DE2531239C2 - Vorrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine

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DE2531239C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich der durch die hin- und hergehenden Massen hervorgerufenen Massenkräfte bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bestehend aus zwei beidseits der Kurbelwelle im wesentlichen parallel zu derselben angeordneten und antriebsmäßig mit derselben verbundenen Ausgleichswellen, die in bezug aufeinander gegenläufig mit doppelter Kurbelwellendrehzahl drehbar sind und je ein Ausgleichsgewicht tragen, das im Bereich einer ein Kurbelwellenlager enthaltenden radialen Mittelebene angeordnet ist, wobei jede Ausgleichswelle zwei Lagerzapfen aufweist, von denen je einer nahe einem der beiden Ausgleichswellenenden ausgebildet ist und in einem entsprechenden Ausgleichswellenlager gelagert sind.
Bei einer bekannten Vorrichtung der beschriebenen Gattung (DE-OS 21 13 193) ist jede Ausgleichswelle an beiden Enden gelagert. Im Bereich des einen Ausgleichswellenendes befindet sich das zugeordnete Ausgleichsgewicht unmittelbar neben dem zugeordneten Ausgleichswellenlager. Da dieses Ausgleichswellenlager in der Regel in der zwei benachbarte Zylinder trennenden Trennwand angeordnet ist, befinden sich auel. die Ausgleichsgewichte dicht neben der Trennwand. Dadurch können die Ausgleichsgewichte mit den Ausgleichswellcnlagern der Ausgleichswellen in Berührung J5 kommen. Das führt zu Schwingungen, welche Risse im Zylinderblock verursachen und die Lebensdauer der Brennkraftmaschine verringern können. — Ähnliches gilt auch für Ausführungen, bei denen die Ausgleichsgewichte sich ganz oder teilweise über die zwischen den Lagern der Ausgleichswellc erstreckende freitragende Länge der Ausgleichswellc erstrecken, weil bei einer solchen Anordnung Biegeschwingungen in der Ausgleichswellc induziert werden, die zu ganz'erheblichen Lagcrbelastungen führen können (DE-OS 14 51932, GB-PS 6 74 225).
Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung sind die Ausgleichsgewichte der Ausgleichswelhn zwar in der radialen Miltelebcnc eines Kurbelwellenlagers angeordnet, dafür ist die Ausgleichswelle zusätzlich aber so beidscils der Ausgleichsgewichte gelagert (DE-PS 9 75 104). Das erfordert eine verhältnismäßig aufwendige Konstruktion und führt ebenfalls zu funktionellen Nachteilen, weil das Ausgleichsgewicht bei der Rotation der Ausgleichswelle beide zugeordneten Lager beaufschlagt, die dementsprechend stabil ausgeführt sein müssen. Die beiden beidseits der Ausgleichsgewichte angeordneten Lager werden aber nicht nur durch die Zentrifugalkräfte der Ausgleichsgewichte beaufschlagt, sondern darüber hinaus auch durch Biegekräfte, die sich Mi während des Betriebes durch Biegeschwingungen der Welle ergeben. Diese Biegeschwingungen beaufschlagen auch das Lager am Antriebsende der Ausgleichswelle.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der tir> eingangs beschriebenen Gattung in der Weise auszubilden, daß vor allem der Bereich der Ausgleichswellen, welcher durch das Ausgleichsgewicht besonders stark belastet wird, in einem möglichst schwingungsfreien Be-
reich der Brennkraftmaschine mit Hilfe einer einzigen Lagerung einwandfrei abgestützt werden kann, ohne daß es dabei zu Biegeschwingungen der Ausgleichswellen mit den sich daraus ergebenden Lagerschäden kommen kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kennzeichen der Patentansprüche 1 oder 2. — In beiden Fällen wird die das Ausgleichsgewicht tragende Seite der Ausgleichswellen nur mit einem einzigen Ausgleichswellenlager abgestützt Das führt zu einer wcsentüchen konstruktiven Vereinfachung. Die Zentrifugalkräfte der beiden beidseits des Ausgleichswellenlagers angeordneten Gewichtshälften bzw. Teilgewichte des Ausgleichsgewichtes werden nunmehr von dem einzigen Ausgleichswellenlager aufgenommen. Eine entsprechend stabile Ausführung eines einzigen Ausgleichswellenlagers läßt sich leicht unterbringen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch funktionell vorteilhaft, weil eine Lagerbelastung durch Biegeschwingunger praktisch entfällt. Das gilt nicht nur für das Ausgleichswellenlager zwischen den beiden Gewichtshälften bzw. Teilgewichten des Ausgleichsgewichtes, weil die Biegekräfte in der Ausgleichswelle im Hinblick auf die Mittelebene des Ausgleichswellenlagers ausgeglichen sind, sondern auch für das am antriebsseitigen Ende der Ausgleichswelle angeordnete Lager, zumal ohne weiteres die Möglichkeit besteht, denjenigen Abschnitt der Ausgleichswelle, der sich zwischen dem antriebsseitigen Lagerzapfen und der anschließenden Gewichtshälfte bzw. dem anschließenden Teilgewicht des Ausgleichsgewichtes erstreckt, so biegeweich auszubilden, daß weder im antriebsseitigen Lager noch in dem zwischen den beiden Gewichtshälften bzw. Teilgewichten des Ausgleichsgewichtes befindlichen Ausgleichswellenlager nennenswerte Lagerbelastungen als Folge von Biegeschwingungen der Ausgleichswelle auftreten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Fig. IA und IB zeigen schematische Darstellungen bekannter Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art. Ferner zeigt
F i g. 2 einen schemalischen Längsschnitt durch einen Vierzylinder-Reihenmotor mit erfindungsgemäßer Vorrichtung,
Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie III-III,
F i g. 4A einen Längsschnitt durch eine Ausgleichswelle,
F i g. 5 eine schematische Darstellung einer Drehrichtungsumkehr für die rechte Ausgleichswelle aus F i g. 3.
