Drehkoibenmaschine Es sind Drehkolbenmaschinen bekannt, die zwei gleichsinnig um feste Achsen rotierende Läufer auf weisen, von denen einer innerhalb des anderen angeordnet ist und wobei volumenveränderliche Arbeitsräume von der Innenkontur des Aussenläufers und der Aussenkontur des Innenläufers begrenzt werden. Wenn derartige Maschinen als Verbrennungs motoren betrieben werden, ist eine Kühlung sowohl des Aussen- als auch des Innenläufers erforderlich. Die Kühlung des Innenläufers erfolgt dabei mittels den Läufer durchströmender Kühlflüssigkeit, deren Zu- und Abführung durch die Welle des Innenläufers erfolgt, was keine Schwierigkeiten bereitet, da diese Welle nach aussen geführt werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Drehkolbenmaschine mit einem feststehenden Gehäuse, dessen mehrbogige innere Mantelfläche zusammen mit Seitenscheiben einen Innenraum begrenzt, welcher senkrecht zu den Seitenscheiben von einer Welle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein mehrzahniger Läufer drehbar gelagert ist, der an seinen Stirnseiten axial bewegliche, an der benachbarten Gehäusewand entlanggleitende Gasdichtungen aufweist und dessen Drehzahl durch ein Getriebe, das aus einem am Läufer befestigten Zahnrad mit Innenverzahnung und aus einem am Gehäuse befestigten Zahnrad mit Aussen verzahnung besteht, in einem festen Verhältnis zur Drehzahl der Welle gehalten ist.
Bei derartigen Maschinen bereitet die Kühlung des Läufers erhebliche Schwierigkeiten, da der Läufer eine planetenartig kreisende Bewegung gegenüber dem Gehäuse ausführt und keine Teile besitzt, die sich nach aussen erstrecken und für die direkte Zu- und Abfüh rung von Kühlflüssigkeit zum bzw. vom Läufer ver wendbar sind. Abgesehen von der Kühlmittelzu- und -abführung tritt bei Maschinen dieser Art das Problem auf, den Übertritt von Kühlflüssigkeit in die Arbeits räume zu verhindern und trotzdem eine ausreichende Schmierung des Lagers des Läufers auf dem Exzenter und des Getriebes zu gewährleisten.
Diese Probleme, die in besonderem Masse bei der Verwendung der Maschine als Verbrennungsmotor auftreten, werden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Läufer von einer gleichzeitig als Schmiermittel verwendeten Kühl flüssigkeit gekühlt wird und dass die Zu- und Abfüh rung der Kühlflüssigkeit zum bzw. vom Läufer über Ringräume erfolgt, die zwischen relativ zueinander bewegten Teilen angeordnet sind, wobei zwischen den Stirnseiten des Läufers und den Seitenscheiben des Gehäuses ringförmige, von den Gasdichtungen unab hängige Flüssigkeitsdichtungen vorgesehen sind, welche das Getriebe umschliessen und die Räume zur Zu- und Abführung der Kühlflüssigkeit gegenüber den Arbeits räumen abdichten.
Diese Ringräume können zwischen zumindest einer Seitenscheibe des Gehäuses und einer Stirnseite des Läufers oder Exzenters und/oder zwischen Exzenter und Läufer angeordnet sein.
Die Zu- bzw. Abführung der Kühlflüssigkeit zu bzw. von diesen Ringräumen kann über Kanäle in den Seitenteilen geschehen. Es ist jedoch auch möglich, in der Welle und im Exzenter Kanäle und Aussparungen vorzusehen, die am Umfang des Exzenters enden, so dass die Kühlflüssigkeit durch das auf dem Exzenter angeordnete Läuferlager hindurch in den Läufer gelangen kann. Ist dieses Läuferlager als Wälzlager ausgebildet, so ist es zweckmässig, die Anordnung so zu treffen, dass das Lager nur durch einen Flüssigkeits nebel geschmiert wird und nicht im Ölbad läuft.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Lager aus mindestens zwei nebeneinander angeordneten Reihen von Wälzkörpern besteht und die Kühlmittelzu- oder -abführung durch einen zwischen benachbarten Reihen verbleibenden Ringraum erfolgt, so dass nur ein sehr geringer Teil des gesamten Kühlflüssigkeitsstromes zu dem Lager gelangen kann.
Besonders sorgfältig ist der Läufer bei der Verwen dung der Maschine als Verbrennungsmotor zu kühlen; denn in diesem Fall weist der Läufer zur Abdichtung der einzelnen Arbeitsräume voneinander ein Dicht system auf, das unter anderem aus radial- und axial beweglichen Dichtleisten besteht, die in achsenparalle- len Nuten an den Scheitelkanten des Läufers ange ordnet sind. Um diese Dichtungen betriebsfähig zu halten, ist es notwendig, die Scheitelkanten, in denen die Dichtungen angeordnet sind, gut zu kühlen, und es sind zu diesem Zweck im Läufer Hohlräume vor gesehen, die sich bis in die achsenfernen Zonen erstrecken.
