DE2908333A1

DE2908333A1 - Hubkolbenmaschine, insbesondere als brennkraftmaschine

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Publication number: DE2908333A1
Application number: DE19792908333
Authority: DE
Inventors: Manfred Uellenberg; Klaus Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-03
Filing date: 1979-03-03
Publication date: 1980-09-18

Description

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Manfred Uellenberg, 5600 Wuppertal

Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, vorzugsweise als Brennkraftmaschine, mit wälzgelagertem Doppelexzenterscheiben-Kurbeltrieb und Fluchtfehler ausgleichen den Kolbenpaaren mit Schmierölinnenkühlung auf gemeinsamen, sich nur in Richtung der Kolbenachse bewegender Kolbenstangen in kostengünstiger, gedrungener und leichter Bauweise.

Durch die Deutschen Patentschriften Nr. 14-51923 Kr. 2216809 sind Maschinen mit Exzenterscheiben-Kurbeltrieb und starr miteinander verbundenen Kolbenpaaren bekannt geworden, wobei letztere durch die in den Kolbenstangen angeordneten Exzenterscheiben als die fortschrittlichere Konstruktion anzusehen ist.· Vorteile dieser Bauweise sind die entfallenden Kolbenbahndrücke und damit die Vermeidung von Kolbenkippen und daraus resultierendem Verschleiß von Kolben und Zylindern, sowie die lconstruktionsbedingt kleinen Abmessungen der Maschine durch kurze Kolbenshangen, Kolben und Kurbelwelle. Nachteilig wirken sich die bauartbedingten doppelten Kräfte und Drehsahlen am Kurbelzapfen durch erhöhte Reibung auf Wirkungsgrad und Lagerlebensdauer aus, wie auch die thermische Belastung kurzer Kolben durch schlechte Wärmeabgabe an die Zylinder sich durch größeren Verschleiß bei Verwendung als Brennkraftmaschine auswirkt. Außerdem übersteigt die erforderliche FluchtGenauigkeit der sich gegenüberliegenden Kolben zur Kurbelwellenmitte bei starr verbundenen Kolben die Grenzen wirtschaftlicher Fertigungsmöglichkeiten. Darüberhinaus sind Maschinen mit einem Kurbelzapfen durch

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freiwerdende Massenkräfte nur mit Konzessionen an die Laufruhe der Maschine zu realisieren, insbesondere bei Viertaktbrennkraftmaschinen, weil ein gleichmäßiger Zündabstand nicht zu verwirklichen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zu schaffen, die durch besondere Gestaltung von Kurbelwelle, Kolbenstangen, Kolben und Gehäuse und besonderer Wahl und Anordnung von Lagern, Steuerelementen, Mitteln zur Kühlung, sowie Versorgungs- und Entsorgungsleitungen die vorgenannten Vorteile ausschöpft und die beschriebenen Nachteile weitgehenst ausräumt. Hierbei wurde insbesondere die Verwirklichung einer Viertakt-Brennkraftmaschine in kostengünstiger, raumsparender, leichter und reparaturfreundlicher Bauweise einbezogen.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich von der Längsachsenmitte der Kurbelwelle aus sich zu deren beiden Enden Kurbelzapfen erstrecken, von denen Jeder zwei Kolbenpaare gegenläufig zu den Kolbenpaaren des andern führt und dadurch die Massenkräfte der Kolbenpaare ausgleicht. Zum Ausgleich der durch die geringe Baulänge der Kurbelwelle gering bleibenden Massenmomente sind an den Kurbelwellenenden Gegengew-ichte vorgesehen, sodaß die Laufruhe der Maschine gewährleistet ist. Die Kurbelwelle, die Doppelexzenterscheiben und die Kolbenstangen aus Leichtmetall-Druckguß wurden so ausgebildet, daß bei leichter Montage und Demontage Nadellager einsetzbar sind, die unter Zugrundelegung einer vernünftigen Lebensdauer die Reibungsverluste der Maschine auf ein

