DE102011009096A1

DE102011009096A1 - Vorrichtung zum Vermindern von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011009096A1
Application number: DE102011009096A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kreuter Peter; Michael Kier; Daniel Quadflieg
Original assignee: Meta Motoren und Energie Technik GmbH
Current assignee: Meta Motoren und Energie Technik GmbH
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2031-01-22
Also published as: DE102011009096B4; WO2012097986A1; CN103348162B; CN103348162A

Abstract

Eine Vorrichtung zum Vermindern von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine enthält ein um eine Achse drehbares Ausgleichsmassebauteil, das über ein Koppelgetriebe mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, wobei das Koppelgetriebe ein Lagerschild enthält, an dem eine Führungskoppel drehbar gelagert ist, deren Drehachse von der Drehachse der Kurbelwelle beabstandet ist, und enthält weiter ein Exzentergetriebe, mittels dessen das Lagerschild derart mit der Kurbelwelle verbunden ist, das die Drehachse des Lagerschildes mit einer in einem vorbestimmten Verhältnis zur Drehzahl der Kurbelwelle stehenden Drehzahl um die Drehachse der Kurbelwelle dreht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermindern von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine.
Eine Eigenart der Drehung der Kurbelwelle von Kolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschinen liegt darin, dass diese Drehung, hervorgerufen durch die Arbeitszyklen des oder der mit der Kurbelwelle verbundenen Kolben, ungleichförmig ist. Diese Ungleichförmigkeit nimmt mit abnehmender Zylinderzahl, niedrigen Drehzahlen und hohen Lasten zu.
Aus der WO 2008/145342 , der die 13 und 14 entnommen sind, ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, die nachfolgend beschrieben wird:
Gemäß 13, die eine Stirnansicht einer Vorrichtung zeigt, weist eine Kurbelwelle 10 einer in ihrem Aufbau an sich bekannten Hubkolbenbrennkraftmaschine einen radial vorstehenden Mitnehmeransatz 12 auf, der drehfest mit der Kurbelwelle 10 verbunden oder einteilig mit ihr ausgebildet ist. Auf der Kurbelwelle 10 ist neben dem Mitnehmeransatz 12 ein Ausgleichsmassebauteil 14 gelagert, das bezüglich der Drehachse A der Kurbelwelle 10 vorteilhafterweise ausgewuchtet ist.
Axial neben dem Ausgleichsmassebauteil 14 ist ein Lagerschild 16 (schraffiert; in 10 ist die axiale Anordnung nicht sichtbar) um eine von der Drehachse A der Kurbelwelle 10 entfernte Achse B an einem nicht dargestellten Motorgehäuse schwenkbar gelagert. Das Lagerschild 16 weist eine Durchgangsöffnung 20 auf, durch die hindurch sich die Kurbelwelle 10 erstreckt, so dass die geschilderte Baugruppe an einem Stirnende der Kurbelwelle oder in einem mittleren Bereich der Kurbelwelle angeordnet sein kann. Die Schwenkachse B ist parallel zur Drehachse A der Kurbelwelle. An dem relativ zur Kurbelwelle verschwenkbaren Lagerschild 16 ist eine Führungskoppel 22 drehbar gelagert, von der ein radialer Arm 24 vorsteht.
Der radiale Arm ist über ein Koppelglied 26 mit dem Mitnehmeransatz 12 verbunden und über ein weiteres Koppelglied 28 in einem Gelenk 29 mit dem Ausgleichsmassebauteil 14 verbunden. Die Koppelglieder 26 und 28 sind vorteilhafterweise gleichachsig an dem Arm 24 der Führungskoppel 22 angelenkt. Das Koppelglied 28 ragt bspw. in einen radialen Schlitz (nicht dargestellt) des Ausgleichsmassebauteils 14 ein und ist darin mittels eines Zapfens gelagert. Die Schwenkachsen der Gelenke, um die die Koppelglieder relativ zueinander und zu dem Mitnehmeransatz 12, der Führungskoppel 22 und dem Ausgleichsmassenbauteil 14 schwenkbar sind, sind zueinander parallel und parallel zu den Achsen A und B.
