EP0793001B1 - Hypozykloidisches Kurbelgetriebe für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen - Google Patents

Hypozykloidisches Kurbelgetriebe für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0793001B1 EP96120583A EP96120583A EP0793001B1 EP 0793001 B1 EP0793001 B1 EP 0793001B1 EP 96120583 A EP96120583 A EP 96120583A EP 96120583 A EP96120583 A EP 96120583A EP 0793001 B1 EP0793001 B1 EP 0793001B1
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F01B9/026—Rigid connections between piston and rod; Oscillating pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • F02B75/246—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type with only one crankshaft of the "pancake" type, e.g. pairs of connecting rods attached to common crankshaft bearing

Definitions

  • An advantageous force support against the machine housing is e.g. known from DE-A 41 08 311 Watt's handlebar as a straight guide device of the hypocycloid crank gear, combined with the structural Advantage of the small space requirement due to being stored on the guide eccentric arranged paddock in the space of the crank mechanism, which is on the outside of the machine housing articulated swing arms is guided.
  • a drive connection of the first crankshaft 5 with oscillating in the same direction Push rods 8 for pistons 9 in cylinders 10 arranged diametrically in pairs, 10 'takes place via stroke eccentric or crank pin 11 of a combined stroke / guide shaft 12, which is in the crank webs 7 of the first crankshaft 5 off-center is pivoted.

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Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der WO 92/17694 (= PCT/GR91/00004) aus.
Aus diesem Dokument ist ein hypozykloidisches Kurbelgetriebe bekannt, bei dem ein zur Drehsteuerung der kombinierten Hub-/Führungswelle dienendes wellenfestes Element als ein zwischen Ausgleichsmassen der Hub-/Führungswelle angeordnetes Zahnrad gestaltet ist, das mit einem im Maschinengehäuse angeordneten Innenzahnkranz das bekannte Kardankreispaar zur Erzeugung orthogonaler, geradliniger Führungsbewegungen dient.
Diese bekannte Anordnung des Zahnrades mit wenigstens an einer Ausgleichsmasse bündig anschlagender Stirnseite erfordert eine von der Hub-/Führungswelle gesonderte Anfertigung des Zahnrades, womit nachteiligerweise ein fertigungstechnischer Aufwand verbunden ist, der sich insbesondere bei einer mehrzylindrigen Hubkolbenmaschine mit einer notwendigerweise gebauten Hub-/Führungswelle zusätzlich erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine kombinierte Hub-/Führungswelle des gattungsgemäßen hypozykloidischen Kurbelgetriebes ein wellenfestes Element der hypozykloidischen Geradführungseinrichtung aufzuzeigen, das eine einstückige Ausbildung der Hub-/Führungswelle erlaubt.
Diese Aufgabe ist durch ein Kurbelgetriebe gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Ein anstelle des bekannten Führungs-Zahnrades verwendeter, per se z.B. aus der FR-PS 1 003 222 für ein gattungsfremdes hypozykloidisches Kurbelgetriebe bekannter Führungsexzenter erlaubt in vorteilhafter Weise die einstückige Ausbildung der kombinierten Hub-/Führungswelle.
Der erfindungsgemäß angeordnete Führungsexzenter erlaubt im Zusammenwirken mit einem im/am Maschinengehäuse beweglich geführten Geradführungselement eine vorteilhaft unmittelbare Abstützung am Führungsexzenter wirkender Kräfte, wie beispielsweise Gaskräfte bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, gegen am Maschinengehäuse ausgebildeter oder angeordneter Führungsflächen.
Eine vorteilhafte Kräfteabstützung gegen das Maschinengehäuse ist mit einem z.B. aus der DE-A 41 08 311 bekannten Watt'schen Lenker als Geradführungseinrichtung des hypozykloidischen Kurbelgetriebes erzielt, verbunden mit dem baulichen Vorteil des geringen Platzbedarfes durch die auf dem Führungsexzenter gelagert angeordnete Koppel im Bauraum des Kurbelgetriebes, die über außen am Maschinengehäuse angelenkte Schwingarme geführt ist.
