DE3312105C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ausgleich der Kräfte und Momente von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen, insbesondere von Brennkraftmaschi­ nen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich treten beim Betrieb von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen Kräfte und Momente auf, die durch die Gaskräfte und durch die hin- und hergehenden Massen der Maschine, wie Kolben und Pleuel, verursacht und die je nach Art der Maschine nach Anzahl und Anordnung der Kurbelkröpfungen in mehr oder weni­ ger großem Maße unausgeglichen sind und damit das Laufverhalten und die Laufruhe der Maschine wesentlich beeinflussen.

Nun ist es bekannt, unausgeglichene Kräfte durch umlaufende Gegengewichte, gege­ benenfalls auch Gegengewichtspaare, auszugleichen. Dabei tritt jedoch das Problem auf, das diese Ausgleichsmassen, wenn sie außerdem zum weitgehenden Ausgleich der unausgeglichenen Gas- und Massenmomente bei niedrigen Drehzahlen ausge­ legt werden, bei höheren Drehzahlen Kräfte erzeugen, die diesen Ausgleich über­ kompensieren und damit wieder zu Laufunruhen führen.

Aus der DE-OS 31 32 368 ist ein Motor bekannt, bei dem einzelne Zylinder abschalt­ bar sind. Zu diesem Zweck ist die Kurbelwelle geteilt ausgebildet. Zugleich sind Ausgleichsmassen vorgesehen, die zusammen mit dem entsprechenden Kurbel­ wellenteil und damit auch nur zusammen mit den zugehörigen Zylindern stillge­ legt werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, ei­ ne Ausgleichseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe eine Möglichkeit gegeben wird, neben dem Ausgleich der Massenkräfte über weite Drehzahlbereiche auch die aus den Gas- und Massenkräften herrührenden Momente um die Motorlängsrich­ tung von Hubkolben-Kurbelwellenmaschinen weitgehend auszugleichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patent­ anspruchs 1.

Dadurch, daß erfindungsgemäß ein Teil der Ausgleichsmassen in Abhän­ gigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle abschaltbar ist, kann die Größe der Ausgleichsmassen so festgelegt werden, daß sowohl im nie­ drigeren Drehzahlbereich als auch bei höheren Drehzahlen ein günstiger Ausgleich der Maschinenkräfte möglich wird. Diese Abschaltbarkeit wenigstens eines Teils der Ausgleichsmassen, während ein anderer Teil ständig zugeschaltet bleibt, kann durch Verwendung von Kupplungen, beispielsweise selbsttätig ausrückenden Fliehkraftkupplungen, er­ reicht werden. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche.

In der Zeichnung sind in schematischer Darstellungsweise verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Massenausgleichseinrich­ tung am Beispiel einer Zweizylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine dar­ gestellt. Dabei zeigt die Zeichnung in

Fig. 1 eine Ausführung, bei der zwei parallele Ausgleichs­ wellen vorgesehen sind, von denen eine mittels einer Kupplung bei Überschreitung eines vorgegebenen Dreh­ zahlbereichs abschaltbar ist,

Fig. 2 eine Ausführung, bei der zwei hintereinaderliegende Ausgleichswellen vorgesehen sind, die durch eine zwischengeschalteten Kupplung getrennt werden können und

Fig. 3 eine Ausführung, bei der die beiden in Reihe geschal­ teten Ausgleichswellen konzentrisch zueinander ver­ laufen.

In der Zeichnung sind jeweils für gleiche oder vergleichbare Bau­ teile die gleichen, gegebenenfalls mit einem oder zwei Strichen versehenen Bezugszeichen verwendet worden. Dabei stellt 1 die Kurbelwelle einer als Beispiel gewählten Zweizylinder-4 Takt-Hub­ kolben-Brennkraftmaschine dar, deren Kurbelkröpfungen 2 parallel zueinander liegen, die ihnen zugeordneten Kolben sich also synchron mit einem Kurbelversatz von 360° bewegen. Zum Ausgleich der sich bei dieser Maschinenart ergebenden Massenkräfte und Gasmomente sind zwei parallel zur Kurbelwelle 1 angeordnete, mit Ausgleichs­ massen 9 und 11 versehene Nebenwellen 8 und 10 vorgesehen, die von der Kurbelwelle 1 aus über eine insgesamt mit 3 bezeichnete Getrie­ beanordnung antreibbar sind. Diese Getriebeanordnung kann beispiels­ weise durch einen Zahnriementrieb gebildet sein, wobei 4 ein auf der Kurbelwelle 1 gehaltenes Antriebsrad und 6 und 7 die den beiden Nebenwellen 8 und 10 zugeordneten Abtriebsräder bezeichnen. 5 stellt dann den Zahnriemen dar.

