DE1817123C3 - Axialkolbenmaschine mit mehreren Kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit mehreren Kolben, insbesondere Zweitakt-Brennkraftmaschine in 6-Zylinder-GegenkoIbenanordnung, deren Kolben parallel zur Längsachse des Motors in einem feststehenden Zylinderblock geführt und mit mindestens einem die Fußlager der Pleuelstangen tragenden Taumelring verbunden sind, welcher über Wälzlagerelemente in einer fest mit einer geraden, zentralen Welle verbundenen und eine Nabe aufweisenden Taumelscheibe geführt ist, wobei der Taumelring von einer Vorrichtung relativ zum Zylinderblock drehfest gehalten wird.

Bei einem bekannten Axialkolbenmotor (DE-PS 93 783), bei dem die Motorwelle durch die Nabe der Taumelscheibe hindurch nach außen geführt ist, bestehen erhebliche Schwierigkeiten sowohl für die Montage des Taumelscheibengetriebes und der damit verbundenen Kolbenstangen bzw. Kolbenstangen als auch für die beanspruchungsgerechte Ausbildung der Motorwelle.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Axialkolbenmaschine mit mehreren Kolben eine Verbindung der Welle mit dem Taumelscheibengetriebe zu schaffen, bei der unter gleichzeitig optimaler Verkürzung der Welle die Pleuelfußlager im Taumelring bei zur Wellenachse senkrechter Anordnung der durch die Pleuelschwenkpunkte verlaufenden Ebene montiert werden können.

Demgemäß besteht die Erfindung in einer Axialkolbenmaschine der eingangs definierten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stirnflächen der Nabe der Taumelscheibe auf ihrer dem Zylinderblock zugewandten Seite eine in Betriebslage senkrecht zur Wellenachse angeordnete Paßfläche aufweist und mit dieser innerhalb des Wellenquerschnitts mittels axial angeordneter, zu der dem Zylinderblock abgewandten Seite der S Nabe reichender, unabhängiger Befestigungsmittel (z. B. Schrauben) gegen die Stirnseite der Welle angespreßt zu verbinden ist

Erfindungsgemäß wird dadurch bei Axialkolbenmaschinen eine wesentlich einfachere Montage der Kolben

ίο und ihrer Pleuelstangen in dem engen Raum zwischen dem Zylinderblock einerseits und dem Taumrelring sowie der Taumelscheibe mit der Motorwelle andererseits erreicht, weil diese Teile zunächst wegen der verkürzten Welle weitgehend unabhängig von der Motorwelle bewegbar sind, und erst nach endgültiger Anordnung an der Motorwelle fixiert werden. Ein entscheidender Vorteil liegt insbesondere darin, daß kein zusätzlicher Montageraum zwischen dem Taumelscheibengetriebe und dem Zylinderblock notwendig ist, so daß die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine einerseits kompakter und mit vermindertem Konstruktionsgewicht ausgebildet sein kann und andererseits eine deutlich kürzere Motorwelle besitzt, auf welche sich die Zylinderraumkräfte nur mit kürzerem Hebelärm bzw. geringerem Biegemoment auswirken können, so daß sämtliche mit einer auf die Motorwelle ausgeübten Biegebelastung zusammenhängenden Beanspruchungen, insbesondere auch Schwingungsbelastungen, wesentlich reduziert bzw. vermieden werden und

