-
Kurbeltrieb für Kolbenmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen
Kurbeltrieb für Kolbenmaschinen mit innerhalb der kraftübertragenden; Bauteile des
Kurbelmechanismus angeordneten elastischen Zwischengliedern.
-
Die Hauptursache für die übermäßige Beanspruchung des Triebwerkes
kann bei sonst einwandfreien Spiel- und Schmierverhältnissen vor allem in zwei Punkten.
gesehen werden. Der eine Grund ist der, daß nach Einsetzen der Zündung eine wesentliche
Erhöhung des Druckanstieges eintritt, der für das Triebwerk eine schlagartige Belastung
darstellt. Der Höchstwert liegt dabei meistens zwischen Zündpunkt und oberem Totpunkt.
Der zweite Grund ist in. erhöhten Triebwerksbeanspruchungen zu suchen, die sich
infolge klopdender Verbrennung ergeben.
-
Um diese schlagartig auftretenden hohen Triebwerks'beanspruchungen
zu vermindern, sind bereits Kurbeltriebe für Kolbenmaschinen vorgeschlagen worden,
bei denen -das kurbelseitige Ende des Pleuels mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle
elastisch verbunden ist, z. B. in der Weise, daß der Pleuelfuß sich gegenüber dem
Pleuelschaft über Schraubenfedern abstützt, Außerdem ist es bereits bekannt, den
Kolben als Doppelkolben auszuführen und nachgiebig zu gestalten, und zwar derart,
daß zwischen. dem eigentlichen. Kolben! und einem darauf gleitbar gelagerten weiteren
Kolben eine
Schraubenfeder geschaltet isst, wobei der axiale Gleitweg
des oberen Kolbens durch Anschläge begrenzt wird.
-
Diesen vorstehend erwähnten Ausführungen haften jedoch zum Teil erhebliche
Mängel an. Es -erweist sich z. B. die Abstützung des Pleuelfußes auf Adern Zapfen
der Kurbelwelle mittels einer Schraubenfeder als sehr kompliziert und herstellungsmäßig
ziemlich teuer bzw. zeigen sich die federnden, nachgiebigen Doppelkolben. den thermischen
und mechanischen Beanspruchungen des praktischen Betriebes nicht gewachsen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es nun, innerhalb des Kurbeltriebes eine
Einrichtung zu schaffen, .die den eingangs geschilderten, während des Betriebes
auftretenden erhöhten Triehwerksbeanspruchungen dauerhaft Rechnung trägt und außerdem
keiner wesentlichen Wartung bedarf.
-
Dazu schlägt,die Erfindung vor, in dem beispielsweise rollengelagerten
Pleuelfuß oder im Pleuelauge einen Außenring mit Spiel anzuordnen, der sich mit
seinen zwei senkrecht zur Pleuelstangenlängsachse diametral gegenüberliegenden Anschlägen
auf nutenförmigen Aussparungen im Innenumfang des Pleuelfußes abstützt, wobei der
Außenring bzw. das Pleuel .durch ein entsprechend dimensioniertes, sich gegen den
Innenumfang des Pleuelfußes abstützendes Federblatt unter einer einstellbaren, nach
einer Richtung hin wirksamen Vorspannung steht.
-
Weiter schlägt die Erfindung im Zusammenhang mit dem. obigen Merkmal
vor, den Außenring über zwei entsprechend dimensionierte, sich gegen den Innenumfang
des Pleuelfußes abstützende Federblätter innerhalb des Pleuelfußes anzuordnen.
-
Durch die vorgeschlagene Ausführung bzw. den Einbau eines elastischen
Gliedes in Form eines bzw. zwei innerhalb des Pleuelfußes gelagerter Federblätter
wird neben einer räumlich günstigen, eine nach außen hin kaum merklich in Erscheinung
tretende Unterbringung des federnden Elementes erzielt. Außerdem sind -durch die
erfindungsgemäße Anordnung, die einen verhältnismäßig geringen baulichen Aufwand
erfordert, in ihrer Wirkung jedoch voll befriedigt, die elastischen Zwischenglieder
vor schädlichen äußeren Einflüssen geschützt.
