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Rotationskolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine Gegenstand
der Erfindung ist eine insbesondere als Brennkraftmaschine verwendbare Rotationskolbenmaschine,
die einen Läufer aufweist, der innerhalb eines feststehenden oder rotierenden Gehäuses
auf einem Exzenter umläuft und dessen Stirnwände mit Durchbrüchen zur Durchführung
der Exzenterwelle versehen sind, wobei zwischen Läufer und Gehäuse ein aus einem
im Gehäuse feststehenden außenverzahnten und einem mit dem Läufer rotierenden innenverzahnten
Rad bestehendes Getriebe vorgesehen ist.
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Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf die Kühlung des Läufers
mittels durchströmender Kühlflüssigkeit, wie es an sich bekannt ist, und hat zum
Ziel, das Übertreten von Kühlflüssigkeit aus dem Läufer in die Arbeitskammern der
Maschine zu verhindern. Außerdem soll die Zirkulation der Kühlflüssigkeit durch
den Läufer ohne besondere Hilfsmittel wie Pumpen od. dgl. bewirkt werden. Zu diesem
Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Läufer einen zu mindestens einem der
Durchbrüche hin offenen Hohlraum vorzusehen, der von Kühlflüssigkeit durchströmt
wird, wobei zur Rückführung der Kühlflüssigkeit mindestens eine feststehende Rohrleitung
vorgesehen ist, die mit ihrem radial äußeren Ende mindestens während eines Teiles
einer Umdrehung des Läufers im Hohlraum radial außerhalb der Durchbrüche mündet
und mit ihrem radial inneren Ende in axialer Richtung über eine Stirnwand des Läufers
und die angrenzende Stirnwand des feststehenden oder rotierenden Gehäuses herausgeführt
ist.
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Wenn die Rohrleitung mit ihrem äußeren Ende in die im Hohlraum des
Läufers befindliche Kühlflüssigkeit, die infolge der Zentrifugalwirkung einen Flüssigkeitsring
bildet, eintaucht, so wird die Kühlflüssigkeit durch die Rohrleitung auf Grund des
zentrifugalen Druckes nach innen zu abgeführt.
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Die Rohrleitung wirkt also praktisch als eine Art Pumpe und begrenzt
den Flüssigkeitsstand im Läufer derart, daß ein Durchtritt von Flüssigkeit durch
die genannten Durchbrüche in den Seitenwandungen des Läufers und entlang diesen
Seitenwandungen zu den Arbeitskanunem verhindert wird. Damit werden Dichtelemente
zwischen den Seitenwandungen des Läufers und den angrenzenden Seitenwandungen des
umschließenden Gehäuses, welche dieses Übertreten verhindern sollen, entlastet und
können unter Umständen entfallen.
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In der praktischen Ausführung des Erfindungsgedankens ist die Rohrleitung
in Form eines Kanals in einer feststehenden, im Hohlraum des Läufers angeordneten
Scheibe vorgesehen. Selbstverständlich können auch mehrere Rohrleitungen bzw. Kanäle
vorgesehen werden. Zur Begünstigung des Kühlmitteleintritts können diese Kanäle
spiralförmig verlaufen.
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Wenn der erfindungsgemäße Vorschlag bei einer Maschine angewendet
wird, bei welcher der Läufer auf einem feststehenden Exzenter gelagert ist, können
die Kanäle in dem Exzenter angeordnet werden. Dadurch erübrigen sich besondere Bauteile.
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Das Gehäuse wird, insbesondere wenn es selbst rotiert, nach einem
weiteren Vorschlag der Erfindung ebenfalls mit einer Durchflußkühlung ausgestattet,
wobei die Kühlflüssigkeit nach Durchströmen des Gehäuses den Läufer durchströmt.
Diese den Läufer durchströmende Kühlflüssigkeit kann auch ein Teilstrom der das
Gehäuse durchströmenden Kühlflüssigkeit sein. Als Kühlflüssigkeit wird nach einem
weiteren Vorschlag der Erfindung niederviskoses Schmieröl oder Kraftstoff, z. B.
Dieselöl, verwendet, in welchem Fall gleichzeitig eine Schmierung der Lager des
Läufers und/oder der Exzenterwelle bzw. des rotierenden Gehäuses und des Getriebes
zwischen Läufer und Gehäuse durchgeführt werden kann. Um dabei zu vermeiden, daß
das Lager des Läufers auf dem Exzenter im Ölbad läuft, was die Lebensdauer bei Verwendung
eines Wälzlagers erheblich verringern würde, und daß Quetschverluste im Getriebe
eintreten, soll die Mündung der zur Kühhnittelabführung dienenden Rohrleitung nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung im Hohlraum des Läufers an einer Stelle liegen,
die sich bei der Relativbewegung zwischen Läufer und Gehäuse ständig in radialer
Richtung
sowohl außerhalb der Verzahnung als auch außerhalb der Läuferlagerung auf dem Exzenter
befindet.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung im
Prinzip dargestellt. Es zeigt Fig.1 einen Längsschnitt durch eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine
mit feststehendem Gehäuse entlang Linie 1-I der Fig. 2, Fig. 2 a einen Querschnitt
entlang Linie Il a-II a
der Fig. 1, Fig. 2b einen Querschnitt entlang Linie
II b-11 b
der Fig. 1, mit ergänzenden Teilschnitten durch das Gehäuse, Fig.
