DE235174C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 235174 -' KLASSE 14«. GRUPPE.

ADOLPH KLOSE in HALENSEE b. BERLI Massenausgleich für achtzylindrige Kolbenmaschine^ ψ-Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. Januar 1911 ab.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Massenausgleich einer achtzylindrigen Kolbenmaschine mit rechtwinklig gegeneinander stehenden Schubrichtungen, durch welche sowohl alle freien Massenkräfte wie auch Kippmomente, auch die aus der endlichen Länge der Schubstangen sich ergebenden Massenkräfte in Wegfall gebracht werden und wobei die Triebimpulse, auch bei Viertaktwirkung,

ίο in gleichmäßig verteilten Phasen umdrehend auf die Achse wirken.

Kolbenmaschinen mit rechtwinklig zueinander stehenden Schubrichtungen sind bekannt und auch solche, bei denen durch Anordnung von Gegenläufigkeit die Massenkräfte erster Ordnung zum Teil aufgehoben sind.

Die vorliegende Anordnung, welche in Fig. ι und 2 im allgemeinen und in Fig. 3 hinsichtlich der Kurbelanordnung mit zugehörigen Gegengewichten schematisch dargestellt ist, besteht aus zweimal vier Zylindern, deren Kolben mittels Schubkurbelgetriebe gleicher Abmessung je paarweise auf eine Kurbel der gemeinschaftlichen Achse rechtwinklig zueinander wirken.

Fig. 4, 5 und 6 sind Hilfsfiguren, die zur Erläuterung des Kräftespiels während einer Umdrehung dienen.

Die Kurbeln I und II (Fig. 3) sind gegenläufig, und rechtwinklig hierzu stehen die Kurbeln III und IV, ebenfalls unter sich gegenläufig; die von je zwei gegenläufigen Kurbeln beschriebenen Kurbelkreise liegen symmetrisch zu einer und derselben Mittelebene, durch welche die Kurbelachse rechtwinklig hindurchgehend zu denken ist. Die Gegengewichte G und G heben bei dieser Anordnung die Kippmomente auf, während die Massenkräfte zweiter Ordnung sich durch die besondere Kurbelanordnung gegenseitig aufheben.

Es erübrigt nun, auseinanderzusetzen, in welcher Weise die getroffene Anordnung wirkt.

Setzt man zunächst einmal die Schubkurbelgetriebe als mit unendlich langen Kurbelstangen arbeitend voraus, so ist unter Beihilfe der schematischen Fig. 4 zu erkennen, daß der gemeinschaftliche Massenschwerpunkt m_x des Triebwerkpaares I I, ebenso viel aus der senkrechten Ebene durch die Kurbelachse nach der einen Seite sich verschiebt wie derjenige m_n eines hierzu gegenläufigen Triebwerkpaares II II, nach der entgegengesetzten Seite, es bleibt also die Gesamtschwerpunktlage beider Triebwerke unverändert, weshalb freie Massenkräfte nicht auftreten. Der Schwerpunkt m, des Trieb-' werkpaares 11₁ wie derjenige von II II, bewegen sich in einem Kreise unter 180 ° versetzt um den Mittelpunkt 0. In Fig. 5 sind diese Massenwirkungen unter Voraussetzung unendlich langer Kurbelstangen schematisch als Kräfte dargestellt, wie sie von zwei Triebkurbeln auf die Achse m der Kropfwelle wirken.

Bekanntlich ist die Beschleunigung der hin und her gehenden Massen eines Schubkurbel-

getfiebes allgemein darstellbar durch den Ausdruck

ρ =

(cos ft.+ — cos 2 a j,

worin u die Kurbelzapfengeschwindigkeit, r den Kurbelhalbmesser, 1 die Schubstangenlänge und a den jeweiligen Winkel gegen die Schubrichtung bezeichnet.

Ist —= 0, also die Schubstange unendlich

lang,

ist φ =

so vereinfacht sich der Ausdruck und cos a, also proportional der Co-

sinusfunktion des Kurbel winkeis.

Wirken nun gemäß Fig. 5 an der Kurbel R das eine Triebwerkpaar, an der gegenläufigen RR das andere, so. ergibt sich aus dem einen Triebwerk die Beschleunigungskraft a · R, aus dem anderen b · R, welche sich in die Resultierende m · R vereinigen, ebenso wie aus den an der gegenläufigen Kurbel R R angreifenden Triebwerkpaaren sich U₁ (R R) und b, (R R) ergeben, die sich in die Resultierende m (R R) zusammensetzen; diese beiden Resultierenden sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet und heben sich daher nach Größe und Richtung auf, vorausgesetzt, daß sie in einer Ebene lägen. Es sind dies die Massenkräfte sogenannter erster Ordnung. Anders verhält es sich nun aber hinsichtlich der Massenkräfte, welche von der endlichen Länge der Schubstange sich ergeben, derjenigen sogenannten zweiter Ordnung; diese sind darstellbar, wie bereits oben angegeben, durch

v ir

a),

sie sind also proportional dem Cosinus des jeweiligen zweifachen Kurbelwinkeis; sie erscheinen während einer Umdrehung je viermal in gleicher Größe, jedoch ihren Richtungssinn zweimal wechselnd, und sind dazwischen viermal = 0.

Fig. 6 stellt den Verlauf dieser Kräfte nach Größen und Richtung während einer Umdrehung durch die herzförmige Linie dar.

