WO2006117060A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2006117060A1
WO2006117060A1 PCT/EP2006/003282 EP2006003282W WO2006117060A1 WO 2006117060 A1 WO2006117060 A1 WO 2006117060A1 EP 2006003282 W EP2006003282 W EP 2006003282W WO 2006117060 A1 WO2006117060 A1 WO 2006117060A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
crankshaft
thermal expansion
internal combustion
combustion engine
crankshafts
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/003282
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English (en)
French (fr)
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WO2006117060A9 (de
Inventor
Rupert Baindl
Helmut Betzmeir
Original Assignee
Neander Motors Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Neander Motors Aktiengesellschaft filed Critical Neander Motors Aktiengesellschaft
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Priority to US11/919,372 priority patent/US20100077984A1/en
Publication of WO2006117060A1 publication Critical patent/WO2006117060A1/de
Publication of WO2006117060A9 publication Critical patent/WO2006117060A9/de

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    • 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
    • F02B75/06—Engines with means for equalising torque
    • F02B75/065—Engines with means for equalising torque with double connecting rods or crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/04—Thermal properties
    • F05C2251/042—Expansivity
    • F05C2251/044—Expansivity similar
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/12—Arrangements for adjusting or for taking-up backlash not provided for elsewhere

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating piston internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a reciprocating piston internal combustion engine is known for example from DE 103 48 345.4 Al and is usually referred to as a double crankshaft motor.
  • crankshafts of double crankshaft engines are conventionally mounted in a crankcase enclosing the lower part of the engine, as can be seen, for example, from US Pat. No. 5,870,979 A or DE 40 13 754 A1.
  • the crankcase of these double crankshaft motors must therefore be particularly stiff and solid.
  • the torque generated by the engine is derived via one or both of the crankshafts, as is known, for example, from US Pat. No. 5,870,979 A or DE-OS 1 756 759, the corresponding crankshaft which derives the torque having additional toothed wheels which are connected to a transmission are coupled, resulting in a not inconsiderable overall length and thus leads to an increased weight of the double crankshaft engine.
  • the object of the present invention is to provide a reciprocating piston internal combustion engine according to the preamble of claim 1, which is compact and weight-optimized and which is also capable of generating high engine outputs.
  • Synchronization gears are matched to each other so that the thermal expansion of the bearing bracket between the two axes of rotation is substantially equal to the thermal expansion of the synchronization gears, also ensures that the backlash between the two meshing synchronization gears remains constant and with the not inconsiderable temperature fluctuations, particularly in the case of High performance engines occur, not changed. This noticeably reduces the wear on the tooth flanks and the noise level.
  • crankshafts are made of a material with a third coefficient of thermal expansion and that the dimensions of the bearing block, the crankshafts and the gearwheels in the radial direction and the first, second and third thermal expansion coefficients are matched to one another in such a way that the Thermal expansion of the bearing bracket and the crankshaft sections mounted therein is substantially equal to the thermal expansion of the synchronization gears and the crankshaft section on which the
  • Synchronization gears are attached.
  • the thermal properties of the crankshaft are also taken into account when compensating for the thermal influences on the backlash.
  • bearing bracket and the synchronization gearwheels each consist of material with the same coefficient of thermal expansion, and advantageously the crankshafts also consist of the material with this coefficient of thermal expansion.
  • bearing bracket and the synchronization gearwheels are made of the same material and if the crankshafts are also advantageously made of this same material.
  • At least two bearing seats are provided for supporting the crankshafts.
  • the invention is implemented particularly advantageously in a reciprocating piston internal combustion engine in which at least two piston-cylinder units arranged in series are provided.
  • a particularly compact embodiment of a reciprocating piston internal combustion engine according to the invention is achieved in that the bearing bracket has at least one driven gear stores that meshes with at least one of the synchronization gears.
  • the driven gear and the shaft supporting the driven gear in the bearing bracket are made of the same material as the bearing bracket.
  • Claim 1 can be made particularly light and compact, characterized in that the two crankshafts are mounted in at least one common bearing bracket and that the bearing bracket is directly connected to the cylinder and / or the cylinder head via fastening means.
  • This inventive measure can also be implemented separately in conventional double crankshaft engines regardless of the special thermal properties described above.
  • the forces generated during the operation of the reciprocating internal combustion engine between the cylinder head and the bearing block are not conducted via the crankcase, but directly via the fastening means between the bearing block and the cylinder or the cylinder head, so that the crankcase can be designed particularly easily and the material of the crankcase cannot be selected according to stability criteria, but according to weight and / or heat transfer criteria.
  • the bearing chair preferably has a shoulder facing the cylinder, which in turn is provided with receptacles for fastening elements for the cylinder and / or the cylinder head.
  • the approach which can be formed integrally or separately from the bearing bracket, supports the forces directly on the bearing bracket.
  • Figure 1 is a schematic front view of a reciprocating piston internal combustion engine according to the invention in the direction of the crankshaft axes.
  • Fig. 2 is a sectional side view in the direction of
  • Figure 3 is a sectional view in the direction of arrow III in Fi 9-2 .
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment with a lateral power output
  • Fig. 5 shows a further alternative embodiment with a bearing bracket attached to the cylinder.
  • Fig. 1 is a schematic partially sectioned front view of an inventive
  • a reciprocating piston 1 is received in the bore 20 of a cylinder 2 provided with a cylinder head 24 such that it can be moved back and forth along a cylinder axis A.
  • the piston 1 is sealed in a conventional manner with a plurality of piston rings 10 against the cylinder bore 20.
  • a combustion chamber 22 is formed in a conventional manner from the bore 20 and the reciprocating piston 1 limited in which the combustion of the fuel noise takes place.
  • the intake valves, exhaust valves, spark plug or glow plug and injection device usually provided in the cylinder head 24 are not shown in detail since they correspond to the technology which is well known to the person skilled in the art.
  • the piston 1 At its end facing away from the combustion chamber 22, the piston 1 is provided with a piston web 12, on which two connecting rod bearings 14, 16 are provided, offset laterally with respect to the cylinder axis A.
  • a first connecting rod 3 with a connecting rod eye 30 provided at its first end is pivotably attached to the first connecting rod bearing 14.
  • a further connecting rod eye 32 is provided, which is rotatably mounted on a first crank pin 40 of a first crankshaft 4 rotatable about an axis X.
