Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement zur Verbindung
von zwei gleichachsig hintereinander und mit Querabstand
achsparallel zueinander angeordneten Wellen. Ein derartiges
Kupplungselement ist für Wellen, die in festem Querabstand
zueinander angeordnet sind, aus DE-733-932 grundsätzlich be
kannt.
In bestimmten Anwendungsfällen ist es erforderlich, daß die
Höhenlage einer der Wellen zu einer festen Bezugsebene verän
dert werden muß, während die andere Welle ihre definierte La
ge zur Bezugsebene behält. Das Problem besteht hierbei darin,
daß beide Wellen trotz der einstellbaren Veränderung der Hö
henlage zur Bezugsebene im gleichen Drehsinn und insbesondere
mit gleicher Drehzahl umlaufen müssen, wobei durch das Kupp
lungselement auf die angetriebene Welle keine Drehzahlschwan
kungen aufgeprägt werden dürfen.
Ein derartiger Anwendungsfall ist beispielsweise bei einer
Kolbenbrennkraftmaschine mit veränderbarem Brennraum gegeben,
bei der die Veränderung des Brennraumes durch ein Anheben
bzw. Ansenken der Kurbelwellendrehachse gegenüber einer Be
zugsebene vorgenommen wird.
Aus DE-36 44 721-A ist eine derartige Kolbenbrennkraftmaschi
ne bekannt, bei der dieses Problem dadurch gelöst worden ist,
daß an einem Verstellexzenter für die Veränderung der Höhen
lage der Kurbewelle ein Lagergehäuse befestigt ist, in das
einenends ein mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebsritzel
hineinragt und in das anderenends mit dem vorgegebenen Quer
abstand ein mit der Abtriebswelle verbundenes Abtriebsritzel
hineinragt. Die Drehachse des Stellexzenters fällt mit der
Drehachse des Abtriebsritzels zusammen. Die Kraftübertragung
zwischen dem Antriebsritzel an der Kurbelwelle und dem Ab
triebsritzel erfolgt durch ein gleichachsiges Umlaufräder
paar, von denen ein Rad auf dem Antriebsritzel abrollt und
das andere Rad auf dem Abtriebsritzel abrollt. Mit dieser An
ordnung ist jede Höhenverstellung ohne die Aufprägung von
Drehungleichförmigkeiten auf den Abstriebsstrang gewährlei
stet. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß nur Raum für ge
ringe Zahnraddurchmesser zur Verfügung steht, so daß das ge
samte Drehmoment der Kolbenbrennkraftmaschine über Zahnräder
mit geringem Durchmesser übertragen werden muß. Hierdurch er
geben sich sehr schnell Grenzen in der Größe des übertragba
ren Drehmomentes. Ferner müssen die Zahnkräfte als Reaktions
kräfte über eine entsprechende Lagerung im unmittelbaren Ge
triebebereich aufgenommen werden. Ein weiterer Nachteil der
Anordnung besteht in einer verhältnismäßig großen Baulänge.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungs
element zu schaffen, das die Probleme einer einstellbaren
Wellenverlagerung löst und mit dem große Drehmomente übertra
gen werden können und das gleichzeitig aber auch kurz baut
und das auch zur Verbindung einer Kurbelwelle einer Kolben
brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Kupp
lungselement zur Verbindung von zwei gleichachsig hinterein
ander und mit Querabstand achsparallel zueinander angeordne
ten Wellen, wobei die Höhenlage einer Welle zu einer festen
Bezugsebene durch achsparalleles Bewegen auf einer Kreisbahn
einstellbar ist, deren Durchmesser dem maximalen Querabstand
entspricht, mit zwei in parallelen Drehebenen ausgerichteten
Drehkörpern, die jeweils mit den einander zugeordneten Welle
nenden verbindbar sind und die jeweils im gleichen radialen
Abstand zur jeweiligen Drehachse jeweils mit Lagerbohrungen
versehen sind, sowie mit beide Drehkörper verbindenden Kur
belelementen, deren Kurbelradius dem Querabstand der Wellen
entspricht, wobei die Kurbelelemente in Umfangsrichtung in
gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. Mit Hilfe eines
derartigen Kupplungselementes ist es möglich, innerhalb der
vorgegebenen Exzentrizität e beliebige Höhenlagen der achs
parallel zueinander bewegbaren Wellen einzustellen, wobei ge
währleistet ist, daß die Drehzahl des antreibenden Drehkör
pers über die Kurbelelemente ohne jegliche Drehzahlschwankung
auf den angetriebenen Drehkörper übertragen wird. Über die
Dimensionierung der Kurbelelemente in den Drehkörpern ist ei
ne Auslegung für das jeweils zu übertragende maximale Drehmo
ment möglich. Neben einer entsprechenden Dimensionierung kann
auch noch durch eine Erhöhung der Zahl der Kurelelemente auf
einem oder auch unterschiedlichen Teilkreisen das durchleit
bare maximale Drehmoment vergrößert werden. Ein besonderer
Vorteil des erfindungsgemäßen Kupplungselementes besteht dar
in, daß keine Rückstellkräfte auf die Lagerungen der Drehkör
per wirken. Dies ist insbesondere bei der Verwendung an einer
Motorkurbelwelle von Bedeutung.
