DE3445430A1

DE3445430A1 - Hubkolbenmaschine, insbesondere brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3445430A1
Application number: DE19843445430
Authority: DE
Inventors: Albrecht 6638 Dillingen Nikes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1986-06-19

Description

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Ni V

Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und geht damit aus von der DE-OS 26 45 279. Hierin ist für einen Sternmotor eine Kraftübertragung beschrieben, bei der jeder Zylinder seine eigene Kurbelwelle mit nur einer Kurbelwange hat, von denen umfangsverteilte Antriebs-Stirnräder angetrieben sind, die mit einem gemeinsamen Abtriebs-Stirnrad auf einer gemeinsamen Abtriebswelle im Eingriff stehen. Es versteht sich, daß dieses System einer Kraftübertragung auch bei einer angetriebenen Arbeitsmaschine verwendet werden kann, beispielsweise bei einer Pumpe. Obwohl die nachfolgende Beschreibung auf eine Brennkraftmaschine, d. h. auf einen Kolbenmotor abgestellt ist, sind die dem Abtrieb zugeordneten Teile als Antriebs-Merkmale zu lesen und umgekehrt, wenn es sich um eine angetriebene Kolben-Arbeitsmaschine handelt.

Auch aus der DE-OS 31 29 028 ist für eine Brennkraftmaschine mit zwei Pleuelstangen eines einzigen Kolbens der Anschluß einer jeden Pleuelstange an eine eigene Kurbel bekannt, wobei die mit den Kurbelachsen gleichachsigen Antriebs-Stirnräder untereinander im Eingriff stehen und von einer Kurbelachse über einen Kettenantrieb eine Haupt-Abtriebswelle angetrieben ist.

Die Kurbeln sind als Kurbelzahnräder ausgebildet. Zum Stand der Technik gehört ferner die DE-OS 33 42 108, in der ein Zahnscheibenmotor mit Kurbelzahnrädern beschrieben ist, die mit paarweise sich kreuzenden Achsen ange-

5 ordnet sind und über kegelige Verzahnungen mit einem gemeinsamen großen Abtriebs-Kegelrad im Eingriff stehen.

Den Lösungen nach dem Stande der Technik ist es gemeinsam, daß jede Pleuelstange eines Zylinders an einer fliegend gelagerten Kurbelwange bzw. deren Kurbelzapfen angreift. Mit der Abkehr dieser Kraftübertragungs-Systeme von der konventionellen Kurbelwelle mit mehreren Kröpfungen stellt sich jedoch der Nachteil ein, daß jeder fliegend angeordnete Kurbelzapfen je nach Kolbenkraft und drehzahlab-

2g hängigen Beschleunigungskräften- Wechsel·» Biegebeanspruchungen unterliegt, die bei Maschinen großer Leistung und Drehzahl beträchtlich sein können. Bedenklich ist ferner, daß die Leistung eines jeden Zylinders über ein einziges Antriebs-Stirnrad auf die gemeinsame Abtriebswelle

2Q übertragen werden muß. Aus diesen Gründen haben die "kolbenwellenlosen" Kraftübertragungssysteme nach dem Stande der Technik in der Praxis keinen Eingang gefunden.

In der Erkenntnis, daß die Kraftübertragungssysteme nach den DE-OS 26 45 279 und 31 29 028 sich wegen des Vorhandenseins einer gemeinsamen Abtriebswelle dafür eignen, mehrere Zylinder-Aggregate an die Haupt-Abtriebswelle anzuschließen und somit im Baukastenprinzip kostengünstig zu Hubkolbenmaschinen beliebig großer Leistung zu ge_on langen, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, Biegebeanspruchungen von den Kurbelzapfen weitgehend fernzuhalten und die spezifische Zahnbelastung der Stirnräder ohne Erhöhung der Zahnbreite zu verringern. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.

