Das Motorrad Rätsel

[sven]

Hallman und Lundin

[Lisbeth]

Yipp!

Damachma weiter….

[sven]

Gut, jetzt mal wieder ein technisches Rätsel zu meinem Lieblingsthema:

Honda hat letztes Jahr auf der EICMA einen Prototypen mit 75° V3-Motor vorgestellt.
V-Motoren mit ungerader Zylinderzahl hatte Honda früher schon gebaut, z.B. die NS400R (V3) oder die RC211V (V5). Intuitiv scheinen diese Bauformen hinsichtlich Massenausgleich problematisch und zumindest im Fall NS400R gibt es Hinweise auf eine etwas unelegante Lösung mit künstlich erhöhten oszillierenden Massen (Pleuelauge, Kolben und -bolzen) für den einzelnen Zylinder.
In diesem Video wird allerdings ab Min. 8:08 (engine balance) eine Konstruktion vorgestellt, die mit identischen Bauteilen für alle Zylinder einen perfekter Massenausgleich 1. Ordnung erzielen soll:



Jetzt die Frage: warum ist diese Erklärung falsch, bzw. warum hätte die beschriebene Konstruktion nicht wie behauptet "perfect primary balance" sondern im Gegenteil recht heftige freie Massenkräfte 1. Ordnung?

[grumbern]

Ich gehe davon aus, dass Du nicht die Masse des Schwungs und des hinteren Kolbens, die sich addieren meinst?!

[sven]

Hmmm ... ich versteh' nicht ganz was du meinst:
bei dem gezeigten Motor bewegen sich die Kolben so, dass sich ihre Massenkräfte nicht gegenseitig aufheben (das ist denk' ich unmittelbar einsichtig). Um das zu erreichen, hat die gezeigte Kurbelwelle merkwürdig angebrachte Gegengewichte, und im Video wird behauptet, dass mit deren "Flieh-kraft" dieser Ausgleich erzielt werden kann, so dass der Motor (in 1. Ordnung) kräftefrei ist (freie Momente hat er aus Symmetriegründen nicht).
Wie sieht man am leichtesten, dass das nicht funktionieren kann?

P.S.: das im Video erwähnte Honda Patent bezieht sich übrigens auf V-Motoren mit der Zylinderzahl 2n+1 mit geradzahligem n, also nicht auf einen V3 Motor, das nur am Rande ...

[grumbern]

Sorry, ich meinte, dass in der "Erklärung", oder besser Vermutung des Prinzips die Schwungmasse für den dritten/einzelnen Kolben gefühlt verkehrt herum montiert ist, um wohl den fehlenden vierten Kolben auszugleichen.

Ich müsste mich in das Thema erst mal wieder einlesen, da ich es sicher 20 Jahre nicht gebraucht habe, aber könnte es sein, dass der Masseausgleich mit doppelter Drehzahl laufen müsste?! Ne, eher nicht...
Ich würde jetzt einmal mutmaßen, dass der von Dir gelieferte Hinweis auf die Fliehkraft darauf anspielt, dass diese Tangential und nicht wie dargestellt wirken sollte?
Schuss ins Blaue...

[sven]

Sorry, ich meinte, dass [...] die Schwungmasse für den dritten/einzelnen Kolben gefühlt verkehrt herum montiert ist, um wohl den fehlenden vierten Kolben auszugleichen.

Ja genau, die Ausgleichsmasse (Gegengewicht) für den einzelnen Kolben ist
hubzapfenseitig angebracht statt wie üblich genau gegenüber, aber das braucht
es, weil sonst der einzelne Kolben nicht hinreichend Trägheitskraft verursachen
würde, um die von den vorderen Zylindern und deren Gegengewichten erzeugte
Kraft auszugleichen.

Ich müsste mich in das Thema erst mal wieder einlesen ...

Mußt du nicht, die Lösung ist sehr einfach!

Ich würde jetzt einmal mutmaßen, dass der von Dir gelieferte Hinweis auf die Fliehkraft darauf anspielt, dass diese Tangential und nicht wie dargestellt wirken sollte?

Nanu, Fliehkraft wirkt immer radial (bzw. senkrecht zur Bahngeschindigkeit)!?

Nein, es geht nicht um die Richtung, sondern um den Betrag der beteiligten Kräfte.
Bei gegebener Winkelgeschwindigkeit ist Fliehkraft der Gegengewichte zeitlich konstant.
Und soll zu jedem Zeitpunkt ausgeglichen werden durch die Massenkräfte der Kolben.
Dazu müßte der Betrag ihrer vektoriellen Summe also auch was sein?
Ist er das?

[grumbern]

Ach so meinst Du das! Ok, ja klar, der Kraftvektor der Schwungmasse rotiert einfach um die Drehachse mit konstantem Betrag, der des Kolbens oszilliert mit wechselndem Vorzeichen udn vom Pleuel reden wir besser nicht.
Ich meinte auch nicht, dass die Fliehkraft tangential wirkt sondern die resultierende aus Bahngeschwindigkeit und Fliehkraft, aber ist Unfug.

[sven]

Ach so meinst Du das! Ok, ja klar, der Kraftvektor der Schwungmasse rotiert einfach um die Drehachse mit konstantem Betrag ...

Exakt!

... der des Kolbens oszilliert mit wechselndem Vorzeichen ...

Genau! Und ein Vorzeichenwechsel einer stetigen Funktion bedingt eine Nullstelle.
Das bedeutet insbesondere, dass die Kolbenkräfte bei 90° vor oder nach den im
Video gezeigten Totpunktlagen allesamt verschwinden und somit die vorhandene
Fliehkraft der Gegengewichte eben nicht mehr ausgleichen und deshalb is
Essig mit "perfect primary balance"! (die würde bedingen, dass der Summenvektor der Kolbenkräfte "rotiert mit konstantem Betrag" genau wie der der Gegengewicte, bloß
um 180° entgegengesetzt).

...vom Pleuel reden wir besser nicht.

Das ist aber nebenbei bemerkt überhaupt kein Problem, man kann es als Zweimassen-
körper auffassen und den oberen Massepunkt im Pleuelauge dem Kolben (also den oszil-
lierenden Massen) zurechnen, den unteren im Pleuelfuß den rotiierenden Massen (die wir
hier unerwähnt lassen, weil ihre Wirkung immer vollständig mit entsprechendem Gegen-
gewichten ausgeglichen werden können).

Ok, du bist wieder dran!

[jenscbr184]

Ist das jetzt der Sinn dieses Threads?