DE692712C - Auswuchtvorrichtung fuer Maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, mit radialer Zylinderanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswuchtvorrichtung für Maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, deren radiale Zylinder vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Zylindersterne angeordnet sind und deren Schubgestänge aus wenigstens einer Hauptschubstange und an dem Kopf dieser Hauptschubstange angelenkten Hilfsschubstangen besteht, wobei die Achsen, in denen die Hilfsschubstangen an dem Kopf der •Hauptschubstange angelenkt sind, außerhalb der Achse des zugehörigen Kurbelzapfens liegen.

Es ist schon vorgeschlagen worden, zum Auswuchten von Maschinen mit der genannten Zylinderanordnung und dem genannten Schubgestänge auf der Kurbelwelle eine Exzentermasse drehbar zu lagern, deren Drehachse parallel zur Kurbelwellenachse liegt.

Bei dieser bekannten Auswuchtvorrichtung dreht sich der Schwerpunkt der Exzentermasse um die Achse derselben in einem Drehsinn, der entgegengesetzt dem Drehsinn ist, mit welchem die Kurbelwelle um ihre Achse umläuft. Ferner ist bei der bekannten Auswuchtvorrichtung die Drehzahl der Exzentermasse um ihre Achse größer als die Drehzahl der Kurbelwelle um ihre Achse. Schließlich ist die bekannte Exzentermasse derart auf ihrer Drehachse verkeilt, daß der Schwerpunkt der Exzentermasse in seinem unteren Totpunkt ist, wenn der Kurbelzapfen durch seinen oberen Totpunkt hindurchgeht.

Es hat sich herausgestellt, daß mit einer derartigen Einrichtung die wichtigsten Stö,-rungen, die bei einer Maschine mit radialer Zylinderanordnung und einem aus Hauptschubstange und Hilfsschubstangen bestehenden Schubgestänge auftreten, nicht ausgeglichen werden können. Diese wichtigsten

Störungen werden bei den in Rede stehenden Maschinen durch eine radiale Kraft gebildet die gegenüber dem Maschinengestell mit einer Geschwindigkeit, die gleich dem Doppelten S der Drehzahl der Kurbelwelle ist, um die Kurbelwellenachse umläuft, und bestehen andererseits aus einem periodischen Moment, dessen Frequenz gleich der Drehzahl der Kurbelwelle ist und dessen Achse mit der der ίο Kurbelwelle zusammenfällt.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteh f darin, die genannte Störkraft und gleichzeitig das genannte Störmoment auszugleichen, wobei auch gemäß der Erfindung eine auf der Kurbelwelle drehbar gelagerte Exzentermasse, deren Achse parallel zur Kurbelwellenachse liegt, angewendet wird.

Um nun die genannten Störwirkungen auszugleichen, wird die genannte Exzentermasse erfindungsgemäß derart angetrieben, daß der resultierende Schwerpunkt dieser Exzentermasse mit Bezug auf die Drehachse der Masse in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft, wie die Kurbelwelle um ihre eigene Achse umläuft.

Ferner sind die Exzentermasse oder die Exzentermassen erfindungsgemäß derart verkeilt, daß »der resultierende Schwerpunkt durch seinen oberen Totpunkt geht, wenn auch der Kurbelzapfen durch seinen oberen - Totpunkt hindurchgeht.

Die Erfahrung hat bestätigt, daß sich mit einem derartigen Getriebe und einer derartigen Anordnung der Exzentermasse oder der Exzentermassen ein völliger Ausgleich der genannten Störwirkungen erzielen läßt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.

Fig. ι der Zeichnung, zeigt schattbildlich eine erste Ausführungsform der Auswuchtvorrichtung gemäß der Erfindung im Radialschnitt bei einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderstern.

Fig. 2 ist ein Teilsehnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen schaubildlich zwei weitere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in verkleinertem Maßstab.

In der Zeichnung ist mit 1 die Kurbelwelle eines Sternmotors bezeichnet, an dessen Kurbelzapfen 2 eine Hauptschubstange angreift, an welch letzterer exzentrisch zu dem Kurbelzapfen 2 mehrere Hilfsschubstangen angelenkt sind.

Zum Ausgleich der obengenannten Störwirkungen ist auf der Kurbelwelle 1 eine Exzentermasse um die Drehachse ^l drehbar gelagert. Die Achse A liegt parallel zur Drehachse O der Kurbelwelle. Die um die Achse A drehbare Exzentermasse ist derart verkeilt, daß ihr Schwerpunkt C in dem Augenblick, in welchem der unter der Wirkung der Störeinflüsse stehende Kurbelzapfen 2 durch seinen obören Totpunkt geht (siehe die in der Zeichnung dargestellte Stellung), am weitesten von der Achse O der Kurbelwelle entfernt ist, und zwar nach dem oberen Totpunkt zu.

Das Exzentersystem kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung aus einer einzigen Masse 3 bestehen, welche bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung als Ganzes um die Achse A umläuft. Bei 'der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung bleibt dagegen die Masse 3 immer zu sich parallel, d. h. alle ihre Punkte beschreiben Kreise von demselben Radius wie der Kreis, auf dem sich der Schwerpunkt G der in Rede stehenden Masse um die Achse A bewegt. Im letztgenannten Fall entspricht also die Bewegung der Masse 3 der Bewegung der Masse eines bifilaren Pendels, bei dem jedoch die Aufhängefäden eine kontinuierliche Drehbewegung machen, anstatt lediglich hin und her zu schwingen.

Die Achsel der Umlaufbewegungen der Masse 3 muß in jedem Fall in der Ebene liegen, die durch die Drehachse O der Kurbelwelle ι und die Achse des Kurbelzapfens 2 bestimmt ist, und zwar mit Bezug auf die Drehachse O auf derselben Seite wie die Achse des Kurbelzapfens.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist die Masse 3 seitlich eines Ritzels 4 befestigt. Letzteres ist auf einem Wellenstumpf 5 drehbar gelagert. Der Wellenstumpf ist seinerseits an einer Verlängerung einer der Wangen 6 der Kurbelwelle 1 befestigt. Zwischen dem Wellenstumpf 5 und dem Ritzel 4 ist zweckmäßigerweise ein Ring 5' vorgesehen. Das Ritzel steht mit einem festen Zahnkranz 7 in Eingriff, dessen Durchmesser gleich dem des Ritzels 4 ist und der mit der Kurbelwelle ι gleichnasig ist. Der feste Zahnkranz 7 kann gegebenenfalls ein Stück mit dem äußeren Lagerring bilden, in welchem die Kurbelwelle gelagert ist. " Die Masse 3 ist in der schon oben erläuterten Weise derart verkeilt, daß ihr Schwer- no punkt G in demselben Augenblick wie der Kurbelzapfen 2 durch seinen oberen Totpunkt geht und hierbei am weitesten von der Drehachse O entfernt ist.

Wenn die Masse 3 gleichzeitig-das Drehmoment C und die Kraft F vollkommen ausgleichen soll, so muß die Achse A, wie sich rechnerisch ohne weiteres ergibt, mit der Achse des Kurbelzapfens 2 zusammenfallen. Andererseits hängen die Größe der Masse sowie die Exzentrizität ihres Schwerpunktes von der Stärke der Kraft F ab. Für eine

praktisch genügende Ausgleichung der Störwirkungen ist jedoch ein leichter Abstand zwischen den genannten Achsen zulässig. Ein -solcher ^Abstand hat erhebliche konstruktive Vorteile, da der Durchmesser des Zahnkranzes 7 wegen seiner zur Kurbelwelle ι gleichachsig«! Anordnung nicht völlig willkürlich wählbar ist. Die aus dem Nichtzusammenfallen der Achse A mit der Kurbelzapfenachse herrührende theoretische Unge· nauigkeit kann ohne weiteres gleichmäßig auf die Ausgleichung der umlaufenden radialen Kraft F und auf die des Störmomentes C verteilt werden. _;

Bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsform besteht das exzentrische System nicht mehr aus einer einzigen Masse, sondern aus einer Mehrzahl von Massen, die synchron um die Achsen A' umlaufen, welche parallel zur Drehachse der Kurbelwelle liegen. Die Massen gemäß Fig. 4 sind derart angeordnet und ausgebildet, daß ihre gemeinsame Wirkung auf die Kurbelwelle der Wirkung der einzigen Masse, von der im vorstehenden die Rede gewesen ist, gleichwertig ist. Die Anordnung einer Mehrzahl von Massen bringt die Möglichkeit mit sich, die Achsen A' an beliebigen Stellen anzuordnen, eine Möglichkeit, die aus konstruktiven Gründen für die Achse A einer einzigen Ausgleichmasse nicht immer vorhanden ist.