Entsprechend dem zu übertragenden Drehmoment ist es grund
sätzlich möglich, mehrere Kurbelelemente auf den Umfang der
Drehkörper verteilt vorzusehen, wobei die Kurbelelemente je
weils auch auf verschiedenen Radien mit ihren Kurbelachsen in
den zugehörigen Drehkörpern gelagert sein können. In einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist hier
bei vorgesehen, daß jeweils mehrere Kurbelelemente in Gruppen
angeordnet sind, wobei die Gruppen in Umfangsrichtung gese
hen, in gleichem Umfangswinkel zueinander angeordnet sind.
Mit einer derartigen gruppenweisen Anordnung ist es möglich,
bei der Verwendung an Kolbenbrennkraftmaschinen, bei denen
die Kurbelwelle gegenüber der ortsfest gelagerten Abtriebs
welle im Motorgehäuse verlagerbar ist, auf die Zündabstände
des jeweiligen Verbrennungsmotors Rücksicht zu nehmen. Damit
wird ein optimales Tragen der Kurbelelemente erreicht. Da die
Wirklinien der Übertragungskräfte Parallelen in Richtung der
Verbindung der Exzentermittelinie sind, ändert sich der wirk
same Hebelarm mit der Drehung des Kupplungselementes, so daß
der wirksame Hebelarm der Kurbeln sich periodisch von
0 auf r, d. h. am Kurbelradius ändert und so jeweils der
Übertragung des Drehmomentes anteilig helfen können.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vor
gesehen, daß das Kurbelelement aus einem ersten und einem
zweiten Zylinderkörper gebildet wird, die achsversetzt zuein
ander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein sehr kurz
bauendes Kurbelelement. Die Anordnung kann hierbei so getrof
fen werden, daß die Zylinder den gleichen Durchmesser aufwei
sen. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn das Kurbelelement einen
ersten Zylinderkörper aufweist der einen größeren Durchmesser
als der zweite Zylinderkörper aufweist, wobei der zweite Zy
linderkörper sich innerhalb des Außenumfangs des ersten Zy
linderkörpers erstreckt und diesen in Achsrichtung zumindest
auf einer Seite überragt. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn der
erste Zylinderkörper in seinem vom zweiten Zylinderkörper
nicht überdeckten Bereich mit einer Unwucht mindernden Aus
nehmung versehen ist. Die Ausnehmung kann hierbei so bemessen
sein, daß die durch die Ausnehmung aus dem ersten Zylinder
körper "fehlende" Masse in etwa der Masse des zweiten Zylin
derkörpers entspricht.