  • a second connecting rod 5 with a first connecting rod eye 50 is pivotably mounted on the second connecting rod bearing 16 of the piston 1.
  • the connecting rod 5 is rotatably supported by a further connecting rod eye 52 provided on its other end on a first crank pin 60 of a second crankshaft 6 rotatable about an axis X 1 .
  • the two crankshafts 4 and 6 mesh with one another via gears 42 and 62 which form synchronization gears. This engagement of the gears 42, 62 ensures a synchronous in opposite directions
  • crankshafts 4, 6 Rotation of the crankshafts 4, 6 in the direction of the arrows 4 ', 6'.
  • the position of the crank pins 40, 60 and thus also the arrangement of the connecting rods 3, 5 is symmetrical with respect to the piston center axis A or, in the case of a multi-cylinder engine, with respect to a cylinder center plane Z spanned from the row of the respective cylinder axes A.
  • the one shown in Fig. 1 Construction of a double crankshaft engine or double connecting rod engine with two mutually parallel and mutually synchronously rotating crankshafts 4, 6 ensures that the piston 1 can run with low friction in the cylinder bore 20 without tipping sideways with respect to the cylinder axis A.
  • crankshaft 4 The construction of the crankshaft is explained below with reference to FIG. 2, wherein only a section of the view according to arrow II in FIG. 1 showing crankshaft 6 is shown in FIG. 2.
  • the construction of the crankshaft 4 is analogous to that of the crankshaft 6.
  • FIG. 2 shows the crankshaft 6 of a reciprocating piston internal combustion engine designed as a two-cylinder engine according to the present invention.
  • the crankshaft 6 has a central tubular middle section 61 which is aligned coaxially with the axis X 'of the crankshaft 6. At one axial end, the tubular section 61 merges into a first end section 63 with a larger diameter than the tubular section 61. On the circumference of the first end section 63, the gear 62 is formed, which meshes with the gear 42 of the crankshaft 4 for synchronization and for power transmission.
  • the toothing 62 'of the gear 62 can be a straight toothing or preferably a helical toothing.
  • the crank pin 60 On the end face of the first end section 63 facing away from the tubular section 61, the crank pin 60 is provided, the axis Y 'of which is laterally offset by an eccentricity E from the crankshaft axis X 1 .
  • the connecting rod 5 is rotatably mounted on the crank pin 60, and the connecting rod 3 of the first crankshaft 4 located behind the connecting rod 5 in the viewing direction can also be seen in FIG. 2.
  • the tubular section 61 merges into a second end section 64, the diameter of which is also enlarged compared to the diameter of the tubular section 61 and preferably corresponds to the diameter of the first end section 63.
  • a second crank pin 65 is attached to the second end section 64, which is also offset laterally by the eccentricity E with respect to the crankshaft axis X 'and whose axis is identical to the axis Y 1 of the first crankshaft pin 60.
  • the first connecting rod 3 'of the second piston-cylinder arrangement which is rotatably mounted on a further crank pin 45 of the mirror-symmetrically constructed first crankshaft 4, can also be seen in FIG. 2.
  • the two connecting rods 3 1 , 5 ' are pivotally mounted on connecting rods 94, 96 on the piston (not shown) of the second piston-cylinder arrangement.
  • the two crank pins 40, 45 of the first crankshaft 4 also lie on a common axis Y, which is also spaced apart from the crankshaft axis X by the eccentricity E.
  • a further gear wheel 66 is provided, which serves to drive auxiliary devices, for example an oil pump.
  • a gear 46 is also arranged on the second front portion 44 of the first crankshaft, which is designed analogously, and which is offset in the direction of the crankshaft axes X, X 'relative to the gear 66, so that the two gearwheels 46 and 66 do not interfere with one another and do not mesh with one another.
  • the gear 46 of the first crankshaft 4 is also used for Drive another auxiliary device, for example a hydraulic pump or a compressor.
  • a bearing section 67, 68 is provided on the tubular section 61 of the second crankshaft 6.
  • the crankshaft 6 is mounted in a conventional manner in slide or roller bearings in bearing seats 7, 7A of the reciprocating piston internal combustion engine. This storage very close to the end portions 63, 64 and thus to the crank pin 60, 65 ensures an ideal
  • a pinion 69 is formed on the tubular section 61 of the crankshaft 6, which pinion serves to drive a timing chain for camshafts (not shown) provided in the cylinder head 24 for controlling the valves (not shown).
  • the pinion 69 is only provided on the second crankshaft 6 in the figures, but can also be provided on the first crankshaft 4.
  • FIG. 3 is a view opposite to the view shown in FIG. 1 in the direction of the arrows III in FIG. 2 shows.
  • the bearing chair 7 is described, the bearing chair 7A being constructed analogously.
  • the bearing bracket 7 is formed in a plane passing through the crankshaft axes X, X 1 and is thus divided into a lower bearing bracket section 7 ′ and an upper bearing bracket section 7 ′′.
  • Bearing bracket sections 7 'and 7 "are screwed together via bolts 70, 70' and 71, 71 ', the bolts 70, 70'; 71, 71 'forming two pairs, each of which is assigned to a crankshaft 4, 6.
  • the bearing block 7 is provided with two circular bearing recesses 72, 73, each half being formed in the lower bearing block section 7 'and in the upper bearing block section 7 ".
  • a roller bearing 74, 75 is inserted, which with its radial inner bearing ring 74 ', 75' is rotatably attached to the associated bearing section 67, 47 of the respective crankshaft 6, 4.
  • the respective outer bearing ring 74 ", 75" of the respective bearing 74, 75 is between the lower bearing section 7 'and the upper bearing section 7 "non-rotatably clamped.
  • At least one of the two bearing bracket sections 7 ′, 7 ′′ is continuous and thus represents a rigid connection between the two crankshaft bearings 74, 75.
  • both bearing bracket sections 7 ', 7 are continuous, but alternatively one of the bearing bracket sections can also be formed vertically divided and thus consist of two bracket-like bearing shoes, each of which clamps the corresponding bearing of a crankshaft on the other continuous bearing bracket section.
  • roller bearings are shown in the exemplary embodiment for mounting the respective crankshaft, slide bearings can alternatively also be provided.
  • double crankshaft motors require a connection of the synchronization gears that is as free of play as possible, on the one hand to enable a smooth reversal of the direction of rotation of the crankshafts and on the other hand in order to synchronize the crankshafts in their rotational movement with as little angular displacement as possible.