Wenn bei bestimmten Maschinenbauarten auf Grund konstruktiver Gegebenheiten eine Erstrek- kung des Kühlflüssigkeitsstromes in diese achsenfernen Zonen nicht möglich ist, so werden diese Zonen vor teilhaft mit dem durch das Kühlsystem erfassten Bereich des Läufers durch mit besonders gut wärmeleit fähigen bzw. wärmetransportierenden Mitteln gefüllte Räume in wärmeleitende Verbindung gebracht.
Auf diese Weise ist es dann möglich, die Wärme von den Randzonen über die Leitmittel, welche beispielsweise durch Kupferstäbe, Natriumfüllung oder dergleichen bekannte Mittel dargestellt werden können, nach innen zu führen und von dort über das Durchfluss- kühlsystem abzuführen.
Die mit der Kühlflüssigkeit in Verbindung ste henden Räume sind dabei gegenüber den Arbeits räumen durch Flüssigkeitsdichtungen abgedichtet, die zwischen den Seitenscheiben des Gehäuses und den Stirnseiten des Läufers angeordnet sind. Diese Flüssig keitsdichtungen sind vorzugsweise als dünnwandige, elastisch vorgespannte Ringe ausgebildet, die unter Wirkung des Kühlflüssigkeitsdruckes stehen können und durch diesen gegen die Seitenscheiben des Gehäuses gedrückt werden.
Diese Flüssigkeitsdichtungen können dadurch ent lastet werden, dass im Hohlraum des Läufers eine fest stehende Leitung angeordnet wird, die mit ihrem radial äusseren Ende zumindest während eines Teiles einer Umdrehung des Läufers im Hohlraum radial ausser- halb der im Läufer vorgesehenen Bohrung zur Auf nahme des Exzenters mündet und mit ihrem radial inneren Ende in axialer Richtung über eine Stirnwand des Läufers und die angrenzende Stirnwand des Gehäuses herausgeführt ist.
Wenn die Leitung mit ihrem äusseren Ende in die im Hohlraum des Läufers befindliche Kühlflüssigkeit, die infolge der Zentrifugal wirkung einen Flüssigkeitsring bildet, eintaucht, so wird die Kühlflüssigkeit auf Grund des zentrifugalen Druckes durch die Leitung nach innen zu abgeführt. Die Leitung begrenzt also den Flüssigkeitsstand im Läufer derart, dass ein Austreten von Kühlflüssigkeit aus dem Läufer durch die Bohrung zur Aufnahme des Exzenters und entlang den Seitenwänden des Läufers zu den Arbeitsräumen verhindert wird. Sie wirkt gleichzeitig als eine Art Pumpe und verursacht eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit durch den Läufer, so dass eine eigene Kühlmittelpumpe entfallen kann.
In der praktischen Ausführung ist die Leitung in Form eines Kanals in einer feststehenden, im Hohlraum des Läufers angeordneten Scheibe vorgesehen. Selbst verständlich können auch mehrere Leitungen bzw. Kanäle vorgesehen werden. Zur Begünstigung des Kühlmitteleintritts können diese Kanäle spiralförmig verlaufen.
Zur Rückkühlung der Kühlflüssigkeit kann die erwärmte Kühlflüssigkeit nach Austritt aus dem Gehäuse gegen unabhängig gekühlte Flächen der Maschine geführt werden. Hierfür können beispiels weise Maschinendeckel mit Wasserkühlung, Schwung- oder Lüfterräder verwendet werden. Eine besonders intensive Rückkühlung der erwärmten Kühlflüssigkeit wird erzielt, wenn die Kühlflüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit und in möglichst fein verteilter Form gegen derartig unabhängig gekühlte Flächen geschleu dert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Kühlflüssigkeit seitlich aus dem Gehäuse bzw.
radial aus der Kurbelwelle austritt und durch den Flüssigkeitsdruck bzw. durch Fliehkraftwirkung gegen die gekühlten Flächen geschleudert wird.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im Prinzip dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Drehkolbenmaschine im Längsschnitt gemäss Linie 1-1 in Fig. 2; Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Drehkolben maschine gemäss Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Läufer der Drehkolbenmaschine; Fig. 4 einen Querschnitt durch einen anders aus geführten Läufer einer Drehkolbenmaschine; Fig. 5, 6 und 7 verschiedene Ausführungsmöglich keiten der Erfindung an einer im Längsschnitt im Prinzip dargestellten Drehkolbenmaschine; Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Kreiskolben maschine mit Kühlflüssigkeitsrückkühlung; Fig. 9 eine andere Ausführungsform der Erfindung mit zwei getrennten Kühlkreisläufen;
Fig. 10 eine Drehkolbenmaschine mit Schöpf- scheibe im Längsschnitt entlang Linie 10-10 in Fig. 11; Fig. 11a einen Querschnitt entlang Linie lla-lla in Fig. 10; Fig. 11b einen Schnitt gemäss Linie llb-llb in Fig. 10;
Fig. 12 und 13 Einzelheiten der Fig. 10 in ver schiedenen Ausführungen, und Fig. 14 einen Längsschnitt durch eine Drehkolben maschine mit geteiltem Exzenterlager.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 besteht die Maschine aus einem Gehäuse, das sich aus den Seitenscheiben 1, 2 und dem dazwischen angeord neten Mantel 3 zusammensetzt. Das Gehäuse um- schliesst Arbeitsräume 4. In dem Gehäuse ist eine Welle 5 bei 21 und 22 gelagert, auf deren Exzenter 6 ein Läufer 7 bei 14 drehbar angeordnet ist. Mit der Seitenscheibe 2 ist ein aussenverzahntes Rad 8 fest verbunden, in welches ein mit dem Läufer 7 festver bundener innenverzahnter Zahnkranz 9 eingreift. Dieses Getriebe 8, 9 erzwingt ein bestimmtes Dreh zahlverhältnis des Läufers 7 zur Welle 5, das im Aus führungsbeispiel 3:1 beträgt.