Zur kippfreien Übertragung des durchzuleitenden Drehmomentes
vom treibenden Drehkörper auf den getriebenen Drehkörper ist
es in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgese
hen, daß ein Drehkörper, vorzugsweise der getriebene Drehkör
per, zwei mit Abstand zueinander angeordnete und fest mitein
ander verbundene Scheibenteile aufweist, und daß der andere,
vorzugsweise der treibende Drehkörper, scheibenförmig ausge
bildet und zwischen den beiden Scheibenteilen angeordnet ist,
und daß die Kurbelelement jeweils in beiden Scheibenteilen
des einen Drehkörpers einerseits und im dazwischen liegenden
Drehkörper andererseits gelagert sind. Dies ist mit einem
Kurbelelement der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Art möglich, bei dem der einen größeren Durchmesser aufwei
sende erste Zylinderkörper nach beiden Seiten hin jeweils von
einem Zylinderkörper mit geringerem Durchmesser überragt
wird. Ein derart gestaltetes Kurbelelement ist dann mit sei
nem ersten Zylinderkörper in dem zwischen den beiden Schei
benteilen liegenden Drehkörper gelagert, während die exzen
trisch zur Drehachse des ersten Zylinderkörpers mit großem
Durchmesser angeordneten zweiten Zylinderkörper mit kleinem
Durchmesser in den beiden Scheibenteilen des anderen Drehkör
pers gelagert sind. Durch ein derartiges zweifach gelagertes
Kurbelelement ergibt sich dann eine kippfreie Übertragung des
durchzuleitenden Drehmomentes.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der erste Drehkörper mit
einem Scheibenteil mit der ortsfest gelagerten Welle fest
verbindbar ist und mit seinem anderen Scheibenteil auf einer
koaxial zu dieser Welle angeordneten ortsfesten Abstützung
drehbar gelagert ist, so daß auch dieser erste Drehkörper
zweifach gelagert ist und damit eine kippfreie Drehmoment
durchleitung möglich ist.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 als Anwendungsbeispiel eine perspektivische
Schemadarstellung einer Vierzylinder-Kolbenbrenn
kraftmaschine mit verlagerbarer Kurbelwelle zur
Veränderung des Verdichtungsverhältnisses,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch ein Kupplungselement
gemäß der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Aufsicht auf das Kupplungselement gemäß
Fig. 2 in Achsrichtung gesehen,
Fig. 4 eine Aufsicht auf ein Kupplungselement mit einem
"Koppelstern" für eine 4-Zylinder-Reihenmaschine,
Fig. 5 eine Aufsicht entsprechend Fig. 4 mit einem
"Koppelstern für eine 3-Zylinder-Reihenmaschine,
Fig. 6 eine Aufsicht entsprechend Fig. 4 mit einem
"Koppelstern" für eine 8-Zylinder-Reihenmaschine,
Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform
eines Kupplungselementes zur kippfreien Drehmoment
übertragung,
Fig. 8 den Drehmomentverlauf in Abhängigkeit von der
Kurbelwellendrehung bei einer 4-Zylinder-Viertakt-
Reihenmaschine.
Wie die schematische Darstellung gem. Fig. 1 erkennen läßt,
ist eine Kurbelwelle 1 einer 4-Zylinder-Kolbenbrennkraft
maschine mit ihren Kurbelwellenlagern 2 in Exzenterringen 3
gelagert, die ihrerseits verdrehbar in entsprechende Tragla
gern eines angedeuteten Motorblocks 4 gelagert sind. Mit der
Kurbelwelle 1 sind über Pleuel 5 jeweils die hier nur schema
tisch angedeuteten Kolben 6 verbunden. Die Kurbelwelle ist in
einer Stellung gezeigt, in der die Kolben 6 1 und 6 4 sich in
der oberen Totpunktstellung befinden, während sich die Kolben
6 2 und 6 3 in der unteren Totpunktstellung befinden. Zumindest
einer der Exzenterringe 3 ist starr mit einer als Schwenkhe
bel ausgebildeten Verdreheinrichtung 7 verbunden, der jeweils
aus dem Flugkreis der Kurbelwelle 1 herausgeführt ist. Die
Schwenkhebel 7 sind über eine Koppelstange 8 fest miteinander
verbunden, so daß ein synchrones Verdrehen aller Exzenterrin
ge 3 möglich ist. Die Koppelstange 8 ist über ein Zugelement
9 mit einem schematisch dargestellten Antrieb 10 verbunden.