Bei der in Fig. IA dargestellten Ausführung einer bekannten Vorrichtung ist in einem Zweizylindermotor die Kurbelwelle Γ mit ihren Lagerzapfen 2' und 3' in der Stirnwand 4' bzw. der Rückwand 5' eines Zylinderblokkes durch Lager 6' und T gelagert. Außerdem ist in der Trennwand 11' zwischen dem ersten Zylinder 9' und dem zweiten Zylinder 10' ein Lagerzapfen 8' der Kurbelwelle mit einem Lager 12' gelagert. Um bei dieser Anordnung die Ausgleichsgewichte 19' und 20' nahe der Mitte dieser Kurbelwelle anordnen zu können, müssen Ausgleichswellen 13' und 14' in Lagern 15' und 16' in der Stirnwand 4' des Zylinderblockes bzw. in der Trennwand W desselben mittels Lager 17' und 18' gelagert werden. Dadurch ergibt sich eine freitragende Anordnung dieser Ausgleichsgewichte 19' und 20'. wie Fig. IA zeigt. Wenn ein Motor mit derart freitragend angeordneten Ausgleichsgewichten 19' und 20' lange Zeil in Betrieb ist, werden die Ausgleichsgewichte einseitig abgenutzt, da sie mit den Lagern 17' und 18' in Berührung kommen. Dies führt zu den bereits eingangs crwäh.itcn Schaden.
Bei der in Fig. IB dargestellten Ausführung einer bekannten Vorrichtung ist im Gegensatz zu der Ausbildung gemäß Fig. IA die Ausgleichswelle an beiden Enden eines das Ausgleichsgewicht 21' aufweisenden Teiles mit Lagerzapfen 22' und 23' in Lagern 24' und 25' gelagert. Trotz dieser Doppellagerung treten auch hier bei hohen Drehzahlen Abnutzungserscheinungen des mit den zueinander hinweisenden Seiten der Lager 24' und 25' in Berührung kommenden Ausgleichsgewichtes auf, da diese beiden Lager in Teilen des Zylinderblockes angeordnet sind, welche keine besonders hohe Starrheit aufweisen. Bei beiden vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen bekannten Vorrichtungen liegt außerdem das Ausgleichsgewicht nicht in der durch die Mitte der Kurbelwclle hindurchgehenden, rechtwinklig zu derselben verlaufenden und mit der starren Trennwand 11' zusammenfallenden Ebene.
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung ist in den F i g. 2 bis 5 für einen Vierzylinder-Reihenmotor dargestellt. Dieser Motor besitzt einen Zylinderblock 1, einen Zylinderkopf 2, eine Zylinderkopfhaube 3, eine ölwanne 4, eine Kurbelwelle 5, eine auf der linken Seite eines Abschnittes 7 des Zylinderblockes 1 angeordnete Ausgleichswelle 6 und eine in
jo der gleichen Weise, jedoch auf der rechten Seite des Zylinderblockabschnittes 7 gegenüber der linken Ausgleichswclle 6 angeordnete rechte Ausgleichswelle 8. Beide Ausgleichswellen besitzen die gleiche Form. Die Ausgleichswelle 8 wird über die Kettenradwelle 8a an-
J5 getrieben, welche ein Zahnrad 8" trägt, das mit dem Zahnrad 8' auf der Ausgleichswelle 8 kämmt, wie dies Fig.5 zeigt. Die Befestigung dieses Zahnrades 8' auf der Ausgleichswelle 8 erfolgt dabei über eine Unterlegscheibe Sb und eine Schraube 8c. Jeweils auf dem Ende der Ausglcichswelle 6 und der Kcttenradwelle 8a sind mittels Schrauben 11 bzw. 12 und Unterlegscheiben 13 bzw. 14 Kettenräder 9 bzw. 10 befestigt. Die über diese beiden Kettenräder 9 und 10 hinweglaufende Kette 50' läuft gleichzeitig über ein Kettenrad 15, welches auf der Kurbelwelle 5 befestigt ist, so daß über diese Kurbelwelle 5 beide Ausgleichswellen 6 und 8 angetrieben werden.
Die beiden Ausgleichswellen 6 und 8 weisen an der Seile, an welcher ein Ausgleichsgewicht ausgebildet ist, einen Lagerzapfen 16 auf. Wie die F i g. 2 und 4 zeigen, ist längs der Achse einer jeden Ausgleichswelle beiderseits dieses Lagerzapfens 16 ein Ausgleichsgewicht 17 geteilt in Teilgcwichte 17a und 176 ausgebildet. Dadurch wird dieses Ausgleichsgewicht 17 über den Lagerzapfen 16 einwandfrei durch ein Ausgleichswellenlager 18 bzw. 19 an den beiden Seiten des Zylinderblockes 1 abgestützt, d. h. es erfolgt keine einseitige Lagcrbclastung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das
bo Ausgleichsgewicht 17 derart geformt, daß es sich in gleichen Abständen beiderseits der Achse des Lagerzapfens 16 erstreckt, welcher die gesamte Masse des Ausgleichsgewichtes 17 halbiert. Andererseits ist es auch möglich, die Masse des Ausgleichsgewichtes in irgendeinem an-
t>5 deren geeigneten Verhältnis zu teilen und seine sich beiderseits dieser Achse erstreckenden Längen im umgekehrten Verhältnis einzustellen. So kann beispielsweise, wie dies gestrichelt in F i g. 4 dargestellt ist, ein Aus-
gleichsgewicht 17a, dichter am Lagerzapfen 16 ausgebildet werden, wenn das gesamte Ausgleichsgewicht 17 wie vorstehend beschrieben unterteilt wird.
An dem anderen Ende der Ausgleichswellen 6 und 8 sind Lagerzapfen 20 ausgebildet, welche durch Lager 21 bzw. 22 in der Stirnwand des Zylinderblockes 1 gelagert sind, während die nach außen über diesen Lagerzapfen 20 hinausragenden Enden der Ausgleichswellen die Kettenräder 9 bzw. 10 tragen. Beide Ausgleichswellen 6 und 8 besitzen einen ölkanal 23. in welchem über eine nicht dargestellte ölpumpe das Schmieröl aus der ölwanne 4 an die Lager 18, 19, 21 und 22 herangeführt wird. Die beiden Ausgleichswellenlager 18 und 19 auf der Seite der Ausgleichsgewichte 17 sind in einem sehr starren Teil des Zylinderblockes 1 angeordnet, in welchem eine Trennwand 25 bzw. bei einer Vierzyiindermaschine die Trennwände 25a, 25b und 25c zwischen den Zylindern 24. ausgebildet ist, so daß die Belastung der Ausgleichsgewichte von diesen Trennwänden aufgenommen werden. Bei einem Mehrzylindermolor, wie beispielsweise bei dem Vierzylindermotor des dargestellten Ausführungsbeispiels, sind die Ausgleichswellenlagcr 18 und 19 in einer Trennwand in der Mitte der Kurbelwelle 5, d. h. in der Trennwand 25b zwischen dem zweiten Zylinder 24£> und dem dritten Zylinder 24c, angeordnet.
Da der in den Figuren dargestellte Vierzylinder-Verbrennungsmotor in seinem Aufbau im wesentlichen einer üblichen Vierzylinder-Reihenmaschine mit Obensteuerung entspricht, sollen hier nur seine Hauptieile kurz erläutert werden. Auf der Kurbelwelle 5 sind Pleuelstangen 26 mit ihrem dicken Ende 29 jeweils auf den Kurbelzapfen 27 der Kurbelwelle 5 über Lagerschalen 28 mittels einer Schraube 30 und Mutter 31 gelagert, während ein Kolben 32 am schmalen Ende 33 der Pleuelstange 26 über einen Kolbenbolzen 34 mit Seegerring 35 angelenkt ist. Diese Kolben 32 bilden in ihrem jeweiligen Zylinder 24 eine Verbrennungskammer 36, in welche eine Zündkerze 37 hineinragt.
In der Nockenwellenkammer 39 ist eine Nockenwelle 38 gelagert, welche über Kipphebel 40 einer Kipphebelwelle 41 ein Einlaßventil 42 mit einer Ventilfeder 43 auf einen Ventilsitz 44 arbeiten läßt. Die Nockenwelle 38 trägt ein Kettenrad 46, welches mittels Beilegcseheiben 47 und 48 sowie einer Schraube 49 auf ihr befestigt ist, während eine Steuerkette 50 zu einem Kettenrad 46' auf der Kurbelwelle 5 läuft, so daß die Drehzahl der Nokkenwelle 38 gleich der halben Drehzahl der Kurbelwelle 5 ist. In der Stirnwand des Zylinderblockes 1 ist eine Wasserpumpe 51 angeordnet, welche aus einem Pumpengehäuse 52. einer Pumpenwelle 53 und einem Pumpenflügelrad 54 usw. besteht. Die Pumpenwelle 53 trägt eine Keilriemenscheibe 55 mit daran befestigtem Lüfter 56. Von der Keilriemenscheibe 55 läuft ein Keilriemen 62 zu einer Keilriemenscheibe 59, welche mittels einer Unterlegscheibe 60 und einer Schraube 61 am vorderen Ende der Kurbelwelle 5 befestigt ist. Durch diesen über die Keilriemenscheiben 55 und 59 hinweglaufendcn Keilriemen 62 wird die Drehung der Kurbelwelle 5 außer an die Wasserpumpe 51 auf eine nicht dargestellte Lichtmaschine und eventuell weitere Aggregate übertragen. Die Kurbelwelle 5 trägt außerdem am rückwärtigen Ende eine Riemenscheibe 63. während das Bezugs/eichen 64 die Ansaugleitung für die nicht dargestellte ölpumpe zeigt. Beim Starten des vorbeschriebenen Motors wird bei einer Winkelgeschwindigkeit wder Kurbelwelle 5 in Ri<hiiuij.'des in l·ι κ. Semge/eiihnelen Heiles rimiial die Nockenwelle W iiber die Kellen 50 und die Kettenräder 4f> und Ab' in Drehung versetzt. Hei einer Winkelgeschwindigkeit wder Kurbelwelle 5 wird die Ausgleichswelle 6 in der gleichen Richtung wie die Kurbelwelle 5 mit einer Winkelgeschwindigkeit 2w über die Kette 50 und das Kettenrad 10 in Drehung versetzt. ■j Gleichzeitig wird die Ausgleichswelle 8 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit 2w, jedoch in entgegengesetzter Richtung zur Ausgleichswelle 6 über das Kettenrad 10 und die Kellenradwelle 8a in Drehung versetzt. Auf diese Weise werden Schwingungen des Motors während seines Betriebes durch die hin- und hergehenden Massen einwandfrei verhindert. Wie die Fig.3 und 4A zeigen, ist das Ausgleichsgewicht 17 einer jeden Ausglcichswelle beiderseits des Lagerzapfens 16 in die beiden Gewichtshälften 17a und 176 halbiert und wird vom Ausgleichswellenlager 18 bzw. 19 längs der Achse der Ausgieichsweiie 6 bzw. 8 abgestützt, so daß die Belastung der Ausgleichswelle durch die Ausgleichsgewichte von den Ausgleichswellenlagern 18 und 19 aufgefangen wird. Infolgedessen können die Ausgleichswellenlager nicht mehr mit den Ausgleichsgewichten auf ihrer einen Seite in Berührung kommen, so daß keinerlei einseitige Abnutzung mehr erfolgen kann, die Lebensdauer der Lager verlängert und das Auftreten von Motorschwingungen stark herabgesetzt wird. Außerdem sind diese Ausgleichswellenlager in dem Teil des Zylinderblockes 1 angeordnet, in welchem die sehr starre Trennwand 25b liegt, so daß ihre Belastung von dieser aufgenommen wird und infolgedessen Vibrationen und Resonanzschwingungen des Zylinderblockes 1 mit den dajo durch verursachten Geräuschen und eventuell ein Riß im Zylinderblock 1 verhindert wird. Zusätzlich wird die Last der Ausgleichsgewichte 17 praktisch nicht auf die anderen Lager 21 und 22 übertragen, wodurch die Betriebssicherheit wesentlich erhöht wird. Vor allem aber wird durch diese Ausbildung jede Ausgleichswelle mit Ausnahme des Teiles, an welchem das Ausgleichsgewicht 17 ausgebildet ist, praktisch nicht durch das Ausgleichsgewicht 17 belastet. Infolgedessen brauchen die Ausgleichswellen nur eine derartige Abmessung zu haben, daß eine Verdrehung der Ausgleichsgewichte 17 in der vorbeschriebenen Weise mit der Kurbelwelle 5 betriebssicher erzielbar ist. Daher kann der Durchmesser der Ausgleichswellen 6, 8 gegenüber den bisher üblichen Ausgleichswellen wesentlich vermindert werden, so daß die Kosten der Ausgleichswellen und auch die Abmessung des gesamten Motors stark verringert werden können.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die beiden Ausgleichswellen nicht nur parallel zueinander rechts und links der Kurbelwelle angeordnet, sondern liegen auch über derselben. Die gleichen Resultate lassen sich jedoch auch dann erzielen, wenn sie in der gleichen Höhe wie die Kurbelwelle angeordnet sind oder auch in gleicher Richtung in Drehung versetzt werden. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich für Verbrennungsmotoren mit hin- und hergehenden Kolben aller bisher bekannten Bauarten einsetzen.
