DE2951092A1 - LIFTING PISTON MACHINE WITH BALANCING - Google Patents
LIFTING PISTON MACHINE WITH BALANCINGInfo
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Description
FICHTEL & SACHS AG, Schweinfurt/Main Patent- und GebrauchsmusterhilfsanmeldungFICHTEL & SACHS AG, Schweinfurt / Main Patent and utility model auxiliary application
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolbenmaschine, bestehend aus wenigstens zwei Zylindern, in welchen über Kurbelwellen angetriebene Kolben gleiten, während den Massenkräften auf der Kurbelwelle und/oder getrennt von dieser angeordnete rotierende Ausgleichsgewichte entgegenwirken.The present invention relates to a reciprocating piston engine, consisting of at least two cylinders in which pistons driven by crankshafts slide during the inertia forces counteracting rotating counterweights arranged on the crankshaft and / or separately therefrom.
Üblicherweise werden zum Ausgleich der von den hin- und hergehenden Bauteilen hervorgerufenen Massenkräfte die Kurbelwangen als Gegengewichte ausgebildet, wodurch beispielsweise bei einer Zweizylinder-Huhkolbenmaschine kein vollständiger Ausgleich der Massenkräfte und der Momente zu erzielen ist. Ferner ist es bekannt» auf zusätzlich zu der Kurbelwelle angeordneten Wellen vier Ausgleichsgewichte zu befestigen, die mit Kurbelwellendrehzahl rotieren und deren Massenkräfte entgegengesetzt zu den oszillierenden Kräften der Hubkolbenmaschine wirksam sind. Hierbei werden jeweils zwei Ausgfcichsgewichte auf einer Welle im Abstand zueinander angeordnet und die Wellen rotieren in gegensinniger Drehrichtung. Bei dem Massenausgleich von Mehrzylinder-Hubkalbenmaschinen sind die bekannten Massenausgleichssysteme in mehreren Ebenen angeordnet und der Bauaufwand sowie der Platzbedarf solcher Konstruktionen ist sehr groß.Usually used to compensate for the reciprocating Components caused inertia forces, the crank webs are designed as counterweights, as a result of which, for example, in a two-cylinder Huh-piston engine no complete balance of the inertia forces and the moments can be achieved. It is also known » to fasten four counterweights on shafts arranged in addition to the crankshaft, which rotate at the crankshaft speed and whose inertia forces are effective in opposition to the oscillating forces of the reciprocating piston machine. In each case two balance weights arranged on a shaft at a distance from one another and the shafts rotate in opposite directions of rotation. In the mass balancing of multi-cylinder reciprocating machines, the known mass balancing systems are in several Arranged levels and the construction costs and the space required for such structures is very large.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln einen vollständigen Massenkraft- und Momentausgleich für eine aus wenigstens zwei Zylindern bestehende Hubkolbenmaschine zu schaffen, wobei hierzu ein möglichst geringer Bauraum beansprucht wird.The object of the present invention is to provide a complete balance of inertia and momentum for a simple means to create a reciprocating piston engine consisting of at least two cylinders, which requires as little space as possible will.
Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, daßThis object is achieved according to the invention in that
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zum vollständigen Ausgleich der oszillierenden Kcäfte sowie der Momente der Hubkolbenmaschine die rotierenden Ausgleichsgewichte durch drei mit Kurbelwellendrehzahl umlaufende Ausgleichsräder gebildet werden, welche Gegengewichte tragen und in einer Ebene angeordnet sind. Die Abstände der hin- und hergehenden Massen von den drei ii einer Ebene liegenden Ausgleichsrädern sind dabei so gewählt,' daß außer den Kräften auch die Momente durch diese Ausgleichsräder ausgeglichen werden.to completely balance the oscillating forces as well as the Moments of the reciprocating piston engine are the rotating counterweights by three compensating gears rotating at the crankshaft speed are formed, which carry counterweights and are arranged in one plane. The distances between the reciprocating masses of the three equalizing gears lying on one level are included chosen so that, in addition to the forces, the moments are also compensated by these differential gears.
Wie ein weiteres Merkmal der Erfindung zeigt, werden die Aus- » gleichsräder durch Zahnräder gebildet, wobei das mittlere Zahnrad ca. 50 % und die beiden anderen Zahnräder je ca. 25 % der oszillierenden Kräfte der Hubkolbenmaschine ausgleichen. Eine solche Aufteilung der Gegengewichte auf den Ausgleichsrädern bewirkt, daß das Ausgleichsrädersystem kein Moment bildet.As another feature of the invention, the training "are equal wheels formed by gears, the central gear about 50% and the other two gears offset each about 25% of the oscillating forces of the reciprocating engine. Such a division of the counterweights on the differential gears has the effect that the differential gear system does not form a moment.
Wie die Erfindung zeigt, sind die Ausgleichsräder zwischen den Zylindern einer Zweizylindermaschine angeordnet, wobei entsprechend einem weiteren Merkmal die Kolben der Zweizylindermaschine gleichläufig sind, was bedeutet, daß die beiden Kolben dieselbe Stellung im Zylinder einnehmen. Sind die hin- und hergehenden Massen je Zylinder gleich, so befindet sich das Ausgleichsräder- ' system in der Mitte zwischen den Zylindern, d. h., der Abstand der Ausgleichsräder zu jeder Kolbenachse ist gleich groß.As the invention shows, the differential gears are arranged between the cylinders of a two-cylinder engine, with corresponding Another feature is that the pistons of the two-cylinder engine are rotating in the same direction, which means that the two pistons are the same Take up position in the cylinder. If the reciprocating masses per cylinder are the same, the differential gears are located system in the middle between the cylinders, d. This means that the distance between the differential gears and each piston axis is the same.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Hubkolbenmaschine wird beispielsweise ein Zylinder als Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgebildet, während der zweite Zylinder als Verdichter verwendet wird, wobei entsprechend der Erfindung die Kolben der Zweizylinder-Huhkolbenmaschine gegenläufig sind und die dem Ausgleich dienenden Ausgleichsräder an der freien Stirnseite der mit größerer Massenkraft behafteten Zylindereinheit angeordnet sind. Eine solche bei gegenläufigen Zweizylinder-Hubkolbenmaschinen mit unterschiedlichen Massenkräften pro Zylindereinheit günstige Anordnung der Ausgleichsräder ermöglicht eine leichte Montage und Wartung dieser Teile.In a further embodiment of the reciprocating piston machine, for example one cylinder designed as a reciprocating internal combustion engine, while the second cylinder is used as a compressor, according to the invention, the pistons of the two-cylinder Huh-piston engine are in opposite directions and the equalizing gears on the free end face of the larger one, which are used for balancing Cylinder unit subject to inertia force are arranged. This is the case with opposing two-cylinder reciprocating piston engines with different Mass forces per cylinder unit, favorable arrangement of the differential gears enables easy assembly and maintenance these parts.
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Eine weitere Vereinfachung der Konstruktion wird gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung dadurch erhalten, daß die Ausgleichsräder zum Antrieb von Nebenaggregaten, wie ölpumpe, Zündanlage, Lichtmaschine, Wasserpumpe, Kraftstoffpumpe u. ä. dienen bzw. daß die Ausgleichsräder zum Antrieb der Nockenwelle dienen.A further simplification of the construction is obtained according to further features of the invention in that the differential gears to drive auxiliary units such as oil pumps, ignition systems, alternators, Water pump, fuel pump and the like are used or that the differential gears are used to drive the camshaft.
Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und vorteilhafte Wirkungen ergeben sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im nachfolgenden beispielsweise dargestellten Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt:Further training opportunities and beneficial effects result from the description of the structure and the mode of operation of the embodiments shown in the following as an example the invention. It shows:
Fig. 1 eine Zweizylinder-Hubkolbenmaschine in schematischer Darstellung; 1 shows a two-cylinder reciprocating piston engine in a schematic representation;
Fig. 2 die Anordnung der Ausgleichsräder undFig. 2 shows the arrangement of the differential gears and
Fig· 3 eine als Gegenläufer ausgebildete Zweizylinder-Hubkolbenmaschine mit seitlich angeordneten Ausgleichsrädern.3 shows a two-cylinder reciprocating piston engine designed as a counter-rotor with laterally arranged differential gears.
