-
Anordnung zum Vermindern der bei Kolbenmaschinen verursachten Vibrationen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Vermindern der bei Kolbenmaschinen
durch den Umlauf eines dem Kolbenkurbelmechanismus gemeinsamen Schwerpunkts in einer
geschlossenen Bahn und/oder von der Hin- und Herbewegung einer Pleuelstange zwischen
zwei Endlagen verursachten Vibrationen.
-
Die beweglichen Teile von Kolbenmaschinen verursachen große dynamische
Kräfte. Bei mehrzylindrischen Maschinen können die dynamischen Kräfte von den einzelnen
Zylindereinheiten ganz oder teilweise dazu gebracht werden, daß sie einander auagleichen.
Für einen vollständigen
Ausgleich werden viele Zylinder verlangt.
-
Ein gerader 6-Zylinder-Motor läuft vollkommen ausgeglichen, ein gerader
4-Zylinder-ulotor aber entwickelt in Kolbenlaufrichtung große Kräfte, wenn nicht
die Pleuelstangen im Verhältnis zu den Kurbelradien unendlich lang sind. Ein 2-Zylinder-Motor,
in welchem die Bewegung des einen Kolbens ein Spiegelbild des anderen ist, befindet
sich bis auf das kippende Moment, welches dadurch entsteht, daß die Einheiten der
beiden Kolbenmechanismen sich nicht in derselben Ebene bewegen, in gutem dynamischem
Ausgleich.
-
Bei den meisten Kolbenmaschinen wird jede Kolbenmechanismuseinheit
für sich dadurch ausgeglichen, daß auf der Kurbelwelle gegenüber dem Kurbelzapfen
Ausgleichsgewichte angebracht werden, deren Moment um den Drehpunkt der Kurbelwelle
mit dem Moment der gegenüberstehenden Kurbelschenkel, Kurbelzapfen, Pleuelstangenlager
und einem gewissen Teil der Pleuelstange, deren Bewegung als reine Kreisbewegung
angesehen wird, nebst ca. 50 % des Kolbengewichts, komplett mit Kolbenzapfen und
Kolbenringen, sowie dem Teil der Pleuelstange, der eine Hin- und Herbewegung ausführt,
gleichgesetzt wird. In diesem Falle sind die hin- und hergehenden Massen zu 50 vjO
ausgeglichen. Durch die verbleibende freie Kraft des Kolbeijinechanismus wird der
stationäre leil des rotors von einer Kraut angegriffen, die mit der Drehzahl der
Maschine dreht und
ungefähr konstant ist. Werden weniger als 50
% ausgeglichen, werden die freien Kräfte in Richtung der Zylinderachse größer und
entsprechend kleiner quer zur Richtung der Zylinderachse und umgekehrt, wenn mehr
als 50 % von den hin- und hergehenden Massen ausgeglichen werden. Trotz dieser Maßnahmen
sind die Kräfte, die die Maschinen auf die Umgebung ausüben, von bedeutender und
oft unerwünschter Größenordnung.
-
In vielen Fällen, beispielsweise bei Automotoren, kann dadurch, daß
die Maschinen in ihren Fundamenten mittels Gummipolstern befestigt werden, in hohem
Grad die Umgebung von den Vibrationen abgeschirmt werden. An mehrzylindrigen Maschinen
mit hochgradigem Ausgleich der Kräfte der ungleichen Kolbenmechanismen untereinander
kann man mit Gummieinfassungen viel erreichen, aber bei ein- :nnd zweizylindrigen
Motoren sind die Möglichkeiten} ein gutes Resultat zu erreichen, geringer. Bei Fahrzeugen
wird es außerdem oft notwendig sein, bei der Auswahl der Steifheit des Gummielements
einen Mittelweg zu gehen. Wird ein so weiches Gummielement verwendet, daß keine
Betriebsdrehzahl solche Frequenzen erzeugt, daß das schwingende System - Masse des
Motors/Gummiaufhängung - in Resonanz gerät, kann es geschehen, daß man ein in Resonanz
schwingendes, gekoppeltes System -Motor/ Gummiaufhängung/Masse des Faiirzeuges/Radaufhängungsfeder
des Autos - erhält, bei dem die aufgezwungene
Frequenz aus niedrigfrequenten
Bewegungen vom Rollen des Autorades über eine unebene Fahrbahn besteht.