  • crankcase is made of a different material than the crankshafts or the synchronization gears, especially in lightweight engines, the
  • crankshaft bearings 74, 75 both
  • the bearing block 7 consists of a material with a first coefficient of thermal expansion and the
  • Synchronization gears 42, 62 consist of a material with a second coefficient of thermal expansion.
  • Synchronization gears 42, 62 are in the radial direction, in particular in the direction of the two
  • Synchronization gears 42, 62 in the area of the meshing teeth over almost the entire
  • the bearing frame 7 and the synchronization gears 42, 62 can either consist of a material with the same coefficient of thermal expansion or even of the same material.
  • crankshaft 4, 6 differs from the diameter of the crankshaft section on which the synchronization gears 42, 62 are fitted - provided the synchronization gears 42, 62 are not formed integrally with the respective crankshaft 4, 6 are - it is advantageous if the crankshaft 4, 6 also consists of a material which has a third coefficient of thermal expansion and then the
  • the bearing block 7, the crankshafts 4, 6 and the synchronization gears 42, 62 in the radial direction and the first, the second and the third coefficient of thermal expansion are matched to one another such that the thermal expansion of the bearing block 7 and the bearing sections 47, 48; 67, 68 of the crankshafts 4, 6 is substantially equal to the thermal expansion of the synchronization gears 42, 62 and the crankshaft sections on which the synchronization gears 42, 62 are mounted.
  • the crankshafts are also included in the thermal expansion compensation between the crankshaft axes X, X 1 .
  • Synchronization gears 42, 62 and the crankshafts 4, 6 are made of the same material.
  • crankshafts can also be provided for single-cylinder engines or for engines with more than two piston-cylinder units. It is also not absolutely necessary for the crankshafts, as shown in the exemplary embodiment, to be designed as end crankshafts with bearing seats 7, 7A provided between the connecting rods 3, 3 ', 5, 5 1 receiving crank pins 40, 45, 60, 65. Corresponding crank pins can also be located between individual storage chairs.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment similar to the embodiment shown in FIG. 3.
  • the bearing block 107 is provided with its lower bearing seat portion 107 'and at its top bracket portion 107' at one end with a lateral extension attachment 107 '' •, which in a transmission casing 28 which is flanged to the motor housing 26, projects from the motor housing 26 out
  • an output pinion 8 with an output shaft 80 is mounted in the bearing block 107 in the same way as the synchronization gears 42, 62.
  • the output pinion 8 meshes with the synchronization gear 62 adjacent to it, so that the torque generated by the double crankshaft motor is transmitted to the output gear 8 and the output shaft 80 connected to it in a rotationally fixed manner.
  • the output gear 8 also consists of a material with a coefficient of thermal expansion which corresponds to the coefficient of thermal expansion of the bearing block 7.
  • the output shaft 80 which supports the driven gear 8 in the bearing bracket can also be made of the same material as the bearing bracket 7.
  • FIG. 5 shows a special embodiment of a reciprocating piston internal combustion engine, in which the bearing bracket 207 likewise consists of a lower bearing bracket section 207 ′ and an upper bearing bracket section 207 ′′, which are connected to one another in the same way as described in the example in FIG. 3
  • the bearing block 207 is connected at its upper end pointing towards the cylinder 2 to two projections 208, 209 directed towards the cylinder 2 by means of screw bolts 270, 271.
  • These projections 208, 209 are in turn only shown schematically
  • the motor housing can therefore also be made particularly light, as a result of which a lower weight of the reciprocating piston internal combustion engine can be achieved. Also, when choosing the material of the motor housing
  • Material with a lower strength, but a higher thermal conductivity can be selected so that the motor housing can make a significant contribution to motor cooling.
  • Parallel two-cylinder engine, or twin for short, is the most compact type of two-cylinder engine design. Cooling jackets around cylinders and cylinder heads can be combined and do not require any connection cables that are prone to failure.
  • the entire valve control can be implemented by means of a single camshaft drive and two camshafts extending over both cylinders. This enables a functionally very rigid construction and leads to a construction unit that is very economical to produce.
  • the device according to the invention can also take embodiments other than those described above.
  • the device can in particular have features that represent a combination of the respective individual features of the claims. Reference signs in the claims, the description and the drawings serve only for a better understanding of the invention and are not intended to limit the scope of protection.

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Abstract

Eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder (2) , in dem ein Hubkolben (1) hin- und herbewegbar angeordnet ist; einer ersten Kurbelwelle (4); einer zweiten Kurbelwelle (6); wobei die Kurbelwellen (4, 6) über Synchronisationszahnräder (42, 62) miteinander in Eingriff stehen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kurbelwellen (4, 6) in zumindest einem gemeinsamen Lagerstuhl (7; 107; 207) gelagert sind; daß der Lagerstuhl (7; 107; 207) aus einem Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizenten besteht, daß die Synchronisationszahnräder (42, 62) aus einem Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und daß die Abmessungen des Lagerstuhls (7; 107; 207) und der Synchronisationszahnräder (42, 62) in Radialrichtung sowie der erste und der zweite Wärmeausdehnungskoeffizenten so auf einander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls (7; 107; 207) zwischen den beiden Drehachsen (X, X') im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder (42, 62) ist.

Description

Hubkolben-Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Hubkolben-Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 103 48 345.4 Al bekannt und wird üblicherweise als Doppelkurbelwellenmotor bezeichnet.
Die beiden Kurbelwellen von Doppelkurbelwellenmotoren sind herkömmlicherweise in einem den unteren Teil des Motors umschließenden Kurbelgehäuse gelagert, wie beispielsweise aus der US 5,870,979 A oder der DE 40 13 754 Al hervorgeht. Das Kurbelgehäuse dieser Doppelkurbelwellenmotoren muß daher besonders steif und massiv ausgebildet sein.
Bei herkömmlichen Doppelkurbelwellenmotoren wird das vom Motor erzeugte Drehmoment über eine oder beide der Kurbelwellen abgeleitet, wie beispielsweise aus der US 5,870,979 A oder der DE-OS 1 756 759 vorbekannt ist, wobei die entsprechenden das Drehmoment ableitenden Kurbelwellen zusätzliche Zahnräder aufweisen, die mit einem Getriebe gekoppelt sind, was zu einer nicht unerheblichen Baulänge und damit zu einem erhöhten Gewicht des Doppelkurbelwellenmotors führt .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, der kompakt aufgebaut und gewichtsoptimiert ist und der in der Lage ist, auch hohe Motorleistungen zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen
Hubkolben-Brennkraftmaschine durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst .
Die gemeinsame Lagerung der beiden Kurbelwellen in einem Lagerstuhl ermöglicht zunächst, daß Kräfte, die in
Radialrichtung zwischen den beiden Kurbelwellen wirken, nicht über das Kurbelgehäuse geleitet werden müssen, sondern unmittelbar im Lagerstuhl aufgenommen werden. Das Kurbelgehäuse kann daher gewichtsgünstiger ausgelegt werden. Die besondere Auswahl der Materialien des Lagerstuhls und der miteinander kämmenden Synchronisationszahnräder, bei der die Abmessungen des Lagerstuhls und der Synchronisationszahnräder in Radialrichtung sowie der erste Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Lagerstuhls und der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der
SynchronisationsZahnräder so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls zwischen den beiden Drehachsen im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder ist, sorgt zudem dafür, daß das Zahnflankenspiel zwischen den beiden miteinander kämmenden SynchronisationsZahnrädern konstant bleibt und sich bei den nicht unerheblichen TemperaturSchwankungen, die insbesondere bei Hochleistungsmotoren auftreten, nicht verändert. Hierdurch werden die Verschleißbelastung der Zahnflanken und auch die Geräuschentwicklung spürbar herabgesetzt. Eine bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kurbelwellen aus einem Material mit einem dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und daß die Abmessungen des Lagerstuhls, der Kurbelwellen und der Zahnräder in Radialrichtung sowie der erste, der zweite und der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls und der darin gelagerten Kurbelwellen-Abschnitte im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder und der Kurbelwellen-Abschnitt ist, auf dem die
Synchronisationszahnräder angebracht sind. Hierdurch werden auch die thermischen Eigenschaften der Kurbelwelle bei der Kompensation der thermischen Einflüsse auf das Zahnflankenspiel berücksichtigt.
Vorteilhaft ist bei der Erfindung, wenn der Lagerstuhl und die Synchronisationszahnräder jeweils aus Material mit demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, wobei vorteilhafterweise auch die Kurbelwellen aus dem Material mit diesem Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Lagerstuhl und die SynchronisationsZahnräder aus dem gleichen Material bestehen und wenn weiter vorteilhafterweise auch die Kurbelwellen aus diesem gleichen Material bestehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei Lagerstühle zur Lagerung der Kurbelwellen vorgesehen.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung realisiert bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei der zumindest zwei in Reihe angeordnete Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sind.
Eine besonders kompakte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine wird dadurch erreicht, daß der Lagerstuhl zumindest ein Abtriebszahnrad lagert, das mit zumindest einem der Synchronisationszahnräder kämmt .
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn auch das Abtriebszahnrad aus einem Material mit einem
Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, der gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lagerstuhls ist.
Vorzugsweise bestehen das Abtriebszahnrad und die das Abtriebszahnrad im Lagerstuhl lagernde Welle aus dem gleichen Material wie der Lagerstuhl .
Eine weitere erfinderische Maßnahme, durch welche eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine oder eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 besonders leicht und kompakt ausgestaltet werden kann, zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden Kurbelwellen in zumindest einem gemeinsamen Lagerstuhl gelagert sind und daß der Lagerstuhl über Befestigungsmittel unmittelbar mit dem Zylinder und/oder dem Zylinderkopf verbunden ist. Diese erfinderische Maßnahme kann auch gesondert bei herkömmlichen Doppelkurbelwellenmotoren unabhängig von den vorstehend beschriebenen besonderen thermischen Eigenschaften realisiert werden.
Bei dieser Konstruktion werden die beim Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine zwischen dem Zylinderkopf und dem Lagerstuhl entstehenden Kräfte nicht über das Kurbelgehäuse geleitet, sondern unmittelbar über die Befestigungsmittel zwischen dem Lagerstuhl und dem Zylinder beziehungsweise dem Zylinderkopf, so daß das Kurbelgehäuse besonders leicht ausgestaltet werden kann und das Material des Kurbelgehäuses nicht nach Stabilitätskriterien, sondern nach Gewichts- und/oder Wärmeübertragungskriterien ausgewählt werden kann. Bevorzugterweise weist dabei der Lagerstuhl einen zum Zylinder gerichteten Ansatz auf, der seinerseits mit Aufnahmen für Befestigungselemente für den Zylinder und/oder den Zylinderkopf versehen ist. Der Ansatz, der mit dem Lagerstuhl integral oder getrennt von diesem ausgebildet sein kann, stützt die Kräfte unmittelbar auf dem Lagerstuhl ab.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Stirnansicht auf eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine in Richtung der Kurbelwellenachsen;
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht in Richtung des
Pfeils II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht in Richtung des Pfeils III in Fi9- 2;
Fig. 4 eine alternative Ausgestaltung mit einem seitlichen Leistungsabtrieb und
Fig. 5 eine weitere alternative Ausgestaltung mit einem am Zylinder befestigten Lagerstuhl.
In Fig. 1 ist eine schematische teilweise geschnittene Stirnansicht einer erfindungsgemäßen
Hubkolben-Brennkraftmaschine gezeigt. Ein Hubkolben 1 ist in der Bohrung 20 eines mit einem Zylinderkopf 24 versehenen Zylinders 2 entlang einer Zylinderachse A hin- und herbewegbar aufgenommen. Der Kolben 1 ist in herkömmlicher Weise mit einer Mehrzahl von Kolbenringen 10 gegen die Zylinderbohrung 20 abgedichtet. Von der Bohrung 20 und dem Hubkolben 1 wird in herkömmlicher Weise ein Brennraum 22 begrenzt, in dem die Verbrennung des Kraftstoffgeraisches stattfindet. Die üblicherweise im Zylinderkopf 24 vorgesehenen Einlaßventile, Auslaßventile, Zündkerze oder Glühkerze und Einspritzvorrichtung sind nicht im einzelnen dargestellt, da sie der dem Fachmann allgemein bekannten Technologie entsprechen.
An seinem vom Brennraum 22 abgewandten Ende ist der Kolben 1 mit einem Kolbensteg 12 versehen, an dem bezüglich der Zylinderachse A seitlich zueinander versetzt zwei Pleuellager 14, 16 vorgesehen sind.
