DE10127637C2

DE10127637C2 - Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10127637C2
Application number: DE2001127637
Authority: DE
Inventors: Michael Rossmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: DE10127637A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine.

Ein gattungsgemäßer Kurbeltrieb ist aus der DE 197 31 974 A bekannt. Der darin be schriebene Doppelkurbeltrieb, bei dem mit sich gegensinnig drehenden Kurbelscheiben verbundene Pleuel unmittelbar mit dem Kolben verbunden sind, baut in Abstandsrich tung der Kurbelscheiben verhältnismäßig groß, da die Lager der Kurbelscheiben um mehr als das doppelte des Kurbelhubs voneinander entfernt sind.

Ein weiterer gattungsgemäßer Kurbeltrieb ist aus der DE 198 14 870 A1 bekannt. Bei einer Ausführungsform dieses Kurbeltriebs sind die Drehachsen der Kurbelwellen um weniger als den doppelten Hub der Kurbelwellen voneinander entfernt, so dass sich die Bewegungsbahnen der Kurbeln in axialer Richtung der Kurbelwellen gesehen überlap pen. Die Bewegungsbahnen der Kurbeln durchdringen sich jedoch nicht, da die zugehö rigen Kröpfungen in axialer Richtung der Kurbelwellen gegeneinander versetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakt bauenden Kurbeltrieb für Hubkolbenbrennkraftmaschinen zu schaffen, der eine zumindest weitgehende seiten kraftfreie Bewegung des bzw. der Kolben ermöglicht und gleichzeitig bezüglich der Zylinderzahl und Anordnung weitgehende Freiheit zulässt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßem Kurbeltrieb durchdringen sich die Bewegungsbahnen von in einer Richtung senkrecht zu den Drehachsen der Kurbelwellen benachbarten bzw. ra dial benachbarten Kröpfungen bzw. Kurbeln gegenseitig. Jeder Kolben ist mit wenigs tens einer Kröpfung bzw. Kurbel einer Kurbelwelle und wenigstens einer dieser Kröp fung axial benachbarten Kröpfung der anderen Kurbelwelle verbunden, wobei sich die beiden mit einem Kolben verbundenen Kurbeln gegensinnig mit gleicher Drehzahl und symmetrisch zu einer die Bewegungsbahn des Kolben enthaltenden und parallel zu den Achsen der Kurbelwellen vorlaufenden Ebene bewegen.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kurbel triebs sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Unteransprüche 2 bis 4 sind auf Merkmale gerichtet, mit denen sich ein sehr gerin ger Abstand der Drehachsen der Kurbelwellen realisieren lässt, wodurch der Kurbeltrieb insgesamt schmal baut.

Der Anspruch 5 kennzeichnet die grundsätzliche Anordnung von Kolben eines kurz und flach bauenden mehrzylindrigen Motors.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 wird eine einfache Anbindung des oder der Kol ben an die beiden Kurbelwellen erzielt.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 7 und 8 wird ein kompakt bauender und komforta bel laufender Dreizylindermotor erzielt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und in weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kurbeltriebs und

Fig. 2 eine Seitenansicht des Kurbeltriebs der Fig. 1 mit in die Zeichenebene gedrehten Kurbelwellen und Kurbelwellenlagern.

Gemäß den Figuren sind in dem nicht im einzelnen dargestellten Kurbelgehäuse 2 einer hinsichtlich die Mischbildung, Ladungswechselsteuerung usw. an sich bekannten Brennkraftmaschine zwei Kurbelwellen 4 und 6 in einem gegenseitigen Abstand a gleich weit von einer Längsmittelebene A-A der Brennkraftmaschine beabstandet gela gert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, in der die Kurbelwellen 4 und 6 einschließlich ihrer La ger gegenüber der Fig. 1 um 90° in die Zeichnungsebene gedreht sind, ersichtlich ist je de der Kurbelwellen 4 und 6, die mit drei Kröpfungen ausgebildet sind, vierfach gela gert. Die beiden Kurbelwellen 4 und 6 sind einander gleich ausgebildet und über an ih ren Enden starr angebrachte Zahnräder 8 und 10 derart miteinander verzahnt, so daß sie sich mit gleicher Drehzahl aber in entgegengesetztem Drehsinn drehen.

