DE2649467A1 - Einrichtung zum ausgleich der massenkraefte von hubkolben-kurbelwellenmaschinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Ausgleich der Massen
• kräfte von Bubkolben-Surbelwellenmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Eirrichtung zum zumindest teilweisen Ausgleich der freien Massenkräfte- bzw. -momente von Hubkolben-Eurbelwellenmaschinens insbesondere zum Ausgleich der Massen kräfte II. Ordnung von 4 Zylinder-Viertakt-Reihenmaschinen.
• Bekanntlich treten beim Betrieb von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen Nassenkräfte und momente auf, die besonders durch die hin- und hergehenden Teile, wie Kolben, Pleuelstange und dergleichen verursacht sind und die äe nach Art der Maschine sowie nach Zahl und Anordnung der Kurbelkröpfungen in mehr oder weniger großem Maße unausgeglichen sind und damit das Laufverhalten und die Laufruhe der Maschine wesentlich beeinflussen.
• Nun können bekanntlich die in Zylinderlängsrichtung auftretenden Massenkräfte I. und II. Ordnung durch umlaufende Gegengewichte beziehungsweise Gegengewichtspaare ausgeglichen werden. So ist eine als Lanchester-Ausgleich bezeichnete Einrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte II. Ordnung an Kolbenmaschinen, insbesondere an Vierzylinder-Yiertakt-Reihenmotoren, bekannt, bei der zwei mit Gegengewichten versehene Nebenwellen in zueinander entgegengesetzter Richtung mit doppelter Kurbelwellendrehzahl umlaufen.
• Diese Massenausgleichseinrichtung erfordert jedoch einen relativ hohen Bauaufwand und eine große 3baulänge; außerdem verursacht sie wegen der hohen Drehzahl der Hilfswellen und deren Antriebe beträchtliche Geräusche. Ein weiterer Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß eine derartige Ausgleichseinrichtung von vornnerein bei der Konstruktion der Rubkolben-Kurbelwellenmaschine berücksichtigt werden muß und daß ein nachträglicher Einbau dieser Einrichtung an einer vorhandenen Maschine nicht möglich ist.
• Weiterhin zeigt sich, daß neben den in Zylinderlängsrichtung auftretenden Massenkräfxe auch auf die Zylindergleitbahn einwirkende &uerkräfte vorhanden sind, die gleichfalls pulsierende, freie Kräfte in den Aggregat-Lagern ler Hubkolben-Kurbelwellenmaschineerzeugen. SolcheGleitbahn-Kräfte ergeben sich als Querkomponenten der an den Pleueln wirkenden Massen- und Gaskräfte infolge der wahrend der Kurbeiwellendrehung erfolgenden Schwenkbewegung der Pleuel.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird daher darin gesehen, eine Massenkraft- bzw. Momenten-Ausgleichseinrichtung für Rubkolben-Kurbelwellenmaschinen zo schaffen, die mit sehr geringem Aufwand an Bauraum und Baukosten einen zumindest teilweisen Ausgleich der in Zylinderlängs- und Querrichtung einwirkenden Massenkräfte beliebiger Ordnung ermöglicht. Darüberhinaus soll stich die erfindungsgemäße Massenkraft- bzw. Momenten-Ausgleichseinrichtung auch zum nachträglichen Anbau an bereits vorhandenen Rubkolben-Kurbelwellenmaschinen eignen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird von der Erfindung vorgeschlagen, daß an einer Stirnseite der Rubkolben-Kurbelwellenmaschine eine exzentrisch gelagerte Ausgleichsmasse vorgesehen ist, die mit einer der auszugleichenden Nassenkraftordnung entsprechenden Übersetzung von der Kurbelwelle in einer zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene antreibbar ist. Die Größe der erfindungsgemäßen Ausgleichsmasse wird nun zweckmäßigerweise so bemessen, daß durch die von ihr erzeugten Kräfte sowohl die in Zylinderlängerichtung verlaufenden Massenkräfte als auch die dazu senkrecht verlaufenden Gleitbahn-Querkräfte zumindest teilweise ausgeglichen werden. Der wesentliche Vorteil der erfindungagemäBen Ausgleichseinrichtung besteht dabei darin, daß sie relativ wenig Bauaufwand und Bauraum erfordert und daß sie auch bei schon vorhandenen Hubkolben-Kurbelwollenmaschinen noch nachträglich eingebaut werden kann. Wenn auch ein vollständiger Ausgleich der Massenkräfte und Nassenmomente durch die erfindungsgemäße Einrichtung nicht möglich ist, so ist es doch häufig für das Schwingungs- und Geräuschverhalten einer Brennkraftmaschine ausreichend, wenn wenigstens ein teilweiser Ausgleich erreicht wird.