Das Merkmal a) hat zur Folge, daß für die Kraftübertragung pro Zylinder zwei Antriebs-Stirnräder zur Verfugung stehen, auf die sich die zu übertragende Leistung verteilt. Dieses Merkmal ist zwar aus der DE-PS 561 765 für eine andere Gattung·von Hubkolbenmaschinen mit feststehendem Zylinderblock und umlaufendem, luftdichtem Gehäuse bekannt, die sich jedoch nicht dafür eignet, an eine durchgehende gemeinsame Abtriebswelle mehrere solcher mehrzylindrigen Hubkolbenmaschinen anzuschließen, da stets die der Abtriebswelle gegenüberliegende Seite für die Gaswechselvorgänge , die Kühlwasserzufuhr sowie ein Zündkabel in Anspruch genommen ist. Durch das Merkmal b) wird ein einheitlicher Kurbelzapfen für beide Kurbelwangen geschaffen, der als ein auf zwei Auflagern abgestützter Träger anzusehen ist und von daher geringeren Biegebeanspruchungen unterworfen ist. Durch das Merkmal c) schließlich wird sichergestellt, daß die beiden diametralen Antriebs-Stirnräder, die in Anbetracht der Lagerungen im System in Umlaufrichtung nicht spielfrei sind, auf Gleichlauf gehalten werden, von einem etwaigen Zahnspiel zwischen den Antriebs-Stirnrädern einerseits und den untereinander gekoppelten außenverzahnten Abtriebs-Stirnrädern abgesehen, das jedoch durch bekannte Maßnahmen wie Profilverschiebung oder dergleichen ebenfalls beseitigt werden kann.

Hinsichtlich der Lagerung des einheitlichen Kurbelzapfens mit zwei diametralen Lagerstellen sieht die Erfindung vor, daß der einheitliche Kurbelzapfen in den Bohrungen der spiegelbildlichen Kurbeln festgelegt und in dem Pleuel-

QQ stangenfuß gelagert ist. Diese Lösung ermöglicht es, den Pleuelstangenfuß ungeteilt als geschlossenes Lager auszubilden, da der einheitliche Kurbelzapfen durchsteckbar ist. Eine andere, bevorzugte Möglichkeit besteht darin, daß der einheitliche Kurbelzapfen mit der Pleuelstange

gc einheitlich und in den spiegelbildlichen Kurbeln gelagert ist.

• · · / β m

Da bei dieser Lösung zwei Lagerstellen zur Verfügung stehen, kann der Pleuelstangenfuß schmal gehalten werden, so daß der Abstand der Kurbeln voneinander klein gehalten werden kann.

Wie aus der DE-OS 26 45 279 bekannt, können die Antriebs-Stirnräder getrennt von den Kurbeln auf den Kurbelachsen aufgekeilt sein. Wie aus dem übrigen Stand der Technik ebenfalls bekannt, wird jedoch bevorzugt, daß die diametralen Kurbeln mit an ihnen angeformten Stirnradverzahnungen IQ als Antriebs-Kurbelstirnräder ausgeführt sind, womit die Verzahnungen einen kleineren Radius erhalten können als die Kurbeln, um der Abtriebswelle eine relativ niedrige Drehzahl zu verleihen.

jg Was die Abtriebs-Stirnräder auf der Abtriebswelle anbelangt, so werden diese gemäß der Erfindung mit Vorteil einstückig als Zwillinge-Stirnrad ausgeführt, um wegen des erwünschten Gleichlaufes der Antriebs-Stirnräder jeglichen Winkelversatz zwischen den beiden Abtriebs-Stirnrädern zu unter-

2Q binden, der durch Ausschlagen von Keilverbindungen zwischen vereinzelten Abtriebs-Stirnrädern und der Abtriebswelle im Laufe der Zeit auftreten könnte.

Weiterbildungen der Erfindung insbesondere hinsichtlich der Mehrfach-Anordnung von Zylindern oder Zylindergruppen mit einer einzigen, gemeinsamen Abtriebswelle sind den Patentansprüchen 7 bis 11 zu entnehmen.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele einer QQ Hubkolbenmaschine mit einem oder mehreren Zylindern dargestellt, und zwar zeigen :

Fig.1 einen Teilschnitt durch einen Zylinder mit einheitlichem Kurbelzapfen und Lagerung zwischen Pleuelgg stangenfuß und Kurbelzapfen,

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1 mit diametralen Kurbelzapfen, die mit der Pleuelstange einstückig sind,

Fig. 3 die Ausführungsform nach Fig. 2 unter Verwendung von Antriebs-Kurbelstirnrädern mit einem

Zwillings-Stirnrad als Abtriebs-Stirnräder,

Fig. 4 eine Abwandlung von Fig. 3 mit seitlich an den ₁q Kurbeln angeformten Antriebs-Stirnrädern und einer mehrteiligen Gehäuse-Ausbildung,

Fig. 5 eine Hubkolbenmaschine · etwa · nach Fig.3 mit drei im Winkel zueinander verlaufenden Zylindern,

Fig. 6 eine vierzylindrige Maschine mit in Reihe angeordneten Zylindern,

Fig. 7 eine Maschine mit zwei Zylindern in V-Anordnung,

Fig. 8 eine zweizylindrige Maschine mit Zylindern in Boxer-Anordnung, und

Fig. 9 einen vierzylindrigen Boxer-Motor.

Alle Ausführungsbeispiele umfassen einen oder mehrere Zylinder 1 mit darin geführtem Kolben 2. In Fig. 1 hat die am Kolben 2 gelenkig angeschlossene Pleuelstange 3 einen breiten Pleuelstangenfuß 3a mit ungeteiltem, ge_n schlossenen Lager zum Durchstecken eines einheitlichen Kurbelzapfens 4 mit zwei diametralen kegeligen Zapfen, die in ebensolchen kegeligen Bohrungen 5a, 6a von Antriebs Kurbelzahnrädern 5 und 6 eingezogen und dort befestigt sind. Die Kurbelzahnräder 5, 6 sind als scheibenförmige Körper mit Gegengewichten zum Massenausgleich ausgebildet

und auf feststehenden Kurbelwellen 7 gelagert, die von den Wandungen 8 des Motorgehäuses ausgehen.

Die Stirnradverzahnungen der Antriebs-Kurbelstirnräder 5, 6 stehen mit den beiden Stirnverzahnungen 9a und 9b eines Abtriebs-Zwillings-Stirnrades 9 im Eingriff, und werden somit auf Gleichlauf gehalten, das auf einer in Fig. 3 dargestellten-Abtriebswelle 10 aufgekeilt oder wahlweise mit der Abtriebswelle ein- oder ausgekuppelt werden kann, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 noch erläutert wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich in zweifacher Hinsicht von demjenigen nach Fig. 1. Zunächst hat die Pleuelstange 13 einen mit der Pleuelstange einheitlichen Kurbelzapfen mit den beiden diametralen Zapfenenden 14, die an dem Pleuelstangenfuß 13a angeformt sind.

Diese diametralen Zapfen-Enden 14 sind in mit Gegengewichten versehenen diametralen PCurbeln 15 gelagert, die ihrerseits über Kurbelachsen 17 im Motorgehäuse 18 gelagert sind. Die Kurbeln 15 sind nicht wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit Stirnradverzahnungen versehen, vielmehr sind die Antriebs-Stirnräder 16 getrennt auf den Kurbelachsen 17 aufgekeilt. Sie stehen mit den Stirnradverzahnungen 19a eines Abtriebs-Zwillings-Zahnrades 19 zum Gleichlauf im Eingriff.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Pleuelstange wie bei dem Beispiel nach Fig. 2 mit zwei diametralen Zapfen 14 einstückig, die in Antriebs-Kurbelzahnrädern 20, 21 gelagert sind. Deren Kurbelachsen 17 sind wiederum in dem Motorgehäuse 18 gelagert. An diesem Beispiel wird

QQ deutlich, mit welch geringem Abstand voneinander die Antriebs-Kurbelzahnräder 20, 21 angeordnet werden können, da die Lagerlängen der Zapfen 14 sich mit der Breitenabmessung der KurbelZahnräder überdecken, wohingegen beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Länge des Pleuellagers in dem Fuß 3a einen größeren Abstand der KurbelZahnräder 5 und 6 voneinander bedingt.

Der geringe Abstand der Kurbelstirnräder 20, 21 in Fig.3 hat zur Folge, daß die Stirnradverzahnungen innerhalb der Projektion des Zylinders T umlaufen und zu einer guten Schmierung der Zyiinderlaufbahnen durch abspritzendes Schmieröl beitragen. Abdeckbleche an den Kurbel-Stirnrädern könnten eine überschmierung verhindern.

In Fig.4 ist ist das Abtriebs-Zwillinges-Stirnrad 22 auf der Abtriebswelle 10 frei drehbar gelagert UnO^¹HKrCh eine Schaltkupplung 23, im Ausführungsbeispiel eine Klauenkupplung, wahlweise mit der Abtriebswelle 10 drehfest verbindbar. Die Abtriebswelle ist im übrigen ebenfalls im Motorgehäuse 18 gelagert. Die Schaltkupplung 23 ermöglicht es, mehrere Hubkolbenmaschinen an eine Abtriebswelle 10 an-

zuschließen und wahlweise abzukuppeln., Fig.4 zeigt eine Abwandlung von Fig.3 insofern, als Antriebs Stirnräder 16 kleineren Durchmessers als demjenigen der Kurbeln 15 seitlich an diesen angeformt sind und eine grosse übersetzung zur Abtriebswelle TO hin ermöglichen. Ferner zeigt Fig.4 eine für das Baukastensystem vorteilhafte Ausgestaltung des Motorgehäuses. Der Zylinder 1 ist an einem Zwischengehäuse 8a angeflanscht, das die Lagerwellen 7 (Fig.1) trägt, wodurch eine Baueinheit geschaffen ist, die die Teile 1^7^8a,15 und 16 umfasst, über einen umlaufenden Flansch 8b wird diese Baueinheit mit dem die Abtriebswelle 10 aufnehmenden Motorgehäuse t8 verbunden.

Die gemeinsame Abtriebswelle 10 eröffnet die Möglichkeit, alle Mehrfach-Zylinderanordnurigen nach beispielsweise nach Fig.5 bis 9 in beliebiger Anzahl und Leistung nebeneinander in verschiedenen Ebenen an die Abtriebswelle anzuschließen, um somit im Baukastenprinzip jede beliebige Leistung zu installieren. Die Ausführungsformen mit langsam laufender Abtriebswelle 10 nach Fig.7,8 und 9 eignen sich für Schiffsantriebe, wobei die Schaltkupplung 23 nach Fig.4 empfehlenswert ist, um bei niedriger Fahrt Zylindergruppen einfach abzuschalten.

Die abgeschaltete Zylindergruppe kann im Leerlauf mitlaufen, so daß es kein Problem ist, beim Wiedereinrücken der Klauenkupplung 23 durch Beschleunigen der abgeschalteten Zylindergruppe unter Einsatz entsprechender Drehzahl-Meßwertgeber einen Synchronlauf zwischen der An-¹ triebswelle 10 einerseits und dem Zwillings-Stirnrad 2 2 einzustellen.

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Allen Ausführungsbeispielen nach Fig. /f, 5, 7, 8 und 9 ist gemeinsam, daß alle Zylinder 1 in einer Ebene angeordnet sind und alle Antriebs-Stirnräder mit einem gemeinsamen Zwillings-Stirnrad im Eingriff stehen. In Fig. 5 sind drei Zylinder 1 mit relativ großen Antriebs-Kurbelzahnrädern 20, 21 im spitzen Winkel zueinander stehend an das gemeinsame Zwillings-Stirnrad 22 angeschlossen. In Fig. 7 handelt es sich um einen Zweizylinder-V-Motor mit wiederum langsam laufender gemeinsamer Abtriebswelle 10, ebenso Fig. 8 mit zwei zueinander ver-

idie__zur Verringerung der Baubreite aneinandergerückt sind*., setzten Zylindern 1 mit gegenläufigen Kolben ^fFig. 9 zeigt einen Vier-Zylinder-Boxermotor, bei dem die Kolben gegenüberliegender Zylinder 1 gleichläufig sind und deren Pleuelstangen 3 (Fig. 1) gemeinsam an einem Kurbelzapfen angreifen. Antriebs-Stirnräder 16 stehen mit einem Zwillings-Stirnrad 19 im Eingriff (Fig. 2 oder 4).

Fig. 6 stellt einen vier-zylindrigen Reihenmotor dar mit mittiger gemeinsamer Abtriebswelle 10 und einem Abtriebs-Zwillings-Stirnrad T9 nach Fig.2 . Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, daß die von der gemeinsamen QQ Abtriebswelle 10 entfernten Antriebs-Stirnräder bzw. Kurbel-Stirnräder 16 ' nur mit denjenigen Kurbel-Stirnrädern 16 . benachbarter Zylinder im Eingriff sind, also indirekt an das Zwillingsrad 19 angeschlossen sind.