jo die Geräuschbildung verringert wird. Darüber hinaus wird die Leistungsfähigkeit und die Drehzahl der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine erhöht, und es werden günstigere Verschleißwerte sowie eine längere Lebensdauer aufgrund des erschütterungsärmeren Laufs sowie schließlich auch eine einfachere Einbaubefestigung der Maschine erzielt. Aus Kostengründen kann die Motorwelle als einfacher Zylinder hergestellt sein.
Um den Kraftabtrieb noch weniger durch Schwingungen der Motorwelle zu beeinträchtigen, kann beispielsweise innerhalb der Welle nahe der Anlage der Taumelscheibe eine Kraftabtriebs-Vorrichtung in der Nähe eines ihr benachbart liegenden Radiallagers angeordnet sein. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Motorwelle infolge ihrer verkürzten Länge lediglich in jeweils einem auf der Zylinderblockseite des jeweiligen Taumelscheibengetriebes angeordneten Radiailager gelagert ist.
Ein einfaches Beispiel für eine solche Kraftabtriebs-Vorrichtung ist eine Steckwelle, welche in der mit einem eine Winkelbewegung zulassenden Spiel angeordnet ist. Bei der bevorzugten Ausführung als Zweitakt-Brennkraftmaschine in 6-Zylinder-Gegenkolbenanordnung und den damit gegebenen insgesamt 12 Zylindern ergibt sich ein besonders schwingungsfreier Motorlauf, weil das resultierende Drehmoment stets positiv bleibt und auch geringeren Schwankungen unterliegt Die kompakte Anordnung ist auch im Kraftfahrwesen allgemein anwendbar.

Die Erfindung wird nachstehend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen im

einzelnen und mit den jeweiligen Vorteilen beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2

durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine am Beispie! eines 6-Zyünder-Gegenkolbenmotors,

Fig.2 eine Ansicht eines im Taumeltriebwerk eingelagerten Taumelrings mit einer Vorrichtung zur

drehfesten Halterung des Taumelrings mit Pleuelfußlagern, wobei links und rechts der Schnittlinie A-A verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Taumelrings dargestellt sind,

Fig.3 eine erfindungsgemäß verwendbare Gegenkolbenanordnung mit jeweils außenliegenden Taumeltriebwerken,

Fig.4 einen Längsschnitt durch einen gesamten Kolbenmotor mit Taumelscheibengetriebe, dessen Taumelringe jeweils mittels Zahnkranzsätzen drehfest gehalten sind.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Kolbenmotor wird dessen Zylinder 2 in einem Zylinderblock 3 achsparallel um eine Welle 1 kreisförmig angeordnet Diese Anordnung der Zylinder 2 bietet den Vorteil geringen Raumbedarfs und einer weitgehenden Geräuschminderung dadurch, daß eine Schwingungsanregung des Motorgehäuses insbesondere des Zylinderdeckels und der sich bei herkömmlichen Motoren urter der Kurbelwelle befindlichen ölwanne vermieden wird. Das gilt insbesondere für die Ausführung des Kolbenmotors als Zweitakt-Brennkraftmaschine in 6-Zylinder-Gegenkolbenanordnung, d. h. mit insgesamt 12 Kolben.

Die Welle 1 ist hierzu zweifach und damit statisch bestimmt gelagert, und zwar in zentral zum Zylinderblock 3 liegenden Radiallagern 48, die auch innerhalb des Zylinderblocks 3 selbst angeordnet sein können. Die Welle 1 ist zudem mit extrem großen Durchmessern ausgeführt, um die Biegeschwingungen der Welle 1 bzw. Verklemmungen innerhalb ihrer Radiallager 48 infolge der Kolben- und Massenkräfte zu vermindern. In dieser Gestaltung kann die Welle 1 für große Motorleistungen aus Leichtmetall, z. B. sogar einer Aluminium-, Beryllium-, Magnesium- oder Titanlegierung bestehen, und zwar selbst dann, wenn sie als Hohlwelle mit verhältnismäßig geringer Wandstärke ausgebildet ist

Bei Ausführung des Kolbenmotors in Gegenkolbenanordnung gemäß F i g. 3 geht die Welle 1 zentral durch den Zylinderblock 3 hindurch und bildet mit den jev» eils endseitig angebrachten Taumeltriebwerken Tein in sich geschlossenes Kräftesystem, wobei selbst bei vertikal stehendem Motor die Radiallager 48 nur von den sich drehenden bzw. taumelnden Teilen belastet werden. Das bei horizontaler Lage des Motors vorliegende Belastungsdiagramm der Welle 1 ist im oberen Teil der « F i g. 3 schematisch dargestellt

