DE3218311A1 - Kurbelschleifenanordnung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere zweitakt-brennkraftmaschinen mit einander gegenueberliegenden zylindern - Google Patents
Kurbelschleifenanordnung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere zweitakt-brennkraftmaschinen mit einander gegenueberliegenden zylindernInfo
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Description
PFENNING · MAAS · 3Vfl3iNi(3 Γ": · :'*P.ArIfENTANWÄLTE
SPOTT PUSGHMANN Berlin München
Ficht GmbH München, den 16. 4. 1982
Snannleitenbera 1 P 919/82
8011 Kirchseeon Pu/ho
Kurbelschleifenanordnunq für Brennkraftmaschinen, insbesondere
Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit einander gegenüberliegenden Zylindern
Die Erfindung betrifft eine Kurbelschleifenanordnung gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie sie z.B. aus der DE-PS 409 919 bekanntgeworden ist.
Obwohl die Vorteile einer solchen, ohne sogenannte Gemischschmierung
arbeitenden, bei Viertakt-Brennkraftmaschinen
als Boxer-Motor bekanntgewordenen Anordnung hinsichtlich Laufruhe und Lebensdauer sofort erkennbar sind, konnte sich
dieser Vorschlag in der Praxi s aus vielen Gründen nicht einführen. Nachdem nunmehr die aus fossilen Brennstoffen zu gewinnenden
leicht siedenden Kohlenwasserstoffe knapp und teuer
geworden sind und durch aus nichtfossilen Brennstoffen gewonnene
Kraftstoffe ersetzt werden sollen, gewinnen Zweitakt-Kraftmaschinen
trotz ihres geringeren thermischen Wirkungsgrades infolge ihres höheren Nutzhubanteils gegenüber den
Viertakt-Brennkraftmaschinen an Bedeutung. Solche nichtfossile Brennstoffe sind außer Alkoholen,insbesondere sogenannte
Bio-Gase, mit einem wesentlichen Methan-Anteil - 70% CH., 30% CO2 - , wobei diese Bio-Gase durch mikrobielle Prozesse
in Abwesenheit von Sauerstoff aus organischen Materialien gewonnen werden. Da die Verbrennungswärme von Methan nur
3
8450 kcal/m und die bei der Verbrennung anfallenden Abgase umweltfreundlich sind, bieten die genannten Zweitakt-Brennkraftmaschinen für die erforderliche Energiewandlung wesentliche Vorteile gegenüber den genannten Viertakt-Brennkraft-Maschinen .
8450 kcal/m und die bei der Verbrennung anfallenden Abgase umweltfreundlich sind, bieten die genannten Zweitakt-Brennkraftmaschinen für die erforderliche Energiewandlung wesentliche Vorteile gegenüber den genannten Viertakt-Brennkraft-Maschinen .
Wie die Erfahrung gezeigt hat, können Bio-Gase ohne besondere Vorkehrungen in üblichen Motoren nicht verbrannt
werden, da sie u.a. als Mischgase gegenüber Metallen aqressive Bestandteile aufweisen. Zum anderen bereitet die
Ölschmierung bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen Schwierigkeiten,
die mit dazu geführt haben, daß sogenannte Zweitakter, abgesehen von stationären Motoren und bei Kleinkrafträdern,
vom Markt fast verschwunden sind. Bekanntlich kann ohne großen Aufwand nicht verhindert werden,daß während des
Betriebs solcher Motoren einerseits Schmieröl in die Brennräume der Zylinder eintritt und als Umwelt verschmutzender
Verbrennungsrückstand über den Auspufflaustritt und andererseits
Verbrennungsgase in den mit Schmieröl gefüllten Kurbelkasten eintreten und dort.das Schmieröl unzulässig verdünnen.
Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufqabe es ist, eine
Kurbelschleifenanordnunq für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß sie auch ohne Ölschmierung betriebsfähig ist.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 qelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
.