Am ersten Pleuellager 14 ist ein erstes Pleuel 3 mit einem an seinem ersten Ende vorgesehenen Pleuelauge 30 schwenkbar angebracht. Am anderen Ende des Pleuels 3 ist ein weiteres Pleuelauge 32 vorgesehen, welches auf einem ersten Kurbelzapfen 40 einer ersten um eine Achse X rotierbaren Kurbelwelle 4 drehbar gelagert ist.
In gleicher Weise ist am zweiten Pleuellager 16 des Kolbens 1 ein zweites Pleuel 5 mit einem ersten Pleuelauge 50 schwenkbar gelagert. Das Pleuel 5 ist mit einem an seinem anderen Ende vorgesehenen weiteren Pleuelauge 52 drehbar auf einem ersten Kurbelzapfen 60 einer zweiten um eine Achse X1 rotierbaren Kurbelwelle 6 gelagert.
Die beiden Kurbelwellen 4 und 6 stehen über Synchronisationszahnräder bildende Zahnräder 42 und 62 miteinander kämmend in Eingriff. Dieser Eingriff der Zahnräder 42, 62 sorgt für einen gegenläufig synchronen
Umlauf der Kurbelwellen 4, 6 in Richtung der Pfeile 4', 6'. Die Lage der Kurbelzapfen 40, 60 und somit auch die Anordnung der Pleuel 3, 5 ist bezüglich der Kolbenmittelachse A beziehungsweise bei einem Mehrzylindermotor bezüglich einer aus der Reihe der jeweiligen Zylinderachsen A aufgespannten Zylindermittelebene Z symmetrisch. Der in Fig. 1 dargestellte Aufbau eines Doppelkurbelwellenmotors beziehungsweise Doppelpleuelmotors mit zwei zueinander parallel verlaufenden und sich gegensinnig synchron drehenden Kurbelwellen 4, 6 sorgt dafür, daß der Kolben 1 reibungsarm in der Zylinderbohrung 20 laufen kann, ohne bezüglich der Zylinderachse A seitlich zu kippen.
Der Aufbau der Kurbelwelle wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert, wobei in Fig. 2 lediglich ein die Kurbelwelle 6 dargestellender Ausschnitt der Ansicht gemäß dem Pfeil II in Fig. 1 gezeigt ist. Der Aufbau der Kurbelwelle 4 ist analog dem der Kurbelwelle 6.
Fig. 2 zeigt die Kurbelwelle 6 einer als Zweizylindermotor ausgebildeten Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Kurbelwelle 6 weist einen zentralen rohrförmigen Mittelabschnitt 61 auf, der koaxial zur Achse X' der Kurbelwelle 6 ausgerichtet ist. An einem axialen Ende geht der rohrförmige Abschnitt 61 in einen ersten Stirnabschnitt 63 mit gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt 61 vergrößertem Durchmesser über. Auf dem Umfang des ersten Stirnabschnitts 63 ist das Zahnrad 62 ausgebildet, welches zur Synchronisation und zur Kraftübertragung mit dem Zahnrad 42 der Kurbelwelle 4 kämmt. Die Verzahnung 62' des Zahnrads 62 kann eine Geradverzahnung oder vorzugsweise eine Schrägverzahnung sein.
Auf der vom rohrförmigen Abschnitt 61 abgewandten Stirnseite des ersten Stirnabschnitts 63 ist der Kurbelzapfen 60 vorgesehen, dessen Achse Y' zur Kurbelwellenachse X1 um eine Exzentrizität E seitlich versetzt ist. Auf dem Kurbelzapfen 60 ist das Pleuel 5 drehbar gelagert, in Fig. 2 ist auch das in Blickrichtung hinter dem Pleuel 5 gelegene Pleuel 3 der ersten Kurbelwelle 4 zu sehen. An seinem zweiten Ende geht der rohrförmige Abschnitt 61 in einen zweiten Stirnabschnitt 64 über, dessen Durchmesser gegenüber dem Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts 61 ebenfalls vergrößert ist und vorzugsweise dem Durchmesser des ersten Stirnabschnitts 63 entspricht. An seiner vom rohrförmigen Abschnitt 61 abgewandten Stirnseite ist am zweiten Stirnabschnitt 64 ein zweiter Kurbelzapfen 65 angebracht, der bezüglich der Kurbelwellenachse X' ebenfalls um die Exzentrizität E seitlich versetzt ist und dessen Achse mit der Achse Y1 des ersten Kurbelwellenzapfens 60 identisch ist.
Auf dem zweiten Kurbelzapfen 65 ist ein zweites Pleuel 5 ' einer zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung des
Zweizylindermotors gezeigt. Auch das auf einem weiteren Kurbelzapfen 45 der spiegelsymmetrisch aufgebauten ersten Kurbelwelle 4 drehbar gelagerte erste Pleuel 3 ' der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung ist in der Fig. 2 zu erkennen. Die beiden Pleuel 31, 5' sind über Pleuellager 94, 96 am (nicht dargestellten) Kolben der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung schwenkbar gelagert. Auch die beiden Kurbelzapfen 40, 45 der ersten Kurbelwelle 4 liegen auf einer gemeinsamen Achse Y, die ebenfalls um die Exzentrizität E von der Kurbelwellenachse X beabstandet ist.
In Fig. 2 ist weiterhin zu erkennen, daß auf dem Außenumfang des zweiten Stirnabschnitts 64 ein weiteres Zahnrad 66 vorgesehen ist, welches zum Antrieb von Hilfseinrichtungen, beispielsweise einer Ölpumpe, dient. Auch auf dem analog ausgebildeten zweiten Stirnabschnitt 44 der ersten Kurbelwelle ist ein Zahnrad 46 angeordnet, welches in Richtung der Kurbelwellenachsen X, X' versetzt zum Zahnrad 66 angeordnet ist, so daß die beiden Zahnräder 46 und 66 einander nicht beeinträchtigen und nicht miteinander kämmen. Das Zahnrad 46 der ersten Kurbelwelle 4 dient ebenfalls zum Antrieb einer weiteren Hilfseinrichtung, beispielsweise einer Hydraulikpumpe oder eines Kompressors .
