| JP03036981 | TORQUE CONTROLLER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| WO/2003/104627 | MOTORCYCLE ENGINE |
| WO/2001/036798 | RIGID CRANKSHAFT CRADLE AND ACTUATOR |
BETZMEIR, Helmut (Jagdstrasse 7, Ottobrunn, 85521, DE)
BAINDL, Rupert (Wöhlerweg 6, Geretsried, 82538, DE)
BETZMEIR, Helmut (Jagdstrasse 7, Ottobrunn, 85521, DE)
Neue Internationale Patentanmeldung (PCT) Anmelder: NEANDER MOTORS GmbH, KIEL Anwaltsakte: N 1027 10. April 2006
Patentansprüche
1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder (2) , in dem ein Hubkolben (1) hin- und herbewegbar angeordnet ist; - einer ersten Kurbelwelle (4) ; einer zweiten Kurbelwelle (6) ; wobei die erste Kurbelwelle (4) und die zweite Kurbelwelle (6) zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen; - wobei die Drehachsen (X, X') der beiden Kurbelwellen (4, 6) zu einer gemeinsamen Zylinder-Mittelebene (Z) parallel verlaufen und bezüglicher dieser seitlich versetzt sind; wobei dem Hubkolben (1) ein erstes und ein zweites Pleuel (3; 5) derart zugeordnet sind, daß das erste Pleuel (3) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (1) und seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (40) der ersten Kurbelwelle (4) drehbar gelagert ist und • daß das zweite Pleuel (5) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (1) mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (60) der zweiten Kurbelwelle (6) drehbar gelagert ist und wobei die Kurbelwellen (4, 6) über Synchronisationszahnräder (42, 62) miteinander in
Eingriff stehen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Kurbelwellen (4, 6) in zumindest einem gemeinsamen Lagerstuhl (7; 107; 207) gelagert sind; daß der Lagerstuhl (7; 107; 207) aus einem Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, daß die SynchronisationsZahnräder (42, 62) aus einem Material mit einem zweiten
Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und daß die Abmessungen des Lagerstuhls (7; 107; 207) und der Synchronisationszahnräder (42, 62) in Radialrichtung sowie der erste und der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient so auf einander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls (7; 107; 207) zwischen den beiden Drehachsen (X, X 1 ) im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder (42, 62) ist.
2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kurbelwellen (4, 6) aus einem Material mit einem dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und daß die Abmessungen des Lagerstuhls (7; 107; 207) , der Kurbelwellen (4, 6) und der
Synchronisationszahnräder (42, 62) in Radialrichtung sowie der erste, der zweite und der dritte
Wärmeausdehungskoeffizient so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls (7;
107; 207) und der darin gelagerten Lagerabschnitte 1 (47, 48; 67, 68) der kurbelwellen (4, 6) im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der
Synchronisationszahnräder (42, 62) und der
Kurbelwellen-Abschnitte ist, auf dem die
Synchronisationszahnräder (42, 62) angebracht sind.
3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (7; 107; 207) und die SynchronisationsZahnräder (42, 62) jeweils aus Material mit demselben Wärmeausdehnungkoeffizienten bestehen.
4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auch die Kurbelwellen (4, 6) aus einem Material mit demselben Wärmeausdehnungkoeffizienten wie dem des Materials des Lagerstuhls (7; 107; 207) und dem des Materials der SynchronisationsZahnräder (42, 62) bestehten.
5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (7; 107; 207) und die
Synchronisationszahnräder (42, 62) aus dem gleichen Material bestehen.
6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (7; 107; 207), die
Synchronisationszahnräder (42, 62) und die Kurbelwellen (4, 6) aus dem gleichen,Material bestehen.
7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest zwei Lagerstühle (7, 7A) zur Lagerung der
Kurbelwellen (4, 6) vorgesehen sind.
8. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest zwei in Reihe angeordnete Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sind.
9. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (107) zumindest ein Abtriebszahnrad (8) lagert, das mit zumindest einem der SynchronisationsZahnräder (42, 62) kämmt und daß auch das Abtriebszahnrad (8) aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, der gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lagerstuhls (107) ist.
10. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Abtriebszahnrad (8) und die das Abtriebszahnrad (8) im Lagerstuhl (107) lagernde Abtriebswelle (80) aus dem gleichem Material bestehen wie der Lagerstuhl (107) .
