DE2742091A1 - Einrichtung zum ausgleich der massenkraefte und -momente von hubkolben-kurbelwellenschinen - Google Patents

Einrichtung zum ausgleich der massenkraefte und -momente von hubkolben-kurbelwellenschinen

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DE2742091A1
DE2742091A1 DE19772742091 DE2742091A DE2742091A1 DE 2742091 A1 DE2742091 A1 DE 2742091A1 DE 19772742091 DE19772742091 DE 19772742091 DE 2742091 A DE2742091 A DE 2742091A DE 2742091 A1 DE2742091 A1 DE 2742091A1
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    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22Compensation of inertia forces
    • F16F15/26Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/264Rotating balancer shafts
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Description

  • Einrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte und
  • -momente von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ausgleich der freien Massenkräfte bzw. -momente von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen, insbesondere zum Ausgleich der Massenkräfte und momente II.
  • Ordnung von 4-Zylinder-Reihenmotoren, die mit einem Geschwindigkeitswechselgetriebe zu einem gemeinsam in einem Fahrzeug gelagerten Antriebsaggregat zusammengefaßt sind.
  • Bekanntlich treten beim Betrieb von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen freie Massenkräfte und -momente auf, die besonders durch die hin- und hergehenden Teile, wie Kolben, Pleuelstange und dergl. verursacht sind und die je nach Art der Maschine sowie nach Zahl und Anordnung der Kurbelkröpfungen in mehr oder weniger große Maße unausgeglichen sind und damit das Laufverhalten und die Laufruhe der Maschine wesentlich beeinflussen.
  • Von diesen unausgeglichenen Massenkräften lassen sich diejenigen der I. und II. Ordnung durch umlaufende Gegengewichte, bzw. Gegengewichtspaare, ausgleichen. So ist eine als Lanchester-Ausgleich bezeichnete Einrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte II. Ordnung an Kolbenmaschinen, insbesondere an 4-Zylinder-Viertakt-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 Bauhöhe oder Baubreite; außerdem verursacht sie wegen der hohen Drehzahl der Hilfswellen und der Antriebe beträchtliche Geräusche. Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß eine derartige Ausgleichseinrichtung von vornherein bei der Konstruktion der Hubkolben-Kurbelwellenmaschine berücksichtigt werden muß und daß ein nachträglicher Einbau an einer vorhandenen Maschine nicht möglich ist.
  • Es sind auch schon Ausgleichseinrichtungen vorgeschlagen worden, die an einer Stirnseite der Hubkolben-Kurbelwellenmaschine angeordnet sind und die aus einer mit einer exzentrisch angeordneten Ausgleichsmasse versehenen Antriebsscheibe oder aber aus einem Planetengetriebe bestehen, bei dem in einem feststehenden innenverzahnten Sonnenrad ein mit einer exzentrischen Ausgleichsmasse versehenes Planetenrad umläuft, das seinerseits exzentrisch an einem in einem bestimmten Verhältnis zur Kurbelwellendrehzahl angetriebenen Treibrad gelagert ist (Patentanmeldungen P 26 49 467.7 und P 26 29 529.4). Mit diesen Einrichtungen lassen sich zwar bei 3- und 5-Zylindermotoren die dort vorhandenen freien Momente II. Ordnung vollkommen ausgleichen.
  • Bei 2- und 4-Zylinder-Reihenmotoren liegen jedoch freie Kräfte II.
  • Ordnung vor, die sich mit diesen Einrichtungen nur unvollständig ausgleichen lassen, beispielsweise in der Weise, daß ein Teil der freien Kraft II. Ordnung und das gesamte freie Moment, das sich in Bezug auf den Schwerpunkt des aus dem Motor und dem anhängenden Getriebe bestehenden Aggregates ergibt. Dadurch läßt sich zwar eine Verminderung der durch die Kräfte und Momente bedingten Schwingungsausschläge an der Motorstirnseite erreichen; gleichzeitig tritt jedoch eine Erhöhung der Schwingungsausschläge an der getriebeseitigen Stirnseite des Aggregates auf.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, die in diesen älteren Patentanmeldungen vorgeschlagenen Massenausgleichseinrichtungen weiterzubilden, um dadurch vor allem auch für die heute üblichste Motorenart, nämlich für einen 4-Zylinder-Viertakt-Reihenmotor eine wesentliche Reduzierung der Schwingungsausschläge ohne wesentliche Vergrößerung des Bauaufwandes zu erreichen. Auch soll ein nachträglicher Einbau der Ausgleichseinrichtung in bereits vorhandene Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen möglich sein.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß an beiden Stirnseiten der Hubkolben-Kurbelwellenmaschine Vorrichtungen angeordnet sind, die in einer zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene umlaufende Ausgleichskräfte erzeugen und die mit einer der auszugleichenden Massenkraftordnung entsprechenden Übersetzung gegenüber der Kurbelwelle antreibbar sind. Durch diese Vorrichtungen, die, wie bei den älteren Anmeldungen, aus mit exzentrisch angeordneten Ausgleichsmassen versehenen Antriebsscheiben oder aber aus einem Planetengetriebe mit einem mit einer exzentrischen Ausgleichsmasse versehenen Planetenrad bestehen können, kann nun eine weitere Verminderung der freien Massenkräfte und ein vollständiger Ausgleich der freien Massenmomente II. Ordnung erreicht werden Durch eine geeignete Variation der Ausgleichsmassen, die durchaus eine unterschiedliche Größe aufweisen können, lassen sich die Schwingungsausschläge an der Motorstirnseite bzw. an dem Getriebeende des aus Motor und Getriebe bestehenden Aggregates beliebig und auf zulässige Werte einstellen. Da diese Ausgleichsvorrichtungen jeweils nur an den Stirnseiten des Motors angebracht werden, wobei der Antrieb über Zahnriemen, Ketten oder Zahnräder von der Kurbelwelle, der Nockenwelle oder auch von einem Zahnkranz am Schwungrad erfolgen kann, lassen sich diese Einrichtungen auch an bereits bestehenden Motoren ohne eine wesentliche Veränderung der sonstigen Bauabmessungen unterbringen. Jedenfalls ist keine vollständige Umkonstruktion eines Motors notwendig, wenn an einen wenigstens teilweisen Ausgleich der freien Massenkräfte und -momente einer solchen Hubkolben-Kurbelwellenmaschine gedacht ist.