Unmittelbar dem ersten Stirnabschnitt 63 und dem zweiten Stirnabschnitt 64 benachbart ist jeweils ein Lagerabschnitt 67, 68 auf dem rohrförmigen Abschnitt 61 der zweiten Kurbelwelle 6 vorgesehen. Mit den Lagerabschnitten 67, 68 ist die Kurbelwelle 6 auf herkömmliche Weise in Gleit- oder Wälzlagern in Lagerstühlen 7, 7A der Hubkolben-Brennkraftmaschine gelagert. Diese Lagerung sehr nahe an den Stirnabschnitten 63, 64 und damit an den Kurbelzapfen 60, 65 sorgt für eine ideale
Biegemomentenverteilung in der Kurbelwelle 6, da die von dem jeweiligen Pleuel 5, 8 aufgebrachten Radialkräfte in Axialrichtung nahe am Ort der Einleitung (dem Kurbelzapfen) im Kurbelwellenlager abgestützt werden. Des weiteren sorgt diese Anordnung der Lagerabschnitte 67, 68 im mittleren Bereich der als Stirnkurbelwelle ausgebildeten Kurbelwelle 6, nämlich im Bereich des rohrförmigen Abschnitts 61 für eine sehr kompakte Bauweise der Kurbelwelle 6 und damit der gesamten Hubkolben-Brennkraftmaschine. Die Lagerung der ersten Kurbelwelle 4 ist analog gestaltet .
Zwischen dem ersten Lagerabschnitt 67 und dem zweiten Lagerabschnitt 68 ist auf dem rohrförmigen Abschnitt 61 der Kurbelwelle 6 ein Ritzel 69 ausgebildet, welches zum Antrieb einer Steuerkette für im Zylinderkopf 24 vorgesehene (nicht gezeigte) Nockenwellen zur Steuerung der (nicht gezeigten) Ventile dient. Das Ritzel 69 ist in den Figuren nur auf der zweiten Kurbelwelle 6 vorgesehen, kann aber auch auf der ersten Kurbelwelle 4 vorgesehen sein.
Der Aufbau der Lagerstühle 7, 7A wird in Verbindung mit der Fig. 3 näher beschrieben, die eine Ansicht entgegen der in Fig. 1 gezeigten Ansicht in Richtung der Pfeile III in Fig. 2 zeigt. Es wird der Lagerstuhl 7 beschrieben, wobei der Lagerstuhl 7A analog aufgebaut ist .
Der Lagerstuhl 7 ist in einer durch die Kurbelwellenachsen X, X1 gehenden Ebene geteilt ausgebildet und ist auf diese Weise unterteilt in einen unteren Lagerstuhlabschnitt 7 ' und einen oberen Lagerstuhlabschnitt 7". Die beiden
Lagerstuhlabschnitte 7' und 7" sind über Schraubbolzen 70, 70' und 71, 71' miteinander verschraubt, wobei die Schraubbolzen 70, 70'; 71, 71' zwei Paare bilden, die jeweils einer Kurbelwelle 4, 6 zugeordnet sind.
Der Lagerstuhl 7 ist mit zwei kreisförmigen Lagerausnehmungen 72, 73 versehen, die jeweils zur Hälfte im unteren Lagerstuhlabschnitt 7' und im oberen Lagerstuhlabschnitt 7" ausgeformt sind. In die jeweilige Lagerausnehmung 72, 73 ist ein Wälzlager 74, 75 eingesetzt, welches mit seinem radial inneren Lagerring 74', 75' drehfest auf dem zugeordneten Lagerabschnitt 67, 47 der jeweiligen Kurbelwelle 6, 4 angebracht ist. Der jeweilige äußere Lagerring 74", 75" des jeweiligen Lagers 74, 75 wird zwischen dem unterem Lagerstuhlabschnitt 7' und dem oberen Lagerstuhlabschnitt 7" drehfest eingespannt .
Zumindest einer der beiden Lagerstuhlabschnitte 7', 7" ist durchgehend ausgebildet und stellt somit eine starre Verbindung zwischen den beiden Kurbelwellenlagern 74, 75 dar.
Zwar sind im Ausführungsbeispiel beide Lagerstuhlabschnitte 7', 7" durchgehend ausgebildet, doch kann alternativ auch einer der Lagerstuhlabschnitte vertikal geteilt ausbildet sein und so aus zwei klammerartigen Lagerschuhen bestehen, die jeweils das entsprechende Lager einer Kurbelwelle am anderen durchgehenden Lagerstuhlabschnitt festspannen. Obwohl im Ausführungsbeispiel zur Lagerung der jeweiligen Kurbelwelle Wälzlager gezeigt sind, können alternativ auch Gleitlager vorgesehen sein.
Doppelkurbelwellen-Motoren erfordern neben einer gleichmäßigen Aufnahme der Kurbelwellenkräfte eine möglichst spielfreie Verbindung der Synchronisationszahnräder, einerseits um eine stoßfreie Drehrichtungsumkehr der Kurbelwellen zu ermöglichen und anderseits, um die Kurbelwellen mit möglichst geringem Winkelversatz in ihrer Drehbewegung zu synchronisieren.
Da insbesondere bei Leichtbaumotoren das Kurbelgehäuse aus einem anderen Werkstoff besteht, als die Kurbelwellen oder die SychnronisationsZahnräder, werden beim
Erfindungsgegenstand die Kurbelwellenlager 74, 75 beider
Kurbelwellen 4, 6 in einem gemeinsamen, ein Lagergestell bildenden Lagerstuhl 7 aufgenommen. Der Lagerstuhl 7 besteht aus einem Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und die
Sychronisationszahnräder 42, 62 bestehen aus einem Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die
Abmessungen des Lagerstuhls 7 und der
Sychronisationszahnräder 42, 62 sind in Radialrichtung, insbesondere in Richtung der von den beiden
Kurbelwellen-Drehachsen X, X1 aufgespannten Ebene, unter
Berücksichtigung des ersten und des zweiten
Wärmeausdehnungskoeffizienten so aufeinander abgestimmt, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls 7 zwischen den beiden Drehachsen X, X1 im Wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder 42, 62 zwischen den beiden
Drehachsen X, X1 ist.