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vernachlässigbares Maß herabsetzen. Kolben und Kolben- J

stangen wurden radial verschiebbar zueinander angeordnet, sodaß Fluchtfehler der sich gegenüberliegenden Zylinder ausgeglichen werden und nur für' deren einfach realisier- j

bare Planparallelität zu sorgen ist. Außerdem wurden ι

Kolben, Kolbenstange und Kolbenstangenlager so gestaltet, j

daß eine Kolbeninnenkühlung durch das Schmieröl der a

Maschine ermöglicht und damit die thermische Belastung r

der Kolben gemindert wird, sodaß die Kolben ihre kurze f-

Bauform beibehalten können. Das Gehäuse und die Zylinder- i

köpfe wurden so ausgebildet, daß sämtliche auf Gehäuse J

und Zylinderköpfe wirkende Kräfte auf eingegossene Zuganker gegeben werden, woduch möglich wird, auch hochver- ;. dichtete Dieselmaschinen mit im Druckgießverfahren kosten- ; günstig herstellbaren Gehäusen und"· Zylinderköpfen aus Leichtmetall auszustatten. Außerdem wurden.die Zylinderköpfe \mmittelbar mit dem Gehäuse verschraubt, was ermöglicht, die Zylinderbüchsen spannungsfrei mit den Zylinderköpfen zu verschrauben. Die sich aus der Bauform ergebenden ffreiräume wurden in der Senkrechten zum Einbau der Steuerungsorgane und des Ölreservoirs benutzt, in der Waagerechten sind die Versorgungs- und Entsorgungsleitungen darin untergebracht, sodaß über den oberen Steuerelementen noch Platz für Nebenaggregate bleibt, und somit eine sehr * gedrungene Bauweise ermöglicht wird." Berechnungsvergleiche zu Maschinen mit I'leueltrieb ergeben durch die verminderten Reibverluste in Zylindern und Lagern für die beschriebene Maschine einen höheren Gesamtwirkungsgrad.

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In den Zeichnungen ist die Maschine in einem Ausführungsbeispiel als luftgekühlte Acht-Zylinder-Maschine mit Bohrung 75 nun, Hub 70 mm, Hubraum 2,4-74- 1 nach dem MAN-M-Dieseiverfahren dargestellt. In dieser Ausführung messen die Breite 582 mm, die Höhe 5^0 mm und die Länge 4-30 mm über alles.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt über Kurbelwelle und Steuerwellen,

Fig. 2 eine Frontansicht mit offengeschnittenen wesentlichen Teilen,

Fig. 3 einen Längsausschnitt über Kurbelwelle und Zylinder.

Die dreifach in den Grundnadellagern 1,2 und 3 gelagerte Kurbelwelle 4-, die auf der Hälfte ihrer mittleren Grundlagerscheibe 5 geteilt, und deren Hälften über Zapfen 6 und Bohrungen 7 drehfest mit Schrauben 8 verbunden sind, oder aus einem Stück 9 gefertigt ist, erstreckt von der mittleren Grundlagerscheibe 5 aus in Richtung beider Enden je einen Kurbelzapfen 10 und 11, deren Mittenabstand zur Kurbelwellenachse gleich aber um 180 Grad versetzt ist. Die Kurbelzapfen 10 und 11 sind im Durchmesser gleich dem Außendurchmesser der Ringfedern 12, 13 und 14 und dem Innendurchmesser der Doppelexzenterscheiben-Nadelkäfige 15 und verjüngen sich an ihren Enden über den Kegel der Ringfeder 14- auf deren Innendurchmesser. Die Druckringe 16 und 17 sind mit den Kurbelzapfen 10 und 11 über Schrauben 18 verschraubt und pressen mit

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deren Spannung einen Ringfedersatz 12 und 13 und eine Ringaußenfeder 14 gegen den Kegel der Kurbelzapfen 10 und 11 und damit gegen die Bohrungsfläche 19 der Spannscheiben 20 und 21 und verbinden diese drehfest mit den Kurbelzapfen 10 und 11. Durch Schrauben 12, die Bohrung und den Zentrierbund 24- sind die Grundlagerscheiben 25 und 26 mit den Spannscheiben 20 und 21 verbunden. Die Spannscheiben 20 und 21 tragen, dem größten. Mittenabstand des jeweiligen Kurbelzapfens entgegengesetzt, ein angeschraubtes Gegengewicht 27 und 28. An der Kraftabgabeseite der Kurbelwelle 4, 9 ist mit der Grundlager scheibe 25,

der Spannseheibe 20 und dem Steuerzahnrad 29 eine Schwungscheibe 30 verschraubt, die zur Aufnahme der aus ihr resultierenden Kraft und zur axialen Festsetzung der Kurbelwelle 4, 9 ein Kugellager 31 als Festlager trägt. Auf der anderen Kurbelwellenseite ist die Grundlagerscheibe 26 und die Spannscheibe 21 mit der Keilriemenscheibe durch Schrauben 33 verbunden. Auf dem Außendurchmesser der Nadelkäfige 15 sind die Doppelexzenterscheiben 34 und 35 gelagert, deren Mittenabstände zur Bohrung gleich den Mittenabständen der Kurbelzapfen 10 und 11 zur Kurbelwellenachse sind. Jede Doppelexzenterscheibe 34, 35 trägt auf jedem ihrer beiden Exzenter 36 und 37 ein Kolbenstangen-Nadellager 38, welches von der aus miteinander durch Schrauben 39 verbundenen Halbschalen 4-0 und 4-1 hergestellten Kolbenstange umhüllt wird. Auf die Stangenseite der Kolben 4-2 sind die Stahlscheiben 4-3 geschraubt. Diese werden ebenfalls von den Halbschalen 40 und 41 umgriffen, jedoch radial verschiebbar, wobei die den axialen Druck aufnehmenden Flächen der

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Halbschalen 4-0 und 41 durch Stahlringe 44 und 45 verstärkt sind. Das Gehäusemittelteil 46 und die beiden gleichen Gehäuseaußenteile 47 und 48 nehmen je ein Grundlager 1, 2 und 5 auf. In Höhe der Lagersitze sind in die Gehäuseteile 46, 47 und 48 in Richtung der Kolbenachsen je zwei Zuganker 49 eingegossen, in Richtung der Kurbelwellenachse sind die Gehäuseteile 46, und 48 mit durchgehenden Schrauben 50 aufeinandergespannt. Die vier gleich.en Zylinderköpfe 51 sind durch Schrauben 52 mit den Zugankern 49 verbunden und spannen sie gegen die Gehäuseteile' 46, 47 und 48. Die acht gleichen Zylinderbuchsen 53 sind mit Schrauben 54 gegen die Zylinderköpfe 51 gespannt und gegen die Gehäuseteile 46, 47 und 48 mit Dichtung 55 ölundurchlässig verbunden. Mit Steuerzahnrad 29 kämmen Zwischenräder 56 und 57 und treiben die Nockenwellen 58 und 59» die über die Stößel 60, Stoßstangen 61 und Kipphebel 62 die Ventile 63 betätigen. Der Kipphebelträger 64 verhindert das Austreten von Kühlmedium aus den Zylinderköpfen 51 - Die auf den Gehäusedeckel 65 montierte Druckölpumpe 66 fördert aus dem Ölreservoir 67 Schmieröl über die im Gehäusedeckel 65 eingegossene ölkühlspirale 68 und Bohrung in die hohle Kurbelwelle 4, 9· Über Bohrung 70 werden die Grundnadellager 1, 2 und 3» über Bohrung 7I die Doppelexzenterscheiben-Nadelkäfige 15 und über Bohrung die Kolbenstangenlager 38 mit Schmieröl versorgt. Die ' Bohrungen 73 und 74 spritzen das Schmieröl auf die Kolbenunterseite, von wo es durch den Ringspalt 75 zum Reservoir 67 zurückfließen kann. Das auf die Schwungscheibe 30 montierte Radialgebläserad 76 fördert über

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die am Gehäusedeckel 77 angegossenen Leitschaufeln 78 Kühlluft in die an der Kupplungsglocke 79 ausgebildeten Spiralen 80 und von dort über Leitungen 81 und 82 zu den Zylinderkopfen 51, um diese und'die Zylinderbüchsen 53 zu kühlen. Die Ansaugkrümmer 83 und 84 und die Auspuffkrümmer 85 und 86 sind gegenüberliegend in den durch die Bauform gegebenen V-Freiräumen angeordnet. Das freie Ende der Nockenwelle 59 ist zum Antrieb von Kraftstoffeinspritzpumpe .oder Zündverteiler vorgesehen. Die Dichtungen 87 verhindern den freien Austritt von Schmieröl aus den Nadellagern 1, 23 und 38 um den Öldruck für die Innenkühlung der Kolben 42 aufrechtzuerhalten« Die Stahlringe 88 dienen ebenfalls Dichtzwecken, darüberhinaus sind sie als Anlaufscheiben für die Doppelexzenterscheiben 34 und 35 vorgesehen und überb'auen die Halsradien der Kurbelzapfen 10 und 11. Die Dichtringe.89 und 90 dichten die Maschine gegen Ölausfluß ab.

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Claims

Ansprüche

Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine, mit Doppelexzenterscheiben-Kurbeltrieb und zwei Kurbelzapfen, auf die je zwei um 90 Grad versetzt angeordnete Kolbenpaare wirken, dadurch gekennzeichnet, daß an der dreifach in Wälzlagern (1, 2 und 3) gelagerten Kurbelwelle (4, 9) von der mittleren Grundlagerscheibe (5) aus in Richtung beider Wellenenden sich je ein Kurbelzapfen (10 und 11) erstreckt, deren Mittenabstände zur Kurbelwellenachse gleich aber im Winkel von 180 Grad zueinander versetzt sind und die auf der Hälfte der mittleren Grundlagerscheibe (5) geteilt oder mit ihr aus einem Stück gefertigt sein können und: deren Enden mit den äußeren Grundlagerscheiben (25 und 26)· über gespannte Ringfedern (12 , I3 und 14·) in Spannscheiben (20 und 21) lösbar und drehfest verbunden sind, sodaß eine Wälzlagerung (15) der beiden auf den Kurbelzapfen (10 und 11) gelagerten Doppelexzenterscheiben ($4- und 35) möglich wird, wobei die Spannscheiben (20 und 21) als Träger von Ausgleichsgewichten (27 und 28) vorgesehen sind und die Doppelexzenterscheiben (34 und 35) auf ihren äußeren Lagerflächen auf Wälzlagern (38) aus Halbschalen (40 und 41) zusammengesetzte Kolbenstangen tragen.
2.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnt, daß die aus Grauguß oder Leichtmetall gefertigten Kolben (42)

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an ihrer Stangenseite mit einer harten Stahlscheibe (43) verschraubt sind, über die zwei als Halbschalen (40 und 41) ausgebildete, aus Leichtmetall-Druckguß herstellbare Kolbenstangen greifen, die den Kolben (42) radiale Bewegungsfreiheit Gänsen, wobei die axial beanspruchten Flächen der Halbschalen (40 und 41) durch harte Stahlringe (44 und 45) verstärkt und die Halbschalen (40 und 41) miteinander radial zur Kolbenachse verschraubt sind, und im Kolben (42), in der Stahlscheibe (43) und in den Halbschalen (40 und 41) Bohrungen (73 und 74) vorgesehen sind, die das Schmieröl aus dem Kolbenstangenlager (38) auf die innere Bodenseite des Kolbens (42) leiten, von wo es durch den Ringspalt (75) ungehindert zum Reservoir (67X; zurückfließen kann.
3.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine nach Ansprüchen 1 und 2 daduch gekennzeichnet, daß die drei Grundwälzlager (1,2 und 3) der Kurbelwelle (4, 9)» die mit den vier Kolbenstangenlagern (38) gleichdimensioniert sein können, in je einem Gehäuseteil (46, 47 und 48) angeordnet sind, und die dröi Gehäuseteile (46, 47 und 48) parallel zur Kurbelwelle (4, 9) miteinander durch Schrauben (50) verbunden sind und radial zur Kurbelwelle (4, 9-) in jedem Gehäuseteil (46, 47 und 48) jedes Grundlager (1, 2 und 3) einschließend, vier Zuganker (49), je zwei in 90 Grad Versetzung, eingegossen sind, die durchgehend die sich gegenüberliegenden Zylinderköpfe (51) mit hochgezogenen Wänden der Gehauseteile (46, 47 und 48), die gleichzeitig als Kühlmedienaußenwand dienen, starr und stabil

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verbinden, und damit als Werkstoff für Gehäuseteile (46, 47 und 48) und Zylinderköpfe (51) Leichtmetalldruckguß zulassen, wobei die Zylinderbüchsen (53) nur mit den Zylinderköpfen (5Ό verschraubt sind und damit spannungsfrei bleiben, und zur Abdichtung von öl und Kühlmedium eine Weichstoffdichtung (55). vorgesehen ist.
4.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine, nach Ansprüchen 1, 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß den Grundwälzlagern (1, 2 und 3) und den Kolbenstahgenwälzlagern (38) Dichtungen (87) beigegeben werden, die den Druck einer ülumlaufschmierung erhalten und damit eine ölinnenkühlung der Kolben (42) erlauben.
5.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine, nach Ansprüchen 1, 2, 3:und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (4, 9) auf der Kraftabgabeseite ein Kugellager (31) als Festlager trägt, welches gleichzeitig die aus einer Schwungscheibe (30) wirkenden Kräfte aufnimmt und auf der gleichen Seite ein Zahntrieb (29, 56, 57) für zwei Nockenwellen (58 und 59) vorgesehen ist, die je in einem gegenüberliegenden V-Ausschnitt zwischen,zwei um 90 Grad versetzten Zylindern gelagert sind und über deren beiden Mitten die Senkrechte der Maschine liegt, sodaß unter der unteren Nockenwelle (58), die direkt eine Ölpumpe (66) treibt, welche das Schmieröl über eine im Gehäusedeckel (65) eingegossene, luft- oder flüssigkeitsgekühlte Kühlspirale (68) in die hohle Kurbelwelle (4, 9) fördert, ein Ölreservoir (67) Platz findet,

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und daß auf der Schwungscheibe (30) ein Kühlgebläse (76) oder Mittel zum Fördern von Kühlflüssigkeiten vorgesehen sind, und daß die zweite Nockenwelle (59) zum Antrieb eines Zündverteilers oder einer Kraftstoffeinspritzpumpe vorgesehen ist.
6.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Brennkraftmaschine, nach Ansprüchen 1,2,3»4- und 5» dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß-, Auslaß- und Kühlmittelöffnungen jeweils den V-Ausschnitten der Maschine zugewandt sind, in denen keine Nockenwellen (58 und 59) angeordnet sind, damit Einlaß-(83,84), Auslaß-(85,86) und Kühlmittelleitungen (81,82) nicht wesentlich über die äußeren Abmaße der Maschine hinausbauen.
7.) Hubkolbenmaschine, insbesondere als Pumpe oder Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach den Ansprüchen 1 und oder 2 und oder 3 aufgebaut ist.

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