Durch Verschwenken des Lagerschildes 16 um das motorgehäusefeste Lager mit der Achse B lasst sich der Abstand zwischen der Drehachse C, um die die Führungskoppel 22 dreht und der Drehachse A der Kurbelwelle verändern. Zum Verschwenken des Lagerschildes 16 ist eine insgesamt mit 40 bezeichnete Verstellvorrichtung vorgesehen, die ein Stellglied 42 aufweist, das mit einem Arm 44 gelenkig verbunden ist, der starr mit dem Lagerschild 16 verbunden ist. Etwa in Verlängerung des Arms 44 weist das Lagerschild 16 auf seiner entgegen gesetzten Seite einen weiteren, mit ihm starr verbundenen Arm 46 auf, der um die Schwenkachse B schwenkbar ist. Das Stellglied 42 kann in an sich bekannter Weise mittels eines Hydraulikzylinders oder eines Elektromotors gemäß 1 in Senkrechtrichtung bewegt werden, wobei die Bewegbarkeit vorteilhafterweise durch Anschläge 48 und 50 begrenzt ist.
13 stellt den Zustand der Anordnung dar, bei der die Drehachse C der Führungskoppel 22 einen maximalen Abstand von der Drehachse A der Kurbelwelle 10 hat. Die Anordnung des Mitnehmeransatzes 12, des radialen Arms 24 und der Koppelglieder 26 und 28 ist derart, dass die Koppelglieder 26 und 28 während einer Umdrehung der Kurbelwelle 10 bzw. der dazu exzentrischen Umdrehung der Führungskoppel 22 zweimal eine Strecklage durchlaufen, so dass die Ausgleichsmasse 14 der Kurbelwelle 10 während einer Umdrehung zweimal vorläuft bzw. nacheilt bzw. sich mit größer und kleinerer Geschwindigkeit als die Kurbelwelle dreht. Die Voreilung bzw. der Nachlauf kann durch die geometrische Anordnung der Koppelglieder an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.
14 zeigt den Zustand der Anordnung der 13, bei dem die Drehachsen A und C zusammen fallen, das heißt der Zustand maximaler Exzentrizität gemäß 1 in den Zustand minimaler Exzentrizität verstellt ist, bei dem die Führungskoppel 22 sich gleichachsig zur Kurbelwelle 10 dreht. In diesem Zustand bleibt die Relativstellung zwischen dem Mitnehmeransatz und den Koppelgliedern 26 und 28 und dem radialen Arm 24 konstant, so dass sich das Ausgleichsmassebauteil 14 jeweils mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie die Kurbelwelle 16 dreht.
Im Unterschied dazu wird in der Stellung gemäß 13 das Ausgleichsmassebauteil 14 von der Kurbelwelle zyklisch beschleunigt und verzögert, so dass von der Kurbelwelle in Phasen der Drehung, in der das Ausgleichsmassebauteil beschleunigt wird, ein zusätzliches Drehmoment auf das Ausgleichsmassebauteil aufgebracht werden muss und in anderen Phasen der Drehung, in der sich die Winkelgeschwindigkeit des Ausgleichsmassebauteils relativ zur Kurbelwelle vermindert, die Kurbelwelle von dem Ausgleichsmassebauteil ein zusätzliches Drehmoment erfährt.
In der WO 2008/145342 ist erläutert, dass sich die Vorrichtung gemäß 13 und 14 zur Verringerung insbesondere der Drehmomentschwankungen an der Kurbelwelle für die zweite Ordnung eines Zweizylinder-Zweitaktmotors oder eines Vierzylinder-Viertaktmotors eignet. Bei einer anderen Ausführungsform der Kupplung zwischen dem Mitnehmeransatz 12 und der Führungskoppel 22 eignet sich die Vorrichtung für einen Ausgleich von Drehmomentschwankungen an der Kurbelwelle für die erste Ordnung bei einem Einzylinder-Zweitaktmotor oder einem Zweizylinder-Viertaktmotor. Wenn der Mitnehmeransatz 12 nicht starr mit der Kurbelwelle verbunden wird, sondern über ein Übersetzungs- bzw. Untersetzungsgetriebe mit der Kurbelwelle verbunden wird, können andere Drehmomentschwankungen ausgeglichen werden, beispielsweise eines Dreizylindermotors, wenn eine für den Zweizylindermotor geeignete Vorrichtung derart ausgebildet wird, dass der Mitnehmeransatz 12 mit um den Faktor 1,5 gegenüber der Drehzahl der Kurbelwelle erhöhter Drehzahl dreht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass das Einsatzspektrum zum Vermindern von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle einer Kolbenbrennkraftmaschine erweitert ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Während bei der vorbekannten Vorrichtung die Lage der Drehachse der Führungskoppel ähnlich wie die Lage der Drehachse der Kurbelwelle relativ zum Motorgehäuse ortsfest ist und lediglich der Abstand zwischen den Drehachsen verstellbar ist, dreht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Drehachse der Führungskoppel um die Drehachse der Kurbelwelle, wobei die Drehzahl, mit der die Drehachse der Führungskoppel um die Drehachse der Kurbelwelle dreht, in einem vorbestimmten Verhältnis zur Drehzahl der Kurbelwelle steht.
Die Unteransprüche 2 bis 8 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet, wobei die Merkmale des Anspruchs 7 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung kennzeichnen und die Merkmale des Anspruchs 8 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung kennzeichnen. Mit lediglich diesen beiden Ausführungsformen der Vorrichtung und geeignete Wahl des Verhältnisses zwischen der Drehzahl, mit der die Drehachse der Führungskoppel um die Drehachse der Kurbelwelle dreht, zur Drehzahl der Kurbelwelle, können Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle von Brennkraftmaschinen ausgeglichen werden, die Zylinderzahlen zwischen 1 und 6 haben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 schematische Schnittansichten von Kurbelwelle und Lagerschild bei exzentrischer Anordnung zwischen Lagerschild und Kurbelwelle sowie zentrischer Anordnung zwischen Lagerschild und Kurbelwelle,
2 eine schematische Ansicht der Verbindung zwischen Kurbelwelle, Führungskoppel und Ausgleichsmassebauteil bei der Anordnung gemäß 1,
3 eine Schnittansicht zur Erläuterung des Drehantriebs des Lagerschildes durch die Kurbelwelle,
4 eine Prinzipansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung mit zur Drehachse der Kurbelwelle koaxialer Anordnung der Drehachse der Führungskoppel,
5 die Anordnung gemäß 4 bei exzentrischer Anordnung der Drehachsen,
6 Kurven und Werte zur Erläuterung des Einsatzes der Ausführungsform gemäß 4 und 5 für verschiedene Brennkraftmaschinen,
7 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung mit gegenüber der Ausführungsform gemäß 4 abgeänderter Kopplung zwischen Kurbelwelle, Führungskoppel und Ausgleichsmassebauteil bei koaxialer Anordnung von Führungskoppel und Kurbelwelle,
8 die Anordnung gemäß 7 bei exzentrischer Anordnung der Drehachsen,
9 Kurven und Werte zur Erläuterung der Wirksamkeit der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 7 für unterschiedliche Brennkraftmaschinen,
10 eine Prinzipansicht einer Anordnung zur Verstellung einer Exzentrizität zwischen einer Kurbelwelle und einem Lagerschild,
11 eine Prinzipansicht eines Drehantriebs für die Anordnung gemäß 10,
12 Kurven zur Erläuterung des Ausgleichs von Drehmomentungleichförmigkeiten des Gestellmoments und
13 und 14 Stirnansichten von Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik.
Bei der nachfolgenden Beschreibung werden für Teile der Vorrichtung, die funktional Teilen der eingangs bereits beschriebenen Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet.
Gemäß 1 ist das Lagerschild 16 im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 10 insgesamt drehbar und zweiteilig mit einem Innenteil 16A und einem Außenteil 16B ausgebildet. Das Innenteil 16A ist koaxial zur Drehachse A der Kurbelwelle 10 drehbar gelagert und weist eine relativ zur Drehachse A exzentrische Außenumfangsfläche 100 auf.
Das Außenteil 16B weist eine an der Außenumfangsfläche 100 verdrehbar geführte Innenumfangsfläche 102 und eine Außenumfangsfläche 104 auf, die relativ zur Innenumfangsfläche 102 exzentrisch und im Schnitt kreisrund mit der Achse C ist, die gleichzeitig eine Lager- bzw. Drehachse für die Führungskoppel 22 (10) bildet.
Die Außenumfangsfläche 100 des Innenteils 16A ist mit radial nach außen gerichteten Vorsprüngen 106 ausgebildet. Die Innenumfangsfläche 102 des Außenteils 16B ist mit radial einwärts gerichteten Vorsprüngen 108 ausgebildet. Die Vorsprünge 106 und 108 wirken derart zusammen, dass zwischen ihnen in Umfangsrichtung beabstandete Hydraulikkammern 110 gebildet sind, die über nicht dargestellte und in ihrem Aufbau an sich bekannte Zufuhrleitungen mit Drehverbindungen selektiv mit Hydraulikdruck beaufschlagbar sind.