11. Hubkolben-Brennkraftmaschine insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit - zumindest einem Zylinder (2) , in dem ein Hubkolben (1) hin- und herbewegbar angeordnet ist; einer ersten Kurbelwelle (4) ; einer zweiten Kurbelwelle (6) ; wobei die erste Kurbelwelle (4) und die zweite Kurbelwelle (6) zueinander parallel verlaufen und sich gegensinnig synchron drehen; wobei die Drehachsen (X, X 1 ) der beiden Kurbelwellen (4, 6) zu einer gemeinsamen Zylinder-Mittelebene (Z) parallel verlaufen und bezüglicher dieser seitlich versetzt sind; wobei dem Hubkolben (1) ein erstes und ein zweites Pleuel (3; 5) derart zugeordnet sind, daß das erste Pleuel (3) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (1) und seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (40) der ersten
Kurbelwelle (4) drehbar gelagert ist und daß das zweite Pleuel (5) mit seinem ersten Ende schwenkbar am Hubkolben (1) mit seinem zweiten Ende an einem Kurbelzapfen (60) der zweiten Kurbelwelle (6) drehbar gelagert ist und - wobei die Kurbelwellen (4, 6) über
Synchronisationszahnräder (42, 62) miteinander in Eingriff stehen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Kurbelwellen (4, 6) in zumindest einem gemeinsamen Lagerstuhl (207) gelagert sind und daß der Lagerstuhl (207) über Befestigungsmittel (208, 210; 209, 211) unmittelbar mit dem Zylinder (2) und/oder dem Zylinderkopf (24) verbunden ist.
12. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lagerstuhl (207) zumindest einen oberen, zum Zylinder (2) gerichteten Ansatz (208, 209) aufweist, der mit Aufnahmen für Befestigungselemente (210, 211) zur Verbindung des Lagerstuhls (207) mit dem Zylinder (2) und/oder dem Zylinderkopf (24) versehen ist. |
Hubkolben-Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Hubkolben-Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 103 48 345.4 Al bekannt und wird üblicherweise als Doppelkurbelwellenmotor bezeichnet.
Die beiden Kurbelwellen von Doppelkurbelwellenmotoren sind herkömmlicherweise in einem den unteren Teil des Motors umschließenden Kurbelgehäuse gelagert, wie beispielsweise aus der US 5,870,979 A oder der DE 40 13 754 Al hervorgeht. Das Kurbelgehäuse dieser Doppelkurbelwellenmotoren muß daher besonders steif und massiv ausgebildet sein.
Bei herkömmlichen Doppelkurbelwellenmotoren wird das vom Motor erzeugte Drehmoment über eine oder beide der Kurbelwellen abgeleitet, wie beispielsweise aus der US 5,870,979 A oder der DE-OS 1 756 759 vorbekannt ist, wobei die entsprechenden das Drehmoment ableitenden Kurbelwellen zusätzliche Zahnräder aufweisen, die mit einem Getriebe gekoppelt sind, was zu einer nicht unerheblichen Baulänge und
damit zu einem erhöhten Gewicht des Doppelkurbelwellenmotors führt .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, der kompakt aufgebaut und gewichtsoptimiert ist und der in der Lage ist, auch hohe Motorleistungen zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen
Hubkolben-Brennkraftmaschine durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst .
Die gemeinsame Lagerung der beiden Kurbelwellen in einem Lagerstuhl ermöglicht zunächst, daß Kräfte, die in
Radialrichtung zwischen den beiden Kurbelwellen wirken, nicht über das Kurbelgehäuse geleitet werden müssen, sondern unmittelbar im Lagerstuhl aufgenommen werden. Das Kurbelgehäuse kann daher gewichtsgünstiger ausgelegt werden. Die besondere Auswahl der Materialien des Lagerstuhls und der miteinander kämmenden Synchronisationszahnräder, bei der die Abmessungen des Lagerstuhls und der Synchronisationszahnräder in Radialrichtung sowie der erste Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Lagerstuhls und der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der
SynchronisationsZahnräder so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls zwischen den beiden Drehachsen im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder ist, sorgt zudem dafür, daß das Zahnflankenspiel zwischen den beiden miteinander kämmenden SynchronisationsZahnrädern konstant bleibt und sich bei den nicht unerheblichen TemperaturSchwankungen, die insbesondere bei Hochleistungsmotoren auftreten, nicht verändert. Hierdurch werden die Verschleißbelastung der Zahnflanken und auch die Geräuschentwicklung spürbar herabgesetzt.
Eine bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kurbelwellen aus einem Material mit einem dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen und daß die Abmessungen des Lagerstuhls, der Kurbelwellen und der Zahnräder in Radialrichtung sowie der erste, der zweite und der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls und der darin gelagerten Kurbelwellen-Abschnitte im wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder und der Kurbelwellen-Abschnitt ist, auf dem die
Synchronisationszahnräder angebracht sind. Hierdurch werden auch die thermischen Eigenschaften der Kurbelwelle bei der Kompensation der thermischen Einflüsse auf das Zahnflankenspiel berücksichtigt.
Vorteilhaft ist bei der Erfindung, wenn der Lagerstuhl und die Synchronisationszahnräder jeweils aus Material mit demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, wobei vorteilhafterweise auch die Kurbelwellen aus dem Material mit diesem Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Lagerstuhl und die SynchronisationsZahnräder aus dem gleichen Material bestehen und wenn weiter vorteilhafterweise auch die Kurbelwellen aus diesem gleichen Material bestehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei Lagerstühle zur Lagerung der Kurbelwellen vorgesehen.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung realisiert bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei der zumindest zwei in Reihe angeordnete Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sind.
Eine besonders kompakte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine wird dadurch erreicht, daß der Lagerstuhl zumindest ein Abtriebszahnrad
lagert, das mit zumindest einem der Synchronisationszahnräder kämmt .
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn auch das Abtriebszahnrad aus einem Material mit einem
Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, der gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lagerstuhls ist.
Vorzugsweise bestehen das Abtriebszahnrad und die das Abtriebszahnrad im Lagerstuhl lagernde Welle aus dem gleichen Material wie der Lagerstuhl .
Eine weitere erfinderische Maßnahme, durch welche eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine oder eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 besonders leicht und kompakt ausgestaltet werden kann, zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden Kurbelwellen in zumindest einem gemeinsamen Lagerstuhl gelagert sind und daß der Lagerstuhl über Befestigungsmittel unmittelbar mit dem Zylinder und/oder dem Zylinderkopf verbunden ist. Diese erfinderische Maßnahme kann auch gesondert bei herkömmlichen Doppelkurbelwellenmotoren unabhängig von den vorstehend beschriebenen besonderen thermischen Eigenschaften realisiert werden.
Bei dieser Konstruktion werden die beim Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine zwischen dem Zylinderkopf und dem Lagerstuhl entstehenden Kräfte nicht über das Kurbelgehäuse geleitet, sondern unmittelbar über die Befestigungsmittel zwischen dem Lagerstuhl und dem Zylinder beziehungsweise dem Zylinderkopf, so daß das Kurbelgehäuse besonders leicht ausgestaltet werden kann und das Material des Kurbelgehäuses nicht nach Stabilitätskriterien, sondern nach Gewichts- und/oder Wärmeübertragungskriterien ausgewählt werden kann.
Bevorzugterweise weist dabei der Lagerstuhl einen zum Zylinder gerichteten Ansatz auf, der seinerseits mit Aufnahmen für Befestigungselemente für den Zylinder und/oder den Zylinderkopf versehen ist. Der Ansatz, der mit dem Lagerstuhl integral oder getrennt von diesem ausgebildet sein kann, stützt die Kräfte unmittelbar auf dem Lagerstuhl ab.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Stirnansicht auf eine erfindungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine in Richtung der Kurbelwellenachsen;
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht in Richtung des
Pfeils II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht in Richtung des Pfeils III in Fi 9- 2;
Fig. 4 eine alternative Ausgestaltung mit einem seitlichen Leistungsabtrieb und
Fig. 5 eine weitere alternative Ausgestaltung mit einem am Zylinder befestigten Lagerstuhl.
