DE4020826C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse, einer Kurbelwelle, Zylindern, an der Kurbelwelle gelagerten Pleueln und in den Zylindern geführten, mit den Pleueln verbundenen Kolben.

Bei derartigen Verbrennungsmotoren und insbesondere bei Sternmotoren, bei denen für jede Sternanordnung die Pleuel sämtlich in einer Ebene liegen, müssen aufwendige Konstruktionen verwendet werden, um die Pleuel mit der Kurbelwelle zu verbinden. Dies sind im allgemeinen mindestens zweiteilige Halteringe oder mit einem Hauptpleuel verbundene, auf die Kurbelwelle aufsetzbare Ringe, an denen die anderen Pleuel als Hilfspleuel angelenkt sind; vgl. K. Gericke et al., Triebwerke für Flugzeuge und Flugkörper, Stephan Verlagsgesellschaft mbH Darmstadt, 1961, Seiten 44 und 45 oder die US-PS 15 45 678.

Aus den deutschen Patentschriften DE 6 54 253, DE 6 67 005 und DE 8 65 684 ist es jeweils bekannt, jedes Pleuel mit einer Lauffläche auf einen Kurbelzapfen der Kurbelwelle zu lagern, wobei jedes Pleuel in Laufrichtung zu beiden Seiten der Lauffläche Stege und jeder Kurbelzapfen die Stege umgreifende Leisten aufweist. Bei diesen Leisten handelt es sich um ringförmige, geteilte Bauteile.

Der Zusammenbau des Motors, insbesondere das Anbringen der Pleuel an den Kurbelzapfen erfordert bei allen genannten Konstruktionen erheblichen Aufwand, da die Motorteile für die Befestigung der Pleuel nur schwer zugänglich sind. Außerdem weisen diese Teile ein nicht unerhebliches Gewicht auf und bilden eine Quelle für dynamische Unwuchten.

Nicht nur die Lagerung des Pleuels auf dem Kurbelzapfen, sondern auch die im Kolben sollte für die Effizienz des Motors betrachtet werden. Üblicherweise werden die Pleuel im Kolben mit Hilfe eines Bolzens gelagert, wobei es auch bekannt ist, als Lagerkörper eine Kugel zu verwenden; vgl. die DE-OS 37 33 600.

Während des Betriebes des Motors werden zwischen Kurbelwelle und Kolben Kräfte übertragen, wobei nur die in der Zylinderachse liegenden Kraftkomponenten wirksam sind. Es ist einleuchtend, daß Kräfte um so besser übertragen werden, je kleiner der Winkel zwischen der Zylinderachse und der Pleuellängsachse ist, da dann die von den Pleueln übertragenen Kraftkomponenten in Richtung der Zylinderachse besonders groß sind. Die Größe dieser Kraftkomponenten hängt damit von den radialen Dimensionen der Kurbelwelle und auch von der Pleuellänge ab. Wenn die radialen Kurbelwellen- Dimensionen vorgegeben sind, können somit Kräfte mit um so geringeren Winkeln zur Zylinderachse übertragen werden, je länger das Pleuel ist, d. h. der Abstand zwischen den Drehpunkten des Pleuels an der Kurbelwelle und am Kolben. Die Länge der Pleuelstange kann jedoch nur in beschränktem Umfang beeinflußt werden und ist durch die Baugröße des Motors beschränkt. Bei herkömmlichen Motoren liegt der kolbenseitige Drehpunkt des Pleuels z. B. stets unterhalb der Kolbenringe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Motor die Pleuellagerung und Pleuelhalterung zu verbessern, so daß einerseits der Einbau des Pleuels in den Motor erleichtert und andererseits eine gute Kraftübertragung ermöglicht wird.

Zum Erleichtern des Einbaus den Pleuels auf dem Kurbelzapfen wird gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, die Pleuel in einer Nut im Kurbelzapfen zu lagern, wobei die Nut eine den Steg jeden Pleuels umgreifende Leiste bildet und in den Leisten ein Fenster zum Einsetzen der Stege damit der Pleuel vorgesehen ist. Pleuel werden bei dieser Konstruktion in einer gegenüber der Arbeitsstellung schiefen Lage eingesetzt und in der Arbeitsstellung durch die umgreifenden Leisten der Nut gehalten. Das Fenster kann hierzu die Leisten auf beiden Seiten des Pleuels oder nur auf einer Seite unterbrechen.

Das Pleuel wird bevorzugt in der Kurbelwellenstellung "oberer Totpunkt" eingesetzt. Für einen Sternmotor hat eine solche Pleuellagerung und Pleuelhalterung den Vorteil, daß der gesamte Zylinderkopf mit dem eingebauten Kolben und der Pleuelstange als ein Block auf die Kurbelwelle aufgesetzt und dann mit dem Motorgehäuse befestigt werden kann. Der Zusammenbau wird dadurch wesentlich erleichtert.

Die geschilderte Pleuellagerung und Halterung ist zwar bevorzugt bei Zweitakt-Motoren und auch bei Zweitakt- Dieselmotoren geeignet, da in den Arbeitsstellungen der Pleuel nur Druckkräfte auf das Pleuel und die Kolben wirken und im oberen Totpunkt kein nennenswerter Weg nach oben frei ist, jedoch ist dieser Gedanke auch bei Viertakt-Motoren zu realisieren, da die auftretenden Kräfte durch die Stege und Leisten in allen Arbeitsstellungen des Motors beherrscht werden können.

Um eine Kraftübertragung mit nur kleinen Winkeln gegenüber der Zylinderachse zu übertragen, wird gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen, den Krümmungsradius der dem Kolben zugewandten Lauffläche der Pleuel und entsprechend die Lagerfläche am Kolben so zu bemessen, daß der kolbenseitige Drehpunkt des Pleuels oberhalb des kolbenseitigen Endes des Pleuels liegt.

Durch entsprechende Dimensionierung des Krümmungsradius der beiden Laufflächen ist es somit ohne weiteres möglich, daß der kolbenseitige Drehpunkt des Pleuels höher als bisher liegt. Trotz kurzer Bauweise kann durch diese Konstruktion die wirksame Pleuellänge erheblich verlängert werden; das Pleuel hat sozusagen eine virtuelle Länge, die größer als die tatsächliche Baulänge ist. Hierdurch gelingt es, daß die Winkel zwischen Pleuel und Zylinderachse sehr klein gehalten werden, so daß eine effektivere Kraftübertragung möglich ist.

Durch diese Konstruktion ist es ferner möglich, im Falle eines Sternmotores die beiden Enden der Pleuel praktisch gleich auszugestalten, wodurch sich die Herstellungskosten verringern lassen.

Eine Befestigung des kolbenseitigen Pleuelendes erfolgt z. B. durch Klammern, die Stege an den Pleuel umgreifen, wobei die Stege zu beiden Seiten der Lauffläche angeordnet sind.

Die Lauffläche auf seiten des Kolben ist z. B. die Oberfläche eines Zylindersegments. Dieses Segment wird im Kolben ebenfalls durch die Klammern gehalten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist in Ausführungs­ beispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle und einen Teil eines Pleuels zur Darstellung einer erfindungsgemäßen Pleuellagerung;

Fig. 2 eine Teildarstellung der Pleuellagerung bei eingesetztem Pleuel;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Kurbelwelle und das darin einzusetzende Pleuel;

Fig. 4 eine Aufsicht auf die Kurbelwelle mit einem zweiseitigen Fenster zur Aufnahme des Pleuels;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Teil der Kurbel­ welle und des Pleuels zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pleuellagerung mit einem einseitigen Fenster in der Kurbelwelle;

Fig. 6 eine Aufsicht auf die Kurbelwelle mit dem ein­ seitigen Fenster;

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Kurbelwelle und der Pleuelanordnung bei einem Sternmotor;

Fig. 8 eine teilweise geschnittene Ansicht von Kurbel­ welle, Pleuel und Kolben.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Kurbelwelle 101 mit ihrer Drehachse A sowie mit Kurbelzapfen 102 gezeigt, wobei in diesem Falle nur ein einziger Kurbelzapfen dargestellt ist. Der Kurbelzapfen hat eine Mittelachse M. Auf dem Kurbelzapfen ist ein Pleuel 103 aufgesetzt, das mit einer Lauffläche 104 auf dem Umfang des Kurbelzapfens gleitet. Zu beiden Seiten der Lauffläche verlaufen mit der Lauffläche koaxiale Stege 105, die über die gesamte Länge der Lauffläche 104 reichen.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, ist zu beiden Seiten des Kurbelzapfens ausreichend Material vorgesehen, so daß rund um den Kurbelzapfen zu dessen beiden Seiten eine Nut 108 angebracht werden kann, woraus sich zu beiden Seiten des Kurbelzapfens eine diesen umlaufende Leiste 109 ergibt. In diese Leisten sind auf genau gegen­ überliegenden Seiten Einschnitte 110 vorgesehen, so daß sich ein Fenster 111 ergibt, das durch diese Einschnitte und die Verbindungslinien zwischen den Einschnitten auf gegenüberliegenden Seiten gebildet wird, wie dieses in Fig. 4 gestrichelt dargestellt ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, entspricht die periphere Länge der Einschnitte 110 einem Zentrumswinkel Beta, ausgehend von der Mittelachse M des Kurbelzapfens. Aus dieser Figur ist auch ersichtlich, daß bei eingesetztem Pleuel 103 die Lauffläche 104 eine dem Zentrumswinkel Alpha entsprechende periphere Länge aufweist, der größer ist als der Zentrumswinkel Beta.

In Fig. 1 ist gestrichelt angedeutet, wie das Pleuel 103 mit dem Kurbelzapfen verbunden wird. Die Stege 105 zu beiden Seiten der Lauffläche 104 sind in einem kleinen radialen Abstand von der Lauffläche angeordnet und belassen im eingesetzten Zustand entsprechend Fig. 2 auch zu den Leisten 109 ein gewisses Spiel. Wenn die Pleuel aus ihrer von der Mittelachse M fluchtenden Lage leicht geschwenkt und in das Fenster 111 eingesetzt werden, dann können die Stege 105 unter das Ende der Leisten 109 geschoben werden, bis das Pleuel in das Fenster 111 eingeschwenkt werden kann und die in Fig. 2 dargestellte Arbeitsstellung einnimmt, in der dessen Mittellängsachse sich mit der Mittelachse M des montierten Zylinders deckt. Das Pleuel kann im Prinzip in jeder Lage der Kurbelwelle eingehängt werden, vorzugsweise jedoch in der Stellung "oberer Totpunkt".

In den Fig. 5 und 6 ist ein modifiziertes Ausführungs­ beispiel für eine Pleuellagerung dargestellt, wobei für gleiche oder gleichwirkende Teile die gleichen Bezugs­ zeichen in die Figuren eingetragen sind. Wesentlicher Unterschied ist, daß das Fenster 111′ lediglich einseitig offen ist, d. h. daß nur eine der beiden Leisten 109 mit einem Einschnitt 110′ aufgetrennt ist. Bei dieser Ausgestaltung wird das Pleuel durch leichtes Kippen quer zu seiner Laufrichtung auf den Kurbelzapfen in der Stellung "oberer Totpunkt" in das Fenster 111′ einge­ setzt und wird in seinen Arbeitsstellungen durch die beidseitigen Leisten 109 gehalten. Die Stege sind in diesem Falle Teil der Lauffläche und bilden einen Flansch zu beiden Seiten des Pleuels 103.

Das Fenster, ob zweiseitig oder einseitig, ist in den vorherigen Ausführungsbeispielen als offenes Fenster dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, diese Fenster z. B durch federgestützte Schieber abzudecken, nachdem das Pleuel eingesetzt ist.

In Fig. 7 ist schematisch die Anordnung einer Kurbelwelle 201 mit einem Kurbelzapfen 202 sowie vier Pleueln 203 in einem Sternmotor dargestellt. Die vier Pleuel 203 gleiten mit Laufflächen 204 auf dem Kurbelzapfen und sind auf diesem entsprechend gehalten. Die Lagerung und Halterung der Pleuel auf der Lauffläche kann erfolgen, wie oben beschrieben, indem die Pleuel jeweils in ein Fenster 211 am Kurbelzapfen eingesetzt und dort mit Hilfe von Leisten 209 gehalten sind, die Stege 205 zu beiden Seiten der Lauffläche 204 der Pleuel umgreifen.

Das andere Ende der Pleuel 203 ist als konkave Lauffläche 212 ausgebildet, wobei wiederum zu beiden Seiten dieser Lauffläche in Laufrichtung der Pleuel Stege 213 vorgesehen sind.

Diese Lauffläche 212 ruht auf einer konvexen Lauffläche 214, die innerhalb eines Kolbens 215 angeordnet ist und einen entsprechenden Krümmungsradius R aufweist. Die konvexe Lauffläche 214 ist die Oberfläche eines Zylindersegments 216, das im Kolben 215 angeordnet ist. Pleuel 203 und Segment 216 sind ihrerseits mit Hilfe von an der Außenseite der Stege 213 liegenden Klammern 217 mit dem Kolben 215 verbunden.

Bei der Drehung der Kurbelwelle 201 schwenken die oberen Enden der Pleuel 203 um eine Drehachse D, die, entsprechend dem Krümmungsradius R der beiden Laufflächen 212 und 214 höher als bei bisherigen Bolzenlagerungen in diesem Falle sogar außer- und oberhalb des Kolbens 215 liegt. Die Entfernung zwischen der Mittelachse M des Kurbelzapfens 202 und der oberen Drehachse D für das Pleuel ist die effektive Pleuellänge L. Die effektive Pleuellänge ist somit größer als der tatsächlich zur Verfügung stehende Bauraum zwischen Kurbelzapfen und Oberseite des Kolbens und kann entsprechend durch Wahl des Krümmungsradius R eingestellt werden und ermöglicht eine Lage des Drehpunktes im Bereich der oberen Kolbenringe oder sogar darüber.

Claims (10)

1. Verbrennungsmotor, insbesondere Sternmotor, mit einem Kurbelgehäuse, einer Kurbelwelle, Zylindern, an Kurbelzapfen der Kurbelwelle gelagerten Pleuel und in den Zylindern geführten, mit den Pleueln verbundenen Kolben, wobei jedes Pleuel mit einer Lauffläche auf einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle gelagert ist, in Laufrichtung zu beiden Seiten der Lauffläche Stege aufweist und mit Hilfe von die Stege umgreifende Leisten mit dem Kurbelzapfen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede einen Steg (105) eines Pleuels (103) umgreifende Leiste (109) Teil einer Nut (108) in dem Kurbelzapfen (102) ist, wobei bei eingesetztem Pleuel (103) zwischen den Stegen (105) und den Leisten (109) ein Abstand (113) verbleibt, und daß in den Leisten (109) ein Fenster (111) zum Einsetzen der Stege (105) und damit der Pleuel (103) vorgesehen ist, das so dimensioniert ist, daß das Pleuel (103) in einer gegenüber seinen Arbeitsstellungen schiefen Lage einsetzbar und in den Arbeitsstellungen durch die umgreifenden Leisten (109) gehalten ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (111′) lediglich die Leisten (109) auf einer Seite des Pleuels (103) unterbricht.

3. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (105′) Teil der Lauffläche (104) sind.

4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingesetztem Pleuel (103) auch zwischen den Stegen (105) und der Oberfläche des Kurbelzapfens (102) ein Abstand (112) verbleibt.

5. Motor, insbesondere Sternmotor, mit einem Kurbelgehäuse, einer Kurbelwelle, Zylindern, an Kurbelzapfen der Kurbelwelle gelagerten Pleueln und in den Zylindern geführten, mit den Pleueln verbundenen Kolben, wobei das den Kolben zugewandte Ende der Pleuel jeweils als konkave zylindrische Lauffläche ausgebildet ist und wobei auf seiten der Kolben eine korrespondierende konvexe Lauffläche mit entsprechendem Krümmungsradius vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der Laufflächen (212, 214) derart bemessen ist, daß der kolbenseitige Drehpunkt (D) des Pleuels (203) oberhalb des kolbenseitigen Endes des Pleuels (203) liegt.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kolbenseitige Drehpunkt (D) des Pleuels im Bereich der oberen Kolbenringe oder darüber liegt.

7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kolbenseitige Drehpunkt (D) des Pleuels (203) jenseits der Kolbenoberfläche liegt.

8. Motor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Lauffläche (214) des Kolbens (215) Teil eines Zylindersegmentes (216) ist, das im Inneren des Kolbens (215) quer zur Kolbenachse verläuft.

9. Motor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Pleuel (203) und Zylindersegment (216) im Bereich ihrer Laufflächen (212, 214) durch Klammern (217) mit dem Kolben (215) verbunden sind.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuel (203) zu beiden Seiten der Lauffläche (212) Stege (213) aufweisen, die in den Klammern (217) gleiten.