DE69214957T2 - Verbundene rotierende und hin- und hergehende bewegung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine rotierende Bewegung und umgekehrt mit einer hin- und hergehenden Baugruppe, die für die Hin- und Herbewegung in einer ersten Richtung geführt ist und erste und zweite hin- und hergehende Teile, die jeweils in einer ebenen, quer zur Richtung der Hin- und Herbewegung angeordneten Führungsfläche enden, und als Abstandhalter wirkende Verbindungsmittel enthält, die die beiden hin- und hergehenden Teile an entgegengesetzten Enden der Führungsflächen miteinander verbinden, wobei sie die Führungsflächen parallel, im Abstand voneinander und einander zugewandt halten, mit einem Antriebsblock, der gegenüberliegende Führungsoberflächen aufweist, die jeweils gleitend mit einer entsprechenden Führungsfläche der hin- und hergehenden Teile im Eingriff sind, mit einem Rotationsteil, das zur Drehung um eine quer zur Richtung der Hin- und Herbewegung angeordnete Achse gelagert ist und ein exzentrisches Teil aufweist, das drehbar in ein Gleitlager in dem Antriebsblock eingreift, und mit einem Schmiersystem, um Schmiermittel unter Druck durch den Rotationsteil hindurch zu einer Mehrzahl von Auslaßöffnungen in der Oberfläche des exzentrischen Teils zu liefern, wobei der Antriebsblock einen Durchlaßkanal aufweist, der von zugehörigen Öffnungen in dem Gleitlager zu den zugehörigen Führungsflächen führt, und wobei die Öffnungen positioniert sind, um mit den Auslaßöffnungen des exzentrischen Teils in Verbindung zu stehen, wenn der letztere in seinem Lager rotiert (siehe EP-A-0 293 233).
• Solche Vorrichtungen sind besonders geeignet, um ein Paar von gegenüberliegenden Kolben bei Fluidverdrängermaschinen wie z.B. Pumpen und Brennkraftmaschinen, wie sie beispielsweise in EP-A-0 241 243 vorgeschlagen sind, mit einer Kurbelwellenkröpfung zu verbinden.
• Bei solchen bekannten Vorrichtungen besteht ein Problem darin, eine angemessene Schmierung der ebenen Führungsflächen bei den insbesondere bei hohen Drehzahlen auf sie aufgebrachten Lasten zu gewährleisten.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Führungsfläche verbundene(n) Öffnung oder Öffnungen des Lagers innerhalb eines Quadranten des Gleitlagers liegen, die beiden Quadranten auf entgegengesetzten Seiten der Lagerachse liegen und die Auslaßöffnungen in dem exzentrischen Teil alle in einem Sektor davon liegen, der kleiner als der Winkelbereich des öffnungslosen Abschnitts des Lagers ist, der Öffnungen trennt, die mit verschiedenen Führungsflächen des Antriebsblocks verbunden sind.
• Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhalber mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
• Fig. 1 schematisch und hauptsächlich im Schnitt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeigt, wie sie von dem an die Motorsteuerung und Steuerketten angrenzenden Ende gesehen wird,
• Fig. 2 eine Draufsicht, hauptsächlich als Schnitt auf der Linle II-II von Fig. 1 ist,
• Fig. 3 ein Schnitt auf der Linie III-III von Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab ist,
• Fig. 4a bis 4h jeweils den Kurbelzapfen-Lagerabschnitt von Fig. 3 in acht aufeinander folgenden Positionen während einer halben Umdrehung der Kurbelwelle in einem vergrößerten Maßstab zeigen, und
• Fig. 5 eine Draufsicht einer modifizierten Lagerplatte des Antriebsblocks ist.
• Die Fig. 1 und 2 zeigen diagrammartig die Hauptbestandteile einer Acht-Zylinder- Brennktaftmaschine mit horizontal gegenüberstehenden Zylindern und zwei Reihen mit jeweils vier Zylindern. Die Zylinder C1, C3, C5 und C7 sind geradlinig in einer Reihe A angeordnet, während die anderen Zylinder C2, C4, C6 und C8 in der anderen Reihe B geradlinig angeordnet sind. Jeder Zylinder wird durch eine Zylinderlaufbuchse 11 gebildet, die alle in einem Motorblock 12 befestigt sind, dessen unteres Ende auf normale Weise durch eine Ölwanne 13 geschlossen wird.