Wie aus den Figuren weiter ersichtlich, sind die Kröpfungen der Kurbelwellen um 180° zueinander versetzt, so daß benachbarte Kurbeln jeder Kurbelwelle in Stirnansicht der Kurbelwelle auf verschiedenen Seiten der Lager 12 und 14 auf einer Geraden liegen. Die durch die Zahnräder 8 und 10 definierte Drehstellung der Kurbelwellen 4 und 6 ist derart, daß sie, wie aus Fig. 1 ersichtlich, symmetrisch zur Längsmittelebene der Brenn kraftmaschine sind. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, drehen sich die Kurbel wellen 4 und 6 derart, dass radial benachbarte Kröpfungen bzw. Kurbeln sich jeweils dann maximal aneinander annähern, wenn sie sich durch die die Drehachsen der Kur belwellen enthaltende Ebene hindurch bewegen.

Der radiale Abstand a zwischen den Lagern 12 und 14 bzw. den Kurbelwellen 4 und 6 ist im dargestellten Beispiel kleiner als der Kurbelhub h, so daß sich die Bewegungs bahnen zweier radial benachbarter Kurbeln weit durchdringen. Wegen der insgesamt in Gestalt eines abgeflachten V vorhandenen Ausbildung der Kröpfungen der Kurbelwel len, wobei die Kurbelwangen 16 und 18 die Schenkel des V bilden und die abgeflachte Basis des V die Kurbel 20 bildet, führt diese Durchdringung trotz der gegensinnigen und zueinander symmetrischen Drehung der Kurbelwellen zu keiner gegenseitigen Be hinderung. Wie aus den Figuren unmittelbar ersichtlich, überlappen sich die Bewe gungsbahnen der beiden Kurbeltriebe, sobald der Abstand a kleiner ist als das Doppelte des Hubs h zuzüglich des Durchmessers der an den Kurbelwellen gelagerten Pleuelau gen. Eine Untergrenze für den Abstand a ist durch den Durchmesser des Pleuelauges (nicht im einzelnen dargestellt) gegeben.

Gemäß den Figuren oberhalb der Kurbelwellen 2 und 4 arbeitet in einem Zylinder 22 ein Kolben 24, dessen Bewegungsbahn mit der Längsmittelebene A-A der Maschine zusammenfällt. Unterhalb der Kurbelwellen arbeiten in Zylindern 26 zwei Kolben 28, deren Bewegungsbahnen ebenfalls in der Mittelbahn A-A der Maschine liegt und die von der Bewegungsbahn des Kolbens 24 beidseitig gleich weit entfernt sind. Der Kol ben 24 ist über ein Hilfspleuel 30 mit einer Zwischenwelle 32 verbunden. Die Kolben 28 sind über Hilfspleuel 30 mit einer Zwischenwelle 34 verbunden. Die Lagerung der Hilfspleuel 30 in den Kolben kann an sich bekannter Art sein, d. h. ein Verschwenken des Kolbens um einen in dem Kolben gelagerten Kolbenbolzen zulassen. Ebenso läßt die Lagerung der Hilfspleuel 30 an den Zwischenwellen 32 und 34 ein Verschwenken der Hilfspleuel um die Zwischenwelle 32 bzw. 34 zu.

Die Zwischenwellen 32 und 34 sind vorzugsweise ohne Führung an einem Maschinen gehäuseteil mit den axial äußeren Kurbelwellen verbundenen Pleueln gelagert. Genauer ist die Zwischenwelle 32 über Pleuel 40 und 42 mit den äußeren Kurbeln der Kurbel welle 4 verbunden und über ein Pleuel 44 mit der mittleren Kurbel 20 der anderen Kur belwelle 6 verbunden. Das Pleuel 44 ist an seinen der Zwischenwelle 32 zugewandten Ende gegabelt und weist zwei Lager für die Zwischenwelle 32 auf, zwischen denen die Lagerung des Hilfspleuels 30 erfolgt.