-
Ferner wird vorgeschlagen, den Pleuelschäft aus zwei FederbUttern
zu bilden, die etwa in Längsmitte des Pleuels, beispielsweise durch eine Ringfeder,
miteinander in Verbindung stehen.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. i eine elastische Pleuellagerung auf dem Hubzapfen einer Kurbelwelle,
Fig. 2 eine Seitenansicht nach Fig. i, Fig.3 eine Pleuelstange im Längsschnitt mit
elastischem Schaft, Fig. 4 eine Seitenansicht nach Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt
A-B nach Fig. 3.
-
In .der Fig. i ist ein Pleuellager mit Rollenlagern dargestellt, welches
durch den Hubzapfen i, die Rollen 6, den Außenring :2 und den Rollenkäfig 7 gebildet
wird,. Der Außenring 2. ist dabei nicht- passend im Pleuelfuß 5 gelagert, sondern
wird durch ein entsprechend @dimensioniertes Federblatt 4 mit diesem kraftschlüssig
verbunden. Je nach dem zu erzielenden Effekt kann dieses Federblatt auch unter Vorspannung
eingebaut werden, wodurch die Kraft variiert wird, bei welcher die Vorrichtung anspricht.
Steigert sich nun z. B. 'bei einem Viertakt-,Ottomoto@r der Druck im Verbrennungsraum
während der Verdichtung, so. verändert sich im Kurbeltrieb nichts, sobald die Federkraft
im Einbauzustand groß genug gewählt wurde. Überschreitet dagegen der Druck im Verbrennungsraum
während der Verbrennung einen bestimmten Punkt, der über,dem Höchstdruck, .den die
Federkraft zuläßt, liegt, so, wird die Feder entsprechend der Größe der äußeren
Krafteinwirkung zusammengedrückt, das Verbrennungsvolumen damit vergrößert und der
Druck damit automatisch auf annähernd gleicher Höhe gehalten: Es soll dabei erwähnt
werden, daß dieser Vorgang nicht bei allen Belastungszuständen der gleiche sein
wird, da ja im Drosselbetrieb. die Drücke im Verbrennungsraum kleiner werden. Je
nach Art der verwendeten Feder kann also erreicht werden, daß dieser Vorgang der
Druckbegrenzung im Verbrennungsraum erst von einer bestimmten Belastung einsetzt.
Analog ist der Vorgang, wenn Klopfspitzen auftreten. Eine Volumenvergrößerung kann
dann, natürlich nur so. weit ausgenutzt werden, als noch verfügbarer Federweg vorhanden
ist.
-
Um bei dem dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel einen
Verschleiß durch gleitende Bewegung zu vermeiden, sind die Federenden eingespannt
zu betrachten, und die Durchbiegung der Feder 4 hat so, zu erfolgen, daß sie sich
an die entsprechend ausgebildete Innenform 8 des Pleuelfußen 5 anlegt, wobei Vorsprünge
3 den Gegenhalt bieten. Es ist dabei gleichgültig, ob die Ausführung der Pleuellagerung
für diesen Zweck mit Wälzlagern oder mit Gleitlagern erfolgt, es betrifft dies reine
Konstruktion.s,ausführungen, die auf viele Arten zu lösen sind. Auch soll die Ausführung
mittels Feder nur ein Ausführungsbeispiel andeuten. Es gibt auch andere Möglichkeiten,
wie z. B. mittels Ölpumpenzylinder u. dgl. Gegebenenfalls kann die Federbewegung
auch durch entsprechende, an sich bekannte Einrichtungen gedämpft werden.
-
Genau so wie das Beispiel nach Fig. i und 2 hier für den Pleuelfüß
am Kurbelzapfen geizei:gt wurde, kann eine ähnliche Ausführung für das Pleuelauge
zur Aufnahme des Kolbenbolzens in ähnlicher Form ausgeführt werden oder es kann
auch die Pleuelstange selbst als Feder ausgebildet werden, wie dies z. B. in Fig.
3, 4 und 5 dargestellt ist.
-
Aus Fig. 3. ist zu erkennen, .daß .die beiden Pleuelbohrungen 9 und
io z. B. durch zwei Federblätter i i verbunden sind:, ;die ;beim Überschreiten einer
von -den--Abmessungen abhängigen Druckkraft ausbiegen und damit die erwünschte Kolbenbewegung
im Sinne einer Volumenvergrößerung ergeben. Durch eine entsprechende Gegenkraft;
z. B. durch eine Ringfeder i2, wird die Bewegung in den
gewünschten
Grenzen gehalten. Aus den Fig. 3, 4 und 5 geht weiter hervor, daß diese Ausführung
der Pleuelstange auch eine Verlängerung des Abstands der beiden Pleuebbohrungen
zuläßt, also auch auf Zugkräfte ansprechen kann, je nachdem die Feder und die Gegenkraft
ausgelegt sind.
-
Die Erfindung ermöglicht ferner noch ,zusätzlich, eine gänzlich andere,
an sich bekannte Wirkung zu erzielen, die für die Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren
von Bedeutung ist. Wird nämlich gemäß der Erfindung das elastische Zwischenglied
so eingebaut, daß es nicht auf Kolbendruckkräfte, sondern auf Zugkräfte, also auf
Massenkräfte von Kolben und Pleuelstange anspricht, so kann .damit eine wesentliche
Vergrößerung der Füllung des Zylinders, durch volkomrnene Entleerung des Verbrennungsraumes
von Restgasen erreicht werden. Wenn z. B. im oberen Totpunkt des Kolbens im Auspuffhub
die Massenkräfte die Federkraft übersteigen, so kann, wie aus der rechten Hälfte
der Fig.2 ersichtlich ist, der Kolben zusätzlich um einen Betrag entsprechend dem
Federweg noch über den oberen Totpunkt hinausgehen und den Restgasraum entsprechend
verkleinern. Zu diesem Zweck ist in dem beispielsweise rollengelagerten Pleuelfuß
5 oder im Pleuelauge ein Außenring 2 mit Spiel angeordnet, der sich mit seinen zwei
senkrecht zur Pleuelstangenlängsachse diametral gegenüberliegenden Anschlägen 3
auf nutenförmigenAussparun:gen im Innenumfang 8 des Pleuelfußes 5 abstützt, wobei
der Außenring :2 durch zwei entsprechend dimensionierte, sich gegen den Innenumfang
8 des Plenelfußes 5 abstützende Federblätter4 und 13 unter einer einstellbaren,
nach zwei Richtungen hin wirksamen Vorspannung steht. Den Füllungsverhältnissen
entsprechend bedeutet dies also einen Motor mit erhöhter Verdichtung, dessen Kompressionsdrücke
aber nicht dieser erhöhten Verdichtung entsprechen. Durch die bessere Ausspülung
von Restgasen wird außerdem noch die Klopfneigung herabgesetzt.
-
Außerdem können beide Wirkungen miteinander verbunden werden, damit
also sowohl schädliche Beanspruchungen im Kurbeltrieb vermieden und auch verbesserte
Füllungsverhältnisse geschaffen werden, indem die vorgeschlagenen Bauteile für beide
Richtungen wirkend gleichzeitig Anwendung finden. Dabei müssen dieselben nicht,
wie in Fig. 2 auf der rechten Seite dargestellt ist, an einem Ort vereint werden,
sondern können auch getrennt, d. h. das eine Bauteil z. B. im Pleuelauge und das
andere in der Pleuelstange oder im Kolben vorgesehen sein.
-
Es ist verständlich, daß auch die Ausführung nach Fig. i und 2 auf
Massenkräfte im unteren Totpunkt anspricht, sorfern die Massenkraft die Federkraft
überwiegt. In diesem Fall bedeutet dies, daß der Kolben, in an sich bekannter Weise
über seinen unteren Totpunkt hinaus maximal um den Federweg bewegt wird und dadurch
ein größeres Volumen ansaugen kann, als es dem Hubraum entspricht.