In Fig. 1 ist eine schematische teilweise geschnittene Stirnansicht einer erfindungsgemäßen
Hubkolben-Brennkraftmaschine gezeigt. Ein Hubkolben 1 ist in der Bohrung 20 eines mit einem Zylinderkopf 24 versehenen Zylinders 2 entlang einer Zylinderachse A hin- und herbewegbar aufgenommen. Der Kolben 1 ist in herkömmlicher Weise mit einer Mehrzahl von Kolbenringen 10 gegen die Zylinderbohrung 20 abgedichtet. Von der Bohrung 20 und dem Hubkolben 1 wird in herkömmlicher Weise ein Brennraum 22
begrenzt, in dem die Verbrennung des Kraftstoffgeraisches stattfindet. Die üblicherweise im Zylinderkopf 24 vorgesehenen Einlaßventile, Auslaßventile, Zündkerze oder Glühkerze und Einspritzvorrichtung sind nicht im einzelnen dargestellt, da sie der dem Fachmann allgemein bekannten Technologie entsprechen.
An seinem vom Brennraum 22 abgewandten Ende ist der Kolben 1 mit einem Kolbensteg 12 versehen, an dem bezüglich der Zylinderachse A seitlich zueinander versetzt zwei Pleuellager 14, 16 vorgesehen sind.
Am ersten Pleuellager 14 ist ein erstes Pleuel 3 mit einem an seinem ersten Ende vorgesehenen Pleuelauge 30 schwenkbar angebracht. Am anderen Ende des Pleuels 3 ist ein weiteres Pleuelauge 32 vorgesehen, welches auf einem ersten Kurbelzapfen 40 einer ersten um eine Achse X rotierbaren Kurbelwelle 4 drehbar gelagert ist.
In gleicher Weise ist am zweiten Pleuellager 16 des Kolbens 1 ein zweites Pleuel 5 mit einem ersten Pleuelauge 50 schwenkbar gelagert. Das Pleuel 5 ist mit einem an seinem anderen Ende vorgesehenen weiteren Pleuelauge 52 drehbar auf einem ersten Kurbelzapfen 60 einer zweiten um eine Achse X 1 rotierbaren Kurbelwelle 6 gelagert.
Die beiden Kurbelwellen 4 und 6 stehen über Synchronisationszahnräder bildende Zahnräder 42 und 62 miteinander kämmend in Eingriff. Dieser Eingriff der Zahnräder 42, 62 sorgt für einen gegenläufig synchronen
Umlauf der Kurbelwellen 4, 6 in Richtung der Pfeile 4', 6'. Die Lage der Kurbelzapfen 40, 60 und somit auch die Anordnung der Pleuel 3, 5 ist bezüglich der Kolbenmittelachse A beziehungsweise bei einem Mehrzylindermotor bezüglich einer aus der Reihe der jeweiligen Zylinderachsen A aufgespannten Zylindermittelebene Z symmetrisch. Der in Fig. 1 dargestellte
Aufbau eines Doppelkurbelwellenmotors beziehungsweise Doppelpleuelmotors mit zwei zueinander parallel verlaufenden und sich gegensinnig synchron drehenden Kurbelwellen 4, 6 sorgt dafür, daß der Kolben 1 reibungsarm in der Zylinderbohrung 20 laufen kann, ohne bezüglich der Zylinderachse A seitlich zu kippen.
Der Aufbau der Kurbelwelle wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert, wobei in Fig. 2 lediglich ein die Kurbelwelle 6 dargestellender Ausschnitt der Ansicht gemäß dem Pfeil II in Fig. 1 gezeigt ist. Der Aufbau der Kurbelwelle 4 ist analog dem der Kurbelwelle 6.
Fig. 2 zeigt die Kurbelwelle 6 einer als Zweizylindermotor ausgebildeten Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Kurbelwelle 6 weist einen zentralen rohrförmigen Mittelabschnitt 61 auf, der koaxial zur Achse X' der Kurbelwelle 6 ausgerichtet ist. An einem axialen Ende geht der rohrförmige Abschnitt 61 in einen ersten Stirnabschnitt 63 mit gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt 61 vergrößertem Durchmesser über. Auf dem Umfang des ersten Stirnabschnitts 63 ist das Zahnrad 62 ausgebildet, welches zur Synchronisation und zur Kraftübertragung mit dem Zahnrad 42 der Kurbelwelle 4 kämmt. Die Verzahnung 62' des Zahnrads 62 kann eine Geradverzahnung oder vorzugsweise eine Schrägverzahnung sein.
Auf der vom rohrförmigen Abschnitt 61 abgewandten Stirnseite des ersten Stirnabschnitts 63 ist der Kurbelzapfen 60 vorgesehen, dessen Achse Y' zur Kurbelwellenachse X 1 um eine Exzentrizität E seitlich versetzt ist. Auf dem Kurbelzapfen 60 ist das Pleuel 5 drehbar gelagert, in Fig. 2 ist auch das in Blickrichtung hinter dem Pleuel 5 gelegene Pleuel 3 der ersten Kurbelwelle 4 zu sehen.
An seinem zweiten Ende geht der rohrförmige Abschnitt 61 in einen zweiten Stirnabschnitt 64 über, dessen Durchmesser gegenüber dem Durchmesser des rohrförmigen Abschnitts 61 ebenfalls vergrößert ist und vorzugsweise dem Durchmesser des ersten Stirnabschnitts 63 entspricht. An seiner vom rohrförmigen Abschnitt 61 abgewandten Stirnseite ist am zweiten Stirnabschnitt 64 ein zweiter Kurbelzapfen 65 angebracht, der bezüglich der Kurbelwellenachse X' ebenfalls um die Exzentrizität E seitlich versetzt ist und dessen Achse mit der Achse Y 1 des ersten Kurbelwellenzapfens 60 identisch ist.
Auf dem zweiten Kurbelzapfen 65 ist ein zweites Pleuel 5 ' einer zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung des
Zweizylindermotors gezeigt. Auch das auf einem weiteren Kurbelzapfen 45 der spiegelsymmetrisch aufgebauten ersten Kurbelwelle 4 drehbar gelagerte erste Pleuel 3 ' der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung ist in der Fig. 2 zu erkennen. Die beiden Pleuel 3 1 , 5' sind über Pleuellager 94, 96 am (nicht dargestellten) Kolben der zweiten Kolben-Zylinder-Anordnung schwenkbar gelagert. Auch die beiden Kurbelzapfen 40, 45 der ersten Kurbelwelle 4 liegen auf einer gemeinsamen Achse Y, die ebenfalls um die Exzentrizität E von der Kurbelwellenachse X beabstandet ist.
In Fig. 2 ist weiterhin zu erkennen, daß auf dem Außenumfang des zweiten Stirnabschnitts 64 ein weiteres Zahnrad 66 vorgesehen ist, welches zum Antrieb von Hilfseinrichtungen, beispielsweise einer ölpumpe, dient. Auch auf dem analog ausgebildeten zweiten Stirnabschnitt 44 der ersten Kurbelwelle ist ein Zahnrad 46 angeordnet, welches in Richtung der Kurbelwellenachsen X, X' versetzt zum Zahnrad 66 angeordnet ist, so daß die beiden Zahnräder 46 und 66 einander nicht beeinträchtigen und nicht miteinander kämmen. Das Zahnrad 46 der ersten Kurbelwelle 4 dient ebenfalls zum
Antrieb einer weiteren Hilfseinrichtung, beispielsweise einer Hydraulikpumpe oder eines Kompressors .
Unmittelbar dem ersten Stirnabschnitt 63 und dem zweiten Stirnabschnitt 64 benachbart ist jeweils ein Lagerabschnitt 67, 68 auf dem rohrförmigen Abschnitt 61 der zweiten Kurbelwelle 6 vorgesehen. Mit den Lagerabschnitten 67, 68 ist die Kurbelwelle 6 auf herkömmliche Weise in Gleit- oder Wälzlagern in Lagerstühlen 7, 7A der Hubkolben-Brennkraftmaschine gelagert. Diese Lagerung sehr nahe an den Stirnabschnitten 63, 64 und damit an den Kurbelzapfen 60, 65 sorgt für eine ideale
Biegemomentenverteilung in der Kurbelwelle 6, da die von dem jeweiligen Pleuel 5, 8 aufgebrachten Radialkräfte in Axialrichtung nahe am Ort der Einleitung (dem Kurbelzapfen) im Kurbelwellenlager abgestützt werden. Des weiteren sorgt diese Anordnung der Lagerabschnitte 67, 68 im mittleren Bereich der als Stirnkurbelwelle ausgebildeten Kurbelwelle 6, nämlich im Bereich des rohrförmigen Abschnitts 61 für eine sehr kompakte Bauweise der Kurbelwelle 6 und damit der gesamten Hubkolben-Brennkraftmaschine. Die Lagerung der ersten Kurbelwelle 4 ist analog gestaltet .
Zwischen dem ersten Lagerabschnitt 67 und dem zweiten Lagerabschnitt 68 ist auf dem rohrförmigen Abschnitt 61 der Kurbelwelle 6 ein Ritzel 69 ausgebildet, welches zum Antrieb einer Steuerkette für im Zylinderkopf 24 vorgesehene (nicht gezeigte) Nockenwellen zur Steuerung der (nicht gezeigten) Ventile dient. Das Ritzel 69 ist in den Figuren nur auf der zweiten Kurbelwelle 6 vorgesehen, kann aber auch auf der ersten Kurbelwelle 4 vorgesehen sein.
Der Aufbau der Lagerstühle 7, 7A wird in Verbindung mit der Fig. 3 näher beschrieben, die eine Ansicht entgegen der in Fig. 1 gezeigten Ansicht in Richtung der Pfeile III in Fig. 2
zeigt. Es wird der Lagerstuhl 7 beschrieben, wobei der Lagerstuhl 7A analog aufgebaut ist .
Der Lagerstuhl 7 ist in einer durch die Kurbelwellenachsen X, X 1 gehenden Ebene geteilt ausgebildet und ist auf diese Weise unterteilt in einen unteren Lagerstuhlabschnitt 7 ' und einen oberen Lagerstuhlabschnitt 7". Die beiden
Lagerstuhlabschnitte 7' und 7" sind über Schraubbolzen 70, 70' und 71, 71' miteinander verschraubt, wobei die Schraubbolzen 70, 70'; 71, 71' zwei Paare bilden, die jeweils einer Kurbelwelle 4, 6 zugeordnet sind.
Der Lagerstuhl 7 ist mit zwei kreisförmigen Lagerausnehmungen 72, 73 versehen, die jeweils zur Hälfte im unteren Lagerstuhlabschnitt 7' und im oberen Lagerstuhlabschnitt 7" ausgeformt sind. In die jeweilige Lagerausnehmung 72, 73 ist ein Wälzlager 74, 75 eingesetzt, welches mit seinem radial inneren Lagerring 74', 75' drehfest auf dem zugeordneten Lagerabschnitt 67, 47 der jeweiligen Kurbelwelle 6, 4 angebracht ist. Der jeweilige äußere Lagerring 74", 75" des jeweiligen Lagers 74, 75 wird zwischen dem unterem Lagerstuhlabschnitt 7' und dem oberen Lagerstuhlabschnitt 7" drehfest eingespannt .
Zumindest einer der beiden Lagerstuhlabschnitte 7', 7" ist durchgehend ausgebildet und stellt somit eine starre Verbindung zwischen den beiden Kurbelwellenlagern 74, 75 dar.
Zwar sind im Ausführungsbeispiel beide Lagerstuhlabschnitte 7', 7" durchgehend ausgebildet, doch kann alternativ auch einer der Lagerstuhlabschnitte vertikal geteilt ausbildet sein und so aus zwei klammerartigen Lagerschuhen bestehen, die jeweils das entsprechende Lager einer Kurbelwelle am anderen durchgehenden Lagerstuhlabschnitt festspannen.
Obwohl im Ausführungsbeispiel zur Lagerung der jeweiligen Kurbelwelle Wälzlager gezeigt sind, können alternativ auch Gleitlager vorgesehen sein.
Doppelkurbelwellen-Motoren erfordern neben einer gleichmäßigen Aufnahme der Kurbelwellenkräfte eine möglichst spielfreie Verbindung der Synchronisationszahnräder, einerseits um eine stoßfreie Drehrichtungsumkehr der Kurbelwellen zu ermöglichen und anderseits, um die Kurbelwellen mit möglichst geringem Winkelversatz in ihrer Drehbewegung zu synchronisieren.
Da insbesondere bei Leichtbaumotoren das Kurbelgehäuse aus einem anderen Werkstoff besteht, als die Kurbelwellen oder die SychnronisationsZahnräder, werden beim
Erfindungsgegenstand die Kurbelwellenlager 74, 75 beider
Kurbelwellen 4, 6 in einem gemeinsamen, ein Lagergestell bildenden Lagerstuhl 7 aufgenommen. Der Lagerstuhl 7 besteht aus einem Material mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten und die
Sychronisationszahnräder 42, 62 bestehen aus einem Material mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die
Abmessungen des Lagerstuhls 7 und der
Sychronisationszahnräder 42, 62 sind in Radialrichtung, insbesondere in Richtung der von den beiden
Kurbelwellen-Drehachsen X, X 1 aufgespannten Ebene, unter
Berücksichtigung des ersten und des zweiten
Wärmeausdehnungskoeffizienten so aufeinander abgestimmt, daß die Wärmeausdehnung des Lagerstuhls 7 zwischen den beiden Drehachsen X, X 1 im Wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Synchronisationszahnräder 42, 62 zwischen den beiden
Drehachsen X, X 1 ist.
Hierdurch wird erreicht, daß der Abstand x zwischen den beiden Kurbelwellen-Drehachsen X, X' bei einer
Wärmeausdehnung des Lagerstuhls 7 auf Grund der bei warmem
Motor deutlich erhöhten Motortemperatur zwar ansteigt, diese Vergrößerung des Abstandes aber dadurch kompensiert wird, daß sich die Sychronisationszahnräder 42, 62 zwischen den beiden Kurbelwellenachsen X, X 1 im Wesentlichen um denselben Betrag ausdehnen. Dadurch bleibt das Zusammenspiel der
Sychronisationszahnräder 42, 62 im Bereich der miteinander kämmenden Zähne über nahezu den gesamten
Betriebstemparaturenbereich des Motors gleich, so daß weder thermisch bedingte erhöhte Zahnflankenkräfte, noch ein zu hohes Zahnflankenspiel erzeugt werden.
Der Lagerstuhl 7 und die Synchronisationszahnräder 42, 62 können dazu entweder aus einem Material mit demselben Wärmeausdehnungskoeffizienten oder sogar aus demselben Material bestehen.
Insbesondere dann, wenn sich der Durchmesser der Lagerabschnitte 67, 68 der jeweiligen Kurbelwelle 4, 6 vom Durchmesser der Kurbelwellenabschnitte unterscheidet, auf dem die Synchronisationszahnräder 42, 62 angebracht sind — sofern die Synchronisationszahnräder 42, 62 nicht einstückig mit der jeweiligen Kurbelwelle 4, 6 ausgebildet sind — ist es vorteilhaft, wenn auch die Kurbelwelle 4, 6 aus einem Material besteht, das einen dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und wobei dann die
Abmessungen des Lagerstuhls 7, der Kurbelwellen 4, 6 und der SynchronisationsZahnräder 42, 62 in Radialrichtung sowie der erste, der zweite und der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient so aufeinander abgestimmt sind, daß die Wärmeausdehung des Lagerstuhls 7 und der darin gelagerten Lagerabschnitte 47, 48; 67, 68 der Kurbelwellen 4, 6 im Wesentlichen gleich der Wärmeausdehnung der Sychronisationszahnräder 42, 62 und der Kurbelwellenabschnitte ist, auf dem die Synchronisationszahnräder 42, 62 angebracht sind.
Bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hubkolben-Brennkraftmaschine werden auch die Kurbelwellen in die Wärmeausdehnungskompensation zwischen den Kurbelwellenachsen X, X 1 mit einbezogen.
Auch hier können der Lagerstuhl 7, die
SynchronisationsZahnräder 42, 62 und die Kurbelwellen 4, 6 aus dem gleichen Material bestehen.
Obwohl das Ausführungsbeispiel einen Doppelkurbelwellen-Motor mit zwei in Reihe angeordnete Koblen-Zylinder-Einheiten zeigt, kann die Erfindung auch bei Einzylindermotoren oder bei Motoren mit mehr als zwei Kolben-Zylinder-Einheiten vorgesehen sein. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Kurbelwellen, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, als Stirnkurbelwellen mit zwischen dem die Pleuel 3, 3', 5, 5 1 aufnehmenden Kurbelzapfen 40, 45, 60, 65, vorgesehenen Lagerstühlen 7, 7A ausgebildet sind. Entsprechende Kurbelzapfen können auch zwischen einzelnen Lagerstühlen gelegen sein.
