<Desc/Clms Page number 1>
Verbindung von Maschinen mit hin-und hergehenden Massen mit ihrem Träger.
Die Erfindung betrifft eine Verbindung von Maschinen mit hin-und hergehenden Massen mit ihrem Träger, insbesondere eines Antriebsmotors für Kraftfahrzeuge mit seinem Tragrahmen, z. B. wie in der französischen Patentschrift Nr. 750029 beschrieben ist. Bei einer solchen Verbindung ist die Maschine von einem elastischen System abgestützt und in oder nahe der Schwingachse aufgehängt, um welche sie durch jene periodischen Kräfte in Schwingung versetzt werden, welche sich aus den hin-und hergehenden Massen ergeben. Hiebei ermöglicht das Aufhängeorgan, z. B. ein elastisches Band, eine freies Schwingen der Maschine um ihre natürlichen Schwingachsen. Es wurde jedoch gefunden, dass diese Schwingachsen, insbesondere jene, welche den periodischen Trägheitskräften entspricht, in ihrer Stellung wesentlich veränderlich sind.
Das Aufhängeorgan soll daher genügend Biegsamkeit bzw. Nachgiebigkeit aufweisen, um jederzeit ein Schwingen der Maschine um ihre natürlichen Achsen, unbeschadet der fortwährenden Verlagerungen derselben zu gestatten.
Die Befestigung gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das die Maschine abstützende elastische System derart angeordnet ist, dass die Wirkungslinie der von diesem System ausgeübten Reaktionskräfte angenähert mit der Wirkungslinie der Resultierenden der periodischen Kräfte zusammenfällt. Diese Anordnung bewirkt, wie nachstehend ausführlich dargelegt wird, dass die Verlagerungen der natürlichen Schwingachse der Maschine unter der Wirkung der periodischen Trägheits- kräfte verringert werden.
Vorzugsweise besteht das genannte elastische System in einfacher Weise aus zwei beiderseitig der Maschine angeordneten Federn, deren Verbindungsebene angenähert durch die Längsmitte der Maschine geht. Im besonderen Falle, wo das von der Maschine ausgeübte mittlere Antriebsmoment hohe Werte erreichen kann, werden gemäss der Erfindung für das elastische System, das die Maschine entgegen diesem Moment abzustützen hat, an sich bekannte Federn verwendet, die einer steigenden Belastung eine steigende elastische Reaktion entgegensetzen. Das Verbindungsorgan, an dem die Maschine aufgehängt ist, besteht zweckmässig aus einem oder mehreren in einer waagrechten Ebene verlaufenden nachgiebigen Bändern.
Da die Wirkungslinie der Resultierenden der periodischen Kräfte in der Regel in der Nähe des Schwerpunktes der Maschine liegt, anderseits aber mit dieser Wirkungslinie die Wirkunglinie der Reaktionskraft des elastischen Systems angenähert zusammenfallen soll, so wird der überwiegende Teil des Maschinengewichtes vom elastischen System aufgenommen. Das genannte Verbindungsorgan ist somit vom Grossteil des Maschinengewiehtes entlastet, was die Ausbildung dieses Organs erheblich erleichtert.
In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise an Hand einer Brennkraftmaschine in Blockform dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch in Draufsicht und Seitenansicht einen nach Art der oben genannten Patentschrift befestigten Motor. Die Fig. 3 und 4 zeigen in schematischer Seitenund Stirnansicht die Befestigung desselben Motors gemäss der Erfindung. Die Fig. 5 und 6 zeigen den nach Fig. 3 befestigten Motor in ausführlicher Seiten-bzw.
Stirnansicht ; Fig. 7 zeigt in Draufsicht und grösserem Massstab die Befestigung, Fig. 8 ist eine Ansicht von hinten bzw. ein Schnitt nach der
<Desc/Clms Page number 2>
Linie VIII-VIII der Fig. 9, Fig. 9 ist ein Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8, die Fig. 10 und 11 zeigen im Schnitt zwei abgeänderte Befestigungsarten, Fig. 12 ist eine Draufsicht entsprechend Fig. 11, Fig. 13 zeigt eine weitere Befestigungsart, Fig. 14 ist ein Schnitt quer zum Motor durch eine der Federn nach den Fig. 5 und 6 in grösserem Massstab, die Fig. 15-20 zeigen verschiedene Federn, Fig. 21 ist ein
Längsschnitt durch den vorderen Anschlag bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6, Fig. 22 ist ein Querschnitt nach der Linie XXl1-XXl1 der Fig. 21, und Fig. 23 zeigt schematisch einen stossdämpfenden Anschlag.
Gemäss der oben genannten Patentschrift unterscheidet man (Fig. 1, 2) den Schwerpunkt G und den Angriffspunkt der hin-und hergehenden Resultierenden F der periodischen Kräfte. Da diese Resultierende stossweise wirkt, trachtet der Motor unter ihrem Einfluss um die Achse c-c zu schwingen, die in einer Ebene liegt, welche durch G hindurchgeht und sowohl zur Wirkungslinie von F als auch zu der durch diese Wirkungslinie und G bestimmten Ebene a senkrecht steht. Der Abstand zwischen dieser Achse c-c und G hängt vom Abstand zwischen G und der Wirkungslinie von F und den Parametern des Motors ab.
Bei einem Motor mit lotrechten Zylindern und üblicher Bauart ist die Resultierende F lotrecht und der Winkel a, den die lotrechte, durch G und die Wirkungslinie von F gehende Ebene mit der Motorachse V-V einschliesst, ist sehr klein und kann vernachlässigt werden. Die Achse c-c liegt dann waagrecht und quer zum Motor.
Es muss jedoch auch auf die den Motor tragende Feder s Rücksicht genommen werden. Diese Feder wird, wenn der Motor unter der Wirkung von F schwingt, periodisch zusammengedrückt und übt somit auf den Motor eine periodische Kraft f (Fig. 2) aus. Diese würde, für sich allein betrachtet, trachten, den Motor um eine Achse a'-d in Schwingung zu versetzen, genau so wie F, für sich allein betrachtet, ihn um c-c zu schwingen trachten würde.
Als Ergebnis schwingt der Motor um eine Achse die mehr oder weniger in der Mitte zwischen c-c und c'-c'liegt. Die Erfahrung und die Rechnung zeigen, dass die jeweilige Lage der Achse c"-c"sich während einer Umdrehung der Motorwelle ändert und dass ihre mittlere Stellung ihrerseits sich mit der Motorgeschwindigkeit ändert.
Es ist daher gemäss der genannten Patentschrift das nachgiebige Verbindungsorgan 1 (z. B. ein Gewebeband) in einer geeigneten Mittelstellung anzuordnen und ihm eine beträchtliche freie Beweglichkeit sowie Nachgiebigkeit zu geben, damit der Motor stets um die augenblickliche Achse unbeschadet ihrer Verlagerungen, schwingen kann.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird das elastische Tragsystemfür den Motor derart angeordnet, dass seine Wirkungslinie mit jener von F zusammenfällt (oder ihr zumindest sehr nahe liegt). Zu diesem Zwecke können (Fig. 3,4) zwei lotrechte Schraubenfedern 2 beiderseits des Motors verwendet werden, deren Achsen in derselben Querebene des Motors liegen wie die Wirkungslinie von F. Auf diese Weise erreicht man, dass die Achse c'-e'mit der Achse c-c zusammenfällt (oder ihr sehr nahe liegt). Es wird dadurch die Ilauptursache der Lagenänderungen der jeweiligen resultierenden Achse c" -c" unterdrückt (bzw. herabgesetzt).
Diese Achse verharrt nichtsdestoweniger nicht unbeweglich im Raum, da der
EMI2.1
sind jedoch praktisch genügend herabgesetzt und erfolgen um eine unveränderliche (bzw. annähernd unveränderliche) Mittellage herum. Die praktische Ausbildung des Verbindungsorgans 1 wird somit erheblich erleichtert.
Es ist ersichtlich, dass bei Motoren von normaler Bauart die Entfernung zwischen G und F gering ist. Die Federn 2 tragen somit den grössten Teil des Motorgewichtes, und das Verbindungsorgan 1 hat daher nur geringe lotrechte Kräfte aufzunehmen. Dieses Organ kann daher, wie gezeigt, leicht durch ein waagrechtes Band aus biegsamem Stoff, z. B. Gewebe oder Leder, der gegebenenfalls armiert sein kann, gebildet werden, was in vielen Fällen eine vorteilhafte und praktische Lösung bietet.
Die Motorbefestigung gemäss der Erfindung weist ferner den Vorteil auf, dass die Federn 2 ebenso zum Festhalten des Motors entgegen den periodischen Kräftepaaren und dem mittleren Antriebsdrehmoment dienen können. Wie in der erwähnten Patentschrift erläutert, trachten diese Kräftepaar bzw. das Drehmoment den Motor in Schwingung um die Achse X-X zu versetzen, die durch G geht und parallel zur Achse V-V der Motorwelle liegt. Da letztere praktisch senkrecht zur Wirkungslinie von F liegt, schneidet die Achse X-X die Achse c"-c"beim Verbindungsorgan. Dieses Verbindungsorgan 1 er- möglicht vermöge seiner Verwindungsfähigkeit ein Schwingen des Motors um X-X.
Wenn der Motor eine solche Schwingung ausführt, entfernt sich seine augenblickliche Achse ein wenig von der Stellung X-X, u. zw. zufolge der Trägheitskräfte, die entstehen, da im allgemeinen der Motor um die Achse X-X nicht dynamisch ausgewuchtet ist. Die Nachgiebigkeit des Bandes 1 gestattet derartige Veränderungen ohne Anstand.
Die Federn 2 sind, wie in der erwähnten Patentschrift angegeben, derart angeordnet, dass das aus Motor und diesen Federn bestehende schwingende System bei normalem Lauf eine Art Filter für alle Schwingungen des Motors (um die Achse c"-c"und um die Achse X-X) bildet. Diese Bedingung
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
EMI3.2
EMI3.3
Diese Bedingung führt, insbesondere bei Automobilmotoren, zu verhältnismässig weichen Federn.
Die Federn 2 müssen ferner die Reaktion des mittleren Drehmoments aufnehmen, das von der Abtriebswelle 3 über das Geschwindigkeitsgetriebe 4 übertragen wird. Bei grossen Untersetzungen kann dieses Drehmoment sehr hoch sein, was wiederum zu ausreichend harten Federn führen würde, damit sich der Motor nicht zu sehr neigt.
Diese beiden entgegengesetzten Forderungen kann man miteinander in Einklang bringen, indem man solche Federn 2 vorsieht, dass ihre elastische Reaktion, die anfangs konstant bzw. im Wesen konstant ist, von einer bestimmten Belastung angefangen steigt. Auf diese Weise entspricht einem hohen Drehmoment eine hohe Reaktion, und da anderseits ein Motor im allgemeinen bei ganz niedrigen Geschwindigkeiten kein hohes Drehmoment liefert, ist die oben genannte Bedingung erfüllt.
Weiter unten wird ersichtlich werden, auf welche Weise elastische Systeme mit einer elastischen Reaktion von passender Charakteristik praktisch erhalten werden können.
Selbstverständich kann neben den seitlichen Federn 2 (Fig. 3) die vordere Feder s (Fig. 2) beibehalten werden. Eine solche Anordnung kann in gewissen Fällen von Nutzen sein, z. B. wenn zur Erfüllung der auf das Filtern der periodischen Kräftepaare gerichteten Bedingung Federn gewählt wurden, die zum einwandfreien Tragen des Motors zu schwach sind. In einem solchen Falle beseitigt eine verhältnismässig schwache Zusatzfeder s die Schwierigkeit. Sie wird derart anzuordnen sein, dass die Resultierende der Kräfte aller drei Federn mit F im Wesen zusammenfällt.