Hier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Ausgleich der durch die hin- und hergehenden Massen hervorgerufenen Massenkräfte bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bestehend aus zwei beiderseits der Kurbelwelle im wesentlichen parallel zu derselben angeordneten und antriebsmäßig mit derselben verbundenen Ausgleichswellen, die in bezug aufeinander gegenläufig mit doppelter Kurbelwellendrehzahl drehbar sind und je ein Ausgleichsgewicht tragen, das in: Bereich einer ein Kurbelwellenlager enthaltenden radialen Mittelebene angeordnet ist, wobei jede Ausgleichswelle zwei Lagerzapfen aufweist, von denen je einer nahe einem der beiden Ausgleichswellenenden ausgebildet ist und in einem entsprechenden Ausgleichswellenlager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ausgleichsgewicht (17) in zwei sich gleichweit von einem der Lagerzapfen (18 bzw. 19) beiderseits desselben erstreckende Gewichtshälfte (17a. \7b) aufgeteilt ist, die gemeinsam vom zugeordneten Ausgleichswellenlager (18 bzw. 19) abgestützt sind.
2. Vorrichtung zum Ausgleich der durch die hin- und hergehenden Massen hervorgerufenen Massenkräfte bei einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, bestehend aus zwei beiderseits der Kurbelwelle im wesentlichen parallel zu derselben angeordneten und antriebsmäßig mit derselben verbundenen Ausgleichswellen, die in bezug aufeinander gegenläufig mit doppelter Kurbelwellendrehzahl drehbar sind und je ein Ausgleichsgewicht tragen, das im Bereich einer ein Kurbelwellenlager enthaltenden radialen Mittelebene angeordnet ist, wobei jede Ausgleichswelle zwei Lagerzapfen aufweist, von denen je einer nahe einem der beiden Ausgleichswellcnenden ausgebildet ist und in einem entsprechenden Ausgleichswellenlager gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ausgleichsgewicht (17) in zwei bedarfsmäßig bemessene ungleiche Teilgewiehtc aufgeteilt ist und diese sich beiderseits von einem der Lagerzapfen (18 bzw. 19) in zu dem Massenverhältnis der beiden Gewichtsteile umgekehrten Verhältnis erstrecken und gemeinsam vom zugeordneten Ausgleichswellenlager (18 bzw. 19) abgestützt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der beiden Ausgleichswellen (6,8) aus Kettenrädern und einer Kette oder Riemenscheiben und einem Riemen besteht und dicht neben dem durch das Ausgleichsgewicht (17) nicht belasteten Lagerzapfen (20) einer jeden Ausgleichswelle angreift.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (18 bzw. 19) für die durch die Ausgleichsgewichte (17) belasteten Lagerzapfen (16) der beiden Ausgleichswcllcn (6 bzw. 8) unmittelbar im Anschluß an eine starre Trennwand (25) zwischen zwei Zylindern (24) zu deren beiden Seiten angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausglcidiswcllenlagcr (18 bzw. <9) der beiden Ausgleichswellen (6 bzw. 8) in der Ebene der Trennwand (25) angeordnet sind, welche im wesentlichen durch den Längsmittelpunkt des /ylindcrblockes(l)geht.
b. Vorrichtung mich Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß bei einer 4-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine die Lager (18 bzw. 19) in der Ebene der Zyündertrennwand (25b) zwischen dem zweiten und dem dritten Zylinder angeordnet sind.
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