DE1576244A1 - Einzylinder-Kolbenmaschine mit Schwungmassenausgleich - Google Patents

Description

BRIGGS & STRAMOIi CORPORATICH Wilwaukee, Wise» V„ St₀ A„ Anwaltsakte 1987 Einnylinder-Kolbenmaachine mit SohwtmgnaBsexuLuogleioh.

Die Erfindung: betrifft Eingylinder-Kolbenmaschinen, beispielsweise Einzylinder-Brennkraftitaschinen £»!r den Antrieb von RacanmShern, Abwäeasrpwapen, tragbaren Generatoren und dergl« oder Kolbenarbeiv.smasehiaen» wie Kolbenkompressoren und dergl» Die Eri\xndung bezweckt insbesondere eine Beseitigung der nicht ausgeglichenen dynamieohen Kräfte, die beim normalen Betrinb der Eineylinder-HaeohlnQ auftreten und die Teimlnderuüg der Haschlnenechwingungen«

Einßylindor-Haochinen, auf die eich die vorliegende Erfindung bezieht» sind mit einem störenden Problem behaftet, das besonders dann ram Tragen kommt, wenn diese Maschinen für Traktoren, Mähmaschinen, Selbst* fahremoder sonstige sum Mitfahren rorgeeeheae Aaoidnungon verwendet werden. Bei solchen Anordnungen werden die MaschinensohwJLngungen auf die Bedienungsperson Überkragen und am Sitz, an den Ifussrasten und en ten

fühlbar» Obwohl ooloho

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fur relativ kurse Arbeltseelten in Xauf genomen werden können, sind sie doch stete sehr störend und können den Fahrer stark ermüden, wenn eine längere Zeit ein kontinuierlicher Betrieb durchgeführt wird·

Anon bei Einrichtungen, bei denen die Äreudung des Fahrers ohne Belang ist» sind stärkere Maechinensehwingungen im allgemeinen unerwünscht, dm sie en tfartungeproblemen und au einer Verktbwang der Lebeiurdaaer der Maschine führen«

Hauptursache fur die Schwingungen In einer linsiylinder-EolbeniB&aohine ist die lolberi-Hin-unü-Herbewegu?}f?« Bei jeden Umlauf der Xorbelwelle vird fr Kolben einmal bdBchlennlgt und abgebremst· Die Reaktionskräf^e. dieBor Bööchleunigungon und Tersdgeningen dee Kolbens erscheinen am Haschinengehluee als eine sioh parallel but ZylinderachB© erstreckende Schwingung.

Bis sa eine» gewissen ttoffcnge kennen diese 8ohwlng«ng«fi dadurch remindert werften· das« »an an der Earbelwelle -der Maschine den an die Kolbenstange angelenkten KurbelBapfen gegenüberliegend ei» Ckgengewioht anordnet» XJLn solches Gegengewicht erseugt einen fentrifagmlkraft«· , der den dos Kurbtlsapte&t dianet^f ist· Die parallel sur

o rtm Konbrliii^lJcrairtY«kt&r des eegsagewlehte« 10S8B0/0221 _ßAD0RiG|NAL -5-

ändert eieh tola ütalauf der Kurbelwelle und wirkt dabei den Beaohleunigunga* und TesatypsmngakrSften der Oeeant·» anordnang ron Kolben, Kolbenstange und Eostoeliapfen entgegen.

Wenn die 6egengewioatemeee groee genug let, kann degen Aacialkoaponente die Beeobleunigunga- tmd TessSgen kräfte der Kolbenanordmmgen aufheben. Bin eoloher, die genannten Eräftt axcChebender Suatand iet dornenden« vesn dae Oegengeifloht bezüglich «einer Ifcuae νααΛ Hsinea Koaentenazai 00 beiieseen ist_f das« die Gegengewichtaeöntrifogalfcrmft nicht wsr die Zentrifogalkrfifte der luelatiienden Maeeen von XnrbelBsgtfen tmd KolbenotEingenkopf kompönaiert, eondern darüber hinaus auch noon die Beffohleunigunga* und Ter^gesoagskpäCte dee SoXbene, Einö solche Gegeiigeifichtsbömeßeting führt hu eines hundertprosentigen AadLalkcmpenaation.

ünglUoÄlioherweiee bsi aber die durch gaff Gegengewicht hevgfene Zentrifugalkraft auch eine ejoev smr Zylinderaohee gesielrtwt· £o^ponente_f welche enseugt. Wenn die flegeagowiohlwnLiBa rergröeeart wird, Vergröeaert sloh euch die Schwingung quer but aotee. Dieae Quereohwingung wird praktisch unsulfieelg groee, wenn Ben eieh dem airband eine» h«nder1qpro«nti· gen Ixlalkoapeneation nlhert. iue dieaett Qrunde find bei . den «eisten oeeerten Xinayiinder-Hasohlnen an der

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. BAD ORIGINAL

Kurbelwelle Oegeogewichtsmaeoea vorgssehen, die eu einer etwa 50£igen AxI al kompensation fUbren» so daes die axiale Söntrifugalkpaftskomponente dee Gegengewichtes Qtwa 509$ der Beschleunigungskraft«? der Kolbenanordnung kompensiert. Dies ist »in Kompromiss zwischen den starken Axialsohwingungen im unkoinpeneierten Zustand tuid den starken Querschwingungen bei einer hun&ertprosent igen Axialkompeneation. Bei einem solchen Kompromiß mit 50£iger Axialkompensation bleibt demzufolge eine Schwingung parallel but Zylinderachse und auch eine Schwingung quer sur Zylinderachse bestehen. Verglichen mit einer echwingungea&ssig unkompenBierten l&rbelwelle führt eine fünfsigproaentige Eoo^eneation zn einer Verminderung der Sohwinguagskräftö parallel aur Zylinderaottse, die von einer etwa gleich gropeen Verstärkung der SobirtngwngBteafte rechtwinklig zur Zylinderachse begleitet ist·

So unbefriedigend ob auch Bein nag, ist ein Gegengewicht für eine fünfsigprosentige Schwiagunggkovpensation der günstigere Wert bei gegenwartig gehandelten Maschinen Bor Annäherung an einen eehwiBgoagefreieii Betrieb»

eind schon verschiedenste ToreohlSge geeaoht, die Bchwiagungsereougenden Zr&fte in SineylindexiBaeohinen noch weiter ma Tcnflindern, doch habmsioh alle dies« Vorechlöge in der Sraxie aus des einen oder anderen

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Grunde nicht durchsetzen können, so dass sie noch nicht zur allgeriainon Torwendung kamen, Beispiele solcher vorbokannten Hilfemaaenabmen zeigen z*B* die USA-Patente 3 203 274, 3 112 658, 2 235 160c

Um brauchbar zu sein, müssen die Hilfsmittel zur Vermindern der Schwingungen in Einaylindermaochinen einfach und billig sein rjid dürfen keine achwierig Hinzuhaltenden Fertigungstoleranaen erfordern; sie nüssen verlässlich und störungsfrei arbeiten und auch, uonn ei© bewegliche Seile enthalten, automatlach echm;ierbar » ohne dabei die normale Maechinenschioieruns zu

. Sehr erwlinaoht ist auch, dasa alle sohviiigus^* v^rainderndea Hilfaatittel eich in bereute vorhandene .Maschinen naohträ^liüii einbauen laeeeii, ohne den GrundauTbeu der Maschine YerS&dern Su

Ziel der Erfindung lot daher die Schaffung einer in jeder Weiee befriedigendes» schwingung em&y ε ig koi.tpan eierten Mnsyllxtdezatttechine, deren anordnung nur noch «ine TernachiaeaisDaro gung und oino unbedoutende QuerBChwingungskoonionttnte erzeugt., Auoh soll die Kompensation mit einer Se^engeviohteanordnun^ erfolgen* die sich sowohl bei Ifasohinen mit ijorizontalei- Kurbelwelle« ale auoh bei Ifeachinen eit vertikale? Kurbelwelle verwenden

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Zur üjöeung der vorgenannten Aufgabe let die erfindvaigsgam&sse Slnaylinder-Kolbenmaeohlne dadurch geke iniscich-» netjt dass an der Kurbelwelle ein mit seiner Achse t«.eia Kurbelzapfen diametral gegenüberliegender Bszenber*.b-/yohnitt vorgesehen ist, auf welchem an der vom Zylinder abgewandten Seite ein Gegengewicht gelagert ißt, welohe* mit einem feetsn Teil des MasohinengehäuseB über einen eich im wesentlichen quer zur Zylinderachse erstreckenden und das Gegengewicht la wesentlichen parallel aur Zylinderachse führenden Lenker verbunden ist*

Die Anordnung ist dabei vorzugsweise so getroffan, das© d:.e Gelenkaohsen dos Lenkerer parallel ssur Xurbelwellenachse ausgerichtet sind und in einer Ebene liegen, die von der Zylinderachse senkrecht geschnitten wird,und dass das Gegengewicht und sein Verblndungslenker symmetrisch su. einer durch die Zylinderachse hindurchgehen·« des und senkrecht eur Korbelwellenachße verlaufenden Eben· angeordnet sind.

Sin weitere« Merkmal der Srf ladung ist darauf gerichtet, dass das Gegengewicht U-förmig ausgebildet und Bit seinen beiden Schenkelteilen auf swel aueserhalb der £urbelwellenarme angeordneten Exsenterabschnitten gelagert ist· Dabei kann das Gegengewicht aus ewei L-förmigen Seilen bestehen, welch· Über Schraubbolsen verbunden alaft»· τοπ denen einer als Gelenkbogen für das innere Ende dee Lenker» dient. ... ^

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Aueführungeformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 eine Seitenansicht einer Einzylindermaschine mit vertikaler Zylinderachse und erfindungegemäsoem Sehwungoaesenauägleich,

PIg. 2 eine der Pig.1 ähnliche Darstellung einer erfindungegemaseen Maschine mit horizon-' taler Zylinderachse,

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

der Haschine der Pig· 1 mit entferntem Kurbelgehäusedeckel in gröeserem Maßstab,

Fig» 4 eine perspektivische Seilansieht der Gegengewichtsanordnung und der ben&ohtorten !Delle von Kurbelwelle und Kolbenstange in noch gröesarem Maßeta^e,

Pig. 5 eine eerlegte perepektlvische Darstellung einer abgewandelten Aunfuhrungoforja der erfindungsgeaäesen Gegengewiuhtsanordxmng;,

Pig. 6 eine teilweise geschnittene Vorderansicht der GegengewichtBauordnung der Pig.5,

Pig_v 7 eine Stimansicht der Gegengewiohts&nor&nuiig

der Pig. 5 und 6_f
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. 8 einen Schnitt geraäes der Schnittlinie 8-8 der Fig_fl 7 und

.9 bit? 12 schematische Darstellungen der Relativlegen von Kurbelwelle und Gegengewicht ixt den Eotpunktstellungen des Kolbens*

Die in den Zeichnungen dargestellte und generell mit dem Bezugozeichen 5 versehene Einzylindermaschine besteht aus einem Gehäuse S,öas den Zylinder 7 tüs einen Kolben θ bildet» einem Kurbelgehäuse 9» in dem die Kurbelwelle 10 drehbar gelagert ißt, und einer Kolbenstange 11, die den Kolben 8 sit der Sarb&Lwellö 10 verhinö&t.

Bai de» asxgonteXXten Boiepiöl haMslb se sich vm Viertak-clnrcnnlEffaf feraaschine, rUis?ön nicht dargesfiellte Yentilo von de λ ?Tooken 14 sinoi? XTööIcanwelle 13 in aiii Tan des? Ein- und Herböwigimg des So3.'ben» t: wsT?öeac. Me Kockeavfßlle 13 wird von der KurbelveHe 10 über die Zahnräder 15 und 16 angetrieben, ö:io auf der Kurbelwelle bisw. der Hockonwoile befestigt sied,, Töratändlichfirwaiee ist die Erfindung in gleichen Weiße auch auf Zweitakt^Brennlaraf-bsEßchinen und auf Kolbenarbeitemasohinen anwendbar«

Sie Kurbelwe3.1e 10 der Brennkraftmaaohine ist mit ihren koaxialen Aussenteilen 17 in gegenttbörliegenaen Stirn-

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*· 9 ■ -

wänden des Kurbelgehäuses drehbar gelagert« Zur Eurbelv/elle gehören swei radiale Kurbelarme 18, die über eiiaen achsparallenen Kurbelzapfen 19 miteinander verbunden sind» M Kurbelzapfen 19 ist das eise Ende der Solben»

stange 11 gelagert, deren anderee Ende mit einem 20 am Solben angelenkt ist.

Die Ku?: beiarme Ί3 ragen an der dem Kurbelzapfen gegen«- überllogenden Seit» diametral über die Kurbelvrellenaohae hinauf?» wo sie Terdickungen oder Schwungmassen tragen, die Eigengewichte 21 bilden« Bio beiden Gegengewichte Bind uynasetrisoh but Zylinderachse angeordnet und haben gleiciie Hassen und Trägheitsmomente. Masse und Trägheltcwment sind dabei so gewählt» dass sie den Kurbelzapfen uad ien Kolbons tar tonkopf gewi^htsmassig ausgleichen, nicht aber wesentlich sur Schwungmaseenkompenoation der raticrenden Anordnung beitragen· Die dynastische Kompensation , die die Sesohleiml grnigs- und 7ers8gerungskra^e du s Kolbens aufhebt, geschieht in erster MnIe durch die irogengewiehte 22_r die nachfolgend beschrieben werden.

diesem Oegengewiehtsanordnong 22 gehören ein U-föraiges Gewicht 2} und ein Lenker 24 zwischen der Mitte des ü-förmigeii Gewichtes und einer Wand des Kurbelgehäuses.

Die Soheiiköl ?.$ atm tr«.nkBüL#r*»n Gewi^hteo 25 sind

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ausserhalb der Kurbelarme 13 gelagert« Die Eaasenter*« achse hat einen geringeren Abstand von der Kurbelwellen«* achse als der Kurbelzapfen 19 t so dass die Kurbelwelle die oberen Enden der Gegengewichteschenkel 26 auf einem Kreis bewegt, der wesentlich kleiner ist als der Umlaufkreis des Kolbenstangenkopfes·

Der Lenker 24 richtet den Jochteil 25 des Gegengewichtes 22 so aus, dass dieser an der vom Zylinder angewendeten Seite der Xurbelwellenachse zu liegen kommt _o Zu« gleich ist dafür gesorgt» dass sich der Jochteil 25 des Gegengewichtes 22 im wesentlichen parallel zur Zylinderachse bewegt« Das innere Ende des Lenkers 24 ist ait einem Zapfen 28 angelenkte der die beiden Oegengewichtssohesk»! 26 in der Kote des Joyjiteiles 25 verbindet· Äin Lager 29 an eiser Stirnwand des Kurbelgehäuse* dient «tv infnalwft einet Sapfens 30, auf des da» ttuseere Ende des Lenker· 24 gelenkig gelagert ist· Das Lager 29 1st die einzig· Änderung, die am Gehäuse bisher ttblicher Maschinen -vorgesehen werden nuss» um bei diesen die erfindungsgemSssen Gegengewichte an« bringen eu können.

Der Lenker 24 ist symmetrisch eu der sich bnwngenden 1 iac se des Gßgengeuichtoe so angeordnet, daus seine T^ngemittellinie die ZylindfJi.*p«hfli» öolroaidefc,

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Die Legareapfen 28 und 30 dee Lenkers 24 Bind parallel mir Xorbelwellenaohse ausgerichtet und liegen in einer Ebene, die in wesentlichen senkrecht auf der Zylinderachse steht. Der Lagerzapfen 28 am Gegengewicht bewegt sieh auf einem Kreisbogen, deeeen Hittelpunkt dar feste Lagerzapfen JO let· Ba die effektiv© Länge des Lenkers ein Mehrfaches rom Bub des Bxaentera 27 der Kurbelwelle beträgt» hat die bogenförmige Bewegung des Jochteilee dee Oegengewiohtea nur eine sehr kleine Querkompanente bezüglich der Zylinderachse.

Die oberen Enden der GegengewlentsaiQhenkel 26 bewegen sich auf den Excentern 27 auf einem Krale und nüssen deshalb als feil eines umlauftyetee» angesehen werden, su dem auch die rotierenden ftitfengewichte 21 der Kurbel-' welle gehören, die daa an· Sarbelaapfen und Kolbenstangenkopf bestehesA* rotierende Maevaneystea kompensieren. Der Momentenarnj der Gegengewiohtssohenlrel 26 1st jedoch wegen dar kleinen Kreisbahn ebenfalle klein· Auch ist die Maase dar Schenkel 26 klein 1ä Vergleich mit der Kaaee daa Joohteilea des Gegengewichtes. Aus dievem Grunde eraeugt daa Gegengewicht Srügheitakräfta, welche nahezu aussohliaeslloh parallel nur Zylinderachse gerichtet und gegenüber der Kolben^ erregung um 160° phaBenrersohoben aind. Stoit bewirken die Trägheitekr&fte des Gegengewichtes eine Kompensation dar Kolben-Besohleuni« 0HUgB- und TersOgerungskrftfta ohne eine merkliche Schwin·»

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- 12 ~
gung quer zur Zylinderachse_o

Da das Gegengewicht 22 symmetrisch au einer Ebene angeordnet ist, die durch die Zylinderachse geht und senkrecht zur Kurbelwellenaehse verläuft, werden die iDräglieitakräfte dee Gegengewichtes bezüglich der Zylinderachse im wesentlichen ausgeglichen, so dass eie kein echwingungserzeugendes Moment verursachen_o

Die Gegengewichteanordnung gemäse Pig, 4 besteht aus drei !Deilens nämlich zwei Schenkelteilen 126 und einem getrennten Jochteil 125* welcher an den Schenkelteilen mit Bolsen 32 befestigt iat, die sich siach oben duroh den Jochteil hindurch erstrecken und in Gewindebohrungen der Schenkeltsile eingreifen. Diese dreiteilige Aus« bildung erleichtert den Einbau bei Maschinen besonderer Ausbildung· Ohne Veränderung aller anderen Bauteile ist jedoch eine zweiteilige Ausbildung der Gegengewichtsanordnung gemäas Pig. 5 bis 8 aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Einfachheit vorzuziehen ·

Die abgewandelte Aueführungsform des Gegengewichtes gemüse Fig.5 bie 8 besteht aus zwei I-förmigen Seilen 125« die jeweils mit einem nach oben ragenden Schenkel * 226 und einem halben Jochteil 225 versehen sind und zusammen die vollständige Gegengewichteanordnung bilden ₀ Die swei Bauelemente 123 werden Bit parallelen Schraub-

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boleen 152 verbunden, die durch parallel stir Xurbel~ wellenachse auegerichtete Bohrungen der JeohteilhSlftett hindurchführen. In einem der Bauelemente kann die Bohrung für den Sohraubbolsen mit eine« dewlnde versehen sein? Ein leicht verformbarer Metallstreif ca 54» durch den die Sehraubbolsen hindurchführen, kann als Verdrehsicherung mit seinem Bandteil gQg*n die unrunden Köpfe der SehraubbolBen umgebogen werden· Sis· Buchse 35 auf einem der Bolsen 132 bildet den Lagerbolsen 28 für den Lenker 24. Ausnehmungen 36 is Joöhteil der beiden Gegengewlehtobaueleaente bilden in eusaaattngebauten Zustand einen tob äagerbolsett 28 überbrückten Sohlitc 136, in dem »loh das innere Ende &9β Lenkers 24 hin- und herbewegen kann.

Ba der Lenker 24 eioh nur Über einen kleinen Bogen bewegt und die Kräfte an den Logersapfen 28 und 30 sehr klein sind, ergibt sich an diesen Zapfen nur ein sehr geringer Versehleies. Darüber hinaus erhalten die Zapfen eine auereichende Schmierung* da ei* «ich unter normalen beitebcdinguqgta Mindesten« teilweise in der Oelwasne XtaftelwellengenSuse» befinden.

Aue der vorstehenden Beschreibung und des Zeichnungen ist erkennbar» dass die vorliegende Brfindung eine gewiohteanordnusg für Elnaylinder-Kolbenmaeohinen offenbart, die einfach, billig und verlässlich ist» di# im

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wesentlichen die Beschleunigung«- und VerBÖgerongfl-Eeaktionflkräfte des Kolbens aufhebt, ohne nerkliohe Schwingungen quer eur Zylinderachse herrorsoriifen und die auch so kompakt ist, daee ele in des KurbelgehSußen Üblicher Maschinen untergebracht werden kann ^ ohne dam an den letuteren Abänderungen vorgenommen werden mUasen,

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Claims (1)

1. * STRATTOH CORPORATION H. 13th Street Wilwaukee* Wise. T. St. A. Anwalteafcte 1937

   Pate nt aneprüche.

   I, Eiiisylinder-Kolbeuoiaachine, deren quer but Zylinderachse verlaufende, an die Kolbenstange angeschlossene Kurbelwelle tsum. Schwungmaflsenauegleich mit einer (tegeiigewiehtaanordnong verbunden iet. *n*«wti «*»lrt*m-. fteiehnot, das* an der Kurbelwelle (10) ein mit seiner Aehee de» Surbelsapfen (19) diaftetrftf. gegenaberliegender Sxsenteratectanitt (27)vozgeselte& ist« auf welohea an der ▼oa Zylinder (7) abgewandten Seite ein Gegengewicht (23) gelagert let, velehee mit einem festen Tail (29) dee Mtechibengehkusee (6) fiber «inen aich im ^oeentliohtn quer snr Zylinderaohse erstreckenden und das Ö«geneeviob.t (23) In wearentliohen parallel cur Zylinfahrenden Lenker (24) verbunden ist.

   2. Ko^benmaeohine nach Anapruoh. 1» dadurch gefcecnseiobnet» dasa die Oelenkaoheen (ίβ,30) de· Ienkere (24) parallel but Kurbelvellenaobjre (10) ausgerichtet *in • und in einer Ebene liegen, die von der Zylinderachse eenkrecht geschnitten wird.

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   5· Kolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet t dass das Gegengewicht (23) U-förmig ausgebildet und mit seinen beiden Schenkelteilen (26) auf «*ei aus»erhalb der Kurbelwelleaarfee (18) angeordneten Exaeaterabsehnitten (27) gelagert ist.

   4. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht (23) und sein Verbindungslenker (24) symmetrisch au einer durch die Zylinderachse hindurchgehenden und senkvöuht zur Kurbelwellenachse (10) verlaufenden Ebene angeordnet sind.

   5» Kolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennüeiohnet» daee die effektive Lange des Lenkers (24)

   wesentlich grosser 1st als die Exzentrizität der SxEenterabsehnitto (27).

   6, Kolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dastr 'das Gegengewicht (23) aus zwei L-förmigen Teilen (125) besteht, welche über Schraubbolzen (132) verbunden sind» von denen einer ale OeleaXbolsen (28) für aas innere Ende des Lenker» (24) dient«

   7· Kolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet« dass an der Kurbelwelle (10) dem Kurbelzapfen (19) gegenüberliegend ein eweltea (21) angeordnet let. 10 9850/0221