Hierdurch wird erreicht, daß der Abstand x zwischen den beiden Kurbelwellen-Drehachsen X, X' bei einer
Wärmeausdehnung des Lagerstuhls 7 auf Grund der bei warmem Motor deutlich erhöhten Motortemperatur zwar ansteigt, diese Vergrößerung des Abstandes aber dadurch kompensiert wird, daß sich die Sychronisationszahnräder 42, 62 zwischen den beiden Kurbelwellenachsen X, X1 im Wesentlichen um denselben Betrag ausdehnen. Dadurch bleibt das Zusammenspiel der
Sychronisationszahnräder 42, 62 im Bereich der miteinander kämmenden Zähne über nahezu den gesamten
Betriebstemparaturenbereich des Motors gleich, so daß weder thermisch bedingte erhöhte Zahnflankenkräfte, noch ein zu hohes Zahnflankenspiel erzeugt werden.
Der Lagerstuhl 7 und die Synchronisationszahnräder 42, 62 können dazu entweder aus einem Material mit demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten oder sogar aus demselben Material bestehen.
Insbesondere dann, wenn sich der Durchmesser der Lagerabschnitte 67, 68 der jeweiligen Kurbelwelle 4, 6 vom Durchmesser der Kurbelwellenabschnitte unterscheidet, auf dem die Synchronisationszahnräder 42, 62 angebracht sind — sofern die Synchronisationszahnräder 42, 62 nicht einstückig mit der jeweiligen Kurbelwelle 4, 6 ausgebildet sind — ist es vorteilhaft, wenn auch die Kurbelwelle 4, 6 aus einem Material besteht, das einen dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und wobei dann die
Abmessungen des Lagerstuhls 7, der Kurbelwellen 4, 6 und der SynchronisationsZahnräder 42, 62 in Radialrichtung sowie der erste, der zweite und der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehung des Lagerstuhls 7 und der darin gelagerten Lagerabschnitte 47, 48; 67, 68 der Kurbelwellen 4, 6 im Wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Sychronisationszahnräder 42, 62 und der Kurbelwellenabschnitte ist, auf dem die Synchronisationszahnräder 42, 62 angebracht sind. Bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine werden auch die Kurbelwellen in die Wärmeausdehnungskompensation zwischen den Kurbelwellenachsen X, X1 mit einbezogen.
Auch hier können der Lagerstuhl 7, die
SynchronisationsZahnräder 42, 62 und die Kurbelwellen 4, 6 aus dem gleichen Material bestehen.
Obwohl das Ausführungsbeispiel einen Doppelkurbelwellen-Motor mit zwei in Reihe angeordnete Koblen-Zylinder-Einheiten zeigt, kann die Erfindung auch bei Einzylindermotoren oder bei Motoren mit mehr als zwei Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sein. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Kurbelwellen, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, als Stirnkurbelwellen mit zwischen dem die Pleuel 3, 3', 5, 51 aufnehmenden Kurbelzapfen 40, 45, 60, 65, vorgesehenen Lagerstühlen 7, 7A ausgebildet sind. Entsprechende Kurbelzapfen können auch zwischen einzelnen Lagerstühlen gelegen sein.
In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform ähnlich der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform dargestellt. Der Lagerstuhl 107 ist mit seinem unterem Lagerstuhlabschnitt 107' und mit seinem oberen Lagerstuhlabschnitt 107" an einem Ende mit einem seitlichen Verlängerungsansatz 107' '• versehen, der aus dem Motorgehäuse 26 heraus in ein Getriebegehäuse 28, welches an das Motorgehäuse 26 angeflanscht ist, ragt. Im Verlängerungsansatz 107' •' des Lagerstuhls 107 ist ein Abtriebsritzel 8 mit einer Abtriebswelle 80 in gleicher Weise im Lagerstuhl 107 gelagert wie die Synchronisationszahnräder 42, 62. Das Abtriebsritzel 8 kämmt mit dem ihm benachbarten Synchronisationszahnrad 62, so daß das vom Doppelkurbelwellenmotor erzeugte Drehmoment auf das Abtriebszahnrad 8 und die mit ihm drehfest verbundene Abtriebswelle 80 übertragen wird. Auch das Abtriebszahnrad 8 besteht aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lagerstuhls 7 entspricht. Zusätzlich kann auch die das Abtriebszahnrad 8 im Lagerstuhl lagernde Abtriebswelle 80 aus dem gleichen Material bestehen wie der Lagerstuhl 7.
Da der Lagerstuhl 107 zusammen mit dem seitlichen Ansatz 107 ' ' ' in derselben Weise integral ausgebildet ist wie dies am Beispiel der Fig. 3 beschrieben worden ist, werden dieselben Vorteile bezüglich der Temparaturkompensation auch für die Zahnradpaarung des Synchronisationszahnrads 62 und des Abtriebszahnrads 8 zwischen deren Achsen X1 und X" erzielt.
Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 3, als auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird durch die geschilderte Abstimmung der geometrischen Abmaße in Radialrichtung und die Materialauswahl mit den entsprechenden
Wärmeausdehnungskoeffizienten ein gleiches, möglichst geringes Zahnflankenspiel während der unterschiedlichen thermischen Betriebszustände der Hubkolben-Brennkraftmaschine erzielt.
Fig. 5 zeigt eine besondere Ausgestaltung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei welcher der Lagerstuhl 207 ebenfalls aus einem unterem Lagerstuhlabschnitt 207' und einem oberen Lagerstuhlabschnitt 207" besteht, die auf die gleiche Weise miteinander verbunden sind wie dies im Beispiel der Fig. 3 geschildert worden ist. Der Lagerstuhl 207 ist jedoch an seinem oberen, zum Zylinder 2 hinweisenden Ende mit zwei zum Zylinder 2 hin gerichteten Ansätzen 208, 209 mittels Schraubbolzen 270, 271 verbunden. Diese Ansätze 208, 209 sind ihrerseits über nur schematisch gezeigte
Schraubbolzenverbindungen 210, 211 mit dem Zylinder 2 und dem Zylinderkopf 24 fest verbunden. Auf diese Weise werden die vertikalen Zug- und Druckkräfte, die durch den Verbrennungsvorgang im Brennraum 22 erzeugt werden, unmittelbar über die Schraubbolzenverbindungen 210, 211 und die Ansätze 208, 209 zwischen den Zylinderkopf 24 und dem
Lagerstuhl 207 abgestützt, so daß diese Kräfte nicht über das Motorgehäuse fließen müssen. Das Motorgehäuse kann daher auch besonders leicht ausgebildet sein, wodurch ein geringeres Gewicht der Hubkolben-Brennkraftmaschine erzielt werden kann. Auch kann bei der Werkstoffwahl des Motorgehäuses ein
Werkstoff mit einer geringeren Festigkeit, aber einer höheren Wärmeleitfähigkeit gewählt werden, so daß das Motorgehäuse wesentlich zur Motorkühlung beitragen kann.
Der im Ausführungsbeispiel gezeigte
Parallel-Zwei-Zylinder-Motor, kurz Twin genannt, stellt die kompakteste Art der Zwei-Zylinder-Motorenbauweise dar. Kühlmäntel um Zylinder und Zylinderköpfe können zusammengefaßt werden und benötigen keine störanfälligen Verbindungsleitungen. Die gesamte Ventilsteuerung kann mittels eines einzigen Nockenwellenantriebs und zweier über beide Zylinder reichenden Nockenwellen realisiert werden. Dies ermöglicht eine funktional sehr steife Bauweise und führt zu einer sehr wirtschaftlich herzustellenden Baueinheit.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen. Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Claims

Neue Internationale Patentanmeldung (PCT) Anmelder: NEANDER MOTORS GmbH, KIEL Anwaltsakte: N 1027 10. April 2006Patentansprüche
1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder (2) , in dem ein Hubkolben (1) hin- und herbewegbar angeordnet ist; - einer ersten Kurbelwelle (4) ; einer zweiten Kurbelwelle (6) ; wobei die erste Kurbelwelle (4) und die zweite Kurbelwelle (6) zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen; - wobei die Drehachsen (X, X') der beiden Kurbelwellen (4, 6) zu einer gemeinsamen Zylinder-Mittelebene (Z) parallel verlaufen und bezüglicher dieser seitlich versetzt sind; wobei dem Hubkolben (1) ein erstes und ein zweites Pleuel (3; 5) derart zugeordnet sind, daß das erste Pleuel (3) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (1) und seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (40) der ersten Kurbelwelle (4) drehbar gelagert ist und • daß das zweite Pleuel (5) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (1) mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (60) der zweiten Kurbelwelle (6) drehbar gelagert ist und wobei die Kurbelwellen (4, 6) über Synchronisationszahnräder (42, 62) miteinander in
Eingriff stehen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Kurbelwellen (4, 6) in zumindest einem gemeinsamen Lagerstuhl (7; 107; 207) gelagert sind; daß der Lagerstuhl (7; 107; 207) aus einem Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, daß die SynchronisationsZahnräder (42, 62) aus einem Material mit einem zweiten
Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und daß die Abmessungen des Lagerstuhls (7; 107; 207) und der Synchronisationszahnräder (42, 62) in Radialrichtung sowie der erste und der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient so auf einander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls (7; 107; 207) zwischen den beiden Drehachsen (X, X1) im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder (42, 62) ist.
2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kurbelwellen (4, 6) aus einem Material mit einem dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und daß die Abmessungen des Lagerstuhls (7; 107; 207) , der Kurbelwellen (4, 6) und der
Synchronisationszahnräder (42, 62) in Radialrichtung sowie der erste, der zweite und der dritte
Wärmeausdehungskoeffizient so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls (7;
107; 207) und der darin gelagerten Lagerabschnitte1 (47, 48; 67, 68) der kurbelwellen (4, 6) im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der
Synchronisationszahnräder (42, 62) und der
Kurbelwellen-Abschnitte ist, auf dem die
Synchronisationszahnräder (42, 62) angebracht sind.
3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (7; 107; 207) und die SynchronisationsZahnräder (42, 62) jeweils aus Material mit demselben Wärmeausdehnungkoeffizienten bestehen.
4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auch die Kurbelwellen (4, 6) aus einem Material mit demselben Wärmeausdehnungkoeffizienten wie dem des Materials des Lagerstuhls (7; 107; 207) und dem des Materials der SynchronisationsZahnräder (42, 62) bestehten.
5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (7; 107; 207) und die
Synchronisationszahnräder (42, 62) aus dem gleichen Material bestehen.
6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (7; 107; 207), die
Synchronisationszahnräder (42, 62) und die Kurbelwellen (4, 6) aus dem gleichen,Material bestehen.
7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest zwei Lagerstühle (7, 7A) zur Lagerung der
Kurbelwellen (4, 6) vorgesehen sind.
8. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest zwei in Reihe angeordnete Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sind.
9. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (107) zumindest ein Abtriebszahnrad (8) lagert, das mit zumindest einem der SynchronisationsZahnräder (42, 62) kämmt und daß auch das Abtriebszahnrad (8) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, der gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lagerstuhls (107) ist.
10. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Abtriebszahnrad (8) und die das Abtriebszahnrad (8) im Lagerstuhl (107) lagernde Abtriebswelle (80) aus dem gleichem Material bestehen wie der Lagerstuhl (107) .
11. Hubkolben-Brennkraftmaschine insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit - zumindest einem Zylinder (2) , in dem ein Hubkolben (1) hin- und herbewegbar angeordnet ist; einer ersten Kurbelwelle (4) ; einer zweiten Kurbelwelle (6) ; wobei die erste Kurbelwelle (4) und die zweite Kurbelwelle (6) zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen; wobei die Drehachsen (X, X1) der beiden Kurbelwellen (4, 6) zu einer gemeinsamen Zylinder-Mittelebene (Z) parallel verlaufen und bezüglicher dieser seitlich versetzt sind; wobei dem Hubkolben (1) ein erstes und ein zweites Pleuel (3; 5) derart zugeordnet sind, daß das erste Pleuel (3) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (1) und seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (40) der ersten
Kurbelwelle (4) drehbar gelagert ist und daß das zweite Pleuel (5) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (1) mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (60) der zweiten Kurbelwelle (6) drehbar gelagert ist und - wobei die Kurbelwellen (4, 6) über
Synchronisationszahnräder (42, 62) miteinander in Eingriff stehen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Kurbelwellen (4, 6) in zumindest einem gemeinsamen Lagerstuhl (207) gelagert sind und daß der Lagerstuhl (207) über Befestigungsmittel (208, 210; 209, 211) unmittelbar mit dem Zylinder (2) und/oder dem Zylinderkopf (24) verbunden ist.
12. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (207) zumindest einen oberen, zum Zylinder (2) gerichteten Ansatz (208, 209) aufweist, der mit Aufnahmen für Befestigungselemente (210, 211) zur Verbindung des Lagerstuhls (207) mit dem Zylinder (2) und/oder dem Zylinderkopf (24) versehen ist.
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