Die bei einer Kurbelschleifenanordnung notwendigen Lagerstellen
sind also erfindungsgemäß durch Keramikbauteile gebildet,
die in einer ersten Ausführungsform der Erfindung als
::;as.;ive ojor in ^chiehtbauwoise hergestellte und im Bereich der
aafeinaiiderqleitenden Laqerflächen ballig nach Art sich selodt
einstellender Lager in geteilter Bauweise ausgebildet sind. Line zweite Ausfünrunqsform der Erfindung sieht dagegen für jedes Lager
bauteil mehrere aneinandergereihte Lamellen vor, die durch geeignete
Bauelemente, wie z. ß. Federscheiben, in ihrer vorbestimmten
Laue gehalten werden. Das dem lagernden metallischen Teil der Kurbelschleife, z.B. den Kurbelzapfen, zugeordnete massive
oder lamellierte Lacrerbauteil ist jeweils mittels einer elastischen
Masse auf dem Metallteil aufgeklebt und gegen Verdrehen gesichert. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Verzahnung in
an sich bekannter Weise geschehen. Jeder Gleitstein besteht aus zwei aeometrisch gleich ausgebildeten Teilen, die in der Trennebene
einen Luftspalt von 0,5 bis 0,8 mm Größe aufweisen. Die dem Lagerstein zugeordneten Gleitflächen der Kurbelschleife sind ebenfalls
aus Keramik in Form ebener Keramikscheiben, die an den entsnrechenden einander gegenüberliegenden Lagerflächen der Kurbelschleife
beispielsweise mittels einer Kleb- oder Klemmverbindung befestigt sind.
tine solche Ausbildung der Lagerstellen hat den überaus großen
Vorteil, daß die Lagerstellen ohne Schmiermittel auch bei hohen Temperaturen ausgezeichnete Laufeigenschaften aufweisen.
Die Wärmeabfuhr kann mittels Wasser erfolgen, das gleichzeitig den Reibungskoeffizienten an den Grenzflächen Keramik/Keramik
herabsetzt, so daß beispielsweise der bei einem wassergekühlten Motor vorhandene Kühlwasserkrexslauf auch zur Abführung der
Lagerwärme dienen kann. Insbesondere entfallen auch alle die Probleme, die ihre Ursache in dem Eintritt von Schmieröl in
den brennraum sowie in dem Eintritt von Verbrennungsgas in den Kurbelraum haben. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen,
daß bei mit niedrigen Drehzahlen laufenden Motoren zumindest für kurze Betriebszeiten völlig auf ein Wärmeabfuhrmittel verzichtet
werden kann, da die Keramikbauteile erfahrungsgemäß
hervorragende Notlaufeigenschaften aufweisen. Durch die
Verbindung von Keramikring und Kurbelzapfen mit Hilfe einer elastischen Masse werden die während des Betriebes unvermeidlichen
Biegungen des Kurbelzapfens gegenüber der nicht elastischen Keramik ausgeglichen. Die ballige Ausbildung der
Lagerteile gleichen Biegungen rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Kolbenstangen aus. Auch werden hierdurch Lagertoleranzen
ausgeglichen, so daß keinerlei durch Lastwechsel erzeugte Spannungsspitzen zur Zerstörung der Keramikbauteile
führen können.
Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.
Es zeigen
Figur 1 einen teilweise im Schnitt dargestellten
Zweizylinder-Zweitakt-Vergasermotor in der Ansicht von vorn,
Figur 2 im vergrößtertem Maßstab einen Querschnitt durch den Kurbelschleifentrieb des Zweizylinder-Zweitakt-Vergasermotors
nach Fig. 1,
Figur 3 die Seitenansicht des Kurbelschleifentriebs
nach Fig. 2,
Figur 4 die Lagerteile des Kurbelschleifentriebs
nach Fig. 3 mit gegenüber der Normalen gekippten Kurbelzapfen,
Figur 5 die Seitenansicht der gekippten Anordnung nach Fig. 4,
Figur 6 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung und
Figur 7 eine Einzelheit der Anordnung nach Fig. 6 in perspektivischer Explosionsdarstellung.
Der mechanische Aufbau des in Fig. 1 dargestellten, nach Art
eines soqenannten Boxer-Motors ausqebildeten Zweitakt-Motors besteht im wesentlichen aus zwei gegenüberliegenden,
qleichachsig angeordneten Zylindern 1 und 1·, in denen sich *Arbeitskolben 2 geradlinig hin- und herbewegen. Die Arbeitskolben sind mit den Kolbenstangen 3 verbunden, die ebenfalls
nur geradlinige Hin- und Herbewequngen ausführen. Die Kolbenstangen
3 sind mit ihren inneren Enden an einem mittig gelegenen, umlaufenden Kurbelschleifentrieb 4 angelenkt, der
die geradlinigen Bewegungen in eine Drehbewegung umwandelt, der Kurbelschleifentrieb befindet sich in einem Kurbelschleifengehäuse
KG, an dem über Trennwände 15 die Zylinder 1 und befestigt sind.
In Fig. 2 sind vom Kurbelschleifentrieb 4 die Kolbenstangen gezeigt, deren einander gegenüberliegende Stirnseiten mit
den gegenüberliegenden Längsseiten einer Kurbelschleife 30 verbunden sind, in der ein Kurbelzapfen 31 mit Hilfe eines
Gleitsteines geführt ist, der insgesamt mit 32 bezeichnet ist.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß den
Fig. 2 bis 5 besteht der Gleitstein 32 aus zwei geometrisch gleich ausgebildeten äußeren Hälften 33 und 34, zwischen
denen sich eine Trennebene mit einem Luftspalt*von 0,5 bis
0,8 mm vorgesehen ist. Den Außenflächen 35 und 36 der äußeren Hälften 33 und 34 des Gleitsteines 32 sind parallel zu den
inneren Längsseiten der Kurbelschleife als Gleitschienen
dienende Keramikscheiben 37 und 38 zugeordnet, während den inneren Mantelflächen 39, 40, die der äußeren Zylindermantelfläche
des Kurbelzapfens 31 zugeordnet sind, ein in seiner tireite der Breite der Gleitsteinhälften entsprechender Gleitring
41 zugeordnet ist. Der Gleitring 41 ist mit Hilfe einer elastischen Klebeschicht 42 auf dem Kurbelzapfen 31 befestigt.
Die einander zugeordneten, also aufeinander gleitenden, Lagerflächen von Gleitring und Gleitstein - insgesamt
mit der ßezugsziffer 43 bezeichnet - sind in Bezug auf die Längsachse des Kurbelzapfens 31 ballig, also selbsteinstellend
ausgebildet, wie dies insbesondere die Fig. 2 zeigt. Hierdurch können Bewegungen der Kurbelschleife in
Richtung des Doppelpfeiles 44 ausgeglichen werden. Alle
anderen Flächen sind eben ausgebildet. Die in Richtung des Doppelpfeiles 45 liegenden Kanten des Gleitsteines sind abgerundet,
was eine Keilbildung des gegebenenfalls auch als Schmiermittel benutzten Wassers begünstigt.
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß
den Fiq. 6 und 7 ist der der Kurbelschleife zugeordnete, aus
Keramikbauteilen bestehende Gleitstein 32 lamelliert ausgeführt. Der Gleitstein 32 besteht daher aus mehreren Lamellen
46a bis 46n. Die Lamellen haben eine rechteckige Außenform - vgl. Fig. 7 - und sind ca. 3 mm breite Keramikolättchen mit
abgerundeten Ecken. Durch diese Abrundungen werden durch Lastwechsel hervorgerufene Spannunasspitzen innerhalb der Keramikbauteile
vermieden. Die Lamellen 46a bis 46n laufen auf gleichbreiten Keramikringen 47a bis 47n, die auf den Kurbelzapfen
aufgereiht sind, vgl. insbesondere Fig. 6.
Hei Durchbiegungen des Kurbelzapfens können sich die einzelnen
Lamellen nach den jeweiligen Gegebenheiten ausrichten. Auf diese Weise werden etwa auftretende Biegespannungen im Kurbelzapfen
in kleine Einzel-Biegespannungen aufgeteilt und von den einzelnen Lamellen als reine Druckkräfte aufgenommen. Um
ein unkontrolliertes Wegkippen der Lamellen zu verhindern, sind zwischen den Kurbelwangen 48 und 49 und den Gleitstein-Lamellen
je eine Federscheibe■50 und 51 eingesetzt.
Aufcrrund des größeren fceibbeiwertes zwischen Stahl/Keramik
und Keramik/Keramik wird verhindert, daß sich die Keramik-
rinde ^uf dem Kurbelzapfen 31 verdrehen. Es kann aber
auch eine Verdrehsicherung vorgesehen werden, z.B. m
der Weise, daß die Keramikringe 4 7a bis 4 7n ebenfalls mit einer elastischen Masse, wie beim ersten Ausführungsbeisniel
der Erfindung, auf dem Kurbelzapfen verklebt werden. Ls können aber auch die Keramikringe 4 7a bis 47n,
sowie der zugeordnete Kurbelzapfen 31,mit einer an sich bekannten Keil- oder Evolentenverzahnung versehen werden,
die eine relative Drehung zwischen den Keramikringen und dem Kurbelzapfen verhindern. Es kann aber auch jede andere
bekannte Form von We11enverzahnung verwendet werden. Es ist
jedoch zu beachten, daß solche Verzahnungen so geformt sein müssen, daß in den Keramikelementen keine Kerbwirkungen auftreten
können.
