DE235174C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 235174 -' KLASSE 14«. GRUPPE.- M 235174 - 'CLASS 14'. GROUP.

ADOLPH KLOSE in HALENSEE b. BERLI Massenausgleich für achtzylindrige Kolbenmaschine^ ψ-Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Januar 1911 ab.ADOLPH KLOSE in HALENSEE b. BERLI mass balance for eight-cylinder piston engine ^ ψ- Patented in the German Empire on January 8, 1911.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Massenausgleich einer achtzylindrigen Kolbenmaschine mit rechtwinklig gegeneinander stehenden Schubrichtungen, durch welche sowohl alle freien Massenkräfte wie auch Kippmomente, auch die aus der endlichen Länge der Schubstangen sich ergebenden Massenkräfte in Wegfall gebracht werden und wobei die Triebimpulse, auch bei Viertaktwirkung,The present invention relates to a mass balancer for an eight-cylinder piston engine with thrust directions at right angles to each other, through which all free inertia forces as well as tilting moments, also the mass forces resulting from the finite length of the push rods are eliminated and with the drive impulses, even with four-stroke action,

ίο in gleichmäßig verteilten Phasen umdrehend auf die Achse wirken.ίο rotating in evenly spaced phases act on the axis.

Kolbenmaschinen mit rechtwinklig zueinander stehenden Schubrichtungen sind bekannt und auch solche, bei denen durch Anordnung von Gegenläufigkeit die Massenkräfte erster Ordnung zum Teil aufgehoben sind.Piston engines with thrust directions at right angles to one another are known and also those in which the forces of inertia first through the arrangement of opposing movements Order are partially repealed.

Die vorliegende Anordnung, welche in Fig. ι und 2 im allgemeinen und in Fig. 3 hinsichtlich der Kurbelanordnung mit zugehörigen Gegengewichten schematisch dargestellt ist, besteht aus zweimal vier Zylindern, deren Kolben mittels Schubkurbelgetriebe gleicher Abmessung je paarweise auf eine Kurbel der gemeinschaftlichen Achse rechtwinklig zueinander wirken.The present arrangement, which is shown in Fig. 1 and 2 in general and in Fig. 3 shown schematically with regard to the crank assembly with associated counterweights consists of two four cylinders, the pistons of which are operated by a slider-crank mechanism same dimensions in pairs on a crank of the common axis at right angles work towards each other.

Fig. 4, 5 und 6 sind Hilfsfiguren, die zur Erläuterung des Kräftespiels während einer Umdrehung dienen.Fig. 4, 5 and 6 are auxiliary figures to explain the play of forces during a Serve rotation.

Die Kurbeln I und II (Fig. 3) sind gegenläufig, und rechtwinklig hierzu stehen die Kurbeln III und IV, ebenfalls unter sich gegenläufig; die von je zwei gegenläufigen Kurbeln beschriebenen Kurbelkreise liegen symmetrisch zu einer und derselben Mittelebene, durch welche die Kurbelachse rechtwinklig hindurchgehend zu denken ist. Die Gegengewichte G und G heben bei dieser Anordnung die Kippmomente auf, während die Massenkräfte zweiter Ordnung sich durch die besondere Kurbelanordnung gegenseitig aufheben. The cranks I and II (Fig. 3) are opposite to each other, and at right angles to this are the cranks III and IV, also opposite each other; the crank circles described by two opposing cranks each lie symmetrically to one and the same center plane through which the crank axis is to be thought of as passing through at right angles. The counterweights G and G cancel the tilting moments in this arrangement, while the inertial forces of the second order cancel each other out due to the special crank arrangement.

Es erübrigt nun, auseinanderzusetzen, in welcher Weise die getroffene Anordnung wirkt.It is now superfluous to explain in which way the arrangement made works.

Setzt man zunächst einmal die Schubkurbelgetriebe als mit unendlich langen Kurbelstangen arbeitend voraus, so ist unter Beihilfe der schematischen Fig. 4 zu erkennen, daß der gemeinschaftliche Massenschwerpunkt m_x des Triebwerkpaares I I, ebenso viel aus der senkrechten Ebene durch die Kurbelachse nach der einen Seite sich verschiebt wie derjenige m_n eines hierzu gegenläufigen Triebwerkpaares II II, nach der entgegengesetzten Seite, es bleibt also die Gesamtschwerpunktlage beider Triebwerke unverändert, weshalb freie Massenkräfte nicht auftreten. Der Schwerpunkt m, des Trieb-' werkpaares 11₁ wie derjenige von II II, bewegen sich in einem Kreise unter 180 ° versetzt um den Mittelpunkt 0. In Fig. 5 sind diese Massenwirkungen unter Voraussetzung unendlich langer Kurbelstangen schematisch als Kräfte dargestellt, wie sie von zwei Triebkurbeln auf die Achse m der Kropfwelle wirken.Assuming first of all the slider crank mechanism as working with infinitely long connecting rods, it can be seen with the aid of the schematic Fig. 4 that the common center of mass m _{x of} the pair of engines II, as much from the vertical plane through the crank axis to one side shifts like the one m _{n of} a pair of engines II II rotating in opposite directions to the opposite side, so the overall center of gravity of both engines remains unchanged, which is why free inertial forces do not occur. The center of gravity m, of the engine pair 1 1 ₁ like that of II II, move in a circle under 180 ° offset around the center 0. In Fig. 5, these mass effects are shown schematically as forces, assuming infinitely long connecting rods, such as they act by two drive cranks on the axis m of the goiter shaft.

Bekanntlich ist die Beschleunigung der hin und her gehenden Massen eines Schubkurbel-As is well known, the acceleration of the reciprocating masses of a slider crank

getfiebes allgemein darstellbar durch den Ausdruck getfiebes generally represented by the expression

ρ =ρ =

(cos ft.+ — cos 2 a j, (cos ft. + - cos 2 aj,

worin u die Kurbelzapfengeschwindigkeit, r den Kurbelhalbmesser, 1 die Schubstangenlänge und a den jeweiligen Winkel gegen die Schubrichtung bezeichnet.where u is the crank pin speed, r is the crank radius, 1 is the length of the push rod and a is the angle against the direction of thrust.

Ist —= 0, also die Schubstange unendlichIs - = 0, so the push rod is infinite

lang,long,

ist φ =is φ =

so vereinfacht sich der Ausdruck und cos a, also proportional der Co-so the expression is simplified and cos a, i.e. proportional to the Co-

sinusfunktion des Kurbel winkeis.sine function of the crank angle.

Wirken nun gemäß Fig. 5 an der Kurbel R das eine Triebwerkpaar, an der gegenläufigen RR das andere, so. ergibt sich aus dem einen Triebwerk die Beschleunigungskraft a · R, aus dem anderen b · R, welche sich in die Resultierende m · R vereinigen, ebenso wie aus den an der gegenläufigen Kurbel R R angreifenden Triebwerkpaaren sich U₁ (R R) und b, (R R) ergeben, die sich in die Resultierende m (R R) zusammensetzen; diese beiden Resultierenden sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet und heben sich daher nach Größe und Richtung auf, vorausgesetzt, daß sie in einer Ebene lägen. Es sind dies die Massenkräfte sogenannter erster Ordnung. Anders verhält es sich nun aber hinsichtlich der Massenkräfte, welche von der endlichen Länge der Schubstange sich ergeben, derjenigen sogenannten zweiter Ordnung; diese sind darstellbar, wie bereits oben angegeben, durchIf, according to FIG. 5, one pair of engines works on the crank R and the other on the counter-rotating RR , so. results from the an engine acceleration power a · R, from the other b · R which m in the resultant · R unite, as well as to U ₁ (RR), and b from the acting on the counter-rotating crank RR thruster pairs ( RR) , which are composed into the resultant m (RR) ; these two resultants are equal in size, but directed in opposite directions, and therefore cancel each other out in terms of size and direction, provided that they lie in one plane. These are the so-called first-order mass forces. The situation is different with regard to the inertial forces which result from the finite length of the push rod, the so-called second order; these can be represented, as already stated above, by

v irv ir

a),a),

sie sind also proportional dem Cosinus des jeweiligen zweifachen Kurbelwinkeis; sie erscheinen während einer Umdrehung je viermal in gleicher Größe, jedoch ihren Richtungssinn zweimal wechselnd, und sind dazwischen viermal = 0.they are therefore proportional to the cosine of the respective double crank angle; they appear four times in the same size during one revolution, but their sense of direction alternating twice, and are four times = 0 in between.

Fig. 6 stellt den Verlauf dieser Kräfte nach Größen und Richtung während einer Umdrehung durch die herzförmige Linie dar.Fig. 6 shows the course of these forces according to magnitude and direction during one revolution represented by the heart-shaped line.

Betrachtet man unter Beihilfe dieser Fig. 6 die eine Kurbel R und die dazu gegenläufige R R, so findet man als derartige freie zusätzliche Massenkräfte zweiter Oednung R₁ und'A₁₇ für das an dieser Kurbel angreifende Triebwerkpaar, sowie (RR₁) und (RR)₁₁ für. das Triebwerkpaar an Kurbel R R; die Krätte an Kurbel R vereinigen sich in Rs und diejenigen an Kurbel RR in (RR)S₁; beide sind von gleicher Größe und liegen ihrer Richtung nach immer unter 45 ° zu den Schubrichtungen I, und U_n, also parallel, und haben immer denselben Richtungssinn; sie wechseln Größe und Richtungssinn gleichzeitig und¹ bilden daher nie ein Kräftepaar.If, with the aid of this Fig. 6, one looks at one crank R and the RR running in the opposite direction, one finds such free additional inertial forces of the second opening R _{1 and} _{A 17} for the pair of engines acting on this crank, as well as (RR ₁ ) and (RR ) ₁₁ for. the pair of engines on crank RR ; the forces on crank R combine in Rs and those on crank RR in (RR) S ₁ ; both are of the same size and their direction is always less than 45 ° to the thrust directions I and U _n , i.e. parallel, and always have the same sense of direction; they change size and sense of direction at the same time and ¹ therefore never form a pair of forces.

Diese zusätzlichen Massenkräfte zweiter Ordnung aus zwei · gegenläufigen Triebwerkpaaren ergeben daher eine resultierende Kraft auf die Kurbelwelle, die unter 45 ° zu den Schubrichtungen wirkt von wechselnden Größen und Richtungssinn.These additional inertial forces of the second order from two pairs of propulsion units rotating in opposite directions therefore result in a resultant force on the crankshaft which is at 45 ° to the Direction of thrust acts from changing sizes and sense of direction.

Es wirken nun aber auf die Achse noch die Kräfte zweiter Ordnung von den weiteren gegenläufigen Kurbeln R₀ und RR₀, welche zu den ersteren unter 90 ° gestellt sind. Diese aus den Triebwerkpaaren III und IV auf diese Kurbeln sich gleicherweise ergebenden Kräfte Z?_os und (RR)₀S₁ sind aber wieder von gleicher Größe und Richtung unter sich, aber immer entgegengesetzt denen an den Kurbeln R und R R wirkend, und aus der Fig. 6 · geht hervor, daß sich bei der Stellung dieser gegenläufigen Kurbeln unter 90 ° gegeneinander bei allen Kurbelwinkeln diese vier Kräfte R/s und (RR)/s, mit R₀J und (RR)₀S₁ stets sich gegenseitig aufheben, also auf die Achse m der Kurbelwelle eine Wirkung nicht ausüben.However, the second order forces from the other counter-rotating cranks R ₀ and RR ₀ , which are set at 90 ° to the former, still act on the axle. These forces Z? _{However, o} s and (RR) ₀ S ₁ are again of the same size and direction among themselves, but always act in the opposite direction to those on the cranks R and RR , and from FIG under 90 ° against each other at all crank angles these four forces R / s and (RR) / s, with R ₀ J and (RR) ₀ S ₁ always cancel each other out, i.e. do not exert any effect on the axis m of the crankshaft.

Nun traten diese Kräfte zweiter Ordnung allerdings in verschiedenen Ebenen auf bzw. in den verschiedenen Kurbelkreisen der Triebwerkpaare. Es wurde indes oben bereits angeführt, daß je zwei gegenläufige Kurbeln, also auch ihre Kurbelkreise, symmetrisch zu einer und derselben Mittelebene, auf der die Achse der Kurbelwelle senkrecht steht, ange* ordnet sind. Infolge des gleichen Abstandes der Kurbeln R und ^R R von dieser Mittelebene wirkt die Resultierende von diesen Triebwerken in der genannten Mittelebene nach der einen Richtung, dagegen die Resultierende von den Triebwerken i?₀ und RR₀ in entgegengesetzter Richtung ebenfalls in dieser Mittelebene, und da, wie oben dargetan, diese Kräfte sich immer nach Größe und Richtung aufhoben und in einer Ebene wirken, heben sie sich völlig auf.Now, however, these second-order forces appeared in different levels or in the different crank circles of the engine pairs. However, it has already been stated above that two opposing cranks, including their crank circles, are arranged symmetrically to one and the same central plane on which the axis of the crankshaft is perpendicular. As a result of the same distance between the cranks R and RR from this central plane, the resultant from these engines acts in one direction in the aforementioned central plane, whereas the resultant from the engines i? ₀ and RR ₀ in the opposite direction also in this middle plane, and since, as shown above, these forces always cancel each other out according to size and direction and act in one plane, they cancel each other out completely.

Es ergeben sich daher bei dieser Anordnung aus den Massenkräften zweiter Ordnung keine Momente, die kippend oder sonst auf die Achse wirken.In this arrangement, therefore, they result from the inertial forces of the second order no moments that tilt or otherwise act on the axis.

Die Massen kräfte erster Ordnung, die in den verschiedenen Kurbelebenen wirken, ergeben, wie eingangs erörtert wurde, radial nach dem Umfang des Kurbelkreises gerichtete Resultierende m R von gleichbleibender Größe. Da diese für je zwei Gegenkurbeln entgegengesetzt gerichtet im Abstande u und υ (Fig. 3) wirken, bilden dieselben zwei Kräftepaare mit den Momenten R₀ χ u und R χ υ; derartige Kräftepaare lassen sich aufheben durch in entgegengesetztem Sinne wirkende Kräftepaare, die durch rundlaufende Gewichte gebildet wer-The mass forces of the first order, which act in the various crank planes, result, as discussed at the beginning, resultant m R directed radially towards the circumference of the crank circle and of constant magnitude. Since these act in opposite directions for two counter cranks at a distance u and υ (FIG. 3), the same form two pairs of forces with the moments R ₀ χ u and R χ υ; Such pairs of forces can be canceled out by pairs of forces acting in the opposite sense, which are formed by rotating weights

den können; im vorliegenden Falle wird das Kräftepaar R₀ χ u aufgehoben durch ein Kräftepaar g₀ X w und das Kräftepaar R χ ν durch ein Kräftepaar g χ w. Die Gewichte g₀ und g können auch durch ein Gewicht G ersetzt werden, so daß der Ausgleich durch zwei Gegengewichte G G erfolgt, die zueinander gegenläufig sind.the can; In the present case, the pair of forces R ₀ χ u is canceled out by a pair of forces g ₀ X w and the pair of forces R χ ν by a pair of forces g χ w. The weights g ₀ and g can also be replaced by a weight G , so that the balance takes place by two counterweights GG , which are opposite to each other.

Aus diesen Erörterungen geht hervor, daßFrom these discussions it appears that

ίο die dargestellte und beschriebene Anordnung einer solchen Vierkurbelmaschine bewirkt, daß in derselben freie Massenkräfte und Kippmomente nicht auftreten können.ίο the arrangement shown and described such a four-crank machine causes free inertia forces and tilting moments in the same cannot occur.

Daß die Impulse in gleichen Phasen erfolgen können, ergibt sich aus der Betrachtung, daß sowohl die eine Kolbenreihe I III II IV, als auch die andere I₇ III, II, IV, hintereinander auf je um 90⁰ verstellte Kurbeln zur Wirkung kommen, wodurch Umfangsdrehkräfte gleichmäßig verteilt erscheinen.The fact that the pulses can take place in the same phases results from the consideration that both the one row of pistons I III II IV and the other I ₇ III, II, IV, one after the other, come into effect on cranks ^{each shifted by 90 0, whereby} Circumferential torsional forces appear evenly distributed.

Claims

Patent claim:

Mass balancing for eight-cylinder piston engines with a four-crank axle, on their cranks each identical slider crank gear pairs at 90 ° to each other Act thrust, characterized in that two counter-rotating cranks at right angles to the other two counter-rotating, the crank circles each two counter-rotating cranks symmetrically to one and the same center plane and the tilting moments are balanced by counterweights running in opposite directions.

1 sheet of drawings.