Betrachtet man unter Beihilfe dieser Fig. 6 die eine Kurbel R und die dazu gegenläufige R R, so findet man als derartige freie zusätzliche Massenkräfte zweiter Oednung R₁ und'A₁₇ für das an dieser Kurbel angreifende Triebwerkpaar, sowie (RR₁) und (RR)₁₁ für. das Triebwerkpaar an Kurbel R R; die Krätte an Kurbel R vereinigen sich in Rs und diejenigen an Kurbel RR in (RR)S₁; beide sind von gleicher Größe und liegen ihrer Richtung nach immer unter 45 ° zu den Schubrichtungen I, und U_n, also parallel, und haben immer denselben Richtungssinn; sie wechseln Größe und Richtungssinn gleichzeitig und¹ bilden daher nie ein Kräftepaar.

Diese zusätzlichen Massenkräfte zweiter Ordnung aus zwei · gegenläufigen Triebwerkpaaren ergeben daher eine resultierende Kraft auf die Kurbelwelle, die unter 45 ° zu den Schubrichtungen wirkt von wechselnden Größen und Richtungssinn.

Es wirken nun aber auf die Achse noch die Kräfte zweiter Ordnung von den weiteren gegenläufigen Kurbeln R₀ und RR₀, welche zu den ersteren unter 90 ° gestellt sind. Diese aus den Triebwerkpaaren III und IV auf diese Kurbeln sich gleicherweise ergebenden Kräfte Z?_os und (RR)₀S₁ sind aber wieder von gleicher Größe und Richtung unter sich, aber immer entgegengesetzt denen an den Kurbeln R und R R wirkend, und aus der Fig. 6 · geht hervor, daß sich bei der Stellung dieser gegenläufigen Kurbeln unter 90 ° gegeneinander bei allen Kurbelwinkeln diese vier Kräfte R/s und (RR)/s, mit R₀J und (RR)₀S₁ stets sich gegenseitig aufheben, also auf die Achse m der Kurbelwelle eine Wirkung nicht ausüben.

Nun traten diese Kräfte zweiter Ordnung allerdings in verschiedenen Ebenen auf bzw. in den verschiedenen Kurbelkreisen der Triebwerkpaare. Es wurde indes oben bereits angeführt, daß je zwei gegenläufige Kurbeln, also auch ihre Kurbelkreise, symmetrisch zu einer und derselben Mittelebene, auf der die Achse der Kurbelwelle senkrecht steht, ange* ordnet sind. Infolge des gleichen Abstandes der Kurbeln R und ^R R von dieser Mittelebene wirkt die Resultierende von diesen Triebwerken in der genannten Mittelebene nach der einen Richtung, dagegen die Resultierende von den Triebwerken i?₀ und RR₀ in entgegengesetzter Richtung ebenfalls in dieser Mittelebene, und da, wie oben dargetan, diese Kräfte sich immer nach Größe und Richtung aufhoben und in einer Ebene wirken, heben sie sich völlig auf.

Es ergeben sich daher bei dieser Anordnung aus den Massenkräften zweiter Ordnung keine Momente, die kippend oder sonst auf die Achse wirken.

Die Massen kräfte erster Ordnung, die in den verschiedenen Kurbelebenen wirken, ergeben, wie eingangs erörtert wurde, radial nach dem Umfang des Kurbelkreises gerichtete Resultierende m R von gleichbleibender Größe. Da diese für je zwei Gegenkurbeln entgegengesetzt gerichtet im Abstande u und υ (Fig. 3) wirken, bilden dieselben zwei Kräftepaare mit den Momenten R₀ χ u und R χ υ; derartige Kräftepaare lassen sich aufheben durch in entgegengesetztem Sinne wirkende Kräftepaare, die durch rundlaufende Gewichte gebildet wer-

den können; im vorliegenden Falle wird das Kräftepaar R₀ χ u aufgehoben durch ein Kräftepaar g₀ X w und das Kräftepaar R χ ν durch ein Kräftepaar g χ w. Die Gewichte g₀ und g können auch durch ein Gewicht G ersetzt werden, so daß der Ausgleich durch zwei Gegengewichte G G erfolgt, die zueinander gegenläufig sind.

Aus diesen Erörterungen geht hervor, daß

ίο die dargestellte und beschriebene Anordnung einer solchen Vierkurbelmaschine bewirkt, daß in derselben freie Massenkräfte und Kippmomente nicht auftreten können.

Daß die Impulse in gleichen Phasen erfolgen können, ergibt sich aus der Betrachtung, daß sowohl die eine Kolbenreihe I III II IV, als auch die andere I₇ III, II, IV, hintereinander auf je um 90⁰ verstellte Kurbeln zur Wirkung kommen, wodurch Umfangsdrehkräfte gleichmäßig verteilt erscheinen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Massenausgleich für achtzylindrige Kolbenmaschinen mit einer Vierkurbelachse, auf deren Kurbeln je gleiche Schubkurbelgetriebepaare in 90 ° zueinander liegender Schubrichtung wirken, gekennzeichnet dadurch, daß zwei gegenläufige Kurbeln unter rechtem Winkel zu den zwei anderen gegenläufigen stehen, wobei die Kurbelkreise je zweier gegenläufigen Kurbeln symmetrisch zu einer und derselben Mittelebene liegen und die Kippmomente durch einander entgegenstehende rundlaufende Gegengewichte ausgeglichen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.