DE698877C - Ausgleichseinrichtung fuer periodische Kraefte bei mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

lap. lad. Γ^:·- /--rl
■ 9 - JAN. 1941

AUSGEGEBEN AM
19. NOVEMBER 1940

Die Erfindung betrifft Ausgleichseinrichtungen für periodische Kräfte bei mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen, bei denen ein Paar zur Kurbelwelle paralleler und mit ihr durch Getriebe verbundener Wellen an jedem Ende exzentrische, in entgegengesetzter Richtung umlaufende Gegengewichte trägt, die paarweise um iSo° gegeneinander und gegen die benachbarten Kurbeln der Kurbelwelle versetzt angeordnet sind. Die Erfindung bezweckt die Unterdrückung der Torsionsschwingungen, die durch periodisch wechselnde Kräfte an umlaufenden Wellen erzeugt werden, sowie die Aufhebung unausgeglichener Kräfte, die Kräftepaare bilden.

Es ist bereits bekannt, bei mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen Ausgleichseinrichtungen für periodische Kräfte anzubringen, bei denen ein Paar zur Kurbelwelle paralleler und mit ihr durch Getriebe verbündener Wellen an jedem Ende exzentrische, in entgegengesetzter Richtung umlaufende Gegengewichte trägt, die paarweise um iSo° gegeneinander und gegen die benachbarten Kurbeln der Kurbelwelle versetzt angeordnet sind.

Beim Betrieb von Maschinen mit einem derartigen Auswuchtungssystem, bei dem die Antriebskraft für die Xebenwellen von einem Ende der Kurbelwelle auf das entsprechende

Ende jeder X ebenwelle übertragen wird, hat sich nun ergeben, daß Torsionsresonanzschwingungen von erheblicher Stärke auftreten, d. h. die in dem ganzen System verteilt vorhandene Elastizität ermöglicht das Entstehen von Resonanzschwingungen innerhalb des Bereiches der Frequenz der Maschinenimpulse. Auch bei Anwendung eines verhältnismäßig starren Übertragungsmittels, wie ίο Zahnradgetriebe, ergeben sich noch innerhalb der Xebenwellen selbst beträchtliche Torsionsschwingungen, die in den Wellen entlang laufen, auf die Übertragungsräder zurückgelangen und unter Umständen auf die angeschlossenen Xebeneinrichtungen ungünstig einwirken.

Diese Nachteile werden durch die Ausgleichseinrichtung gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die beiden den Übertragungsgetrieben benachbarten Gewichte fest auf den zugehörigen Wellen sitzen, während die beiden anderen Gewichte, die entfernt davon liegen, bewegliche Dämpfungsgewichte tragen, die in durch Federdruck erzeugter as reibender Berührung mit ihren Traggewichten stehen. Die Dämpfungsgewichte sind zweckmäßigerweise derart an den zugehörigen Gewichten um einen Zapfen drehbar gelagert, daß ihr Schwerpunkt vom Drehzapfen aus nach außen zu liegt und daß sie auf den Gewichten in gewissen Grenzen, .wie sie beispielsweise eine Bolzen- und Schlitzverbindung zuläßt, unter Reibung beweglich sind. Die zusätzlichen Reibungsdämpfer bewirken, daß jede resonante Torsionsschwingung in den Xebenwellen gedämpft und ausgelöscht wird, ehe sie nach den Übertragungsmitteln zwischen den Xebenwellen und der Kurbelwelle zurückgelangen kann.

In der Zeichnung, die nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, zeigen:

Fig. r eine Seitenansicht beider Enden einer Maschine, teilweise im Schnitt zwecks Sichtbarmachung der arbeitenden Maschinenteile,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Ende der Maschine nach Linie 2-2 der Fig. 1 mit Ansicht der Übertragungsräder,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. ι mit Ansicht des vorderen Endes einer Ausgleichwelle und der auf dieser sitzenden Dämpfungseinrichtung,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die mit einer kleinen Änderung versehene Dämpfungseinrichtung,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Einzelheit nach Linie 5-5 der Fig. 4,

Fig. 6 eine wesenhafte Darstellung der Maschinenkurbelwelle, der parallelen Ausgleichs wellen, der Nockenwelle und der Übertragungsräder zwischen diesen Wellen.

