DE19642883A1 - Hubkolben-Maschine, bei der Kolbenhub und Zylinder-Hubraum verstellbar sind - Google Patents

Description

Bekanntes: Herkömmliche Hubkolbenmaschinen arbeiten entsprechend ihren jeweiligen technischen Auslegungen als "Kurzhuber" bis hin zum "Langhuber" mit jeweils konstruk­ tiv definitiv festgelegten Kolbenhüben und Zylinderhub­ räumen.

Die sich daraus ergebenden Drehmomente, Kompressionen und Drehzahlen sind maßgebend für die Verwendbarkeit dieser Maschinen, wobei die Spielräume für diese Verwendbarkeiten relativ klein sind.

Sollen solche Maschinen in unterschiedlichen Einsatzgebie­ ten und Belastungsbereichen arbeiten, so müssen ihnen in­ folge ihrer relativ eng begrenzten Leistungs-Elastizität entsprechende Getriebe zwischen anzutreibender und antrei­ bender Maschine zwischengeschaltet werden, um auf diesem Wege diesen Mangel an Verwendbarkeit auszugleichen. Hubkolben-Maschinen, bei denen Kolbenhub und/oder Zylinder­ hubraum diesen oben genannten Mangel durch entsprechende Verstellbarkeit aus gleichen können, sind bisher nicht be­ kannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Bau von Maschinen zu er­ möglichen, bei denen durch Verstellen des Kolbenhubes und/oder des Zylinder-Hubraumes Drehmomente, Kompressionen und Drehzahlen den jeweiligen Belastungen entsprechend einge­ stellt werden können.

Neues: Die Lösung dieser Aufgabe wird hier durch das Spreizen bzw. Neigen der Kurbelarme (Fig. 1a mit Fig. 3c) und/oder durch die Verschiebbarkeit des Zylinders ZYL (Fig. 4) entlang seiner Zylinderachse ZYLA erreicht.

Fig. 1a und Fig. 1b zeigen die Kurbelarm-Spreizung Y im Bereich der Kurbelwellenteile KWT' und KWT'';

Fig. 2a und Fig. 2b zeigen die Kurbelarm-Spreizung Y im Bereich des Kurbelbolzens KUB;

Fig. 3a mit Fig. 3c zeigen die einhüftige Kurbel mit den sich parallel miteinander neigenden Kurbelarmen KA' und KA''.

Ferner zeigen die

Fig. 1a die Form der Langhub-Stellung;

Fig. 1b die Form der Kurzhub-Stellung;

Fig. 2a die Form der Langhub-Stellung;

Fig. 2b die Form der Kurzhub-Stellung;

Fig. 3a die Form der Langhub-Stellung;

Fig. 3b die Form der Kurzhub-Stellung;

Fig. 3c die Form der Kurzhub-Stellung;

Fig. 4 zeigt die Verstellbarkeit von Hubraum und Kompres­ sion durch Senken bzw. Heben des Zylinders ZYL um den Wert Z entlang der Zylinderachse ZYLA.

Fig. 5 zeigt schematisch dargestellt eines der vielen An­ wendungsbeispiele, hier einen luftgekühlten Einzylinder-Viertakt-Brenn­ kraft-Motor.

Die Zeichnung stellt links von der senkrechten Zylin­ derachse ZYLA die Maschine in Langhub-Stellung, rechts von ZYLA in Kurzhub-Stellung dar.

Die beiden Kurbelwellenteile KWT' und KWT'' werden mittels der Kurbelwellenschaltung KWSGH - per Öldruck - in die ge­ wünschte Stellung gebracht.

Die beiden Kurbelwellenteile KWT' und KWT'' gleiten hierzu sowohl im axialen wie im radialen Sinne in den kurbelwellenlagern KWL' und KWL''.

Die beiden Kurbelwellenteile KWT' und KWT'' tragen (im Mo­ torgehäuse)jeweils eine Schwungscheibe (SCHW' und SCHW''), ferner sind die Kurbelwellenteile KWT' und KWT'' als Hohl­ wellen mit Axial-Verzahnung ausgebildet.

In diese beiden Hohlwellen können entsprechend ausgebil­ dete Steckachsen eingeschoben werden, die als Ab- oder Antriebswellen für Maschinen dienen.

X zeigt das Maß der Veränderung des Kolbenhubes,
Y zeigt das Maß der Veränderung der Kurbelarm-Spreizung.

Z ist das Maß der Verschiebung des Zylinders ZYL entlang der Zylinderachse ZYLA.

OT' und OT'' sind die erreichbaren "Oberen Totpunkte".

Durch die Verschiebung Z wird der Zylinder-Hubraum hin­ sichtlich der Kompression und hinsichtlich des jeweils ge­ gebenen OT eingestellt.

Die Zylinderverschiebung Z parallel zur Zylinderachse ZYLA wird bei dem dargestellten Beispiel mittels mehrerer, ring­ förmig angeordneter hydraulischer Schub/Zug-Zylinder HYZ bewirkt.

Das System der spreiz- bzw. neigbaren Kurbelarme KA kann im Prinzip der Konstruktion praktisch aller Hubkolben-Ma­ schinen zugrunde gelegt werden, einerlei, ob es sich dabei um antreibende- Maschinen, wie z. B. Brennkraft-Hubkolben-Mo­ tore, oder um anzutreibende Maschinen, wie z. B. Hubkolben- Kompressoren handelt.

Besonders eignen sich hierzu Einzylinder-, Boxer- und Stern­ motore bzw. Maschinen.