Ähnlich ist die Zwischenwelle 34 über Pleuel 50 und 52 mit den äußeren Kurbeln der Kurbelwelle 6 verbunden und über ein Pleuel 54 mit der mittleren bzw. inneren Kurbel der Kurbelwelle 4 verbunden. Wie aus den Figuren unmittelbar ersichtlich, ergibt sich dadurch eine symmetrische Führung der zu den Kurbelwellen parallelen Zwischenwel len 32 und 34, die sich in der Längsmittelebene A-A auf und abwärts bewegen und die Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Kurbelwellen umwandeln, ohne daß auf die Kolben Seitenkräfte ausgeübt werden.

Mit der Erfindung werden neben der seitenkraftfreien und dadurch reibungsarmen Füh rung der Kolben zahlreiche weitere Vorteile erzielt:
Die Kolben können hinsichtlich ihrer Bauhöhe erheblich reduziert werden. Weiter kön nen die Materialien für die Kolben und die Zylinderlaufbuchsen den verminderten Rei bungskräften in vorteilhafterweise angepaßt werden. Einbauspiele können vermindert werden, was auf die Verdichtung und das Emissionsverhalten vorteilhafte Auswirkun gen hat. Die Zylinderkühlung kann wegen des weitgehenden Entfalls der Zylinderwand reibung vermindert werden.

Die Erfindung, die vorstehend an einem Beispiel beschrieben wurde, kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise sind die Zwischenwellen und Hilfspleuel nicht zwingend, sondern es könnten die mit der Kurbelwelle verbundenen Pleuel durch entsprechende Formgestaltung unmittelbar in den Kolben gelagert werden. Des weite ren könnten die Hilfspleuel starr mit den Kolben und/oder den Zwischenwellen verbun den sein. Die Zwischenwellen könnten an ihren Stirnenden in entsprechenden linearen Führungen des Motorgehäuses zusätzlich geführt sein. Die Synchronisierung der Kur belwellen könnte über andere Antriebe als Zahnradpaare folgen. Zwischen den einzel nen Kröpfungen der Kurbelwellen können Kurbelwellenlager entfallen. Weiter könnten die Kurbelwellenlager zueinander axial versetzt sein, um den Achsabstand weiter zu vermindern. Die Zwischenwellen können gerade oder gekröpft oder sonstwie anders ge formt sein. Die Verbindung von den Pleueln und den Hilfspleueln zu der Zwischenwelle kann von der Kurbelwellenseite oder von der Hilfspleuelseite her kraftschlüssig oder formschlüssig oder in an sich bekannter Weise als Lager ausgeführt werden. Der axiale Abstand zwischen den Kurbelwellenlagern kann größer oder noch kleiner als in den Fi guren gezeichnet sein, wobei eine Obergrenze für eine Überlappung der Bewegungs bahnen ein Abstand kleinergleich dem doppelten Kurbelhub ist.

Es besteht die Möglichkeit, zahlreiche Zwischenwellen und Pleuel und Kolben mit Hilfspleuel miteinander zu kombinieren. Die Kurbelwellen können länger als darge stellt, ausgeführt sein und mehrere Kröpfungen aufweisen, so daß weitere Zylinder mit geeigneter Zündfolge darstellbar sind. Sich gegenüberliegende Kolben können linear zueinander ausgerichtet sein, so daß sich die Zylinder mit ihren Achsen genau gegenü berliegen, wodurch der Massenausgleich in vorteilhafter Weise beeinflußt wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