-
Weitere Ungelegenheiten bei zu weicher Motoraufhängung sind, daß der
Motor bei Veränderungen in der Drehmomententnahme vom Motor gewaltig schaukeln kann.
-
Die Wahl der Elastizität der Gummiaufhängung ist ebenfalls sehr schwer,
wenn ein Gerät, das von einem Kolbenmotor angetrieben wird, im Verhältnis zum Motor
sehr leicht ist; besonders schwierig wird die Wahl, wenn außerdem die Flexibilität
zwischen dem Motor und dem Gerät vermieden werden muß. Ein extremer Fall ist ein
Handwerkzeug, bei ielsweise eine Motorsäge.
-
Soll die Gummiaufhängung so weich gewählt werden, daß eine wirkliche
Isolierung der Motorvibration von der Einheit, die den Handgriff enthält, erreicht
wird, so ist die Elastizität zwischen Handgriff und Sägeschwert beim Sägen sehr
störend. Eine Kompromisslösung in einem solchen Fall können Gummipolster sein, die
so eingebaut sind, daß sie bei einer gewissen Deformation in steifen Kontakt mit
einem festen Anschlag kommen oder die mit einem Stoppgummielement ausgestattet sind,
welches die Ausfederung begrenzt.
-
Man kann auf diese Weise eine gute Vibrationsabschirmung erzielen,
wenn der Motor läuft, ohne daß das Werkzeug benutzt wird. Die Handhabung des Werkzeuges
aber wird zunehmend schlechter, da die vom Werkzeug
erzeugten Kräfte
auf die gewöhnlichen Gummiaufhängungen, die eine flache Federcharakteristik haben,
einwirken und diese deformieren, so daß der Motor mit dem Handgriff des Werkzeuges
über Gummifedern mit bedeutend steileren Federcharakteristiken verbunden wird.
-
Es gibt verschiedene Methoden, die dynamischen Kräfte in Kolbenmaschinen
zu vermindern. Eine der gebräuchlichsten ist die, welche in Fig. 1 der beigefügten
Zeichnung gezeigt wird. Man hat hier nur die eine reine Kreisbewegung ausführenden
Massen mit Ausglei¢hsgewichten 1 auf der Kurbelwelle ausgeglichen. Die hin- und
hergehenden Massen, d.1i. der Kolben mit Zubehör und ein Teil der Pleuelstange,
werden mit Hilfe von zwei weiteren Ausgleichsgewichten 2 auageglichen. Es ist indessen
offenbar, daß dieser Ausgleich nicht vollständig ist; und zwar deahalb nicht, weil
die Massenkräfte der Ausgleichs gewichte 2 in Bezug auf die Zeit sinusförmig verlaufen,
während die Massenkräfte vom Kolben,'weil die Pleuelstange im Verhältnis zu den
Kurbelradien eine endliche Länge hat, nicht sinusförmig verlaufen. Dieses letztere
Verhältnis kann man teilweise berichtigen, indem die Konstruktion nach Fig. 1 mit
zwei weiteren Ausgleichsgewichten 3, wie in Fig. 2 dargestellt, versehen wird, die
sich mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle drehen.
-
Dieses führt dazu, daß der mathematische Ausdruck für die Beschleunigung
a der hin- und hergehenden Massen gemäß dem Binominaltheorem entwickelt werden kann.
-
a=r#²(cosα+b2cos2α+b4cos4α+ wo b2= #+1/4#³ +15/128#5
+....
-
b4 a- - 3/16#5- -und #=länge des Kurbelarmes (=r) lange der pieuelstange
(=1) Es ist üblich, für ##²cosα Beschleunigung 1 . Ordnung und für r#²b2cosα
Beschleunigung 2 Ordnung usw.
-
zu sagen.
-
Nachdem # eine verhältnismäßig kleine Zahl ist, ist einzusehen, daß
die Approximation b2 = X und b = 0 gut ist; deshalb kann der Ausdruck für die Beschleunigung
der hin- und hergehenden Massen wie folgt geschrieben werden: a= r.#²(cosα
+$cos2α).
-
Es ist leicht zu erkennen, daß die Ausdrücke bei höherer Ordnungszahl
immer kleiner werden und daß, wenn nur die 1. und 2. Ordnungazahl kompensiert wird,
viel erreicht worden ist. In Fig. 1 wurde der 1. Ausdruck eliminiert und in Fig.
2 beide 1. und 2. Ausdrücke.
-
Diese Konstruktion ist sehr klobig und hat in der Praxis kaum Anwendung
gefunden. Dadurch, daß suf der Kurbelwelle die hin- und hergehenden Massen gar nicht
ausgeglichen werden, werden die Beanspruchungen auf die Lager der Kurbelwelle sehr
groß, deshalb müssen diese stärker ausgelegt werden als eigentlich notwendig gewesen
wäre und die Ausgleichsgewichte 2 in Fig. 1 und Fig. 2 werden so groß, daß die Lager
für diese ebenfalls stark ausgelegt werden müssen. Die Kraftübertragung zwischen
Kurbelwelle und nicht ausgeglichenen Achsen, Zahnrädern oder Kettengetrieben werfen
darüber hinaus auch noch Probleme hinsichtlich Geräuschentwicklung und Raumbedarf
auf.
-
Wird, anstatt das unausgeglichene Verhalten des Kurbelbewegungsmechanismus
auf die einfache klassische Weise zu betrachten, unterauc't, wie sich die Schwerpunkte
für die verschiedenen Komponenten, Kurbelwelle, Kolben mit Zubehör und Pleuelstange,
in einer fixierten Koordinatenebene während einer Kurbelwellenumdrehung bewegen
und sodann diese zu einer gemeinsamen Bewegung der Schwerpunkte zusammengesetzt,
wird, unter Voraussetzung, daß die hin- und hergehenden Teile auf gewöhnliche Weise
durch Ausgleichsgewichte auf der Kurbelwelle zu 50 % ausgeglichen werden, gefunden,
daß dieser Schwerpunkt sich fast in einer kreisförmigen Bahn 4 gemäß Fig. 3 bewegt,
wobei der Kreis in entgegengesetzter Drehrichtung zur Kurbelwelle durchlaufen wird.
-
Hier wurden die verschiedenen Teile des Kurbelbewegungsmechanismus
als Massenpunkte betrachtet, was bis auf die Pleuelstange korrekt ist, weil sie
außerdem eine schwingende Bewegung ausführt, die die Ursache für ein "wippendes
Moment" ist.
-
Um ziffernmäßig die Größenordnung des Kreises, der die gemeinsame
Bahn des Schwerpunktes der Kurbelbewegungseinzelheiten ausmacht, sowie Qas Wippmoment
der Pleuelstange bekanntzugeben, wird als Beispiel ein Motorsägemotor mit folgenden
Daten genommen: Kurbelradius r = 18 mm Pleuelstangenlänge 1 = 70 mm Gewicht der
Kurbelwelle 400 g Gewicht des Kolbens einschl.
-
Zubehör 100 g Gewicht der Pleuelstange 65 g Pleuelstangen-Trägheitsmoment
Je 0,69 0 10 4 Kgm2 Die Fig. 3 und 3a zeigen, wie die Bahn des gemeinsamen Schwerpunktes
aussieht und wie sie im Verhältnis zum Motor orientiert ist. Es handelt sich somit
um einen ungefähren Kreis mit einem Radius von 4,6 mm. Die Bahn des Schwerpunktes
wäre ein genauer Kreis gewesen, wenn die Pleuelstange unendlich lang gewesen wäre.
-
In der Fig. 3a ist im Maßstab 4.1 dargestellt, wie groß die Abweichung
von dem Kreis bei dem aktuellen \= 0,257 wird.
-
Das Wippmoment der Pleuelstange der Motorsäge kann auch mit den Gesetzen
der Mechanik ausgerechnet werden, wobei im Beispiel die Bezeichnungen gemäß Fig.
4 genommen wurden r = 18mm, 1 - 70mm, 12 = 4900mm2, r2 - 12 = - 4576mm2 n= 7000
U/Min.gibt#=7000/60 2# rad/Sek.,#²=53,8. 104 Sek-2 Mtp(#)=Jtp# Jtp=0,69.10-4 kgm²
r#²(r² -1²)=-18,53,8.104.4576 mm³/Sek²=443 .108 mm³ Sek Das Pleuelstangenmoment
wird im Diagramm als Funktion vom Drehwinkel # des Kurbelarmes in Fig. 5 gezeigt.
-
Das Pleuelstangenmoment ist von bedeutender Größe, und zwar hat es
dieselbe Größenordnung wie das Drehmoment des Motors.
-
# 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 sin# 0 0,258 0,500
0,706 0,865 0,965 1,000 0,965 0,865 0,706 0,500 0,258 0 sin²# 0 0,067 0,250 0,500
0,750 0,932 1,000 0,932 0,750 0,500 0,250 0,258 0 r²sin²#mm² 0 21,7 81 162 243 302
324 302 243 162 81 21,7 0 1²-r² sin²#mm² 4900 4878 4819 4738 4657 4598 4576 4598
4657 4738 4819 4878 4900 (1²-r² sin²#)3/2 34,3 34,0 33,4 32,6 31,8 31,2 30,9 31,2
31,8 32,6 33,4 34,0 34,3 mm³ .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104
.104 #rad/Sek² 0 -3,36 -6,63 -9,60 -12,05 -13,70 -14,35 -13,70 -12,05 -9,60 -6,63
-3,36 0 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 .104 Mtp(#)Nm 0 -2,32
-4,58 -6,62 -8,31 -9,45 -9,90 -9,45 -8,31 -6,62 -4,58 -2,32 0
Die
Kenntnis dieser Eigenschaften bei den Kolbenkurbelmechanismen kann erfindungsgemäß
für die Lösung der Aufgabe verwendet werden, die Vibrationen bei Kolbenmaschinen
zu verringern. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Bahn des gemeinsamen
Schwerpunktes (bei Kolbenmechanismen) fast kreisförmig ist und daß das Kippmoment
der Pleuelstange die aufkommenden Kräfte direkt ausgleicht. Als erfindungsgemäße
Lösung kommt man bei der Anwendung dieser Erkenntnis f«¢lich zu einer Anordnung
zum Vermindern der Vibrationen bei einer Kolbenkurbelmaschine, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß Ausgleichsgewichte vorgesehen sind, die in einer der Umlaufbahn des genannten
Schwerpunktes ahnlichen Umlaufbahn drehbar gelagert und in der Drehrichtung der
Kurbelwelle des Kolbenkurbelmechanismus entgegengesetzten Richtung angetrieben sind
und/oder in der Bewegungsebene der Pleuelstange schwingend mit einem dem Trägheitsmoment
der-Pleuelstange entgegengesetzt gerichteten Moment angetrieben sind.
-
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, wobei die Fig. 1 - 5 bereits in der Einleitung ausführlich erlautert
worden sind. Es zeigen: ttig. 1 einen Kolbenkurbelmechanismus, versehen mit zwei
drehenden Ausgleichsgewichten sowie dem auf der Kurbelwelle angebrachten Ausgleichagewicht,
Fig.
2 einen Kolbenkurbelmechanismus, versehen mit zwei weiteren drehenden Ausgleichsgewichten,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Bahn des gemeinsamen Schwerpunktes (für
Kolbenmechanismen), Fig. 3a eine Vergrößerung der wirklichen Bahn des Schwerpunktes,
verglichen mit einem Kreis (gestrichelt), Fig. 4 Schema über Bezeichnungen bei Kolbenmechanismen,
Fig. 5 Diagramm über das Wippmoment der Pleuelstange für einen speziellen Motor
als Funktion vom Drehungswinkel der Kurbelwelle bei 7000 U/Min., Fig. 6 Zylinder
und Kurbelgehäuse einer Kolbenmaschine mit Achsen zur Aufnahme von Ausgleichsgewichten,
Fig. 7 eine Variante einer Achse gemäß Fig. 6, Fig. 8 eine vereinfachte Ausführung
einer Ausgleichsanordnung bei einer Kolbenmaschine, Fig. 9 eine Frontansicht eines
3-zylindrigen Sternmotors mit Achsen zur Aufnahme von Ausgleichs gewichten, Fig.
10 denselben Motor wie in Fig. 9,aher mit einer anderen Anordnung der Achsen, Fig.
11 Skizze mit Bezeichnungen für die Momentengleichung, Fig. 12 eine Frontansicht
eines V-Motors zur Aufnahme von Ausgleichsgewichten, Fig. 13 und 14 denselben Motor
wie in Fig. 12, aber mit anderen Achsen,
Fig. 15 die Lagerung der
Achse (links wird die Lage des Motors gezeigt), Fig. 16 einen Ausgleichsmechanismus
zur Erzielung des Kippmomentes.
-
In der Beschreibungseinleitung über die Momente und Kräfte, die in
dem Kolbenmechanismus auftreten, sind die Schwerpunktsbahn des Kolbenmechanismus
und das Hin-und Herbewegen der Pleuelstange wie zwei "Systeme" -jedes für sich -
behandelt worden, und bei der Ausbildung einer Entschwingungsanordnung erscheint
es angemessen, dieser Aufteilung zu folgen. Der Ausgleich der durch die Bewegung
des gemeinsamen Schwerpunktes des Kolbenmechanismus entstehenden Kräfte wird durch
die Anordnung von zwei oder mehreren Ausgleichsgewichten erzielt, deren gemeinsamer
Schwerpunkt in entgegengesetzter Richtung ur EurbXlwelle um denselben Mittelpunkt
dreht, wie der gemeinsame Schwerpunkt des Kolbenkurbelmechanismus und in derselben
Ebene wie der Schwerpunkt des Kolbenkurbelmeohanismus liegt. Um praktisch die Anordnung
der Ausgleichsöwtohte gemäß dieser Grundregel zu lösen, sind Ausgleiohsgewichte
auf zwei getrennten Achsen erforderlich. Dabei können eine Reihe von verschiedenen
in den Figuren 6 - 16 gezeigten Varianten infrage kommen.
-
Ein Motor mit Zylinder 5, Kurbelgehäuse 6 und einer Kurbelwelle 7
hat ein Paar zur Kurbelwelle parallel gelagerte Achsen 8, 9, die mittels Zahnrädern
von der Kurbelwelle angetrieben werden. Auf den Achsen sind Ausgleichsgewichte 10,
11, die entweder als Kreissektoren (Fig. 6) ausgebildet oder als exzentrisch angebrachte
Gewichte an einem Räderpaar 12 auf der Achse (Fig. 7) oder in Aussparungen der Räder
befestigt sind. Die zwei Ausgleichsgewichte (in Fig. 7 der gemeinsame Schwerpunkt
der zwei exzentrischen Ausfüllungen des Räderpaares) bewegen sich in derselben Ebene
wie der Schwerpunkt des Kolbenkurbelmechanismus und selbstverständlich auch um einen
Mittelpunkt, der in derselben Höhe de ES des Kurbelwellenmittelpunktes liegt wie
der Mittelpunkt zu dem ungefähren Kreis (Fig. 3), in welchem sich der gemeinsame
Schwerpunkt des Kolbenkurbelmechanismus bewegt.
-
Eine vereinfachte Variante mit Zahnrädern 13, die mit Ausgleiohsgewichten
14 in der Art von exzentrischen Gewichten bzw. Ausfüllungen versehen sind, geht
aus Fig. 8 hervor. Die Zahnräder sind an Wellenzapfen 15 gelagert, die eine gemeinsame
Mittellinie haben, die auch durch den Mittelpunkt des ungefähren Kreises, in dem
sich der gemeinsame Schwerpunkt des Kolbenkurbelmechaniemus bewegt, geht.
-
Das soeben beschriebene Ausgleichs system kann auch bei mehr zylindrigen
Motoren angewendet werden0 In Fig. 9 wird ein 5-zylindriger Sternmotor gezeigt,
an dem außerhalb liegende Ausgleichsgewichte gemäß der Variante in Fig. 7 angebracht
sind. Die Ausgleichsgewichte nehmen hier einen Anteii von jedem des auf beiden Seiten
der Gewichte gelegenen Kolbenkurbelmechanismus auf, wobei aufgrund der Symmetrie
im Aufbau des Motors der Ausgleich effektiv werden kann.
-
Am Motor gemäß Fig. 10 werden stattdessen Gewichte gemäß der Variante
in Fig. 8 angewendet. Es zeigt sich, daß es auch möglich ist, mehrzylindrige gerade
Motoren, V- und H-Motoren mit zwei Achsen, die an beiden Enden mit einem Ausgleichsgewicht
versehen sind, auszugleichen.
-
Gemäß der bei einer kurzen bzw. langen Achse angewandten Momentengleichung
erhält man die Bezeichnungen laut Fig. 11> m1r1 1/2=m2r2 (1/2l +al), wo m1 und
m2 Ausgleichsgewichte zu den Radien r1 bzw. r2 der Achse und 1 die Länge der Achse
gemäß Fig. 7 sind, al bSeichnet die bei einem mehrzylindrigen Motor verlängerte
Achse. Es ist demnach auf diese Weise möglich, die Größe der erforderlichen Ausgleichs
gewichte und in welchem Abstand diese sich vom Zylinder, der ausgeglichen werden
soll, befinden müssen, zu berechnen.