Bei einer Bewegung des Zugelementes in Richtung des Doppel
pfeiles 11 werden die Schwenkhebel 7 entsprechend hin und her
verschwenkt (Doppelpfeil 12), so daß sich durch die Verdre
hung der Exzenterringe 3 um eine ortsfeste Schwenkachse 14
dementsprechend auch jeweils die Höhenlage a der Drehachse 13
der Kurbelwelle 2 gegenüber einer Horizontalebene B als Be
zugsebene verändert. Das Bezugszeichen 13 wird nachstehend
auch für den der Kurbelwelle 1 zugehörigen Wellenstumpf ver
wendet.
Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich, ist die Drehachse 13 der
Kurbelwelle 1 mit einer Exzentrizität e zur Schwenkachse 14
der Exzenterring 3 angeordnet und wird über die Schwenkhebel
7 aus einer angenommenen Mittelstelle (der Schwenkhebel 7
weist hierbei senkrecht nach unten) zur Veränderung der Hö
henlage a nach oben oder unten bewegt. Dadurch wird die Dreh
achse 13 der Kurbelwelle in bezug auf die ortsfeste horizon
tale Bezugsebene B auch gegenüber der ortsfesten Schwenkachse
14 der Exzenterringe 3 angehoben oder abgesenkt. Das bedeutet
aber, daß die Kolben 6 jeweils in der oberen Totpunktstellung
um das gleiche Maß näher an das Brennraumdach des Zylinders
heranreichen, so daß dementsprechend auch das Verdichtungs
verhältnis erhöht und bei einer gegenläufigen Verdrehung der
Exzenterring 3 vermindert wird.
Der Abtrieb der Kolbenbrennkraftmaschine durch den die Kur
belwelle 1 verlängernden Wellenstumpf 13 erfolgt über eine
Abtriebswelle 15, die fluchtend zur ortsfest gelagerten
Schwenkachse 14 der Exzenterringe 3 angeordnet ist. Um den
durch die Exzentrizität e gegebenen Querabstand zwischen der
Drehachse 13 und der Achse der Abtriebswelle 15 zu überbrüc
ken, ist der mit der Kurbelwelle 1 verbundene Wellenstumpf 13
über ein Kupplungselement 16 mit der Abtriebswelle 15 verbun
den. Das Kupplungselement 16 wird im wesentlichen durch einen
ersten, mit dem Wellenstumpf 13 der Kurbelwelle 1 fest ver
bundenen Drehkörper 17 und einen zweiten, mit der Abtriebs
welle 15 fest verbundenen Drehkörper 18 gebildet. Die beiden
Drehkörper 17 und 18 sind in parallelen Drehebenen dicht ne
beneinander angeordnet und sind über Kurbelelemente 19 mit
einander verbunden. Der Kurbelradius der Kurbelelemente 19
entspricht der Exzentrizität e der Drehachse 13 der Kurbelwel
le 1 zur ortsfesten Schwenkachse 14 der Exzenterringe 3.
Funktion und konstruktiver Aufbau werden nachfolgend anhand
der Fig. 2 und 3 sowie für eine bevorzugte Ausführungsform
anhand von Fig. 7 näher erläutert.
In Fig. 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein
Kupplungselement 16 im Vertikalschnitt dargestellt und in
Fig. 3 in einer zugeordneten Aufsicht in Achsrichtung darge
stellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Wellenstumpf 13 der
Kurbelwelle 1 mit dem beispielsweise scheibenförmig ausgebil
deten Drehkörper 17 fest verbunden, dessen Drehachse mit der
Drehachse 13 der Kurbelwelle zusammenfällt.
Die Abtriebswelle 15 ist entsprechend mit einem Drehkörper 18
fest verbunden, dessen Drehachse mit der Schwenkachse 14 der
Kurbelwelle zusammenfällt. Die Drehachsen 13 und 14 der bei
den Wellen 13 und 15 sind gleichachsig ausgerichtet und im
Querabstand der Exzentrizität e achsparallel angeordnet.