BezugszeichenlisteKWA Kurbelwellenachse;
KWT '+'' Kurbelwellenteile '+'';
KA '+'' Kurbelarme '+'';
KWL '+'' Kurbelwellen-Lager '+'';
KUB Kurbelbolzen;
SCHW Schwungscheiben '+'' ;
KWSCH Kurbelwellen-Schaltung;
ZYL Zylinder;
ZYLA Zylinderachse;
HYZ Hub-und Zug-Zylinder (hydraulisch);
X Maß der Veränderung des Kolbenhubes;
Y Maß der Kurbelarm-Spreizung bzw. Neigung;
Z Maß der Veränderung des Zylinder-Hubraumes;
OT' bzw. OT'' sind die erreichbaren "Oberen Totpunkte".

Claims (4)

1. Hubkolben-Maschine, bei der Kolbenhub und Zy­ linder-Hubraum verstellbar sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Maschine eine Kurbel­ welle KW hat, die aus mehreren mit einander gelenkig, verschiebbar und kraftschlüssig verbundenen Teilen so zusammengesetzt ist (Fig. 1a, Fig. 1b und Fig. 5), daß sie eine Gesamt-Kurbelwelle darstellt, deren Einzeltei­ le KWT' + KA' + KUB + KA'' + KWT'' in der Langhub-Stellung rechtwinkelig zueinander ste­ hen und der Gesamt-Kurbelwelle dabei den größten Kurbelhub und ein entsprechend hohes Dreh­ moment geben,
oder daß durch das Auseinanderbewegen der bei­ den Teile KWT' und KWT'' auf ihrer gemeinsamen Kurbelwellenachse KWA die beiden Kurbelarme KA' und KA'', in deren Außengelenken der Kurbelbol­ zen KUB gelagert ist, eine zueinander geneigte Spreizstellung einnehmen, wodurch sich der Kurbel­ bolzen KUB der Kurbelwellenachse KWA parallel nä­ hert, dadurch Kolbenhub und Drehmoment entspre­ chend abnehmen und die Maschine im Verlauf zuneh­ mender Spreizung Y die Eigenschaften der Kurzhub- Stellung annimmt, jedoch die Kurzhub-Stellung bzw. die Langhub-Stellung jederzeit gewechselt werden können.

2. Hubkolben-Maschine, nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Maschine eine Kurbelwelle hat (Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 5), die aus meh­ reren mit einander gelenkig, verschiebbar und kraftschlüssig verbundenen Teilen so zusammenge­ setzt ist, daß sie eine Gesamt-Kurbelwelle darstellt, deren Einzelteile KWT'+ KA' + KUB + + KA'' + KWT'' in der Langhub-Stellung recht­ winklig zueinander stehen und der Gesamt-Kurbel­ welle dabei den größten Kolbenhub und ein ent­ sprechend hohes Drehmoment geben,
oder daß durch das Auseinanderbewegen der bei Außengelenke der Kurbelarme KA' und KA'' auf dem (langen) Kurbelbolzen KUB eine auseinan­ dergehende Spreizung der Kurbelarme KA' und KA'' entsteht, wodurch sich der Kurbelbolzen KUB der Kurbelwellenachse KWA parallel nähert, dadurch Kolbenhub und Drehmoment entsprechend abnehmen und die Maschine im Verlauf zunehmender Sprei­ zung Y die Eigenschaften der Kurzhub-Stellung annimmt, jedoch die Kurzhub-Stellung bzw. die Langhub-Stellung jederzeit gewechselt werden können.

3. Hubkolben-Maschine, nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine einhüftig gelagerte Kurbelwelle KW hat (Fig. 3a, Fig. 3b, Fig. 3c), die aus mehreren miteinander gelenkig, verschiebbar und kraftschlüssig verbun­ denen Teilen so zusammengesetzt ist, daß sie ei­ ne Gesamt-Kurbelwelle KW darstellt, deren Einzel­ teile KW, KA', KA'' und KUB parallelogrammartig einander so zugeordnet sind, daß bei rechtwinke­ liger Stellung dieser Einzelteile zueinander sich eine Langhub-Stellung mit hohem Hub und hohem Drehmoment,
bei Parallelverschiebung der o.g. Einzelteile sich eine Kurzhub-Stellung mit entsprechend nie­ derem Hub und niederem Drehmoment ergibt und der Kurbelbolzen KUB aus dieser Kurbelwellen-Konstruk­ tion einhüftig herausragt, so daß auch hier die Veränderung von Kolbenhub und Drehmoment mit­ tels Winkelveränderung der Kurbelarme KA' und KA'' zu den Achsen von KW und KUB erreicht wird.

4. Hubkolben-Maschine, nach den Ansprüchen 1 mit 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine (Fig. 4 und Fig. 5) einen (mehrere) Zylin­ der ZYL hat, dessen (deren) Achse(n) ZYLA senk­ recht zur Kurbelwellenachse KWA steht (stehen) und daß der (die) Zylinder ZYL mittels einer Vorrichtung mit dem Maschinengehäuse so verbun­ den ist (sind), daß er (sie), entlang seiner (ihrer) Zylinderachse(n) ZYLA um den Wert Z ver­ schiebbar ist (sind), so daß der (die) Zylinder­ kopf (Zylinderköpfe) in jene Lage zu den Oberen Totpunkten OT' bzw. OT'' der Maschine(n) gebracht werden kann (können), die sowohl zur Er­ zeugung des (der) gewünschten Zylinder-Volumens (Zylinder-Volumina), als auch zur Einstellung der gewünschten Kompression (Kompressionen) erfor­ derlich ist (sind).