DE4445131C2 - Kurbelgetriebe, insbesondere für Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kurbelgetriebe der im Ober­ begriff des Anspruchs genannten Art, insbesondere für Ver­ brennungsmotoren.

Kurbelgetriebe umfassen allgemein eine Kurbelwelle, die min­ destens einen Kurbelarm aufweist, an dessen freiem Ende das innere Ende eines Pleuels drehbar gelagert ist, dessen anderes Ende mit einem eine Linearbewegung ausführenden Element verbun­ den ist, so daß das Kurbelgetriebe eine Umwandlung einer Linear­ bewegung in eine drehende Bewegung und umgekehrt ausführen kann. Das innere Ende des Pleuels ist üblicherweise auf einem Lager­ zapfen gelagert, der über Kurbelwangen von der Kurbelwelle getragen wird und um die Achse der Kurbelwelle umläuft. Die Lagerzapfen weisen dabei normalerweise einen kleineren Durch­ messer als die Hauptlagerzapfen auf, auf denen die Kurbelwelle gelagert ist. Andererseits sind gerade die das innere Ende des Pleuels lagernden Lagerzapfen äußerst hohen Belastungen aus­ gesetzt, so daß sich ein relativ hoher Verschleiß ergibt. Auf­ grund der Anordnung der Lagerzapfen zwischen zwei Kurbelwangen ist weiterhin die Anordnung und der Austausch von Wälzlagern auf den Lagerzapfen für den Pleuel nur nach Zerlegen der Kurbel­ welle möglich, was einen unerwünscht hohen Aufwand darstellt.

Des weiteren ist aus dem Stand der Technik eine Anordnung von Kolben und Kolbenstange bekannt, in der die Kolbenstange durch ein wälzgelagertes Pleuel mit dem Lagerzapfen verbunden ist, der ein Gegengewicht trägt (DE 39 04 716 C2, DE 18 01 477 U1; FR-24 31 076). Bei Verwendung von zwei hintereinander gelagerten Kolben, die durch eine gemeinsame Kolbenstange verbunden sind, kommt es aber zu einer asymmetrischen Kraftübertragung von Kolbenstange auf Kurbelwelle. Eine zusätzliche Schwungscheibe, die mit einem Lagerzapfen fest verbunden ist, führt in diesen Anordnungen zu einer unvorteilhaften Vergrößerung des Kurbelgetriebes. In der DE 43 37 668 C1 wird eine Anordnung beschrieben, in der zwei gegenüberliegende Kolben durch eine gemeinsame Kolbenstange verbunden sind und die Kolben in einem um eine Achse umlaufenden Zylinder eine Linearbewegung ausführen. Hierbei kann es aber auf Grund von Kippbewegungen der Kolben zu Reibungsverlusten kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kurbelgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen robusten und verschleißfesten Aufbau bei geringem Raumbedarf aufweist, in vorteilhafter Weise auch den Einsatz einer Kolbenstange für zwei Kolben ermöglicht und durch Verringerung von Massenkräften zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauches führt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe der das innere Ende des Pleuels lagernde Lagerzapfen eine Achse auf­ weist, die gegenüber der Achse der Kurbelwelle exzentrisch versetzt angeordnet ist, wobei jedoch die Achse der Kurbelwelle im Inneren des Außenumfanges des Lagerzapfens liegt, ergibt sich für dieses Kurbelgetriebe ein einen relativ großen Durchmesser aufweisender Lagerzapfen für das innere Ende des Pleuels, so daß dieser Lagerzapfen die über den Pleuel auf ihn einwirkenden Kräfte auf eine größere Fläche verteilen kann und damit selbst bei hohen Drehzahlen eine lange Lebensdauer aufweist. Weiterhin ermöglicht es diese Konstruktion, daß dieser Lagerzapfen den Lagerinnenring eines Wälzlagers selbst bildet oder diesen trägt, da ein derartiges Wälzlager auf den Lagerzapfen aufgrund seiner Abmessungen aufgebracht werden kann, ohne die Kurbelwelle zu zerlegen, wie dies der Fall ist, wenn der Lagerzapfen zwischen zwei Kurbelwangen angeordnet ist und auf einer Kreisbahn um die Achse der Kurbelwelle umläuft.

Dieser Lagerzapfen kann vorzugsweise durch ein kreisförmiges, auf der Kurbelwelle exzentrisch befestigtes scheibenförmiges Element gebildet sein, wobei dieses scheibenförmige Element zur Gewichtsersparnis ggf. nur die Form eines Kreisringes aufweisen muß, der über Haltestege an der Kurbelwelle befestigt ist oder der auf eine Fläche einer ohnehin vorgesehenen Kurbelscheibe aufgesetzt ist.