Die beiden Drehkörper 17 und 18 sind über wenigstens zwei
Kurbelelemente 19 miteinander verbunden, die mit ihren Kur
belzapfen 20 und 21 frei drehbar in den zugeordneten Drehkör
pern 17 und 18 gelagert sind. Der Abstand zwischen den beiden
Kurbelzapfen 20 und 21 bildet den Kurbelradius, der der Ex
zentrizität e zwischen den beiden Drehachsen 13 und 14 ent
spricht. Die Kurbelkörper sind hierbei so ausgerichtet, daß
ihre Kurbelarme in bzw. parallel zu der durch die beiden Ach
sen 13 und 14 definierten Ebene verlaufen. Wie Fig. 2 zeigt,
sind die Kurbelelemente so gestaltet, daß sie einen ersten
Zylinderkörper 20.1 mit großen Durchmesser und mit seiner
Achse im Abstand hierzu angeordneten zweiten Zylinderkörper
21.1 mit geringerem Durchmesser aufweisen. Der Zylinderkörper
20.1 ist im treibenden Drehkörper 17 gelagert, während der
Zylinderkörper 21.1 im getriebenen Drehkörper 18 gelagert
ist. Die Lagerung der die Kurbel bildenden Zylinderkörper in
den zugeordneten Drehkörpern kann beispielsweise über Wälzla
ger, insbesondere in Form von Nadellagern erfolgen. Hierbei
kann es zweckmäßig sein, wenn wenigstens an einem Drehkörper
die Wälzlager elastisch gegenüber dem Drehkörper abgestützt
sind.
Wie die Aufsicht gem. Fig. 3 erkennen läßt, sind vier derar
tiger Kupplungselemente im jeweiligen Drehkörper in gleichem
Abstand in Umfangsrichtung gesehen gelagert. Der Abstand R
der Achse 20.2 des Kurbelzapfens 20.1 entspricht dem Abstand
R der Achse 21.2 des Kurbelzapfens 21.1. Wie Fig. 3 ferner
erkennen läßt, sind die Verbindungslinien zwischen den beiden
Drehachsen 13 und 14 einerseits und den Achsen 20.2 und 21.2
andererseits gleichgerichtet, bei dem hier dargestellten Aus
führungsbeispiel horizontal, d. h. parallel zur Bezugsebene B
ausgerichtet, wie auch in Fig. 1 dargestellt.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind, wie Fig.
3 erkennen läßt, vier derartiger Koppelkörper in gleichem Ab
stand zueinander über den Umfang gesehen am Drehkörper 17 ge
lagert. Wie Fig. 3 ferner erkennen läßt, sind die Verbin
dungslinien zwischen den beiden Drehachsen 13 und 14 einer
seits und den Drehachsen 21 und 22 andererseits gleichgerich
tet, bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel horizon
tal, d. h. parallel zur Bezugsebene B ausgerichtet, wie auch
in Fig. 1 dargestellt.
Wird nun, wie anhand von Fig. 3 erläutert, über die Stellein
richtung 10 die Kurbelwelle durch Verdrehen der Exzenterringe
3 verlagert, dann wird die Drehachse 13 auf einer entspre
chenden Kreisbahn 22 bewegt und dementsprechend die Kurbel
welle 1 insgesamt gegenüber der horizontalen Bezugsebene B um
ein dem Schwenkwinkel entsprechendes Maß vertikal angehoben
bzw. bei entgegengesetzter Drehrichtung um ein entsprechendes
Maß abgesenkt.
Da die Achsen 20.2 und 21.2 der Kurbelelemente den gleichen
Abstand zueinander wie die Drehachsen 13 und 14 aufweisen,
bewegen sich auch die Achsen 21.2 auf einer der Kreisbahn 22
entsprechenden Bahn. Damit ergibt sich gegenüber der Bezugse
bene B für die Achsen 20.2 und 21.2 der Kurbelelemente 19 die
gleiche Ausrichtung wie für die Achsen 13 und 14.
Wird nun der Drehkörper 17 antreibend gedreht, so wird über
die Kurbelelemente 19 die Drehbewegung und damit auch das
Drehmoment gleichsinnig und ohne Drehzahlschwankungen auf den
Drehkörper 18 übertragen, da sich die Ausrichtung der beiden
Kurbelachsen 20.2 und 21.2 und auch die Ausrichtung der bei
den Drehachsen 13 und 14 während der Drehbewegung nicht än
dert. Lediglich die Kurbelelemente 19 werden entsprechend re
lativ zwischen den beiden Drehkörpern 17 und 18 verdreht.