Gemäß Fig. 4 sind zwei Massen 3 und 3' vorgesehen, deren Größe zweckentsprechend gewählt ist und die um Achsen A' drehbar sind. Die Achsen A' befinden sich auf Verlängerungen der Kurbelweile 1 und liegen in einer Ebene, die auch die Achse O enthält und die senkreght zu der Ebene OA¹. steht. Die Massen. 3, 3' werden durch zwei Ritzel 4 und 4', welche mit einem festen Zahnkranz 7 von gleichem Durchmesser im Eingriff stehen, in Drehung versetzt. Ferner sind die genannten Massen derart verkeilt, daß sie in dem Augenblick, in dem der Kurbelzapfen 2 durch seinen oberen Totpunkt geht, symmetrisch zu der Ebene OA¹ liegen, während sich ihre Schwerpunkte G bzw. G' je auf einem Radius befinden, der mit der Linie, welche die Drehachsen A'-A' verbindet, einen Winkel <x von So 135⁰ einschließt. Der Winkel von 135° entspricht dem theoretischen Fall, bei dem die Achse A mit der des Kurbelzapfens zusammenfällt. Das beschriebene Exzentersystem ist also einer einzigen Masse gleichwertig, welche sowohl die völlige Kompensierung der Kraft F als auch des Momentes C bewirkt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß es nicht unbedingt notwendig ist, daß die Linie A'-A' durch die Achse O hindurchgeht. Die genannte Linie kann vielmehr auch einen gewissen Abstand von der Achse O haben, und zwar insbesondere derart, daß sie sich der Achse A¹ des Kurbelzapfens nähert. Die Linie A'-A' kann aber auch unterhalb der Achse O hindurchgehen. Wenn die Schwerpunktzentren G und G' ihren Winkel von 13S⁰ beibehalten sollen, so ergibt die Rechnung, daß die Achsen A' immer auf geraden Linien liegen müssen, die unter 45° durch den Punkt A¹ gehen. Der Grenzfall ist der, bei der sich die beiden Massen 3 und 3' zu einer Masse vereinigen, die um die Achse A¹ drehbar ist. Man kommt so also wieder zu der erstgenannten Ausführungsform der Erfindung.

Aus konstruktiven Gründen ist es jedoch schwierig, die. Achsen A' längs der genannten geraden Linien zu verstellen, denn eine solche Verstellung würde eine Änderung des Durchmessers des Zahnkranzes 7 mit sich bringen, wobei vorausgesetzt ist, daß dieser Durchmesser schon für diejenige Stellung, bei der . die Achsen A' einander diametral gegenüberliegen, seinen geringsten praktisch möglichen Wert erhalten hat. Wenn daher die Ebene der Achsen A' der Achse des Kurbelzapfens genähert wird, so muß die Winkellage der Schwerpunktzentren der Massen 3 und 3' ebenfalls verändert werden, um auf diese Weise die Änderungen des Kompensationseffektes auszugleichen, welche Änderungen daher rühren, daß die Achsen A' nicht mehr auf den geraden Linien liegen, welche unter einer Neigung von 45° durch die Achse des Kurbelzapfens "hindurchgehen. Die Verkeilung, welche die.Massen 3 und 3' in jedem Einzelfalle erhalten müssen, läßt sich durch Rechnung in Abhängigkeit von der Exzentrizität der Linie A'-A' ermitteln.

Man kann sich in machen Fällen veranlaßt sehen, die die Drehachsen der Massen 3 und 3' verbindende Linie mit Bezug auf die Achse O nicht auf derjenigen Seite, auf der die Kurbelzapfenachse liegt, sondern auf der anderen Seite anzuordnen. Die Verkeilung, die das Schwerpunktszentrum dieser Massen erhalten muß, ergibt sich jedoch immer aus der gleichen Formel, wenn die Punkte A' (Projektion der Achsen A' auf eine senkrechte Ebene) nicht auf den geraden Linien liegen, die unter einem Winkel-von 45° durch die Achse des Kurbelzapfens 2 hindurchgehen. Allgemein gesprochen läßt sich die Regel geben, daß -der Winkel <x, der immer zwischen 90 und i8o° liegt, um so mehr zunehmen muß, je weiter die Linie, die die Drehachsen A' verbindet, unterhalb der Achse A¹ des Kurbelzapfens liegt.

Die Ausgleichsvorrichtungen gemäß der rfmdung haben bei allen ihren Ausführungsformen den wesentlichen Vorteil, daß sie besonders einfach und außerordentlich wirksam

sind, so daß sie in zahlreichen Fällen anwendbar sind.

Die im vorstehenden behandelten exzentrischen Systeme sind dazu bestimmt, sowohl die Kraft F als auch das Moment C auszugleichen. Wenn man jedoch lediglich die Kraft F ausgleichen will, so kann man die in Fig. 4 schaubildlich veranschaulichte Vorrichtung nur mit dem Unterschied verwenden, daß die Verkeilung der Schwerpunktszentren G undG' genau 90° statt 135⁰ beträgt. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Anwendungsarten beschränkt ist, sondern daß zahlreiche Änderungen möglich sind, ohne dadurch das Wesen der Erfindung zu berühren. So kann beispielsweise zum Antrieb der Ausgleichsmassen irgendein anderer, von den be^ schriebenen Mechanismen abweichender Mechanismus benutzt werden. Ferner können, beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit zwei Zylindersternen, mehrere einander ähnliche Exzentersysteme angewendet werden,.

