DE102014017849B4

DE102014017849B4 - Kreiskolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014017849B4
Application number: DE102014017849.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Baier; Alexander Geiger
Original assignee: Zoerkler Gears & Co Kg GmbH
Current assignee: Zoerkler Gears & Co Kg At GmbH
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2034-12-03
Also published as: DE102014017849A1

Abstract

Gehäuse für eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine, das ein Mantelgehäuse (10) mit einer Trochoidenlaufbahn (5), ein endseitiges Seitenteil (2) und ein abtriebsseitiges Seitenteil aufweist und in dessen Innerem eine Exzenterwelle (25) mit einem Kolben (1) umläuft, der drei gegeneinander abgedichtete Arbeitskammern bildet, die jeweils einen Viertakt-Gaswechsel durchlaufen, wobei der Kolben (1) Dichtelemente aufweist, die die Arbeitskammern gegen die Trochoidenlaufbahn (5) wie auch gegen die beiden Seitenteile (2) abdichten, dadurch gekennzeichnet, dass das endseitige Seitenteil (2) und das abtriebsseitige Seitenteil jeweils eine Platte (3) mit einem Äquidistantenumfang (4) einer zur Trochoidenlaufbahn (5) verlaufenden größeren Äquidistanten aufweisen, die in eine Vertiefung (6) des jeweiligen Seitenteils (2) mit dem Äquidistantenumfang (4) der Platte (3) passt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine, das im Wesentlichen aus einem Mantelgehäuse mit einer Trochoidenlaufbahn, einem endseitigen Seitenteil und einem abtriebsseitigen Seitenteil besteht, in dessen Innerem eine Exzenterwelle mit einem Kolben umläuft, der drei gegeneinander abgedichtete Arbeitskammern bildet, die jeweils einen Viertakt-Gaswechsel durchlaufen, wobei der Kolben Dichtelemente aufweist, die die Arbeitskammern gegen die Trochoidenlaufbahn wie auch gegen die beiden Seitenteile abdichtet.
Herkömmliche Kreiskolbenbrennkraftmaschinen sind unter anderem aus der DE 15 26 375 A , der DE 2 321 700 und der DE 26 56 919 A1 bekannt.
Mit der Offenlegungsschrift DE 10 2008 026 920 A1 ist eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine bekannt geworden, bei der mindestens eines der Seitenteile zweiteilig ausgeführt ist, wobei das mit den Dichtelementen in Verbindung stehende Laufbahnteil aus Eisenguss besteht, während das dem Kolben abgewandte Deckelteil wie bisher aus Leichtmetall ausgeführt ist. Von Vorteil ist hierbei eine Vereinfachung des Gießverfahrens für das Deckelteil ohne die Verwendung von Kernen für die Räume für das Kühlwasser und das Schmieröl. Ebenso sind dort eine Wassereinlassöffnung, eine Wasserauslassöffnung und eine Ölauslassöffnung durch eine geeignete Gestaltung der Gussformen kernlos zu realisieren.
Von Nachteil jedoch ist es, wie aus neuesten Versuchen ermittelt werden konnte, dass es mit der in der oben genannten Ausführung einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine nicht möglich ist, einen ausreichend niedrigen Ölverbrauch in allen Last- und Drehzahlbereichen zu erzielen. So ist zum Beispiel das als Scheibe ausgeführte end- bzw. abtriebsseitige Laufbahnteil an einer Vielzahl von Einspannstellen befestigt, wodurch es im Motorbetrieb Verwerfungen der Laufbahnen gibt, die eine einwandfreie Auflage der seitlichen Dichtelemente nicht mehr zulassen. Die Laufbahnteile sind nämlich am Umfang, der mit dem Motorumfang identisch ist, mit Durchgangsbohrungen für Kühlwasser und Befestigungsschrauben versehen, die jede für sich eine Einspannstelle für das als Scheibe ausgeführte Laufbahnteil darstellt. Außerdem stehen die Laufbahnteile mit den Deckelteilen über elastische Dichtungen an den unterschiedlichsten Stellen in Verbindung, die diese nach innen wölben. Dazu kommt, dass am Umfang der Kreiskolbenbrennkraftmaschine besonders bei höheren Last- und Drehzahlbereichen hohe Temperaturunterschiede auftreten, die die durch die Verwerfungen entstehenden Unebenheiten der Laufbahnen noch verstärken.
Die Erfindung ist im Hauptanspruch und nebengeordneten Anspruch definiert. Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Um die genannten Nachteile zu vermeiden und Laufbahnen zu schaffen, die ein Höchstmaß an Ebenheit nicht nur bei der Montage im kalten Zustand der Kreiskolbenbrennkraftmaschine, sondern auch im Motorbetrieb derselben aufweisen, wird vorgeschlagen, auf die gummielastischen Dichtungen zwischen Laufbahn- und Deckelteilen zu verzichten und Platten einzuführen, die die Funktion der vorgenannten Laufbahnteile übernehmen, wobei deren Umfang nicht mehr mit dem Motorumfang identisch ist, wo Durchgangsbohrungen zur Aufnahme von Durchgangsschrauben und für die Durchleitung von Kühlwasser angeordnet sind, sondern einer zur Trochoidenlaufbahn verlaufenden größeren Äquidistanten folgt, die noch innerhalb aller Durchgangsbohrungen für Kühlwasser und Durchgangsschrauben verläuft, wodurch eine umlaufende Auflagefläche für die Platten am Mantelgehäuse entsteht, die breit genug ist, eine Nut für eine umlaufende Formdichtung aufzunehmen. Der Auflagefläche mit der vorgenannten Breite ist auch in der Vertiefung auf einer Bodenfläche ein umlaufender Bereich mit den Maßen der vorgenannten Auflagefläche angeordnet, sodass die Platte durch die beiden beschriebenen Flächen bei der Montage der Kreiskolbenbrennkraftmaschine am äußeren Umfang eingeklemmt und durch die dann wirkenden hohen Reibungskräfte in ihrer Position gehalten wird. An dieser Stelle entstehen keine Kräfte, die Verwerfungen an den Platten hervorrufen könnten.
Zusätzlich zu der beschriebenen Befestigung der Platten werden am Umfang der Vertiefungen sowie am Umfang der Platten Positionsflächen, vorzugsweise in Form von Geraden, angeordnet, sodass sich die Platten in die Vertiefungen fügen lassen und dadurch durch den Einfluss von Vibrationen im Motorbetrieb Drehbewegungen derselben verhindert werden. Die Positionsflächen werden vorzugsweise im Bereich der großen und/oder der kleinen Achse angeordnet, wo sie wirksam werden, wenn die beiden identischen Platten durch Umschlag vorzugsweise um die große Achse sowohl endseitig, als auch abtriebsseitig zum Einbau kommen.
Unnötig ist es zu sagen, dass es aus Gründen der Fertigungserleichterung möglich ist, die an die Trochoide des Mantelgehäuses angelehnte Äquidistante des Umfangs der Vertiefung durch Kreisbögen zu ersetzen, die an Bearbeitungsmaschinen leichter einstellbar sind.
Auch kann man von dem vorgenannten Verlauf des Äquidistantenumfanges abweichen und radiale Erweiterungen anordnen, solange diese der Vergrößerung der Auflagefläche zwischen dem Mantel und den Seitenteilen dienen und sich innerhalb der Durchgangsbohrungen erstrecken.
Die Platten, die die in den Seitenteilen befindlichen Wasserräume vollkommen abdecken, bestehen vorzugsweise aus Stahl, weisen eine gelappte Oberfläche auf und tragen vorzugsweise eine Beschichtung, die die Gleiteigenschaften der am Kolben seitlich angeordneten Gas- und -Öldichtelemente verbessert.
Aus den Versuchen mit Formdichtungen, die mit O-Ringen aus gummielastischem Material vergleichbar sind, geht hervor, dass es hoher Kräfte bedarf, um diese Formdichtungen für die Sicherstellung einer ausreichenden Abdichtung in ihrer Nut zu komprimieren und vollständig in diese hinein zu pressen. Dieser Umstand hat zur Folge, dass die vorgenannten Dichtungen die Platte verformen bzw. örtlich anheben können. Dies ist bei der Platte im Nabenbereich der Fall, wodurch eine Verwerfung der Oberflächenform entsteht, der die Dichtelemente im Kolben nicht zuverlässig folgen können.
Die Erfindung hat es sich somit auch zur Aufgabe gemacht, die Funktion der Dichtelemente zu verbessern und dadurch den Verlust an Schmieröl beim Motorbetrieb zu reduzieren, der im Wesentlichen zwischen den Seitenteilen und den Öldichtelementen im Kolben entsteht. Ebenso sollen Druckverluste an den Gasdichtelementen reduziert werden, die die Motorleistung und die Motortemperatur beeinflussen. Schließlich sollen Verwerfungen vermieden werden, die bei der Montage der Kreiskolbenbrennkraftmaschine und durch Formdichtungen in Nabennähe entstehen.
Es wird daher vorgeschlagen, auf einem umlaufenden Steg mit einer reduzierten Höhe eine plastisch verformbare weiche Dichtung anzuordnen, die keine Kräfte von der Bodenflächen aus auf die Platte ausübt und die Voraussetzung für die einwandfreie Funktion der Dichtelemente schafft. Zwischen dem Steg und der Bodenfläche am inneren Durchmesser in Nabennähe ist noch eine Entlastungsnut angeordnet, die dem Ölraum des Motorinneren zugeordnet ist und überschießendes Dichtungsmaterial der weichen Dichtung aufnehmen kann.
Die Bodenfläche erstreckt sich auch über eine Vielzahl von Auflagerippen, wo die Platten auf den Seitenteilen aufliegen und die im Verbrennungsraum entstehenden Kräfte ohne Verwerfungen an diese weitergeben.
Die Anforderungen an eine plastisch verformbare weiche Dichtung sind vergleichsweise höher, als die an eine gummielastische Dichtung, die ständig unter konstantem Druck steht und permanent Kräfte auf die Platte insbesondere in Nabennähe ausübt und Verwerfungen erzeugt, die von den Dichtelementen nicht mehr ausgeglichen werden können.
Anhand dreier Figuren wird der Erfindungsgedanke an einer der beiden Seitenscheiben einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine erläutert. Es zeigen

1 einen Teilschnitt eines endseitigen Seitenteils mit einer Platte und einem Mantelgehäuse mit einer Trochoidenlaufbahn, wobei die Platte eine Laufbahn für die Dichtelemente in einem Kolben aufweist;
2 das endseitige Seitenteil in Teilansicht mit Durchgangsbohrungen und einer Vertiefung mit einem zur Trochoidenlaufbahn äquidistanten größeren Umfang, der an den Umfang der Platte angepasst ist; und
3 die Platte in einem der Seitenteile mit einem Wasserraum und einer weichen Dichtung, die den Wasserraum von Schmieröl im Motorinneren trennt.

In 1 ist mit 1 ein Kolben einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine bezeichnet. Er rotiert innerhalb einer Trochoidenlaufbahn 5 eines Mantelgehäuses 10 auf einer Exzenterwelle 25 und bildet Brennräume, die sowohl auf der Endseite wie auch auf der Abtriebsseite der Kreiskolbenbrennkraftmaschine durch je eine Platte 3 in jeweils einer Vertiefung 6 im endseitiges Seitenteil 2 wie auch im abtriebseitigen Seitenteil (hier nicht dargestellt) angeordnet sind. Der Umfang der Platten 3 richtet sich nach der Trochoidenlaufbahn 5 im Mantelgehäuse 10 und bildet als Äquidistantenumfang 4 eine in Trochoidenform ausgebildete Auflagefläche 7 aus, die breit genug ist, um eine Nut 8 aufzunehmen, in der eine Formdichtung 9 angeordnet ist. Die Vertiefung 6 mit ihrem Äquidistantenumfang 4 nimmt die Platte 3 mit ebendiesem Äquidistantenumfang 4 vollständig auf, wobei die Platte 3 auf einer Bodenfläche 26 am Seitenteil 2 aufliegt, während sie mit dem Mantelgehäuse 10 nur an der vorbeschriebenen Auflagefläche 7 anschlägt. Der der Auflagefläche 7 am Mantelgehäuse 10 gegenüber liegende Anteil der Bodenfläche 26 klemmt die Platte 3 bei der Montage fest, wobei die Bodenfläche 26 über mehrere Auflagerippen 24 bis in die Nabennähe reicht und die Platte 3 gegen Verbrennungskräfte aus dem Motorraum abstützt. Die Platte 3 deckt einen Kühlwasserraum 22 in den Seitenteilen 2 ab, wobei in Nabennähe ein ringförmiger Steg 20 an dem Seitenteil 2 angeordnet ist, der in der Höhe zurück gesetzt ist, um einen Spalt für die Montage einer plastisch verformbaren weichen Dichtung 14 zu schaffen und den Kühlwasserraum 22 gegen das Öl im Motorinneren abzudichten. Zwischen dem in seiner Höhe reduzierten Steg 20 und der an der Nabe endenden Bodenfläche 26 ist eine Entlastungsnut 23 im Seitenteil 2 angeordnet, die mögliche Reste der weichen Dichtung 21 aufnimmt. Da es nunmehr keine Kräfte aus den Verbrennungsräumen mehr gibt, die zu Verwerfungen an den Platten 3 führen, ist die einwandfreie Funktion der Gasdichtelemente 13 und der Öldichtelemente 19 gesichert.
Die Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach den gemachten Vorschlägen weist an ihrem Umfang Durchgangsbohrungen 11 für das Kühlwasser auf, die außerhalb der Platten 3 und der Vertiefungen 6 angeordnet sind, was zu den bereits beschriebenen Vorteilen bei der Montage und der Funktion der Platten 3 führt. Die Platten 3 lassen sich daher mit einfachen konstruktiven Mitteln in den Vertiefungen 6 zusätzlich zu ihrer Reibungsbefestigung fixieren: Entlang einer großen Achse 17, in welcher die Trochoidenlaufbahn ihre größten „Durchmesser“ hat, sind vorzugsweise an beiden Schnittpunkten mit dem Äquidistantenumfang 4 erste Positionierungsflächen 15 angebracht, die auch die Platten 3 aufweisen müssen, um diese in die Vertiefungen zu fügen. Ebenso können zweite Positionierungsflächen 16 im Schnittpunkt des Äquidistantenumfangs 4 mit einer kleinen Achse 18 angeordnet sein, die die Fixierung der Platten 3 zusätzlich verbessern.
Der Vorteil gemäß den Vorschlägen der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Ursachen der Verwerfungen auf den Grund gekommen zu sein und Gegenmaßnahmen gefunden zu haben, die das „Blow By“ an den Gasdichtelementen und den Ölverbrauch an den Öldichtelementen verringern.
Bezugszeichenliste

1: Kolben
2: endseitiges Seitenteil
3: Platte
4: Äquidistantenumfang
5: Trochoidenlaufbahn
6: Vertiefung
7: Auflagefläche
8: Nut
9: Formdichtung
10: Mantelgehäuse
11: Durchgangsbohrung
12: Befestigungsschrauben
13: Gasdichtelemente
14: weiche Dichtung
15: erste Positionierungsfläche
16: zweite Positionierungsfäche
17: große Achse
18: kleine Achse
19: Öldichtelemente
20: Steg
21: weiche Dichtung
22: Kühlwasserraum
23: Entlastungsnut
24: Auflagerippen
25: Exzenterwelle
26: Bodenfläche

Claims

Gehäuse für eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine, das ein Mantelgehäuse (10) mit einer Trochoidenlaufbahn (5), ein endseitiges Seitenteil (2) und ein abtriebsseitiges Seitenteil aufweist und in dessen Innerem eine Exzenterwelle (25) mit einem Kolben (1) umläuft, der drei gegeneinander abgedichtete Arbeitskammern bildet, die jeweils einen Viertakt-Gaswechsel durchlaufen, wobei der Kolben (1) Dichtelemente aufweist, die die Arbeitskammern gegen die Trochoidenlaufbahn (5) wie auch gegen die beiden Seitenteile (2) abdichten, dadurch gekennzeichnet, dass das endseitige Seitenteil (2) und das abtriebsseitige Seitenteil jeweils eine Platte (3) mit einem Äquidistantenumfang (4) einer zur Trochoidenlaufbahn (5) verlaufenden größeren Äquidistanten aufweisen, die in eine Vertiefung (6) des jeweiligen Seitenteils (2) mit dem Äquidistantenumfang (4) der Platte (3) passt.
Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Äquidistantenumfang (4) der Platten (3) in einer Größe ausgeführt ist, die mit der Trochoidenlaufbahn (5) eine Auflagefläche (7) an einem Mantelgehäuse (10) ergibt, die groß genug ist, um eine umlaufende Nut (8) für eine Formdichtung (9) aufzunehmen.
Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Äquidistantenumfang (4) der Platten (3) wie auch der Äquidistantenumfang (4) der Vertiefungen (6) innerhalb der Durchgangsbohrungen (11) für Flüssigkeiten verläuft und einen umlaufenden Anteil einer Bodenfläche (26) aufweist, der der Größe der vorgenannten Auflagefläche (7) am Mantelgehäuse (10) entspricht.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Äquidistantenumfang (4) aus Fertigungsgründen durch angenäherte Kreisbögen und/oder Geraden ersetzt ist.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3) auf der Endseite der Kreiskolbenbrennkraftmaschine sowie auf der Abtriebsseite identisch und daher durch Umschlag auf beiden Seiten des Mantelgehäuses (10) montierbar sind.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3) auf ihren beiden Seiten eben und mit einer erforderlichen geringen Rauhigkeit ausgeführt sind, um ein verschleißarmes Gleiten der Gasdichtelemente (13) und Öldichtelemente (19) auf beiden Seiten des Kolbens (1) zu gewährleisten.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3) zur Verringerung der Gleitreibung der seitlichen Dichtelemente (13, 19) im Kolben (1) eine Beschichtung aufweisen.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (6) an ihrem Äquidistantenumfang (4) Positionierungsflächen (15, 16) aufweisen, die mit ebensolchen Positionierungsflächen (15, 16) an den Platten (3) fügbar sind.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3) an ihrem Äquidistantenumfang (4) radiale Erweiterungen aufweisen, die sich zur Vergrößerung der Auflagefläche (7) zwischen dem Mantelgehäuse (10) und den Seitenteilen (2) innerhalb der Durchgangsbohrungen für Befestigungsschrauben (12) erstrecken.
Gehäuse für eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine, das ein Mantelgehäuse (10) mit einer Trochoidenlaufbahn (5), ein endseitiges Seitenteil (2) und ein abtriebsseitiges Seitenteil aufweist und in dessen Innerem eine Exzenterwelle (25) mit einem Kolben (1) umläuft, der drei gegeneinander abgedichtete Arbeitskammern bildet, die jeweils einen Viertakt-Gaswechsel durchlaufen, wobei der Kolben (1) Dichtelemente aufweist, die die Arbeitskammern gegen die Trochoidenlaufbahn (5) wie auch gegen die beiden Seitenteile (2) abdichten, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (6) in den Seitenteilen (2) auf ihrer Bodenfläche (26) je einen ringförmigen Steg (20) in Nabennähe aufweisen, der in seiner Höhe etwas zurückgesetzt ist und Platz für den Einbau einer plastisch verformbaren weichen Dichtung (21) schafft, die den Kühlwasserraum (22) gegen den Schmierölbereich im Motorinneren abdichtet.
Gehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Seitenteilen (2) zwischen dem Steg (20) und der nabennahen ringförmigen Bodenfläche (26) eine Entlastungsnut (23) angeordnet ist.
Gehäuse nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenflächen (26) der Seitenteile (2) auch von einer Vielzahl von Auflagerippen (24) gebildet werden, auf denen die Platten (3) aufliegen und die im Verbrennungsraum entstehenden Kräfte ohne Verwerfungen an den Platten (3) an die Seitenteile (2) weitergeben.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (3) aus Stahl bestehen und zur Verringerung der Gleitreibung der seitlichen Dichtelemente (13, 19) im Kolben (1) eine Beschichtung aufweisen.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (6) an ihrem Äquidistantenumfang (4) Positionierungsflächen (15, 16) aufweisen, die am Schnittpunkt mit den beiden Hauptachsen (17, 18) der Trochoidenlaufbahn (5) angeordnet sind und mit ebensolchen Positionierungsflächen (15, 16) an den Platten (3) fügbar sind.