Der Läufer 7 vollführt bei seiner Drehung auf dem Exzenter 6 der sich eben falls drehenden Welle 5 eine planetenförmig kreisende Bewegung gegenüber dem Gehäuse. Auf der Welle 5 sind Ausgleichsgewichte 10 angeordnet.
Zur Kühlung des Läufers 7 ist ein Flüssigkeits kreislauf vorgesehen. Die Kühlflüssigkeit strömt dabei durch eine Bohrung 11 in der Seitenscheibe 1 des Gehäuses zu einem Ringraum 12 und von da aus über eine Bohrung 13 zu der Lagerstelle 14 des Läufers 7 auf dem Exzenter 6. Über einen Ringraum 12' tritt die Kühlflüssigkeit in die Bohrungen 15 des Läufers 7 über, durchströmt diese, gelangt zu einem weiteren Ringraum 12" an der Lagerstelle 14 und wird von hier durch die Bohrungen 17, 18 in der Welle 5 abgeführt. Von der Bohrung 18 gelangt die Kühlflüssigkeit in einen Raum 19 und von da aus über einen Absaug- anschluss 20 in einen nicht dargestellten Ölkühler. Der nötige Druck wird durch eine nicht dargestellte Pumpe erzeugt.
In den Raum 19 kann auch der Anteil der Kühlflüssigkeit gelangen, der an dem äusseren Stirnende der Lagerbüchse 21 austritt. Ebenso wird das aus der Lagerstelle 22 nach aussen austretende Lecköl in dem Raum 23 gesammelt und über die Absaugöffnung 24 der Pumpe und dem Ölkühler zugeführt.
Um zu vermeiden, dass die aus dem Läuferlager 14 seitlich austretende Kühlflüssigkeit entlang den Stirn seiten des Läufers 7 in die Arbeitsräume 4 gelangt, sind an den Stirnseiten des Läufers 7 ringförmige Flüssig keitsdichtungen 32 vorgesehen, die federnd vor gespannt sind und durch den Flüssigkeitsdruck an die angrenzende Seitenwand des Gehäuses gedrückt werden. Die Flüssigkeitsdichtungen 32 umschliessen das Lager 14 des Läufers 7 auf dem Exzenter 6, das Getriebe 8, 9 und die am Exzenter 6 und am Läufer 7 vorgesehenen Zu- und Ablauföffnungen für die Kühl flüssigkeit.
Die Zirkulation der Kühlflüssigkeit kann durch die auftretenden Fliehkräfte unterstützt werden, wenn die Ausflussöffnung in an sich bekannter Weise auf einen grösseren Radius gelegt wird als die Einströmöffnung.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch der Läufer 7 von Kühlflüssigkeit durchströmt. Unter bestimmten Voraussetzungen kann auf diese Durch strömung des Läufers verzichtet werden, besonders wenn die in Fig. 2 dargestellten achsenfernen Zonen 25 einen relativ geringen Abstand von dem Umfang des Exzenters 6 besitzen. Dabei kommen die Kanäle 15 in Fortfall und die Kühlflüssigkeit strömt unmittelbar von dem Kanal 13 über das Lager 14 zu dem Kanal 17. Ferner können anstelle der Bohrung 13 zum Transport des Kühlmittels an die Stirnseite des Läufers axiale Nuten in der entlasteten Zone des Lagers 22 dienen. Dabei tritt die Kühlflüssigkeit dann in einen Ring- raum 31 und von dort aus wiederum zu der Lager stelle 14.
Der Ringraum 31 ist gegenüber den Arbeitsräumen 4 durch die Dichtungen 32 abgedichtet.
Wie in Fig. 2 dargestellt, werden besonders die achsenfernen Zonen 25 durch Anordnung der Boh rungen 15 in unmittelbarer Nähe der an den Läufer kanten untergebrachten Dichtelemente 26 intensiv gekühlt.
Um eine starke Kühlung der achsenfernen Zonen 25 des Läufers 7 und der hierin angeordneten Dicht elemente 26 zu erreichen, können nach dem Aus führungsbeispiel gemäss Fig. 3 in der Nähe dieser Zonen Hohlräume 27 angeordnet werden, die über Kanäle 28 aus einem Ringraum 30 zwischen dem Läufer 7 und dem Exzenter 6 mit Kühlflüssigkeit versorgt werden.
Da es bei Läuferformen mit extrem vom Exzenter 6 entfernten Kantenzonen und dadurch bedingtem relativ geringem Querschnitt des Läufers schwierig ist, Kühlflüssigkeitsbohrungen ausreichenden Durch messers unterzubringen, können, wie aus Fig. 4 ersichtlich, Hohlräume 29 im Läufer 7 vorgesehen werden, die sich an die Querschnittskontur des Läufers annähern und sich von den achsenfernen Zonen 25 bis in die Nähe der Lagerfläche 14 des Exzenters 6 erstrecken. Diese Räume sind mit gut wärmeleitenden bzw. wärmetransportierenden Medien, beispielsweise Natrium, gefüllt. Statt dessen können auch Kupfer stäbe an diesen Stellen angeordnet sein.
Die bei dieser Konstruktion von der Natriumfüllung an die innere Randzone des Läufers gebrachte Wärme wird von der den Ringraum 30 durchströmenden Kühlflüssigkeit abgeführt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 erfolgt der Zu- und Ablauf der Kühlflüssigkeit nicht durch die Welle 5, sondern durch die Seitenscheiben 1 und 2 des Gehäuses. Die Kühlflüssigkeit wird durch die Kanäle 33 im Seitenteil 1 zugeführt und gelangt über den Ringraum 34 im Seitenteil 1 in die Kanäle 35 im Exzenter 6, die an der Lagerstelle 14 in einem Ring raum 35' enden. Aus diesem Ringraum 35' tritt die Kühlflüssigkeit in die Kanäle 37 im Läufer 7 über und wird von hier über einen Ringraum 36' an der Lager stelle 14, die Kanäle 36 im Exzenter 6, den Ring raum 38' und die Ablaufkanäle 38 abgeleitet.
Durch die Dichtungen 32, die die Ringräume 34, 38' und die Lagerfläche 14 umschliessen, wird dabei.ein Übertreten der Kühlflüssigkeit in die Arbeitsräume 4 verhindert.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 unter scheidet sich von demjenigen gemäss Fig. 5 lediglich dadurch, dass die Ringräume 34, 38' in den Stirnseiten des Exzenters 6 angeordnet sind.
Ebenso ist eine Anordnung der Ringräume 34, 38' in den Stirnseiten des Läufers 7 möglich, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Der Kühlflüssigkeitszulauf erfolgt wiederum durch die Kanäle 33 in der Seiten scheibe 1 und der Ablauf durch die Kanäle 38 in der Seitenscheibe 2.
Fig. 8 zeigt zwei Möglichkeiten der Rückkühlung der Kühlflüssigkeit. In einer Maschine ähnlicher Bauart ist die Rückführungsleitung der Kühlflüssigkeit mit 38 bezeichnet. In der linken Hälfte der Fig. 8 ist der Kanal 38 mit einem Kanal 39 in einer Schwung- scheibe 40 auf der Welle 5 verbunden. Die rückgeführte Kühlflüssigkeit wird bei 40a durch die Zentrifugalkraft ausgeschleudert und trifft auf eine Wand 41 des Gehäuses, die einen Hohlraum 42 aufweist, der von einem unabhängigen Kühlkreislauf durchströmt wird.
Der Ablauf der rückgekühlten Kühlflüssigkeit erfolgt bei 43.
Im rechten Teil der Fig. 8 ist die Rückführungs bohrung 38 mit Kanälen 44 in einer Schwungscheibe 45 verbunden, die ebenfalls mit der Welle 5 umläuft und mit Lüfterflügeln 46 versehen ist. Bei dem Durch strömen der durch die erzeugte Luftströmung gekühl ten Schwungscheibe 45 wird die erwärmte Kühl flüssigkeit rückgekühlt und strömt durch einen Kanal 47 in der Welle 5 ab.
Durch die in Fig. 8 gezeigten Möglichkeiten ent fällt die Notwendigkeit der Anordnung eines geson derten Rückkühlers.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 9 ist der Läufer 7 ähnlich vorhergegangener Beispiele mit einer Durchflusskühlung versehen, wobei die Zuleitung der Kühlflüssigkeit bei 72 durch die Seitenscheibe 2 hin durch in einen Ringraum 73 des Läufers 7 und von da aus durch die Bohrungen 74 zu einem weiteren Ringraum 75 und durch die Auslassbohrung 76 strömt.
Zur zusätzlichen Abführung der von dem Läufer 7 aufgenommenen Wärme ist der Exzenter 6 mit einer separaten Durchflusskühlung ausgestattet, wobei das Kühlmittel dieses Kreislaufes durch ein in die Welle 5 eingesetztes Rohr 77 in die zentrische Bohrung 78 eintritt und von da aus in Kanäle 79 in dem Exzenter 6 und durch eine Vielzahl nahe der Peripherie des Exzenters 6 angeordneter Kanäle 80 strömt, wodurch die Lagerfläche 14 intensiv gekühlt wird. Die Ableitung der Kühlflüssigkeit erfolgt durch Bohrungen 81 und den Ringraum 82 zwischen dem Rohr 77 und der Welle 5.
In Fig. 10 bis 13 ist eine Drehkolbenmaschine gezeigt, bei welcher Massnahmen zur Begrenzung des Flüssigkeitsstandes im Hohlraum des Läufers vor gesehen sind.
