DE2004283C3

DE2004283C3 - Kolben-Kurbelmechanismus mit Trägneitskraftausgteich

Info

Publication number: DE2004283C3
Application number: DE2004283A
Authority: DE
Inventors: Haruo Hamamatsu Kinoshita; Isao Inasa Shirayanagi
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1969-01-30
Filing date: 1970-01-30
Publication date: 1975-03-20
Also published as: US3626786A; SE355649B; DE2004283A1; DE2004283B2

Description

Miß · RB =

• mA t-

genügt, worin RB der Abstand der Ausgleichsmasse (mB) für die Drehbewegung vom Mittelpunkt (Q) des Umlaufzahnrads (2), / der Kurbelradius der Kurbelwelle (3), r der relativ /um Umlaufzahnrad (2) exzentrische Abstand des Punktes (P) der Schwenkverbindung zwischen der Pleuelstange und dem Umlaufzahnrad, mA die Masse für die Hin- und Herbewegung. mD die Drehmasse ist, und daß die Ausgleichsmasse (mC) für die Umlaufbewcgung als Ganzes der Gleichung

mC · RC = mB ■ I f ⁺ ' · mA 4 ml) ■ I 2

genügt, worin RC der exzentrische Abstand der Ausgleichsmasse (mC) für die Umlaufbewegung als Ganzes ist.

4. Kolben-Kurbelmechanismus mit einer Kurbelwelle mit einem Kurbelwangenteil und einem Kurbelzapfen, nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufzahnrad (27) am Kurbelzapfen (28) der Kurbelwelle (31) drehbar gelagert ist und daß der Kurbelwangenteil (33) wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Innenzannkranzes (25) ist und der Kurbelwangenteil (33) in den Innenzahnkranz (25) eingesetzt ist sowie einen Hohlraum (35) aufweist, der in einer Seitenfläche desselben zur Aufnahme des Umlaufzahnrads (27) gebildet ist.

5. Auswuchtverfahren für eine Ausgleichsmechanik bei einer Kolben-Kurbelanordnung mit einer in einem exzentrischen Abstand vorgesehenen Kurbelwelle mit einem Kurbelzapfen, einem am Kurbelzapfen drehbar gelagerten Umlaufzahnrad, einem Innenzahnkranz mit einer Zähnezahl, die doppelt so groß wie die Zähnezahl des Umlaufzahnrads ist, wobei der Innenzahnkranz mit dem Umlaufzahnrad in Eingriff steht, einem auf dem Umlaufzahnrad in einem exzentrischen Abstand angeordneten Drehzapfen und einer diesen mit dem Kolben verbindenden Pleuelstange, wobei die mit dem Drehzapfen verbundenen Massen aus einer Masse für die Hin- und Herbewegung und einer Drehmasse bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichgewicht um den Kurbelzapfen herum bzw. der am Kurbelzapfen drehbar selagerten Teile hergestellt wird, inuem die Drehmasse /?iO an dem Drehzapfen koaxial zu ihm

und eine Masse · mA an dem Drehzapfen in

einem exzentrischen Abstand l—r von seiner Achse in Richtung der Exzentrizität des Drehzapfens angebracht wird, wobei / der Kurbelradius der Kurbelwelle und r der relativ zum Umlaufzahnrad exzentrische Abstand des Punktes (P) der Schwenkbewegung zwischen der Pleuelstange und dem Umlaufzahnrad ist und wobei mA die Masse für die Hin- und Herbewegung ist, worauf die Anordnung auf div. Kurbelwelle gebracht und dann das Gleichgewicht der Kurbelwelle um die Kurbelwellenlager herum hergestellt wird.

6. Auswuchtvorrichtung für einen Kolben-Kurbelmechanismus nach einem der Anspiüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen ersten Ausgleichsring (V) mit einer Masse (mD) und einem Innendurchmesser, der dem Durchmesser eines Drehzapfens gleich ist und durch einen zweiten

Ausgleichsring (W) mit einer Masse mA

sowie mit zwei Löchern oder Öffnungen (14). deren Durchmesser dem Außendurchmesser de« ersten Ausgleiclisringes (V) gleich ist, wobei diese Öffnungen (14, 14) zu in einem Abstand / — /vom Mittelpunkt des ersten Ausgleichsringes (V) in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf den Mittelpunkt des ersten Ausglcichsringes (V) liciiendcn Punkten konzentrisch sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein:n Kolben-Kurbelmechanismus mit Trägheitskraftausgleich, mit einem Zylinder hin- unci hergehenden Kolben, einer in einem Kurbelkasten drehbar gelagerten Kurbelwelle, einem an der Innenwand des Kurbclkastens befestigten Innenzahnkranz, einem mit dem Innenzahnkranz in Eingriff stehenden Umlaufzahnrad,

3 ' 4

dessen Zähnezahl gleich der halben Zähnezahl des ist eine ^vielzahl von sich relativ zueinander drehen-Innenzahnkranzes ist und das an der Kurbelwelle den Teilen gegeben. Der Mechanismus ist daher indrehbar, exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle folge seines komplizierten Aufbaus sehr empfindlich gelagert ist, und einer Pleuelstange, die mit einem und störanfällig. Ein Massenausgleich in der gleichen Ende mit dem Kolben und mit ihrem anderen Ende 5 Größenordnung wie bei den vuher beschriebenen schwenkbar mittels eines Drehzapfens mit dem Um- bekannten Mechanismen, die der Gattung des Anlaufzahnrad verbunden ist. meldungsgegenstandes angehören, ist bei dem Mecha-

