DE3218311A1 - Kurbelschleifenanordnung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere zweitakt-brennkraftmaschinen mit einander gegenueberliegenden zylindern - Google Patents

Kurbelschleifenanordnung fuer brennkraftmaschinen, insbesondere zweitakt-brennkraftmaschinen mit einander gegenueberliegenden zylindern

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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 .
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)

  1. PPRNNTNG · MAAS · MüfihfÖ I ": B : "PATENTANWÄLTE
    » O ι> M ■* ■■ Λ If * * » « fr · *
    SPOTT PUSCHMANN Berlin München
    Ficht GmbH München, 04.05.1982
    Snannleiteuberq i P 919/82
    Hüll Kirchseeon " - Pu/rei
    PATENTANSPRÜCHE
    IJ 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. 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. 3. Kurbelschleifenanordnung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch aekennzeichnet, daß der dem Kurbelzapfen (31) zuqeordnete Keramikbauteil (Gleitstein 32) aus einzelnen
    bezüglich der Lagerflächen geteilten Lamellen (46a bis 46n, 47a bis 47n) besteht.
  4. 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. 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. 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. 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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