-
Die Hauptsache ist, daß die beiden Ausgleichsgewichte sich auf beiden
Seiten vom Zylinder befinden. Durch Berechnung der Größe und Position der Ausgleichsgewichte,
die an den Enden des Motors eines jeden einzelnen Zylinders von mehrzylindrigen,
geraden Motoren und von anderen Motoren, die aus geraden Zylinderreihen zusammengesetzt
sind, angebracht sind, wird gemäß dem Prinzip der Fig. 7 ein guter Ausgleich erzielt,
wenn die einzelnen Ausgleichsgewichte zu einem einzigen Ausgleichsgewicht am Ende
des Motors zusammengesetzt werden. Wie die Achsen bei einem V-Motor in Übereinstimmung
mit den Varianten in den Figuren 7 und 8 angeordnet sind, wird in Fig. 12 bzw.
-
13 gezeigt. Die Folge wird DinE Approximierung der Auagleichsbedingung
sein, und es ist eine Achse anzuordnen, so wie sie aus Fig, 14 hervorgeht; dennoch
ist diese Ausführung von Interesse.
-
Auf die bisher beschriebene Weise kann also aufgrund der Tatsache
daß der gemeinsame Schwerpunkt für die Bahn des Kolbenkurbolmachanismus nicht ganz
kreisrund sondern "kantig" (siene Fig. 3a) ist, ein gater Ausgleicn von Motoren
mit welt getrenntem Zylinde:rTr&ngement erzielt werden. Für sinen vollständigen
Auagleich wird verlangt, daß das Moment der Ausgleichagewichte nach einer @mlaufsumdrehung
entaprechend der früher erwähnten "Kantigkeit" an der Schwerpunktabahn variiert.
-
Dieses kann z.B. dadurch erzielt werden, daß die Ausgleichsgewichte
in einem Gleitlager gelagert werden, deren Lagerschalen nicht kreisrund sind. Für
einen l-zylindrlgen Motor würde ein solches Lager, bei dem die Radiusunterachiede
der Deutlichkeit halber stark übertrieben gezeichnet sind, wie in Fig. 15 aussehen.
Die Lagerschale 16 ist dreikantig und die Achse 9 ist stabförmig mit rechteckigem
Querschnitt und mit einem Joch 17 versehen, das von einer Feder 18 gegen die Lagerfläche
herausgedrückt wird. Die Achse hat eine abgerundete Kante 19, die gegen die Lagerfläche
anliegt und folgt deren Kontur. Die Achse wird gleichzeitig dazu gebracht, durch
ihre Drehung eine Parallelbewegung auszuführen, woduroh das Moment der Ausgleichskraft
der n Kantigkeit" der Schwerpunktsbahn (Fig. da) angepaßt werden kann. Es gibt mehrere
Arten, die Parallelbewegung der Achse zu steuern, beispielsweise kann die Achse
mit einem dem Querschnitt gleichenden Joch 17 ausgeformt und mit einer federnden
Kurve, die gegen die Lagerfläche drückt, oder ähnlichem versehen werden. Weiter
können die Lagerschalen durch drei Rollen ersetzt werden, wovon eine radial federnd
ausgeführt und die Achse mit einem dreikantigen Querschnitt ausgeformt wird.
-
Bei einem mehrzylindrigen Motor kann man für jeden einzelnen Zylinder,
wie bereits beschrieben wurde, die Größe und Richtung des erforderlichen Ausgleichsmomentes
während einer Umlaufsumdrehung berechnen und dieses Moment transformieren zu einer
geeigneten Ebene an den Enden des Motors. Außerdem ist es natürlich möglich, durch
Überlagern festzulegen, wie das Ausgleichsmoment während einer Umlaufsumdrehung
variieren soll und diese Variable in das schließlich für alle Zylinder gemeinsame
Ausgleichsmoment m.r (oC) eingehen zu lassen, wo r eine Funktion von α ist
und aufgrund dessen die Lagerbahnen wie gefordert ausgelegt werden können.
