DE1576244C3 - Einzylinder-Kolbenmaschine mit Schwungmassenausgleich - Google Patents

Description

det wird, der die zusätzliche Aufgabe hat, die beiden L-förmigen Teile zusammenzuspannen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Einzylinder-Kolbenmaschine mit vertikaler Zylinderachse und erfindungsgemäßem Schwungmassenausgleich,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Gegengewichtsanordnung,

F i g. 3 eine zerlegte perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Gegengewichtsanordnung,

F i g. 4 eine Stirnansicht der Gegengewichtsanordnung der F i g. 2 und 3 und

Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie 5-5 der F i g. 4.

Die in den Zeichnungen dargestellte und generell mit dem Bezugszeichen 5 versehene Einzylinder-Kolbenmaschine besteht aus einem Gehäuse 6, das den Zylinder 7 für einen Kolben 8 bildet, einem Kurbelgehäuse 9, in dem die Kurbelwelle 10 drehbar gelagert ist, und einer Kolbenstange 11, die den Kolben 8 mit der Kurbelwelle 10 verbindet.

Bei dem dargestellten Beispiel handelt es sich um eine Viertaktbrennkraftmaschine, deren nicht dargestellte Ventile von den Nocken 14 einer Nockenwelle 13 in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung des Kolbens betätigt werden. Die Nockenwelle 13 wird von der Kurbelwelle 10 über die Zahnräder 15 und 16 angetrieben, die auf der Kurbelwelle bzw. der Nockenwelle befestigt sind. Verständlicherweise ist die Erfindung in gleicher Weise auch auf Zweitakt-Brennkraftmaschinen und auf Kolbenarbeitsmaschinen anwendbar.

Die Kurbelwelle 10 der Brennkraftmaschine ist mit ihren koaxialen Außenteilen 17 (Fig.2) in gegenüberliegenden Stirnwänden des Kurbelgehäuses drehbar gelagert. Zur Kurbelwelle gehören zwei radiale Kurbelarme 18, die über einen achsparallelen Kurbelzapfen 19 miteinander verbunden sind. Am Kurbelzapfen 19 ist das eine Ende der Kolbenstange 11 gelagert, deren anderes Ende mit einem Gelenkbolzen 20 am Kolben angelenkt ist.

Die Kurbelarme 18 ragen an der dem Kurbelzapfen gegenüberliegenden Seite diametral über die Kurbelwellenachse hinaus, wo sie Verdickungen oder Schwungmassen tragen, die Gegengewichte 21 bilden. Die beiden Gegengewichte 21 sind symmetrisch zur Zylinderachse angeordnet und haben gleiche Massen und Trägheitsmomente.. Masse und Trägheitsmoment sind dabei so gewählt, daß sie den Kurbelzapfen und den Kolbenstangenkopf gewichtsmäßig ausgleichen, nicht aber wesentlich zur Kompensation der hin- und hergehenden Massen beitragen. Die dynamische Kompensation, die die Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte des Kolbens aufhebt, geschieht in erster Linie durch die Gegengewichte 22, die nachfolgend beschrieben werden.

Zu dieser Gegengewichtsanordnung 22 gehören ein U-förmiges Gewicht 23 und ein Lenker 24 zwischen der Mitte des U-förmigen Gewichts und einer Wand des Kurbelgehäuses.

Die Schenkel 26 des U-förmigen Gewichts 23 sind parallel zueinander auf Exzenteransätzen 27 der Kurbelwelle 10 außerhalb der Kurbelarme 18 gelagert. Die Exzenterachse hat einen geringeren Abstand von der Kurbelwellenachse als der Kurbelzapfen 19, so daß die Kurbelwelle die oberen Enden der Gegengewichtsschenkel 26 auf einem Kreis bewegt, der wesentlich kleiner ist als der Umlaufkreis des Kolbenstangenkopfes.

Der Lenker 24 richtet den Jochteil 25 des Gegengewichts 22 so aus, daß dieser an der vom Zylinder

ίο angewandten Seite der Kurbelwellenachse zu liegen kommt. Zugleich ist dafür gesorgt, daß sich der Jochteil 25 des Gegengewichts 22 im wesentlichen parallel zur Zylinderachse bewegt. Das innere Ende des Lenkers 24 ist mit einem Zapfen 28 angelenkt,

t5 der die beiden Gegengewichtsschenkel 26 in der Nähe des Jochteils 25 verbindet. Ein Lager 29 an einer Stirnwand des Kurbelgehäuses dient zur Aufnahme eines Zapfens 30, auf dem das äußere Ende des Lenkers 24 gelenkig gelagert ist. Das Lager 29 ist

so die einzige Änderung, die am Gehäuse bisher üblicher Maschinen vorgesehen werden muß, um bei diesen die erfindungsgemäßen Gegengewichte anbringen zu können.
Der Lenker 24 ist symmetrisch zu der sich bewegenden Masse des Gegengewichts so angeordnet, daß seine Längsmittellinie die Zylinderachse schneidet.

Die Lagerzapfen 28 und 30 des Lenkers 24 sind parallel zur Kurbelwellenachse ausgerichtet und liegen in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht auf der Zylinderachse steht. Der Lagerzapfen 28 am Gegengewicht bewegt sich auf einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt der feste Lagerzapfen 30 ist. Da die effektive Länge des Lenkers ein Mehrfaches vom Hub des Exzenters 27 der Kurbelwelle beträgt, hat die bogenförmige Bewegung des Jochteils 15 des Gegengewichts nur eine sehr kleine Querkomponente bezüglich der Zylinderachse.

Die oberen Enden der Gegengewichtsschenkel 26 bewegen sich auf den Exzentern 27 auf einem Kreis und müssen deshalb als Teil eines Umlaufsystems angesehen werden, zu dem auch die rotierenden Gegengewichte 21 der Kurbelwelle gehören, die das aus Kurbelzapfen und Kolbenstangenkopf bestehende rotierende Massensystem kompensieren. Der Momentenarm der Gegengewichtsschenkel 26 ist jedoch wegen der kleinen Kreisbahn ebenfalls klein. Auch ist die Masse der Schenkel 26 klein im Vergleich zur Masse des Jochteils des Gegengewichts. Aus diesem Grund erzeugt das Gegengewicht Trägheitskräfte, welche nahezu ausschließlich parallel zur Zylinderachse gerichtet und gegenüber der Kolbenbewegung um 180° phasenverschoben sind. Somit bewirken die Trägheitskräfte des Gegengewichts eine Kompensation der Kolben-Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte ohne eine merkliche Schwingung quer zur Zylinderachse.

Da das Gegengewicht 22 symmetrisch zu einer Ebene angeordnet ist, die durch die Zylinderachse geht und senkrecht zur Kurbelwellenachse verläuft, werden die Trägheitskräfte des Gegengewichts bezüglich der Zylinderachse im wesentlichen ausgeglichen, so daß sie kein Schwingungserzeugendes Moment verursachen.

Das Gegengewicht 22 besteht, wie F i g. 2 bis 5 zeigen, aus zwei L-förmigen Teilen 123, die jeweils mit einem nach oben ragenden Schenkel 226 und einem halben Jochteil 225 versehen sind und zusammen die vollständige Gegengewichtsanordnung bilden. Die