Die Fig. 1 zeigt den vorderen und den hinteren Teil einer mehrzylindrigen Maschine mit ihrem Zylinderblock 10, Deckel 12 und der Ölwanne 14. Der Mittelteil der Maschine ist weggelassen, da er zur Erläuterung der Erfindung nicht nötig ist. Die Kurbelwelle 16 ist in dem Maschinengestell am vorderen und hinteren Ende gelagert. Die dargestellte Maschine ist eine Tandem-Vierzylinder-Zweitakt-Dieselmaschine. Sie ist nur als Beispiel gewählt. Die Erfindung ist ebensogut bei Mehrzylindermaschinen anderer Bauart anwendbar. Eine der durch Gegengewichte ausgewuchteten Kurbeln ist beiiS dargestellt. Selbstverständlich ist die Kurbelwelle für statisches und dynamisches Gleichgewicht ausgewuchtet. Die am Zapfen der Kurbel iS angelenkte Pleuelstange 20 überträgt den Antrieb von dem im Zylinder 24 hin und her gehenden Kolben 22 auf die Welle. An deren Ende sitzt das übliche Schwungrad 26. Zwischen Kurbel 1.8 und Schwungrad 26 befindet sich das am Maschinengestell angeordnete Lager 28 sowie ein Zahnrad 30 für den Antrieb der verschiedenen Getriebe der Maschine und des Zubehörs.

Bei Mehrzylindermaschinen dieser und anderer Bauarten erzeugen die auf die Kurbelwelle wirkenden Antriebskräfte ein Kräftepaar, welches die Maschine in der durch die Zylinderachsen gelegten Ebene um eine zu dieser senkrechte Achse in Schwingungen zu versetzen sucht. Zum Ausgleichen dieser Wirkungen des Kräftepaares sind Wellen 40 und 42 parallel zur Kurbelwelle symmetrisch zu beiden Seiten der Mittelebene der Maschine, also im wesentlichen parallel zu den Zylinderachsen, angeordnet. Diese Ausgleichswellen tragen an ihren hinteren Enden exzeu· ion irisch angeordnete Ausgleichs- oder Gegengewichte 4O_a bzw. 42_a und an ihren vorderen Enden exzentrische Ausgleichsgewichte 40^ und 42;,; die vorderen und hinteren Gegengewichte sind um 180 ° gegeneinander versetzt. Die Wellen 40, 42 und die Kurbelwelle sind durch Zahnradübertragung so miteinan · der verbunden, daß sich alle mit derselben Geschwindigkeit drehen und die Kurbelzapfen der Kurbelwelle mit den entsprechenden Enden der Ausgleichswellen immer in entgegengesetzter Phase stehen, wie dies wesenhaft in Fig. 6 angegeben ist. Auf den hinteren Enden der Gegenwellen 40 und 42 sitzen Zahnräder 46 und 48; an diesen sind die Ausgleichsgewichte 4O₁, und 42_a in geeigneter Weise befestigt. Wie Fig. 1 zeigt, kann das Gegengewicht 4o_a aus zwei exzentrisch am Zahnrade 46 mittels eines oder mehrerer Schraubenbolzen 50 gehaltenen Teilen bestehen. Das Gegengewicht 42,, hat die gleiche Bauart. Das Rad 46 wird durch das Rad 5 J

angetrieben, das mit dem obenerwähnten Rad 30 auf der Kurbelwelle in Eingriff steht. Das Rad 48 treibt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Zahnrad 54 an, das auf der die Ventile bewegenden, innerhalb des Deckels 12 in der Längsrichtung der Maschine sich, erstreckenden Nockenwelle 56 sitzt (Fig. i, 2 und 6). Das Zahnrad 58, das in das Rad 52 eingreift, treibt das in der Zeichnung nicht dargestellte Gebläse an, das zur Ladeeinrichtung der Maschine gehört und keinen Teil der Erfindung bildet.

Die als Beispiel gewählte Maschine hat vier Zylinder, die nebeneinander längs der viermal gekröpften Kurbelwelle stehen. Die Kröpfungen an den Enden liegen in ein und derselben axialen Ebene, jedoch um i8o° gegeneinander versetzt; die beiden mittleren Kröpfungen liegen ebenfalls um einen Winkel von 180 ° gegeneinander versetzt in einer Axialebene, die einen. Winkel von 90 ° mit der anderen Axialebene der Endkröpfungen bildet. Die Endkurbelzapfen, die hin und her gehenden Kolben und Pleuelstangen erzeugen in der gezeichneten Lage ein Kräftepaar, das in einer parallel zu den Zvlinderachsen liegenden Ebene wirkt. Diese Kräfte suchen die Maschine in einer hauptsächlich senkrechten • Ebene in Schwingungen zu versetzen. Die Wellen 40 und 42 mit ihren Gegengewichten 4O_n, 42,,, 40/, und 42/, entwickeln während des Arbeitsganges der Maschine Kräftepaare derart, daß die Gesamtwirkung dieser Kräfte gleich derjenigen ist, die von der umlaufenden Kurbelwelle und den hin und her gehenden Kolben und Pleuelstangen herrührt, jedoch entgegengesetzten Sinn hat. Wenn die Gegengewichte der Ausgleichswellen in entgegengesetzter Richtung umlaufen, so liegen die durch die Drehung hervorgerufenen Fliehkräfte jedes Gegengewichtspaares nur bei der Auf- und Abwärtsbewegung ihrer Schwerpunkte in gleicher Richtung, so daß ihre Wirkungen sich addieren;' dagegen subtrahieren sich diese Kräfte und heben einander auf, λνεηη die Gewichte senkrecht dazu von innen nach außen und umgekehrt sich bewegen. Das Ergebnis ist, daß die Gegengewichte lediglich solche unausgeglichenen Kräfte entwickeln,

So die den obenerwähnten unausgeglichenen Kräften der hin und her gehenden Massen entgegengesetzt gerichtet sind. Die Masse jedes Gegengewichtes und seine Stellung auf der zugehörigen WV-IIe muli so gewählt werden, daß das Produkt aus Masse, radialem Abstand des Schwerpunktes von der Drehachse und der Länge dv* am Maschinengestell wirksamen Hebelarmes die Halite des entgegengesetzten Kriiflcpaares ausgleicht, al.-n beide Massen das ganze entgegenwirkende¹ Drehmoment aufheben. In der Zeichnung' >:'ud tue vorderen und hinteren Gegengewichte auf den Wellen 40 und 42 in Querebenen liegend dargestellt, die gleiche Abstände von den vorderen und hinteren Kurbeln der Kurbelwelle haben: sie arbeiten daher in mechanisch vorj teilhafter Weise. Yerbesserungseinrichtungen der beschriebenen Art können auch bei Maschinen mit anderer Zylinderzahl in Anwendung kommen, bei denen die Gefahr besteht, daß unausgeglichene Kräfte die Maschine oder ihre Unterlage in periodische Schwingungen versetzen können. Selbstverständlich braucht man für andere Maschinen Ausgleichskörper anderer Größe und Anordnung, die sich aus der Größe, Richtung und Art der auftretenden unausgeglichenen Kräfte bestimmen lassen.

Wie in Fig. 1 und 4 bei 62 für Welle 40 angegeben ist, sind die abgesetzten und mit Längs rippen oder Zähnen versehenen vorderen Enden in rohrförmige Verlängerungsstücke oder Rohrhülsen 60 eingesteckt und greifen mit ihren Zähnen zwischen ebensolche Zähne 64 in den Verlängerungsstücken, so daß diese nicht drehbar mit den Wellen gekuppelt sind. Die vorderen Hülsen 60 sind, wie die Zeichnung zeigt, in Kugellagern am Maschinengestell 10 und in dem am vorderen Ende des Maschinengestells angeschraubten Gehäuseteil io_ß gelagert.