Die in Fig. 1 dargestellte Zweizylinder-Hubkolbenmaschine besteht. aus dem linken Zylinder 1, in dem der Kolben 2 gleitet, wobei dieser Kolhen 2 über die Pleuelstange 5 auf der Kröpfung 8 der Kurbelwelle 7 gelagert ist. Diese Zylindereinheit ist beispielsweise als Brennkraftmaschine ausgeführt, während die Kurbelwelle 7 über die Kröpfung 9 und die darauf gelagerte Pleuelstange 6 den im Zylinder 3 gleitenden Kolben 4 antreibt. Diese rechte Zylindereinheit ist beispielsweise als Verdichter ausgebildet und besitzt geringere oszillierende Massen als die linke Zylinderhaugruppe. Zwischen diesen beiden Zylindern 1 und 3 befinden sich die drei Ausgleichsräder 10, 12 und I1I, die in einer senkrecht zur Zeichenebene angeordneten und parallel zu den Kolbenachsen verlaufenden Ebene liegen. Diese Zweizylinder-Huhkolbenmaschine ist gleichläufig ausgebildet, d. h., die Kröpfungen 8 und 9 der Kurbelwelle 7 weisen in dieselbe Richtung und die Kolhen 2 und 4 sind im selben Augenblick im oberen Totpunkt. Zum Ausgleich der hin- und hergehenden Massen der Zweizylinder-Hubkolhenmaschine sind die Ausgleichsräder 10, 12 und Ik mit den Gegengewichten 11, 13 und 15 versehen. Das Ausgleichsrad 10 istThe two-cylinder reciprocating engine shown in Fig. 1 consists. from the left cylinder 1, in which the piston 2 slides, this piston 2 being mounted on the crank 8 of the crankshaft 7 via the connecting rod 5. This cylinder unit is designed, for example, as an internal combustion engine, while the crankshaft 7 drives the piston 4 sliding in the cylinder 3 via the crank 9 and the connecting rod 6 mounted on it. This right cylinder unit is designed, for example, as a compressor and has smaller oscillating masses than the left cylinder unit. Between these two cylinders 1 and 3 are the three differential gears 10, 12 and I 1 I, which lie in a plane arranged perpendicular to the plane of the drawing and parallel to the piston axes. This two-cylinder Huh-piston machine is designed in the same direction, ie the cranks 8 and 9 of the crankshaft 7 point in the same direction and the pistons 2 and 4 are at the same moment in top dead center. To compensate for the reciprocating masses of the two-cylinder reciprocating engine, the differential gears 10, 12 and Ik are provided with the counterweights 11, 13 and 15. The balance gear 10 is
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drehfest mit der Kurbelwelle 7 verbunden und die Ausgleichsräderrotatably connected to the crankshaft 7 and the differential gears
12 und 14 laufen ebenfalls mit Kurbelwellendrehzahl um, da sie gleichen Durchmesser besitzen wie das Ausgleichsrad 10. Diese Ausgleichsräder sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Zahnräder dargestellt, die ineinander kämmen, wodurch das Ausgleichsrad 14 dieselbe Drehrichtung erhält wie das Ausgleichsrad 10, während das mittlere Ausgleichsrad 12 eine zu diesen beiden Zahnrädern entgegengesetzte Drehrichtung besitzt. Die Gegengewichte 11, 13 und 15 der Ausgleichsräder 10, 12 und 14 sind so ausgelegt, daß die Summe der oszillierenden Massenkräfte null wird. Wenn die von Kolben 2 und dem Pleuelanteil 5 herrührende Massenkraft mit Fl und die von Kolben 4 und Anteil des Pleuels gebildete Massenkraft F2 bezeichnet wird, so muß die von den Gegengewichen 11, 13 und 15 der Ausgleichsräder lo, 12 und 14 herrührende Gegenkraft F3 der Summe der Massenkräfte Fl und F2 entsprechen und zu diesen entgegengesetzt gerichtet sein. Die eingezeichnete Lage der Kolben 2 und 4 im oberen Totpunkt bedingt, daß die auf den Ausgleichsrädern angeordneten Gegengewichte 11,12 and 14 also rotate at the crankshaft speed, since they have the same diameter as the balance wheel 10. These In the present exemplary embodiment, differential gears are shown as gears that mesh with one another, thereby creating the differential gear 14 receives the same direction of rotation as the balance wheel 10, while the middle balance wheel 12 is one of these two Gear wheels rotate in the opposite direction. The counterweights 11, 13 and 15 of the differential gears 10, 12 and 14 are like this designed so that the sum of the oscillating inertia forces is zero. If the resulting from piston 2 and the connecting rod portion 5 Mass force is denoted by Fl and the mass force F2 formed by the piston 4 and the portion of the connecting rod, then that of the Counterweights 11, 13 and 15 of the differential gears lo, 12 and 14 resulting counterforce F3 of the sum of the inertia forces Fl and F2 correspond and be directed opposite to these. The plotted position of pistons 2 and 4 in the top dead center causes that the counterweights 11 arranged on the balance gears,
13 und 15 in der unteren Position der Ausgleichsräder 10, 12 und13 and 15 in the lower position of the differential gears 10, 12 and
14 liegen. Zum Momentausgleich, d. h., daß die Summe aller Momente gleich null ist, muß die Bedingung erfüllt sein, daß das Moment Fl χ Al dem Moment F2 χ Α2 entspricht.14 lie. To balance the moment, i. that is, the sum of all moments equals zero, the condition must be met that the moment Fl χ Al corresponds to the moment F2 χ Α2.
Zum Antrieb der Nockenwelle ist beispielsweise das Ausgleichsrad 14 drehfest mit einem weiteren Zahnrad verbunden, welches im Zahnrad der Nockenwelle kämmt. Selbstverständlich können auch weitere Nebenaggregate, wie die ölpumpe, eine Zündanlage, eine Lichtmaschine, eine Wasserpumpe, eine Kraftstoffpumpe oder ahn-To drive the camshaft, for example, the balancing gear 14 is rotatably connected to a further gear, which in the The camshaft gear meshes. Of course, other auxiliary units, such as the oil pump, an ignition system, a Alternator, a water pump, a fuel pump or similar
liehe Aggregate von den als Zahnrädern ausgebildeten Ausgleichsrädern 10, 12 und 14 angetrieben werden. borrowed units are driven by the differential gears 10, 12 and 14 designed as gears.
In Fig. 2 ist die Anordnung der Ausgleichsräder 10, 12 und 14 und deren Gegengewichte 11, 13 und 15 in anderer Ansicht dargestellt. Das Ausgleichsrad 10 ist, wie bereits in Fig. 1 beschrieben, drehfest mit der Kurbelwelle verbunden und greift, da alle drei Ausgleichsräder als Zahnräder ausgebildet sind, in das Aus-In Fig. 2, the arrangement of the differential gears 10, 12 and 14 and their counterweights 11, 13 and 15 is shown in a different view. The balance wheel 10 is, as already described in Fig. 1, rotatably connected to the crankshaft and engages as all three differential gears are designed as gears, in the
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gleichsrad 12 und dieses in das Ausgleichsrad 14 ein. Die Lage der auf den Ausgleichsrädern 10, 12 und 14 befestigten Gegengewichte 11, 13 und 15 entspricht einer Stellung der oberen Totpunktlage der Kolben 2 und 4 nach Fig. 1. Dreht sich nun die Kurbelwelle und damit das Ausgleichsrad 10 entgegen dem Uhrzeigersinn, so dreht sich das Ausgleichsrad 12 im Uhrzeigersinn und das Ausgleichsrad 14 wiederum entgegen dem Uhrzeiger. Eine Drehbewegung um 90° des Ausgleichsrades 10 bewirkt, daß das Gegengewicht 11 auf der rechten Seite zu liegen kommt, während das Gegengewicht 13 des Ausgleichsrades 12 links ließt und das Gegengewicht 15 des Ausgleichsrades 14 wiederum rechts. Damit diese Gegengewichte kein Moment erzeugen, sind sie so ausgelegt, daß die auf den Ausgleichsrädern 10 und 14 angeordneten Gegengewichte 11 und 15 je 25 % der oszillierenden Kräfte ausgleichen und das mittlere Ausgleichsrad ein Gegengewicht 13 trägt, welches 50 % der oszillierenden Kräfte ausgleicht. Ein vollständiger Kraft- und Momentena'usgleich wird auf diese Weise erhalten.Equal wheel 12 and this into the differential wheel 14. The position of the counterweights 11, 13 and 15 attached to the balance gears 10, 12 and 14 corresponds to a position of the top dead center position of the pistons 2 and 4 according to FIG the balance gear 12 clockwise and the balance gear 14 in turn counterclockwise. A rotary movement of 90 ° of the balance wheel 10 causes the counterweight 11 to lie on the right side, while the counterweight 13 of the balance wheel 12 reads on the left and the counterweight 15 of the balance wheel 14 in turn on the right. So that these counterweights do not generate any moment, they are designed so that the counterweights 11 and 15 arranged on the balance gears 10 and 14 each balance 25 % of the oscillating forces and the middle balance wheel carries a counterweight 13 which balances 50% of the oscillating forces. A complete balance of forces and moments is obtained in this way.
Bei der A,usführungsform nach Fig. 3 ist die Hubkolbenmaschine als Gegenläufer ausgebildet, wobei die Kurbelwellenkröpfungen und 9 auf der Kurbelwelle 7 in entgegengesetzter Richtung weisen. Wenn im Betrieb der Kolben 2 im Zylinder 1 nach oben gleitet, so bewegt sich der Kolben 4 im Zylinder 3 nach unten. Außerdem sind in diesem Ausführungsheispiel die Massenkräfte der hin- und hergehenden Massen herrührend vom Kolben 4 und dem Anteil der Pleuelstange 6 kleiner als die von Kolben 2 und Pleuelstangenanteil Zum Kraft- und. Momentausgleich sind ebenfalls drei Ausgleichsräder 10, 12 und 14 links seitlich vom Zylinder 1 angeordnet. Um auch hier einen vollständigen Kräfteausgleich zu erhalten, ist die dem Zylinder 1 zugeordnete Massenkraft Fl entgegengesetzt gerichtet zu den Massenkräften F2 und F3, wobei F2 die von dem Kolben 4 und dem Anteil der Pleuelstange 6 gebildete Massenkraft und F3 die von den Gegengewichten 11, 13 und 15 der Ausgleichsräder erzeugte Kraft ist. In the A, embodiment according to FIG. 3, the reciprocating piston engine designed as a counter-rotor, the crankshaft throws 9 and 9 on the crankshaft 7 pointing in the opposite direction. When the piston 2 slides upwards in the cylinder 1 during operation, the piston 4 moves downwards in the cylinder 3. Also are In this exemplary embodiment, the inertial forces of the reciprocating masses originating from the piston 4 and the portion of the connecting rod 6 smaller than that of piston 2 and connecting rod portion for power and. There are also three balance gears to compensate for the moment 10, 12 and 14 arranged to the left of the cylinder 1. In order to obtain a complete balance of forces here too, is the inertia force Fl assigned to the cylinder 1 is directed in the opposite direction to the inertia forces F2 and F3, where F2 is that of the piston 4 and the portion of the connecting rod 6 formed inertia force and F3 is the force generated by the counterweights 11, 13 and 15 of the differential gears.
Der Ausgleich, der Momente ist gegeben, wenn F2 χ Α2 gleich F3 x Al ist.The equilibrium of the moments is given if F2 χ Α2 equal F3 x Al.
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Bei der in dieser Figur 3 eingezeichneten Kolbenstellung sind die auf den Ausgleichsrädern 10, 12 und 14 angeordneten Gegengewichte 11, 13 und 15 in der Lage, wie sie bereits in Fig. 2 eingezeichnet sind. Die Größe der Gegengewichte ist bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung wesentlich geringer als bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Da die Ausgleichsräder von der Stirnseite der Hubkolbenmaschine leicht zugänglich sind, wird nicht nur die einfache Montage und Wartung ermöglicht, sondern es ergibt sich dadurch gleichzeitig ein leichter Anschluß für den Antrieb von Nebenaggregaten bzw. ein leicht zugänglicher Antrieb für die Nockenwelle.In the piston position shown in this FIG. 3, the counterweights arranged on the differential gears 10, 12 and 14 are 11, 13 and 15 in the position as shown in FIG. 2 are. The size of the counterweights is significantly smaller in the embodiment shown in FIG. 3 than in the embodiment according to Fig. 1. Since the differential gears are easily accessible from the front of the reciprocating engine, not only the allows easy assembly and maintenance, but it results at the same time a simple connection for the drive of Ancillary units or an easily accessible drive for the camshaft.
Es ist ohne weiteres möglich, die vorstehend beschriebene Auswuchtung der Massenkräfte erster Ordnung auch für mehr als Zweizylinder-Ausführungen der Hubkolbenmaschine anzuwenden. Beispielsweise kann auf der Kurbelwellenkröpfung 9 eine weitere Pleuelstange angeordnet sein, die auf eine entgegengesetzt zu der Zylinder 3 und Kolben ^ liegende weitere Zylinderkolbeneinheit wirkt.The balancing described above is easily possible the first-order inertia forces can also be used for more than two-cylinder versions of the reciprocating piston engine. For example can be arranged on the crankshaft offset 9 another connecting rod, which is opposite to one the cylinder 3 and piston ^ lying further cylinder-piston unit works.
TIPP-I Be/Bb-04.12.79 TIPP-I Be / Bb-04.12.79
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Claims (8)
gekennzeichnet, daß die Kolben (2, 1O der Zweizylinder-Hubkolhenmaschine gegenläufig sind und die Ausgleichsräder6. reciprocating piston machine according to claims 1, 2 and 5, characterized
characterized in that the pistons (2, 1 O of the two-cylinder reciprocating engine are in opposite directions and the differential gears
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |