen, wie Reihen-, Boxer- oder V-Zylinderanordnung sind für vor beschriebene Konstruktion nicht realisierbar. Weitere Nachteile sind die Regulierungsschwierigkeiten, die mit der Luft zwischen den kraftübertragenden Flächen verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kurvenmechanik für die Hubkolbenmaschine zu schaffen, die gleichzeitig mit der kompakten Ausführung für die beliebige gerade Zylinderzahl und verbreitete Zylinderanordnung eine verbesserte Kraftübertragungs- und Regulierungsmöglichkeit hat.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1.

Die erfindungsgemäße Kurvenmechanik für eine Hubkolbenmaschine weist zur Umwandlung der Linearbewegung der Kolben in eine Drehbewegung einer Welle (oder umgekehrt) ein Gehäuse (Zylinderblock) mit wenigstens zwei Zylindern auf. Die beiden in den Zylindern bewegenden Kolben sind durch einen zweiseitigen Winkelhebel mittels kurzen Kolbenstangen scharnierweise verbunden. Die Drehachse des zweiseitigen Winkelhebels ist in der Form eines Exzenterbolzen gestaltet, der als ein Träger an den gegenseitigen Wänden des Gehäuses montiert und mittels einer Mutter fixiert ist. An jedem Schenkel des zweiseitigen Winkelhebels ist eine Kurvenrollenachse beidseitig befestigt. Jede Kurvenrolle kontaktiert mit einer Kurvenbahn, die zu einem von beiden Kurvenbahnträgern gehört. Jeder Kurvenbahnträger (meistens als eine profilierte Scheibe ausgeführt) auf einer gemeinsamen Welle so befestigt ist, daß ein Wellenbergextremum von einer Kurvenbahnfläche und ein Wellentalextremum von der anderen Kurvenbahnfläche zusammen mit der Wellenachse in gemeinsamer Ebene liegen.

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Die durch die gegenläufige Kolbenbewegung entstehenden Kräfte werden mittels des zweiseitigen Winkelhebels und entsprechenden Kurvenrollen auf die Kurvenbahnflächen der beiden Kurvenbahnträger wechselweise übertragen.

Damit wird an der Welle ein Drehmoment erzeugt. Eine beidseitig befestigte Kurvenrollenachse überträgt wesentlich größere Kräfte, als eine konsolweise befestigte Achse. Die Abmaße von der Kurvenrolle werden nach der Festigkeitslehre berechnet und beinflussen nicht mehr die Baumaße von den Kurvenbahnträgern, also im Endeffekt - die Baumaße von der gesamten Maschine. Mittels des Exzenterbolzen wird die Drehachse des zweiseitigen Winkelhebels bei der Regulierung verschoben. Damit wird gleichzeitig für die beiden Kurvenrollen die notwendige Luft eingestellt oder wegen des Verschleißes korrigiert. Diese kraftschlüssige Gestaltung ermöglicht die für die Kraftwagen geeignete, kompakte Zylinderanordnung in verbreiteten Bauformen, wie beispielsweise Reihen-, Boxer- oder V-Zylinderanordnung zu bauen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht der ersten Ausführungsform der Kurvenmechanik für eine Hubkolbenmaschine,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt der ersten Ausführungsform entlang der Linie I-I in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie Il - Il in Fig. 1,

Fig. 4 eine Prinzipskizze einer Hubkolbenmaschine mit der Kurvenmechanik für dieReihenzylinderanordnung,

Fig. 5 eine Prinzipskizze einer Hubkolbenmaschine mit der Kurvenmechanik für die Boxer- oder V-Zylinderanordnung.

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Bei der in den Fign. 1 - 3 dargestellten ersten Ausführungsform der Kurvenmechanik handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, der nach Zwei- oder Viertaktverfahren arbeiten kann.

Im Gehäuse 10 mit zwei obenliegenden reihenweise angeordneten Zylindern 11,12 und Kolben 13,14 ist eine Welle 15 mittels zweier Kegellager 16,17 montiert. Auf der Welle 15 mittels der Paßfedern 18, 19 zwei gleiche Kurvenbahnträger 20, 21 gegeneinander so befestigt sind, daß ein Wellenbergextremum 22 von einer Kurvenbahnfläche 23 und ein Wellentalextremum 24 von der anderen Kurvenbahnfläche 25 zusammen mit der Wellenachse 26 in gemeinsamer Ebene A liegen. Die Kolben 13 und 14 sind durch einen zweiseitigen Winkelhebel 27 mittels kurzen Kolbenstangen 28, 29 scharnierweise verbunden. Die Drehachse des zweiseitigen Winkelhebels 27 ist in der Form eines Exzenterbolzen 30 gestaltet, der an den gegenseitigen Wänden 31, 32 des Gehäuses montiert und durch Mutter 33 gegen Verdrehung fixiert ist. An jedem Schenkel 34, 35 des zweiseitigen Winkelhebels 27 entsprechend eine Kurvenrollenachse 36, 37 beidseitig so befestigt ist, daß die zusammen mit der Wellenachse 26 in einer gemeinsamen Ebene liegt. Jede Kurvenrolle 38, 39 kontaktiert entsprechend mit einer Kurvenbahnfläche 23, 25, die zu einem von beiden Kurvenbahnträgern 20, 21 gehört. Jeder Kurvenbahnträger 20 und 21 so ausgebildet ist, daß die theoretische Mitte der entsprechenden Kontaktlinie 40, 41 immer gleicher Abstand zu der Drehachse 30 des zweiseitigen Winkelhebels 27 hat.