zwei Bauelemente 123 werden mit parallelen Schraubbolzen 132 verbunden, die durch parallel zur Kurbelwellenachse ausgerichtete Bohrungen der Jochteilhälften hindurchführen. In einem der Bauelemente kann die Bohrung für den Schraubbolzen mit einem Gewinde versehen sein. Ein leicht verformbarer Metallstreifen 34, durch den die Schraubbolzen hindurchführen, kann als Verdrehsicherung mit seinem Randteil gegen die unrunden Köpfe der Schraubbolzen umgebogen werden. Eine Buchse 35 auf einem der Bolzen 132 bildet den Lagerbolzen 28 für den Lenker ,24. Ausnehmungen 36 im Jochteil der beiden Gegengewichtsbauelemente bilden im zusammengebauten Zustand einen vom Lagerbolzen 28 überbrückten Schlitz 136, in dem sich das innere Ende des Lenkers 24 hin- und herbewegen kann.
Da der Lenker 24 sich nur über einen kleinen Bogen bewegt und die Kräfte an den Lagerzapfen 28 und 30 sehr klein sind, ergibt sich an diesen Zapfen nur ein sehr geringer Verschleiß. Darüber hinaus erhalten die Zapfen eine ausreichende Schmierung, da ίο sie sich unter normalen Arbeitsbedingungen mindestens teilweise in der Ölwanne des Kurbelwellengehäusesbefinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 ■ • ben der Zylinderachse ein einziges Gegengewicht anPatentansprüche: gebracht, welches ein neues Kräftepaar erzeugte, durch das die Kolbenmaschine in Querschwingungen

1. Einzylinder-Kolbenmaschine, deren Kurbel- gerät, welche bestrebt sind, die Kurbelwelle zu verweile zum Schwungmässenausgleich eine in sich 5 kippen. Bekannt ist auch eine bezüglich der Maschistarre U-förmige, im wesentlichen parallel zur nenachse symmetrisch arbeitende Querlenker-Füh-Zylinderachse geführte Gegengewichtsanordnung rung, bei der zwei Gegengewichte mit je einem Lenträgt, welche mit zwei Exzenterarmen auf zwei ker vorgesehen sind. Eine solche Verdoppelung der

. beidseitig des Kurbelzapfens angeordneten, ge- Bauteile führt zu erheblichen Kosten, bringt aber vor

gensinnig zum Kurbelzapfen gerichteten Exzen- io allem erhebliche fertigungsmäßige Schwierigkeiten

tern gelagert ist und sich mit ihrem mittleren mit sich, denn erfahrungsgemäß ist es außerordent-

Jochteil parallel zur Kurbelwelle erstreckt, da- Hch schwierig, die Lagerachsen von zwei Lenkern

durch gekennzeich.net, daß die Gegen- exakt aufeinander auszurichten. Ohne eine exakte

gewichtsanordnung (22) aus zwei im wesentlichen Koaxialität können die Lenker verklemmen und ihre

spiegelbildlich ausgebildeten L-förmigen Teilen 15 Lagerzapfen zerstören.

(123) besteht, die im Bereich des Jochteils (25) Eine Betrachtung der technischen Entwicklung der

flächig aneinanderliegend starr verbunden sind, vergangenen 70 Jahre zeigt, daß die Fachwelt prak-

• daß im Jochteil (25) in einer im Bereich der Zy- tisch das Prinzip des Querlenkers zur angenäherten

linderachse liegenden Ebene eine sich im wesent- Geradführung des Gegengewichts verworfen hat. Je-

lichen senkrecht zu der von der Zylinderachse 20 denfalls sind brauchbare Lösungen nach dem Prinzip

und Kurbelwellenachse (10) definierten Ebene des Querlenkers bis zu der hier vorliegenden Erfin-

erstreckende Ausnehmung (36) ausgebildet ist dung nicht bekanntgeworden. So ist beispielsweise'in

und daß in der Längsmittelebene des Jochteils der ebenfalls zum Stand der Technik gehörenden

(25) im Bereich der Ausnehmung (36) für einen USA.-Pateritschrift 3 112 658, die ebenfalls eine Ge-

an sich bekannten, mit dem Maschinengehäuse 25 gengewichtsanordnung mit zwei Gewichten und zwei

verbundenen Querlenker (24) ein Lagerbolzen getrennten Anlenkungen für diese Gewichte. vor-

(28) vorgesehen ist. - schlägt, ausdrücklich angegeben, daß zumindestens

2. Einzylinder-Kolbenmaschine nach An- bis zum Jahr 1960 ein kommerziell nutzbarer Masspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der senausgleich für Einzylinder-Viertaktmaschinen Lagerbolzen (28) Teil eines die beiden L-förmi- 3° nicht gefunden worden ist.