Bei der Verwendung eines derartigen Kupplungselementes an ei
ner Kolbenbrennkraftmaschine in der anhand von Fig. 1 be
schriebenen Art ist es besonders zweckmäßig, die Kurbelele
mente 19 nicht gleichmäßig über den Umfang verteilt anzuord
nen, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist, sondern unter Berück
sichtigung der Zylinderzahl und des durch den Zündabstand der
einzelnen Zylinder bedingten Gaskraftverlaufes in einem soge
nannten "Koppelstern" in Gruppen zusammenzufassen. In Fig. 4
ist ein derartiger Koppelstern für einen 4-Zylinder-Reihen
motor dargestellt mit einem Zündabstand von 180°.
Fig. 5 zeigt einen Koppelstern für einen 3- oder 6-Zylinder-
Reihenmotor, der einen Zündabstand von 120° aufweist.
Fig. 6 zeigt einen Koppelstern für einen 8-Zylinder-
Reihenmotor mit einem Zündabstand von 90°. Fig. 4, 5 und 6
zeigen Koppelsterne für gängige Zündabstände und gängige Zy
linderzahlen für 4-Takt-Kolbenbrennkraftmaschinen. Bei ande
ren Zylinderzahlen und anderen Zündabständen muß der Koppel
stern entsprechend an die Kurbelwelle bzw. den Zündabstand
angepaßt werden.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind bei dieser Konzeption die
einzelnen Kurbelelemente 19 entsprechend der für einen
4-Zylinder-Reihenmotor gem. Fig. 1 vorgegebenen Bauform der
Kurbelwelle in zwei um 180° versetzte Gruppen 23 auf den
Drehkörpern 17 bzw. 18 angeordnet. Jede Gruppe 23 ist dann in
wenigstens zwei Untergruppen unterteilt, wobei die Kurbelele
mente 19 einer Untergruppe jeweils im gleichen Abstand zur
jeweiligen Drehachse des zugeordneten Drehkörpers angeordnet
sind, beispielsweise zur Drehachse 13 am Drehkörper 17. Die
Untergruppen sind dann ihrerseits in unterschiedlichem Ab
stand zur zugehörigen Drehachse am zugeordneten Drehkörper
angeordnet. Die Ausrichtung des durch die beiden Gruppen 23
gebildeten Koppelsterns entspricht der Ausrichtung der Kur
beln der Kurbelwelle, d. h. in Fig. 4 ist der dargestellte
Drehkörper 17 für die Position der in Fig. 1 in der Totpunkt
lage dargestellten 4-Zylinder-Kurbelwelle wiedergegeben. Da
durch ist entsprechend Fig. 1 sichergestellt, daß die Kurbe
lelemente immer unter 90° zu der durch die Zylinderachsen der
4-Zylinder-Maschine definierten Vertikalebene ausgerichtet
sind. Zweckmäßig ist jedoch eine gegenüber dem "Kurbelstern"
der Kurbelwelle verdrehte Anordnung des Koppelsterns, und
zwar so, daß die parallele Ausrichtung des Koppelsterns zur
Zylinderachse dann gegeben ist, wenn die Zylinder jeweils ge
zündet werden, d. h. sich die Kolben jeweils im Zündtotpunkt
befinden.
In Fig. 8 ist für eine 4-Zylinder-Reihenmaschine mit einem
Zündabstand von 180° der Drehmomentverlauf über Grad-
Kurbelwinkel dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, daß je
weils im Bereich des Zündzeitpunktes ein Drehmomentmaximum
auftritt. Werden nun die Kurbelelemente in Gruppen, jeweils
abgestimmt auf die jeweilige Kolbenbrennkraftmaschine, zusam
mengefaßt, wie dies vorstehend in Fig. 4 für eine 4-Zylinder-
Reihenmaschine dargestellt ist, dann werden die Gruppen je
weils so angeordnet, daß sie sich im Bereich der oberen Tot
punktstellung befinden, wenn das Drehmomentmaximum auf die
Kurbelwelle einwirkt. Da für die Übertragbarkeit des Drehmo
mentes der Kurbelwelle auf die Abtriebswelle die Wirkradien
der Kurbelelemente 19 zum Drehpunkt maßgebend sind, können
auf diese Weise die Kurbelelemente so angeordnet werden, daß
bei großen Kräften auch die größten Wirkradien zum Tragen
kommen. Das bedeutet, daß im Kurbelwinkel der größten Bela
stung auch eine Anhäufung von Koppelelementen zu sein hat.
Messungen haben ergeben, daß bei einer derartigen Anordnung
die Kurbelelemente belastungskonform positioniert sind und
die auf die Kurbelelemente einwirkenden Lagerkräfte in etwa
ein Drittel niedriger sind gegenüber eine Ausführungsform
entsprechend Fig. 2 bzw. Fig. 3, bei der die Kurbelelemente
gleichmäßig auf dem Umfang verteilt angeordnet sind.
Die in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellte Ausführungsform
eines Kupplungselementes kann zum einen als allgemeines Ma
schinenbauelement verwendet werden. Es ist aber auch möglich,
ein derart einfach aufgebautes und schmalbauendes Kupplungs
element an einer Kolbenbrennkraftmaschine in der in Fig. 1
wiedergegebenen Bauform an dem der Antriebsseite der Kolben
brennkraftmaschine abgewandten freien Ende der Kurbelwelle
anzuordnen, um so am Motorgehäuse 4 befestigte Nebenantriebe
oder auch eine Nockenwelle auch dann antreiben zu können,
wenn zum Zwecke der Änderung des Verdichtungsverhältnisses
die Kurbelwelle, wie dargestellt, verlagerbar ist. Diese ein
fache Bauform reicht aus, um die hier erforderlichen Drehmo
mente zu übertragen.
Über das auf der Antriebsseite der Kolbenbrennkraftmaschine
angeordnete Kupplungselement 16 muß jedoch das volle An
triebsdrehmoment der Kolbenbrennkraftmaschine übertragbar
sein, so daß hier wesentliche höhere Drehmomente durchgelei
tet werden müssen. Fig. 7 zeigt hierbei eine besondere Aus
führungsform für ein antriebsseitiges Kupplungselement für
eine Kolbenbrennkraftmaschine.
Bei dieser Bauform ist die Kurbelwelle 1 im Exzenterring 3
gelagert, der seinerseits, wie anhand von Fig. 1 beschrieben,
drehbar im Motorgehäuse 4 gelagert ist. Der scheibenförmige
Drehkörper 17 ist fest mit dem Wellenstumpf 13 verbunden.
Die Abtriebswelle 15 ist ihrerseits mit dem Drehkörper 18
verbunden, der bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei fest miteinander verbundene Scheibenteile 18.1 und 18.2
aufweist, zwischen denen der ebenfalls scheibenförmig ausge
bildete Drehkörper 17 angeordnet ist. Die beiden Drehkörper
17 und 18 sind wiederum über Kurbelelemente 19 miteinander
verbunden, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
einen ersten großen Zylinderkörper 20.1 und zwei beide Sei
tenflächen des großen Zylinderkörpers überragende Zylinder
körper 21.1 aufweist, so daß das Kurbelelement 19 doppelsei
tig und damit kippmomentenfrei an den Drehkörpern 17 und 18
gelagert ist.
Der dem Motorgehäuse 4 zugewandte Scheibenteil 18.2 ist über
ein Wälzlager 24 auf einem entsprechenden Ansatz des Exzen
terringes 3 gelagert, so daß auch hier eine einwandfreie Ab
stützung des Kupplungsbereiches gegeben ist.