Aus der DT-PS 271 755, den CH-PS 263 377 und nismus gemäß der GB-PS 457 053 infolge des dort 231 110, und der FR-PS 583 682 ist jeweils ein KoI- gegebenen Aufbaus und des Zähnezahlverhältnisses ben-Kurbelmechanismus der genannten Art bekannt. io zwischen Umlaufzahnrad und innenverzahntem um-Bei allen diesen Mechanismen ist das eine Ende der laufendem Zahnrad nicht erreichbar. Insgesamt gePleuelstange jeweils mit einem Kolben starr verbun- sehen, läßt auch dieser bekannte Mechanismus den den. Das andere Ende der Pleuelstange ist an einer Bau eines kompakten, weitgehend massenausgegliche-Stelle auf dem Teilkreis des Umlaufzahnrads nen und für Hochleistungen heranziehbaren Mechaschwenkbar an dem Umlaufzahnrad angelenkt, wel- 15 nismus nicht zu.

ches exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle an Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dieser drehbar gelagert ist und mit einer in dem neuen Mechanismus der eingangs erläuterten Art zu Kurbelkasten angeordneten Innenverzahnung in Ein- schaffen, der bei einfachem Aufbau und wirtschaftgriff steht. licher Herstellung weitgehend >iassenausgeglichen

Durch diesen Aufbau ergibt sich ein KoJHen-Kur- =° ist, kompakt gebaut werden kann unc' hoch belastbar belmechanismus, bei welchem der Kolben und die ist, sowie im Betrieb robust und zuverlässig ist.
daran starr befestigte Pleuelstange auf einem gerad- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch linigen Weg ohne seitliche Auslenkung hin- und her- gelöst, daß das eine Ende der Pleuelslange schwenkbewegt werden. bar an den Kolben angelenkt ist, und das andere

Bei dieser bekannten Anordnung ist der Teilkreis- *5 Ende an einer Stelle innerhalb des Teilkreises des

durchmesser des innenverzahnten, im Kurbelkasten Umlaufzahnrads an diesem schwenkbar angelenkt ist. befestigten Zahnrades gleich groß wie der Hub des Bei dem erfindungsgemäßen Mechanismus ist das

Kolbens. Es ist daher nicht möglich, sehr kurzhubige eine Ende jeder Pleuelstange an einer Stelle innerhalb

Motoren zu bauen, da unterhalb einer bestimmter. des Teilkreises des Umlaufzahnrads schwenkbar an-

Hubgröße der Teilkreisdurchmesser der Innenver- 3" gelenkt. Bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens

zahnung so klein wird und der Verzahnungsmodul im Zylinder bewegt sich diese Anlenkstelle des unte-

von Innenverzahnung und Ritzel so klein gewählt ren Eindes der Pleuelstange an dem Ritzel entlang

werden muß, daß das Getriebe nicht hoch belastbar eines elliptischen Pfades in Form einer langgcstreck-

und störanfällig wird, so daß die gesamte Maschine ten Ellipse. Diese Anordnung bietet gegenüber den

nicht für hohe Leistungen ausgelegt werden kann. 35 eingangs diskutierten bekannten Mechanismen der

Die bekannte Anordnung erlaubt daher nur den Bau Gattung des Anmeldungsgegcnstandes folgende Vor-

von relativ großräumigen, langhubigen Maschinen mit teile:

geringer Leistung und großem Kolbenhub: Kolben- Die Summe der großen und kleinen Durchmesser

durchmesser-Verhältnis. des elliptischen Pfades, der von der Anlenkstelle der

Aus der GB-PS 457 053 ist ein Kolben-Kurbel- 4° Pleuelstange am Umlaufzahnrad während einer mechanismus mit mehreren in Zylindern hin- und vollen Hubbewegung des Kolbens durchlaufen wird, hergehenden Kolben und einer drehbar gelagerten ist gleich groß wie der Teilkreisdurchmesser des Kurbelwelle bekannt, der ein an einer Innenwand Innenzahnkranzes, so daß der große Durchmesser eines Gehäuses drehbar gelagertes Zahnrad mit In- der Ellipse immer kleiner ist als der Teilkreisdurchnenverzahnung und ein damit in Eingriff stehendes 45 messer des Innenzahnkranzes. Der große Durch-Umlaufzahnrad aufweist, wobei das Zähnezahlver- messer des elliptischen Pfades entspricht andererseits hältnis von Innenverzahnung und Umlaufzahnrad einem vollen Hub des Kolbens. Werden daher die 7:5 beträgt. Das Umlaufzahnrad ist exzentrisch zur bekannten Mechanismen mit dem erfindungsgemäßen Drehachse des Antriebs drehbar gelagert. Je eine Mechanismus unter der Voraussetzung gleichen KoI-Pleuclstange ist mit einem Ende mit je einem Kolben 5<> bcnhubs verglichen, kann bei dem erfindungsgemäßen und mit ihrem anderen Ende schwenkbar mittels Mechanismus der Teilkreisdurchmesser des Innenciner Drehlagerung mit dem Umlaufzahnrad verbun- Zahnkranzes und des Umlaufzahnrads größer gewählt den. Bei dem bekannten Mechanismus liegen sich je- werden als die entsprechenden Durchmesser bei den weüs zwei Zylinder diametral gegenüber. Die Pleuel- bekannten, eingangs diskutierten Mechanismen,
stange der in diesen Zylindern hin- und hergehenden 55 Aus diesem Cirunde ist die Festigkeit und BclKst-Kolben sind als ein einziges Pleuelstangentcil mit barkeit des erfindungsgemäßen Mechanismus hei zwei sich in die beiden Zylinder hineinerstreckenden gleichem Hub weit größer als bei den bekannten Pleuelstangenarmen ausgebildet. Dieses Pleuel- Mechanismen. Bei den eingangs diskutierton bekannstangenteil ist in seiner Bewegung durch diesen Auf- ten Mechanismen besteht das Problem, einen ausbau so festgelegt, daß es sich längs einer geraden 60 reichend großen Kurbelwcllcnzapfendurchmesser zu Linie hin- und herbewegt. Daher wird die Kurbel- erhalten. Um bei diesen bekannten Mechanismen welle und eine darauf gelagerte exzentrische Hülse eine ausreichende Festigkeit zu erreichen, muß das veranlaßt, mit einem festgelegten Gcschwindigkeits- Verhältnis von Kolbenhub zu Kolbendurchmesscr verhältnis zu rotieren. Diese Anordnung dient dazu, normalerweise sehr groß gehalten werden, so daß es einen vorderen und einen hinteren Propeller einer «3 nicht möglich ist. eine kompakte Hochgeschwindig-Tandempropelleranordnung mit der gleichen Ge- keits- und Hochleistungsmaschine zu erhalten. Demschwindigkeit, jedoch in entgegengesetzten Richtun- gegenüber kann bei dem erfindungsgemäßen Mechacen zu drehen. Bei diesem bekannten Mechanismus nismus das Verhältnis von Kolbenhub zu Kolben-