²S die in diesem Falle selbstverständlich gegeneinander um i8o° versetzt sind.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   i. Auswuchtvorrichtung mit mindestens einer auf der Kurbelwelle drehbar gelagerten Exzentermasse, deren Drehachse parallel zur Kurbelwellenachse liegt, für Maschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen, deren Zylinder radial, vorzugsweise in Form eines oder mehrerer Zylindersterne angeordnet sind, und deren Schubgestänge aus wenigstens einer Hauptschubstange und an dem Kopf die-

   ser Hauptschubstange angelenkten Hilfsschubstangen besteht, wobei die Achsen, in denen die Hilfsschubstangen an dem Kopf der Hauptschubstange angelenkt sind, außerhalb der Achse des zugehörigen Kurbelzapfens liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Schwerpunkt der gesamten Exzentermasse gegenüber der Drehachse der letzteren in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft wie die Kurbelwelle um ihre Achse, und daß die Exzentermasse oder die Exzentermassen derart verkeilt sind, * daß der resultierende Schwerpunkt durch seinen oberen Totpunkt geht, wenn auch der Kurbelzapfen durch seinen oberen Totpunkt hindurchgeht.
2. 2. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die

   Drehachse (A), um welche der resultierende Schwerpunkt der gesamten Exzen-

   termasse umläuft, mit der Achse des zugehörigen Kurbelzapfens (2) zusammenfällt oder we'nigstens in der Nähe dieser Achse" liegt. _%
3. 3. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentermasse auf zwei einen Abstand voneinander habenden, parallel zur Kurbelwellenachse liegenden Drehachsen der- art gelagert ist, daß die Masse bei ihrer Umlaufbewegung ständig parallel zu sich bleibt, während alle ihre Punkte parallele Kreise beschreiben.
4. 4. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A), um welche das Schwerpunktszentrum des exzentrischen Ausgleichssystems Umläuft, in der Ebene liegt, die durch die Drehachse der Kurbelwelle und die Achse des Kurbelzapfens, zu dem das Ausgleichssystem gehört, bestimmt ist.
5. 5. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das exzentrische Ausgleichssystem mehrere Massen umfaßt, die synchron um Ach' sen (A') umlaufen, welche parallel zur Drehachse der Kurbelwelle liegen.
6. 6. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ausgleichsmassen (3, 3') vorgesehen sind, deren Drehachsen (A') symmetrisch zu beiden Seiten der Ebene liegen, die durch die Drehachse (O) der Kurbelwelle und die Achse (A₁) des zügehörigen Kurbelzapfens bestimmt ist, und deren Schwerpunkte (G, G') auf Radien liegen, welche bei der oberen Totpunktstellung des Kurbelzapfens gegenüber der die Drehachsen der Massen (3,3') verbindenden Ebene (A-A') um einen Winkel (α) geneigt sind, der zwischen 90 ° und 180 ° liegt, wobei dieser Winkel um so größer ist, je weiter die die Drehachsen der Massen (3, 3') enthaltende Ebene (A-A') unterhalb der Achse (A₁) des zugehörigen Kurbelzapfens liegt.
7. 7. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (A! A') der Exzentermassen (3.3') auf geraden Linien liegen, die durch die Achse (^i₁) des Kurbelzapfens hindurchgehen und gegenüber der Ebene, welche durch die Achse (A₁) des Kurbelzapfens und die Drehachse (Ö) der Kurbelwelle bestimmt ist, um 45° geneigt sind.
8. 8. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (Ä-Ä), welche durch die Drehachsen der Exzentermassen (3,3') bestimmt ist, durch die Drehachse (O) der

   Kurbelwelle geht, und daß die .Exzentermassen (3, 3') auf ihren Drehachsen derart verkeilt sind, daß die durch ihre Schwerpunkte gehenden Radien bei der oberen Totpunktstellung des Kurbelzapfens gegenüber der genannten Ebene unter einem Winkel von 135 ° geneigt sind. .
9. 9. Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 8 zum Ausgleich lediglich einer um die Kurbelwellenachse umlaufenden radial gerichteten Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien,-auf welchen die Schwerpunkte (G, G') der Exzentermassen (3i 3') liegen, in der oberen Totpunktstellung des Kurbelzapfens um 90 ° gegenüber der Ebene (A'-A') geneigt sind, die durch die Drehachsen der beiden Exzentermassen (3, 3') bestimmt ist,

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen