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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte bzw. -momente zweiter
Ordnung bei Vierzylinder-Hubkolbenmaschinen mit einer Kurbelwelle, deren Kröpfungen in einer Ebene und symmetrisch zur kurbelwellennormalen Maschinenmittelebene angeordnet sind.
Von einem Ausgleich der Massenkräfte bzw. -momente zweiter Ordnung wird bei Vierzylinder-Hubkolben- maschinen meist überhaupt abgesehen. Zur Erzielung einer besonderen Laufruhe ist aber auch eine Einrichtung bekannt, bei der von der Kurbelwelle her zwei gegenläufig drehende, zur Kurbelwelle parallele Wellen mit doppelter Kurbelwellendrehzahl angetrieben werden, wobei diese beiden Hilfswellen mit gleichen exzentrischen
Massen versehen sind. Da der Antrieb der Hilfswellen in der Regel über Zahnräder erfolgt, bildet die ganze
Ausgleichseinrichtung eine Quelle beträchtlicher störender Geräusche. Die Schwerpunkte der exzentrischen
Massen auf den beiden Hilfswellen müssen in der kurbelwellennormalen Maschinenmittelebene liegen. Ausserdem dürfen die Umlaufbahnen dieser Massen die Umhüllende der Pleuelstangen der benachbarten Kolbentriebe nicht schneiden.
Daraus ergibt sich eine merkliche und vielfach unerwünschte Vergrösserung der Maschinenabmessung.
Zahnriemen an Stelle von Zahnradtrieben würden zwar eine Geräuschminderung herbeiführen, brächten aber eine
Erhöhung des notwendigen technischen Aufwandes mit sich, da sie nicht mit dem Schmieröl in der Kurbelwanne in Berührung kommen sollen und ausserdem auswechselbar sein müssen.
Es ist bereits bekannt, einen Ausgleich der Massenkräfte dadurch zu bewirken, dass die Kurbelwelle selbst nicht nur die notwendige Rotationsbewegung, sondern auch eine zusätzliche, der Kolbenbewegung entgegengesetzte hin- und hergehende Bewegung oder auch eine entsprechende Umlaufbewegung vollführt (deutsche Patentschrift Nr. 957989). Zu diesem Zweck sind die Kurbelwellenzapfen gleitsteinartig geführten
Doppelexzentern gelagert. Dabei handelt es sich aber um eine Einzylinder-Hubkolbenmaschine, bei der keine
Massenmomente auftreten und nur die Massenkräfte erster Ordnung bzw. die Kräfte aus den rotierenden Massen ausgeglichen werden können.
Ausserdem hat diese bekannte Konstruktion den Nachteil, dass die Abtriebsräder keine ruhige Drehbewegung um eine ortsfeste Achse, sondern eben eine zusätzliche hin- und hergehende oder eine umlaufende Bewegung vollführen, so dass eine solche Hubkolbenmaschine für die Praxis unbrauchbar ist.
Es ist auch schon ein Einzylinder-Hubkolbenmotor bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1751679), bei dem der Kolben keine Pleuelstange aufweist, sondern starr mit einem parallel zur Zylinderachse geführten Ring verbunden ist, der eine drehbare Scheibe hält, in der der Kurbelzapfen exzentrisch drehbar gelagert ist, wobei es sich aber nicht um eine Ausbildung zum Ausgleich von Massenkräften bzw. -momenten, sondern bloss um eine
Konstruktion handelt, die eine Verringerung der Pleuellänge ermöglichen soll, ohne Rücksicht darauf, dass dadurch die Massenkräfte zweiter und höherer Ordnungen ungünstiger werden.
Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und eine Einrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die keinen hohen technischen Aufwand erfordert, geräuscharm arbeitet und die Maschinenabmessungen nicht wesentlich vergrössert.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass wenigstens eine Kurbelwange jeder Kurbelkröpfung als Exzenter ausgebildet ist, auf dem eine in an sich bekannter Weise etwa parallel zur Zylinderachse geführte um eine gegenüber der Exzenterachse versetzte Achse drehbare Scheibe lagert, wobei das Verhältnis der Exzentrizität des Exzenters zum Abstand der Exzenterachse von der Scheibendrehachse 0, 6 bis 0, 9 beträgt.
Die als Exzenter ausgebildeten Kurbelwangen mit den etwa parallel zur Zylinderachse geführten Scheiben ergeben jeweils einen mit einem Kurbeltrieb vergleichbaren Exzentertrieb, wobei die Exzentrizität des Exzenters dem Kurbelradius und der Abstand der Exzenterachse von der Scheibendrehachse der üblichen Schubstangenlänge entsprechen. Daher ist auch das gewählte Verhältnis der Exzentrizität des Exzenters zum Abstand der Exzenterachse von der Scheibendrehachse gleich dem sogenannten Stangenverhältnis dieses Vergleichskurbeltriebes.
Infolge der symmetrischen Anordnung der Kurbelwellenkröpfungen sind die Massenkräfte und-momente erster Ordnung sowohl hinsichtlich der vier Hauptkolbentriebe als auch der nunmehr erfindungsgemäss hinzukommenden, von den Kurbelwangen und den Scheiben gebildeten Vergleichs- bzw. Ausgleichskurbeltriebe ausgeglichen.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Ausgleichskurbeltriebe ergeben diese Massenkräfte bzw.
- momente zweiter Ordnung, die den Massenkräften bzw. -momenten gleicher Ordnung der Hauptkolbentriebe entgegengerichtet sind. Es bedarf nur einer entsprechenden Auslegung der Ausgleichskurbeltriebe, um einen vollen oder zumindest weitgehenden Ausgleich zu erzielen. Ein nur unvollständiger Ausgleich zweiter Ordnung kann nämlich im Hinblick auf die verbleibenden freien Kräfte bzw. Momente höherer Ordnung zweckmässig sein. Bei einem üblichen Kurbeltrieb liegt das Stangenverhältnis bei etwa 0, 3. Die erfindungsgemässe Vergrösserung des Stangenverhältnisses der Ausgleichskurbeltriebe auf 0, 6 bis 0, 9 hat zur Folge, dass mit wesentlich geringeren Massen für die Scheiben bzw. die hin- und hergehenden Teile das Auslangen gefunden wird.
Da ausserdem die Kurbelwangen selbst die Exzenter der Ausgleichskurbeltriebe bilden, wird der Raumbedarf der erfindungsgemässen Einrichtung auf ein Minimum herabgesetzt. Es ist kein Zahneingriff od. dgl. vorhanden und es handelt sich ausschliesslich um aufeinandergleitende Teile, so dass die gewünschte Geräuscharmut gewährleistet ist. Selbstverständlich können alle Ausgleichskurbeltriebe gleich bzw. mit gleichen Abmessungen ausgebildet sein, was fertigungsmässige Vorteile mit sich bringt. Im allgemeinen genügen vier Ausgleichskurbeltriebe.
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Bei vier als Exzenter ausgebildeten, die Scheiben tragenden Kurbelwangen sind erfindungsgemäss je zwei unmittelbar benachbart, gehören aber entgegengesetzt gerichteten Kurbelkröpfungen an. Auf diese Weise werden zusätzliche Biegebeanspruchungen der Kurbelwelle auf ein Mindestmass herabgesetzt.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, u. zw. zeigen die
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geführten Längsschnitt und im Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.
In den vier in Reihe nebeneinander angeordneten Zylindern --1-- sind Kolben --2-- geführt, die über Pleuelstangen --3-- eine Kurbelwelle --4-- antreiben. Die Kurbelwelle--4--weist vier Kurbelkröpfungen - 5 bis 8-auf, die in einer Ebene, nämlich gemäss Fig. 1 in der Bildebene liegen und symmetrisch zur kurbelwellennormalen Maschinenmittelebene E angeordnet sind.
Von den beiden Kurbelwangen jeder Kurbelkröpfung--5 bis 8-ist jeweils eine als Exzenter--9 bis 12-ausgebildet, wobei die Exzenter --9, 10-- einerseits und die Exzenter-11, 12- anderseits unmittelbar benachbart sind, aber jeweils entgegengesetzt gerichteten Kurbelkröpfungen, nämlich den Kurbelkröpfungen --5, 6-- einerseits und den Kurbelkröpfungen --7,8-- anderseits angehören. Auf den Exzentern-9 bis 12-lagert je eine um eine gegenüber der Exzenterachse--Ae-versetzte Achse
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Die Kurbelwellenachse ist mit--Ak--bezeichnet.
Das Verhältnis der Exzentrizität r der Exzenter--9 bis 12--zum Abstand 1 der Exzenterachse--Ag--von der Scheibendrehachse-As--beträgt 0, 6 bis 0, 9, wobei es sich eigentlich um das sogenannte Stangenverhältnis (Kurbelradius zur Pleuelstangenlänge) eines mit dem vorliegenden Exzentertrieb gleichzusetzenden Kurbeltriebes handelt.
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PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte bzw. -momente zweiter Ordnung bei Vierzylinder-Hubkolbenmaschinen mit einer Kurbelwelle, deren Kröpfungen in einer Ebene und symmetrisch zur
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wenigstens eine Kurbelwange jeder Kurbelkröpfung (5-8) als Exzenter (9-12) ausgebildet ist, auf dem eine in an sich bekannter Weise etwa parallel zur Zylinderachse geführte, um eine gegenüber der Exzenterachse (Ae) versetzte Achse (As) drehbare Scheibe (13) lagert, wobei das Verhältnis der Exzentrizität (r) des Exzenters zum Abstand (1) der Exzenterachse (Ae) von der Scheibendrehachse (As) 0, 6 bis 0, 9 beträgt.
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