durchmesser stark reduziert werden, und es ist daher möglich, kompakte Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsmaschinen zu erhalten.

Infolge des erfindungsgemäßen Aufbaus ist es möglich, bei gleichem Hub die Durchmesser des Innenzahnkranzes und des Umlaufzahnrades größer als bei den bisher bekannten Mechanismen zu halten. Außerdem kann der Verzahnungsmodul vergrößert werden, um hochbelastbare Getriebe zu bekommen.

Im Vergleich zu den bisher bekannten Mechanismen kann die Exzentrizität des Umlaufzahnrads und des Schwenkzapfens, an dem die Pleuelstange am Umlaufzahnrad angelenkt ist, reduziert werden und der Schwenkzapfen einen kleineren Durchmesser aufweisen. Daher kann das korrespondierende Ende der Pleuelstange einen kleineren Durchmesser aufweisen. Hieraus ergibt sich für den erfindungsgemäßen Mechanismus eine Reduzierung der rotierenden Massen, und die Gegengewichte können daher ebenfalls reduziert werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Mechanismus ist es möglich, einen Teil der Reaktionskräfte gegen das Ausgangsdrehmoment auf den Kolben und den Zylinder zu übertragen, so daß die Belastung der Getriebezähne im Vergleich zu der Belastung der Getriebezähne bei den bekannten Mechanismen verringert werden kann.

Insgesamt gesehen ist der erfindungsgemäße Mechanismus somit einfach aufgebaut, er kann sehr raumsparend ausgebildet sein, und er ist bei ausgezeichnetem Massenausgleich für hohe Drehzahlen und hohe Belastungen geeignet.

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 und 2 Bewegungsdiagramme zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung im Vergleich zu dem in F i g. 1 angegebenen Stand der Technik.

Ferner zeigt

F i g. 3 eine senkrechte Querschnittsansicht einer Anordnung nach dem bekannten Prinzip der Fig. 1 bei einem Zweitaktverbrennungsmotor,

F i g. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3,

F i g. 5 eine der F i g. 3 ähnliche Querschnittsansicht, wobei der Kolben in eine Stellung unter den oberen Totpunkt bewegt ist,

F i g. 6 eine Querschnittsansicht eines Teils der Vorrichtung auf Grund des erfindungsgemäßen Prinzips nach F i g. 2,

F i g. 7 eine senkrechte Querschnittsansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,

F i g. 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII - VIII in F i g. 7,

F i g. 9 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des bekannten Ausgleichsverfahrens;

F i g. 10 und 11 zeigen Querschnittsansichten zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ausgleichsverfahrens, und ·

Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf ein beim Verfahren nach Fig. 10 und 11 verwendetes Werkzeug.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Innenzahnkranz 1 und ein mit diesem im Eingriff stehendes Umlaufzahnrad 2 mit einer Anzahl Zähne, die gleich der halben Zahnezahl des Innenzahnkranzes 1 ist. Das Umlaufzahnrad 2 ist am Kurbelzapfen 4 einer Kurbelwelle 3 drehbar gelagert und an seinem Teilkreis Einstückig mit einem Drehzapfen 5 ausgebildet. Eine Pleuelstange 6 ist an einem Ende mit dem Dreh zapfen 5 und am anderen Ende mit dem Kolben bolzen des Kolbens 7 .schwenkbar verbunden. Au diese Weise wird die Explosionskraft des Kolbens' auf die Kurbelwelle 3 übertragen. Die hin- und her gehende Masse des Kolbens 7 und der Pleuelstange ( ist durch die Masse mA am Kolbenzapfen dargestellt Um die Trägheitskraft der Masse mA aufzuheben, isi eine Ausgleichsmasse mC der als Ganzes umlaufen-

•o den Masse der Kurbelwelle zum Ausgleich hinzugefügt, die ein sich als Ganzes drehendes Teil bildet, und zwar an einer Stelle, die dem Kurbelzapfen 4 diametral gegenüberliegt, während an einer dem Drehzapfen 5 diametral gegenüberliegenden Stelle dem Umlaufzahnrad 2 eine Ausgleichsmasse mB zum Ausgleich der Drehung zugefügt ist, das ein sich um seine eigene Achse drehendes Teil darstellt. Diese Ausgleichsmassen werden angebracht, nachdem das Drehgleichgewicht von Kurbelwelle 3 und Umlauf-

ao zahnrad 2 erzielt ist.