Im Betrieb werden die in den Zylindern 11, 12 erzogene Explosionskräfte durch die oszillierende Bewegung der Kolben 13,14 mittels der Kolbenstangen 28, 29 des zweiseitigen Winkelhebels 27 und der Kurvenrollen 40, 41 auf die Kurvenbahnflächen 23, 25 der beiden Kurvenbahnträger 20, 21 übertragen. Damit wird an der Welle 15 ein Drehmoment erzogen. Im Fall einer Pumpe wird die beschriebene Kurvenmechanik umgekehrt funktionieren.

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Die Luft zwischen Rollen- und Kurvenbahnflächen, die praktisch bei ungefähr 0,15 mm liegen kann, wird durch die Drehung des Exzenterbolzens 30 eingestellt. Danach wird der Exzenterbolzen 30, der an seinem Ende das Gewinde hat, mit der Mutter 33 gegen Verdrehung gesichert. Die Schmierung der gesamten Kurvenmechanik erfolgt durch die Verstreuung des Motorenöls bei der rotierenden Bewegung der Kurvenbahnträger.

In Fig. 4 ist ein Beispiel von der Verwendung der erfindungsmäßigen Kurvenmechanik für eine Hubkolbenmaschine mit der Reihenzylinderanordnung. Auf diese Bauweise ist eine Hubkolbenmaschine mit beliebiger gerader Zylinderzahl möglich zu verwirklichen. Es existiert auch die Möglichkeit, ein serienmäßiges Zylindergehäuse von dem Verbrennungsmotor mit der Reihenzylinderanordnung zu verwenden.

In Fig. 5 ist ein Beispiel von der Verwendung der erfindungsmäßigen Kurvenmechanik für eine Hubkolbenmaschine mit der Boxer- oder V-Zylinderanordnung. Auf diese Weise ist eine kompakte Hubkolbenmaschine mit 4 N-Zylinderzahl realisierbar, wobei N = 1, 2, 3 ... sein soll.

Zum weiteren Vorteil der Kurvenmechanik ist auch ein relativ kleiner Winkel der Kolbenstangenbewegung zu betrachten. Das verringert den Zylinderwändenverschleiß und verbessert die Arbeitsbedingungen der Kolben.

Claims

paten^Knsprüche

1. Kurvenmechanik für eine Hubkolbenmaschine mit dem Kurvenbahnträger, der auf einer im Zylindergehäuse (10) gelagerten Welle (15) befestigt ist und mit den Kurvenrollen (38, 39) die von den Kolben (13, 14) entstehenden Kräfte auf die Kurvenbahnfläche übertragen,

dadurc-h gekennzeichnet,

daß auf der Welle (15) wenigstens zwei gleiche Kurvenbahnträger (20, 21) gegeneinander befestigt sind, wobei ein Wellenbergextremum (22) von einer Kurvenbahnfläche (23) und ein Wellentalextremum (24) von der anderen Kurvenbahnfläche (25) zusammen mit der Wellenachse (26) in gemeinsamer Ebene (A) liegen.

2. Kurvenmechanik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (36, 37) der Kurvenrollen (38, 39) durch einen zweiseitigen Winkelhebel (27) paarweise so verbunden sind, daß diese zusammen mit der Wellenachse (26) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

3. Kurvenmechanik nach Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse von dem zwisetigen Winkelhebel (29) als ein Exzenterbolzen (30) ausgeführt ist und in dem Gehäuse (10) zwischen beiden Kurvenbahnträgern (20, 21) quer zu der Welle (15) montiert ist.

4. Kurvenmechanik nach Ansprüche 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schenkel (34, 35) vom Winkelhebel (27) durch die Kolbenstangen (28, 29) mit dem Kolben (13, 14) scharnierweise verbunden ist.

5. Kurvenmechanik nach Ansprüche 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kurvenbahnträger (20, 21) so ausgebildet ist, daß die theoretische Mitte der Kontaktlinie (40, 41) zwischen einer Rolle (38, 39) und der Kurven bahnfläche (23, 25) immer den gleichen Abstand zu der Drehachse des zweiseitigen Winkelhebels (27) hat.