Die hinteren Enden der Wellen 40 und 42 sind in der gleichen Weise mit innen gezahnten Rohrhülsen 04„ versehen, die auf außen gezahnten abgesetzten Enden 62_O der genannten Wellen sitzen und in Kugellagern gelagert sind, die in Aussparungen des Zylinderblockes 10 und des hinteren Gchäuseteiles io_;, eingesetzt sind.

Das Zahnrad 46 mit seinem Gegengewicht 4O_a ist auf der hinteren Hülse 6o_fl der Welle 40 befestigt, und das Zahnrad 48 mit angesetztem Gegengewicht 42_U sitzt auf einem entsprechenden Verlängerungsstück am Ende der Welle 42.

Wie aus den Fig. 1 und 4 zu ersehen ist, ist die rohrförmige \^rerlängeumg 60 der Welle 40 mit einem Teilgegengewicht 40^ verbunden oder mit ihm aus einem Stück. Der Teil 4O_ft steht um 180° versetzt gegen das hintere Gegengewicht 40,,; er ist, verglichen mit dem Gegengewicht 40,,, verhältnismäßig leicht. Die nötige zusätzliche Masse kann in einem beweglichen Gewichtsteil 70 bestehen, der sich aus zwei zweckmäßig mit dem Gewicht 40,, durch einen Zapfen "]2 verbundenen Teilen zusammensetzt. Die eine Hälfte des beweglichen Ausgleichsgewichtes liegt aiii der einen Seite des festen Teiles -\o_b an, die andere Hälfte auf dessen entgegengesetzter 12η Seite. Der feste Teil 40,, ist. wie bei 74 angedeutet i.-,t, mit einem Schlitz oder einer ahn-

lichen Aussparung versehen. Durch diese sowie durch Bohrungen der beiden beweglichen Gegengewichte ist ein mit Kopf und Mutter versehener Bolzen 76 gesteckt; eine Feder 78 (in Fig. ι alu Schraubenfeder bezeichne!) liegt zwischen der Mutter und der betreffen-Tl en Hälfte des Gegengewichtsteiles 70. Die beiden Hälften« bewegen sich daher wie ein Körper zusammen auf dem Gegengewicht 40& (oder 42₆), das sie trägt. Der elastische Druck der Feder 78 hält zwecks Dämpfung die beiden beweglichen Hälften in reibender Berührung mit dem festen Teil 40^; die Aussparung 74 muß so gestaltet und bemessen •5 sein, daß sie eine gewisse bogenförmige Bewegung der Teile 70 um den Bolzen 72 zuläßt, wobei die Reibung zwischen den Teilen 70 und 4O₆ Widerstand leistet. Das feste -Gegengewicht 404 und die dämpfenden Gewichtsteile drehen sich innerhalb des Gehäuseabschlusses io_a und haben eine ausgleichende Wirkung, die derjenigen des Gegengewichtes 40,, gleich, aber entgegengesetzt gerichtet ist. Da der Dämpfungsteil 70 am festen Teil 40;, (42_&) *5 außerhalb seines Schwerpunktes drehbar gehalten wird, so daß der größere Teil seiner Masse auf derjenigen Seite des Drehpunktes 72 liegt, die weiter von der Drehachse entfernt ist, verhält sich der Teil 70 wie ein Pendel, indem die Fliehkraft ständig sucht, ihn in der mittleren Stellung des zur Verfügung stehenden Gesamtausschlages zu halten, d. h., wie Fig. 3 zeigt, mit den Mitten des Bolzens ~6, Drehzapfens 72 und der Drehachse der Welle 40 (oder 42) in einer geraden Linie. Es sind also keine Federn nötig, um die Teile 70 in die erwähnte Mittellage zurückzubringen, wenn sie sich daraus entfernt haben. Nötigenfalls kann irgendein geeigneter Reibungsstoft zwischen den aufeinanderliegenden Flächen des festen und der beweglichen Gegengewichtsteile 70 angebracht werden.

Am vorderen Ende der Welle 42 trägt der Gewichtsteil 42^ ebenfalls ein zusätzliches Gegengewicht und Dämpfungsglied von derselben Ausführung und Anordnung, wie sie bei den entsprechenden Teilen am vorderen Ende der Welle 40 beschrieben worden ist.

Die in den Fig. 4 und 5 angegebene Aiiderung besteht lediglich darin, daß die in Fig. 1 gezeichnete Schraubenfeder 78 durch eine ' Blattfeder 7S₀ ersetzt worden ist. Diese Feder setzt sich aus einer Mehrzahl von rechteckigen Streifen aus dünnem, gebogenem Feclerstahl o. dgl. zusammen.

Wenn die Maschine läuft, wird das von den primären, an der Kurbelwelle angreifenden Maschinenkräfien erzeugte Kräflepaar durch die Wirkung der Gegengewichte 40,,, fio 42,, an dem einen Ende und 40^, 42;, an dem anderen Ende der Wellen 40 und 42 aufgehoben. Die Gegengewichte laufen mit der Geschwindigkeit der Maschine um; dabei dienen die Gewichte 40,, und 42,, für den Ausgleich der am hinteren Ende der Kurbelwelle, etwa bei 18, auftretenden Kräfte, und die Gewichte 40^ und 42^ heben die entgegengesetzt gerichteten Kräfte am anderen Ende der Kurbelwelle, etwa bei 18/ (Fig. 6), auf. Die Ausgleichswellen 40 und 42 sind notwendigerweise verhältnismäßig lang und etwas elastisch und haben daher zusammen mit den anhängenden Massen eine Periode der Torsionseigenschwingungen, die durch die Drehmomentsänderungen angeregt werden.. Wenn diese Eigenschwingungen nicht gedämpft werden, teilen sie sich den Getrieben mit und \-erursachen Geräusch und unnötige Abnutzung. Ferner werden sie auf die von den Übertragungsrädern zwischen Kurbelwelle und den Ausgleichswellen angetriebenen Teile übertragen und beeinflussen deren Arbeitsweise sehr ungünstig. Die Neigung der Ausgleichswellen 40 und 42, in Torsionsschwingungen zu geraten, wird durch die mit den vorderen Gegengewichten verbundenen Dämpfungsmittel unterbunden. Wie leicht zu erkennen ist, sucht die Masse der dämpfenden Teile 70, da diese die Möglichkeit haben, gegenüber den Teilen 40^ und 42^ sich zu verschieben, mit gleichmäßiger Geschwindigkeit umzulaufen und kann daher als Bremse wirken, um die Schwingungen der zugehörigen Wellen zu verzögern und alle Torsionsschwingungen, die in die Wellen gelangen, zum Verschwinden zu bringen. Die Fliehkraft der pendelartigen Dämpfungsglieder sucht diese in der Mittelstellung ihres Ausschlages zu halten und sie stets in diese zurückzubringen, sobald sie sich aus ihr entfernt haben.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Ausgleichseinrichtung für periodische Kräfte bei mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen, bei der ein Paar zur Kurbelwelle paralleler und mit ihr durch Getriebe verbundener Wellen an jedem Ende exzentrische, in entgegengesetzter Richtung umlaufende Gegengewichte trägt, die paarweise um i8o° gegeneinander und gegen die benachbarten Kurbeln der Kurbelwelle versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den Übertragungsgetrieben (46, 48) benachbarten Gewichte (40,,, 42,,) fest auf den zugehörigen Wellen (40, 42) sitzen, während die beiden anderen Gewichte (40J, 42,,), die entfernt davon liegen, bewegliche Dänipfcrgewichte (70) tragen, die in durch Federdruck erzeugter iao reibender Berührung mit ihren Trag-"cwichten stehen.
2. 2. Ausgleichseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfergewichte (70) an den zugehörigen Gewichten (4O₄, 42;,) um einen Zapfen drehbar gelagert sind, derart, daß ihr Schwerpunkt vom Drehzapfen '(72) aus nach außen zu liegt und daß sie auf den Gewichten in gewissen Grenzen, wie sie z. B. eine Bolzen- und Schlitzverbindung zuläßt, unter Reibung beweglich sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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