Stellt nun O den Mittelpunkt der Kurbelwelle 3, P den Mittelpunkt der Drehzapfen 5 und Q den Mittelpunkt des Kurbelzapfens 4 dar, so bewegt sich im Betrieb der Vorrichtung der Punkt P entlang einer

»5 Linie P,-t'.'-P₂ hin und her, welche die Diametrallinie des Teilkreises des Innenzahnkranzes 1 in der Richtung der Kolben bewegung ist. Ist die senkrechte bzw. die horizontale Trägheitskraft der Massen mA, mB und mC jeweils mit F_Ax bzw. F_Ay, F_Bx bzw F„_y

und F_Lx bzw. F_(y bezeichnet, so ergeben sich die folgenden Gleichungen mit dem Drehwinkel θ der Kurbelwelle 3 als Parameter:

F_Ax = 21 mA

cos θ ■

d/

d^s6> .

sin θ

dt²

FAy = 0

Fb, = (I - RB)mB [cos θ ■ (*?-)* [ \ dt

F_By =

RB)mB\ sin θ.(^άΘΧ \dt

dt*

^ά*^Θ df*

sin θ

cos θ

= -RCmC

cos θ- — di /

d»6> d/²

F_Cy = -RCmC I sin 6»· (— V-

dt

di²

■sin β

cos β

worin I der Radius der Kurbelwelle 3 oder der Radius des Teilkreises des Umlaufzahnrads 2, RB die Länge des Armes der Masse mB und RC die Länge der Masse mC ist.

Ist dabei

so wird

ImA = RBmB (mA +mB)\ = mCRC

Fa_x + F_8x + F_Cx = 0

FAy + F_By + F_Cy = 0.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 werden nämlich

unter den oben dargestellten Bedingungen nicht nur

die primären Trägheitskräfte, sondern auch Träg-

heitskräfte höheren Grades vollstäadig ausgeglichen.

Die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig.2

unterscheidet sich von der zum Stand der Technik gehörenden und in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß

der Drehzapfen 5 nicht auf dem Teilkteis des Umlaufzahnrads 2, sondern innerhalb dieses Teilkreises liegt. Die Anzahl der Zähne des Innenzahnkranzes 1 steht zur Anzahl der Zähne des Umlaufzahnrads 2 in einem Verhältnis von 2:1, ähnlich wie im Fall nach Fig. ϊ

In diesem Fall bewegt sich der Mittelpunkt P der Drehwelle in einer Ellipse P₃-O_t-P_A-O₂ mit einem sich in Richtung der Kolbenbewegung erstreckenden Hauptdurchmesser, wobei ihr größerer Durchmesser bzw. ihr kleinerer Durchmesser wie folgt definiert sind:

größerer Durchmesser a = / r,
kleinerer Durchmesser b = / -. τ

worin r der Abstand zwischen dem Drehzapfen 5 und dem Kurbelzapfen 4 ist.

Durch diese Anordnung kann die primäre Tragheitskraft vollständig ausgeglichen und die sekundäre Trägheitskraft und höhere Trägheitskräfte können zwar nicht vollständig ausgeglichen werden, jedoch immerhin können die Beträge der Trägheitskräfte höheren Grades viel kleiner gemacht werden, als dies bei den herkömmlichen Anordnungen möglich ist.

Im Vergleich mit der bei den herkömmlichen KoI-ben-Kurbelanordnungen erzeugten sekundären TragheitAraft, die gewöhnlich ein Viertel der primären Trägheitskraft ausmacht und daher normalerweise vernachlässigt wird, ist nämlich die restliche sekundäre Trägheitskraft bei der Anordnung nach Fig. 2 sehr klein, etwa b-la-. Ist z. B. 2r = /, so ist die restliehe sekundäre Trägheitskraft gegenüber der sekundaren Trägheitskraft bei der herkömmlichen Kolben-Kurbelanordnung bVrf = 1/9. Im Vergleich mit der bei den herkömmlichen Anordnungen verbleibenden primären Trägheitskraft, die etwa viermal so groß wie die sekundäre Trägheitskraft ist, macht die sekundäre Trägheitskraft bei der erfindungsgemäßen Anordnung etwa V₄₀ der letzteren aus. Insofern kann also gesagt werden, daß die Anordnung mit der erf.ndungsgemaßen Ausgleichsmechanik praktisch schwmgungs-

^fre'i^st- . ,

Die F i g. 3, 4 und 5 zeigen einen Zweitaktmotor,

dem das in Füg 1 gezeigte Prinzip zugrunde liegt, wobei die entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind Die Bezugszahl 3 bezeichnet nämlich eine Kurbelwelle mit einem Kurbelzapfen 4 und einstückig ausgebildeten Kurbeteilen 3 a sowie 36. Die Kurbelteile 3 a, 3 6 sind jeweils mit einer Ausgleichsmasse mC aus Blei zum Ausgleich der Drehung als Ganzes versehen. An Stelle der Masse mC oder zusätzlich zu ihr kann ein Loch zum Verringern des Gewichts in jedem der Kurbelteile 3a oder 36 an der Masse mC diametral gegenüber-Hegenden Stellen vorgesehen sein. Ein Umlaufzahnrad 2 ist am Kurbelzapfen 4 durch ein Nadellager Belagen. Im Mittelbereich weist das Umlaufzahnrad 2 einen mit ihm einstückigen Drehzapfen 5 auf, der exzentrisch zur Achse des Umlaufzahnrads 2 in einem Abstand HeS welcher gleich dem Kurbelradius d Kbl IiTt Mit der Bezueszahl 8 sind

