DE526283C

DE526283C - Anordnung zum Ausgleich der umlaufenden Schwungmassen bei Kolbenkraftmaschinen

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Publication number: DE526283C
Application number: DEJ39989D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1929-12-01
Filing date: 1929-12-01
Publication date: 1931-06-05
Also published as: GB355136A; GB190455136A

Description

Bei einer Kolbenkraftmaschine wird die Masse des Schwungrades im Verlaufe einer Umdrehung wechselweise beschleunigt und verzögert, entsprechend dem in jedem Zeitpunkt vorhandenen, bald positiven, bald negativen Unterschied zwischen dem treibenden Drehmoment der Kraftmaschine und dem widerstehenden Drehmoment der getriebenen Maschine. Ebenso wie auf das Schwungrad, nur in entgegengesetzter Richtung, wirken diese Drehmomentsunterschiede auch auf die Maschine selbst ein, und diese Einwirkungen müssen vom Maschinenfundament aufgenommen werden. Namentlich in solchen Fällen,

!5 wo nur leichte Maschinenfundamente vorhanden sind, z. B. bei Fahrzeugantriebsmaschinen, können diese Drehmomente durch Erregung von Erzitterungen und Schwingungen störend wirken. Diese Erscheinungen

_ao treten dann nicht auf, wenn die Maschine zwei mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, aber verschiedenem Drehsinn umlaufende Kurbelwellen besitzt, die gleich große Schwungmassen tragen; denn die abwechselnd

ag eine Beschleunigung bzw. Verzögerung der Schwungmassen hervorrufenden Drehmomentsunterschiede heben sich hierbei hinsichtlich ihrer Rückwirkung auf die Maschine gegenseitig auf, so daß nach außen wirkende, vom Maschinenfundament aufzunehmende Drehmomente außer dem Nutzdrehmoment nicht mehr vorhanden sind. Dies ist z. B. der Fall bei Maschinen mit zwei gegenläufigen Kolben in einem Zylinder, bei denen jeder

Kolben auf eine besondere Kurbelwelle arbeitet, wenn diese Kurbelwellen durch ein Zwanglaufgetriebe so gekuppelt sind, daß sie in verschiedener Drehrichtung umlaufen und wenn jede Welle die gleiche Schwungmasse wie die andere trägt. Ferner trifft dies zu bei einer bekannten Bauart von Einkolbenmaschinen; der Kolben arbeitet hierbei mit zwei Schubstangen auf zwei parallel nebeneinanderliegende, durch Zahnräder zu entgegengesetztem Laufe gekuppelte und je gleich große Schwungmassen tragende Kurbelwellen.

Die Erfindung bezweckt, einen derartigen Ausgleich mittels entgegengesetzt umlaufender Schwungmassen auch für solche Maschinen zu schaffen, die jnicht zwei entgegengesetzt umlaufende Kurbelwellen mit Schwungrädern besitzen, also insbesondere für Maschinen mit nur einer Kurbelwelle und für Maschinen mit zwei oder mehr Kurbelwellen, die alle im gleichen Drehsinn umlaufen.

Nach der Erfindung wird der eine Teil der Schwungmassen auf die Kurbelwelle (oder auf die in übereinstimmendem Drehsinn umlaufenden Kurbelwellen) gesetzt, der andere Teil der Schwungmassen wird auf einer oder mehreren in Verbindung mit der Kraftmaschine gelagerten Blindwellen angeordnet, die durch Zwanglaufgetriebe (z. B. Zahnräder) mit der Kurbelwelle (oder den Kurbelwellen) gekuppelt sind. Die Unterteilung der Gesamtschwungmasse erfolgt dabei stets derart, daß die Summe der sogenannten Be-

schleunigungsmomente (Produkte aus Trägheitsmoment und Drehzahl) der im einen Drehsinn umlaufenden Massen gleich ist der Summe der Beschleunigungsmomente der im anderen Drehsinn umlaufenden Massen.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.

Abb. ι und 2 zeigen in Aufriß und Grundriß eine Einkolbenmaschine, deren Schwungmasse auf eine Kurbelwelle und eine zusätzliche Welle verteilt ist.

Abb. 3 zeigt im Grundriß eine Gegenkolbenmaschine, bei der die beiden Kurbelwellen und zwei zusätzliche Wellen Schwungmassen tragen, während eine weitere, zur Arbeitsabgabe dienende Welle keine in Betracht kommenden Schwungmassen trägt.

Die Abb. 4 und 5 zeigen in Aufriß und Grundriß zwei Einkolbenmaschinen mit Schwungmassen auf je einer Kurbelwelle und einer gemeinsamen zusätzlichen Welle.

Abb. 6 zeigt im Grundriß eine ähnliche Anordnung, jedoch mit drei zusätzlichen, Schwungmassen tragenden Wellen.

Abb. 7 und 8 zeigen im Aufriß und Grundriß eine Gegenkolbenmaschine mit Schwungmassen auf den beiden Kurbelwellen und auf drei zusätzlichen Wellen, wobei die Schwungmassen selbst die Verzahnungen tragen.

