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Verbrennungskraftmaschine mit sternförmig angeordneten Zylindern Die
Erfindung .behandelt eine Venbrennungskraftmaschine (Explosionsmotor) mit sternförmig
angeordneten Zylindern und in engerem die Befestigung des Hauptkurbelzapfenlagers
in einer bestimmten, nicht rotierenden Winkelstellung. Das Lager behält seine übliche
Kreisel- oder Kurvenbewegung trotzdem bei.
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Die bekannten Flugzeugsternmotoren benutzen für jeden Zylindersatz
ein Hauptpleuel. Dieses Hauptpleuel ähnelt .den üblichen Pleueln insoweit, als es
auf einer Seite einen Gelenkzapfen und auf der anderen Seite das Kurbelzapfenlager
trägt. Weiter hat das Kurbelzapfenlager eine Reihe von Kniegelenkzapfen, an denen
die zu den einzelnen Kolben gehenden Pleuel mit Ausnahme des unmittelbar mit dem
Hauptpleuel verbundenen Kolbens befestigt sind.
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Diese Anordnung ist besonders leicht und wirtschaftlich und raum-
und kostensparend. Sie verursacht andererseits jedoch auch unausgeglichene Kräfte
in der Maschine. Diese Kräfte lassen sich nach den bekannten Regeln. oder mit den
üblichen Hilfseinrichtungen nicht richtig ausgleichen oder unwirksam machen.
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Um die übliche Sternanordnung auch für große ortsfeste Maschinen benutzen
zu können, glaubte man bisher, die Ursache für die Unwucht in der üblichen Hauptwelle
suchen und beseitigen zu müssen. Diese Überlegung führte bis heute zu folgenden
Lösungen:
i: Das Hauptkürhelzapfenlager trägt Kniegelenkzapfen für
alle Zylinder. Diese Konstruktion ist kinematisch von vornherein in sich instabil.
Die Nordbergmaschinen benutzen deshalb vier planetenartig aufgesetzte Kreisel, um
die unerwünschte Drehung des Ha.uptkurbel,zapfenlagers in jeder Richtung-zu verhindern.
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2. Die Anordnung nach dem Sharpepatent 2 264 484 benutzt drei fliegende
Gelenke.
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3. Andere Anordnungen arbeiten ebenfalls mit verschiedenen Spezialgelenken.
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Die Anordnung mit Planetenkreiseln ist besonders gut ausgewuchtet
und zeigt eine hervorragende Arbeitscharakteristik. Genau arbeitende Kreisel kommen
jedoch sehr teuer. Die Kreiselanlage wird außerdem durch Fehler im Lager leicht
gestört und nimmt .dann Schaden.
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Die Anordnung nach dem Siharpepatent ist zwar nicht so kostspielig,
enthält aber Teile, .die bei außergewöhnlicher Belastung der Lager infolge von Fehlern
an einem Hauptlager oder einem Kurbelzapfenlager leicht Schaden nehmen.
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Gelenkverbindungen liegen, soweit sie,bisher benutzt wunden, rund
um das Innenlager und bedingen eine Vergrößerung .der Maschine radial nach außen
oder ein verhältnismäßig -schwaches Gelenk.
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Die Erfindung verbindet nun die Vorteile der bekannten Anordnung unter
Vermeidung ihrer Nachteile dadurch, .daß zur Verhiniderung der Rotation des Kurbelzapfenlagers
um den I#,urbelzapfen ein starres Verbindungsglied derart drehbar an zwei - Kniegelenkzapfen
befestigt .ist, daß es an seinen Verbindungspunkten mit den Kniehebelzapfen an der
Drehbewegung dieser Zapfen um ihre Achsen teilnimmt. Bei der Anordnung nach der
Erfindung liegen also keine mechanischen. Verbindungen zwischen dem Hauptkurbelzapfenlager
und anderen Teilen des Maschinenrahmens oder Kurbelgehäuses. Hierdurch wird kein
Teil durch seine Arbeit oder durch Fehler an .einem anderen Maschinenteil überlastet.
Zugleich werden komplizierte und teure Anordnungen zur Erzielung einer bestimmten
Winkelstellung des -Hauptkurbelzapfenlagers vermieden.
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Das Verbindungsglied zwischen den `beiden Kniegelenkzapfen nach der
Erfindung hält diese Zapfen immer in einer bestimmten Winkelstellung zum Hauptkurbelzapfenlager
und verhindert so seine "Drehung um seine -=eigene Achse während seiner Kreisel-oder
Kurvenbewegung. Zugleich wird hierdurch eine fliegende Gelenkverbindung zwischen
zwei diagonal gegenüberliegenden Pleueln erreicht, die in allen Stellungen des Lagers
erhalten bleibt.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher-erläutert.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt durch einen Sternmotor mit der Gelenkverbindung
nach .der Erfindung nach der Linie I-I vorn Fig. 2 in Pfeilrichtung gesehen-,' Fig.
2 ist eine Seitenansicht des gleichen Motors. Dabei -sind,die einzelnen Kolben und
Zylinder entfernt; .da die Anordnung dieser Bauteile als bekannt vorausgesetzt ist.
Die Kurbelkröpfung 2i in idiesen Figuren trägt einen oberen Hauptwellenzapfen 2o
und einen unteren Hauptwellenzapfen 22. Beide Zapfen drehen sich in den üblichen
Büchsen und Lagern, die als bekannt vorausgesetzt und deshalb nicht weiter dargestellt
sind.
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Mit den Wellenzapfen 2o und 21 tder Fig. 2 ist der Kurhelzapfen24
verbunden; er erscheint nur im Teilschnitt der Fig.2 in Flucht mit den Wellenzapfen.
In Wirklichkeit ist der Kurbelzapfen 24 natürlich gegen den Wellenzapfen gekröpft,
wie Fig. i zeigt.
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Die Kröpfung des Kurbelzapfens 24 ist natürlich ein ganz wesentlicher
Bestandteil -des Getriebes, da sie die Drehung der eigentlichen Kurbelwelle in Abhängigkeit
von .der Bewegung der verschiedenen Kolben und Zylinder veranlaßt und deren geradlinige
Bewegung in Drehbewegung umsetzt. Das Hauptkurbelzapfenlager 25 besteht aus zwei
Kreisscheiben 26 und 27, zwischen denen die Kurbelzapfenbüchsen 28 und Gelenkzapfenbüchsen
29 dicht am Scheibenumfang liegen.
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Das Beispiel behandelt eine Zwölfzylindermaschine mit zwölf Kniehebelzapfen
und infolgedessen auch ,zwölf Kniehebelzapfenbüchsen 29. Die Kniehebelzapfenbüchsen
29 sind in :den Öffnungen 30, 31 der Platten 26 und 27 des Kurbelzapfenlagers
25 untergebracht und gesichert. Sie sind an der Stelle 32 in der Form eines länglichen
und nach außen gerichteten Schlitzes aufgeschnitten, um -das Befestigen und Verbolzen
der zwölf Pleuel an den Kniehebelbüchsen 2,9 zu ermöglichen.
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Die Befestigungsform des Kniehebels 36 wird im einzelnen an den Pleueln
für die Zylinder 3 und 9 gezeigt. Alle Pleuel35 sind mit ihrem jeweiligen Kniehebelzapfen
durch vier Kopfschrauben 40 verbunden, die durch die Kopfflansche 4x an den Enden
der Pleuel 35 in den Kniehebelzapfen 36 eindringen. Der Schlitz 32 muß hierzu natürlich
entsprechend breit sein.
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Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht nun darin, zwei Kniehebelzapfen
so miteinander zu verbinden, daß sie ,einheitlich zusammenarbeiten und in ihrer
Winkelverlagerung um ihre Hauptachse immer gleichbleiben. Die Kniehebelzapfen 36
für die Zylinder 3 und 9 unterscheiden sich deshalb von den Kniehebelzapfen für
die anderen Zylinder i, 2, 4 bis 8 und io bis 12 ausschließlich ;durch ihre gegenseitige.
Verbindung. :Ihre Arbeitsweise ist- -sonst gleich.
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Die Kniehebelzapfen 36a für Zylinder 9 und. 36b für Zylinder 3 tragen
rechtwinklig dazu je ein horizontales Kurbelblatt 42. Jedes horizontale Kurbelblatt
42 'hat einen Kurbelzapfen 43. Zwischen den Kurbelzapfen 43 liegt ein starres Verbindungsglied
44. Dieses Verbindungsglied ist so geteilt, daß man es um den Kurbelzapfen 24 herum
befestigen kann. Es hat außerdem noch ein langes Loch 45 in der Mitte, um dem ,Kurbelzapfen
24 volle Bewegungsfreiheit zu geben.
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Das Verbindungsglieda4 ist zum Lager axial versetzt. Hierdurch kann
die Bogenkrümmung im Verhindungsglied erheblich verkleinert werden, so
daß
es nur auf den Kurbelzapfen aufgeschoben zu werden braucht und sich nicht um das
Innenlager bewegen muß. Das Verbindungsglied ist bei dieser Ausführung nur längs
der Verbindungslinie zwisehen seinen Lagern beansprucht. Mit der Verkürzung .der
Breite des Verbindungsgliedes verkürzt man deshalb zugleich den Hebelarm an der
Teilung und steigert so seine Festigkeit. Infolge der Lage des Verbindungsgliedes
44 näher zum Kurbelzapfen als zum Kurbelzapfenlager kann man das Glied so
breit halten, wie es gegenüber allen Belastungen und Drücken erforderlich ist, ohne
daß es die Grenzen der Maschine dort überschreitet, wo es sich dem von den Zylindern
eingenommenen Raum nähert. Infolge der axialen Versetzung des Gliedes kann man dem
Gliede auch noch mehr als mit Rücksicht auf seine radiale Versetzung jede gewünschte
Stärke oder sonstige Bauform: geben, wie sie zur Erzielung genügender Widerstandsfähigkeit
erforderlich scheinen. Große Dicke z. B. verlangt nur eine entsprechende V erlängerung
des Kurbelzapfens. Bei den meisten Maschinen kann man eine solche geringfügige Verlängerung
ohne Vergrößerung ides Gesamtaufbaues erreichen. Eine radiale Vergrößerung erfordert
dagegen meist auch zugleich eine vollständige Umkonstruktion der Maschine.
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Das Glied 44 soll also die beiden Zapfen 36 und 366 miteinander verbinden.
Das lange Loch 45 ist dabei so groß, daß diese Verbindung einen festen Mittelpunktabstand
zwischen den Wellenzapfen 36 für die Zylinder 3 und g und darüber hinaus für alle
übrigen Zylinder herbeiführt, ohne daß es den Kurbelzapfen 24 berührt oder daran
scheuert.
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Wenn die Maschine läuft, dann ändern natürlich alle Pleuel 35 .ihre
Lage zu den Kn:iehebelzapfen, damit auch zugleich zum Hauptkurbelzapfenlager 25
in Übereinstimmung mit .der Drehung des Kurbelzapfens infolge der Arbeitstakte der
einzelnen Zylinder.
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Wie bereits erwähnt, soll durch die Anordnung nach der Erfindung die
Drehung des Kurbelzapfenlagers während seiner translatorischen Bewegung im geographischen
Sinne verhindert werden, d. h. jeder Teil des 'Kurbelzapfenlagers, der einmal nach
Norden ausgerichtet ist, soll währenddes ganzen Maschinenlaufes diese Nordrichtung
auch beibehalten. Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen erzielt die Erfindung
dieses Ergebnis in einfacher Weise durch das Verbindungsglied 44 zwischen den Kniehebelzaprden
36a und 366, die damit zu dem Durchmesser des Kurbelzapfens immer die gleiche Lage
einnehmen. Die winkelige Lage soll .dabei für jedes der beiden gegenüberliegenden
Pleuel 35a und 35 v stets igo° zueinander betragen.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß eine Drehung des Kurbelzapfenlagers
25 um den kleinen Betrag von etwa 2° zum Durchmesser die auf die beiden Zylinder
mit den Pleueln 35 a und 35 6 einwirkenden Kräfte erheblich herabsetzt. Wenn man
.den Winkel auf etwa 2°, oder einen ähnlichen durch Versuche fürbestimmte Maschinentypen
festgelegten Winkel konstant hält, @dann wirkt sich das Drehmoment immer nur in
einer Richtung aus; dabei ist natürlich das Drehmoment gemeint, das das H.auptkurbelzapfenlager
25 während seiner translatorischen Bewegung zu verdrehen sucht.
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Die Aufgabe der Pleuel35a und 356 und ihrer zugehörigen Kniehebelzapfen
und -kurbeln 42 und des Verbindungsgliedes 44 besteht also darin, diese Drehung
zu verhindern und trotzdem die transl.atorische Bewegung.zu ermöglichen. Das Verdrehungsmoment
kehrt sich zeitweise um und ist deshalb nicht ständig gleichgerichtet. Hierdurch
entstehen zusätzliche Kräfte auf die Pleuel 35a und 356. Dabei führt ein Phasenverschiebungswimkel
von etwa 2° jedoch zu einem einheitlichen Drehmoment auf das Hauptkurbelzapfenlager
25.
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Soweit d,ie Auswuchtung der Maschine nicht @ve:iter dargestellt ist,
läßt sich natürlich jede geeignete Auswuchtung bei der Konstruktion zur Vermeidung
der Maschinenvibration verwenden.