Schließlich ist aus Fig. 6 zu ersehen, daß auch der die Kurbelwangen 48 und 4 9 aufweisende Kurbelzapfen 31 in den
Wandungen 54 des Kurbelschleifengehäuses KG mit Hilfe von Keramik-Gleitlagern 55 und 56 gelagert ist. Auch diese
Gleitlager können entweder nach dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 bis 5 massiv oder gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 lamelliert ausgebildet sein.
, JIo.
Leerseite
Claims (7)
- PPRNNTNG · MAAS · MüfihfÖ I ": B : "PATENTANWÄLTE» O ι> M ■* ■■ Λ If * * » « fr · *SPOTT PUSCHMANN Berlin MünchenFicht GmbH München, 04.05.1982Snannleiteuberq i P 919/82Hüll Kirchseeon " - Pu/reiPATENTANSPRÜCHEIJ Kurbelschleifenanordnung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Brennkraftmaschinen, mit einem gegenüber den Zylindern abgedichteten Kurbelgehäuse, in dem ein Kurbelzapfen drehbar qelagert ist, auf dem ein in einer Kurbelschleife gleitender Gleitstein qelagert ist, an dem zwei gleichachsig angeordnete, einander Gegenüberliegende Kolbenstangen der in den Zylindern befindlichen Kolben angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen von Kurbelzapfen (31), Kurbelschleife (4) und Wellenzapfen (32, 46) aufeinandergleitende Keramikbauteile sind.
- 2. Kurbelschleifenanordnunq, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Kurbelzapfen (31) zugeordneten Keramikbauteile in an sich bekannter Weise als sich selbsteinstellende balliqe Keramikbauteile (33, 34; j9 ) ausnebiIdet sind, von denen das mit dem Kurbelζaufen verbundene Keramikbauteil einen Ring (39) bildet, der mittels einer elastischen Klebeschicht (42) mit dem Kurbelzapfen verbunden ist, während die den Ring umfassenden Keramikbauteile zwei geometrisch gleich ausgebildete Gleitsteinhälften (33, 34) bilden, zwischen denen als Trennebene ein Luftspalt (S) in der Größe von 0,5 bis 0,8 mm vorhanden ist.
- 3. Kurbelschleifenanordnung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch aekennzeichnet, daß der dem Kurbelzapfen (31) zuqeordnete Keramikbauteil (Gleitstein 32) aus einzelnenbezüglich der Lagerflächen geteilten Lamellen (46a bis 46n, 47a bis 47n) besteht.
- 4. Kurbelschleifenanordnunq nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß das der Kurbelschleife (4) zugeordnete Keramikbauteil aus zwei mit ihrer Breite der Dicke der Kurbelschleife angepassten langgestreckten Keramik-Plättchen (37, 38) besteht, die mittels einer Ktemmverbindung mit der Kurbelschleife verbunden sind.
- 5. Kurbelschleifenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß der aus einzelnen geteilten Lamellen (46a bis 46n) zusammengefügte Gleitstein (46) mittels einer auf dem Kurbelzapfen (31) befindlichen keramischen Lagerhülse (47) gelagert ist, die ebenfalls aus geteilten Lamellen (47a bis 47n) besteht, die in ihrer Dicke jeweils der Dicke der zugeordneten Lamellen des Lagersteines entsprechen.
- 6. Kurbelschleifenanordnung nach dem Anspruch 5, dadurch qekennzeichnet , daß beidseitig des aus Lamellen (46a bis 46n) bestehenden Gleitsteines (46) an den Kurbelwangen (48, 49) sich abstützende Tellerfedern (50, 51) angeordnet sind.
- 7. Kurbelschleifenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die den Kurbelzapfen (32.) im Kurbelgehäuse (KG) lagernden Lager (54, 55) aus Keramikhülsen bestehende Gleitlager sind.
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