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Massenausgleichseinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ausgleich der
Massenkräfte II. Ordnung von 4Zylinder-Reihen-Kurbelwellenmaschinen -gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Aus der DE-OS 24 23 134 ist eine Einrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte
II. Ordnung von 4Zylinder-Reihen-Kurbelwellenmaschinen bekannt, die aus zwei in
der Ebene der Arbeitszylinder im wesentlichen oszillierend geführten Ausgleichmassen
bestehen, die von der Kurbelwelle über Kurbeltriebe angetrieben werden. Dabei stehen
sich die den Kurbeltrieben dieser Ausgleichsmassen zugeordneten Kurbelkröpfungen
diametral gegenüber und bilden gegenüber den Kurbelkröpfungen des Kurbeltriebs der
Arbeitszylinder einen Winkel von 90°. Durch diese Anordnung der Ausgleichsmassen
und der ihnen zugeordneten Kurbeltriebe wird erreicht, daß die von diesen Ausgleichsmassen
erzeugten Massenkräfte II. Ordnung gerade der Resultierenden der Massenkräfte II.
Ordnung der Arbeitszylinder entgegengerichtet sind, wodurch bei entsprechender Bemessung
des Kurbeltriebs und der Nassen ein Ausgleich errei&it werden kann. Die diametral
entgegengesetzte Anordnung der Kurbelkröpfungen der beiden Ausgleichsmassen bewirkt
einen gegenseitigen Ausgleich der von den Ausgleichsmassen erzeugten Massenkräfte
I. Ordnung.
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Diese bekannte Ausgleshseinrichtung erfordert jedoch durch die Anordnung
zweier Ausgleichsmassen und deren Kurbeltriebs einen relativ
großen
Aufwand, den zu verringern Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1. Erfindungsgemäß wird also nur eine einzige, in der Zurbelwellenmitte, etwa an
der Stelle des sonst dort vorgesehenen mittleren Kurbelwellenhauptlagers angeordnete
Ausgleichsmasse vorgeschlagen, die in der Ebene der Arbeitszylinder, jedoch auf
der den Arbeitszylindern abgewandten Seite der Kurbelwelle im wesentlichen oszillierend
gehalten ist. Die dieserAusgleichsmasse zugeordnete Kurbelkröpfung soli dabei in
der Ebene der Kurbelkröpfungen der Arbeitszylinder angeordnet sein, wobei sich zwei
diametral gegenüberliegende Stellungen ergeben. Um die bei dieser Anordnung auftretenden
freien Massenkräfte I. Ordnung, die durch die Ausgleichsmasse erzeugt werden, auch
noch ausgleichen zu können, sieht die Erfindung gemäß Weiterbildung vor, die oszillierenden
Massen derjenigen Arbeitszylinder, deren Kurbelkröpfungen der Kurbelkröpfung der
Ausgleichsmasse gegenüberliegt, mit Zusatzmassen zu versehen. So sollen also in
dem Fall, daß die Kurbelkröpfung der Ausgleichsmas-se den den mittleren Arbeitszylindern
zugeordneten Kurbelkröpfungen diametral gegenüberliegt, den oszillierenden Massen
der mittleren Arbeitszylinder diese Zusatzmassen zugefügt werden. Ist dagegen die
Kurbelkröpfung der Ausgleichsmasse den Kurbelkröpfungen der äußeren Arbeitszylinder
entgegengesetzt, so sollen die oszillierenden Massen dieser äußeren Arbeitszylinder
die Zusatzmassen aufweisen.
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Ganz allgemein soll die Ausgleichsmasse im wesentlichen am freien
Ende des möglichst kurz ausgeführten Pleuels konzentriert sein und besonders in
dem Fall, daß die Kurbelkröpfung der Ausgleichsmasse gleichgerichtet ist mit den
Kurbelkröpfungen der beiden inneren Arbeitszylinder ergeben sich besondere Vorteile
dann, wenn die Kurbelkröpungeradien der Arbeitszylinder und der Ausgleichsmasse
gleich sind.
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Für die Führung der Ausgleichsmasse ergibt sich die Möglichkeit, entweder
eine Geradführung am feststehenden Gehäuse vorzusehen, oder aber die Führung durch
einen an dem Gehäuse schwenkbar gehaltenen Lenker vorzusehen. Im ersteren Fall,
also bei der Führung der Ausgleichsmasse
in einer Geradführung besteht
zudem die Möglichkeit, die Ausgleichsmasse fest mit dem zugeordneten Pleuel zu verbinden
und für die Möglichkeit der Verschwenkung der Ausgleichsmassen in der Geradführung
zu sorgen oder aber das Pleuel an der in der Geradführung unverdrehbar geführten
Ausgleichsmasse schwenkbar anzulenken.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
die im folgenden näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 ein Schemabild
einer mit der erfindungsgemäßen Ausgleichseinrichtung ausgefrüßsteten 4-Zylinder-Reihen-Kurbelwellenmaschine,
Figur 2 in ebenfalls schematischer Darstellung eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen
Ausgleicheinrichtung mit einer Darstellung der Führung der Ausgleichsmasse, Figur
3 einen Längsschnitt durch den Zylinderblock und das Kurbelgehäuse einer 4-Zylinder-4Takt-Reihenbrennkraftmaschine
mit der erfindungsgemäßen Ausgleichseinrichtung und Figur 4 einen der Figur 3 entsprechenden
Längsschnitt mit einer anderen Ausführung der Ausgleichseinrichtung.
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In der Figur 1 ist mit 1 eine Kurbelwelle einer 4-Zylinder-Reihen-Kur
belwellenmaschine bezeichnet, deren Arbeitskolben mit 3a - 3d und die diesen zugeordneten
Pleuel mit 2a - 2d angegeben sind. Die diesen Arbeitskolben zugeordneten Kurbelkröpfungen
sind mit 5a - 5d bezeichnet und entsprechen der bei diesem Maschinentyp üblichen
und für den -Massenkräfteausgleich günstigsten Anordnung, bei der die jeweils zur
Kurbelwellenmitte symmetrischen Kolben sich gleichsinnig bewegen. Dabei entsprechen
sich die beiden äußeren Kurbelkröpfungen 5a und 5b ebenso wie die beiden inneren
Kurbelkröpfungen 5b und 5c hinsichtlich ihrer Winkelstellung. Diese Anordnung hat
den Vorteil, daf3 keines lmausg(g]ichenen Momente in dem Kurbeltrieb entstehen.
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Die Kurbelwelle 1 ist in vier Lagern 4 gelagert und anstelle eines
sonst üblicherweise vorgesehenen mittleren Lagers ist ein Ausgleich-
Kurbeltrieb
vorgesehen, der über eine Kurbelkröpfung 6 und ein Pleuel 7 eine Ausgleichsmasse
8 antreibt, die im wesentlichen in der Ebene der Arbeitszylinder oszillierend geführt
ist, aber bezüglich der Kurbelwelle 1 auf der den Arbeitskolben 3a - 3d gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist. Die Kurbelkröpfung 6 liegt in der Ebene der Kurbelkröpfungen
5a - 5d und kann entweder gleichphasig mit den Kurbelkröpfungen 5b und 5c der inneren
Arbeitskolben 3b und 3c oder aber, wie dies in der Figur 1 angedeutet ist, gleichphasig
mit den Kurbelkröpfungen 5a und 5d der äußeren Arbeitszylinder angeordnet sein.
Um eine oszillierende Bewegung der Ausgleichsmasse 8 in der Ebene der Arbeitskolben
3a - 3d zu erreichen, könnte eine Geradführung an dem feststehenden Gehäuse vorgesehen
sein, wobei entweder das Pleuel 7 an der Ausgleichsmasse 8 gelenkig gehalten ist,
oder aber zwischen dem Pleuel 7 und der Ausgleichsmasse 8. eine feste Verbindung
besteht und die Ausgleichsmasse 8 in der Geradführung um eine zur Kurbelwellenachse
parallele Achse schwenkbar geführt ist. Eine andere Möglichkeit der Führung der
Ausgleichsmasse 8 ist in der Figur 2 angedeutet. Dort ist ein Lenker 11 vorgesehen,
der einerseits an dem feststehenden Gehäuse 10 und andererseits an der Ausgleichsmasse
8 angelenkt ist und der Ausgleichmasse eine im wesentlichen oszillierende Bewegung
auf einem schwach gekrümmten Kreisbogen ermöglicht. Dabei wird die Krümmung des
Kreisbogens und der dadurch bewirkte Fehler in der Geradführung der Ausgleichsmasse
durch die Länge des Lenkers 11 bestimmt, der, wie in der Figur 2 angedeutet ist,
bei einer horizontalen Stellung der Kurbelwellenkröpfungen ebenfalls gerade horizontal
stehen sollte, um auf diese Weise möglichst geringe Seitenabweichungen zu erzeugen.
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In dem in der Figur 3 gezeigten Längsschnitt durch eine 4-zylinder-4Takt-Hubkolbenbrennkraftmaschine
wird die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ausgleich der Massenkräfte II. Ordnung
an einem praxisnahen Beispiel konstruktiv angedeutet. Dabei ist die Ausgleichsmasse
an der Stelle des sonst üblicherweise vorgesehenen mittleren Kurbelwellenlagers,
also in der Kurbelwellenmitte angeordnet und durch extreme Verkürzung des die Ausgleichsmasse
antreibenden Pleuels ist eine um die Kurbelkröpfung 6 drehende Exzenterscheibe 12
gebildet worden, an der Lagerbohrungen
13 für die Anlenkung eines
hier nicht weiter gezeigten Lebnkers vorgesehen sind. Die Kurbelkröpfung 6 der Ausgleichsmasse
12 ist hier den Kurbelkröpfungen 5b und 5c der beiden inneren Arbeitszylinder 3b
und 3c diametral entgegengesetzt, so daß zum Ausgleich der von der Ausgleichsmasse
erzeugten Massenkreft I. Ordnung diese inneren Arbeitskolben 3b und 3c Zusatzmassen
9 aufweisen.
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Bei der Ausführung nach der Figur 4 ist die der Ausgleichsmasse 12'
zugeordnete Kurbelkröpfung 6' mit den Kurbelkröpfungen 5b und 5c der beiden inneren
Arbeitszylinder 5b und 3c gleichgerichtet und auch de Kurbelradius dieser Kurbelkröpfungen
gleichgroß, so daß sich eine besonders einfach aufgebaute Kurbelwelle mit einer
gemeinsamen Kurbelkröpfung für die Arbeitszylinder 3b und 3c sowie die Ausgleichsmasse
12' ergibt. In diesem Fall müssen die Zusatzmassen 9' zum Ausgleich der von der
Ausgleichsmasse 12' erzeugten freien Massenkraft I. Ordnung an den äußeren Arbeitskolben
3a' und 3d vorgesehen werden. Diese Zusatzmassen an den beiden Zylindern sind jeweils
gleichgroß und wegen ihrer symmetrisch zur Kurbelwellenmitte vorgesehenen Anordnung
auch ohne einen Einfluß auf das Momentenverhalten der Maschine.
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Für die Größe der Zusatzmassen ergeben sich folgende Beziehungen:
Aus der Bedingung,daß die Massenkräfte I. Ordnung sich aufheben sollen,folgt 2 M*
# r = M # R M* = M # R 2r wobei M* die oszillierende Zusatzmasse an einem Kolben
der 4-Zylinder--maschine, r der Kurbelradius der Arbeitszylinder, M die oszillierende
Ausgleichsmasse und R deren Kurbelradius sind.
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Aus der Bedingung, daß auch die Nassenkräfte II. Ordnung sich aufheben
müssen, folgt
wobei In die oszillierende Masse eines Arbeitszylinders der 4-Zylindermaschine,
1 die Pleuellänge des Arbeitskolbentriebs und L die Pleuellänge des Ausgleichkurbeltriebs
ist.
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Daraus ergibt sich, daß es zweckmäßig ist, den Kurbelradius des Ausgleichkurbeltriebs
möglichst groß und dessen Pleuellänge L möglichst klein auszuführen, um kleine Zusatzmassen
M* sowie kleine Ausgleichsmassen M zu erhalten.
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L e e r s e i t e