gen Teile (123) zusammenspannenden Schrau- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei

benbolzens (132) ist. einer Einzylinder-Kolbenmaschine der einleitend ge-

3. Einzylinder-Kolbenmaschine nach An- nannten Art die Gegengewichtsanordnung so auszuspfuch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bilden und zu führen, daß sie einerseits eine exakte dem Kurbelzapfen (19) gegenüberliegenden Kur- 35 Massenkompensation ermöglicht und andererseits belwangenteile (18) in an sich bekannter Weise sich durch eine einfache-und billige Fertigung ohne als Gegengewicht (21) ausgebildet sind. schwierig einzuhaltende Fertigungstoleranzen auszeichnet, sicher und störungsfrei arbeitet, automatisch schmierbar ist und sich auch in bereits vorhandene

40 Maschinen nachträglich einbauen läßt, ohne den

Grundaufbau der Maschine verändern zu müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsge-

Die Erfindung betrifft eine Einzylinder-Kolbenma- mäße Einzylinder-Kolbenmaschine dadurch gekennschine, deren Kurbelwelle zum Schwungmassenaus- zeichnet, daß die Gegengewichtsanordnung aus zwei gleich eine in sich starre U-förmige, im wesentlichen 45 im wesentlichen spiegelbildlich ausgebildeten L-förparallel zur Zylinderachse geführte Gegengewichts- migen Teilen besteht, die im Bereich des Jochteils anordnung trägt, welche mit zwei Exzenterarmen auf flächig aneinanderliegend starr verbunden sind, daß zwei beidseitig des Kurbelzapfens gerichteten Exzen- im Jochteil in einer im Bereich der Zylinderachse lietern gelagert ist und sich mit ihrem mittleren Jochteil genden Ebene eine sich im wesentlichen senkrecht zu parallel zur Kurbelwelle erstreckt. 5° der von Zylinderachse und Kurbelwellenachse defi-

Um die Gegengewichtsanordnung parallel zur Zy- nierten Ebene erstreckende Ausnehmung ausgebildet linderachse zu führen, ist es bereits bekannt, beson- ist und daß in der Längsmittelebene des Jochteils im dere Gleit- oder Schienenführungen zu verwenden. Bereich der Ausnehmung für einen an sich bekann-Eine solche Anordnung hat außer dem benötigten ten, mit dem Maschinengehäuse verbundenen Quervergrößerten Einbauraum in axialer Richtung den 55 lenker ein Lagerbolzen vorgesehen ist.
entscheidenden Nachteil, daß sich das Ausgleichge- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit das

wicht in den Führungen verklemmt. Relativ hohe von der Fachwelt bereits verworfene Prinzip des Reibungsverluste sind ebenfalls nicht auszuschalten. Querlenkers zur angenäherten Geradführung des Ge-Eine Reibung führt auch zu einem vorzeitigen Ver- gengewichts wieder aufgegriffen, und es konnten schleiß (USA.-Patntschrift 2 235 160). 60 durch die Erfindung die bisherigen Nachteile der

Reibungsärmere angenäherte Geradführungen mit asymmetrischen Querlenkeranordnung, die einen zuHilfe eines Querlenkers gehören ebenfalls zum Stand sätzlichen axialen Einbauraum erfordert, dadurch der Technik (USA.-Patentschriften 617 978 und beseitigt werden, daß die an sich bekannte U-förmige 090). Bei diesen Querlenker-Führungen, die Gegengewichtsanordnung eine spezielle Ausbildung schon vor mehr als einem halben Jahrhundert vorge- G5 erhielt, die es ermöglichte, den Querlenker mittig anschlagen wurden, war man offensichtlich weit von zuordnen.

einer optimalen Lösung des Schwingungsproblems Von besonderem Vorteil ist es, wenn a's Lagerbol-

bei Kolbenmaschinen entfernt. So wurde seitlich ne- zen für den Querlenker ein Schraubenbolzen verwen-