• Sollen die Gleitbahn-Nassenkräfte der Hubkolben-Eurbelwellenmaschine ausgeglichen werden, so muß die Ausgleichsmasse gemäß der Erfindung mit gleicher Drehrichtung wie die Kurbelwelle angetrieben werden. Bei umgekehrter Drehrichtung der Ausgleichæmasse lassen sich dagegen die Gleitbahn-Gaskräfte der Hubkolben-Kurbelwelienmaschine au3gleichen.
• Die Ausgleichseinrichtung kann sowohl über Zahnräder als auch über Zahnriemen von der Kurbelwelle aus angetrieben werden. Im letzteren Fall ist es auch möglich, daß eine die exzentrische Ausgleichsmasse aufweisende Antriebsscheibe als ges ahne Spannrolle für den von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwellen-Zahnriementrieb ausgebildet ist.
• Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfunrungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt in schematischer Darstellungweise Figur 1 eine Seitenansicht eines Motor-Getriebe-Aggregates eines Kraftfahrzeuges mit einer an der Stirnseite angeordneten Massenausgleichseinrichtung gemäß der Erfindung und Figur 2 eine Ansicht des Aggregates von der Stirnseite her.
• In der Zeichnung ist mit 1 das aus einem beispielsweise 4-Zylinder-Viertakt-Reihenmotor 2 und einem Getriebe 3 bestehende Bntriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs bezeichnet. 4 stellt ein an der Stirnseite der Kurbelwelle angebrachtes Zahnrad zum Antrieb eines Nockenwellenzahnrades 5 sowie einer Antriebsscheibe 6 der Massenausgleichseinrichtung dar. Diese Massenausgleichseinrichtung ist an der Stirnseite des Motors 2 angeflanscht und wird, wie aus der Figur 2 näher hervorgeht, über einen Zahnriemen 8 angetrieben. Der ZaSnriementrieb weist neben dem Kurbelwellenzahnrad 4 und dem Nockenwellenzahnrad 5 noch ein Umlelskzahnrad 9 sowie gegebenenfalls eine Spannrolle zur Straffung des Zahnriemens auf. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, kann jedoch auch die Antriebsscheibe 6 drMassenausgleichseinrichtung selbst als Spannrolle zur Spannung des Zahnriemens herangezogen werden.
• Die Massenausgleichseinrichtung besteht nun im wesentlichen aus einer an der Antriebsscheibe 6 exzentrisch angeordneten Ausgleichsmas se 7, die als Unwucht bei ihrer Drehung eine radial verlaufende Zentrifugalkraft erzeugt, die in der Figur 1 mit FA angedeutet ist. Diese Zentrifugalkraft soll nun erfindungsgemäß zum Ausgleich der beim Betrieb der Hubkolben-Kurbelwellenmaschine entstehenden freien Massenkräfte- bzw. -momente herangezogen werden, deren in Zylinderlängarichtung verlaufende Reeultierende in der Zeichnung mit FM angedeutet ist. Es handelt sich dabei vor allem um Massenkräfte II. Ordnung, die durch Gegengewichte an den Pleueln nicht ausgeglichen werden können.
• Um diese Massenkräfte ausgleichen zu können, muß das Antriebsrad 6 der Massenausgleichseinrichtung mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben werden. Je nach Drehrichtung der Antriebsscheibe 6 lassen sich aber auch noch die quer zur Zylinderlängsrichtung verlaufenden Gleitbahnkräfte durch die Querkomponenten der von der Ausgleichsmasse erzeugten Zentrifugalkräfte ausgleichen. So lassen sich die aus den Massenkräften herrührenden Gleitbahnkräfte zusätzlich ausgleichen, wenn die Drehrichtung der Kurbelwelle mit der Umlaufrichtung der die Ausgleichsmasse 7 aufweisenden Antriebsscheibe 6 gleich ist. Sollen dagegen nur die beim Expansionshub auftretenden, aus der Gaskraft herrührenden Gleitbahnkräfte ausgeglichen werden, dann muß das Antriebsrad 6 entgegen der Umlaufrichtung der Kurbelwelle angetrieben werden (Figur 2). Auch wäre hier nur ein Teilausgleich möglich, da diese aus den Gaskräften herrührenden Gleitbahnkräfte eben nur bei einem Hub auftreten. Es zeigt sich also, daß nicht gleichzeitig die aus den Massenkräften und aus den Gaskräften herrührenden Gleitbahnkräfte ausgeglichen werden können, da beide Kräfte entgegengesetzt gerichtet sind.
• Da die erfindungsgemäße Massenausgleichseinrichtung nicht dort angebracht werden soll, wo die Resultierenden der unausgeglichenen Massenkräfte des Kurbeltriebs wirken, sondern wegen des leichteren'nachträglichen Anbaus an einer Stirnseite des Motor-Getriebe-Aggregates, ergibt sich zwar die Möglichkeit eines solchen nachträglichen Einbaus, jedoch können nicht mehr die Massenkräste und die von diesen Kräften ausgeübten Momente um den Aggregatschwerpunkt 10 zur gleichen Zeit vollständig ausgeglichen werden. Da aber gerade diese freien Momente häufig die Ursache für unerwünschte Geräusch- und Schwingungsentwicklung an einer Rubkolben-Kurbelwellenmaschine sind, wird man anstreben, zumindest diese Momente weitgehend auszugleichen. Bei dem stirnseitigen Anbau der erfindungsgemäßen Massenausgleichseinrichtung stellt sich dabei der Vorteil des relativ großen Hebelarms b der Ausgleichskräfte FA zum Schwerpunkt 10 ein, der es ermöglicht, die Ausgleichsmasse zum Momentenausgleich im Verhältnis der Rebelarme a : b klein zu halten. Dadurch vereinfacht sich die konstruktive Ausgestaltung der Ausgleichseinrichtung wesentlich. Es verbleiben jedoch im/Schwerpunkt wirkende unausgeglichene Restkräfte in der Größenordnung der Differenz zwischen den Massenkräften FM und den Ausgleichskräften FA. Der von der Erfindung vorgesehene Antrieb der Massenausgleichseinrichtung mittels eines Zahnriemens ergibt darüberhinaus eine günstige Elastizität des Antriebs und ermöglicht es auch, die Drehrichtung der Antriebsscheibe 6 den Wünschen entsprechend frei festzulegen.

Claims (4)

1. IINSPRÜCHE U Einrichtung zum zumindest teilweisen Ausgleich der freien Massenkräfte bzw. -momente von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen, insbesondere zum Ausgleich der Massenkräfte II. Ordnung von Vierzylinder-Viertakt-Reihenmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnseite der Hubkolben-Kurbelwellenmaschine (2) eine exzentrisch gelagerte Ausgleichsmasse (7j vorgesehen ist, die mit einer der auszugleichenden Massenkraftordnung entsprechenden tbersetsung von der Kurbelwelle in einer zur Kurbeiwellenachse senkrechten Ebene antreibbar ist.
2. 2. Massenausgleichseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse (7) zum Ausgleich der Gleitbahn-Massenkräfte. der Hubkolben-Kurbelwellenmaschine (2) mit gleicher Drehrichtung wie die Kurbelwelle antreibbar ist.
3. 3. Massenausgleichs einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekeunzeich net, daß die Ausgleichsmasse (7) zum Ausgleich der Gleitbahn-Gaskräfte der Hubkolben-Kurbelwellenmaschine (2) mit einer zur Kurbelwelle entgegengeaetzten Drehrichtung antreibbar ist.
4. 4. Massenausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine die exzentrische Ausgleichsmasse (7) aufweisende Antriebsscheibe (6) als gezahnte Spannrolle für einen von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwellen-Zahnriementrieb ausgebildet ist.