KSt, die^V eJr Sdes Dreh-

Ϊ ^ji

aus Blei zum

der der das Volumen der Kurbelkammer zu verringern. Zwisehen dem Kurbelteil 3b und dem Teil 8 ist ein Innenzahnkranz 1 angeordnet und mittels eines Zapfens 13 am Kurbelkasten 9 befestigt, wobei seine Zähne mit den Zähnen 2ο des Umlaufzahnrads 2 im Eingriff sind. Die Anzahl der Zähne des Innenzahnkranzes 1 ist doppelt so groß wie jene des Umlaufzahnrads 2. Eine Pleuelstange 6 ist an ihrem einen Ende mittels eines Nadellagers an dem Drehzapfen S schwenkbar gelagert und an ihrem anderen Ende mit einem Kolben 7 verbunden. Die Bezugszahl 10 bezeichnet einen Zylinder, 11 einen Zylinderkopf und 12 eine Abtriebsscheibe. Die oben beschriebene Konstruktion ist jener eines Verdichtunes-Zweitakt-

,,. _{molors mi}, Kurbelkammer im wesentlichen gleich.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das erfindungsgemäße Prinzip nach Fig. 2 verwirklicht ist. Die Konstruktion entspricht jener des in Fig. 3 bis 5 gezeigten Motors, mit der Ausnahme, daß die Stellung des Drehzapfens 5, durch welchen ein Ende der Pleuelstange 6 mit dem Umlaufzahnrad 2 verbunden ist, unterschiedlich ist. Die Konstruktion wird hier nicht näher beschrieben, da entsprechende Teile mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind.

Die Ausführungsform nach den F i g. 2 und 6 ist nicht nur praktisch, sondern sie hat auch gegenüber der in den F i g. 3 bis 5 gezeigten einen positiven Vorteil: Wie sich von selbst versteht, haben die Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 6 bei gleichem Kolbenhub insbesondere die folgenden Vorteile:

^ _{Da der Arm des Dreh}zapfens 5 kurz ist, ist der Durchmesser dieser Achse klein, so daß auch _{das e Ende def pieuelst 6 und die Kur}.

^UeIIe 3 β, 3 b klein sein können. Der ganze Kurbelkasten kann also kleiner sein.
_{2 Obwoh}, _def Kurbelkasten — wie oben

erwähnt — kleiner gemacht werden kann, sind ^ _Durchmesser des Innenzahnkranzes 1 und ^ _{Umlaufzahnrads 2 gro}ß, so daß die Festig_{kdt djeser Zahnräder und ihre} Lebensdauer erhöht ist.

Wenn auch die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Mechanismus dem Fachmann ohne weiteres einleuchtet, wird die Arbeitsweise des Verdichlungs-Zwe.taktmotors mit der Kurbelkarnmer der m F i g. 3 Ws 5 gezeigten Konstruktion nachfolgend als typische Ausfühningsforrn erläutert.

Die auf den Kolben1 7 ausgeübte Explosionskraft bewirkt eine Abwartsbewegung des Drehzapfens 5 durch die P euelstange 6. Das nut dem Drehzapfen 5 einsrücfage Umlaufzahnrad 2 ist mit dem Innenzahnkranz 1 im Eingriff und arbeitet mit ihm se, zusammen, daß es als Ganzes entgegen dem Uhrzeigersinn umluft und sich zugleich um seine eigene Achse im Uhrzeprsinn dreht Dadurch wird tewirkt daß die Kurbelwelle 3 infolge des^ Kurbelzapfen^ 4 entgegen dem Uhrzeigersinn umlauft In diesem Fall fuhrt der Mittelpunkt? des Drehzapfens 5 eine geradlinige Hin- und Herbewegung entlang des Teilkreis-Durchmessers vom Innenzahnkranz 1 in Richtung der KoI- ^SE Anweise bei der Konstruktion nach F i g. 6 ™* beschriebenen Funktion im wesentlichen Sf nur

e· ^mM^ner r^ rnt

einer Aluminiumlegierung hergestellt

punktlinien gezeigt — erstreckenden Hauptdurchmesser bewegt. Bei der Anordnung nach den Fig. 2 und 6 muß dabei die Bewegungsbahn der Drehwelle 5 nicht unbedingt eine sich einer geraden Linie annähernde Ellipse sein, sondern kann fast auch einen Kreis darstellen, wobei auch dann die Vibration im Vergleich mit der herkömmlichen Kolben-Kurbelanordnung wesentlich herabgemindert werden kann. Die F i g. 7 und 8 zeigen eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei der darin gezeigte Motor so konstruiert ist, daß ein leichtes Einbauen bzw. Auseinandernehmen ermöglich ist. In den F i g. 7 und 8 ist ein Kurbelkasten senkrecht in zwei Abschnitte 21, 2Γ geteilt. In einem Zylinderkopf 23 befindet sich ein Zylinder 22 mit einem hin und her verschiebbar angeordneten Kolben 24. Die Bezugszahl 25 bezeichnet einen Innenzahnkranz, der mittels Schrauben 26 am Kurbelkasten 21 befestigt und mit einem Umlaufzahnrad 27 im Eingriff ist. Die Zähnezahl des Umlauizahnrads 27 ist halb so groß wie jene des Innenzahnkranzes 25, wobei das Umlaufzahnrad 27 an einem Kurbelzapfen 28 drehbar gelagert ist. Einstückig mit dem Umlaufzahnrad 27 und konzentrisch zu ihm ist ein Schwenk- bzw. Drehzapfen 29 angeordnet, mit welchem das große Ende einer Pleuelstange 30 durch ein Lager 38 verbunden ist, während das kleine Ende der Pleuelstange mit dem Kolben 24 verbunden ist.