Diese mit dem Watt'schen Lenker vorteilhafte Kräfteabstützung führt bei einer mehrzylindrigen Hubkolbenmaschine mit auf der Hub-/Führungswelle axial gegenseitig beabstandet angeordneten Schubstangen-/Hubexzentem zu einem vorteilhaft geringen Bauaufwand des hypozykloidischen Kurbelgetriebes dadurch, daß ein einziger Watt'scher Lenker mit einem zwischen den Hubexzentem im wesentlichen mittig angeordneten Führungsexzenter zusammenwirkend vorgesehen ist, wie dies per se für ein gattungsfremdes hypozykloidisches Getriebe in den nach dem Prioritätsdatum veröffentlichte DE-Anmeldungen 195 04 890 und 195 09 155 vorgeschlagen wurde.
Die vorbeschriebene Mitten-Anordnung des Watt'schen Lenkers ist besonders vorteilhaft für eine mehrzylindrige Hubkolbenmaschine mit auf der Hub-/Führungswelle angeordnete Hubexzenter für gleichsinnig oszillierende Schubstangen von Kolben in beiderseits der Kurbelwelle angeordneten Zylinderpaaren. Um hierbei ein Klemmen der orthogonal zu den Schubstangen geführten Koppel des Watt'schen Lenkers über den gesamten Führungshub sicher zu vermeiden, stehen die Schwingarme zumindest in den maschinengehäuseseitigen Anlenkstellen mit dreh- und fixierbar ausgebildeten Einstell-Exzentem als Mittel zum Ausgleich von Maßtoleranzen in Verbindung, wie dies in der bereits genannten Anmeldung DE-P 195 04 890 vorgeschlagen und näher beschrieben wurde.
Eine bezüglich Festigkeit und Massenausgleich günstige Gestaltung der Hub-/Führungswelle sieht vor, diese als mehrfach gekröpfte Nebenkurbelwelle auszubilden, wobei Hubexzenter und Führungsexzenter jeweils als Zapfen von festigkeitsmäßig leistungsbezogenen Durchmessem ausgeführt sind. Diese über endseitige Lagerzapfen in Ausnehmungen der synchron drehverbundenen Kurbelwangen der Hauptkurbelwelle drehgelagert Nebenkurbelwelle ist in vorteilhafter Weise einstückig ausgestaltet bzw. hergestellt. Diese so gestaltete und als in beiden Enden abgestützter Biegebalken betrachtete Nebenkurbelwelle weist im Bereich des maximalen Biegemomentes den als Zapfen gestalteten Führungsexzenter auf, der mit seiner durch diese Dimensionierung gegebenen Masse und den anteiligen Wangenmassen einen vorteilhaft angenäherten Massenausgleich zu den diametral angeordneten, kleiner dimensionierten Hubexzenter-Zapfen mit anteiligen Wangenmassen um die Drehachse er Nebenkurbelwelle ergibt
Eine mit am Außenumfang der Kurbelwangen vorgesehene Verzahnung zusammenwirkende Getriebewelle eignet sich vorteilhaft für eine Übersetzung ins Schnelle. Eine mit auf den Wellenzapfen er Hauptkurbelwelle gesonderten Getrieberädem zusammenwirkende Getriebewelle ist vorteilhaft für eine Übersetzung ins Langsame. In jedem der Fälle kann die eweilige Getriebewelle zusätzlich dem Antrieb eines maschineneigenen und/oder maschinenfemen Aggregates dienen.
Vorzugsweise ist jede der Getriebewellen im Maschinengehäuse in einem von den Schwingarmen des Watt'schen Lenkers freien Bereich angeordnet, vorteilhafterweise seitlich der Bewegungsbahn der Koppel, so daß die Getriebewelle innerhalb der Gehäusekontur verbleibt.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch in Perspektive dargestellten Beispiels beschrieben.