Das erfindungsgemäße Kurbelgetriebe ermöglicht bei raumsparendem Aufbau hohe Drehzahlen, so daß es insbesondere für schnelldre­ hende Verbrennungsmotoren geeignet ist. Weiterhin eignet sich ein derartiges Kurbelgetriebe insbesondere für Verbrennungs­ motoren der in der DE 42 29 009 A1 sowie der DE 43 37 668 C1 beschriebenen Art, bei denen ein Laderkolben in der Mitte zwi­ schen zwei Arbeitskolben angeordnet ist, und wobei alle drei Kolben über eine gemeinsame Kolbenstange miteinander verbunden sind.

In diesem Fall weist der Laderkolben einen wesentlich größeren Durchmesser auf, und er ist in Radialrichtung versetzt gegen­ über den kleineren Arbeitskolben angeordnet, so daß sich eine weitere Kolbenstange, die mit dem Laderkolben verbunden ist, aus den Stirnseiten des zugehörigen Laderzylinders heraus er­ strecken kann. Ein Ende dieser weiteren Kolbenstange ist ent­ weder direkt oder über eine Abtriebsschiene, die die beiden Enden der weiteren Kolbenstange miteinander verbindet, mit dem freien Ende des Pleuels des Kurbelgetriebes verbunden.

Ein Ausführungsbeispiel des Kurbelgetriebes wird im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Ausführungsform des Kurbelgetriebes bei Anwendung zur Umwand­ lung der Linearbewegung eines Verbrennungsmotors in eine Dreh­ bewegung,

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II nach Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines Verbrennungs­ motors gezeigt, der zwei Arbeitskolben 10, 20 und einen zwischen diesen Arbeitskolben angeordneten Laderkolben 3 aufweist, der zum Ansaugen und Vorverdichten des Frischgasgemisches des Ver­ brennungsmotors dient, wie dies ausführlich in der DE 42 29 009 A1 sowie der DE 43 37 668 C1 beschrieben ist. Alle drei Kolben 3, 10, 20 sind über eine gemeinsame Kolbenstange 5 mit­ einander verbunden, wobei diese Kolbenstange unter Abdichtung durch Trennwände 41 hindurchgeführt ist, die die Gesamtzylinder­ anordnung 1 in einen in der Mitte liegenden Lader-Zylinderab­ schnitt 4 und zwei außenliegende Arbeitszylinder-Abschnitte 11, 21 unterteilt. Die drei Kolben führen in der bereits erwähnten Weise eine Linearbewegung in der Gesamt-Zylinderbaugruppe 1 aus, die in der schematisch in Fig. 2 gezeigten Weise über einen Sockel 40 an einer Grundplatte oder Halterung 9 befestigt ist.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, weisen der Lader­ kolben bzw. der Laderzylinderabschnitt 4 einen größeren Durch­ messer auf, als die Arbeitskolben 10, 20 bzw. deren Arbeits­ zylinder-Abschnitte 11, 21, wobei die Mittelachse des Lader- Zylinderabschnittes 4 gegenüber der Mittelachse der Arbeits­ zylinder derart versetzt angeordnet ist, daß eine weitere Kolbenstange 12, die lediglich an dem Laderkolben 3 befestigt ist, sich aus den Stirnseiten des Lader-Zylinderabschnittes 4 heraus erstrecken kann.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die freien Enden dieser weiteren Kolbenstange 12 mit Armen 16 verbunden, die am Ende einer Abtriebsschiene 6 angeordnet sind und sich senkrecht zu dieser erstrecken. An einem Ende dieser Abtriebs­ schiene 6 ist über ein Schwenklager 7 ein Pleuel 31 schwenkbar befestigt, wobei das Schwenklager 7 auch direkt mit einem Ende der Kolbenstange verbunden sein kann.

Das innere Ende der Pleuelstange 31 ist über ein Lager 32, insbesondere ein Wälzlager, auf einem Lagerzapfen in Form eines scheibenförmigen Elementes 35 gelagert, dessen Achse gegenüber der Achse einer Kurbelwelle 33 exzentrisch versetzt ist, wobei diese Achse der Kurbelwelle im Inneren des Außenumfanges des scheibenförmigen Elementes liegt.