Die beiden Nebenwellen 8 und 10 weisen jeweils eine Ausgleichsmas­ se 9 und 11 auf, die jeweils so angeordnet und angetrieben sind, daß ein möglichst weitgehender Ausgleich der durch die hin- und her­ gehenden Massen bedingten Massenkräfte und der Gas- und Massenmomente der Hubkolben-Brennkraftmaschine erreicht wird. Für einen Ausgleich der Massenkräfte 1. Ordnung ist eine Drehzahl der Nebenwellen 8, 10 erforderlich, die gleich groß wie die Kurbelwellendrehzahl ist, aber entgegengesetzte Drehrichtung aufweist. Dabei sind die Ausgleichsmas­ sen 9 und 11 so bemessen, daß sie einen Ausgleich der Gas- und Mas­ senmomente insbesondere bei niedrigeren Drehzahlen bewirken.

Bei höheren Drehzahlen der Kurbelwelle ergeben sich jedoch infolge der mit dem Quadrat der Drehzahl ansteigenden Zentrifugalkräfte Aus­ gleichskräfte, die sehr schnell die von der Brennkraftmaschine ver­ ursachten Kräfte übersteigen. Um im höheren Drehzahlbereich keine Überkompensation der Kräfte durch die von den Ausgleichsmassen 9 und 11 verursachten Ausgleichskräfte zu erreichen, ist eine der Nebenwellen, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die Nebenwelle 10, über ei­ ne Kupplung 12 abschaltbar. Die Kupplung kann dabei mit Vorteil als bei Überschreitung einer oberen Drehzahl selbsttätig ausrückende Kupplung ausgebildet sein, die im Prinzip einer umgekehrten Flieh­ kraftkupplung entspsricht, also einer Kupplung, die bei Erreichen einer bestimmten Drehzahlgrenze aus- statt einrückt. Bei der Ausführung nach der Fig. 1 ist dabei diese Kupplung 12 in dem der abschaltbaren Nebenwelle 10 zugeordneten Abtriebsrad 7 der Zahnriemengetriebeanordnung 3 integriert. Nach dem Ausrücken der Kupplung 12 kommt also die Nebenwelle 10 zum Stillstand und nur noch die Nebenwelle 8 wird von der Kurbelwelle 1 angetrieben, so daß nur noch deren Ausgleichsmasse 9 zum Ausgleich der Kräfte und Momente der Hubkolben-Brennkraftmaschine herangezogen werden kann. Die Größe der Ausgleichsmasse 9 und die Drehzahl, bei der die zwei­ te Nebenwelle 10 abgeschaltet wird, ist dann so festgelegt, daß oberhalb der Ausrückdrehzahl die Ausgleichsmasse 9 allein aus­ reicht, um einen Ausgleich der Kräfte und Momente der Hubkolben- Kurbelwellenmaschine in diesem oberen Drehzahlbereich herbeizufüh­ ren.

Abweichend von der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind bei der Ausführung nach der Fig. 2 die beiden Nebenwellen 8′ und 10′ nicht parallel zueinander, sondern in Reihe geschaltet. Die Kupplung, die hier mit 12′ bezeichnet ist, ist dann gerade zwi­ schen den beiden Nebenwellen 8′ und 10′ angeordnet und die Getrie­ beanordnung 3′ dient dann zum Antrieb beider Nebenwellen, jeden­ falls so lange die Kupplung 12′ eingerückt bleibt. Nach dem Aus­ rücken der Kupplung 12′ ist dann nur noch die Nebenwelle 8′ mit ihrer Ausgleichsmasse 9′ zugeschaltet. Aus der hier gewählten An­ ordnung geht allerdings hervor, daß beim Abschalten der zweiten Nebenwelle 10′ eine Unsymmetrie auftritt, da die zugeschaltet bleibende Ausgleichsmasse 9′ nicht in der gleichen Angriffsebene wie die Resultierende der an der Kurbelwelle 1 wirkenden Massen­ kräfte angreift. Diese in gewisser Weise vorhandene Unsymmetrie, die also einen vollständigen Ausgleich der Kräfte und Monate nicht ermöglicht, wird aber mit einer weniger aufwendigen Bauanordnung erreicht.

Bei der Ausführung nach der Fig. 3 schließlich wird die Reihenschal­ tung der beiden Nebenwellen 8′′ und 10′′ nicht durch ein axiales Hintereinanderliegen, sondern durch ein konzentrisches Ineinander­ liegen erreicht. Auf diese Weise wird es dann auch möglich, die beiden Ausgleichsmassen 9′′ und 11′′ ziemlich nahe an die Maschi­ nenmitte heranzurücken, so daß die Unsymmetrie gegenüber der an der Kurbelwelle wirkenden Kräfte, die insbesondere nach Abschal­ tung der zweiten Nebenwelle 10′′ durch der Kupplung 12′′ entsteht, reduziert wird. Die Kupplung 12′′ ist im übrigen an dem der Getriebeanordnung 3′ abgewandten Ende der ersten Nebenwelle 8′′ angeordnet.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ei­ nen Teil der zum Ausgleich der unausgeglichenen Kräfte und Momente der Hubkolben-Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich vorge­ sehenen Ausgleichsmassen bei Überschreiten einer bestimmten Maschi­ nendrehzahl abzuschalten, so daß dann nur noch ein Teil der ur­ sprünglichen Ausgleichsmassen in Wirkung bleibt, die dann bei den höheren Drehzahlen genügend große Ausgleichskräfte erzeugen können und eine Überkompensierung der Kräfte vermeiden. Selbstverständlich sind noch verschiedene andere Ausführungsmöglichkeiten der erfin­ dungsgemäßen Grundidee denkbar. Auch für die Ausführung der Kupplung sind eine Reihe von konstruktiven Varianten möglich. Mit Vorteil kann jedoch hier eine umgekehrte Fliehkraftkupplung verwendet werden, die also im Gegensatz zu bisher bekannten Fliehkraftkupplungen bei Er­ reichen einer bestimmten Drehzahl nicht ein- sondern auskuppelt. Da­ bei muß die Kupplung beim umgekehrten Vorgang, das heißt beim Absin­ ken der Drehzahl von einer hohen in eine niedrigere bei Überschrei­ tung der Grenzdrehzahl wieder eine winkelgetreue Einkupplung der zweiten Nebenwelle 10, 10′ oder 10′′ bewirken, da die Wirkung der Ausgleichsmassen nur in einer bestimmten Winkelstellung zur Kurbel­ welle 1 voll wirksam wird.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Ausgleich der Kräfte und Momente von Hubkolben-Kurbelwellenma­ schinen, insbesondere von Brennkraftmaschinen, unter Verwendung von Ausgleichs­ massen, die auf von der Kurbelwelle über eine Getriebeanordnung angetriebenen Nebenwellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Ausgleichsmassen (9, 11) gegenüber der Kurbelwelle (1) und in Abhängigkeit von deren Drehzahl abschaltbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (12) vorgesehen ist, die bei Überschreitung einer vor­ gegebenen Drehzahl der Kurbelwelle (1) zur Abschaltung der Aus­ gleichsmassen (11) betätigbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (12) als bei Überschreitung der vorgegebenen Drehzahl der Kurbelwelle selbsttätig ausrückende Fliehkraftkupplung aus­ gebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (12) in der Nebenwelle (10) angeordnet ist, die die abschaltbare Ausgleichsmasse (11) aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (12) in das der Nebenwelle (10) zugeordnete Antriebs­ rad (7) integriert ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei in Reihe geschaltete, von einer gemeinsamen Getriebeanordnung (3) antreibbare Nebenwellen 8′, 10′; 8′′, 10′′) mit jeweils einer Ausgleichsmasse (9′, 11′; 9′′, 11′′) vor­ gesehen sind, die durch eine zwischengeschaltete, ausrückbare Kupplung (12′′; 12′′) trennbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ne­ benwellen (8′, 10′) in Achsrichtung hintereinanderliegend angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ne­ benwellen (8′′; 10′′) konzentrisch übereinanderliegend angeordnet sind.