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DE19607920A1 - Hypozykloidisches Kurbelgetriebe für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen - Google Patents

Hypozykloidisches Kurbelgetriebe für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen

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Publication number
DE19607920A1
DE19607920A1 DE19607920A DE19607920A DE19607920A1 DE 19607920 A1 DE19607920 A1 DE 19607920A1 DE 19607920 A DE19607920 A DE 19607920A DE 19607920 A DE19607920 A DE 19607920A DE 19607920 A1 DE19607920 A1 DE 19607920A1
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stroke
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DE19607920A
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Inventor
Gert Fischer
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00 with crankshaft
    • F01B9/026—Rigid connections between piston and rod; Oscillating pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • F02B75/246—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type with only one crankshaft of the "pancake" type, e.g. pairs of connecting rods attached to common crankshaft bearing

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der WO 92/17694 (= PCT/GR 91/00004) aus.
Aus diesem Dokument ist ein hypozykloidisches Kurbelgetriebe bekannt, bei dem ein zur Drehsteuerung der kombinierten Hub-/Führungswelle dienendes wellen­ festes Element als ein zwischen Ausgleichsmassen der Hub-/Führungswelle ange­ ordnetes Zahnrad gestaltet ist, das mit einem im Maschinengehäuse angeordneten Innenzahnkranz das bekannte Kardankreispaar zur Erzeugung orthogonaler, ge­ radliniger Führungsbewegungen dient.
Diese bekannte Anordnung des Zahnrades mit wenigstens an einer Ausgleichs­ masse bündig anschlagender Stirnseite erfordert eine von der Hub-/Führungswelle gesonderte Anfertigung des Zahnrades, womit nachteiligerweise ein fertigungs­ technischer Aufwand verbunden ist, der sich insbesondere bei einer mehrzylindri­ gen Hubkolbenmaschine mit einer notwendigerweise gebauten Hub-/Füh­ rungswelle zusätzlich erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine kombinierte Hub-/Füh­ rungswelle des gattungsgemäßen hypozykloidischen Kurbelgetriebes ein wel­ lenfestes Element der hypozykloidischen Geradführungseinrichtung aufzuzeigen, das eine einstückige Ausbildung der Hub-/Führungswelle erlaubt.
Diese Aufgabe ist gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß das wellen­ feste Element der Hub-/Führungswelle ein mit der hypozykloidischen Gerad­ führungseinrichtung zusammenwirkender Führungsexzenter ist.
Ein anstelle des bekannten Führungs-Zahnrades verwendeter, per se z. B. aus der FR-PS 1 003 222 für ein gattungsfremdes hypozykloidisches Kurbelgetriebe be­ kannter Führungsexzenter erlaubt in vorteilhafter Weise die einstückige Ausbildung der kombinierten Hub-/Führungswelle.
Der erfindungsgemäß angeordnete Führungsexzenter erlaubt im Zusammenwirken mit einem im/am Maschinengehäuse beweglich geführten Geradführungselement eine vorteilhaft unmittelbare Abstützung am Führungsexzenter wirkender Kräfte, wie beispielsweise Gaskräfte bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, gegen am Maschinengehäuse ausgebildeter oder angeordneter Führungsflächen.
Eine vorteilhafte Kräfteabstützung gegen das Maschinengehäuse ist mit einem z. B. aus der DE-A 41 08 311 bekannten Watt′schen Lenker als Geradführungseinrich­ tung des hypozykloidischen Kurbelgetriebes erzielt, verbunden mit dem baulichen Vorteil des geringen Platzbedarfes durch die auf dem Führungsexzenter gelagert angeordnete Koppel im Bauraum des Kurbelgetriebes, die über außen am Maschi­ nengehäuse angelenkte Schwingarme geführt ist.
Diese mit dem Watt′schen Lenker vorteilhafte Kräfteabstützung führt bei einer mehrzylindrigen Hubkolbenmaschine mit auf der Hub-/Führungswelle axial gegen­ seitig beabstandet angeordneten Schubstangen-/Hubexzentern zu einem vorteil­ haft geringen Bauaufwand des hypozykloidischen Kurbelgetriebes dadurch, daß ein einziger Watt′scher Lenker mit einem zwischen den Hubexzentern im wesentli­ chen mittig angeordneten Führungsexzenter zusammenwirkend vorgesehen ist, wie dies per se für ein gattungsfremdes hypozykloidisches Getriebe in den DE- Anmeldungen 195 04 890 und 195 09 155 vorgeschlagen wurde.
Die vorbeschriebene Mitten-Anordnung des Watt′schen Lenkers ist besonders vorteilhaft für eine mehrzylindrige Hubkolbenmaschine mit auf der Hub-/Füh­ rungswelle angeordnete Hubexzenter für gleichsinnig oszillierende Schub­ stangen von Kolben in beiderseits der Kurbelwelle angeordneten Zylinderpaaren. Um hierbei ein Klemmen der orthogonal zu den Schubstangen geführten Koppel des Watt′schen Lenkers über den gesamten Führungshub sicher zu vermeiden, stehen die Schwingarme zumindest in den maschinengehäuseseitigen Anlenkstel­ len mit dreh- und fixierbar ausgebildeten Einstell-Exzentern als Mittel zum Aus­ gleich von Maßtoleranzen in Verbindung, wie dies in der bereits genannten Anmel­ dung DE-P 195 04 890 vorgeschlagen und näher beschrieben wurde.
Eine bezüglich Festigkeit und Massenausgleich günstige Gestaltung der Hub-/Füh­ rungswelle sieht vor, diese als mehrfach gekröpfte Nebenkurbelwelle auszu­ bilden, wobei Hubexzenter und Führungsexzenter jeweils als Zapfen von festig­ keitsmäßig leistungsbezogenen Durchmessern ausgeführt sind. Diese über end­ seitige Lagerzapfen in Ausnehmungen der synchron drehverbundenen Kurbel­ wangen der Hauptkurbelwelle drehgelagerte Nebenkurbelwelle ist in vorteilhafter Weise einstückig ausgestaltet bzw. hergestellt. Diese so gestaltete und als in bei­ den Enden abgestützter Biegebalken betrachtete Nebenkurbelwelle weist im Be­ reich des maximalen Biegemomentes den als Zapfen gestalteten Führungsexzen­ ter auf, der mit seiner durch diese Dimensionierung gegebenen Masse und den anteiligen Wangenmassen einen vorteilhaft angenäherten Massenausgleich zu den diametral angeordneten, kleiner dimensionierten Hubexzenter-Zapfen mit an­ teiligen Wangenmassen um die Drehachse der Nebenkurbelwelle ergibt.
Eine mit am Außenumfang der Kurbelwangen vorgesehene Verzahnung zusam­ menwirkende Getriebewelle eignet sich vorteilhaft für eine Übersetzung ins Schnelle. Eine mit auf den Wellenzapfen der Hauptkurbelwelle gesonderten Ge­ trieberädern zusammenwirkende Getriebewelle ist vorteilhaft für eine Übersetzung ins Langsame. In jedem der Fälle kann die jeweilige Getriebewelle zusätzlich dem Antrieb eines maschineneigenen und/oder maschinenfernen Aggregates dienen.
Vorzugsweise ist jede der Getriebewellen im Maschinengehäuse in einem von den Schwingarmen des Watt′schen Lenkers freien Bereich angeordnet, vorteilhafter­ weise seitlich der Bewegungsbahn der Koppel, so daß die Getriebewelle innerhalb der Gehäusekontur verbleibt.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch in Perspektive dar­ gestellten Beispiels beschrieben.
Eine in der einzigen Zeichnung abschnittsweise schematisch dargestellte, vor­ zugsweise als Brennkraftmaschine dienende Hubkolbenmaschine 1 ist mit einem hypozykloidischen Kurbelgetriebe 2 ausgerüstet. Das Kurbelgetriebe 2 umfaßt eine im Maschinengehäuse 3 über Wellenzapfen 4 gelagerte erste Kurbelwelle 5 mit über eine Getriebewelle 6 synchron drehverbundenen Kurbelwangen 7.
Eine Antriebsverbindung der ersten Kurbelwelle 5 mit gleichgerichtet oszillierenden Schubstangen 8 für Kolben 9 in paarweise diametral angeordneten Zylindern 10, 10′ erfolgt über Hubexzenter bzw. Hubzapfen 11 einer kombinierten Hub-/Füh­ rungswelle 12, die in den Kurbelwangen 7 der ersten Kurbelwelle 5 außermittig drehgelagert ist.
Erfindungsgemäß sind die beiden Hubexzenter bzw. Hubzapfen 11 der Hub-/Füh­ rungswelle 12 miteinander über einen mit einer hypozykloidischen Gerad­ führungseinrichtung 13 zusammenwirkenden Führungsexzenter bzw. Führungs­ zapfen 14 drehfest verbunden. Die Geradführungseinrichtung 13 umfaßt vorzugs­ weise ein zu den oszillierenden Schubstangen 8 orthogonal gerichtet am Maschi­ nengehäuse 3 beweglich geführtes Geradführungselement 15, das als eine über am Maschinengehäuse 3 angelenkte Schwingarme 16 geführte Koppel eines Watt′schen Lenkers 17 gestaltet ist. Vorzugsweise ist zwischen den axial be­ abstandeten Hubexzentern bzw. Hubzapfen 11 die Hub-/Führungswelle 12 mittig mit einem Führungsexzenter bzw. Führungszapfen 14 für einen einzigen Watt′schen Lenker 17 zwischen den Schubstangen 8 ausgerüstet. Damit ist eine hinsichtlich der Festigkeit bei kleinem Platzbedarf vorteilhafte Geradführungs­ einrichtung 13 erzielt, die zudem bei einfacher Montage einen von außen zugäng­ liche Einstellung ermöglicht.
Diese Einstellung ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise da­ durch erreicht, daß zumindest maschinengehäuseseitige Anlenkstellen 18 der Schwingarme 16 des mittig zwischen den Schubstangen 8 vorgesehenen Watt′schen Lenkers 17 mit dreh- und fixierbar ausgebildeten Einstell-Exzentern 19 als Mittel zum Ausgleich von Maßtoleranzen ausgerüstet sind.
Zur Erzielung einer biegesteifen Hub-/Führungswelle 12 sind die Hubexzenter 11 und der Führungsexzenter 14 jeweils als Zapfen einer mehrfach gekröpften, ein­ stückigen Nebenkurbelwelle 20 gestaltet, die über einstückig an geformte Lager­ zapfen 21 in exzentrisch angeordneten Ausnehmungen 22 der Kurbelwangen 7 der Hauptkurbelwelle 5 drehgelagert ist.
Aus der Zeichnung geht weiter hervor, daß die Kurbelwangen 7 der Hauptkurbel­ welle 5 am jeweiligen Außenumfang mit Verzahnungen 23 versehen sind zum Ein­ griff in Getrieberäder 24 auf der Getriebewelle 6. Die seitlich der orthogonalen Be­ wegungsbahn der Koppel 15 im Maschinengehäuse 3 angeordnete Getriebewelle 6 ist in der aufgezeigten Anordnung ins Schnelle übersetzt. Sie kann dem Antrieb eines maschinenexternen oder maschineninternen Nebenaggregates dienen.
Dagegen nicht dargestellt ist eine untersetzte bzw. ins Langsame übersetzte Ge­ triebewelle mit im Durchmesser großen Getrieberädern, die mit relativ kleineren Getrieberädern auf den Wellenzapfen 4 der Hauptkurbelwelle 5 kämmen.

Claims (10)

1. Hypozykloidisches Kurbelgetriebe für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen,
  • - umfassend eine im Maschinengehäuse (3) über Wellenzapfen (4) gelagerte Kurbelwelle (5) mit über eine Getriebewelle (6) synchron drehverbundenen Kurbelwangen (7), in denen
  • - eine kombinierte Hub-/Führungswelle (12) außermittig drehgelagert und über ein wellenfestes Element der hypozykloidischen Gerad­ führungseinrichtung (13) derart drehgesteuert ist, daß mittels
  • - eines mit der Hub-/Führungswelle (12) drehfest verbundenen Hubexzenters (11) eine Schubstange (8) oszillierend angetrieben ist,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß das wellenfeste Element der Hub-/Führungswelle (12) ein mit der hypozykloidischen Geradführungseinrichtung (13) zusammen­ wirkender Führungsexzenter (14) ist.
2. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füh­ rungsexzenter (14) mit einem zur oszillierenden Schubstange (8) orthogonal gerichtet im/am Maschinengehäuse (3) beweglich geführten Geradfüh­ rungselement (Koppel 15; Kulissenstein oder Wälzlager) zusammenwirkt.
3. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hypozykloidische Geradführungseinrichtung (13) ein Watt′scher Lenker (17) ist mit einer über am Maschinengehäuse (3) angelenkte Schwingarme (16) geführten und auf dem Führungsexzenter (14) gelagert angeordneten Kop­ pel (15) als Geradführungselement.
4. Kurbelgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Hub-/Führungswelle (12) axial gegenseitig beabstandet an­ geordnete Schubstangen-Hubexzenter (11) aufweist, und
  • - daß ein einziger Watt′scher Lenker (17) mit einem zwischen den Hubexzentern (11) im wesentlich mittig angeordneten Führungs­ exzenter (14) zusammenwirkend vorgesehen ist.
5. Kurbelgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Hub-/Führungswelle (12) diametral zum Führungsexzenter (14) angeordnete Hubexzenter (11) aufweist für gleichsinnig oszillie­ rende Schubstangen (8) von Kolben (9) in beiderseits der Kurbel­ welle (5) angeordneten Zylinderpaaren (10, 10′), wobei
  • - zumindest maschinengehäuseseitige Anlenkstellen (18) der Schwingarme (16) des zwischen den Schubstangen (8) vorgesehe­ nen Watt′schen Lenkers (17) mit dreh- und fixierbar ausgebildeten Einstell-Exzentern (19) als Mittel zum Ausgleich von Maßtoleranzen ausgerüstet sind.
6. Kurbelgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Hubexzenter (11) und der Führungsexzenter (14) jeweils als Zapfen einer mehrfach gekröpften, als Nebenkurbelwelle (20) die­ nenden Hub-/Führungswelle (12) gestaltet sind, und
  • - daß die Nebenkurbelwelle (20) über Lagerzapfen (21) in Ausneh­ mungen (22) der Kurbelwangen (7) der Hauptkurbelwelle (5) dreh­ gelagert ist.
7. Kurbelgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Neben­ kurbelwelle (20) einstückig gestaltet ist.
8. Kurbelgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwangen (7) der Hauptkurbelwelle (5) am je­ weiligen Außenumfang mit Verzahnungen (23) versehen sind zum Eingriff in Getrieberäder (24) auf der Getriebewelle (6).
9. Kurbelgetriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Wellenzapfen (4) der Hauptkurbelwelle (5) erste Getrieberäder angeordnet sind zum Eingriff in zweite Getrieberäder der Getriebewelle (6).
DE19607920A 1996-03-01 1996-03-01 Hypozykloidisches Kurbelgetriebe für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen Withdrawn DE19607920A1 (de)

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