Eine in der einzigen Zeichnung abschnittsweise schematisch dargestellte, vorzugsweise als Brennkraftmaschine dienende Hubkolbenmaschine 1 ist mit einem hypozykloidischen Kurbelgetriebe 2 ausgerüstet. Das Kurbelgetriebe 2 umfaßt eine im Maschinengehäuse 3 über Wellenzapfen 4 gelagerte erste Kurbelwelle 5 mit über eine Getriebewelle 6 synchron drehverbundenen Kurbelwangen 7.
Eine Antriebsverbindung der ersten Kurbelwelle 5 mit gleichgerichtet oszillierenden Schubstangen 8 für Kolben 9 in paarweise diametral angeordneten Zylindern 10, 10' erfolgt über Hubexzenter bzw. Hubzapfen 11 einer kombinierten Hub-/Führungswelle 12, die in den Kurbelwangen 7 der ersten Kurbelwelle 5 außermittig drehgelagert ist.
Erfindungsgemäß sind die beiden Hubexzenter bzw. Hubzapfen 11 der Hub-/Führungswelle 12 miteinander über einen mit einer hypozykloidischen Geradführungseinrichtung 13 zusammenwirkenden Führungsexzenter bzw. Führungszapfen 14 drehfest verbunden. Die Geradführungseinrichtung 13 umfaßt vorzugsweise ein zu den oszillierenden Schubstangen 8 orthogonal gerichtet am Maschinengehäuse 3 beweglich geführtes Geradführungselement 15, das als eine über am Maschinengehäuse 3 angelenkte Schwingarme 16 geführte Koppel eines Watt'schen Lenkers 17 gestaltet ist. Vorzugsweise ist zwischen den axial beabstandeten Hubexzentern bzw. Hubzapfen 11 die Hub-/Führungswelle 12 mittig mit einem Führungsexzenter bzw. Führungszapfen 14 für einen einzigen Watt'schen Lenker 17 zwischen den Schubstangen 8 ausgerüstet. Damit ist eine hinsichtlich der Festigkeit bei kleinem Platzbedarf vorteilhafte Geradführungseinrichtung 13 erzielt, die zudem bei einfacher Montage einen von außen zugängliche Einstellung ermöglicht.
Diese Einstellung ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise dadurch erreicht, daß zumindest maschinengehäuseseitige Anlenkstellen 18 der Schwingarme 16 des mittig zwischen den Schubstangen 8 vorgesehenen Watt'schen Lenkers 17 mit dreh- und fixierbar ausgebildeten Einstell-Exzentern 19 als Mittel zum Ausgleich von Maßtoleranzen ausgerüstet sind.
Zur Erzielung einer biegesteifen Hub-/Führungswelle 12 sind die Hubexzenter 11 und der Führungsexzenter 14 jeweils als Zapfen einer mehrfach gekröpften, einstückigen Nebenkurbelwelle 20 gestaltet, die über einstückig angeformte Lagerzapfen 21 in exzentrisch angeordneten Ausnehmungen 22 der Kurbelwangen 7 der Hauptkurbelwelle 5 drehgelagert ist.
Aus der Zeichnung geht weiter hervor, daß die Kurbelwangen 7 der Hauptkurbelwelle 5 am jeweiligen Außenumfang mit Verzahnungen 23 versehen sind zum Eingriff in Getrieberäder 24 auf der Getriebewelle 6. Die seitlich der orthogonalen Bewegungsbahn der Koppel 15 im Maschinengehäuse 3 angeordnete Getriebewelle 6 ist in der aufgezeigten Anordnung ins Schnelle übersetzt. Sie kann dem Antrieb eines maschinenexternen oder maschineninternen Nebenaggregates dienen.
Dagegen nicht dargestellt ist eine untersetzte bzw. ins Langsame übersetzte Getriebewelle mit im Durchmesser großen Getrieberädern, die mit relativ kleineren Getrieberädern auf den Wellenzapfen 4 der Hauptkurbelwelle 5 kämmen.

Claims (9)

  1. Hypozykloidisches Kurbelgetriebe für eine mehrzylindrige Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine,
    mit einer aus miteinander drehbeweglich zusammenwirkenden Teilen (7, 7, 6, 12) gebildeten Kurbelwelle (5), die
    in einem Maschinengehäuse (3) diametral beabstandet drehgelagerte und über eine Getriebewelle (6) synchron drehverbundene Kurbelwangen (7) umfasst mit zur Drehachse (4') von Kurbelwangen-Wellenzapfen (4) außermittigen, fluchtend angeordneten Ausnehmungen (22), in denen
    eine mittels Hub-Lagerzapfen (21) als Nebenkurbelwelle (20) dienende Hub-/Führungswelle (12) mit Hubexzentem (11) drehbar gelagert ist derart, dass
    die mit Kolben-Schubstangen (8) axial beabstandeter, paarweise diametral angeordneter Zylinder (10, 10') zusammenwirkenden Hubexzenter (11) in einer Ebene der Drehachse (4') mittels einer mit der Hub-/Führungswelle (12) zusammenwirkenden hypozykloidischen Geradführungseinrichtung (13) oszillierend bewegt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hub-/Führungswelle (12) bzw. Nebenkurbelwelle (20) einen mittig zwischen den Hubexzentern (11) und zu diesen diametral wellenfest angeordneten Führungsexzenter (14) aufweist, der
    mit einem zu den oszillierenden Schubstangen (8) orthogonal gerichtet im/am Maschinengehäuse (3) beweglich geführten Geradführungselement (15) einer einzigen, zwischen Zylinderpaaren (10, 10; 10', 10') angeordneten hypozykloidischen Geradführungseinrichtung (13) zusammenwirkt.
  2. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hypozykloidische Geradführungseinrichtung (13) ein Watt'scher Lenker (17) ist mit einer über am Maschinengehäuse (3) angelenkte Schwingarme (16) geführten und auf dem Führungsexzenter (14) gelagert angeordneten Koppel (15) als Geradführungselement.
  3. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Geradführungselement ein gehäusegeführter Kulissenstein oder ein gehäusegeführtes Wälzlager dient.
  4. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hub-/Führungswelle (12) diametral zum Führungsexzenter (14) angeordnete Hubexzenter (11) aufweist für gleichsinnig in einer einzigen Ebene der Drehachse (4') oszillierende Schubstangen (8) von Kolben (9) in beiderseits der Kurbelwelle (5) angeordneten Zylinderpaaren (10, 10; 10', 10').
  5. Kurbelgetriebe nach den Ansprüchen 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest maschinengehäuseseitige Anlenkstellen (18) der Schwingarme (16) des zwischen den Schubstangen (8) vorgesehenen Watt'schen Lenkers (17) mit dreh- und fixierbar ausgebildeten Einstell-Exzentem (19) als Mittel zum Ausgleich von Maßtoleranzen ausgerüstet sind.
  6. Kurbelgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubexzenter (11) und der Führungsexzenter (14) jeweils als Zapfen einer mehrfach gekröpften, als Nebenkurbelwelle (20) dienenden Hub-/Führungswelle (12) gestaltet sind.
  7. Kurbelgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenkurbelwelle (20) einstückig gestaltet ist.
  8. Kurbelgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwangen (7) der Hauptkurbelwelle (5) am jeweiligen Außenumfang mit Verzahnungen (23) versehen sind zum Eingriff in Getrieberäder (24) auf der Getriebewelle (6).
  9. Kurbelgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Wellenzapfen (4) der Hauptkurbelwelle (5) erste Getrieberäder angeordnet sind zum Eingriff in zweite Getrieberäder der Getriebewelle (6).
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