2

Kurbelgehäuse

4

Kurbelwelle

6

Kurbelwelle

8

Zahnrad

10

Zahnrad

12

Lager

14

Lager

16

Kurbelwanne

18

Kurbelwanne

20

Kurbel

22

Zylinder

24

Kolben

26

Zylinder

28

Kolben

30

Hilfspleuel

32

Zwischenwelle

34

Zwischenwelle

40

Pleuel

42

Pleuel

44

Pleuel

50

Pleuel

52

Pleuel
a Lagerabstand
h Kurbelhub

Claims

1. Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, enthaltend
wenigstens einen in einem Zylinder (22, 26) hin- und her beweglichen Kolben (24, 28), zwei in einer zur Bewegungsrichtung des Kolbens etwa senkrechten Ebene und auf Geraden, die von einer die Bewegungsrichtung des Kolbens schneidenden Geraden etwa gleich weit entfernt sind, gelagerte, einander entgegengerichtet und mit gleicher Drehzahl drehende Kurbelwellen (4, 6) und
wenigstens ein Pleuel (40, 42, 44, 50, 52, 54) zwischen je einer Kurbelwelle und dem Kolben, welche Pleuel derart symmetrisch zur Bewegungsrichtung des Kolbens an den Kurbelwellen und dem Kolben gelagert sind, daß der Kolben sich im Zylinder zumindest annähernd seitenkraftfrei bewegt, wobei wenigstens ein Pleuel des Kolbens mit einer Kurbel der einen Kurbelwelle und wenigstens ein anderes Pleuel des Kolbens mit einer Kurbel der anderen Kurbelwelle verbunden ist, welche Kurbeln, wenn sie sich in einer zur Bewegungsrichtung des Kolbens senkrechten Ebene befinden, um 180° zueinander versetzt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kurbelwellen (4, 6) mit mehreren Kröpfungen derart ausgebildet und mit einem gegenseitigen Abstand (a) derart gelagert sind, dass durch die Kröpfungen gebildete, zu verschiedenen Kurbelwellen (4, 6) gehörende benachbarte Kurbeln (20) in gemeinsamen, senkrecht zu den Drehachsen der Kurbelwellen gerichteten Ebenen umlaufen und sich die Bewegungsbahnen der Kurbeln durchdringen.

2. Kurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Richtung senkrecht zu den Drehachsen der Kurbelwellen (4, 6) benachbarte Kurbeln sich jeweils beim gleichzeitigen Hindurchbewegen durch eine zur Bewegungsrichtung des Kolbens (24, 28) senkrechte und die Achsen der Kurbelwellen (4, 6) enthaltende Ebene maximal aneinander annähern.

3. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kröpfungen (16, 18, 20) der Kurbelwellen (4, 6) die Gestalt eines abgeflachten V haben.

4. Kurbeltrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelhub h der Kurbelwellen (4, 6) größer ist als ihr radialer Lagerabstand a.

5. Kurbeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit in einer Richtung senkrecht zu den Drehachsen der Kurbelwellen (4, 6) benachbarten Kurbeln der Kurbelwellen (4, 6) Pleuel verbunden sind, die zu sich etwa in der gleichen Ebene auf zueinander entgegengesetzten Seiten der Kurbelwellen bewegenden Kolben (24, 28) gehören.

6. Kurbeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zu einem Kolben (24) führenden Pleuel (40, 42, 44; 50, 52, 54) an einer zur Kurbelwelle parallelen Zwischenwelle (32, 34) gelagert sind, welche Zwischenwelle mit dem Kolben über wenigstens einen Hilfspleuel (30) verbunden ist.

7. Kurbeltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellen (4, 6) beidseitig einer mittleren Kröpfung um 180° versetzte äußere Kröpfungen haben, daß jede von zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwellen angeordneten Zwischenwellen (32, 34) über Pleuel (40, 42; 50, 52) mit den äußeren Kröpfungen je einer Kurbelwelle und über ein weiteres Pleuel (44; 54) mit der mittleren Kröpfung der jeweils anderen Kurbelwelle verbunden ist.

8. Kurbeltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Zwischenwelle (32) über ein Hilfspleuel (30) mit Kolben (24) verbunden ist, dessen Bewegungslinie die Bewegungsbahn der mittleren Kröpfung schneidet, und daß die andere Zwischenwelle (34) über je ein Hilfspleuel (30) mit je einem von zwei Kolben (28) verbunden ist, deren Bewegungslinien von der des einen Kolbens gleich weit entfernt sind.