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Massenausgleichseinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ausgleich freier
Massenkräfte und/oder -momente von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Beispielsweise aus der DE-OS 24 23 134 ist eine Massenausgleichseinriohtung
dieser Bauart bekannt, bei der zum Ausgleich der Massenkräfte II. Ordnung von 4-Zylinder-Reihen-Kurbelwellenmaschinen
zwei symmetrisch zur Längsmitte der Maschine angeordnete über Kurbeltriebe angetriebene
Ausgleichsmassen vorgesehen sind, die im wesentlichen parallel zu den Kolben der
Kurbelwellenmaschine geführt sind und deren Kurbelkröpfungen einander gegenüberstehend
und jeweils einen Winkel von 900 gegenüber den Kurbelkröpfungen des Hauptkurbeltriebe
bildend angeordnet sind. Bei dieser Ausführung können die Ausgleichsmassen jeweils
aus einem Pleuel bestehen, dessen freies Ende von einem an dem Kurbelmaschinengehäuse
angelenkten Hebel geführt ist. Die Schwierigkeit bei solchen Ausgleichseinrichtungen
besteht zum einen in der räumlichen Unterbringung in dem Maschinengehäuse, wobei
nach Möglichkeit eine Vergrößerung der Baulänge vermieden werden sollte. Des weiteren
ergeben sich insbesondere im Bereich der Anlenkungen des Lenkers an dem Pleuel erhebliche
mechanische Beanspruchungen, die auf dem kleinen, zur Verfügung stehenden Raum kaum
beherrschbar sind.
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Insbesondere bei solchen Anordnungen,die zum Ausgleich von Kräften
und Momenten II. Ordnung vorgesehen sind, ist es zudem zweckmäßig, die Pleuellänge
L zu verringern und damit das Pleuelstangenverhältnis # = r/L zu vergrößgern, wobei
mit r der Kurbelradius des das Pleuel antreibenden Kurbelzapfens bezeichnet ist.
Eine Vergrößerung des Pleuelstangeverhältnisses # ermöglicht es dann die zum Auskräfte
gleich der freien Massen/und/oder -momente vorzusehenden Ausgeleichsmassen klein
zu halten, da die von diesen Ausgleichsmassen erzeugten Ausgleichskräfte oder -momente
dem Produkt der Ausgleichsmasse m, dem Pleuelstangenverhältnis # und dem Quadrat
der Winkelgeschwindigkeit w²proportional sid. Einer Verkleinerung der Pleuelstangenlänge
L sind jedoch bei den herkömmlichen Anordnungen Grenzen gesetzt, die damit auch
der Verkleinerung der Ausgleichsmassen Grenzen setzen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist daher darin zu sehen,
eine Einrichtung zum Ausgleich freier Massenkräfte und/oder -momente von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen
der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, die zum einen
eine kompakte Bauweise bei gleichzeitig hoher Belastbarkeit der Lenkerlagerung am
Pleuel ermöglicht und bei der die Länge des Ausgleichspleuels zum Zwecke der Reduzierung
der Ausgleichsmassen wesentlich verringert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruche
1. Dadurch, daß das Ausgleichspleuel als eine durch den Kurbelzapfen von der Kurbelwelle
angetriebene Exzenterscheibe au@gebildet wird, die von einem an dem Lenker angeordneten
Lagerauge umgriffen wird, ergibt sich zum einen eine wesentliche Reduzierung der
Belastung der Pleuel-Lenker-Anlenkung durch Vergrößerung des Lagerdurchmessers.
Zum anderen kann aber durch diese Ausbildung die Länge des Ausgleichspleuels, das
nunmehr durch den Abstand des exzentrisch an der Kreisscheibe angreifenden Kurbelzapfens
von dem Mittelpunkt der Exzenterscheibe gebildet wird, bis etwa auf die 1, 2-fache
Größe des Kurbelradius verringert werden, wodurch eine wesentliche Reduzierung der
anzubringenden Ausgleichsmassen möglich wird.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
einer schematischen Seitenansicht eines Ausgleichsmassentriebs dargestellt. Dabei
ist mit 1 der die Ausgleichsmasse antreibende Kurbelzapfen der hier nicht weiter
gezeigten Kurbelwelle bezeichnet, deren Längsachse senkrecht zur Zeichnungsebene
steht und durch den Punkt 13 verläuft. Der Kurbelzapfen 1 greift durch eine exzentrische
Ausnehmung 5 einer zylindrischen Kreisscheibe 2, die ihrerseits von einem zylindrischen
Lagerauge 7 eines Lenkers 3 umschlossen ist. Der Lenker 3 ist um eine am feststehenden,
hier nicht weiter gezeigten Maschinengehäuse gehaltenen Lagerbolzen 4 schwenkbar
gehalten.
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Die zylindrische Kreisscheibe 2, deren Mittelpunkt in der Zeichnung
mit 11 angegeben ist, kann zur Verringerung des Massenträgheitsmomentes neben der
den Kurbelzapfen 1 aufnehmenden Ausnehmung 5 noch weitere Ausnehmungen aufweisen,
von denen in der Zeichnung nur noch eine diametral der Ausnehmung 5 gegenüberliegende
Ausnehmung 6 angegeben ist.
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Selbstverständlich sind auch noch weitere, gleichmäßig über den Umfang
der zylindrischen Kreisscheibe angeordnete Ausnehmungen möglich. Aus Montagegründen
kann die zylindrische Kreisscheibe 2 auch geteilt ausgeführt sein, wobei in der
Zeichnung eine diametral durch die den Kurbelzapfen 1 aufnehmende Ausnehmung 5 verlaufende
Teilfuge 9 angedeutet ist.
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Auch der mit seinem Lagerauge 7 die Kreisscheibe 2 umschließende Lenker
3 kann aus Montagegründen geteilt ausgebildet sein, weshalb in der Zeichnung eine
mit 8 bezeichnete, diametral zur Ereisscheibe 2 verlaufende und senkrecht zur Längsachse
10 des Lenkers 3 verlaufende Teilfuge 8 angedeutet ist.
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Der wesentliche Teil der zum Ausgleich der freien Massenkräfte und/oder
-momente anzubringenden Ausgleichsmasse ist in der zylindrischen Kreisscheibe 2
und im Lenker 3 angeordnet, wobei der Lenker im Bereich seines Lageraues 7 zusätzliche
Massenkonzentrierungen 23 aufweist.
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Zur wirkungsvollen Schmierung der einzelnen Lagerstellen kann ein
Schmiersystem vorgesehen sein, das aus verschiedenen Ring- und Verbindungskanälen
besteht.
Die Schmiermittelversorgung erfolgt dabei von der Kurbelwelle aus über eine zentrale
Längsbohrung 16 im Kurbelzapfen 1, die über Querbohrungen 17 mit einem in der Ausnehmung
5 der Kreisscheibe 2 angeordneten Ringkanal 18 verbunden ist. Dieser Ringkanal,
der für eine Schmierung des Kurbelzapfenlagers in der Kreisscheibe sorgt, ist. über
eine Verbindungsleitung 19 mit einem in dem Lagerauge 7 des Lenkers 3 angeordneten
Ringkanal 20 verbunden, der seinerseits die Lagerung der Kreisscheibe 2 in dem Lenker
3 mit Schmiermittel versorgt. Schließlich ist dieser Ringkanal 20 über eine Längsbohrung
21 mit einem Ringkanal 22 verbunden, der die Lagerstelle des Lagerbolzens 4 am Lenker
3 ringförmig umgibt.
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In der Zeichnung ist weiter mit dem in strichpunktierten Linien angegebenen
Kreisbogen 12 der Weg des Mittel- oder Schwerpunktes 11 der Ereisscheibe 2 angedeutet,
die dieser ausgehend von der in der Zeichnung gezeigten Stellung des Kurbelzapfens
1 bei einer vollen Kurbelwellenumdrehung ausführt. Dabei schwenkt der Lenker um
den mit 14 eingetragenen Schwenkwinkel, wobei die beiden Extremstellungen der Lenkerlängsachse
beim Kurbelwinkel 0 (wie in der Zeichnung gezeigt) und beim Kurbelwinkel 1800 (Lenkerlängsachsenstellung
10b) erreicht werden. Die Mittellage des Lenkers ergibt sich zwischen diesen beiden
Extremstellungen des Kurbelzapfens 1 und ist in der Zeichnung mit dem Achsenverlauf
10a angedeutet.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird nun zum einen erreicht, daß
die Lenkerlagerung an dem Ausgleichspleuel trotz sehr kompakter Bauweise eine hohe
mechanische Belastung aufzunehmen in der Lage ist, indem das Ausgleichspleuel als
in einem Lagerauge des Lenkers gelagerte Exzenterscheibe ausgebildet ist. Zum anderen
ergibt sich durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des Ausgleichspleuels die Möglichkeit,
das Pleuelstangenverhältnis $ # - r/L dadurch stark zu vergrößern, daß die Pleuelstangenlänge
L nahezu bis zur Größe des Kurbelradius r reduziert werden kann. Bei der erfindungsgemäßen
Ausgleichseinrichtung reduziert sich nämlich die Pleuelstangenlänge L auf den Abstand
des Mittelpunkts des Kurbelzapfens 1 zum Mittelpunkt 11 der Kreisscheibe 2,
die
jedoch nicht kleiner als der durch den Abstand d des Kurbelzapfenmittelpunkts vom
Mittelpunkt 13 der Kurbelwelle gebildete Kurbelradius werden darf.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäBe Anordnung
bei allen Massenausgleichseinrichtungen verwendet werden kann, bei denen eine von
einem Ausgleichskurbeltrieb angetriebene, an einem Lenker geführte Ausgleichsmasse
vorgesehen ist. Dabeimacht sich die mit der Erfindung erreichbare Reduzierung der
Pleuellänge L insbeen sondere bei solchen Anordnung/vorteilhaft bemerkbar, bei denen,
wie beispielsweise bei der Ausführung nach der DE-OS 24 23 134 der Ausgleich der
Massenkräfte II. Ordnung angestrebt wird, da in diesem Ball die durch die Reduzierung
der Pleuelstangenlänge erreichte Vergrößerung des Pleuelstangenverhältnisses # eine
Verringerung der anzubringenden Ausgleichsmassen ermöglicht.
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