In der Stellung der Vorrichtung gemäß a) ist die jeweils in Uhrzeigerrichtung eines Vorsprungs 106 liegende Hydraulikkammer 110 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, so dass das Innenteil 16A relativ zum Außenteil 16B in Gegenuhrzeigerrichtung verstellt ist. In der Stellung gemäß b) sind die in Gegenuhrzeigerrichtung der Vorsprünge 106 liegenden Kammern 112 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, so dass das Innenteil 16A relativ zum Außenteil 16B in Uhrzeigerrichtung verschwenkt ist.
Die Exzentrizitäten zwischen der Drehachse A der Kurbelwelle, um die das Innenteil 16A drehbar ist, und der Außenumfangsfläche 100 des Innenteils 16A sowie der Innenumfangsfläche 102 des Außenteils 16B und der Außenumfangsfläche 104 sind derart, dass sie sich in der Stellung b) kompensieren, das heißt, dass die Mitte der Außenumfangsfläche 104 und damit die Drehachse C der Führungskoppel mit der Drehachse A der Kurbelwelle zusammenfällt, wohingegen in der Stellung a) die Mitte der Außenumfangsfläche 104 bzw. der Drehachse C von der Drehachse A der Kurbelwelle beabstandet ist.
Mit Hilfe der jeweiligen Befüllung der Hydraulikkammern 110 und 112 mit Hydraulikmittel kann auf diese Weise der Abstand zwischen den Achsen A und C, das heißt, die Exzentrizität der Drehung der Führungskoppel 22 relativ zur Drehung der Kurbelwelle, eingestellt werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des zwischen der Kurbelwelle 10, der Führungskoppel 22 und dem Ausgleichsmassebauteil 14 wirksamen Koppelgetriebes, das dem Koppelgetriebe gemäß der 13 entspricht. Der starr mit der Kurbelwelle 10 verbundene Mitnehmeransatz 12 ist über das Koppelglied 26 mit dem radialen Arm 24 gekoppelt, der starr mit der Führungskoppel 22 verbunden ist. Der radiale Arm 24 ist über das weitere Koppelglied 28 mit dem Gelenk 29 verbunden, das am Ausgleichsmassebauteil 14 befestigt ist. Die Funktion des Koppelgetriebes ist wie anhand der 10 und 11 beschrieben.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Exzentergetriebes, mit dem das zweiteilig ausgebildete Lagerschild 16 von der Kurbelwelle 10 angetrieben wird. Das Exzentergetriebe enthält ein Planetengetriebe, dessen Sonnenrad 120 koaxial zur Kurbelwelle 10 angeordnet und drehfest mit der Kurbelwelle 10 verbunden ist. Das Sonnenrad 120 kämmt mit Planetenrädern 122, die auf einem nicht dargestellten motorgehäusefesten bzw. maschinenfesten, nicht drehbaren Planetenträger gelagert sind. Die Planetenräder kämmen weiter mit einem Hohlrad 124, das starr mit dem Innenteil 16A des Lagerschildes 16 verbunden ist. Das Außenteil 16B ist auf dem Innenteil 16A wie anhand der 1 erläutert, angebracht.
Bei der Anordnung gemäß 3 wird in an sich bekannter Weise das Drehzahlverhältnis zwischen Drehzahl des Sonnenrades 120 bzw. der Kurbelwelle 10 und der Drehzahl des Hohlrades 124 und damit der Drehzahl des Lagerschildes 16 durch das Durchmesserverhältnis von Sonnenrad und Hohlrad bestimmt. Die Drehrichtung des Hohlrades ist bei der Ausführungsform gemäß 3 gegensinnig zur Drehrichtung des Sonnenrades 120. Durch Verwendung jeweils zweier Planetenräder lässt sich eine gleichsinnige Drehung von Sonnenrad und Hohlrad herbeiführen.
Mit der Anordnung gemäß 3 in Kombination mit der Anordnung gemäß 1 wird somit erreicht, dass das Lagerschild 16 mit einer durch das Planetengetriebe bestimmten Drehzahl relativ zur Drehzahl der Kurbelwelle dreht, wobei die Exzentrizität der Drehung des Lagerschildes 16 relativ zur Drehung der Kurbelwelle bzw. der Abstand zwischen den Drehachsen A und C durch die Hydraulikbefüllung der Hydraulikkammern 110 und 112 eingestellt werden kann.
Die 4 und 5 zeigen eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Vermindern von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle, die sich, wie anhand der 6 erläutert werden wird, insbesondere für Vier-, Fünf-, und Sechs-Zylindermotoren eignet. Das Koppelgetriebe, das die Kurbelwelle mit der Führungskoppel und dem Ausgleichsmassebauteil verbindet, entspricht der Ausführungsform gemäß 2, sowie 13 und 14. Das Exzentergetriebe, mittels dessen die Drehachse C des Lagerschildes 16 und damit auch der Führungskoppel 22 um die Drehachse A der Kurbelwelle dreht, entspricht der in 3 erläuterten Ausführungsform. Die Exzentrizität bzw. der Abstand der Drehachse C von der Drehachse A kann verstellt werden, wie anhand der 1 erläutert.
4 zeigt die Anordnung ohne Exzentrizität, das heißt in einem Zustand, in dem die Drehachse C mit der Drehachse A zusammenfällt und kein Drehungleichförmigkeitsausgleich erfolgt.
Die 5 zeigt die Anordnung bei von der Drehachse A der Kurbelwelle entfernter Drehachse C des Lagerschildes 16. Der Pfeil K gibt die Drehrichtung der Kurbelwelle an, die im dargestellten Beispiel in Gegenuhrzeigerrichtung dreht. Der Pfeil L gibt die Drehrichtung an, mit der die Drehachse C um die Drehachse A dreht. Diese Drehrichtung kann je nach Aufbau des Exzentergetriebes mit Einfachplaneten oder Doppelplaneten in Gegenrichtung oder in Richtung der Drehung der Kurbelwelle erfolgen.
Wie bereits anhand der 13 erläutert, durchlaufen die Koppelglieder 26 und 28 bei ortsfester Drehachse C des Lagerschildes während einer Umdrehung der Kurbelwelle 10 um die Drehachse A zweimal eine Strecklage, so dass das Ausgleichsmassebauteil 14 während einer Umdrehung der Kurbelwelle zweimal relativ zur Kurbelwelle beschleunigt und verzögert wird. Wenn die Drehachse C gegensinnig zur Richtung des Pfeils L gleichsinnig mit der Drehrichtung der Kurbelwelle (Pfeil K) mit gleicher Drehzahl wie die Kurbelwelle umläuft, bleibt die Konfiguration gemäß 5 während einer Umdrehung der Kurbelwelle erhalten, so dass keine Beschleunigung bzw. Verzögerung des Ausgleichsmassebauteils relativ zur Kurbelwelle erfolgt. Je nach Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung der Drehachse C der Führungskoppel 22 um die Drehachse A der Kurbelwelle 10 erfolgt eine unterschiedliche Anzahl von Beschleunigungen und Verzögerungen des Ausgleichsmassebauteils relativ zur Kurbelwelle.
Anhand der 6 werden im Folgenden Beispiele für Einsatzmöglichkeiten des Systems gemäß 5 erläutert:
6 zeigt eine graphische Darstellung der Drehwinkelbeschleunigungen bzw. Drehungleichförmigkeiten bei einem im Viertaktverfahren betriebenen Vierzylinder, Fünfzylinder oder Sechszylindermotor. ϕ bezeichnet den Drehwinkel der Kurbelwelle 10, der auf der Abszisse angegeben ist. d² γ/dt² bezeichnet die Drehwinkelbeschleunigung des Ausgleichsmassebauteils 14, die auf der Ordinate angegeben ist.
Die Übersicht unter den Kurven in 6 gibt an, mit welcher Auslegung des Exzentergetriebes den Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle wirksam entgegengewirkt werden kann. Dabei ist ν_E das Verhältnis von Drehzahl, mit der die Drehachse C um die Drehachse A der Kurbelwelle dreht, zur Drehzahl der Kurbelwelle. Ein negatives Vorzeichen von ν_E bedeutet gegensinnige Drehung.
Wie in 6 weiter angegeben, ist es mit der Ausführungsform gemäß 4 und 5 auch möglich, Drehungleichförmigkeiten von Einzylinder-, Zweizylinder-, und Dreizylinder-Motoren auszugleichen, wenn das Exzentergetriebe entsprechend den erforderlichen Drehzahlverhältnissen ν_E konstruiert ist.
Die 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform eines in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten Koppelgetriebes zur Kopplung der Kurbelwelle mit der Führungskoppel und dem Ausgleichsmassebauteil.
Bei der Ausführungsform gemäß 7 und 8 ist der Mitnehmeransatz 12 der Kurbelwelle 10 über ein erstes Koppelglied 26 mit einem Arm 52 eines zweiarmigen zweiten Koppelgliedes 28 gekoppelt, dessen anderer Arm 54 mit dem radialen Arm 24 der Führungskoppel 22 gekoppelt, ist. Die beiden Arme 52 und 54 des zweiten Koppelgliedes 28 sind starr miteinander verbunden und bilden im dargestellten Beispiel einen Winkel von etwa 90° miteinander. Der Winkel kann beliebig sein, wobei sich die Anlenkpunkte entsprechend ändern. Das zweite Koppelglied ist im Verbindungspunkt zwischen den Armen 52 und 54 mit dem Ausgleichsmassebauteil 14 gekoppelt.
7 zeigt die Anordnung bei konzentrisch zur Drehachse A der Kurbelwelle angeordneter Drehachse C des Lagerschildes 16, bei der sich die Kurbelwelle 10 und das Ausgleichsmassebauteil 14 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen.
8 zeigt die Anordnung bei exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle A angeordneter Drehachse C des Lagerschildes 16. Bei nicht um die Drehachse A der Kurbelwelle 10 drehender Drehachse C des Lagerschildes 16 wird während einer Umdrehung der Kurbelwelle 10 das Ausgleichsmassebauteil 14 einmal relativ zur Kurbelwelle 10 beschleunigt und abgebremst. Wie viele Beschleunigungen und Abbremsungen des Ausgleichsmassebauteils relativ zur Kurbelwelle während einer Umdrehung der Kurbelwelle folgen, hängt von der Drehzahl und Drehrichtung ab, mit der die Drehachse C um die Drehachse A dreht.
9 verdeutlicht die Funktion der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß den 7 und 8 ähnlich wie die 6.
Wie dargestellt, lassen sich bei geeigneter Ausbildung des Exzentergetriebes und damit geeignetem Drehzahlverhältnis ν_E Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle von im Viertaktbetrieb betriebenen Einzylinder, Zweizylinder-, oder Dreizylinder-Motoren wirksam ausgleichen. Bei geeigneter Wahl der Drehzahlverhältnisse ist es auch möglich, mit der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 7 und 8 Drehungleichförmigkeiten von im Viertaktbetrieb betriebenen Vierzylinder, Fünfzylinder, Sechszylinder-Motoren auszugleichen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die ins Auge gefassten Motoren vorzugsweise hinsichtlich des Drehwinkels gleich beabstandete Zylinder aufweisen.
Vorstehend wurde die Wirksamkeit der Vorrichtung am Beispiel von Viertakt-Motoren erläutert. Die Vorrichtung kann in gleicher Weise auch für Zweitakt-Motoren mit jeweils halber Zylinderzahl verwendet werden; beispielsweise kann eine für einen Vierzylinder-Viertakt-Motor geeignete Ausführungsform der Vorrichtung in gleicher Weise für einen Zweizylinder-Zweitakt-Motor verwendet werden.
Die vorstehend beispielhaft beschriebene Vorrichtung kann vielfältig abgeändert werden. Beispielsweise kann die Kopplung zwischen der Drehung der Kurbelwelle, dem relativ zur Kurbelwelle exzentrisch lagerbaren Lagerschild und dem Ausgleichsmassebauteil auch mit Koppelgliedern bewerkstelligt werden, die unterschiedlich zu den erläuterten Ausgebildeten angeordnet sind.
Auch die Verstellung der Exzentrizität kann anders erfolgen als anhand der 1 beschrieben.
10 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel.
Gleichachsig zur Kurbelwelle ist ein Hohlrad 124 drehbar gelagert, das eine Innenverzahnung 126 aufweist. An dem Hohlrad 124 ist das Lagerschild 16 mittels einer Stelleinrichtung längs verschiebbar oder exzentrisch verdrehbar angebracht. Im dargestellten Beispiel ist das Lagerschild 16 an zwei Streben 128 des Hohlrades 124 längs verschieblich geführt und mittels hydraulischer Stellvorrichtungen 130, beispielsweise Kolben-Zylindereinheiten, verstellbar. In der Stellung gemäß 10a) stimmt die Drehachse A der Kurbelwelle mit der Drehachse C des Lagerschildes 16 überein. In der Stellung gemäß 10b) ist die Drehachse C des Lagerschildes 16 von der Drehachse A um die Strecke entfernt, um die das Lagerschild 16 relativ zum Hohlrad 124 verschoben ist.
11 zeigt, wie das gleichachsig mit der Lagerachse der Kurbelwelle gelagerte Hohlrad 124 relativ zur Kurbelwelle verdrehbar ist, indem ähnlich wie anhand der 3 erläutert, zwischen einem kurbelwellenfesten und mit gleicher Drehachse wie die Kurbelwelle angeordneten Sonnenrad 120 und dem Hohlrad 124 maschinengestellfest gelagerte Planetenräder 122 angeordnet sind, die mit einer Außerverzahnung des Sonnenrades 120 und der Innenverzahnung 126 des Hohlrades 124 kämmen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Planetenräder 122 nicht zwangsläufig maschinengestellfest gelagert sein müssen, sondern auf einem gleichachsig mit der Kurbelwelle drehbaren Planetenträger gelagert sein können, der drehfest gehalten oder mittels eines Motors mit vorbestimmter Drehzahl antreibbar ist. Auf diese Weise kann das System im Betrieb auf unterschiedliche Zylinderzahlen eingestellt werden.
Die anhand der 10 erläuterte hydraulische Verstellung des Lagerschildes 16 relativ zum Hohlrad 124, kann auch elektromotorisch erfolgen.
Das Sonnenrad kann bei der Ausführungsform gemäß 3 oder 11 anstelle drehfest mit der Kurbelwelle verbunden zu sein, drehfest mit dem Ausgleichsmassebauteil 14 verbunden sein. Im letzteren Fall entsteht eine ungleichförmige Drehbewegung und durch gezieltes Aufbringen von Massenträgheit auf das Hohlrad 124 oder die Planeten 122 kann auf diese Weise das durch den bzw. die Kolben des Motors auf das Motorgestell bzw. Motorgehäuse aufgebrachte Moment zusätzlich ausgeglichen werden.
12 zeigt die Verhältnisse am Beispiel eines simultanen Ausgleichs des Gestellmoments bei einem Dreizylinder-Motor.
Die Abszisse gibt die Drehstellung Φ der Kurbelwelle in Grad an. Die Ordinate gibt das jeweilige Drehmoment M in Nm an und die durchgezogene Linie gibt das Motormoment an. Die strichpunktierte Linie gibt das zum Ausgleich des Motormoments aufgebrachte Moment an, mit der das Ausgleichsmassebauteil dem Motormoment entgegenwirkt. Die gepunktete Kurve gibt das verbleibende Restmoment an, dem durch den zusätzlichen Ausgleich entgegengewirkt werden kann.
Weiter sei erwähnt, dass die Vorrichtung durch geeignete Gegengewichte in jeder Drehstellung ausgewuchtet werden kann.
Ein weiterer Vorteil, der mit der beschriebenen Vorrichtung erzielt werden kann, ist, dass übliche Schwungräder mit kleinerer Masse ausgeführt werden können, so dass der Motor bei besserem Laufkomfort eine geringere Trägheit aufweist.
Bezugszeichenliste

10: Kurbelwelle
12: Mitnehmeransatz
14: Ausgleichsmassebauteil
16: Lagerschild
20: Durchgangsöffnung
22: Führungskoppel
24: radialer Arm
26: Koppelglied
28: Koppelglied
29: Gelenk
40: Verstelleinrichtung
42: Stellglied
44: Arm
46: Arm
48: Anschlag
50: Anschlag
52: Arm
54: Arm
100: Außenumfangsfläche
102: Innenumfangsfläche
104: Außenumfangsfläche
106: Vorsprung
108: Vorsprung
110: Hydraulikkammer
112: Hydraulikkammer
120: Sonnenrad
122: Planetenrad
124: Hohlrad
126: Innenverzahnung
128: Strebe
130: hydraulische Stellvorrichtung
A: Drehachse Kurbelwelle
C: Drehachse Führungskoppel
K: Drehrichtung Kurbelwelle
L: Drehrichtung Drehachse C um Drehachse A

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/145342 [0003, 0010]

Claims

Vorrichtung zum Vermindern von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle (10) einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem um eine Achse drehbaren Ausgleichsmassebauteil (14) und einem Koppelgetriebe, mittels dessen das Ausgleichsmassebauteil derart mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, dass in vorbestimmten Phasen der Drehung der Kurbelwelle zusätzliche Energie auf das Ausgleichmassebauteil übertragbar und von dem Ausgleichsmassebauteil auf die Kurbelwelle rückübertragbar ist, auch wenn die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle konstant ist, wobei das Koppelgetriebe ein Lagerschild (16) enthält, an dem eine Führungskoppel (22) drehbar gelagert ist, wobei eine Drehachse (c) der Führungskoppel von der Drehachse (A) der Kurbelwelle beabstandet ist und die Führungskoppel über wenigstens ein Koppelglied (26; 52) mit der Kurbelwelle gekoppelt ist und über wenigstens ein weiteres Koppelglied (28; 58) mit dem Ausgleichmassebauteil (14) gekoppelt ist, wodurch das Ausgleichsmassebauteil bei gleichförmiger Drehung der Kurbelwelle (10) mit relativ zur Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zunehmender und abnehmender Winkelgeschwindigkeit drehangetrieben ist, gekennzeichnet durch ein zwischen der Kurbelwelle (10) oder dem Ausgleichsmassebauteil (14) und dem Lagerschild (16) wirksames Exzentergetriebe (120, 122, 124), mit dem die Drehachse (C) der Führungskoppel (22) für eine Drehung um die Drehachse (A) der Kurbelwelle (10) drehantreibbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stelleinrichtung (106, 108, 110, 112), mittels der der Abstand zwischen der Drehachse (C) der Führungskoppel (22) und der Drehachse (A) der Kurbelwelle (10) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Exzentergetriebe ein Planetengetriebe enthält, dessen Sonnenrad (120) drehfest mit der Kurbelwelle (10) oder dem Ausgleichsmassebauteil (14) verbunden ist, dessen Planetenträger maschinenfest, oder um eine maschinenfeste Achse drehbar, gelagert ist und dessen Hohlrad (124) drehfest mit dem Lagerschild (16) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Lagerschild (16) ein starr mit dem Hohlrad (124) verbundenes Innenteil (16A) und ein relativ zu dem Innenteil bewegbares Außenteil (16B) aufweist, das die Lagerung für die Führungskoppel (22) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Innenteil (16A) eine Außenumfangsfläche (100) mit von der Drehachse (A) der Kurbelwelle (10) beabstandeter Achse aufweist, das Außenteil (16B) eine zur Außenumfangsfläche des Innenteils konzentrische Innenumfangsfläche (102) und eine Außenumfangsfläche (104) mit von der Achse der Innenumfangsfläche beabstandeter Achse aufweist, die die Drehachse (C) der Führungskoppel (22) bildet, und das Außenteil relativ zu dem Innenteil derart verdrehbar ist, dass sich der Abstand zwischen der Drehachse der Kurbelwelle und der Drehachse der Führungskoppel verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Stelleinrichtung wenigstens eine zwischen der Außenumfangsfläche (100) des Innenteils (16A) und der Innenumfangsfläche (102) des Außenteils (10B) angeordnete Hydraulikkammer (110, 112) enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzentergetriebe (120, 122, 124) zwischen der Kurbelwelle (10) und dem Lagerschild (16) wirksam ist, so dass die die Drehachse (C)) der Führungskoppel (22) bildende Achse des Lagerschildes mit einer in einem vorbestimmten Verhältnis zur Drehzahl der Kurbelwelle (10) stehenden Drehzahl um die Drehachse (A) der Kurbelwelle dreht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein drehfest mit der Kurbelwelle verbundener Mitnehmeransatz (12) über ein erstes Koppelglied (26) mit der Führungskoppel (22) gekoppelt ist, die über ein weiteres Koppelglied (28) mit dem Ausgleichsmassebauteil (14) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein drehfest mit der Kurbelwelle (10) verbundener Mitnehmeransatz (12) über ein erstes Koppelglied (26) mit einem ersten Arm (52) eines zweiten Koppelglied (54) gekoppelt ist, das als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, dessen Arme in einem Winkel zueinander starr miteinander verbunden sind, wobei das zweite Koppelglied in dem Verbindungspunkt zwischen seinen Armen mit dem Ausgleichsmassebauteil (14) gekoppelt ist und das freie Ende des zweiten Arms mit der Führungskoppel (22) gekoppelt ist.