massenausgleich für hin- und hergehende Massenkräfte an Kolbenmaschinen
Die Erfindung betrifft einen Massenausgleich für hin-und hergehende Massenkräfte
an Kolbenmaschinen mit einem am Kurbelgehäuse gelagerten und von der Kurbelwelle
her angetriebenen Paar von Gegengewichten. Die bisher bekanntgewordenen Vorschläge
für den Ausgleich der freien Massenkräfte, z.B. solcher Kräfte 2. Ordnung, an Reihenmotoren
mit weniger als sechs Zylindern sind sehr kompliziert. Sie sehen zumeist die Anordnung
zusätzlicher umlaufender Gegengewichtspaare vorp die über entsprechende Getriebe
von der Kurbelwelle her angetrieben werden müssen. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrundep einen einfacheren Ausgleich der freien Massenkräfte zu findenp der insbesondere
kein eigenes Antriebsgetriebe mehr erfordert, Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß
im wesentlichen dadurch gelÖst, daß die Gegengewichte an Teilen des Kurbelgehauses
angelenkt und unmittelbar von mindestens einer an
der Kurbelwelle
angeordneten Steuerfläche her hin- und herschwenkend zwangsgesteuert sind. Bei einer
solchen Ausbildung des Massenausgleichs führen die hierfür vorgesehenen Gegengewichte
keine rotierenden Drehbewegungent sondern lediglich hin- und hergehende Schwenkbewegungen
aus# die unmittelbar von einer zugeordneten" zu diesem Zweck entsprechend ausgebildeten
Steuerfläche angeregt werden. Es genügt deshalb eine einfache drAhbare Lagerung
der zwangsgesteuertenp als Winkelhebel ausgebildeten Gegengewichte# die zweckmäßig
in an sich bekannter Weise so angeordnet werden, daß ihre resultierende Massenkraft
innerhalb der Längsmittelebene der Kolbenmaschine in deren Mitte verläuft. Im übrigen
ist die Anzahl der'Sinuserhebungen auf den Steuerflächen dafür maßgeblich, welche
Ordnung von Massenkräften ausgeglichen werden soll. Durch die entsprechende Ausbildung
der Steuerflächen lassen sich somit massenkräfte der 1.. 29? 4, und 8, Ordnung
ausgleichen. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist jede Steuerfläche
eine zur Kurbelwellenachse, spiegelsymmtrische Sinusform auft die eine ständige,
praktisch spielfreiA Anlage der Winkelhebel an den Steuerflächen gewährleistet.-Nach
einer weiteren# ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jede Steuerfläche
durch die Umfangefläche
einer Kurbelwange der Kurbelwelle der Kolbenmaschine
gebildet, womit für die Steuerung der Winkelhebel nur-ein minimaler zusätzlicher
konstruktiver Aufwand benötigt wird. Insbesondere dann, wenn die Platzverhältnisse
in der Kurbelwanne d ' iP- Anordnung der.winkelhebel nicht innerhalb der
Kurbelwanne oder im Kurbelgehäuse zulassen sollten, oder wenn der Massenausgleich
an einer bereits vorhandenen Kolbenmaschine nachträglich angebracht werden soll,
empfiehlt es sich gemäß.einer anderen Ausgestaltung der Erfindung jedoch, die beiden
Steuerflächen durch an den beiden Enden der Kurbelwelle anjemordnete gesonderte
Wangen zu bilden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere
an einer Vierzylinder-Reihenmaschine vorgeschlagen, daß am Nurbelgehäuse beiderseits
der Mittellängsebene der Kolbenmaschine auf jeweils einer von der Kurbelwellenachse
aus dieser Ebene unter 45 0 nach außen führenden Linie je ein Winkelhebel
gelagert istp der bei einer ständigen Anlage seiner beiden S6henkelenden an dieser
Kurbelwange deren Drehbewegung unter entsprechender eigener Hin- und Herdrehung
zuläßt, und daß die hin- und hergehenden Massen der beiden die Gegengewichte bildenden
Winkelhebel in an sich bekannter Weise im Sinne des Ausgleichs der freien Massenkräfte
