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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor
für Kraftfahrzeuge
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Motor ist aus
der DE-A-2 147 213 bekannt.
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Es sind zahlreiche Verbrennungsmotoren bekannt,
die mit einem oder mehreren Ausgleichsgewichten zum dynamischen
Schwingungsausgleich versehen sind.
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Es ist lange bekannt, dass der Schwingungsausgleich
eines Verbrennungsmotors zu einer Verringerung von Vibrationen führt, die
durch die Bewegungen der verschiedenen beweglichen Bauteile des Motors
hervorgerufen werden, insbesondere der Kolben, der Pleuel und der
Kurbelwelle.
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Üblicherweise
dienen die Ausgleichsgewichte dazu, entweder ein Moment einer Schwingungskomponente
(zum Beispiel ein Galopp-Moment)
oder einer Kraftkomponente (zum Beispiel einer Stoss-Kraft) zu kompensieren,
die von den bewegten Massen des Motors stammen.
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Im Allgemeinen besteht die Lösung dieses Problems
darin, ein Ausgleichsgewicht in Form einer Welle mit zur Kurbelwelle
paralleler Achse vorzusehen, der mit einem ( oder mehreren ) Massen
oder Ausgleichsgewichten versehen ist, sowie darin, eine ( oder
mehrere ) Massen an der Kurbelwelle anzuordnen, wobei die Rotation
des Ausgleichsgewichtes zur Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle
dergestalt synchronisiert wird, dass die Geschwindigkeiten gleich groß sind.
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Im Fall eines Verbrennungsmotors
mit hoher Leistung, wie zum Beispiel eines Motors für einen Rennwagen,
weist eine derartige Ausgestaltung einen hohen Raumbedarf auf, verbunden
mit hohen Kosten und erhöht
das Gesamtgewicht des Motors in beträchtlicher Weise.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils schlägt die Erfindung
eine kompakte Anordnung zum Schwingungsausgleich vor.
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Der zu diesem Zweck vorgeschlagene
Verbrennungsmotor entspricht dem Anspruch 1.
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Gemäss bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung:
- – sind die Ausgleichsgewichte
Teil der Zahnräder und
werden einstückig
mit diesen durch Giessen, Schmieden oder durch jedes andere ähnliche
Verfahren hergestellt;
- – bestehen
die Kraftübertragungsmechanismen aus
einer Anzahl von Zahnrädern,
die von zwei mit Ausgleichsgewichten versehenen Antriebszahnrädern angetrieben
werden;
- – weist
der Verbrennungsmotor zwei Zylinderköpfe auf, in denen jeweils zwei
Nockenwellen eingesetzt sind, wobei jedes Paar Nockenwellen in jedem
der Zylinderköpfe
von einem Kraftübertragungsmechanismus
und von einem der Antriebszahnräder
angetrieben wird;
- – wird
jedes Paar Nockenwellen in jedem Zylinderkopf von einer einzigen
Anzahl von Zahnrädern
angetrieben, die an einem zugehörigen Längsende
des Motorblocks angeordnet sind;
- – ist
der Verbrennungsmotor ein V-förmiger
Verbrennungsmotor,
- – ist
jedes Antriebszahnrad im wesentlichen an der Verbindungsstelle des
V angeordnet oberhalb des Ausgangsritzels der Kurbelwelle, durch
das es angerieben wird.
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Die Vorteile der Erfindung gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung
hervor; darin zeigen:
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1 eine
Vorderansicht eines Motors nach der Erfindung,
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2 eine
Draufsicht auf den Motor nach 1,
wobei die Ausgleichsgewichte im Axialschnitt gezeigt sind und
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Antriebsritzels mit einem Gegengewicht
gemäss
der Erfindung.
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In der folgenden Beschreibung sind
gleiche Bezugszeichen für
gleiche oder in ihrer Funktion ähnliche
Teile verwendet worden.
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Aus 1 und 2 ist der Aufbau eines nach der
Erfindung ausgestalteten Verbrennungsmotors 10 ersichtlich,
der vor allem zum Einbau in ein Motorrad dient.
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In 2 ist
das Vorderteil des Motors 10 unten und das Hinterteil des
Motors 10 oben eingezeichnet.
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Bei dem in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen Motor mit vier V-förmig angeordneten Zylindern,
der einen langgestreckten Motorblock 12 aufweist, in dem
eine Kurbelwelle 14 mit der Achse A drehbar gelagert ist.
Die Kurbelwelle 14 ist hierbei gestrichelt eingezeichnet.
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Wie 1 zeigt
weist die Kurbelwelle 14 in an und für sich bekannter Weise ein
vorderes Ausgangsritzel 16 auf, das aus dem vorderen Ende 18 des
Motorblocks 12 herausragt sowie ein zweites (nicht dargestellten)
Ausgangsritzel, das aus dem hinteren Ende 20 des Motorblocks 12 herausragt.
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Diese beiden Ausgangsritzel, von
denen das mit 16 bezeichnete Ritzel in 1 eingezeichnet ist, treiben, wie aus 2 hervorgeht, eine Anzahl
von hinteren miteinander kämmenden
Zahnrädern 24 bzw.
vorderen miteinander kämmenden
Zahnrädern 22 der
Kraftübertragung
an, die wiederum Nockenwellen 30, 32, 34 und 36 mit
entsprechenden Achsen B, C, D und E antreiben, die parallel zur
Achse A der Kurbelwelle 14 des Motors 10 sind.
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Die Nockenwellen 30 und 32 mit
den Achsen B bzw. C sind in einem ersten Zylinderkopf 28 für den Motor 10 und
die Nockenwellen 34 und 36 mit den Achsen D bzw.
E sind in einem zweiten Zylinderkopf 26 für den Motor 10 angeordnet.
Vorteilhafterweise sind die beiden Zylinderköpfe 26 und 28 fest
mit dem Motorblock 12 des Motors 10 verbunden.
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In an und für sich bekannter Weise werden die
Nockenwellen 30 und 32 von einer hinteren Kraftübertragungseinrichtung
in Form einer Anzahl miteinander kämmender Zahnräder 24 angetrieben,
während
die Nockenwellen 34 und 36 von einer vorderen Kraftübertragungseinrichtung
in Form eine Anzahl miteinander kämmender Zahnräder 22 angetrieben werden.
Diese miteinander kämmenden
Zahnräder 22 und 24 werden
wiederum von den entsprechenden Ausgangsritzeln angetrieben, die
an den axialen Enden der Kurbelwelle vorgesehen sind, wobei das erste
Zahnrad einer jeden Anzahl von Zahnrädern 22 und 24,
das in eines der Ausgangsritzel eingreift, als vorderes 38 bzw.
hinteres Antriebszahnrad 40 bezeichnet wird und auf derselben
Achse liegt, die parallel zur Achse A der Kurbelwelle ist und die
im wesentlichen in der Mittenebene des Motors angeordnet ist.
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Vorteilhaferweise sind die Antriebszahnräder 38 und 40 drehbar
im Motorblock 12 an der Verbindungsstelle des V des Motorblocks 12 und
oberhalb der Kurbelwelle 14 gelagert. Die Antriebszahnräder 38 und 40 kämmen jeweils
mit einem der Ausgangsritzel, von denen nur das vordere Ritzel 16 dargestellt ist.
Die Abmessungen der Ausgangsritzel und der Antriebszahnräder sind
dergestalt gewählt,
dass die Antriebszahnräder
sich mit der gleichen Geschwindigkeit drehen wie die Kurbelwelle.
In 1 ist der Eingriff
des vorderen Ausgangsritzels 16 der Kurbelwelle 14 mit
dem vorderen Antriebszahnrad 38 ersichtlich, welches die
vordere Anzahl von Zahnrädern 22 für den Drehantrieb
der Nockenwellen 34 und 36 antreibt. Die Antriebszahnräder weisen
dabei zwei Zahnkränze
auf: ein erster kämmt
mit dem zugehörigen
Ausgangsritzel und ein zweiter kämmt
mit dem zugehörigen
Zahnrad der Anzahl von Zahnrädern.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung erfolgt die Kraftübertragung über die vorderen
und hinteren Anzahlen von Zahnrädern 22 und 24.
Diese Ausgestaltung ist jedoch nicht begrenzend, wobei betont sei,
dass eine (nicht dargestellte) Kraftübertragung auf der Vorderseite
und auf der Hinterseite an Stelle von einer Anzahl von Zahnrädern auch
durch Keilriemen erfolgen kann oder durch eine Verteilerkette, die
direkt von den vorderen und hinteren Antriebszahnrädern 38 und 40 angetrieben
wird.
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In an und für sich bekannter Weise weist
der Verbrennungsmotor 10 zwei Rotoren zum Schwingungsausgleich
auf, deren jeder mit einem Ausgleichsgewicht versehen ist zum dynamischen Schwingungsausgleich
des Motors zusammen mit Gegengewichten, die direkt an der Kurbelwelle
befestigt sind.
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Gemäss der Erfindung stehen die
Rotoren zum Schwingungsausgleich in direkter Drehverbindung mit
den Antriebszahnrädern 38 und 40 für die vorderen
und hinteren Kraftübertragungseinrichtungen 22 und 24.
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Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind in nicht die Erfindung begrenzender Weise die
Rotoren zum dynamischen Schwingungsausgleich des Motors in die vorderen und
hinteren Antriebszahnräder 38 und 40 integriert.
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Diese kompakte Ausgestaltung ist
besonders vorteilhaft, da der damit ausgerüstete Motor keinen vergrößerten Raumbedarf
in Querrichtung aufweist, verglichen mit demjenigen des Motorblocks.
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In 2 ist
im Einzelnen die Ausgestaltung der Rotoren zum Schwingungsausgleich 38 und 40 dargestellt,
wobei insbesondere der Rotor zum Schwingungsausgleich 38 in 3 gezeigt ist.
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Wie 3 erkennen
lässt,
ist weist das Antriebszahnrad 38, das identisch zum Antriebszahnrad 40 ist,
auf der dem Motorblock 12 abgewandten Seite eine Aussparung 44 auf
in Gestalt einer ringförmigen zylindrischen
Nut, die sich radial zwischen einerseits einem zylindrischen Flansch 46,
der zur Aufnahme einer Drehachse für das Antriebszahnrad 38 nach 2 dient und andererseits
einem Innenumfang eines Zahnsektors 50 des Antriebszahnrades 38 erstreckt.
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Die Aussparung 44 in Gestalt
der ringförmigen
zylindrischen Nut erstreckt sich axial teilweise in der Dicke des
Antriebszahnrades 38 und nimmt ein Ausgleichsgewicht 52 auf.
Die Unwucht 52 kann die Gestalt eines Ringsektors aufweisen,
der komplementär
zur ringförmigen
Nut 44 ausgebildet ist und der die dynamische Auswuchtung
des Verbrennungsmotors 10 gemeinsam mit auf der Kurbelwelle 14 angeordneten
Gegengewichten ermöglicht.
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In vorteilhafter Weise ist das Ausgleichsgewicht
in die ringförmige
zylindrische Nut des Antriebszahnrades 38 eingesetzt und
wird dort zum Beispiel mittels eines Klemmsitzes befestigt. Es ist
aber genau so gut möglich,
dieses auf eine andere Art zu befestigen, zum Beispiel mittels (nicht
dargestellter) Schrauben oder mittels eines beliebigen Schweißverfahrens.
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Gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung ist das Gegengewicht direkt in das Zahnrad integriert,
wobei es durch einen Schmiedevorgang oder ein Gießverfahren
oder durch jedes andere beliebige Verfahren hergestellt werden kann.
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Für
den dynamischen Schwingungsausgleich des Motors wird das Antriebszahnrad 38 und damit
auch das Ausgleichsgewicht 52 während des Einsetzens winkelmäßig verkeilt
relativ zur Kurbelwelle bei einer vorgegebenen Eingriffsstellung
das vorderen Ausgangsritzels 16 der Kurbelwelle 14.
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Es sei betont, dass das Ausgleichsgewicht 52 des
vorderen Antriebszahnrades 38 und das Ausgleichsgewicht 54 des
hinteren Antriebszahnrades 40, wie in 2 dargestellt, sich diametral gegenüber liegen,
das heißt
um 180° zueinander
versetzt sind bezüglich
der gemeinsamen Drehachse F für
die beiden Antriebszahnräder 38 und 40,
sodass ein perfekter Schwingungsausgleich der einzelnen Massen des
Verbrennungsmotors 10 erreicht wird und insbesondere der
bewegten Massen, die durch die Kolben und die Pleuel des Motors
gebildet werden.
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Die um 180° versetzte Anordnung dient insbesondere
dazu, ein Wechselmoment zu unterdrücken. Soll jedoch angestrebt
werden, insbesondere eine Wechselkraft zu unterdrücken, so
ist es vorteilhaft, wenn die beiden Ausgleichsgewichte nicht zueinander
versetzt werden, sondern sich genau gegenüber liegen.
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Die in die vorderen und in die hinteren
Antriebszahnräder 38 und 40 integrierten
Rotoren zum Schwingungsausgleich ermöglichen also zusammen mit den
(nicht dargestellten) Ausgleichsgewichten an den Wangen 13 der
Kurbelwelle 14 einen perfekten dynamischen Schwingungsausgleich
des Motors und damit eine Verringerung dessen Schwingungen unter Beibehaltung
der kompakten Abmessung in Querrichtung.
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Es sei betont, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf das einzige dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt
ist, sondern alle Äquivalente
umfasst.
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Insbesondere kann auch der Motor
ein Motor mit einer Vielzahl an in Reihe angeordneten Zylindern
an Stelle eines Motors mit V-förmigen
Zylindern sein oder auch ein Motor mit geschlossenem V (das heißt, einem
einzigen Zylinderkopf).
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Schließlich können als Zahnräder zur
Aufnahme der Gegengewichte Zahnräder
verwendet werden, die nicht in direktem Kontakt mit den Ausgangsritzeln
der Kurbelwelle 14 stehen. Es genügt, wenn die mit den Gegengewichten
versehenen Zahnräder
sich mit der gleichen Geschwindigkeit drehen wie die Kurbelwelle 14 und
auf ein und derselben Achse F parallel zur Achse der Kurbelwelle 14 angeordnet
sind.