• Jedes Paar gegenüberliegender Zylinder, wie z.B. C1 und C2, ist koaxial. Eine Kurbelwelle 14 ist drehbar in fünf Hauptlagern 15 im Kurbelgehäuse 12 gelagert und hat vier Kurbelzapfen 16, einen für jedes Paar gegenüberliegender Zylinder. In Rotationsrichtung der Kurbelwelle gemessen betragen die Winkelabstände der Kurbelzapfen 16, von der Vorderseite des Motors (d.h. der linken Seite in Fig. 2) aus, 0º, 180º, 270º und 90º. Daher ist die Zündfolge für die Maschine in Viertakt-Form 1-6-3-8-4-7-2-5-1.
• Jeder Zylinder enthält einen Kolben 17. Die beiden Kolben 17 eines Paares gegenüberliegender Zylinder wie z.B. C1 und C2 sind miteinander durch eine hin- und hergehende Verbindungsbaugruppe verbunden, die in vergrößertem Maßstab in Fig. 3 gezeigt ist.
• Jede Verbindungsbaugruppe besteht aus einem Verbindungsglied 18A,18B für jeden Kolben und aus vier Verbindungsplatten 19, die jeweils eine U-förmige Gestalt besitzen. Jedes Verbindungsglied 18 hat an einem Ende einen Zapfen 20, der in eine Bohrung in dem ihm zugeordneten Kolben 17 eingreift, und ist selbst mit einer Schraubgewindebohrung ausgebildet, um einen Bolzen 22 aufzunehmen, der den Kolben an dem Verbindungsglied befestigt. Der Kopf jedes Bolzens 22 befindet sich in einer Öffnung in der Kolbenkrone, und diese Öffnung wird nachfolgend durch einen Stopfen 23 verschlossen, der in die Mitte des Kolbens geschraubt wird.
• An seinem anderen Ende erweitert sich jedes Verbindungsglied 18, um eine lange, rechteckige, flache Führungsfläche 24 zu bilden, die z.B. durch Nitrierhärtung oberflächengehärtet ist. Die Glieder 18 sind durch geeignete Streben in Form von zwei äußeren Streben 25 und einer mittleren Strebe 26 versteift, wobei die Räume dazwischen durch Versteifungsabschnitte 27 gebildet sind.
• Ein Antriebsblock 28 ist durch zwei Hälften 28a und 28b gebildet, die miteinander durch Schrauben 29 fest verbunden und relativ zueinander durch röhrchenförmige Dübel 30 genau plaziert sind. Auf entgegengesetzten Seiten des Antriebsblocks 28 befinden sich Lagerplatten 31 aus einem geeigneten, lagerbildenden Material, um gleitend mit den Führungsflächen 24 zusammenzuwirken. Eine Bewegung der Lagerplatten 31 relativ zum Antriebsblock 28 in der Langsrichtung des Antriebsblocks wird durch Querstreben 32 verhindert, die an den Ecken des Antriebsblocks gebildet sind.
• Die beiden Verbindungsglieder 18 sind mit ihren Führungsflächen 24 im richtigen Abstand voneinander durch die Verbindungsplatten 19 befestigt, die die Verbindungsglieder während des Betriebs auch gegen Deformierungen verstärken. Zu diesem Zweck ist jede Verbindungsplatte 19 mit einer Rippe 33 versehen, die mit Feinpassung in einer entsprechenden Nut 34 sitzt, die sich jeweils entlang der seitlichen Oberfläche des Verbindungsglieds 18 erstreckt. Die Verbindungsplatten 19 sind an den Verbindungsgliedern 18 mit Schrauben 35 befestigt, die mit ihren Köpfen in Senkbohrungen in der einen Verbindungsplatte liegen und an ihren anderen Enden Schraubgewindeabschnitte haben, die in Gewindebohrungen in der gegenüberliegenden Platte greifen.
• Die Verbindungsplatten 19 haben Flanschabschnitte 36, die sich von der Führungsfläche 24 aus nach innen aufeinander zu erstrecken. Diese Flanschabschnitte vergrößern die Starrheit der Verbindungsglieder 18 im Bereich der Führungsflächen und sind selbst oberflächengehärtet, um für den Antriebsblock 28 und seine Lagerplatten 31 seitliche Führungsflächen zu bilden. Die Flanschabschnitte 36 begrenzen die parallelen Seiten eines Durchgangs 37 mit einem halbkreisförmigen Ende 38. Ein Durchgang 37 sorgt für einen Freiraum für die Abschnitte der Kurbelwellenwange unmittelbar neben dem Kurbelzapfen 16.
• Die Steifheit der Verbindungsplatten 19 wird durch Vergrößern der Dicke der Verbindungsgliedabschnitte 39 erhöht. Der Abstand zwischen den Verbindungsabschnitten 39 auf entgegengesetzten Seiten der Mittenebene wird durch Gestaltung des Kurbelzapfens 16 an jedem Ende zwischen den beiden Platten verringert, wie in Fig. 2 gezeigt. So ragt der radial äußerste Abschnitt 16x des Kurbelzapfens raciial über die radial äußeren Abschnitte der Kurbelwellenwangen 41 und 42 hinaus. Durch eine Verringerung des Abstandes zwischen den Verbindungsabschnitten 39 der Platten 19 werden die Biegungsmomente in den Führungsflächenabschnitten der Verbindungsglieder weiter reduziert.
• Wie aus Fig. 3 ersehen werden kann, hat der Antriebsblock 28 selbst in der äußersten Stellung seiner Bahn entlang der Führungsflächen stets einen gewissen Bereich auf der Mittellinie der hin- und hergehenden Baugruppe.
• Mit erneutem Bezug auf die Fig. 1 und 2 wird ersichtlich, daß jede Zylinderreihe A, B einen zugehörigen Zylinderkopf 43A, 43B hat, der Brennkammern für die Zylinder bildet. Jede Brennkammer hat zwei Einlaßventile 44a und 44b und ein Auslaßventil 45. Die Zylinderköpfe können mit getrennten Einiaßleitungen 46a und 46b, die zu den zugehörigen Einlaßventilen führen, oder mit einer einzelnen Einlaßleitung ausgebildet sein, die beide Ventile versorgt. Wenn die Maschine ein Otto-Motor ist, enthält jeder Brennraum eine Zündkerze, und die Einlaß-Ansaugzweige (nicht gezeigt), die die Einlaßleitungen versorgen, enthalten Kraftstoffeinspritzer.
• Die Ventile 44 und 45 werden in jedem Zylinderkopf durch eine Nockenwelle betrieben, wobei die Nockenwellen vom "einzeln oben liegenden" Typ sind, die die Ventile durch Ventilstößelstangen (nicht gezeigt) betätigen. Die Nockenwellen selbst sind mit halber Kurbelwellendrehzahl durch Rollenketten 48A und 48B auf Zahnrädern angetrieben, die durch zugehörige Steuerzahnräder 49A und 49B angetrieben sind, die beide mit einem Zahnrad 50 auf dem Vorderende der Kurbelwelle 14 kämmen.
• Am Vorderende der Kurbelwelle 14 ist auch ein Schraubgetriebe 51 befestigt, das mit einem Zahnrad 52 auf einer Welle 53 kämmt, die eine Ölpumpe 54 antreibt (Fig. 1), die Öl aus der Wanne 13 saugt und unter Druck zu den Hauptlagern 15 fördert. Innere Bohrungen 54, 55, 56L und 56T in der Kurbelwelle liefern Öl von den Hauptlagern zu den Kurbelzapfenlagern in den Antriebsblöcken. Die Bohrungen 56, 56L und 56T verlaufen in einem 45º-Winkel zu einer Radialebene durch die Kurbelwellen- und die Kurbelzapfenachsen.
• Wie in Fig. 4a gesehen werden kann, ist das Kurbelzapfenlager in gewöhnlicher Weise durch zwei Schalenhälften 71a und 71b gebildet, die sich in der Teilungsebene zwischen den beiden Antriebsblockhälften 28a und 28b treffen. Gekrümmte Ausnehmungen 73a und 74a bezüglich der Blockhälfte 28a und 73b und 74b bezüglich der Blockhälfte 28b sind in beide Antriebsblockhälften eingearbeitet. Die Ausnehmungen haben etwa dieselbe axiale Breite wie radiale Tiefe. Jede Ausnehmung 74 führt in eine Schrägbohrung 75, die Ausnehmungen 73 und 74 bilden eine zusammenhängende, gekrümmte Ausnehmung Der Ausgang jeder Bohrung 75 steht mit einem Ölablaufloch 59 in der Mitte der Lagerplatte 31 in Verbindung.
• Jede Lagerschalenhälfte 71 ist mit einem relativ langen Fenster oder einer Öffnung 76 ausgebildet, die sich über 35º erstreckt und um 10º vom Ende der Schalenhälfte beabstandet ist. Ein kürzeres Fenster oder eine Öffnung 77 ist von dem anderen Ende der Schalenhälfte um 10º beabstandet und schließt am Mittelpunkt des Kurbelzapfens einen Winkel von 15º ein. Daher gibt es zwischen den beiden Öffnungen 76 und 77 einen ununterbrochenen Lagerschalenabschnitt, der einen Winkel von 110º einschließt. Der Hauptteil dieses Abschnitts ist in direktem Kontakt mit den höher belasteten Teilen des Antriebsblocks, die Ausnehmungen 73, 74 sind in den Abschnitten ausgebildet, die senkrecht zu der hin- und hergehenden Baugruppe wenig Belastung bekommen.
• Fig. 4a zeigt die Stellung, in der der Kolben 17 in Fig. 3 sich an seinem inneren Totpunkt befinden würde, während der Kolben, der in Fig. 3 am unteren Ende befestigt wäre, sich an seinem äußeren Totpunkt befinden würde. In dieser Stellung beschleunigt der Kurbelzapfen die hin- und hergehende Baugruppe von Verbindungsstangen und Kolben nach oben. Die führende Bohrung 56L steht nun mit der Bohrung 75a über die Öffnung 76b und die Ausnehmung 73b,74a in Verbindung. Obwohl die obere Fläche des Antriebsblocks belastet ist, ermöglicht dies, daß jede notwendige, vorbereitende Füllung der Ausnehmung und der Bohrung 75a vollendet ist, wenn die Bewegung in die in Fig. 4b gezeigte Stellung übergeht.
• In der in Fig. 4c gezeigten Stellung ist die führende Bohrung 56L durch die angrenzenden festen Abschnitte 77a und 78b verschlossen worden, die notwendig sind, um an der Grenzfläche zwischen den beiden Schalenhälften einen Ölverlust zur Seite hin in der axialen Richtung zu verhindern.
• In der in Fig. 4d gezeigten Stellung ist die führende Bohrung 56L wieder mit der Bohrung 75a durch die Öffnung 77a in Verbindung.
• In der in Fig. 4e gezeigten Stellung hat der Antriebsblock die Stellung erreicht, die effektiv das Spiegelbild der in Fig. 3 gezeigten ist, und die vertikale Beschleunigung ist nun Null. Unter seiner Trägheit bewegt sich die hin- und hergehende Baugruppe in der Figur aufwärts und fängt an, durch den Kurbelzapfen angehalten oder nach unten beschleunigt zu werden. Dies neigt dzu, das schmale Spiel zwischen den ebenen Führungsflächen des Führungsblocks und der Führungsfläche 24 zu öffnen, und gleichzeitig ist nun die nacheilende Bohrung 56T mit der Bohrung 75a in Verbindung (Fig. 4e und 4f). Unter dem Druck von dem Schmiersystem, der durch die innerhalb der rotierenden Kurbelwelle erzeugten zentrifugalen Saugwirkung noch erhöht wird, wird Öl unter Druck zugeführt, um den Spalt in dem Gleitlager auf der Oberseite des Antriebsblocks zu füllen. In Fig. 4g ist dies zwischenzeitlich unterbrochen, wenn die nacheilende Bohrung 56T über den Abschnitt 77a und 78b der Schalenhälften streicht. In Fig. 4h schließlich sind beide Bohrungen verschlossen.
• Es sollte angemerkt werden, daß während des gesamten Bewegungsbereichs, der in den Fig. 4a bis 4h dargestellt ist, die untere Bohrung 75b fortwährend von der Ölversorgung abgeschnitten ist. Dies vermeidet jede Ölverlustgefahr aus dieser Bohrung 75b parallel zur Bohrung 75a.
• Das obere Lager ist nun kurz vor dem Zeitpunkt, in dem es seiner maximalen Belastung ausgesetzt werden soll, vollständig mit Öl beschickt.
• Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Form eines Antriebsblocklagers 131 mit mehr als einem Ölauslaufloch, in diesem Fall sind zwei Ablauflöcher 159 bei einem Drittel bzw. zwei Dritteln des Abstands von dem einen Ende der Platte zu dem anderen positioniert, wobei das Augenmerk darauf gerichtet ist, die Zuführung und die Verteilung von Öl über die gesamte Wirkfläche der Lagerplatte zu verbessern. Jedes Ablaufloch 159 wird von der Antriebsblockausnehmung (74a oder 74b) zweckmäßigerweise von einer separaten Bohrung in dem Antriebsblock mit Öl beschickt.
• Die Verteilung kann auch durch die Verwendung von Rillen 160 verbessert werden, die in der Wirkfläche 161 der Lagerplatte ausgebildet sind und mit dem Auslaufloch 59 oder den Auslauflöchern 159 in Verbindung stehen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Umwandlung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine rotierende Bewegung und umgekehrt mit einer hin- und hergehenden Baugruppe (17,18,19), die für die Hin- und Herbewegung in einer ersten Richtung geführt ist und erste und zweite hinund hergehende Teile (18A, 18B), die jeweils in einer ebenen, quer zur Richtung der Hinund Herbewegung angeordneten Führungsfläche (24) enden, und als Abstandhalter wirkende Verbindungsmittel (19) enthält, die die beiden hin- und hergehenden Teile an entgegengesetzten Enden der Führungsflächen miteinander verbinden, wobei sie die Führungsflächen parallel, im Abstand voneinander und einander zugewandt halten, mit einem Antriebsblock (28), der gegenüberliegende Führungsoberflächen (31) aufweist, die jeweils gleitend mit einer entsprechenden Führungsfläche (24) der hin- und hergehenden Teile im Eingriff sind, mit einem Rotationsteil (14), das zur Drehung um eine quer zur Richtung der Hin- und Herbewegung angeordnete Achse gelagert ist und ein exzentrisches Teil (16) aufweist, das drehbar in ein Gleitlager (71a,71b) in dem Antriebsblock (28) eingreift, und mit einem Schmiersystem (13,54,55,56), um Schmiermittel unter Druck durch den Rotationsteil (14) hindurch zu einer Mehrzahl von Auslaßöffnungen (56L,56T) in der Oberfläche des exzentrischen Teils (16) zu liefern, wobei der Antriebsblock (28) einen Durchlaßkanal (75a,75b) aufweist, der von zugehörigen Öffnungen (76,77) in dem Gleitlager (71) zu den zugehörigen Führungsflächen (31) führt, und wobei die Öffnungen (76,77) positioniert sind, um mit den Auslaßöffnungen (56L,56T) des exzentrischen Teils (16) in Verbindung zu stehen, wenn der letztere in seinem Lager rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Führungsfläche (31) verbundene(n) Öffnung oder Öffnungen (76,77) des Lagers innerhalb eines Quadranten des Gleitlagers liegen, die beiden Quadranten auf entgegengesetzten Seiten der Lagerachse liegen und die Auslaßöffnungen (56L,56T) in dem exzentrischen Teil (16) alle in einem Sektor davon liegen, der kleiner als der Winkelbereich des öffnungslosen Abschnitts des Lagers (71) ist, der Öffnungen (76a,77a und 76b,77b) trennt, die mit verschiedenen Führungsflächen des Antriebsblocks verbunden sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das exzentrische Teil (16) des Rotationsteils zwei Auslaßöffnungen (56L,56T) besitzt, die voneinander um 90º beabstandet sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das exzentrische Teil (16) zwei Auslaßöffnungen in seinem radial äußeren Bereich, bezogen auf die Rotationsachse des Rotationsteils (14), besitzt, wobei die Öffnungen auf entgegengesetzten Seiten einer Ebene durch die Achsen des Rotationsteils (14) und seines exzentrischen Teils (16) liegen.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Antriebsblock (28) und die Gleitlagerschale (71) in zwei gleiche Hälften (28a,28b;71a,71b) zu einer Ebene durch die Achse des exzentrischen Teils (16) geteilt sind, wobei die Hälften (71a;71b) der Gleitlagerschale jeweils eine Öffnung (76,77) besitzen, die nahe ihrer Enden, aber von ihnen beabstandet angeordnet sind, und der Antriebsblock (28) für jede Führungsfläche einen Versorgungsdurchlaßkanal (75a,75b) besitzt, der von einer Öffnung (77a,76b;77b,76a) jeder Schalenhälfte (71a,71b) ausgeht und mit dieser verbunden ist.

5. Eine Kolben- und Zylindermaschine wie z.B. eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Paar von gegenüberliegenden Kolben (17) auf entgegengesetzten Seiten eines Rotationsteils (14) in Form einer Kurbelwelle, wobei die Kolben (17) in dem oder in jedem Paar mit einer Vorrichtung verbunden sind, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 4 beansprucht ist.