An dem bzw. den aus dem Zylinderblock 3 herausragenden endseitigen Stutzen der Welle 1 ist möglichst nahe am Zylinderblock 3 ein Taumeltriebwerk T starr befestigt Bei Ausführung als Gegenkolbenmotor ist der vorstehend beschriebene, extrem große Durchmesser der Welle 1 vor allem auch deshalb besonders vorteilhaft, weil sie beim Zusammenbau des Motors einfach durch den Zylinderblock 3 hindurchgesteckt wird und das Taumeltriebwerk Tonne zusätzliche ss Flansche an einer Paßfläche der Welle 1 (an Stirnseite S dieser Welle 1) sicher befestigt werden kann. Dadurch kann auch das aus dem Zylinderblock 3 herausragende Ende der Welle 1 und der das Biegemoment mitbestimmende Abstand zwischen einem der Radiallager 48 und dem Zentrum des Taumeltriebwerks T extrem kurz gehalten werden. Bei Ausführung der Welle 1 als Hohlwelle wird das Taumeltriebwerk Γ mit seiner Taumelscheibe 4 mittels Schrauben 45 an einer an der Stirnseite 5 versenkt befestigten Ringplatte 7 befestigt, wobei eine Steckwelle 8 innerhalb der Hohlwelle in ein dort angebrachtes Halterungselement 9 greift, die durch die RinsDlatte 7 und die Taumelscheibe 4 zentrisch mit großem Spiel hindurchgeführt ist womit eventuell Biegeschwingungen des Wellenendes sich nicht auf die Steckwelle 8 übertragen können.

Die Steckwelle 8, von der das Drehmoment des Motors abgenommen wird, kann aber auch in der Nabe der Taumelscheibe 4 direkt angebracht sein, wobei die Taumelscheibe 4 z.B. durch eine nicht dargestellte Anordnung von durchgehenden Spannschrauben auf der Stirnseite der Welle 1 bzw. der Stirnfläche 9a des Halterungselementes 9 angebracht sein kann. Bei Gegenkolbenausführung kann diese Befestigung auch über eine durch die Hohlwelle hindurchgehende Schrauben-Anordnung in zusätzlich versteifend verspannter Form erfolgen. Die erleichterte Zentrierung übernimmt eine Zentrierschulter 6 und/oder ein Paßstift 46, der zugleich auch die Einstellung der exakten Drehwinkelstellung der Taumelscheibe 4 auf der Welle 1 erleichtert Die Schrauben 45 können auch bis zum Halterungselement 9 hindurchgehen. Auf diese Weise ist die Taumelscheibe 4 in festem Reibschluß mit der Stirnseite 5 der Welle 1 verbunden und auch die Tatsache vorteilhaft genutzt daß die Biegebeanspruchungen der Welle 1 bei Taumeltriebwerken dieser Art mit der Taumelscheibe 4 zusammen umlaufen.

Innerhalb der Taumelscheibe 4 ist ein gegenüber den Zylindern 2 drehfest gehaltener Taumelring 10 angeordnet der über ein Axialführungsgelenk 13 von einer Halterungsvorrichtung drehfest gehalten wird, die um die Stirnseite 5 der Welle 1 angeordnet und relativ zu den Zylindern 2 drehfest abgestützt ist

Diese Halterungsvorrichtung ist an ihrem zur Taumelscheibe 4 hin liegenden, das Axialfühp.ingsgelenk tragenden Ende zumindest begrenzt radial bewegbar, um eine zwangsfreie Halterung des Axialführungsgelenkes 13 zu gewährleisten, so daß das Axialführungsgelenk 13 eventuellen kleinen Gegenbewegungen aus dem Kraftübertragungssystem zwischen dem Taumelring 10 und der Taumelscheibe 4 gegenüber radial ausweichen kann. Das bedeutet erhöhte Lebensdauer und vereinfachte Herstellung.

