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Title:
CRANK MECHANISM, IN PARTICULAR FOR ALTERNATING PISTON ENGINES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1988/004356
Kind Code:
A1
Abstract:
In a crank mechanism, in particular for alternating-piston engines, comprising a principal axis (2) and with at least one connecting rod (1), of which one end portion moves on a straight trajectory and whose other end portion has a rotation axis, which moves along a trajectory which is closed per se, the trajectory of the rotation axis (1') is at a variable distance from the main axis.

Inventors:
SCHENK MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/DE1987/000565
Publication Date:
June 16, 1988
Filing Date:
December 03, 1987
Export Citation:
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Assignee:
SCHENK MICHAEL (DE)
International Classes:
F01B9/02; F02B41/04; F16H21/28; (IPC1-7): F01B9/02; F02B75/04
Foreign References:
DE164819C
FR761656A1934-03-24
US1875838A1932-09-06
US4152955A1979-05-08
FR2000950A11969-09-19
US4211190A1980-07-08
DE122102C
DD46919A
CH356651A1961-08-31
DE440465C1927-02-08
AT131931B1933-02-25
US3176671A1965-04-06
EP0184042A21986-06-11
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Kurbeltrieb, insbesondere für Hubkolbenmaschinen, mit einer Hauptachse und mit wenigstens einer Pleuelstange, deren einer Endabschnitt sich auf einer geradlinigen Bahn bewegt und deren anderer Endabschnitt eine Drehachse auf eist, die sich längs einer in sich geschlossenen Bahn bewegt, dadurch gekennzeichnet; daß die Bahn der Drehachse (!'; 101'; 201'; 301'; 401') einen veränderlichen Abstand von der Hauptachse (12; 112; 212; 312; 412) hat.
2. Kurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn der Drehachse (!'; 101'; 201"; 301'; 401') in dem dem Arbeitshub entsprechenden Teilabschnitt zumindest in einem Teilbereich einen größeren Abstand von der Hauptachse (12; 112; 212; 312; 412) hat als eine Kreisbahn um die Hauptachse mit einem dem Hub des sich auf einer geradlinigen Bahn bewegenden Endabschnittes der Pleuelstange (1; 101; 201; 301; 401) entspre¬ chenden Durchmesser.
3. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn, zeichnet, daß die Drehachse (!'; 101') der Pleuelstange (1; 101) durch den Kurbelzapfen (3, 3', 3"; 103, 103', 103") einer Kurbelwelle gebildet ist, welcher Kurbelzapfen mit einem zu dem die Pleuelstange (1; 101) tragenden Abschnitt (3'; 103') exzentrischen Abschnitt (3"; 103") drehbar in wenigstens einer Wange (4; 104) gelagert ist, wobei auf diesem drehbar gelagerten Abschnitt (31; 103') drehfest ein erstes Rad (7; 107) angeordnet Ist, das mit einem koaxial zur Hauptachse (12; 112) angeordneten zweiten Rad (8; 108) in Getriebeverbindung steht.
4. ''.
5. Kurbeltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rad (7) ein mit dem als Stirπzahnrad ausgebildeten . zweiten Rad (8) kämmendes Stirnzahnrad ist.
6. Kurbeltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das zweite Rad (8) ein stillstehendes Rad ist.
7. Kurbeltrieb nach Anspruch 3 oder A . } dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das zweite Rad (108) drehfest auf einer koaxial zur Hauptachse (112) angeordneten und relativ zu dieser verdreh¬ baren Hilfswelle sitzt.
8. Kurbeltrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das Übersetzungsverhältnis des das erste und das zweite Rad (7, 8; 107, 108) aufweisenden Getriebes 1 : 1 oder 1 : 2 gewählt ist.
9. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Bahn der Drehachse (201') durch eine stillstehen¬ de Führungsbahn (220) definiert ist und daß mit der Pleuelstange (201) schwenkbar ein Kurbelarm (204) verbunden ist, der eine sich selbst auf den durch die Führungsbahn (220) bestimmten Abstand der Drehachse (201') der Pleuelstange (201) von der Hauptachse (212) einstellende effektive Län'ge hat.
10. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein mit der Hauptachse (305, 312) drehfest verbun¬ dener Kurbelarm (304) , an dessen von der Hauptachse wegweisenden Endabschnitt die Pleuelstange (301) angelenkt ist, aus wenigstens zwei in Längsrichtung des Kurbelarms relativ zueinander verschieb¬ baren Teilen besteht und an diesen Teilen oder der Hauptachse und der Drehachse der Pleuelstange ein längenveränderbares Stellelement (325) angreift.
11. ''.
12. Kurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Drehachse (401') der Pleuelstange (401) über ein Hebelgetriebe (426) mit einem sich auf einer Kreisbahn um die Hauptachse (412) bewegenden Kurbelzapfen (403) verbunden is .
13. Kurbeltrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebegetriebe aus einem einzigen Hebel (426) besteht und daß an dem aus diesem Hebel (426) und der Pleuelstange (401) gebildeten Kniehebel im Abstand von dessen beiden Enden eine Hilfspleuelstange (427.) eines Hilfskurbeltriebes angelenkt ist, welches in Getriebeverbindung mit dem anderen Kurbeltrieb steht.
14. Kurbeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch wenigstens einen Kurbelarm (104) im Form einer kreisrunden Scheibe, die im Bereich ihres äußeren Randes um die Hauptachse (105, 112) drehbar gelagert ist.
15. Kurbeltrieb nach Anspruch 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Scheibe als Ringscheibe ausgebildet ist.
16. Kurbeltrieb nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe aus einem keine Schmierung benötigenden Material, insbesondere aus keramischen Material besteht.
Description:
Kurbeltrieb, insbesondere für Hubkolbenmotoren

Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb, insbe¬ sondere für Hubkolbenmotoren, welcher die Merk¬ male des Oberbegriffs des Anspruches 1 auf¬ weist.

Bei den bekannten Kurbeltrieben dieser Art, wie sie beispielsweise bei allen Hubkolben-Verbren¬ nungsmotoren Verwendung finden, wird die Dreh¬ achse des dem Kolben abgekehrten Endes der Pleuelstange durch einen zylindrischen Kurbel¬ zapfen gebildet, dessen beide Endabschnitte fest mit zwei Wangen verbunden ist, die ihrer¬ seits fest mit Hauptwellenzapfen verbunden sind, welche die Hauptachse des Kurbeltriebes bilden. Die Drehachse der Pleuelstange bewegt sich daher auf einer konzentrisch zur Hauptachse des Kubel- triebes liegenden Kreisbahn, deren Durchmesser

gleich dem Hub des sich auf einer geradlinigen Bahn bewegenden Endabschnittes der Pleuelstange, bei einer Verbindung mit einem Kolben einer Hub¬ kolbenmaschine also gleich dem Hub des Kolbens ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kurbeltrieb zu schaffen, der besser als die be¬ kannten Kurbeltriebe in seiner Charakteristik auf die auftretenden Anforderungen abgestimmt werden kann. Diese Aufgabe löst ein Kurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Der veränderliche Abstand der Bahn der Drehachse von der Hauptachse des Kurbeltriebes ermöglcht eine Änderung von dessen Drεhmomentcharak- teristik. Dies ist beispielsweise bei Hubkolben- Verbrennuπgsmotoren von Interesse, um während des Arbeitshubes ein höheres Drehmoment zu er¬ halten, was, sofern die übrigen Bedingungen un¬ verändert bleiben, erforderlich macht, zumindest während eines Teiles des Arbeitshubes einen ver¬ größerten wirksamen Hebelarm des Kurbeltriebes zur Verfügung zu haben. Eine auf diese Weise verbesserte Drehmomentcharakteristik des Kurbel¬ triebes führt bei einem Hubkolben-Verbrennungs¬ motor zu einem höheren Drehmoment, wodurch einerseits eine Kraftstoffersparnis erreichbar ist und andererseits bei gleichbleibender Leistung das Motorgewicht reduziert werden kann, was zu geringeren Kosten und bei Fahrzeugen wegen der geringeren zu bewegenden Masse zu einer Treibstoffeinsparung führt. Der veränder¬ liche Abstand der Drehachse der Pleuelstange von der Hauptachse des Kurbeltriebes eröffnet aber auch die Möglichkeit,den Hub zu verändern,

Ξrsatzbϊatf

also beispielsweise in Verbindung mit einem Hub¬ kolben-Verbrennungsmotor bei unterschiedlichen Drehzahlen oder unterschiedlichen Belastungen einen unterschiedlich großen Kolbenhub zu wählen.

D e Realisierung eines veränderlichen Abstandes der Drehachse des sich auf einer geschlossenen Bahn bewegenden Endabschnittes der Pleuelstange von der Hauptachse ist mit unterschiedlichen Mitteln möglich.

Bei einer wegen ihrer Einfachheit und geringen Abweichung von den bekannten Kurbeltrieben be¬ sonders vorteilhaften Ausführungsformen ist die Drehachse durch den Kurbelzapfen einer Kurbel¬ welle gebildet, der mit einem zu dem die Pleuel¬ stange tragenden Abschnitt exzentrischen Ab¬ schnitt drehbar in wenigstens einer Kurbelwange gelagert ist, wobei auf diesem drehbar gelager¬ ten Abschnitt drehfest ein erstes Rad angeordnet ist, das mit einem koaxial zur Hauptachse ange¬ ordneten zweiten Rad in Getriebeverbindung steht. Hier bedarf es nur eines Verdrehens des exzentrischen Kurbelzapfens in seinem durch die Wange oder Wangen gebildeten Lager, um den Ab¬ stand der Drehachse der Kurbelstange, welche hier mit der Längsachse des sie tragenden Ab¬ schnittes des Kurbelzapens zusammenfällt, von der Hauptachse zu verändern, wobei der Verstell¬ bereich durch die Exzentrizität des die Kurbel¬ stange tragenden Abschnittes des Kurbelzapfens bezüglich seines drehbar in der Wange oder Wan¬ gen gelagerten Abschnittes bestimmt ist, die allerdings entsprechend den Erfordernissen

frei gewählt werden kann. Ist das zweite Rad feststehend, was beispielsweise dadurch reali¬ siert werden kann, daß man es drehfest mit einem Hauptlager der Kurbelwelle verbindet, dann be¬ stimmt das Übersetzungsverhältnis der Getriebe¬ verbindung, welche die beiden Räder bildet, die Winkelstellung des exzentrischen Kurbelzapfens in Abhängigkeit von der Winkelstelluπg der Kur¬ belwelle. Man kann aber auch das zweite Rad drehfest auf einer koaxial zur Hauptachse ange¬ ordneten, beispielsweise in den hohl ausgebilde¬ ten Hauptwelleπzapfen gelagerten Hilfswelle an¬ ordnen und hat dann nicht nur die Möglichkeit, beliebig wählbare Zusammenhänge zwischen den Winkelstellungen " des exzentrischen Kurbelzapfens und der Kurbelwelle vorzugeben, sondern auch den Hub zu verändern. Im letztgenannten Falle braucht nur der gewünschte Abstand zwischen der Drehachse der Pleuelstange und der Hauptachse der Kurbelwelle durch eine Verdrehung des exzen¬ trischen Kurbelzapens auf den gewünschten Wert eingestellt und dann dadurch beibehalten zu wer¬ den, daß diese Winkellage des drehfest mit dem Kurbelzapfen verbundenen Rades aufrecht erhalten wird.

Einen veränderlichen Abstand der Drehachse der Pleuelstange von der Hauptachse läßt sich bei¬ spielsweise auch mit Hilfe einer stillstehenden Führungsbahn verwirklichen, längs deren die Drehachse eine Zwangsführung erfährt. Mit dem Pleuel muß dann schwenkbar ein Kurbelarm verbun¬ den sein, der eine sich seist auf den durch die Führungsbahn bestimmten Abstand der Drehachse von der Hauptachse einstellende effektive Länge hat.

Beispielsweise kann zu diesem Zweck der Kurbel- arm, bei dem es sich selbstverständlich auch um eine Wange oder Scheibe handeln kann, mit einem sich in der Längserstreckung des Kurbelarms ver¬ laufenden Schlitz versehen sein, in dem ein die Pleuelstange mit dem Kurbelarm verbindender Zap¬ fen verschiebbar geführt ist. Die Führungsbahn kann durch einen ortsfesten Körper, beispiels¬ weise durch einen Teil eines den Kurbeltrieb aufnehmenden Gehäuses, gebildet sein. Selbstver¬ ständlich kann auch eine Verstellbarkeit des die -Führungsbahn bildenden Körper in Betracht gezo¬ gen werden.

Statt einer derartigen Führungsbahn kann ein Kurbelarm vorgesehen werden, der aus wenigstens zwei in seiner Längsrichtung relativ zueinander verschiebbaren Teilen besteht. An diesen Teilen oder an der Hauptachse und an der Drehachse der Pleuelstange greift hierbei ein längenveränder¬ bares Stellelement an, das die effektive Länge des Kurbelarmes und damit den Abstand der Dreh¬ achse von der Hauptachse bestimmt. Bei dem Stellelement kann es sich beispielsweise um ei¬ nen Hydraulikzylinder handeln, welcher über Ver¬ bindungsleitungen an eine Steuereinrichtung an¬ geschlossen ist.

Eine andere Möglichkeit, den Abstand der Dreh¬ achse von der Hauptachse zu verändern, bietet ein Hebelgetriebe, insbesondere ein Mehrgelenk- Hebelgetriebe. So kann man beispielsweise die Drehachse der Kurbelstange über einen Hebel mit einem Kurbelzapfen verbinden, der sich auf einer zur Hauptachse konzentrischen Kreisbahn bewegt

und den Winkel, den die Pleuelstange mit diesem Hebel einschließt, mit Hilfe eines Hilfskurbel- getriebεs steuern, dessen Pleuelstange an dem genannten Hebel oder der mit ihm gelenkig ver¬ bundenen Pleuelstange angreift. Eine derartige Lösung bietet den Vorteil, daß die zur Abstut¬ zung des Hebels erforderliche Kraft mittels des Hilfskurbelgetriebes in ein Drehmoment umgewan¬ delt wird, das zu dem Drehmoment des Hauptkur¬ beltriebes addiert werden kann. Vor allem bei Mehrzylindermaschinen ergibt sich hierbei ein weniger komplizierter Aufbau als bei einer Ab¬ stutzung des Hebels im Gehäuse.

Eine weitere Möglichkeit, einen veränderlichen Abstand zwischen der Drehachse der Pleuelstange und der Hauptachse zu realisieren, besteht in der Verwendung von zwei gegeneinander laufenden elliptischen Zahnrädern, von denen das eine mit der Hauptachse und das andere mit der Drehachse der Kurbelstange verbunden ist.

Unabhängig davon, welche konstruktive Lösung zur Realisierung eines veränderlichen Abstandes zwischen der Drehachse der Pleuelstange und der Hauptachse verwendet wird, kann man den Kurbel- arm, an dem die Pleuelstange angreift, als eine kreisförmigee Scheibe ausbilden, die im Bereich ihrer äußeren Randzone von einer sie in axialer Richtung abstützenden Führungseinrichtung ge¬ führt ist- Eine derartige Lagerung des dem Kur¬ belarm oder die Kurbelwange bildenden Teil läßt praktisch vollkommen die Biegewechselbeanspru¬ chung des Kurbelarms und des Pleuelzapfens ver¬ meiden.

Ersatzbiait

Den Kurbelarm kann deshalb als eine relativ dünne Scheibe ausgebildet sein. Es kann sogar genügen, eine Ringscheibe vorzusehen, weil die Lagerung am Umfang den zentralen Bereich ent¬ behrlich macht. Das Gewicht des Kurbeltriebes läßt sich deshalb durch eine solche Lagerung des Kurbelarms wesentlich gegenüber dem Gewicht der bekannten Konstruktionen reduzieren. Durch den Wegfall der Biegewechselbeanspruchung kann man außerdem problemlos den Kurbelzapfen lösbar mit dem ihn tragenden Kurbelarm verbinden. Hierdurch kann .der Zusammenbau der Kurbelwelle sowie auch die Demontage und der Ersatz unbrauchbar gewor¬ dener Teile leichter ausgeführt werden. In vie¬ len Fällen wird es sogar möglich sein, diese Ar¬ beiten im offenen Kurbelgehäuse auszuführen. Hinzu kommt, daß bei einer notwendig werdenden Reparatur nicht die gesamte Kurbelwelle ersetzt werden muß, as vor allem bei sehr großen Kurbel¬ wellen ein erheblicher Vorteil ist.

Bei einer Lagerung des durch eine Scheibe gebil¬ deten Kurbelarms längs der äußeren Randzone der Scheibe braucht der An- oder Abtreib nicht über die Hauptachse zu erfolgen. Man kann beispiels¬ weise axial neben der Lagerfläche der Scheibe einen Zahnkranz vorsehen, mit dem ein Zahnrad kämmt, über das der An- oder Abtrieb erfolgt. Natürlich können mehrere solcher Zahnräder vor¬ gesehen sein, die dann über den Umfang verteilt angeordnet sind. Man kann aber auch neben einem solchen Zahnrad eine Lagerrolle anordnen, welche die Scheibe abstützt.Eine andere Möglichkeit des An- und Abtriebes besteht darin, an der Scheibe

ein Kettenrad vorzusehen, über das eine endlose Kette, insbesondere eine Rollenkette, geführt ist. Weist der Kurbeltrieb mehrere Kurbelarme auf und ist jeder dieser Kurbelarme mit einem solchen An- oder Abtreib versehen, kann man über diese An- oder Abtriebe einen Synchronisierungs- effekt erreichen, was die Beanspruchung der Kur¬ belarme noch weiter reduziert.

Ist der Kurbelarm oder jeder Kurbelarm durch eine im Bereich ihrer äußeren Randzone gelagerte Scheibe gebildet^ dann ist für jede Pleuelstange nur eine Scheibe erforderlich. Dies ermöglicht eine einfache Montage und insbesondere die Ver¬ wendung einer Pleuelstange mit einem ungeteilten Lager für den Kurbelzapfen. Ferner kann eine derartige Scheibe in einer Ebene liegen, die mit der geradlinigen Bewegungsbahn des mit dem Kol¬ ben verbundenen Pleuelstangenendes einen spitzen Winkel einschließt. Sind mehrere über den Umfang der Scheibe verteilt angeordnete Wellen vorhan¬ den, welche die Fuhrungs- und Lagerelemente für die Scheibe tragen, können diese Wellen axial verstellbar sein, um die Neigung der ' Scheibe verändern und einstellen zu können.

Da für den An- und Abtrieb der Scheibe kein fest mit ihr verbundener Wellenzapfen erforderlich ist, kann die Scheibe die Form einer Ringscheibe haben. Ferner kann die Scheibe zumindest dann, wenn sie keiner Biegebeanspruchung ausgesetzt Ist, aus keramischem Material oder einem anderen Material bestehen, das im Bereich der Lagerstel¬ len der Scheibe keine Ölschierung benötigt.

Im' folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen unvollständig dargestellten Schnitt eines ersten Ausführungs¬ beispiels,

Fig. 2 die Bahnen der Längsachse des die Pleuelstange tragenden Abschnittes des Kurbelzapfens und dessen in den Wangen gelagerten Abschnitte in Abhängigkeit von der Position des sich auf einer geradlinigen Bahn bewegenden anderen Endab¬ schnittes der Pleuelstange,

Fig. 3 die Bahn der Drehachse der Pleuel¬ stange des ersten Ausführungsbei¬ spiels bei einem anderen Überset¬ zungsverhältnis des die Winkel¬ stellung des Kurbelzapfens bestim¬ menden Getriebes,

Fig. 4 den Drehmomentverlauf beim ersten . Ausführungsbeispiel im Vergleich zum Drehmomentverlauf bei anderen Bahnen der Drehachse der Pleuel¬ stange,

Fig. 5 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 eine schematische Darstellung ei¬ nes dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt des dritten Ausführungsbeispiels,

Flg. 8 eine schematische Darstellung ei¬ nes vierten Ausführungsbeispiels,

Fig, eine schematische Darstellung ei¬ nes fünften Ausführungsbeispiels und der Bahn der Drehachse der Pleuelstange bei diesem Ausfüh¬ rungsbeispiel.

Ein Kurbeltrieb weist eine in bekannter Weise ausgebildete Pleuelstange auf, die im Bereich ihres nicht dargestellten , sich auf einer ge¬ radlinigen Bahn hin und her bewegenden Endab¬ schnittes beispielsweise mit dem Kolben eines Hubkolben-Verbrennungsmotors in bekannter Weise verbunden ist. Der andere, in Fig. 1 darge¬ stellte Endabschnitt enthält in einer Bohrung eine Lagerbuchse 2, mittels deren die Pleuel¬ stange 1 drehbar auf einem Mittelabschnitt 3' eines als Ganzes mit 3 bezeichneten, exzentri¬ schen Kurbelzapfens gelagert ist. Die Längsachse der Lagerbuchse 2 und die mit ihr zusammenfal¬ lende Längsachse des Mittelabschπittes 3' defi¬ nieren die Drehachse 1' der Pleuelstange 1. Exzentrisch zum Mittelabschnitt 3' des Kurbel¬ zapfens 3 schließen sich an diesen beidseitig zwei zylindrische, gleichachsige Endabschnitte 3 1 1 an. Diese Endabschnitte 3* ' sind in mitein¬ ander fluchtenden Bohrungen von zwei Wangen 4 des Kurbeltriebes gelagert, zwischen die der auf dem Mittelabschnitt 3' gelagerte Endabschnitt

der Pleuelstange 1 eingreift. Die im Ausfüh¬ rungsbeispiel plattenförmig ausgebildeten Wan¬ gen 4 sind fest mit zwei miteinander fluchtenden Haptwellenzapfen 5 der Kurbelwelle des Kurbel¬ triebes verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist nur der links dargestellte Hauptwellenzapfen in einem Lager 6 drehbar gelagert, weil sich an den anderen Hauptwellenzapfen 5 ein nicht darge¬ stellter Teil der Kurbelwelle anschließt. Würde die Kurbelwelle nur die beiden dargestellten Wangen 4 aufweisen, dan wäre auch der andere Hauptwellenzapfen 5 in einem Lager 6 drehbar ge¬ lagert.

Wie Fig. 1 zeigt, ' steht derjenige Endabschnitt 3'' des Kurbelzapfens 3, welche in der sich an das Lager 6 anschließenden Wange 4 drehbar ge¬ lagert ist, über diese Wange 4 über und trägt ein fest mit ihm verbundenes Stirnzahnrad 7, das mit einem zweiten Stirnzahnrad 8 kämmt, welches konzentrisch zum Hauptwellenzapfen 5 angeordnet und fest mit dem ortsfesten Lager 6 verbunden ist.

Im Ausführuπgsbeispiel ist das Übersetzungsver¬ hältnis des aus den beiden Zahnrädern 7 und 8 gebildeten Getriebes 1 : 1. Das Stirnzahnrad 7, das sich bei einer Drehung der Kurbelwelle auf dem feststehenden zweiten Stirnzahπrad 8 abwälzt und dabei den Kurbelzapfen 3 dreht, führt des¬ halb bei einer Drehung der Hauptwellenzapfen 5 um 360 ° ebenfalls eine Drehung um die Längsach¬ se der beiden Endabschnitte 3'' um 360 ° aus. Der wirksame Hebelarm des Kurbeltriebes, der

durch den Abstand der Drehachse 1' der Pleuel¬ stange 1 und damit der Längsachse des Mittelab- schnites 3' des Kurbelzapfens 3 von der durch die Längsachse der Hauptwellenzapfen 5 definier¬ ten Hauptachse 12 des Kurbeltriebes bestimmt ist, verändert sich also bei jeder Drehung der Hauptwellenzapfen 5 kontinuierlich.