In den Fig. 2-4 ist ferner eine Anschlageinrichtung 5, 6 ersichtlich, die zur Begrenzung abnormaler Bewegungen des Motors dient und einen Fortsatz 5 aufweist, der sich mit genügendem Spiel in einer Ausnehmung 6 bewegt. Diese Einrichtung soll den Motor bloss entgegen der Wirkung von Kräften festhalten, die beim normalen Lauf des Motors selbst nicht auftreten, z. B. gegen Fahrtstösse, gegen die Fliehkraft im Falle eines eine Kurve nehmenden Kraftfahrzeuges, Schiffes oder Flugzeuges usw. Auch zur Begrenzung der Zusammendrückung der Federn 2 können Anschläge vorgesehen werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen die Einzelheiten einer Ausführungsform der Befestigung an einem Automobilmotor.
Das nachgiebige Verbindungsorgan (Fig. 7-9) weist zwei Bänder 7 und 8 aus in Gummi eingebettetem Gewebe od. dgl. auf, die quer zwischen den Armen 9 des Rahmens 10 (Fig. 5) gespannt sind.
Diese Bänder sind in ihrer Mitte durch eine Schraube 11 zwischen einer gekrümmten Platte 12 eines am Motorblock befestigten Armes 13 und einer Gegenplatte 14 eingespannt. Elastische Blätter 15 können zur Verstärkung der Bänder 7, 8 vorgesehen sein. Anstatt solcher Blätter können in Textilgeweben eingebettete Metallgewebe verwendet werden.
Der Motorblock ist ferner mit seitlichen Armen 16 (Fig. 6) versehen, deren Enden Stangen 17
EMI3.4
durch Schrauben 23 an den Längsträgern des Rahmens befestigt ist. Die Köpfe 18 werden durch auf die Enden der Stangen 17 aufgeschraubte Muttern gebildet und ermöglichen so eine rasche Einstellung der Federcharakteristik bei der Montage.
Die Federn 19 bewirken eine veränderliche elastische Reaktion. Diese bleibt so lange konstant, als keine Windung zusammengedrückt wird. Wenn jedoch die Belastung einen bestimmten Wert überschreitet, gelangen die unteren Windungen zur Auflage auf dem Futter 20 und werden unwirksam. Die elastische Reaktion wächst sodann rasch mit der Belastung. Ebenso wird, wenn der Motor auf die Übertragungswelle 24 ein hohes Drehmoment ausübt, eine der Federn 19 um einen gewissen Betrag zusammengedrückte und das elastische System übt somit eine höhere Reaktion gegen die Torsion aus, welche Reaktion den Motor in Stellung erhält.
Vorne ist eine Anschlagvorriehtung zur Begrenzung der Bewegungen des Motors gegenüber dem Rahmen vorgesehen. Diese Vorrichtung besitzt (Fig. 21,22) ein Paket von Metallblättern 25, die an ihrem einen Ende am Motor befestigt und am freien Ende mit einem nachgiebigen Material (Gummi) überzogen sind. Dieses bildet einen Block 26, der mit Spiel in einem Gehäuse 27 liegt, welches durch eine Stütze 28 getragen wird, die ihrerseits an den Längsträgern des Rahmens befestigt ist.
Wie dargestellt, sind die Oberflächen des Blockes 26 zu den Wänden des Gehäuses 27 nicht parellel, so dass im Falle der Motor gegenüber dem Rahmen abnormal Bewegungen ausführt, die Berührung zwischen Block und Gehäuse zuerst bei i erfolgt und dann sich allmählich nach i zu ausbreitet, im Masse die den Motor verlagernde Kraft ansteigt.
<Desc/Clms Page number 4>
Unter normalen Verhältnissen dürfen die Motorschwingungen unter dem Einfluss der periodischen Kräfte und Kräftepaare den Block 26 nicht zur Berührung mit dem Gehäuse 27 bringen, u. zw. unabhängig vom Arbeitszustand des Motors.
Die Anschlagvorrichtung verhindert auch übermässige Winkelbewegungen des Motors (um eine zur Ebene der Fig. 22 senkrechte Achse), indem sich dann der Block 26 in das Gehäuse 27 einzwängt. Mittels einer an der Rückseite des Gehäuses 27 durch Schrauben 30 befestigten Verschlussplatte 29 kann man die Anschlagvorrichtung auch zur Begrenzung von Längsbewegungen des Motors unter der Wirkung eines plötzlichen Anfahrens oder heftigen Bremsens benutzen, wobei die Spiele 7c und i ! in passender Weise angeordnet sind.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, tritt vorzugsweise eines der Blätter 25 durch ein Fenster 31
EMI4.1
Die Nachgiebigkeit der Blätter 25 erhöht die sanfte Arbeitsweise der Anschlagvorrichtung.
Die Fig. 10 zeigt eine abgeänderte Befestigungsart. Hier sind zwei Bänder 32 aus Gewebe od. dgl. in der Längsrichtung gespannt und an ihren Enden durch Schrauben 33 einerseits an einer Platte 34 des Rahmens, anderseits an einer Platte 35 des Motors festgezogen. Die Befestigung erfolgt unter Zwischenschaltung von geeigneten Scheiben, die sich gegen die Bänder legen. Während aber die Scheiben 36 auf der Seite des Rahmens kurz sind, sind die Scheiben 37 auf dem gegenüberliegenden Ende verlängert und bilden Flügel 38, die mit einem gewissen Spiel oberhalb und unterhalb der Bänder 32 liegen. Die Platte 34 erstreckt sich zwischen beide Bänder und verjüngt sich.
Diese Art der Verbindung besitzt eine überaus grosse Nachgiebigkeit für geringe Deformationen, während jegliche übermässige Verwindung zufolge des geringen Spieles der Bänder zwischen den Flügeln 38 und der Platte 34 verhindert wird.
Die Fig. 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der eine Art von abgeplattetem Ring 39, der mit dem Motor fest verbunden ist, von einer flachen Stange 40 durchsetzt wird, die mit dem Rahmen fest verbunden ist. Der Zwischenraum zwischen Ring 39 und Stange 40 ist von einer genügend weichen Gummimasse 41 erfüllt. Auf diese Weise wird eine Art Gummigelenk gebildet, das dem Motor eine genügende Freiheit in der Wahl seiner momentanen Schwingachse lässt, hingegen sich jeder übermässigen Verlagerung, in welcher Richtung sie sich auch ausbilden will, energisch widersetzt.
Bei der weiteren Ausführungsform der Befestigung nach Fig. 13 sind zwei lotrechte Bänder 42, 43 in derselben Ebene angeordnet, während ihre Achsen zueinander senkrecht stehen. Der Teil 44 ist mit dem Rahmen, der Teil 45 mit dem Motor fest verbunden. Zwei divergierende Flügel 46 umgeben das Band 43 und bilden Begrenzugsanschläge für Drehbewegungen des Teiles 45.
Die Fig. 15-20 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen der Federn bzw. elastischen Systeme mit veränderlicher Reaktion.
Fig. 15 zeigt eine Schraubenfeder mit wachsender Steigung. Bei Belastung einer solchen Feder bleibt ihre Reaktion so lange konstant, bis die unteren Windungen sich aufeinanderlegen. Von diesem Moment an wird der aufeinanderliegende Federteilimmer grösser und die elastische Reaktionsteigtraseh an.
Bei der Feder nach Fig. 16 ist der Federquerschnitt veränderlich. Das Ergebnis ist dasselbe, die Windungen mit schwachem Querschnitt legen sich, uerst übereinander, wodurch die elastische Reaktion verstärkt wird.
EMI4.2
willkürlich geändert werden, indem die Unterlage mehr oder weniger bombiert wird (wie bei 47 oder 47' gestrichelt angedeutet) oder durch Änderung der Steigung. Die konischen Federn 19 (Fig. 5, 6 und 14 sind in dieser Weise ausgebildet. Die radialen Abstände der einzelnen Windungen sollen ausreichend sein, damit die Windungen sich aneinander vorbeibewegen können.
Gemäss Fig. 18 trägt eine Feder 48 eine Muffe 49, auf der eine zweite Feder 50 ruht, welche eine zweite Muffe 51 trägt, auf der wiederum eine dritte Feder 52 aufsitzt. Wenn letztere belastet wird, übt das Ganze eine elastische Reaktion aus, die so lange konstant ist, bis die schwächste Feder, z. B. 48, zusammengedrückt ist. In diesem Moment steigt die elastische Reaktion plötzlich an. Sie bleibt dann von neuem konstant, bis eine weitere Feder, z. B. 50, ihrerseits zusammengedrückt ist. In diesem Moment steigt sie wiederum an.
Gemäss Fig. 19 trägt ein mit dem Motor fest verbundener Arm 53 eine Scheibe 54, die auf einer mit Luft unter passendem Druck gefüllten Hülle 55 aufruht. Die elastische Reaktion wächst mit der Belastung, insbesondere da die Auflagefläche der Scheibe 54 mit der Zusammendrückung der Hülle 55 grösser wird.
Gemäss Fig. 20 ruht der Motor auf elastischen Blättern 56 auf, deren mit seitlichen Wangen 57 versehene Enden auf Blöcken 58 aus elastischem Material (Gummi) liegen. In dem Masse, als die Belastung wächst, wird der Abstand der Auflagepunkte der Blätter 56 auf den Blöcken 58 geringer, zunächst deswegen, weil die Blätter sich abzuplatten trachten, dann aber auch, weil die oberen Flächen der Blöcke sich unter der Belastung deformieren. Die elastische Reaktion wächst somit regelmässig mit der Belastung. Bei sehr elastischen Blättern 56 können die Blöcke 58 fast starr sein, und umgekehrt können, falls die Blöcke sehr elastisch sind, die Blätter praktisch keine Elastizität zeigen.
<Desc/Clms Page number 5>
Fig. 23 zeigt einen stossdämpfenden Begrenzungsanschlag, der mit den seitlichen Federn 19 (Fig. 5,6) oder 2 (Fig. 2,3) verbunden werden kann, um abnormal Motorbewegungen zu begrenzen, die z. B. durch die Wirkung von Fahrtstössen bei einem Kraftwagen oder einer plötzlichen Änderung der Grösse des von der Welle übertragenen mittleren Drehmoments entstehen. Diese Einrichtung besitzt einen Zylinder 59, in dem sich ein Kolben 60 mit Spiel bewegt. Dieser Kolben sitzt frei auf einer Stange 61, die beiderseits des Kolbens mit Anschlägen 62 versehen ist. Zwischen letzterem und dem Kolben 60 sind kleine Federn 63 angeordnet. Der Zylinder 59 ist mit Öl gefüllt. Der Zylinder wird z. B. am Rahmen befestigt. während die Stange 62 an einen mit dem Motor fest verbundenen Arm, z. B. 16 (Fig. 6) angeschlossen wird.
Normale Schwingungen des Motors können sich frei ausbilden, indem die schwachen Federn 63 ohne Verstellung des Kolbens 60 zusammengedrückt werden. Bei langsamer Änderung des Motorlaufes bewegt sich der Kolben 60 langsam im Zylinder 59 und die Stange 61 setzt ihre freien Schwingungen fort. Bei plötzlicher Änderung hingegen (z. B. bei einem Kraftwagen ein plötzliches Anfahren mit grösster Untersetzung), wird eine der Federn 63 zusammengedrückt, und die Stange 61 legt sich mit dem entsprechenden Anschlag 62 an den Kolben 60 an, der die Winkelabweichung des Motors bremst und begrenzt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verbindung von Maschinen mit hin-und hergehenden Massen mit ihren Träger, insbesondere eines Antriebsmotors für Kraftfahrzeuge mit seinem Tragrahmen, bei welcher die Maschine von einem elastischen System abgestützt und in oder nahe der Schwingachse aufgehängt ist, um welche sie durch die aus den hin-und hergehenden Massen resultierenden periodischen Kräfte in Schwingungen versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische System (2) derart angeordnet ist, dass die Wirkungslinie (f) der von diesem System ausgeübten Reaktionskraft angenähert mit der Wirkungslinie (F) der Resultierenden der periodischen Kräfte zusammenfällt.