Gemäß Fig.3 sind die Kräfte der zwischen den Kolben stattfindenden Verbrennung symmetrisch nach beiden Seiten über die Taumelrotationsscheiben 4 und über die in der. Lagern 48 gelagerte starke Welle kurzgeschlossen. Da die Kolben parallel zur Welle laufen, üben sie keine Drücke auf die Lagerung 48 aus. Das Motorgehäuse wird daher nicht mehr zur Schallabstrahlung angeregt so daß der bisherige Hauptanteil des Verkehrslärms entfällt.

Der die Pleuelfußpfanne 39 haltende Deckel, der ein einfacher Sprengring 36 sein kann, ist derart dimensioniert daß die lichte Weite seines oberen Rings 38 dem Außendurchmesser der Pleuelfußpfanne 39 entspricht, so daß diese bei der Montage ohne weiteres in den Deckel 36 senkrecht eingesetzt werden kann und nach der Montage von dem Ring 38 durch ihren der Taumelbewegung des Taumelrings 10 entsprechenden Arbeitskreis in ständigem Eingriff gehalten wird. Dafür kann der Außendurchmesser der Pfanne 39 jedenfalls so viel kleiner sein als die lichte Weite des oberen Rings 38, daß bei dem von der Pfanne 39 im Betrieb bestrichene Arbeitskreis die Pfanne 39 wenigstens noch teilweise vom Lagerring 37 übergriffen wird, wobei zu berücksichtigen ist daß bei dem beschriebenen Taumeltriebwerk Zugkräfte auf das Pleuelfußlager 12 ohnehin kaum auftreten und der Deckel 36 bzw. sein Lagerring 37 entsprechend schwach dimensioniert sein können.

Bei der in Fi ε. 3 dargestellten Gegenkolbenanord-

nung, bei der die Antriebswelle im Zylinderblock gelagert ist, während sich die Taumeltriebwerke beidseits außerhalb des Zylinderblocks 3 befinden, wurde ein außerordentlich gleichförmiges Drehmoment festgestellt.

Es tritt bei leiativ geringem Mehraufwand, der sich durch die Montage eines zweiten Taumeltriebwerkes ergibt, eine nahezu zweifache Leistungssteigerung bei halbem Raumbedarf und unter Vermeidung von doppelter Anbringung der Zubehöraggregate auf.

Die koaxial kreisförmige Anordnung der Zylinder d beschriebenen Kolbenmotors und die ebenfalls kreisfö mige Konfiguration des Taumeltriebwerkes lassen d Auslegung eines Gegenkolbenmotors zu, der in optim kompakter Bauweise mit entsprechend niedrige gegenüber dem normalen, etwa halbem Leistungsg wicht arbeitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Axialkolbenmaschine mit mehreren Kolben, insbesondere Zweitakt-Brennkraftmaschine in 6-Zylinder-Gegenkolbenanordnung, deren Kolben parallel zur Längsachse des Motors in einem feststehenden Zylinderblock geführt und mit mindestens einem die Fußlager der Pleuelstangen tragenden Taumelring verbunden sind, welcher über Wälzlagerelemente in einer fest mit einer geraden, zentralen Welle verbundenen und eine Nabe aufweisenden Taumelscheibe geführt ist, wobei der Taunelring von einer Vorrichtung relativ zum Zylinderblock drehfest gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche der Nabe (4a) der Taumelscheibe (4) auf ihrer dem Zylinderblock (3) zugewandten Seite eine in Betriebslage senkrecht zur Wellenachse angeordnete Paßfläche aufweist und mit dieser innerhalb des Wellenquerschnitts mittels axial angeordneter, zu der dem Zylinderblock (3) abgewandten Seite der Nabe (Aa) reichender, unabhängiger Befestigungsmittel (z. B. Schrauben 45) gegen die Stirnseile (5) der Welle (1) angespreßt zu verbinden ist

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Welle (1) eine Kraftabtriebs-Vorrichtung in der Nähe eines ihr benachbart liegenden Radiallagers (48) angreift

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftabtriebs-Vorrichtung eine Steckwelle (8) ist, welche in der Welle (1) mit einem eine Winkelbewegung zulassenden Spiel angeordnet ist.