In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform ähnlich der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform dargestellt. Der Lagerstuhl 107 ist mit seinem unterem Lagerstuhlabschnitt 107' und mit seinem oberen Lagerstuhlabschnitt 107" an einem Ende mit einem seitlichen Verlängerungsansatz 107' ' • versehen, der aus dem Motorgehäuse 26 heraus in ein Getriebegehäuse 28, welches an das Motorgehäuse 26 angeflanscht ist, ragt. Im Verlängerungsansatz 107' • ' des Lagerstuhls 107 ist ein Abtriebsritzel 8 mit einer Abtriebswelle 80 in gleicher Weise im Lagerstuhl 107 gelagert wie die Synchronisationszahnräder 42, 62. Das Abtriebsritzel 8 kämmt mit dem ihm benachbarten Synchronisationszahnrad 62, so daß das vom Doppelkurbelwellenmotor erzeugte Drehmoment auf das Abtriebszahnrad 8 und die mit ihm drehfest verbundene Abtriebswelle 80 übertragen wird.
Auch das Abtriebszahnrad 8 besteht aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lagerstuhls 7 entspricht. Zusätzlich kann auch die das Abtriebszahnrad 8 im Lagerstuhl lagernde Abtriebswelle 80 aus dem gleichen Material bestehen wie der Lagerstuhl 7.
Da der Lagerstuhl 107 zusammen mit dem seitlichen Ansatz 107 ' ' ' in derselben Weise integral ausgebildet ist wie dies am Beispiel der Fig. 3 beschrieben worden ist, werden dieselben Vorteile bezüglich der Temparaturkompensation auch für die Zahnradpaarung des Synchronisationszahnrads 62 und des Abtriebszahnrads 8 zwischen deren Achsen X 1 und X" erzielt.
Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 3, als auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird durch die geschilderte Abstimmung der geometrischen Abmaße in Radialrichtung und die Materialauswahl mit den entsprechenden
Wärmeausdehnungskoeffizienten ein gleiches, möglichst geringes Zahnflankenspiel während der unterschiedlichen thermischen Betriebszustände der Hubkolben-Brennkraftmaschine erzielt.
Fig. 5 zeigt eine besondere Ausgestaltung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei welcher der Lagerstuhl 207 ebenfalls aus einem unterem Lagerstuhlabschnitt 207' und einem oberen Lagerstuhlabschnitt 207" besteht, die auf die gleiche Weise miteinander verbunden sind wie dies im Beispiel der Fig. 3 geschildert worden ist. Der Lagerstuhl 207 ist jedoch an seinem oberen, zum Zylinder 2 hinweisenden Ende mit zwei zum Zylinder 2 hin gerichteten Ansätzen 208, 209 mittels Schraubbolzen 270, 271 verbunden. Diese Ansätze 208, 209 sind ihrerseits über nur schematisch gezeigte
Schraubbolzenverbindungen 210, 211 mit dem Zylinder 2 und dem
Zylinderkopf 24 fest verbunden. Auf diese Weise werden die vertikalen Zug- und Druckkräfte, die durch den Verbrennungsvorgang im Brennraum 22 erzeugt werden, unmittelbar über die Schraubbolzenverbindungen 210, 211 und die Ansätze 208, 209 zwischen den Zylinderkopf 24 und dem
Lagerstuhl 207 abgestützt, so daß diese Kräfte nicht über das Motorgehäuse fließen müssen. Das Motorgehäuse kann daher auch besonders leicht ausgebildet sein, wodurch ein geringeres Gewicht der Hubkolben-Brennkraftmaschine erzielt werden kann. Auch kann bei der Werkstoffwahl des Motorgehäuses ein
Werkstoff mit einer geringeren Festigkeit, aber einer höheren Wärmeleitfähigkeit gewählt werden, so daß das Motorgehäuse wesentlich zur Motorkühlung beitragen kann.
Der im Ausführungsbeispiel gezeigte
Parallel-Zwei-Zylinder-Motor, kurz Twin genannt, stellt die kompakteste Art der Zwei-Zylinder-Motorenbauweise dar. Kühlmäntel um Zylinder und Zylinderköpfe können zusammengefaßt werden und benötigen keine störanfälligen Verbindungsleitungen. Die gesamte Ventilsteuerung kann mittels eines einzigen Nockenwellenantriebs und zweier über beide Zylinder reichenden Nockenwellen realisiert werden. Dies ermöglicht eine funktional sehr steife Bauweise und führt zu einer sehr wirtschaftlich herzustellenden Baueinheit.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.