  • Je nach Drehrichtung der Ausgleichsmassen lassen sich neben den in Zylinderlängsrichtung auftretenden Massenkräfte auch die auf die Zylindergleitbahn einwirkenden Querkräfte ausgleichen, die ebenfalls pulsierende, freie Kräfte in den Aggregate-Lagern erzeugen. Solche Gleitbahn-Kräfte ergeben sich als Querkomponenten der an den Pleueln wirkenden Massen- und Gaskräfte infolge der während der Kurbelwellendrehung erfolgenden Schwenkbewegung der Pleuel. So lassen sich die Gleitbahn-Massenkräfte durch Antrieb der Ausgleichsmasse in der gleichen Drehrichtung wie die Kurbelwelle und die Gleitbahn-Gaskräfte durch Antrieb der Ausgleichsmasse in der entgegengesetzten Drehrichtung zumindest teilweise ausgleichen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und sollen im folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigt in schematischer Darstellungsweise Figur 1 eine Seitenansicht eines Motor-Getriebe-Aggregates eines Kraftfahrzeugs mit an den Stirnseiten des Motors angeordneten Ausgleichseinrichtungen, die aus mit exzentrischen Ausgleichsmassen versehenen Treibrädern bestehen und Figur 2 eine Ausführung, bei der die Ausgleichseinrichtungen aus Planetengetrieben bestehen, deren Planetenräder exzentrische Ausgleichsmassen tragen.
  • In den beiden Figuren der Zeichnung ist jeweils mit 1 ein aus einem beispielsweise 4-Zylinder-Viertakt-Reihenmotor 2 und einem Geschwindigkeitswechselgetriebe 3 bestehendes Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs bezeichnet. 4 stellt ein an der Stirnseite der Kurbelwelle angebrachtes Zahnrad zum Antrieb eines Nockenwellenzahnrades 5 dar.
  • An den beiden Stirnseiten des Motors 2 sind jeweils gleichartige Vorrichtungen 6a und 6b bzw. 12a und 12b angeflanscht, die in einer zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene umlaufende Ausgleichskräfte erzeugen und die mit einer der auszugleichenden Massenkraftordnung entsprechenden Übersetzung gegenüber der Kurbelwelle 4, vorzugsweise also zum Ausgleich der Massenkräfte II. Ordnung mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle, angetrieben werden.
  • Bei der Ausführung nach der Figur 1 bestehen diese Vorrichtungen 6a und 6b aus einem Treibrad 7 bzw. 9, das jeweils eine exzentrisch angeordnete Ausgleichsmasse 8 bzw. 10 trägt. Das Treibrad 7 bzw. 9 wird in der hier gezeigten Ausführung von einem auf der Nockenwelle angebrachten Zahnrad 11a bzw. 11b beispielsweise über einen Zahnriementrieb angetrieben. Es wäre jedoch auch ohne weiteres ein Zahnradtrieb, auch direkt von der Kurbelwelle,möglich. Auch könnte bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel der Antrieb des Treibrades 7 in der Weise erfolgen, daß dieses als gezahnte Spannrolle für einen von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwellen-Zahnriementrieb ausgebildet ist und so gleichzeitig mit der Nockenwelle von der Kurbelwelle angetrieben wird. Das zweite Treibrad 9 könnte dann auch mittels einer durch den Motor hindurchgesteckten Antriebswelle zusammen mit dem Treibrad 7 angetrieben werden. Als Antrieb für das zweite Treibrad 9 könnte sich auch ein Antrieb von dem hier nicht gezeigten Schwungrad als günstig erweisen, das sich zwischen dem Motor 2 und dem Getriebe 3 befindet.
  • Bei der Ausführung nach der Figur 2 ist als Ausgleichsvorrichtung ein Planetentriebsatz 12a bzw. 12b gezeigt, der aus einem in einem feststehenden, innenverzahnten Glockenrad 13 im Verhältnis 1 : 2 kämmenden Planetenrad 14 besteht, das eine exzentrische Ausgleichsmasse 17 trägt. Das Planetenrad ist seinerseits exzentrisch an einer Tragscheibe 15 gelagert, die starr mit einem Treibrad 16 verbunden ist, das in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Zahnriemen von einem auf der Nockenwelle angeordneten Zahnrad 11a angetrieben wird. An der Tragscheibe 15 ist diametral gegenüber dem Planetenrad 14 ein Gegengewicht 18 angebracht, dessen Masse so bemessen ist, daß die von dem Planetenrad verursachte, umlaufende Massenkraft gerade ausgeglichen wird, so daß nur die von der Ausgleichsmasse 17 erzeugte Ausgleichskraft übrig bleibt, die sowohl zum Ausgleich der in Zylinderlängsrichtung verlaufenden unausgeglichenen Massenkräfte des Motors 2 als auch zum Ausgleich der dazu senkrechten Gleitbahnquerkräfte herangezogen werden kann.
  • Die Ausgleichskräfte sind in den Figuren der Zeichnung mit FA1 bzw.
  • FA2 bezeichnet. Die zugehörigen Hebelarme von dem mit S angedeuteten Schwerpunkt des gesamten aus Motor 2 und Getriebe 3 bestehenden Aggregates 1 sind mit b und c angegeben, während a der Hebelarm der Resultierenden der freien Massenkräfte II. Ordnung FII des Motors sind. Wie oben bereits erwähnt wurde, können die Ausgleichsmassen unterschiedliche Größen aufweisen, so daß die an den beiden Stirnseiten des Motors erzeugten Ausgleichskräfte unterschiedlich groß sind. Durch geeignete Bemessung der Ausgleichsmassen können dann die im Bereich der Lagerung an den Aggregateenden auftretenden Schwingungsausschläge auf relativ niedrige Werte begrenzt werden, die eine wesentliche Verbesserung des Geräuschverhaltens des Fahrzeugs und damit des Komforts bewirken.