Abb. 9 zeigt im Grundriß eine Kraftmaschine mit gleichachsig zueinander angeordneten Schwungmassenteilen.

Bei der Einrichtung nach Abb. 1 und 2 treibt der im Zylinder 1 hin und her gehende Kolben 2 über Schubstange 3 und Kurbel 4 die Hauptwelle 5 mit der Schwungmasse 6. Auf dieser Hauptwelle sitzt ferner ein Zahnrad 7, in welches ein zweites Zahnrad 8 eingreift, das auf der zusätzlichen Welle 9 sitzt, die eine Schwungmasse 10 trägt. Die Teilkreisdurchmesser der beiden Zahnräder sind gleich groß, so daß beide Wellen mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, aber entgegengesetztem Drehsinn umlaufen. Dementsprechend sind auch die Trägheitsmomente der beiden Schwungmassen gleich groß bemessen. Beide Wellen 5 und 9 sind an derselben Maschinengrundplatte 30 gelagert.

Bei der Anordnung nach Abb. 3 bewegen sich in dem Zylinder 20 zwei Kolben 11 und 12 gegenläufig zueinander. Kolben 11 treibt über Schubstange 13 und Kurbel 15 die Kurbelwelle 17, der Kolben 12 treibt über Schubstange 14 und Kurbel 16 die Kurbelwelle 18. Auf jeder Kurbelwelle sitzt je ein Zahnrad 21 und 22, die über Zwischenräder 23 bis 25 so miteinander gekuppelt sind, daß die Kurbelwellen 21 und 22 gleich schnell und im gleichen Drehsinn, die beiden auf den zusätzlichen Wellen 27, 28 sitzenden Zwischenzahnräder 23, 24 im entgegengesetzten Drehsinn umlaufen. Das mittlere, auf der Achse 29 sitzende Zwischenrad 25 läuft wieder im gleichen Drehsinn wie die Kurbelwellen um. Zur Arbeitsabgabe nach außen dient beispielsweise die zusätzliche Welle 27. Die für den Gleichgang der Maschine erforderlichen Schwungmassen 31, 32 und 33, 34 sind derart auf die zwei Kurbelwellen 17, 18 und auf die zwei entgegengesetzt umlaufenden zusätzlichen Wellen 27, 28 verteilt, daß die Summe der Beschleunigungsmomente der auf den Kurbelwellen sitzenden Schwungmassen 31 und 32 gleich ist der Summe der Beschleunigungsmomente der auf den zusätzlichen Wellen 27, 28 sitzenden Schwungmassen 33,

An den Kurbeln 15 und 16 der Kurbelwellen 17 und 18 sind noch Gegengewichte 35 und 36 vorgesehen, durch welche die Fliehkräfte dieser Kurbeln und der daran angreifenden Schubstangen ausgeglichen werden. Eine solche Maschine übt auf ihre Umgebung, auch wenn sie nur einen einzigen Zylinder besitzt, lediglich die dem abzugebenden Drehmoment entsprechenden Gegenkräfte aus. Da dieses Drehmoment vielfach einen praktisch konstanten Wert besitzt, z. B. bei Propellerantrieb, so wird in solchem. Falle hiermit ein ganz besonders ruhiger Lauf der Maschine erreicht, so daß sie ohne weiteres auch auf verhältnismäßig ganz schwache Fundamente gesetzt werden kann. Dies ist namentlich für nicht ortsfeste Maschinen von großer Bedeutung.

Bei der Einrichtung nach Abb. 4 und 5 sind zwei mehrzylindrige Einkolbenmaschinen 41, 42 vorgesehen mit den parallel zueinander liegenden Kurbelwellen 43, 44. Die Kurbelwellen sind mittels der Zahnräder 51, 52, 53 untereinander und mit einer zusätzlichen Welle 45, die zugleich zur Arbeitsabgabe dienen kann, derart zwangläufig verbunden, daß die Kurbelwellen 43, 44 gleich schnell und im gleichen Drehsinn umlaufen, während die Welle 45 im entgegengesetzten Drehsinn umläuft. Jede Kurbelwelle trägt eine Schwungmasse 56, 57, während auf der zusätzlichen Welle 45 eine weitere Schwungmasse 58 angeordnet ist. Diese Schwungmassen sind wiederum so bemessen, daß die Summe der Produkte aus Trägheitsmoment und Drehzahl der im einen Sinne umlaufenden Schwungmassen 56, 57 gleich ist dem entsprechenden Produkt der im entgegengesetzten Sinne umlaufenden Schwungmasse 58.

Abb. 6 zeigt eine ähnliche Einrichtung wie Abb. 4 und 5, nur sind hier außer der die Schwungmasse 58 tragenden zusätzlichen Welle 45 noch zwei weitere zusätzliche Wellen 49, 50 mit den Schwungmassen 59, 60

vorgesehen. Diese Wellen 49, 50 sind mit den Kurbelwellen 43, 44 mittels der Zahnräder 54, 55 derart gekuppelt, daß sie entgegengesetzt zu den Kurbelwellen 43, 44 umlaufen. Auch hier wird die Gesamtschwungmasse wiederum so verteilt, daß die Summe der Produkte aus Trägheitsmoment und Drehzahl der im einen Sinne umlaufenden Massen 56, 57 gleich ist der Summe der entsprechenden Produkte der im anderen Drehsinn umlaufenden Massen 58, 59, 60. Eine solche Anordnung ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die mittlere Welle 45 zur Arbeitsableitung dienen und dabei nur langsam umlaufen soll, so daß eine allein auf dieser Welle vorzusehende Schwungmasse zu schwer und umfangreich ausfallen würde.

Die zur zwangläufigen Verbindung der Kurbelwellen und der zusätzlichen Wellen dienenden Zahnräder können auch mit den Schwungmassen unmittelbar vereinigt sein, beispielsweise indem die Schwungmassen als Schwungräder mit äußerer Verzahnung ausgebildet sind.

Ein Beispiel hierfür zeigen die Abb. 7 und 8. Dort tragen die gleichläufigen Kurbelwellen 63, 64 einer Gegenkolbenmaschine je ein außen verzahntes Schwungrad 73 und 74; diese Räder kämmen mit einem als Verbindungszahnrad dienenden verzahnten Schwungrad 75 auf der zusätzlichen, zugleich der Arbeitsableitung dienenden Welle 65 und mit zwei weiteren Schwungrädern 76, "J auf den zusätzlichen Wellen 66 und 67.

Es laufen also die Schwungmassen 73 und 74 im einen Sinn, die Schwungmassen 75, 76, γγ im anderen Sinn um. Auch hier können wieder, wie im Falle der Abb. 3, an den Kurbeln Gegengewichte 81, 82 zum Ausgleich der Kurbel- und Pleuelstangenfliehkräfte vorgesehen sein.

Die in entgegengesetzten Drehrichtungen umlaufenden Schwungmassenteile können auch gleichachsig zueinander angeordnet sein; es muß dann ein den Gegenlauf der beiden Massen herbeiführendes Zwischengetriebe (z. B. nach Art eines Wendegetriebes) vorgesehen werden. Ein Beispiel hierfür zeigt Abb. 9. Fest auf der Kurbelwelle 81 sitzt die einen Innenzahnkranz 84 tragende Schwungmasse 82. Gleichachsig zu dieser Kurbelwelle, aber für sich drehbar, ist eine weitere, mit dem kleineren Außenzahnkranz 85 ausgestattete Schwungmasse 83 angeordnet. Zwischen beide Zahnkränze ist das auf der festliegenden Achse 87 gelagerte Zwischenzahnrad 86 eingeschaltet, das den Gegenlauf der beiden Schwungmassen herbeiführt. Die Schwungmasse 83 läuft lose auf der Welle 81; sie könnte auch auf einer die Welle umschließenden, für sich gelagerten Hohlwelle sitzen. Zum Zwecke der Platzersparnis liegt die schneller laufende und daher mit kleinerem Trägheitsmoment auszustattende Schwungmasse 83 innerhalb der langsamer umlaufenden Schwungmasse 82. An die Stelle des Stirnradzwischengetriebes 84 bis 86 könnte auch ein Kegelradgetriebe mit gleich großen oder ungleich großen Zahnkränzen an den Schwungmassen treten.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zum Ausgleich der umlaufenden Schwungmassen bei Kolbenkraftmaschinen, bei der die Schwungmassen auf in verschiedenem Sinne umlaufende Wellen in der Weise verteilt werden, daß die Summe der Produkte aus Trägheitsmoment und Drehzahl der im einen Sinne umlaufenden Teilmassen der Summe der entsprechenden Produkte der im anderen Drehsinn umlaufenden Teilmassen gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil der Schwungmassen (6) auf der (5) oder den in übereinstimmendem Drehsinn umlaufenden Kurbelwellen, der andere Teil (10) auf einer oder mehreren in Verbindung mit der Kraftmaschine gelagerten Blindwellen angeordnet ist, die durch Zwanglaufgetriebe (z. B. Zahnräder 7, 8) mit der oder den Kurbelwellen gekuppelt werden.
2. Anordnung der umlaufenden Schwungmassen bei Kolbenkraftmaschinen mit mehreren im gleichen Sinne umlaufenden und durch Zwischenzahnräder zwangläufig miteinander verbundenen Kurbelwellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzt zu den Kurbelwellen umlaufenden Schwungmassenteile mit einem entgegengesetzt zu den Kurbelwellen umlaufenden Zwischenzahnrad fest verbunden sind.
3. Anordnung der umlaufenden Schwungmassen bei Kolbenkraftmaschinen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzt umlaufenden Schwungmassenteile gleichachsig zueinander angeordnet und durch ein den Gegenlauf herbeiführendes Zwischengetriebe (Zahnräder 84, 85, 86) miteinander gekuppelt sind (Abb. 9).

Hierzu r Blatt Zeichnungen