DE4400135A1 - Zentrisches Anordnungsprinzip für ein Verbrennungsmotorbaukasten - Google Patents

Description

Beschreibung und Nutzen

Die bisherige Anordnung von Kolbenmotoren mit mehr als einem Zylinder geht von einem Mo­ torblock aus. Die einzelnen Zylinder sind innerhalb eines Motorblockes angeordnet und über eine Kurbelwelle miteinander verbunden. Die Form der Anordnung kann eine Reihe, eine V-Form oder eine gegenüberstehende Form sein. Diese Anordnungsformen haben den Vorteil einer kompakten Bauweise und der einfachen Betriebsstoffzuführung, Abführung der Abgase und einer relativ einfachen Ventilsteuerung (bei Viertaktmotoren).

Eine andere Anordnung ist die Sternform, wo eine gemeinsame Exzenterscheibe die Kurbel­ welle ersetzt und sich dadurch eine Zylinderscheibe ergibt. Diese Bauform hat sich im Flug­ zeugbau längere Zeit behauptet, ehe sie dort durch eine Gasturbine verdrängt wurde.

Beiden Bauformarten ist allerdings gemeinsam, daß in der Regel für jede Anwendung und Baugröße ein Motortyp konstruiert und dann auch gefertigt wurde. Diese Anordnungsprinzipien sind wenig geeignet, Wiederholbaugruppen zu definieren, die verschiedene Leistungsstufen abdecken können. Damit ist das Leistungsspektrum eines Motors durch seine spezielle Konstruktion begrenzt. Ein weiterer Nachteil ist, daß für jeden Motortyp eigene Formen, Werkzeuge, Hilfsmittel und gegebenenfalls auch Technologien entwickelt werden müssen. Das führte weiterhin zu einer sehr typ- und herstellerbezogenen Wartung und Ersatzteilhaltung.

Hier wird eine Anordnung eines Mehrzylinderkolbenmotors vorgeschlagen, auf dessen Basis ein Baukasten abgeleitet werden kann. Dadurch ist es möglich, aus wenigen Standardbaugrup­ pen eine Antriebsmaschine mit einem breiten Leistungsspektrum herzustellen. Der Motor kann sowohl nach dem Otto-Prinzip oder als Dieselmotor gebaut werden.

Kern der neuen Anordnung ist ein zentral horizontal gelagertes Zahnrad, daß die klassische Kurbelwelle ersetzt. Dieses Zahnrad ist auf der Abtriebswelle des Motors montiert. Um dieses Zahnrad herum sind komplette Einzylindermotoren ohne Kurbelgehäuse angeordnet - hier Einzylinderantriebe genannt -, so daß sich eine dem Sternmotor analoge Zylinderscheibe ergibt (siehe Bild MOTOR1.DRW Seite 2). Das Kurbelgehäuse des Motors wird durch ein Getriebegehäuse mit dem zentral gelagerten Abtriebszahnrad ersetzt. Der schematische Aufbau und das Zusammenwirken der einzelnen Baugruppen ist aus Bild 2 zu erkennen. Die separat laufenden Einzylinderantriebe übertragen ihr erzeugtes Drehmoment auf das gemeinsame Zahnrad. Durch das durch die Kombination entstandene Getriebe ist auch gleichzeitig eine Synchronisation gewährleistet.

Das Arbeitsprinzip der Einzylinderantriebe baut auf bisher erprobten Technologien auf. Diese einzelnen Einzylinderantriebe - die aus einer Zylinderbaugruppe einem Kolben, ein Pleuel, einem Exzenter und einer Exzenterhalterung bestehen (siehe Bild MOTOR1.DRW Seite 1) - haben an der Außenseite der Exzenterhalterung ein Abtriebszahnrad, welches mit dem zentral gelagerten Zahnrad verzahnt ist. Die Zylinderbaugruppe selbst enthält neben dem Arbeitszylinder die Ein- und Auslaßventile, Kühlmediumanschlüsse und eine Zündeinrichtung je nach Typ - diese üblichen Teile sind im schematischen Bild 1 nicht dargestellt. Die Steuerung des Zylinders kann zum Beispiel so erfolgen, daß über das am Exzenter angebrachte Zahnrad eine Nockenwelle angetrieben wird. Damit ist mit diesen in sich voll funktionsfähigen Einzylinderantrieben das eigentliche Antriebsaggregat beschrieben.

Durch eine geeignete Stellung der Kolben der Einzylindermotoren zueinander kann bei gerad­ zahligen Zylinderzahlen ein ruhiger Lauf gewährleistet und Unwuchten vermieden werden. Das zentrale Abtriebszahnrad wirkt auch ausgleichend als Schwungscheibe. Im unteren Teil der Abtriebswelle kann eine Einrichtung angebracht werden, die das Motorenöl im zentralen Getriebegehäuse verteilt (Schmierung).

Die Wand des zentralen Getriebegehäuse selbst kann als separates Teil mit einer fest vorgegebenen Zylinderaufteilung konstruiert werden oder sich aus den Exzenterhalterungen segmentweise zusammensetzen. Das Getriebegehäuse wird durch einen oberen und unteren Deckel, die die Lager der Abtriebswelle enthalten, verschlossen (vergl. Bild 2).

Die Leistungspalette dieses Motors wird zum einen durch die Leistung der einzelnen Einzylin­ derantriebe und deren Anzahl in der Ringscheibe bestimmt (siehe Bild MOTOR1.DRW Seite 10). Die Scheibenbauform ist darüber hinaus geeignet, durch einfaches Aufeinandermontieren mehrerer Motorscheiben eine größere Leistungseinheit zu bilden. Dabei kann sowohl die Kraftstoffzuleitung, das Kühlsystem und auch das Abgassystem zusammengeschaltet werden.

Die vorgeschlagene Anordnungsform zwingt zu einer Standardisierung der einzelnen Grund­ baueinheiten (Einzylinderantrieb, zentrales Zahnrad, Treibstoffzuleitung, Abgasabführung, Kühlmittelanschluß) und hat demnach wesentliche Vorteile im Fertigungsprozeß und in der In­ standhaltung. Ein weiterer Vorteil ist die Anpassungsfähigkeit an ein großes Leistungsgebiet, das mit den gleichen Baueinheiten abgedeckt werden kann. Er hat dort seine Vorteile, wo kleine Losgrößen bisher Verbrennungsmotore sehr aufwendig machten.

Das vorgeschlagene Anordnungsprinzip ist prädestiniert für einen Langsamläufer mit seinen Vorteilen.

Diese Bauform ist besonders geeignet

• - als stationärer Antrieb, zum Beispiel für Blockheizkraftwerke,
• - als Motor für Generatoranlagen,
• - als Schiffsdiesel,
• - als Motor für Hubschrauber,
• - als Antriebsaggregat für Wärmepumpenverdichter, der in ebenfalls in gleicher Weise gebaut werden kann,
• - als Antrieb für Großkraftfahrzeuge und Lokomotiven

usw.

Claims (4)

1. Anordnungsverfahren eines Kolbenverbrennungsmotors aus mehreren Zylinderbaugruppen das dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - Einzylinderantriebe gebildet werden, welche Einzylindermotore ohne Kurbelgehäuse darstellen, die mit einer am Zylinderfuß befestigten Halterung der Kurbelwelle für den Kraftschluß Kolben- Pleuel-Kurbel ausgebildet sind und auf der Kurbelwelle ein Zahnrad erhalten;
• - durch die Benutzung von separat wirkenden Einzylinderantrieben, eine scheibenförmige Anordnungsform gebildet werden kann, die ein zentrales Zahnrad als Abtrieb benutzt, um das die Einzylinderantriebe gruppiert werden, wobei die Zahnräder auf der Kurbelwelle der Einzylinderantriebe in das zentrale Abtriebszahnrad eingreifen;
• - eine variable Zahl von Einzylinderantrieben (zwei bis n) in einer Scheibe benutzt werden kann und eine Montage mehrerer Motorscheiben auf einer Welle zu einer Gesamteinheit möglich wird;
• - durch diese Anordnungsform ein Typenbaukasten von Baugruppen gebildet werden kann, der es gestattet, eine Vielzahl von Kombinationsformen zu bilden und dadurch eine sehr breite Leistungs- und Funktionalitätspalette ermöglicht.

2. Benutzung des unter erstens genannten Anordnungsprinzips für Kolbenverdichter und Kolbenförderer, die dadurch gekennzeichnet sind, daß

• - gleiche Konstruktionsprinzipien wie unter erstens beschrieben benutzt werden, insbesondere die Bildung von Einzelverdichter/Fördereinheiten mit gleichen Maschinenelementen;
• - einzelne Verdichtereinheiten kombiniert mit Einzelzylinderantrieben in einer Scheibe angeordnet werden können.

3. Leistungsgeregelter Betrieb eines Kombinationsmotors nach erstens, der dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - die auf der Kurbelwelle der Einzylinderantriebe befindlichen Zahnrader und das zentrale Zahnrad durch Reibräder ersetzt werden. Die Reibräder auf der Kurbelwelle der Einzylinderantriebe können durch ein mechanisches Gestänge mittels axialer Verschiebung mit dem zentralen Abtriebsrad kraftschlüssig verbunden oder getrennt werden;
• - durch die variable Zu- und Abschaltung der Einzelantriebe eine Leistungsregelung gemäß den Erfordernissen erreicht wird.

4. Ausbildung eines Hybridmotors nach den Konstruktionsprinzipien unter erstens, der dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - das zentrale Abtriebszahnrad des Kombinationsmotors gleichzeitig als Antriebsrad eines gekapselten Generators ausgebildet ist, der sich im zentralen Getriebegehäuse befindet.