Obwohl dieses scheibenförmige Element 35 als massives Element dargestellt ist, kann es genauso ein kreisringförmiges Element sein, das über Halterungsstege auf der Kurbelwelle befestigt ist, oder es kann in der in der Fig. 2 gezeigten Weise eine ggf. vorhandene Schwungscheibe 30 zur Halterung dieses scheiben- oder kreisringförmigen Elementes 35 verwendet werden.

Der Außenumfang dieses scheibenförmigen Elementes bildet ent­ weder die Abstützung für einen Lagerinnenring eines Wälzlagers, oder er kann selbst eine Lagerfläche für dem Pleuel 31 bilden. Die Kurbelwelle 33 selbst ist über einen Lagerblock 2 auf der Grundplatte 9 sowie über ein Lager 34 in diesem Lagerblock gela­ gert, wobei vorzugsweise ein Gegenlager auf der anderen Seite des Lagerzapfens 35 an der Außenoberfläche des Lader-Zylinder­ abschnittes 4 gelagert ist, wobei diese Lagerung über ein Wälzlager 18 erfolgen kann, das über einen Haltering 17 an dem Lader-Zylinderabschnitt 4 befestigt ist.

Wenn eine derartige zweiseitige Lagerung der Kurbelwelle 33 verwendet wird, so weist die Abtriebsschiene 6 einen langge­ streckten Schlitz 8 auf, so daß die Linearbewegung dieser Abtriebsschiene gegenüber der Kurbelwelle 33 ermöglicht wird.

Da das das innere Ende des Pleuels lagernde scheibenförmige Element oder der Lagerzapfen 35 einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist als die Lager 18, 34 der Kurbelwelle selbst, kann das das innere Ende des Pleuels lagernde Lager 32 bei Ausbildung als Wälzlager von diesem scheibenförmigen Element 35 entfernt oder auf dieses aufgesetzt werden, ohne daß eine Zerlegen der Kurbelwelle erforderlich ist, wie dies bei üblichen Kurbelwellen mit Kurbelwangen und Rollenlagern der Fall ist.

Das durch die Kurbelwelle 33, das scheibenförmige Element 35 mit dem zugehörigen Lager 32 und den Pleuel 31 gebildete Kurbel­ getriebe weist einen raumsparenden und robusten Aufbau auf, da die von den Arbeitskolben auf den Pleuel ausgeübten Kräfte auf eine vergleichsweise große Fläche übertragen werden.

Die Schwungscheibe 30 kann zum Ausgleich der Masse des schei­ benförmigen Elementes 35 und des Lagers 32 in üblicher Weise mit einem nicht dargestellten Ausgleichsgewicht versehen sein.

Wie dies weiterhin aus Fig. 2 zu erkennen ist, kann der gesamte Kurbeltrieb einschließlich der weiteren Kolbenstange 12 im Inneren eines Gehäuses 42 angeordnet sein, das gleichzeitig einen Schmiermittelvorrat enthalten kann.

Claims (1)

1. Kolben-Zylinder Anordnung mit einer in drei Abschnitte unterteilten Zylinderanordnung, in der jeweilige Kolben angeord­ net sind, wobei die außenliegenden Kolben die Arbeitskolben bilden, während der in der Mitte liegende Kolben einen Laderkol­ ben bildet, wobei alle Kolben durch eine sich in der axialen Bewegungsrichtung der Kolben erstreckende gemeinsame Kolben­ stange miteinander verbunden sind, und der Laderkolben bzw. Laderzylinderabschnitt exzentrisch gegenüber den Arbeitskolben bzw. Arbeitszylindern angeordnet ist und eine weitere Kolben­ stange trägt, die in Radialrichtung gegenüber der gemeinsamen Kolbenstange versetzt angeordnet ist und mit einem Kurbelge­ triebe mit einer in Drehlagern gelagerten Kurbelwelle, die zu­ mindestens einen Kurbelarm aufweist, der als exzentrischer Lagerzapfen ausgebildet und mit der Kurbelwelle fest verbünden ist, wobei ein Ende eines Pleuels auf dem Lagerzapfen drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der weiteren Kolbenstange (12) über Arme (16) mit den Enden einer Abtriebsschiene (6) verbunden sind, daß die Abtriebsschiene (6) einen langgestreckten Schlitz (8) aufweist, durch den sich die Kurbelwelle (33) ohne Behinderung der Bewegung dieser Abtriebsschiene hindurch erstreckt, und daß die Achse der Kurbelwelle eine Schwungscheibe trägt, auf der der Lagerzapfen exzentrisch zur Kurbelwelle angeordnet befestigt ist.