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Publication number: DE217818C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46«. GRUPPESO.

ALANSON R BRUSH in MICHIGAN, V. St. A. Ein- öder ttiehfzytindrige Verbfeffnüifgskfäftnhiäschinä.

Patentiert im Deutschen Reiche Vom 2. Oktober 1907 ab.

Nachstehend beschriebene Erfindung· bezieht sich auf Verbrennüngs'kräftmäscnmen mit einem oder mehreren Zylindern:, bei denen die Zylinder parallel nebeneinander liegen und alle auf dieselbe Kurbelwelle wirken. Sie bezweckt, zunächst die gleichgewichtsstörende Wirkung der' hin und her' gehenden Massen auszugleichen üfid dann dem auf Verdrehung des Maschinengesteiles wirkenden Kretizkopfdruck ei« neu

ίο eingeführtes Drehmoment entgegenzusetzen.

Die Erfindung besteht darin', daß parallel zur Kurbelwelle eine Nebenwelle angeordnet fet, die in bestimmtem Verhältnis zu ersterer umlauft, und daß auf beiden Wellen¹ Gegengewichte angebracht sind.

Die Zeichnungen zeigen eine ÄuSführüngsform an einer Zweizylinder-ViertäktmäSchine. Fig. 3 ist ein Querschnitt und zeigt zunächst Zylinder a, Kolben b, Pleuelstange c, Kurbelwelle d, Daüffienwelle g und Ventil f in" einet der bei Kleinmotoren üblichen Anordnungen. Sie zeigt ferner die neu eingeführte Nebenwelle / und die auf den beiden Wellen angebrachten Gegengewichte e und rtt. Pig. ι und Ί sind Längsschnitte, welche zeigen, daß die Kurbelwelle nur eine Kurbel hat, an der beide Pleuelstangen angreifen. Die Explosionen Sind uffi 360¹⁶ gegeneinander versetzt.· Die Kolben und Gegengewichte sind in diesen Schnitten symmetrisch angeordnet zur Mittellinie Zwischen beiden Zylindern. Dadurch ist erreicht, daß Drehmomente, herrührend von der Mässenwif feung der' bewegten Teile, in einer durch die Kurbelwelle gelegten Ebene nicht entstehen können. Hierin liegt ein Vorzug gegen alle Autöffiobiiniotofen üblichef Bauart mit weniger als sechs Zylindetn.

Die folgenden Fig. 4 bis 8' dienen zur Verfolgung der Wirkung der Gegengewichte bei verschiedenen Stellungen der Kurbel. Die Gegengewichte sind so angebracht, daß sie beide nach unten stehen,, wenn sich die Kurbel im oberen Totpunkte befindet. Die kräfteäusgleichende Wirkung dieser Gegengewichte, geht hervor aus folgender Überlegung:

Die hin und her gehenden Massen üben Beschleunigungsdrücke aus', die durch Vermittlung der Kurbelwelle auf das Gestell der Maschine übertragen werden. Diese Drücke greifen an an den Hauptläger'n und versuchen abwechselnd die ganze Maschine' nach oben und unten zu verschieben. Ihre Richtung ist ifnmer vertikal, und ihre Gesetzmäßigkeit ist dargestellt durch eine sinüsähnliche Kurve, der die genaue Sinüsform nur durch die endliche Länge' der Schubstange genommen wird.

Die rotierenden Massen der Gegengewichte an der Kurbelwelle üben Zentrifügäldrücke aus, die durch Vermittlung der Kurbelwelle auf das Gestell der Maschine übertragen werden. Diese Drücke greifen an den Hauptlagern an und versuchen die ganze Maschine radial Zu verschieben. Ihre Richtung wechselt fortwährend, ihre Große ist konstant.

Von den Gegengewichten der Nebenwelle gilt dasselbe, nur greifen ihre Drücke nicht an den Hauptlagern an, sondern an den Lagern der Nebenwelie.

Die Zentrifugaldrücke der rotierenden Massen kann rn'än zerlegen in zwei Komponenten,

eine vertikale und eine horizontale. Die Ge-: setzmäßigkeit jeder Komponente ■ wird dargestellt durch je eine Sinuskurve.

Damit nun das Maschinengestell im Räume stillsteht ohne Verankerung, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: Die Summe der vertikalen Kräfte muß Null sein, die Summe der horizontalen Kräfte muß Null sein, und die Summe der Momente muß Null sein.

ίο Die beiden ersten Bedingungen lassen sich mit großer Annäherung erfüllen bei der hier vorliegenden Anordnung: Die Summe der Vertikalkomponenten der Zentrifugalkräfte muß gleich den Beschleunigungsdrücken der hin und her gehenden Massen sein. Aus dieser Bedingung ergibt sich das Gesamtgewicht der Gegengewichte. Allerdings können sich diese Vertikalkräfte nicht in allen Stellungen gleich sein, weil ja die einen einer genauen Sinuskurve folgen, die andere aber von einer solchen abweicht. Jedoch ist die Differenz sehr gering und jedenfalls geringer als bei den üblichen Vierzylindermotoren, bei denen sich die positiven und negativen Abweichungen von der Sinuslinie gerade addieren.

Die Summe der Horizontalkomponenten der Zentrifugalkräfte muß Null sein. Aus dieser Forderung ergibt sich die Verteilung des Gesamtgewichtes auf die beiden Wellen: Die Gegengewichte müssen gleich sein. Diese Forderung läßt sich genau erfüllen.

Es ist zu beachten, daß dieser Ausgleich der vertikalen und horizontalen Kräfte erreicht wird, ganz gleichgültig, an welcher Stelle sich die Nebenwelle befindet, ob rechts oder links, ob über oder unter der Kurbelwelle, gleichgültig auch, wie weit entfernt sie sich von der Kurbelwelle befindet.
Die dritte Bedingung, daß die Summe der Drehmomente um irgendeinen Punkt gleich Null sein soll, ist nicht erfüllbar. Aber die nicht ausgeglichenen Drehmomente sind bei einer Maschine nach vorliegender Erfindung etwa nur halb so groß wie bei den üblichen Konstruktionen. Nimmt man die Hauptlager als Drehpunkt an, so sind die Momente der Gegengewichte an der Kurbelwelle und der hin und her gehenden Massen gleich Null. Das Gegengewicht auf der Neben welle jedoch übt durch seine Zentrifugalkraft ein Drehmoment aus, welches auf das Maschinengestell abwechselnd rechts und links drehend wirkt. Auch dieses Drehmoment ist dargestellt durch eine Sinuskurve; es hat seine zwei Maxima etwa in den Stellungen, die in Fig. 7 und 8 gezeigt sind, und ist Null, wenn die Richtung der Zentrifugalkraft durch die Kurbelachse geht. Die Periode dieser Sinuskurve ist gleich der Umdrehungszahl der Kurbel, und die Phasenverschiebung gegen diese ist bestimmt durch den Winkel, den die Zentrale durch die beiden Gegengewichtswellen mit der Horizontalen bildet. Liegt diese Zentrale horizontal, so fallen die Maxima des erwähnten Drehmomentes der Zeit nach mit. den Totlagen der Kurbel zusammen. Die Größe dieses Momentes hängt ab von der Größe des Gegengewichtes und dem Abstand zwischen den beiden Gegengewichtswellen. Die Größe des Gewichtes ist nach obigem durch die Gleichgewichtsbedingungen bestimmt, der Abstand läßt sich jedoch noch frei wählen. Man kann also das Drehmoment nach Größe und Phase noch etwaigen sonstigen Bedingungen anpassen.

Nun tritt in Kraftmaschinen mit hin und her gehender Bewegung noch ein anderes Moment auf: Es übt nämlich der Kreuzkopfdruck auf das Maschinengestell ein verdrehendes Moment aus mit dem jeweiligen Abstand des Kreuzkopfzapfens von der Kurbelwelle als Hebelarm. Dieses Moment ist nicht unbedeutend, vielmehr ist seine verdrehende Wirkung in einem Automobil heute üblicher Konstruktion bei stark belastetem Motor sehr bemerkbar.

Bei der vorliegenden Erfindung kann man nun die Nebenwelle in solcher Lage anordnen, daß das Moment dieser dem Momente des Kreuzkopfdruckes entgegenwirkt und es zu einem beliebigen Grade aufhebt. Dies ist bei der in den Figuren dargestellten Maschine geschehen. Fig. 7 zeigt ungefähr die Stellung der Kurbel zur Zeit des größten Kreuzkopfmomentes und zeigt, wie das Moment der Nebenwelle diesem entgegenwirkt. Ein vollständiges Ausbalancieren des Kreuzkopfmomentes ist nicht empfehlenswert, weil eine halbe Umdrehung später das Moment der Neben welle wieder in voller Größe auftritt und dann kein Kreuzkopfmoment vorfindet. Man wird vielmehr das Kreuzkopfmoment etwa zur Hälfte ausbalancieren und dadurch an Stelle eines starken Drehmomentes deren zwei kleinere gleichgerichtete während einer Umdrehung erhalten, die dann im Automobil viel weniger fühlbar sind. .

• Um diese Ausbalancierung des Kreuzkopfmomentes zu erreichen, muß die Nebenwelle auf der Seite der Kurbelwelle liegen, nach welcher sich die Kurbel bei der Explosion bewegt. .

Bei der praktischen Ausarbeitung der Idee ist zu beachten, daß sich das Kreuzkopfmoment mit der Belastung, das Nebenwellenmoment aber mit der Umdrehungszahl der Maschine ändert. Es läßt sich also die Ausgleichung des halben Kreuzkopfmomentes nur bei einer Belastung und Umdrehungszahl genau erreichen, und bei anderen Bedingungen ist das Überwiegen des einen oder des anderen Einflusses in Kauf zu nehmen. Die Überlegen- 12p heit gegenüber anderen Maschinenkonstruktionen wird hierdurch nicht verringert.

Claims

Patent-Ansprüche:
ι. Ein- oder mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschine, bei welcher alle Zylinder parallel nebeneinander liegen und alle auf dieselbe Kurbelwelle wirken, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Kurbelwelle eine Nebenwelle angeordnet ist, die in bestimmtem Geschwindigkeitsverhältnis mit ersterer umläuft, und daß auf beiden Wellen Gegengewichte angebracht sind.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Neben welle auf derjenigen Seite der Maschine liegt, nach welcher sich die Kurbel bei der Explosion bewegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.