Für alle Ausführungsbeispiele gilt, daß bei einem über-Setzungsverhältnis von 1:2 zwischen Antriebs- und Abtriebs-Stirnrädern die Abtriebswelle 10 als Nockenwelle für den Ventilantrieb ausgebildet sein kann.

- Leerseite -

Claims

• β · «J · Ni V Patentansprüche

1. Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine,

mindestens/
bestehend aus /feinem feststehenden Zylinder (1) mit einem Kolben (2) und einer Pleuelstange (3), die an einer der Pleuelstange zugeordneten Kurbel (15) angreift, mit deren Antriebs-Kurbelachse (17) ein Stirnrad (16) gleichachsig verbunden ist, das mit einem Abtriebs -Stirnrad (19a) auf einer parallel zur Kurbelachse verlaufenden Abtriebswelle (10) im Eingriff steht
dadurch gekennzeichnet, daß

a) zwei zur Pleuelstange (3, 13) spiegelbildlich angeordnete Kurbeln (15) mit je einem gleichen Antriebs-Stirnrad (5, 6 bzw. 16 bzw. 20, 21) vorgesehen sind,

b) die beiden diametralen Zapfen der Kurbeln als einheitlicher Kurbelzapfen (4, 14) ausgebildet sind, der in Bohrungen (5a, 6a) der Kurbelwangen eingreift, und daß

c) die Abtriebswelle (10) mit zwei gleichachsigen Abtriebs-Stirnrädern (9a, 9b bzw. 19a, 19b) drehfest verbunden ist.

NACHGEREICHT

J4454

2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einheitliche Kurbelzapfen (4> in den Bohrungen (5a, 6a) der spiegelbildlichen Kurbeln (5, 6) festgelegt und'in dem Pleuelstangenfuß (3a) gelagert ist (Fig. 1).

3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager in dem Pleüelstangenfuß (3a) ungeteilt ist.

4. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einheitliche Kurbelzapfen (14, 14) mit der Pleuelstange (13) einheitlich und in den spiegelbildlichen Kurbeln (15 bzw. 20, 21) gelagert ist (Fig. 2 , 3 und 4)

5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

mit angeform.ten Stirnradverzahnungen/ . zeichnet, daß die diametralen Kurbeliy/als Antriebs-

Kurbelstirnräder (5, 6 bzw. 20, 21) ausgeführt sind (Fig. 1, 3 und 4)

6. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebs-Stirnräder einstückig als Zwillings-Stirnrad (9, 19, 22) ausgeführt sind.

7. Hubkolbenmaschine mit mehreren Zylindern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zylinder (1) in einer Ebene angeordnet sind und alle Antriebs-Stirnräder (5, 6 bzw. 16 bzw. 20, 21) mit einem gemeinsamen Zwillings-Stirnrad (9, 19, 22) im Eingriff stehen (Fig. 5,7,8 und 9).

8. Hubkolbenmaschine mit mehreren Zylindern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zylinder in einer Ebene parallel zueinander angeordnet sind und die von der gemeinsamen Abtriebswelle (10) entfernten Antriebs-Stirnräder ( iß ) ^m^ denjenigen des oder der be-

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nachbarten Zylinder im Eingriff sind, von denen mindesten ein Paar von Antriebs-Stirnrädern (. j,6 ) eines Zylinders mit den Abtriebs-Stirnrädern (13) im Eingriff sind (Fig. 6).

9. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von an die gemeinsame Abtriebswelle (10) nebeneinander angeschlossene, mehrzylindrige Hubkolbenantriebe .

10. Hubkolbenmaschine- nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwillings-Stirnräder (9, 19, 22) auf der gemeinsamen Abtriebswelle (1O) drehbar gelagert und durch je eine Schaltkupplung (23) wahlweise mit der Abtriebswelle drehfest verbindbar sind (Fig. 4 ).

11. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¹-net, daß jeweils ein Zylinder (1) mit einem Zwischengehäuse (8a) verbunden ist, das mit den Kurbeln (15) und den Antriebs-Stirnrädern (16) sowie deren Lagerungen eine Baueinheit bildet und einen geschlossenen Anschlußflansch (8b) zur Verbindung einer oder mehrerer Baueinheiten mit dem die Abtriebswelle (10) aufnehmenden Motorgehäuse (18) aufweist.(Fig.4),