Fig. 2 " zeigt im Vergleich zu der kreisförmigen Bahn der Längsachse der beiden Endabschnitte 3' 1 des Kurbelzapfens 3 die Bahn, welche die Dreh¬ achse der ubelwelle 1 um die Hauptachse 12 be¬ schreibt, wobei die durch die Zahlen 1 bis 11 gekennzeichneten Positionen den ebenfalls mit den Zahlen 1 bis " 11 gekennzeichneten Positionen des anderen, sich auf einer geradlinigen Bahn bewegenden Endabschnittes der Pleuelstange 1 an¬ geben.

Die beim ersten Ausführungsbeispiel vorhandene Abweichung der Bahn der Drehachse der Pleuel¬ stange 1 mit einer Kreisbahn mit einem Durchmes¬ ser gleich dem Hub führt, wie Fig. 3 zeigt, zu einem anderen Drehmomentverlauf. Die ' Kurve 9 in Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Drehmomentes von der Stellung des sich auf einer geradligen Bahn bewegenden Endes der Pleuelstange bei einem bestimmten Druckverlauf eines Viertaktmotors für den Fall, daß die Drehachse 1' der Pleuelstange

1 sich auf einer Kreisbahn mit dem Durchmesser gleich dem Hub bewegt, der Kurbeltrieb also in bekannter Weise ausgebildet ist. Bei gleichem Druckverlauf und gleichem Hub ergibt die in Fig.

2 dargestellte Bahn der Drehachse 1' der Pleuel

r tzb.att

stange 1 einen Drehmomentverlauf gemäß der Kurve 10. Ein Vergleich zeigt, daß die von der Kurve 10 begrenzte Fläche größer ist als die von der Kurve 9 begrenzte, was bedeutet, daß der mitt¬ lere Drehmoment mit einem Kurbeltrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel größer ist als das Drehmoment bei Verwendung eines bekannten Kur¬ beltriebes.

Die in Fig. 3 dargestellte Kurve 11 zeigt den Drehmomentverlauf eines nicht dargestellten Kur¬ beltriebes, bei dem sich die Drehachse der Pleuelstange längs einer Bahn bewegt, die die Form einer Ellipse hat, deren große Halbachse um 45 ° gegenüber de'r geradlinigen Bahn geneigt ist, auf der sich der andere Endabschnitt der Pleuelstange bewegt. Die große Halbachse dieser Ellipse ist doppelt so groß wie die kleine Halb¬ achse. Ferner hat der Hub die gleiche Größe wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Haben die beiden Zahnräder 7 und 8 ein Überset¬ zungsverhältnis von 1 : 2, hat also das Zahnrad 7 eine doppelt so große Zähnezahl wie das Zahn¬ rad 8, dann bewegt sich die Drehachse 1' der Pleuelstange 1 auf der in Fig. 4 mit einer aus¬ gezogenen Linie dargestellten Kurve 13. Der in Fig. 4 strichpunktiert dargestellte, zur Achse 12 konzentrische Kreis läßt erkennen, in welchem Maße bei einem derartigen Übersetzungsverhältnis der Hub und der wirksame Radius des Kurbelarmes vergrößert wird. Der Beginn des Arbeitshubes ist in Übereinstimmung mit der Bezifferung der ent¬ sprechenden Kurve in Fig. 2 mit der Zahl 0, das Ende mit der Zahl 11 gekennzeichnet. Aber auch

dann, wenn man den Kurbeltrieb so ausbildet, daß der Hub nicht vergrößert wird, ergibt sich eine Vergrößerung der effektiven Kurbelarmlänge wäh¬ rend des Arbeitshubes gegenüber den bekannten Kurbeltrieben mit konstantem Abstand zwischen der Drehachse der Kurbelstange und der Haupt¬ achse.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbei¬ spiel sind die beiden Wangen 104 je als eine kreiszylindrische Scheibe ausgebildet. Diese beiden Scheiben sind an ihrem Umfang drehbar auf Kugeln 115 gelagert, die in einer in die Außen- - mantelfläche eingearbeiteten Ringnut laufen. Andererseits laufen die Kugeln 115 in je einem Lageraußenring 116, welcher die zugeordnete Wange 104 konzentrisch umgibt und. in dem nicht dargestellten Kurbelgehäuse axial unverschiebbar festgelegt ist. Die beiden Wangen 104 sind mit je einem Wallenzapfen 105 fest verbunden. Diese Wellenzapfen 105 sind je in einer Lagerbuchse 118 drehbar gelagert, von denen nur eine in Fig. 5 dargestellt ist.

Der Kurbelzapfen 103 hat wie bei dem Ausfüh- ruπgsbeispiel gemäß Fig. 1 einen zu seinen dreh¬ bar in den Wangen 104 gelagerten Endabschnitten 103' ' exzentrischen Mittelabschnitt 103' bildet die Drehachse 101' der Pleuelstange 101, die an ihrem anderen Ende üblicherweise mit einem Kol¬ ben 119 verbunden ist.

Der Drehantrieb für den Kurbelzapfen 103 weist, wie Fig. 5 zeigt, ein drehfest auf dem einen Endabschnitt I02 1 des Kurbelzapfens 103 sitzen¬ des Kettenrad 107 sowie ein Kettenrad 108 auf,

das drehfest auf einer drehbar gelagerten Hohl¬ welle 117 angeordnet ist, jedoch auch drehfest auf der Lagerbuchse 118 angeordnet sein könnte. Über die beiden Kettenräder 107 und 108 läuft eine nicht dargestellte, endlose Rollenkette. Selbstverständlich könnte ein solcher Kettenan¬ trieb auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehen sein, wie bei dem Ausführungs¬ beispiel gemäß Fig. 5 auch miteinander kämmende Zahnräder verwendet werden können. Das Überset¬ zungsverhältnis der beiden Kettenräder 107 und 108 ist im Ausführungsbeispiel 1 : 1, könnte aber auch beispielsweise 1 : 2 oder anders ge¬ wählt sein. Bei einem Hub von beispielsweise 88 mm und einer Exzentrizität von 15 mm läßt sich bei einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 gegenüber einem konstanten Abstand der Drehachse 103' von der Hauptachse 112 die Drehmomentaus¬ beute um etwa 40 % vergrößern.

Der erfindungsgemäße Kurbeltrieb gemäß den Fig. 6 und 7 weist eine ortsfeste, elliptische Füh¬ rungsbahn 220 für den Kurbelzapfen 203 auf, dessen Längsachse die Drehachse 201' 'der Pleuel¬ stange 201 bildet. Wie Fig. 7 zeigt, weist das Gehäuse 221 des Kurbeltriebes zwei ebene Wand¬ teile auf, zwischen die dasjenige Ende der Pleuelstange 201 eingreift, das vom Kurbelzapfen 203 durchdrungen ist. Diese beiden Wandteile sind mit einem sie durchdringenden Schlitz ver¬ sehen. Die beiden deckungsgleichen Schlitze bil¬ den eine Führungsbahn 220 für den Kurbelzapfen 203. Die beiden innerhalb des Schlitzes liegen¬ den Wandbereiche sind fest mit je einem Bolzen 222 verbunden, der außerhalb des Gehäuses 221

mit diesem fest verbunden ist. Die beiden Bolzen 222 durchdringen je einen als Hohlwelle ausge¬ bildeten und die Hauptachse 212 definierenden Hauptwellenzapfen 205, welcher im Inneren des Gehäuses 221 je einen Kurbelarm 204 trägt. Die beiden Kurbelarme 204 sind mit einem Längs¬ schlitz 204' versehen, der sich in der Längs¬ achse des Kurbelarmes 204 erstreckt. Die beiden Endabschnitte des Kurbelzapfens 203 greifen in die beiden Längsschlitze 204' ein. Durch diese Sc-hlitze-Zapfen-Verbindung zwischen der Pleuel¬ stange 201 und dem Kurbelarm 204 kann sich des¬ sen effektive Länge selbsttätig an den durch die Führungsbahn 220 vorgegebenen Wert anpassen.

Selbstverständlich kann die Führungsbahn 220 auch einen anderen, von einer Ellipse abweichen¬ den Verlauf haben. Die Führungsbahn 220 braucht auch nicht in einer Ebene zu liegen, welche pa¬ rallel zu der Mittelebene des Gehäuses 221 liegt, in welcher sich die Pleuelstange 201 be¬ wegt.

Um die Notwendigkeit einer ortsfesten Führungs¬ bahn zu vermeiden, ist bei dem Ausführungsbei¬ spiel gemäß Fig. 8 der Kurbelarm 304 so ausge¬ bildet, daß seine effektive Länge mit Hilfe ei¬ nes Stellelementes 325 verändert werden kann. Der hohl ausgebildete Kurbelarm 304 bestht zu diesem Zwecke aus zwei in Armlängsrichtung rela¬ tiv zueinander verschiebbaren Teilen, von denen der eine fest mit dem die Hauptachse 312 defi¬ nierenden Hauptwellenzapfens 305 verbunden und der andere den Kurbelzapfen 303 trägt, auf dem das eine Ende der Pleuelstange 301 auf die Dreh¬ achse 301* drehbar gelagert ist. Das andere

Ende der Pleuelstange 301 ist in bekannter Weise schwenkbar mit einem Kolben 319 verbunden.

Das im Inneren des teleskopartigen läπgenverän- derbaren Kurbelarms 304 angeordnete Stellelement 325 ist ein Hydraulikzylinder, der einerseits mit dem Hauptwellenzapfen 305 und andererseits mit dem Kurbelzapfen 303 verbunden ist. Die Zu¬ fuhr und Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit zum Verstellelement 325 erfolgt durch den hohl aus¬ gebildeten Hauptwellenzapfen 305 hindurch. Innerhalb des Längenverstellbereiches kann durch eine Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit die wirk¬ same Länge des Kurbelarms 304 vergrößert und durch eine Ableitung von Hydraulikflüssigkeit verkleinert werden.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbei¬ spiel des erfindungsgemäßen Kurbeltriebes ist die Pleuelstange 401, die an ihrem einen Ende in bekannter Weise mit einem Kolben 419 verbunden ist, an ihrem anderen Ende an einen Hebel 426 angelenkt, der andererseits auf dem Kurbelzapfen 403 des Kurbeltriebes gelagert ist. Dieser Kur¬ belzapfen 403 wird wie bei dem Ausführungsbei¬ spiel gemäß Fig. 1 von zwei Wangen getragen, von denen in Fig. 9 nur die eine schematisch als Scheibe 404 dargestellt ist. Die Hauptachse, um welche sich die Wangen 404 drehen, ist mit 412 bezeichnet. Zu ihr parallel liegen der Kurbel¬ zapfen 403, die Schwenkachse 401' der Kurbel¬ stange 401 und die Achse von deren Verbindung mit dem Kolben 419.

Ξrsaizblatt

Wie Fig. 9 zeigt, ist an den Hebel 426 im Ab¬ stand von der Drehachse 401 eine Hilfspleuel¬ stange 427 eines Hilfskurbeltriebes angelenkt, und zwar mit einer zur Drehachse 401' parallelen Achse. Die Hilfspleuelstange 427, welche den Hebel 426 von der dem Kolben 419 abgekehrten Seite her abstützt und in der durch die Pleuel¬ stange 401 und den Hebel 426 definierten Ebene liegt, ist andererseits an eine oder zwei Kur¬ belwangen 428 des Hilfskurbeltriebes angelenkt. Im Ausführungsbeispiel ist der wirksame, kon¬ stante Radius der Kurbelwange 428 gleich dem wirksamen, konstanten Radius der Kurbelwangen 404. Außerdem liegt die Ebene, welche von der Hauptachse 412- des Kurbeltriebes und der Haupt¬ achse 429 des Hilfskurbeltriebes definiert wird, parallel zur Längsachse des Kolbens 419.

Auf den Hauptachsen 412 und 429 drεhfest ange¬ ordnet oder drehfest mit den Wangen 404 und 428 verbunden sind zwei Zahnräder 430 bzw. 431, die miteinander kämmen und im Ausführungsbeispiel ein Getriebe in einem Übersetzungsverhältnis 1 t 1 bilden. Selbstverständlich könnte man zur Ver¬ meidung großer Zahnraddurchmessεr zwischen den beiden Zahnrädern 430 und 432 Zwischenräder vor¬ sehen oder ein Rollenkettengetriebe verwenden.

Bei den in Fig. 9 dargestellten Abmessungen be¬ wegt sich die Drehachse 401' der Pleuelstange 401 auf der strichpunktiert dargestellten Kurve 432, und zwar in Richtung des Pfeiles 433, wenn sich die Wangen 404 in Richtung des Pfeiles 434 bewεgen. Vorteilhaft ist bei einem derartien

Kurbeltrieb nicht nur, daß die zur Abstutzung des Hebels 426 erforderliche Kraft mittels des Hilfskurbeltriebes in ein Drehmoment umgewandelt wird, das zu dem Drehmoment des Hauptkurbeltrie¬ bes addiert wird. Bei Mehrzylindermaschinen er¬ gibt sich ein weniger komplizierter Aufbau ge¬ genüber einer Abstutzung des Hebels 426 am Ge¬ häuse des Kurbeltriεbes. Außerdem kann die Kop¬ pelung der beiden Kurbeltriebe statt zwischen den Kurbelwangen am Wellenεndε erfolgen. Durch die quer zur Hubrichtung schmale Bahn 432 der Drehachse 401' wird die auf den Kolben einwir¬ kende Kraft bei minimaler Auslenkung der Pleuel¬ stange 201' übertragen. Hierdurch reduzieren sich auch die Führuπgskräfte zwischen Kolben und Zylinderwand und damit die Reibungskräftε zwi¬ schen diesen beidεn Teilen. Schließlich kann das nutzbare Drehmoment über einen Drehwinkel der Hauptachse 412 aufgεnommen werden, der mit etwa 200 ° wesentlich größer ist als bei einεm kon- ventionellen Kurbeltrieb mit 180 °. Daher liegt im Falle eines Verbrennungsmotors das abgegεbene Drehmoment in einem Winkelbereich von 150 ° über demjenigen eines konventionellen Kurbeltriebes.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als weitere Ausgestaltungen Bestandteil der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hεrvorgehoben und insbεsondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.




 
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