DE3926797A1 - Kolbenfuehrungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenführungseinrichtung für Kraftmaschinen, die den Kolben auf einer Geraden führt, die durch das Zentrum des Zylinders verläuft.

Der Kolben soll so geführt werden, daß er bei der Schräg­ lage des Pleuels und bei den das Kolbenspiel überbrücken­ den Kippbewegungen des Kolbens, mit möglichst schwachen, gegen die Zylinderwand gerichteten Druckmomenten beauf­ schlagt wird.

Es ist bekannt, daß zur Erfüllung dieser Erfordernisse Kolben mit Kolbenstange und Kreuzkopf verwendet werden, bei deren Anwendung der Kolben von einer Seitendruckbe­ aufschlagung und von Kippbewegungen frei ist. Eine Kolben­ führungseinrichtung mit Kolbenstange und Kreuzkopf er­ fordert allerdings eine sehr große Bauhöhe. Bei kleinen Brennkraftmaschinen, bei denen zur Erzielung einer kleinen Bauhöhe Tauchkolben verwendet werden, treten besonders bei kurzen Kolben und Pleuelstangen. Kolbenkippbewegungen und große Seitendruckbelastungen der Kolben und Zylinder auf. Durch die auf die Zylinderwand gerichtete Kraft, die die resultierende der vom Kolben ausgehenden Aktions­ kraft und der Pleuelstangen-Reaktionskraft ist, wird eine erhebliche Reibung zwischen dem Kolben und der Zylinderwand verursacht, die den mechanischen Wirkungs­ grad verkleinert. Bei längerem Lauf, besonders bei kurzer Pleuelstange und kurzem Kolben, wird durch das Kippen des Kolbens eine leichte Abrundung der Kolbenringe und ein noch größerer Verschleiß verursacht. Der mechanische Wirkungsgrad wird durch die größere Reibung und der thermische Wirkungsgrad durch größere Abnutzung und dadurch schlechere Abdichtung, kleiner. Durch die Verwendung von Schaftlappentauchkolben, mit einer Verlängerung des Schaftes nach unten, soweit es die Freigängigkeit von der Kurbel erlaubt, wird nur eine geringefügig stabilere Kolbenführung, aber keine Seitendruckentlastung erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben­ führung zu schaffen, bei der eine Kippbewegung des Kolbens und eine Seitendruckbeaufschlagung des Kolbens und des Zylinders nicht auftritt und die mit einer kleinen Bau­ höhe ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß durch die Kolbenführungseinrichtung die Kippbewegung des Kolbens verhindert wird, daß der Kolben und der Zylinder von Seitendrücken frei ist und daß die resultierende aus der Kolben-Aktionskraft und der Pleuel-Reaktionskraft, die während des Arbeitshubes auf die Geradführung gerichtet ist, diese nur wenig belastet und daß ein geringerer Verschleiß, ein besserer mechanischer Wirkungsgrad und eine kurze Bauhöhe erzielt wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung mit einer Wälzhebelgerad­ führung.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung mit einer Zylinder-Schlitten­ geradführung.

In beiden Ausführungsbeispielen ist der Kolben in dem Zy­ linder 2 an seiner oberen Seite geführt; und an seiner unteren Seite durch eine Geradführung 7, 12. Zur Aufnahme des Pleuellagers 3 ist der Kolben durch eine Lagerschürze 4 verlängert. Die Pleuelstange 5 ist auf der Lagerschürze 4 in Zylinderachsmitte gelagert. Das Pleuellager 3 ist in Fig. 1 in einer Ausführung mit Wälzhebelgeradführung 12 in der Totpunktstellung des Kolbens 1 so weit unterhalb des Zylinders angeordnet, daß es dem Geradführungslagerungs­ punkt auf der Bogenwälzfläche 14, ständig auf einer Linie, die die Zylindermittellinie im rechten Winkel schneidet, gegenübersteht. Das Pleuellager 3 ist in der Fig. 1 an einer Stelle der Lagerschürze 4 in Zylinderachsmitte ange­ ordnet, die sich in der Totpunktstellung des Kolbens 1 im Zylinder 2 befindet. Die Zylinder-Schltten-Kolbengerad­ führung 7, die an der unteren Seite des Führungsschlitzes mit der Lagerschürze 4 verbunden ist, befindet sich mit ihrer oberen Seite außerhalb des Zylinders auf einer Linie, die die Zylinderachse im rechten Winkel, genau gegen­ über dem Pleuellager 3 schneidet. Der Kolben 1 ist über die Pleuelstange 5 inihren beiden Pendelrichtungen, über ver­ änderliche Winkel mit der Kurbelwelle 9 verbunden. Bei fluchtender Kolbenachse und Pleuelstangenachse ist die Verbindung eine Gerade. Die Kurbelwelle 9 ist mit ihrem Grundlager 10 in einem Versatz 11 von der Zylinderachse angeordnet. Die Wälzhebelgeradführung 12 ist mit ihrer Bogen­ wälzfläche 13, die ihrem Zahnbogenteilkreis entspricht, auf der Bogenwälzfläche 14, die dem äußeren Zanbogenteilkreis entspricht; und mit ihrer im Wälzhebeldrehpunkt 15 gelagerten Rolle 16 auf der inneren Bogenwälzfläche 17, die der äußeren proportional entspricht, formschlüssig gelagert. In der Fig. 1 besteht zwischen der Zylinderachse und der Pleuelstange ein Winkel. Der nach der Zündung auf das obere Pleuellager gerichte­ ten Aktionskraft, ist die Geradführungs-Reaktionskraft und die Pleuelstangen-Reaktionskraft entgegengerichtet.