Die Bezugszahl 31 bezeichnet eine Kurbelwelle, die an ihrem Lagerzapfen 32 an den linken Seitenabschnitt 21 des Kurbelkastens mittels eines Lagers 39 angeienkt ist und einen innerhalb der Kurbelkammer befindlichen Kurbelstegteil 33 aufweist. Auf ähnliche Weise ist eine Kurbelwelle 3Γ an ihrem Lagerzapfen 32' an den rechten Seitenabschnitt 2Γ des Kurbelkastens mittels eines Lagers 39' angclcnkt; sie weist einen innerhalb der Kurbelkammer befindlichen Kurbelstegteil 33' auf. Der Kurbelteil 33 erstreckt sich in den Hohlraum des Innenzahnkranzes 25 hinein und bildet eine Ausnehmung 35 zur Aufnahme des Umlaufzahnrads 27, wobei dieser Kurbelteil 33 mit seinem iich in dem Hohlraum des Innenzahnkranzes erstreckenden Abschnitt eine Ausgleichsmasse 34 für die Umlaufbewegung als Ganzes bildet. Der Kurbeiteil 33' weist an einer dem Kurbelzapfen entgegengesetzt liegenden Stelle eine Ausgleichsmasse 34' für die Umlaufbewegung als Ganzes auf. Die Bezugszahl 36 bezeichnet eine Masse für die Umlaufbewegung als Ganzes, die auf solche Weise am Umlaufzahnrad 27 befestigt ist, daß sie zu diesem in einer Richtung exzentrisch ist, die der Richtung der Exzentrizität des Drehzapfens 29 entgegengesetzt ist. Hierbei ist zu beachten, daß die Ausgleichmasse 34 für die Umlaufbewegung als Ganzes mit einer Hilfsmasse 40 versehen ist, die zwischen dem Innenzahnkranz 25 und der Pleuelstange 30 angeordnet ist. so daß das Gleichgewicht beliebig verstellt und darüber hinaus der Wirkungsgrad der Verdichtung in der Kurbelkammer bei einer Vorverdichtungsmaschine mit Kurbelkammer erhöht werden kann. Der Durchnesser des Kurbelteils 33 ist kleiner als der Innen-Jurchmesser des Innenzahnkranzes 25 ohne den Teil der Hilfsmasse 40.

Zum Abmontieren der wie oben beschriebenen konstruierten Maschine wird der Zylinder 22 vom Curbelkasten 21, 2Γ abgenommen, worauf der echte Seitenabschnitt 2Γ des Kurbel kasten«, entfernt vud. Dann werden der Kurbelzapfen 28 mit dem

Umlaufzahnrad 29, dem Drehzapfen 29 und der voi mm getragenen Ausgleichmasse 36 sowie die Kurbel wellen 31 bzw. 31', die aus den an je einem Ende dei Wellen befestigten Kurbelteilen 33, 33' bestehen, fer ner d_ie Ausgleichsmasse 34, 34' für die Umlaufbewegung als Ganzes sowie die Zapfenlager 32, 32' nacr rechts abgezogen, worauf das Umlaufzahnrad 27 aus dem Eingn f mit dem Innenzahnkranz 25 gelöst, die auf der linken Seite befindliche Ausgleichmasse 34 ίο fur d.e Lmlaufbewegung als Ganzes aus dem Hohlraum des Innenzahnkranzes 25 herausgezogen und somit aus dem linksseitigen Kurbelkasten 21 entfernt o"K^Wl ti ^{dcr innen}zahnkranz 25 im linksseiti-

■ < IT ^^U J,^kaStu^{n 21 befeSti}S' ^bleibt· ^Der Zusammen-•5 bau der Maschine kann durch einen Vorgarn? erolgen der umgekehrt verläuft, wie der oben beschriebene Vorgang.

Λ,,⁰'? ^Fu⁸' '? ^bis ⁿ ^zei8^{cn das} erfindungsgemäße Ausg eichsverfahren zur Anwendung bei der Kon-

hin u °.ⁿh^naCh,^{den Fig}·^{2 Und 6}- ^{BiIdct namIidl der} hm und her gehende Anteil, Masse des Kolbens, des

sml r^aP \ u^nd ^{Seiner Schelle}». ^d" Kolbenringe eh s hl m"ü \*1" ^{gehcnde Masse der} Pleuelstange -5 der ί.', ' -^{aSSe deS La}S^{ers am kle}i»en ^i mLT η μ ^DrehzaP^fen 5 verbundenen Gesamt-Drchnn Τ i^aSSC ^mA ^{am Kolb}enzapfen und ist eine Drehausgle,chsmassc,«fl an dem um seine eigene