2. Ordnung berechnet sind.
Nach einer wiederum anderen Ausgestaltung
ger Erfindung bilden bei einer an sich bekanntän Lagerung der Kurbelwelle der Kolbenmaschine
zwischen den beiden mittleren Kurbelzapfen die dem mittleren Grundlager beiderseits
benachbarten Kurbelwangen die Steuerflächen, wobei von den beiden nebeneinander
ragenden unteren S#henkelenden der beiden Winkelhebel das eine Schenkelende an der
einen und das andere an der anderen Kurbelwange anliegt. Eine solche konstruktive
Anordnung der beiden Winkelhebel ist deshalb besonders vorteilhaft, weil eine einzige
Kurbelwange so schmal ist" daß eine gleichzeitige Abstützung beider Winkelhebel
an ein und derselben Wangenstelle konstruktiv nur schwierig möglich ist. Bei der
gleichzeitigen Heranziehung der beiden dem mittleren Grundlager benachbarten Kurbelwangen
stehen zu der unteren Abstützung der beiden Ifinkelhebel die beiden Kurbelwangen
in einem sehr günstigen gegenseitigen Abstand zur Verfügung. Überdies läßt der an
der Stelle dieses Grundlagers zwischen den beiderseits benachbarten Kurbelzapfen
vorhandene Raum eine günstige Unterbringung mit ihrenMaßen geeignet dimensionierter
Winkelhebel zu. Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
sind die beiden Winkelhebel an wannenseitigen Lageraugen-des Lagerdeckels des der
bzw. den zugeordneten Kurbelwange(n) benachbarten Grundlagers der Kurbelwelle
gelagertt
womit die übliche Handhabung der Kurbelgehäusewanne" die gelegentlich abnehmbar
sein soll, nicht beeinträchtigt wird und die Winkelhebel nach Abnahme der Kurbelgehäusewanne
auch leicht zugänglich sind. Da es für die zuverlässige Arbeit der erfindungsgemäßen
Winkelhebel wesentlich-ist" daß sie mit ihren beiden Schenkelenden unabhängig von
der jeweiligen Winkelstellung der zugeordneten Kurbelwangen stets möglichst spielfrei
an diesen anliegen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zum Ausgleich
fertigungstechnischer Toleranzen vorgeschlagen, daß zur Lagerung der Winkelhebe
1 dienende Lagerzapfen gegenüber der kurbelgehäuseseitigen Zapfenfläche exzentrisch
ange.-ordnete Lagerflächen für die 1,1inkelhebel aufweisen und kurbelgehäuseseitig
in ihrer Winkelstellung einstellbar festgelegt sind. Andere Ausgestaltungen betreffen
weitere konstruktive Einzelheiten des erfindungsgemäßen Reihenmotors. In der Zeichnung
ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen: Fig. 1 eine
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reihenmotors in einem die Anordnung der
erfindungsgemäßen Winkelhebel veranschaulichenden axialen Teilschnitt in der Ebene
seiner Zylinder;
Fig. 2 den mit den Winkelhebeln zusammenwirkenden
Teil der Kurbelwelle gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von unten; Fig.
3 den Reihenmotor gemäß Fig. 1 in einem Teilquerschnitt nach-der Linie
III - III der Fig. 1;
Fig. 4 denselben Reihenmotor in einem die Lagerung
eines Winkelhebels zeigenden waagerechten Teilschnitt nach der Linie IV-IV der Fig.
3;
Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende, jedoch schematisch
gehaltene Schnittdarstellung, bei der sich die Kurbelwelle in einer gegenüber Fig.
3 anderen Winkelstellung befindet. Der in der Zeichnung lediglich mit einem
Teil seiner Kurbelwelle ip seines Kurbelgehäuses 2 und seiner Kurbelwanne
3
dargestellte Reihenmotor weist vier Zylinder auf. Entsprechend der üblichen
Ausführung sind von seiner Kurbelwelle 1 die beiden mittleren Kurbelzapfen
4 und 5 in gleicher Richtung" aber gegensätzlich zur Richtung der beiden
äußeren Kurbelzapfen ausgekröpft, von denen in Fig. 1 lediglich der eine
(6)
dargestellt ist. Die Kurbelwelle 1 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel
fünffach gelagert, so daß sie nicht nur zwischen den beiden Kurbelzapfen 4 und
5 in einem mittleren Grundlager 71
sondern auch noch an ihren beiden
Enden und zwischen ällen weiteren Kurbelzapfen gelagert ist.
Wie
Insbesondere aus den Fig. ly 3 und 5 hervorgeht, weisen die beiden
zu den Kurbelzapfen 4 und 5 führendene dem mittleren Grundlager
7 unmittelbar benachbarten Kurbelwangen 8. und 9
zur Kurbelwellenachse
10 spiegelsymmetrische und sinusförmige Umfangsflächen aufo, die in nachstehend
noch beschriebener Weise zugleich Steuerflächen 11.bilden. Der Lagerdeckel 12 des
Grundlagern 7 weist im Bereich seiner beiden Enden wannenseitig
je ein Lagerauge 13 (vgl. Fig. 3 und 4) auf und an jedem dieser
beiden Lageraugen ist Ober einen Lagerzapfen 14 ein Winkelhebel 15 bzw.
16 gelagert. Gemäß den Fig. 3 und 5 befifiden sich die Achsen
der beiden Lageraugen 13 jeweils auf einer von der Kurbelwellenachne
10 aus der Mittellängseb ene 10'
unter 45 0 nach unten außen
führenden Linie. Von den beiden gemäß den Fig. 1 bis 3 nebeneinander
ragenden unteren Schenkelenden 17a und 18a der beiden Winkelhebel IS'und
16 liegt das eine (17a) an der gemäß Fig. 1 linken
(8) und das andere (18a) an der gemäß Fig. 1 rechten Kurbelwange
9 an. JeEler der beiden Winkelhebel 15 und 16 ist vor dem auf
etwa die halbe Breite des zugeordneten Grundlagers 7
einschließlich der Stärke
der benachbarten Kurbelwangen 8" 9
reduzierten freien Ende 17a bzw. 18a seines
unteren Schenkels 17 bzw. 18 auf annähernd die volle Breite des Grundlagers
7
nebst Kurbelwangenstärken verbreitert und in seinem nach dem Lagerauge
13 und dem oberen Schenkel 19 bzw. 20 hin anschließen- -
den
Teil geschlitzt und greift mit den beiden so gebildeten Gabelschenkeln über den
zugeordneten und zu seiner Lagerung dienenden Teil des Lagerdeckels 12; vgl. insbesondere
Fig. 2 bis 4. Die beiden Lagerlapfen 14 durchsetzen.das zugeordnete Lagerauge
13 beiderseits, so daß die Gabelschenkel 19 bzw.mass balance for reciprocating inertia forces on piston machines The invention relates to a mass balance for reciprocating inertia forces on piston machines with a pair of counterweights mounted on the crankcase and driven by the crankshaft. The previously known proposals for balancing the free inertia forces, eg such 2nd order forces, on in-line engines with fewer than six cylinders are very complicated. You mostly see the arrangement of additional rotating counterweight pairs vorp which have to be driven by the crankshaft via appropriate gears. The invention is based on the task of finding a simpler compensation of the free inertial forces which in particular no longer requires its own drive gear are positively controlled to pivot back and forth. With such a design of the mass balance, the counterweights provided for this do not perform any rotating rotary movements, but only to and fro swiveling movements that are directly stimulated by an associated control surface designed for this purpose Counterweights # which are expediently arranged in a manner known per se in such a way that their resulting inertial force runs within the longitudinal center plane of the piston engine in the middle thereof The corresponding design of the control surfaces can thus compensate for mass forces of the 1st ... 29th-4th and 8th orders on which a constant, practically backlash-free contact of the angle levers on the control surfaces is guaranteed.-According to a further # also preferred embodiment of the invention, each control surface is formed by the circumferential surface of a crank web of the crankshaft of the piston engine, so that only a minimal additional amount for controlling the angle lever constructive effort is required. In particular, if the space in the crankcase d ' iP arrangement of the angle lever should not allow within the crankcase or in the crankcase, or if the mass balance is to be retrofitted to an existing piston engine, it is recommended according to another embodiment of the However, the invention is to form the two control surfaces by separate cheeks arranged at the two ends of the crankshaft. According to a further embodiment of the invention in-line engine four-cylinder of constant at a system is proposed, in particular at a that istp supported by the crankshaft axis of this level below 45 0 outwardly leading line a respective angle lever on Nurbelgehäuse both sides of the central longitudinal plane of the piston engine on each one of its both handle ends on this crank arm allow their rotary movement with their own corresponding back and forth rotation, and that the reciprocating masses of the two angle levers forming the counterweights are calculated in a manner known per se in the sense of balancing the free inertia forces of the 2nd order. According to yet another embodiment of the invention, with a known mounting of the crankshaft of the piston engine between the two central crank pins, the crank webs adjacent to the central base bearing on both sides form the control surfaces, with one leg end of the two juxtaposed lower leg ends of the two angle levers one and the other rests against the other crank web. Such a structural arrangement of the two angle levers is particularly advantageous because a single crank arm is so narrow that it is difficult to construct both angle levers simultaneously on one and the same cheek point the lower support of the two angled levers provides the two crank webs at a very favorable mutual spacing. In addition, the space present at the location of this base between the crank pins adjacent on both sides allows for convenient accommodation with their dimensions suitably dimensioned angled levers. According to a further, likewise preferred embodiment According to the invention, the two angle levers are mounted on the bearing eyes on the side of the bearing cover of the base bearing of the crankshaft adjacent to the associated crank arm (s), which means that the usual handling of the crankcase tub " which should occasionally be removable, is not impaired and the angle levers are also easily accessible after removing the crankcase pan. Since it is essential for the reliable work of the angle levers according to the invention "that they always rest with their two leg ends regardless of the respective angular position of the associated crank webs as free of play as possible, it is proposed according to a further embodiment of the invention to compensate for manufacturing tolerances that for storage the angle lever 1 serving bearing journals with respect to the crankcase-side journal surface eccentrically arranged bearing surfaces for the 1,1 angled levers and are fixed on the crankcase side adjustable in their angular position. Other configurations relate to further structural details of the in-line engine according to the invention. In the drawing, the invention is illustrated, for example; it 1 shows an embodiment of an in-line motor according to the invention in an axial partial section illustrating the arrangement of the angle levers according to the invention in the plane of its cylinder; en angle levers cooperating part of the crankshaft according to Figure 1 in a view from below; 3 shows the in-line engine according to FIG. 1 in a partial cross-section along the line III - III of FIG. 1; 4 shows the same in-line motor in a horizontal partial section along the line IV-IV of FIG. 3 showing the mounting of an angle lever; FIG. 5 shows a sectional illustration corresponding to FIG. 3 , but kept schematically, in which the crankshaft is in an angular position different from FIG. 3. The in-line engine shown in the drawing with only part of its crankshaft ip, its crankcase 2 and its crankcase 3 has four cylinders. According to the conventional embodiments are but ausgekröpft in the same direction "opposite to the direction of the two outer crankpins, one of which is shown in Fig. 1, only one (6) of its crankshaft 1, the two middle crankpin 4 and 5. The crankshaft 1 according to the embodiment, so that it is stored for five times stored in a central main bearing 71 but also at both ends thereof and between Aellen further crankpin not only between the two crankpins 4 and 5. as. ly particular from Figures 3 and 5 is apparent, have the two leading sequences to the crank pins 4 and 5, the central main bearing 7 directly adjacent crank webs 8 and 9 mirror-symmetrical to the crankshaft axis 10 and sinusoidal circumferential surfaces aufo which simultaneously 11.bilden control surfaces below a manner described below. the bearing cap 12 of the main bearings 7, in the region a bearing eye 13 each at its two ends on the tub side (cf. Figs. 3 and 4) on and on each of these two bearing eyes, an angle lever 15 or 16 is mounted above a bearing pin 14. Referring to FIGS. 3 and 5, the axes of the two bearing eyes 13 befifiden each on one of the ene Kurbelwellenachne 10 from the Mittellängseb 10 'at 45 0 outwards leading down line. Is of the two shown in FIGS. 1 to 3 next to each other projecting lower leg ends 17a and 18a of the two angle levers IS'und 16 one (17a) to the FIG. 1 left (8) and the other (18a) to that of FIG 1 right crank web 9 on. Each of the two angle levers 15 and 16 is in front of the free end 17a or 18a of its lower leg 17 or 18, reduced to approximately half the width of the assigned base 7 including the thickness of the adjacent crank webs 8 " 9 , to approximately the full width of the base 7 in addition to the thickness of the crank cheek, and in its connecting part to the bearing eye 13 and the upper limb 19 or 20 - the part is slotted and engages with the two fork limbs formed in this way over the associated part of the bearing cover 12 that serves to support it; cf. in particular Fig 2 to 4. The two bearing lugs 14 enforce the associated bearing eye 13 on both sides, so that the fork legs 19 or
20 beide an den freien Enden des zugeordneten Lagerzapfens 14 gelagert
sind. Dabei ist jeder Gabelschenkel auf der zugeordneten Lagerfläche 14a des Lagerzapfens
14 über ein Nadellager 21 gelagert. Außerdem sind die Lagerflächen 14a gegenüber
der mittieren Zapfenfläche 14b des Lagerzapfens 14 in nicht besonders dargestellter
Weise um einen kleinen Betrag gleichartig exzentrisch angeordnetg, wobei sich die
Winkelstellung des am Lagerauge 13 unverdrehbar, jedoch in seiner Winkelstellung
einstellbar gelagerten Lagerzapfens 14 in üblicher, nicht besonders dargestellter
Weise einstellen läßt. Auf diese Weise kann das Spiel zwischen jedem Winkelhebel
15 bzw. 16
und den Kurbelwangen 8, 9 zum Ausgleich von etwaigen
Fertigungsungenauigkeiten optimal" d.h. möglichst auf den Wert Null, eingestellt
werdent was zweckmäßig jeweils bei einer aus Fig. 5 ersichtlichen Stellung
der zugeordneten Kurbelwangen 8" 9 erfolgt. Im übrigen sind die Ausnehmungen
der beiden Winkelhebel 15 und 16 und die Sinusformen der Steuerflächen
11 der beiden Kurbelwangen 8" 9 gemäß Fig. 5 so bemessen,
daß
die Winkelhebel 15, 16 an den freien Enden 17a, 19a bzw. 18a, 20a der beiden
Winkelhebel 15, 16 unabhängig von der je-
weiligen Winkelstellung der
Kurbelwelle 1 stets an den Steuerflächen 11 der beiden Kurbelwangen
8 und 9 anliegen. Die hin- und hergehenden Massen der beiden Winkelhebel
15 und 16 sind in an sich bekannter Weise so berechnet, daß mit den
zweimal je Kurbelwellenumdrehung erfolgenden Hubbewegungen der unteren Schenkel
17 und 18 der Winkelhebel 15, 16
ein Ausgleich der freien Massenkräfte
2. Ordnung erzielt wird. An den Schmierölkreislauf des beschriebenen Reihenmotors
ist schließlich eine nicht dargestellte Zweigleitung angeschlossen, von welcher
aus die Gleitflächen an den Enden 17a, 19a und 18a, 20a der beiden Winkelhebel
15, 16 ständig mit Drucköl bespritzt werden, womit die an diesen Führungsstellen
der Winkelhebel erzeugte Reibungswärme so klein wie möglich gehalten und geeignet
abgeführt wird. Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten des beschriebenen Ausführungsbeispiels
gebundenp wenn die be-.schriebene und dargestellte Anordnung des erfindungsgemäßen
Massenausgleichs an einem mittleren Grundlager der Kurbelwelle auch bevorzugt wird.20 are both mounted at the free ends of the associated bearing pin 14. Each fork leg is mounted on the assigned bearing surface 14a of the bearing journal 14 via a needle bearing 21. In addition, the bearing surfaces 14a are similarly eccentric by a small amount with respect to the central pin surface 14b of the bearing pin 14 in a manner not specifically shown, the angular position of the bearing pin 14, which is mounted on the bearing eye 13 so that it cannot rotate but is adjustable in its angular position, in the usual, not particularly shown Way to adjust. In this way, the game 9 can between each crank lever 15 and 16 and the crank arms 8, to compensate for any manufacturing inaccuracies optimal "that is possible is set to the value zero, werdent which expediently each at a in FIG. 5 apparent position of the associated crank cheeks 8 " 9 takes place. In addition, the recesses of the two angle levers 15 and 16 and the sinusoidal shapes of the control surfaces 11 of the two crank webs 8 " 9 according to FIG. 5 are dimensioned so that the angle levers 15, 16 at the free ends 17a, 19a and 18a, 20a of the two Angle levers 15, 16 always bear against the control surfaces 11 of the two crank webs 8 and 9 regardless of the respective angular position of the crankshaft 1. The reciprocating masses of the two angle levers 15 and 16 are calculated in a manner known per se so that with The lifting movements of the lower legs 17 and 18 of the angle levers 15, 16 twice per crankshaft revolution are achieved to compensate for the free inertia forces of the 2nd order 17a, 19a and 18a, 20a of the two angle levers 15, 16 are constantly sprayed with pressurized oil, with which the at these guide points of the W Frictional heat generated by the lever arm is kept as small as possible and appropriately dissipated. The invention is not bound to all details of the exemplary embodiment described, although the described and illustrated arrangement of the mass balance according to the invention on a central base bearing of the crankshaft is also preferred.