Bei einer Winkelveränderung zwischen der Pleuelstangen­ achse und der Zylinderachse wird die Reaktionskraft der Pleuelstange bei spitzer werdendem Winkel kleiner; und die der ständig im selben Winkel verbleibenden der Geradführung im selben Maße größer. Die auf die Kurbel­ welle wirkende Antriebskraft, die gleich der Pleuelstangen­ reaktionskraft ist, wird kleiner. Bei stumpfer werdendem Winkel zwischen der Pleuelstangenachse und der Zylinder­ achse, wird die Pleuelstangenreaktionskraft größer und die der Geradführung kleiner. In der Kurbelstellung in der die Zylinder- und Pleuelstangenachse fluchten, wird die volle Aktionskraft auf die Kurbelwelle übertragen und die Geradführungsreaktionskraft ist "0". In der Fig. 1 ist die "0" Größe noch vor dem halben Abwärtshub erreicht. In der Stellung 20 der Kurbel wird die Leistung, ohne Abzug der Reaktions-Stütz- und Reibungskraft der Gerad­ führung, voll auf die Kurbelwelle übertragen. Beim halben Abwärtshub ist die Geradführung 7, Fig. 2 mit einer gering­ fügigen Reaktionskraft beaufschlagt, die bei einer im Verhältnis zum Kurbelkreisdurchmesser kurzen Pleuelstange größer und bei einer langen Pleuelstange, kleiner ist. Beim halben Aufwärtshub ist die, die Geradführung beauf­ schlagende Reaktionskraft am größten. Durch die geringen Reaktionsmomente, die in dieser Richtung dem Aktions­ moment durch den Ausschiebe- oder Verdichtungshub ent­ gegenwirken, wird die Geradführung nur mit geringen Reak­ tionsstützkraft- und Reibungsmomenten beaufschlagt. Bei Anwendung einer Wälzhebelgeradführung 12, wird durch die rollende Reibung das negative Reibungsmoment klein gehalten.

Claims (4)

1. Kolbenführungseinrichtung für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) von einer Wälzhebelgeradführung (12) oder durch eine Zylinder- Schlitten-Kolbengeradführung (7) in einem zweckmäßig großen Versatz (11) der Kurbelwellenachse (10) zur Zylinderachse, geführt wird.

2. Kolbenführungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wälzhebelgeradführung (12), die mit ihrer Bogenwälzfläche (13), die ihrem Zahn­ bogenteilkreis entspricht, auf der Bogenwälzfläche (14), die dem Teilkreis des mit dem Zylinderblock (19) ver­ bundenen Zahnbogens entspricht und mit ihrer Rolle (16) im Wälzhebeldrehpunkt (15), die auf der inneren Bogen­ wälzfläche (17), die am Zylinderblock (19) gelagert ist und die der äußeren (14) proportional entspricht, form­ schlüssig gelagert ist.

3. Kolbenführungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder-Schlitten- Kolbenführung (7) am Zylinderblock (19) formschlüssig gelagert ist und außen über den Zylinder führt.

4. Kolbenführungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskraftbeauf­ schlagung der Zylinder-Schlitten-Kolbengeradführung (7) bei jeder Kolbenstellung im rechten Winkel zur Zylinder­ achse erfolgt.