Zaifen? ^ar»l^{ngeOrdnetcn Ritzcl an} einer dem SnS 8^ee=ⁿ"berliegenden Stelle befestigt sowie ferner eine Ausgleichsmasse ,„Γ für die Umlaufais Ganzes an der Kurbelwelle, d. h. an als Ganzes drehenden Teil, an einer dem unH Ut " .gegenüberliegenden Stelle befestigt PkL ^{WeitCrhln die} Drehmasse, Drehmassc dir .^P'.^en^elstanS^e einschließlich der Masse des Lagers am ^nde. durch eine Masse mD an dem Drehstellt, so sind die senkrechten und _F - -_- primären Trägheitskräfte F _u. /·,,, F_n,, /nCnnä" n^r'J'"^x ^{Und F}"> ^dicscr Massen mA. inB, durch ί'"f ί ^e.^{als absoI}"ter Wert die größten sind, durch die olgenden Formeln unter Verwendune des ■nkels« der Drehwclle als Parameter "dar-

v - 0

_d/s

- RB)

_cos

= -mCRC

d/
dt }

_dr.

Fc, =

COS θ J-

_sin

dt-

sin β

cos h

os «+ — - sin (-) d/²

^άθ

dH-) dt²

cos ft

^{Armes dcr Aus}g^ieichs wegung und RC die Län«e

des Armes der Ausgleichsmasse mC für die Umlaufbewegung als Ganzes isl.

Unter den Bedingungen

mB RB = - ⁺-^r mA + mD ■ r
2

mCRC ^^{1+ r} mA 4 mi) · I + mB ■ I (b)

ergeben sich die folgenden Beziehungen:
Fax + F_11x + F_Cx + F_0x - 0
F Ay + F„_y + F_Kf + F,_)y = 0.

Mit anderen Worten können bei dieser Konstruk

mB ■ RB -

mA

ist ersichtlich, daß zum endgültigen Erhalt des Gleichgewichts um den Kurbelzapfen 4 lediglich

RB ■ mB eingestellt werden muß, indem mA

zugegeben wird, und zwar an einer Stelle S, die in einem Abstand / in der Richtung der Exzentrizität des Drehzapfens 5 liegt, sowie mD an einer Stelle /\

mC ■ RC = mBl

mA

umgeschrieben, so sieht man, daß das Kurbelwellenlager 13 endgültig ausgewuchtet werden kann, indem die Masse RC ■ mC eingestellt wird, und zwar dadurch, daß y.^r mA, mB und mD dem Kurbelzapfen 4 beigegeben werden, der in einem Abstand / exzentrisch angeordnet ist. sowie dadurch, daß eine Unwucht RC ■ mC an einer diametral gegenüberliegenden Stelle angebracht wird. Nach der vorliegenden Erfindung werden dabei die Massen · mA,

mB und mD den vom Kurbelzapfen 4 getragenen Teilen beigegeben, um der Gleichung (a) zu genügen, wobei jedoch der Schwerpunkt dieser Teile mit jenem des Kurbelzapfens 4 zusammenfällt. Man muß daher nichts anderes tun. als die Anordnung dieser Teile so wie sie ist auf dem Kurbelzapfen 4 anzubringen, Und zwar ohne die Masse zu verringern oder eine Spezifische Masse beizufügen, worauf RC ■ mC beigegeben wird, um das Gleichgewicht des als Ganzes umlaufenden Teils zu erlangen.

Der Ausgleich der Kolben-Kurbelanordnung kann in der Praxis wie folgt bewirkt werden. Zunächst werden die mit dem Drehzapfen 5 verbundenen Teile, d. h. die Pleuelstange 6 und die Lager an ihren entgegengesetzten Enden, der Kolben, der Kolbenzapfen und seine Schelle sowie der Kolbenring entfernt, worauf ein Ausgleichring V mit einer Masse, die der Drehmasse mD gleich ist. auf dem Drehzapfen 5 — wie in Fi 2-10 gezeigt — angebracht wird. Daraufhin wird ein Ausgleichring W mit einer Masse

mA aum den Ausgleichring V angeordnet. Wie

in Fig. 12 gezeigt, weist der Ausgleichring W zwei kreisförmige Löcher 14 auf, die zu Punkten konzen

tion die primären Trägheitskräfte durch die Eingabe der durch die obigen Gleichungen (a) und (b) bestimmten Bedingungen voll ausgeglichen werden. Während in diesem Fall der Ausgleich der sekundären und höheren Trägheitskräfte nicnt erzielt werden kann, lassen sich jedoch die Beträge dieser Trägheitskräfte im Vergleich mit jensn der herkömmlichen Kolben-Kurbelanordnung außerordentlich k'?in machen. Vom praktischen Standpunkt aus kann claher festgestellt werden, daß die vorliegende Kolben-Kurbelanordnung schwingungsfrei ist.

Die Gleichung (a) stellt den ausgeglichenen Zustand der sich um ihre eigenen Achsen drehenden Teile, d. h. der am Kurbelzapfen 4 drehbar gelagerten Teile dar. Aus dieser Gleichung (a), die wie folgt umgeschrieben werden kann:

2/

4- mD · r

die in einem Abstand r in der Richtung der Exzentrizität des Drehzapfens 5 liegt sowie ferner einj Unwucht RB ■ mB an einer diametral gegenüberliegenden Stelle.

Die Gleichung (b) stellt den ausgeglichenen Zustand der als Ganzes umlaufenden Teile, d. h. der vom Kurbelwellenlager drehbar getragenen Teile dar. Wird nun die Gleichung (b) zu

I -=■- I (mB -t- mA

I + r
2/

mD]

trisch sind, die in einem Absland / / vom Mittelpunkt des Ausgleichsrings W in bezug auf den Mittelpunkt des Ausgleichsrings W einander gegenüberliegen. Jedes dieser Löcher oder Öffnungen hat einen Durchmesser, der den¹. Außendurchmesser des Ausgleichringes V gleich isl. so daß der Ausgleichring W um den Ausgleichring V satt anliegt, wenn dieser von einer der kreisförmigen Öffnungen aufgenommen isl Dann wird die Stellung des Ausgleichringes W in bezug auf die Kurbelteile 8 mittels an dk'^m Ring M vorgesehener Stifte 15 auf solche Weise festgelegt daß der Mittelpunkt des Ausgleichrings W an einem Punkt liegt, der sich in der Richtung der Exzentritäi des Drehzapfens 5 an einer Linie befindet, die der Mittelpunkt Q des Kurbelzapfens 4 mit dem Mitte' punkt P des Drehzapfens verbindet. Nach alledt;r wird das Gleichgewicht der mit dem Kurbelzapfen ι drehbar verbundenen Teile, d. h. des Ritzels 2. de· Drehzapfens 5 und der Kurbelteile 8 um den Kur beizapfen 4 herum hergestellt. Dies wird durch Ver wendung eines Auswuchtgerätes und durch An bringung von Löchern in den Kurbelteilen 8 ode dadurch bewerkstelligt, daß diese Löcher mit einen Metall von großem spezifischem Gewicht, wie BIe ausgefüllt werden. Der Gleichung (a) der oben an gegebenen Bedingungen kann auf die beschrieben Weise genügt werden. Daraufhin wird die auf dies Weise erhaltene Anordnung an der Kurbelwelle — wie in F i g. 11 gezeigt — angebracht und da Gleichgewicht um die Kurbelwellenlager 13 auf ähr liehe Weise erzieh, wodurch die Gleichung (b) ά< oben angegebenen Bedingungen erfüllt wird.

Wie aus dem obigen ersichtlich ist, wird Gleichgewicht der drehbaren Teile bei dem erfir dungsgemäßen Auswuchtverfahren erzielt, indem d Masse mD in der Stellung r und die Masse mA

¹³ _mD _a|_s auch der Ausgleichring W mit seiner Masse '±j- \n der Stellung / beigegeben wird, wobei in die- ^ ^^ ^ _{Gleichgewichtszustandes} „1 -7..o_f„„H „i„inh™tie auch das Gleichgewicht der _2i/ >

sem Zustand gleichzeiüg auch das _._.—„
sich als Ganzes drehenden Teile erzielt werden kann. Nachdem das Gleichgewicht auf die oben beschnebene Weise erzielt wurde, werden die am Drehzapfen 5 angebrachten Massen mD und mA · ^-j entfernt, worauf an Stelle dieser Teile die Pleuelstange 6 mit dem Drehzapfen 5 an ihrem großen Endf verbunden wird, so daß eine vibraüonsfreie Kolben-Kurbelanordnung mit ausgeglichenen lragheitskräften erhalten wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Auswuchtverfahren ist sowcnl der Ausgleichring V mit seiner Masse verwendet werden, kreisförmig. Der Ausgleichring W TXlich die Löcher oder Öffnungen 14 aufweifS to in einem Abstand / - r vom Mitteldes Ausgleichringes W in entgegengesetzten Siingen - in bezug auf den Mittelpunkt dieses Ricniungei _Heeenden Punkten konzentnsch

t if vorteilhaft, als die Schwer-

Ääää

anordnung leicht, einfach und genau ausgewuchte werden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Kolben-Kurbclmechanismus mit Trägheitskraftausgleich, mit einem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben, einer in einem Kurbelkasten drehbar gelagerten Kurbelwelle, einem an der Innenwand des Kurbelkastens befestigten Innenzahnkranz, einem mit dem Innenzahnkranz in Eingriff stehenden Umlaufzahnrad, dessen Zähnezahl gleich der halben Zähnezahl des Innenzahnkranzes ist und das an der Kurbelwelle drehbar, exzentrisch zur Drehachse der Kurbelwelle gelagert ist, und einer Pleuelstange, die mit einem Ende mit dem Kolben und mit ihrem andefen Ende schwenkbar mittels eines Drehzapfens mit dem Umbufzahnrad verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Pleuelstange (6) schwenkbar an den Kolben (7) angelenkt ist und das andere Ende an einer »o Stelle innerhalb des Teilkreises des Umlaufzahnrads (2) an diesem schwenkbar angelenkt ist.

i. Kolben-Kurbelmechanismus nach An- $pruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (3) mit einer Ausgleichsmasse (mC) für die Umlaufbewegung als Ganzes an einer Stelle versehen ist, dip zum Mittelpunkt (O) der Kurbelwelle (3) in einer der Richtung der Exzentrizität des Umlaufzahnrads (2) entgegengesetzten Richtung in bezug auf die Kurbelwelle (3) exzentrisch ist, und daß das Umlaufzaiinr. d (2) mit einer Ausgleichsmasse (inB) für die Drehbewegung an einer zu seinem Mittelpunkt (Q) in einer Richtung exzentrischen Stelle versehen ist, die dem Punkt der Schwenkbewegung zwischen dem Umlaufzahnrad (2) und der Pleuelstange (6) gegenüberliegt.

3. Kolben-Kurbelmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (mB) für die Drehbewegung der Gleichung