Claims (5)

  1. ANSPRÜCHE 1. Einrichtung zum Ausgleich der freien Massenkräfte bzw. -momente von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen, insbesondere zum Ausgleich der Massenkräfte und -momente II Ordnung von 4 Zylinder Reihenmotoren, die mit einem Geschwindigkeitswechselgetriebe zu einem gemeinsam in einem Fahrzeug gelagerten Antriebsaggregat zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Stirnseiten der Hubkolben-Kurbelwellenmaschine (2) Vorrichtungen (6a, 6b; 12a,12b) angeordnet sind, die in einer zur Kurbelwellenachse senkrechten Ebene umlaufende Ausgleichskräfte erzeugen und die mit einer der auszugleichenden Massenkraftordnung entsprechenden Übersetzung gegenüber der Kurbelwelle (4) antreibbar sind.
  2. 2. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskräfte der an den beiden Stirnseiten angeordneten Vorrichtungen (6a,6b; 12a,12b) unterschiedlich groß sind.
  3. 3. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Gleitbahnmassenkräfte bzw. der Gleitbahngaskräfte die Vorrichtungen (6a,6b; 12a,12b) mit unterschiedlichen Drehrichtungen gegenüber der Kurbelwelle (4) antreibbar sind.
  4. 4. Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (6a,6b) aus mit exzentrisch angeordneten Ausgleichsmassen (8,10) versehenen Antriebsscheiben (7,9) gebildet sind.
  5. 5. Ausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (12a,12b) jeweils aus einem in einem feststehenden innenverzahnten Glockenrad (13) im Verhältnis 1 :2 kämmenden, eine exzentrische Ausgleichsmasse (17) aufweisenden Planetenrad (14) bestehen, das auf einem angetriebenen Treibrad (16) exzentrisch gelagert ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2520054A1 (fr) * 1982-01-20 1983-07-22 Peugeot Moteur a pistons alternatifs muni d'arbres d'equilibrage
DE4006945A1 (de) * 1990-03-06 1991-09-12 Bayerische Motoren Werke Ag Reihen-hubkolbenmaschine mit obengesteuertem ventiltrieb und einer ausgleichsvorrichtung

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FR2520054A1 (fr) * 1982-01-20 1983-07-22 Peugeot Moteur a pistons alternatifs muni d'arbres d'equilibrage
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