-
Aus der Figur 5 und dem zugehörigen Beschreibungsteil geht hervor,
daß das Kippmoment der Pleuelstange sinusförmig und von bedeutender Größe ist; in
dem Diagramm wurde zum Vergleich eine reine Sinuskurve eingezeichnet. Ein sinusförmiges
Kippmoment kann durch ein Ausgleichsgewichtsmechanißmus gemäß Fig. 16 6 erzielt
werden. Die beiden Ausgleichsgewichte 20 sind auf dem Kreisbogen angebracht, jedes
an einem Zahnrad 21, 22, das jeweils von einem gleichgroßen, an einer in der Maschine
gelagerten Treibwelle befestigten Zahnrad 25 angetrieben wird. Die beiden Ausgleichsgewichte
nehmen in horisontaler-Richtung die Zent-rifugalkräfte voneinander auf und erzeugen
um den Mittelpunkt der Treibwelle ein sinusförmiges Kippmoment.
-
Gemäß den Gesetzen der Mechanik kann die Wirkung von einem Kräftepaar
auf einen starren Körper mit einem anderen Kräftepaar, dessen Drehachse parallel
mit dem des ersten Kräftepaares verläuft, eliminiert werden; es wird aber nicht
verlangt, daß die Kräftepaare dieselbe Drehachse haben. Die dynamische Wirkung des
gippmomentes der Pleuelstange kann also durch ein anderes gleichgroßes und entgegengerichtetes
Kippmoment, das überall am Motorkörper unter der Voraussetzung anpreßt, daß es mit
dem Kippmoment der Pleuelstange parallel läuft, eliminiert werden.
-
Die Konstruktionen, die im Anschluß zu den Fig. 6, 7, 9, 10, 12, 13
beschrieben werden. können mit anderen Auagleichsgewichten, die ein inusförmiges
Kippmoment erzeugen, das dem der P<=euelstange (Pleuelstangen) entgegenwirkt,
ergänzt werden. Diese hinzukommenden Ausgleichsgewichte können natürlich mit den
bereits vorhandenen zu einem einzigen zusammengefaßt werden.
-
Bei mehrzylindrigen Motoren mit einer oder mehreren Zylinderreihen
kann das Prinzip für das Zusammenfassen der erforderlichen Ausgleichsgewichte für
mehrere Zylinder angewendet werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 11 borichtet wird.
Wenn man die Prinzipien mit Rücksicht auf die "Kantigkeiten" der Bahn für den gameinsamen
Schwerpunkt des Kolbenkurbelmechanismus
betrachtet, wie u.a. durch
Fig. 15 beschrieben, ist einzusehen, daß das Prinzip, das davon ausgeht, daß der
Kreisbogen der Ausgleichsgewichte mit den Winkellagen variiert, auch bei einem Prinzip
angewendet werden kann, bei dem ein Kräftepaar zu erzielen ist, daß ein Kippmoment
ergibt, welches ein gleich großes Kippmoment aufhebt, das durch die Pleuelstangenbewiegung
entsteht. Es kann auch die Form der Lagerschalen, die durch die "Kentigkeit der
Schwerpunktsbshn" und die "Abweichung des Kippmomentes von der wahren Sinusform"
bedingt ist, vorausgesehen und auf diese Weise ein genauer Ausgleich sowohl hinsichtlich
der Schwerpunktsbewegung als auch des Kippmomentes erzielt werden.
-
Die beiden Systeme für die EntEchwirlgung, die hier beschrieben wurden,
beziehen sich auf die beiden gängigsten und am häufigsten vorkommsnden Vibrationsursachen
an Kolbenxurbelmechanismen. Es ist dennoch möglich, diese Syeteme mit von anderen
Vibration ursachen hinzukommender Entschwingungssystemei zu kombinieren. Das Hauptprinzip
dieser Systeme ist doch, daß die Kolbenmaschininfolge der Wirkungen der Ausgleichsgewichte
daran gehindert werden sollen, in eine Vibrationsbewegung entsprechend den hier
näher untersuhten Ursachen zu kommen. Wenn auch die Erfindung in dem Vorhergehenden
mit: eirer Vielsahl von Beispielen und slternativen Anordnungen erläutert wurde,
so dürften
doch verschiedene mehrere solcher Anordnungen vorgenommen
werden können, die das Prinzip der Erfindung erfüllen. Selbstverständlich fallen
auch solche Anordnungen in den Rahmen der Erfindung,- die durch die nachfolgenden
Patentansprüche beansprucht werden.