Der wiederum mit 7 bezeichnete Läufer ist mit einem Hohlraum 85 versehen, dem Kühlflüssigkeit durch eine zentrische Bohrung 86 in der Welle 5 über einen radial zum Umfang des Exzenters 6 sich erstrek- kenden Kanal 87 und über einen Ringraum 88, in dem ein Rollenlager als Läuferlager angeordnet ist, zuge führt wird. Die den Ringraum 88 und das Getriebe 8, 9 umgebende Flüssigkeitsdichtung ist in den Fig. 10 und 12 mit 32 bezeichnet. Zur Abführung der Kühl flüssigkeit aus dem Läufer und zur Erzielung einer Zirkulation ohne Zuhilfenahme einer Pumpe ist in dem Hohlraum 85 des Läufers 7 eine feststehende Scheibe 89 angeordnet, die sich in einem Rohrstück 90 fortsetzt, welches mit der Seitenwand 2 des Gehäuses fest ver bunden ist.
Die Scheibe 89 ist mit radial gerichteten Kanälen 91 (Fig. 11a) versehen, die am Umfang der Scheibe in den Hohlraum 85 münden und sich durch das Rohrstück 90 fortsetzen. Wenn der Flüssigkeits stand im Hohlraum 85 des Läufers 7 einen solchen Wert erreicht hat, dass die Mündungen der Kanäle 91 in den Kühlflüssigkeitsring eintauchen, so wird die Kühlflüssigkeit auf Grund des zentrifugalen Druckes durch die Kanäle 91 nach innen gefördert und über den Ringraum 92 in der Seitenwand 2 des Gehäuses, die Bohrung 93, den Raum 94 und den Ausflusskanal 95 nach aussen abgeführt.
Wie ersichtlich, bedeckt die Scheibe 89 den Durch bruch 96 in der rechten Seitenwand des Läufers 7 in jeder Stellung des Läufers und münden die Kanäle 91 an einer Stelle im Hohlraum 85, die bei der Relativ bewegung zwischen Läufer und Gehäuse stets radial ausserhalb des Durchbruchs 96, des Ringraumes 88 und des Getriebes 8, 9 liegt. Da, wie erwähnt, die Kanäle 91 ein Anwachsen des Flüssigkeitsringes nach innen über die Mündungen dieser Kanäle verhindern, wird durch die Scheibe 89 gleichzeitig ein Übertreten von Kühlflüssigkeit durch die Durchbrüche 96, 97 und entlang den Seitenflächen des Läufers 7 zu den Arbeitsräumen weitgehend verhindert.
Fig. 12 zeigt eine Ausführung, bei der die Nabe 90 der Scheibe 89 gleichzeitig die Aussenverzahnung 8' trägt, die mit dem innenverzahnten, am Läufer 7 befestigten Rad 9 in Eingriff ist. Dies ergibt eine bau liche Vereinfachung der Maschine.
In Fig. 13 ist eine Schöpfscheibe 89' im Schnitt dar gestellt, bei welcher die Kanäle 91' spiralförmig ver laufen. Bei Drehung des Läufers in Pfeilrichtung wird die Kühlflüssigkeit, die ja mit dem Läufer umläuft, beim Eintauchen der Scheibe in die Flüssigkeit rascher abgeführt. Die Scheibe 89' wird aus zwei Teilen her gestellt, wobei der eine Teil die vorzugsweise gefrästen Spiralnuten und den Nabenteil aufweist und der andere Teil diese Nuten abdeckt und damit zu geschlossenen Kanälen vervollständigt.
In Fig. 14 ist wiederum die Kurbelwelle mit 5, der Exzenter mit 6 und der Läufer mit 7 bezeichnet. Die Zuführung der Kühlflüssigkeit zum Läufer erfolgt durch eine konzentrische Bohrung 98 in der Kurbel welle 5 und setzt sich in einem radial gerichteten Kanal 99 fort, der am Umfang des Exzenters 6 mündet. Das Lager des Läufers 7 auf dem Exzenter 6 besteht aus zwei Reihen 100 und 101 von Wälzkörpern, die in einem Käfig 102 gehalten sind. Dieser Käfig ist in der Mitte geteilt und weist einen Ringraum 103 auf, durch welchen die Kühlflüssigkeit vom Kanal 99 in die im Läufer 7 angeordneten Kanäle 104 strömen kann. Durch diese Massnahme wird vermieden, dass das Exzenterlager 100, 101 im Ölbad läuft. Dieses Lager wird vielmehr nur von einem sehr geringen Teilstrom geschmiert.
Die Rückführung der Kühlflüssigkeit aus dem Läufer 7 erfolgt durch die Ringräume<B>105,</B> die durch die Flüssigkeitsdichtungen 106 gegenüber den Arbeitsräumen der Maschine abgedichtet sind, und von dort aus durch die Kammern 107 in den Seiten scheiben 1 und 2 des Gehäuses und die Abfluss- bohrungen 108.
Rotary piston machine Rotary piston machines are known which have two rotors rotating in the same direction about fixed axes, one of which is arranged within the other and with variable-volume working spaces being limited by the inner contour of the outer rotor and the outer contour of the inner rotor. If such machines are operated as internal combustion engines, cooling of both the outer and the inner rotor is required. The internal rotor is cooled by means of cooling liquid flowing through the rotor, the supply and discharge of which takes place through the shaft of the internal rotor, which does not cause any difficulties, since this shaft can be guided to the outside.
The subject of the present invention is a rotary piston machine with a stationary housing whose multi-arched inner lateral surface together with side panels delimits an interior space which is penetrated perpendicular to the side panels by a shaft, on whose eccentric a multi-toothed rotor is rotatably mounted, which is axially movable at its end faces , has gas seals sliding along the adjacent housing wall and the speed of which is kept in a fixed ratio to the speed of the shaft by a transmission consisting of a gear attached to the rotor with internal teeth and a gear attached to the housing with external teeth.
In such machines, the cooling of the runner causes considerable difficulties, since the runner executes a planetary circular movement relative to the housing and has no parts that extend outward and ver usable for the direct supply and discharge of cooling liquid to or from the runner are. Apart from the coolant supply and discharge, the problem with machines of this type occurs to prevent the passage of coolant into the working spaces and still ensure adequate lubrication of the rotor's bearing on the eccentric and the gearbox.
These problems, which occur in particular when the machine is used as an internal combustion engine, are solved according to the invention in that the rotor is cooled by a cooling liquid that is also used as a lubricant and that the supply and discharge of the cooling liquid to and from the rotor Annular spaces, which are arranged between parts moving relative to one another, with annular liquid seals independent of the gas seals being provided between the end faces of the rotor and the side plates of the housing, which enclose the transmission and the spaces for the supply and discharge of the cooling liquid to the Seal work spaces.
These annular spaces can be arranged between at least one side disk of the housing and an end face of the rotor or eccentric and / or between the eccentric and the rotor.
The supply and discharge of the cooling liquid to or from these annular spaces can take place via channels in the side parts. However, it is also possible to provide channels and recesses in the shaft and in the eccentric which end at the circumference of the eccentric so that the cooling liquid can pass through the rotor bearing arranged on the eccentric into the rotor. If this rotor bearing is designed as a roller bearing, it is useful to make the arrangement so that the bearing is only lubricated by a liquid mist and does not run in an oil bath.
This can be achieved in that the bearing consists of at least two rows of rolling elements arranged next to one another and the coolant is supplied or discharged through an annular space remaining between adjacent rows, so that only a very small part of the total flow of coolant can reach the bearing.
The rotor is to be cooled particularly carefully when using the machine as a combustion engine; because in this case the rotor has a sealing system to seal the individual working spaces from one another, which consists, among other things, of radially and axially movable sealing strips which are arranged in axially parallel grooves on the apex of the rotor. In order to keep these seals operational, it is necessary to cool the apex edges, in which the seals are arranged, well, and for this purpose cavities are seen in the rotor, which extend into the off-axis zones.
If, with certain types of machine, due to structural conditions, it is not possible to extend the flow of coolant into these off-axis zones, these zones are advantageously connected to the area of the rotor covered by the cooling system through spaces filled with particularly good heat-conducting or heat-transporting means brought thermally conductive connection.
In this way it is then possible to lead the heat from the edge zones inwards via the conducting means, which can be represented for example by copper rods, sodium filling or similar known means, and from there to dissipate it via the flow-through cooling system.
The standing spaces with the cooling liquid are sealed against the working spaces by liquid seals which are arranged between the side plates of the housing and the end faces of the rotor. This liquid speed seals are preferably designed as thin-walled, elastically pretensioned rings that can be under the action of the cooling liquid pressure and are pressed by this against the side windows of the housing.
These liquid seals can be relieved by arranging a stationary line in the cavity of the rotor, which with its radially outer end radially outside the bore provided in the rotor for receiving the eccentric during part of a rotation of the rotor in the cavity opens and is led out with its radially inner end in the axial direction over an end wall of the rotor and the adjacent end wall of the housing.
When the outer end of the conduit is immersed in the cooling liquid located in the cavity of the rotor, which forms a liquid ring due to the centrifugal effect, the cooling liquid is discharged inwards through the conduit due to the centrifugal pressure. The line therefore limits the liquid level in the rotor in such a way that cooling liquid is prevented from escaping from the rotor through the bore for receiving the eccentric and along the side walls of the rotor to the working spaces. At the same time, it acts as a type of pump and causes the cooling liquid to circulate through the rotor, so that there is no need for a separate coolant pump.
In the practical embodiment, the line is provided in the form of a channel in a stationary disc arranged in the cavity of the rotor. Several lines or channels can of course also be provided. In order to facilitate the entry of coolant, these channels can run in a spiral.
In order to recool the cooling liquid, the heated cooling liquid can be directed against independently cooled surfaces of the machine after exiting the housing. For example, machine covers with water cooling, flywheels or fan wheels can be used for this. A particularly intensive recooling of the heated cooling liquid is achieved if the cooling liquid is thrown at high speed and in as finely a form as possible against such independently cooled surfaces. This can be achieved by pulling the cooling liquid out of the housing or from the side.
emerges radially from the crankshaft and is thrown against the cooled surfaces by the fluid pressure or by centrifugal force.
Some exemplary embodiments of the invention are shown in principle in the drawing. They show: FIG. 1 a rotary piston machine in longitudinal section along line 1-1 in FIG. 2; FIG. 2 shows a cross section through a rotary piston machine along line 2-2 in FIG. 1;
3 shows a cross section through the rotor of the rotary piston machine; 4 shows a cross section through a rotor of a rotary piston machine, which is designed differently; 5, 6 and 7 different possible embodiments of the invention on a rotary piston machine shown in principle in longitudinal section; 8 shows a longitudinal section through a rotary piston machine with cooling liquid recooling; 9 shows another embodiment of the invention with two separate cooling circuits;
10 shows a rotary piston machine with a scoop disk in longitudinal section along line 10-10 in FIG. 11; 11a shows a cross section along the line IIa-IIIa in FIG. 10; 11b shows a section along line 11b-11b in FIG. 10;
12 and 13 details of FIG. 10 in different versions, and FIG. 14 shows a longitudinal section through a rotary piston machine with a split eccentric bearing.
In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the machine consists of a housing which is composed of the side windows 1, 2 and the casing 3 angeord designated between them. The housing encloses working spaces 4. A shaft 5 is mounted in the housing at 21 and 22, on whose eccentric 6 a rotor 7 is rotatably arranged at 14. With the side disk 2, an externally toothed wheel 8 is firmly connected, in which an internally toothed ring gear 9 which is firmly connected to the rotor 7 engages. This gear 8, 9 enforces a certain speed ratio of the rotor 7 to the shaft 5, which is 3: 1 in the exemplary embodiment.
The rotor 7 performs a planetary circular movement with respect to the housing when it rotates on the eccentric 6 of the rotating shaft 5. Balance weights 10 are arranged on the shaft 5.
To cool the rotor 7, a liquid circuit is provided. The cooling liquid flows through a bore 11 in the side window 1 of the housing to an annular space 12 and from there via a bore 13 to the bearing point 14 of the rotor 7 on the eccentric 6. The cooling liquid enters the bores 15 via an annular space 12 ' of the rotor 7, flows through it, arrives at a further annular space 12 ″ at the bearing 14 and is discharged from here through the bores 17, 18 in the shaft 5. From the bore 18 the cooling liquid passes into a space 19 and from there into an oil cooler (not shown) via a suction connection 20. The necessary pressure is generated by a pump (not shown).
The portion of the cooling liquid that emerges at the outer end of the bearing bushing 21 can also enter the space 19. Likewise, the leakage oil exiting to the outside from the bearing point 22 is collected in the space 23 and fed to the pump and the oil cooler via the suction opening 24.
In order to avoid that the cooling liquid escaping laterally from the rotor bearing 14 reaches the working spaces 4 along the front sides of the rotor 7, annular liquid seals 32 are provided on the front sides of the rotor 7, which are resiliently tensioned and to which the fluid pressure acts adjacent side wall of the housing are pressed. The liquid seals 32 enclose the bearing 14 of the rotor 7 on the eccentric 6, the gear 8, 9 and the inlet and outlet openings provided on the eccentric 6 and on the rotor 7 for the cooling liquid.
The circulation of the cooling liquid can be supported by the centrifugal forces that occur if the outflow opening is placed in a manner known per se on a larger radius than the inflow opening.
In the illustrated embodiment, the rotor 7 is also flowed through by cooling liquid. Under certain conditions, this flow through the rotor can be dispensed with, especially if the off-axis zones 25 shown in FIG. 2 are at a relatively small distance from the circumference of the eccentric 6. The channels 15 are omitted and the cooling liquid flows directly from the channel 13 via the bearing 14 to the channel 17. Furthermore, instead of the bore 13, axial grooves in the relieved zone of the bearing 22 can be used to transport the coolant to the end face of the rotor . The cooling liquid then enters an annular space 31 and from there in turn to the bearing point 14.
The annular space 31 is sealed off from the working spaces 4 by the seals 32.
As shown in Fig. 2, particularly the off-axis zones 25 are intensively cooled by arranging the bores 15 in the immediate vicinity of the sealing elements 26 housed on the runner edges.
In order to achieve strong cooling of the off-axis zones 25 of the rotor 7 and the sealing elements 26 arranged therein, cavities 27 can be arranged according to the exemplary embodiment according to FIG. 3 in the vicinity of these zones, which via channels 28 from an annular space 30 between the Runner 7 and the eccentric 6 are supplied with cooling liquid.
Since it is difficult in rotor shapes with edge zones extremely remote from the eccentric 6 and the relatively small cross section of the rotor caused by this, to accommodate cooling fluid bores of sufficient diameter, cavities 29 can be provided in the rotor 7, as can be seen from FIG. 4, which conform to the cross-sectional contour of the rotor and extend from the off-axis zones 25 to the vicinity of the bearing surface 14 of the eccentric 6. These spaces are filled with media that conduct heat well or transport heat, for example sodium. Instead, copper rods can also be arranged at these points.
The heat brought by the sodium filling to the inner edge zone of the rotor in this construction is dissipated by the cooling liquid flowing through the annular space 30.
In the embodiment according to FIG. 5, the inflow and outflow of the cooling liquid does not take place through the shaft 5, but through the side panes 1 and 2 of the housing. The cooling liquid is fed through the channels 33 in the side part 1 and passes through the annular space 34 in the side part 1 into the channels 35 in the eccentric 6, which end at the bearing 14 in an annular space 35 '. From this annular space 35 'the cooling liquid passes into the channels 37 in the rotor 7 and is from here via an annular space 36' at the bearing 14, the channels 36 in the eccentric 6, the annular space 38 'and the drainage channels 38 derived.
The seals 32, which enclose the annular spaces 34, 38 'and the bearing surface 14, prevent the cooling liquid from entering the working spaces 4.
The embodiment according to FIG. 6 differs from that according to FIG. 5 only in that the annular spaces 34, 38 'are arranged in the end faces of the eccentric 6.
An arrangement of the annular spaces 34, 38 ′ in the end faces of the rotor 7 is also possible, as shown in FIG. 7. The coolant inflow again takes place through the channels 33 in the side pane 1 and the outflow through the channels 38 in the side pane 2.
Fig. 8 shows two ways of re-cooling the cooling liquid. In a machine of a similar design, the return line for the cooling liquid is designated by 38. In the left half of FIG. 8, the channel 38 is connected to a channel 39 in a flywheel 40 on the shaft 5. The recirculated cooling liquid is thrown out at 40a by the centrifugal force and hits a wall 41 of the housing which has a cavity 42 through which an independent cooling circuit flows.
The recooled coolant drains off at 43.
In the right part of FIG. 8, the return bore 38 is connected to channels 44 in a flywheel 45, which also rotates with the shaft 5 and is provided with fan blades 46. When flowing through the flywheel 45 cooled by the air flow generated, the heated cooling liquid is recooled and flows through a channel 47 in the shaft 5 from.
The possibilities shown in Fig. 8 ent eliminates the need to arrange a separate dry cooler.
In the embodiment according to FIG. 9, the rotor 7 is provided with flow cooling similar to the previous examples, the supply of the cooling liquid at 72 through the side window 2 through into an annular space 73 of the rotor 7 and from there through the bores 74 to another Annular space 75 and flows through the outlet bore 76.
For additional dissipation of the heat absorbed by the rotor 7, the eccentric 6 is equipped with a separate flow-through cooling system, the coolant of this circuit entering the central bore 78 through a tube 77 inserted in the shaft 5 and from there into channels 79 in the eccentric 6 and through a plurality of channels 80 arranged near the periphery of the eccentric 6, whereby the bearing surface 14 is intensively cooled. The cooling liquid is drained off through bores 81 and the annular space 82 between the tube 77 and the shaft 5.
In Fig. 10 to 13, a rotary piston machine is shown in which measures to limit the liquid level in the cavity of the rotor are seen before.
The rotor, again denoted by 7, is provided with a cavity 85, the cooling liquid through a central bore 86 in the shaft 5 via a radially to the circumference of the eccentric 6 extending channel 87 and via an annular space 88 in which a roller bearing as a rotor bearing is arranged, is supplied. The liquid seal surrounding the annular space 88 and the gear 8, 9 is designated by 32 in FIGS. 10 and 12. To dissipate the cooling liquid from the rotor and to achieve circulation without the aid of a pump, a fixed disc 89 is arranged in the cavity 85 of the rotor 7, which continues in a pipe section 90 which is firmly connected to the side wall 2 of the housing ver .
The disk 89 is provided with radially directed channels 91 (FIG. 11 a) which open into the cavity 85 on the circumference of the disk and continue through the pipe section 90. When the liquid level in the cavity 85 of the rotor 7 has reached such a value that the mouths of the channels 91 dip into the cooling liquid ring, the cooling liquid is conveyed inwards through the channels 91 due to the centrifugal pressure and via the annular space 92 in the Side wall 2 of the housing, the bore 93, the space 94 and the outflow channel 95 discharged to the outside.
As can be seen, the disk 89 covers the opening 96 in the right side wall of the rotor 7 in every position of the rotor and the channels 91 open at a point in the cavity 85 which, during the relative movement between the rotor and the housing, is always radially outside the opening 96 , the annular space 88 and the gear 8, 9 is located. Since, as mentioned, the channels 91 prevent the liquid ring from growing inwards over the mouths of these channels, the disc 89 also largely prevents cooling liquid from flowing through the openings 96, 97 and along the side surfaces of the rotor 7 to the working spaces.
FIG. 12 shows an embodiment in which the hub 90 of the disk 89 at the same time carries the external toothing 8 ′, which meshes with the internally toothed wheel 9 attached to the rotor 7. This results in a structural simplification of the machine.
In Fig. 13 is a scoop 89 'is provided in section, in which the channels 91' run spirally ver. When the rotor is rotated in the direction of the arrow, the cooling liquid, which circulates with the rotor, is removed more quickly when the disc is immersed in the liquid. The disk 89 'is made of two parts, one part having the preferably milled spiral grooves and the hub part and the other part covering these grooves and thus completing them to form closed channels.
In FIG. 14, the crankshaft is again denoted by 5, the eccentric by 6 and the rotor by 7. The cooling liquid is supplied to the rotor through a concentric bore 98 in the crankshaft 5 and continues in a radially directed channel 99 which opens on the circumference of the eccentric 6. The bearing of the rotor 7 on the eccentric 6 consists of two rows 100 and 101 of rolling elements which are held in a cage 102. This cage is divided in the middle and has an annular space 103 through which the cooling liquid can flow from the channel 99 into the channels 104 arranged in the rotor 7. This measure prevents the eccentric bearing 100, 101 from running in the oil bath. Rather, this bearing is only lubricated by a very small partial flow.
The cooling liquid is returned from the rotor 7 through the annular spaces 105, which are sealed off from the working spaces of the machine by the liquid seals 106, and from there through the chambers 107 in the side disks 1 and 2 of the Housing and drain holes 108.