Die Kurbelelemente 19 sind in Wälzlagern oder auch in Gleit
lagern gelagert, wobei die Lager wiederum gegenüber den ent
sprechenden Drehkörpern 17 bzw. 18 gummielastisch abgestützt
sein können. Dies ist dann von Vorteil, wenn die Kurbelwelle
selbst in einem Gleitlager gelagert ist. Über die gummiela
stische Lagerung der Wälzlager an den Kurbelelementen kann
dann das verhältnismäßig große Radialspiel der Kurbelwellen
lagerung ausgeglichen werden. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn
bei einer gleitgelagerten Kurbelwelle auch die Kurbelelemente
19 entsprechend gleitgelagert sind. Durch die Lagerung des
Drehkörpers 18 über den Scheibenteil 18.2 mittels Wälzlager
auf dem Exzenterring 3 ist sichergestellt, daß das Lagerspiel
der Exzenterringe in die Lagerung des Drehkörpers 18 nicht
eingeht.
Die in Fig. 7 dargestellte gehäuseartige Bauweise für den
Drehkörper 18 stellt eine gestaltfeste Konstruktion dar, wo
bei die Kurbelelemente zweiseitig und sehr steif gelagert
sind. Die Lagerung des Drehkörpers 18 auf dem Exzenterring 3
bietet darüber hinaus die Möglichkeit, den Drehkörper 18 mit
einem Zahnkranz 18.3 zu versehen, der mit einem Anlasserrit
zel in Eingriff gebracht werden kann.
Die gehäuseartige Gestaltung des Drehkörpers 18 erlaubt es
ferner, den vom Scheibenteil 18.1 und Scheibenteil 18.2 be
grenzten Innenraum als Ölraum auszubilden, der an den Motor
ölkreislauf angeschlossen ist. Im Betrieb füllt sich dieser
Raum unter dem Einfluß der Fliehkraft über den gesamten Um
fang, so daß über die jeweils den einzelnen Lagern der Kurbe
lelemente zugeordneten Schmierkanäle 25 Öl zugeführt wird.
Der durch die Fliehkraft bewirkte drehzahlabhängige Öldruck
sorgt dafür, daß in jedem Fall Öl zu den Lagerstellen der
Kurbelelemente gelangt.
In Fig. 3 ist ferner der in seinem ortsfesten Traglager 4
(hier nur angedeutet) gelagerte Exzenterring 3 ebenfalls dar
gestellt. Wird nun der Exzenterring 3 in Richtung des Pfeiles
12 verdreht, dann wird die Drehachse 13 der Kurbelwelle 1 zu
sammen mit dem Kurbelwellenlager 2 auf einer entsprechenden
Kreisbahn 26 bewegt und dementsprechend die Kurbelwelle ins
gesamt gegenüber der horizontalen Bezugsebene um ein Maß ent
sprechend dem Schwenkwinkel angehoben und bei einer entgegen
gesetzten Drehrichtung um ein entsprechendes Maß abgesenkt.
Da die Drehachsen 21 und 22 der Lagerteile und Gegenlagertei
le des Koppelelements 23 den gleichen Querabstand aufweisen
wie die Drehachsen 13 und 14, bewegt sich die Drehachse 21
des Lagerteils 19 auf der gleichen Kreisbahn wie die Drehach
se 13 der Kurbelwelle. Damit ergibt sich gegenüber der Be
zugsebene B für die Koppelelemente 23 zwischen dem Drehkörper
17 und dem Drehkörper 18 die gleiche Ausrichtung der beiden
Achsen 21 und 22 wie bei den Achsen 13 und 14.
Wird nun der Drehkörper 17 antreibend gedreht, so wird über
die Koppelelemente 23 die Drehbewegung und damit auch das
Drehmoment gleichsinnig und ohne Drehzahlschwenkungen auf den
Drehkörper 18 übertragen, da sich die Ausrichtung der beiden
Drehachsen 21, 23 und die Ausrichtung der beiden Drehachsen
13, 14 während der Drehbewegung nicht ändert. Lediglich die
Koppelelemente 23 werden entsprechend relativ in den Drehkör
pern 17 und 18 verdreht.
Das vorstehend dargestellte Kurbelelement 19 kann auch in der
Weise abgewandelt werden, daß am Drehkörper 18 ein dem Zylin
derkörper 21.1 entsprechender Kurbelzapfen fest angeordnet
ist, der mit seinem freien Ende in einer entsprechenden La
gerbohrung im Zylinderkörper 20.1 gelagert ist. Diese Ausfüh
rungsform ist kippmomentenfrei.