3 und 4 Teildarstellungen, die von Fig. 1 und 2 abweichende Einzelheiten zeigen,
Fig.5 einen Längsschnitt durch eine Rotationskolbenmaschine mit rotierendem Gehäuse
und feststehendem Exzenter und Fig. 6 einen Querschnitt entlang Linie VI-VI der
Fig. 5.
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Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 und 2 wird das feststehende Gehäuse
1 von den beiden Seitenwänden 2 und 3 und dem zwischen diesen beiden Seitenwänden
angeordneten Mantel 4 gebildet. Die Innenkontur 5 des Mantels 4 hat, wie aus Fig.
2 ersichtlich, die Form einer zweibogigen Epitrochoide oder einer äußeren Parallelkurve
hierzu. In dem Gehäuse 1 ist mittels Wälzlagern 6, 7 eine Exzenterwelle 8 gelagert,
auf deren Exzenter 9 der Läufer 10 auf einem Nadellager 1.1 drehbar angeordnet ist.
Die Außenkontur des Läufers 10 entspricht, wie Fig. 2 zeigt, etwa der Form eines
sphärischen Dreiecks und ist an die innere Hüllkurve der Epitrochoide angenähert.
Der Läufer weist drei Scheitel 12 auf, in denen radial bewegliche Dichtelemente
angeordnet sind, mit denen er ständig an der inneren Mantelfläche 5 des Gehäuses
entlanggleitet. Dabei werden drei Arbeitskammern V1, V2 und V3 wechselnden Volumens
gebildet. Am Läufer 10 ist ein innenverzahnter Zahnkranz 13 befestigt, der mit einer
mit der Seitenscheibe 3 des Gehäuses 1 verbundenen Außenverzahnung 14 im Eingriff
steht. Dadurch wird ein Drehzahlverhältnis von 3:2 zwischen Exzenterwelle
8 und Läufer 10 erzwungen. Da der Läufer 10 gegenüber der Exzenterwelle 8 eine planetenartig
kreisende Bewegung ausführt, müssen die Seitenwandungen des Läufers 10 Durchbrüche
17, 18 aufweisen, durch welche die Exzenterwelle 8 durchgeführt ist. In dem Durchbruch
18 ist dabei der innenverzahnte Zahnkranz 13 angeordnet.
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In dem Mantel 4 des Gehäuses ist ein Einlaßkanal 19 für Frischgas,
eine Zündkerze 20 und ein Auslaßkanal 21 für den Ausschub der verbrannten Gase angeordnet.
Bei Drehung des Läufers 10 in Pfeilrichtung wird Frischgas angesaugt, verdichtet,
gezündet, expandiert und ausgeschoben. Es findet also ein vollständiges Viertaktverfahren
statt.
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Der Läufer 10 ist mit einem Hohlraum 22 versehen, dem Kühlflüssigkeit
durch eine zentrische Bohrung 23 in der Exzenterwelle 8 über einen radial zum Umfang
des Exzenters 9 sich erstreckenden Kanal 24 und über das Nadellager 11 zugeführt
wird. Zur Abführung der Kühlflüssigkeit und zur Erzielung einer Zirkulation ist
in dem Hohlraum 22 des Läufers 10 eine feststehende Scheibe 25 angeordnet, die sich
in einem Rohrstück 26 fortsetzt, welches mit der Seitenwand 2 des Gehäuses 1 fest
verbunden ist. Die Scheibe 25 ist mit radial gerichteten Kanälen 27 versehen, die
am Umfang der Scheibe in den Hohlraum 22 münden und sich durch das Rohrstück 26
fortsetzen. Wenn der Flüssigkeitsstand im Hohlraum 22 des Läufers 10 einen solchen
Wert erreicht, daß die Mündungen der Kanäle 27 in den Kühlflüssigkeitsring eintauchen,
wird die Kühlflüssigkeit auf Grund des zentrifugalen Drucks durch die Kanäle 27
nach innen gefördert und über den Ringraum 28 in der Seitenwand 2 des Gehäuses 1,
die Bohrung 29, den Raum 30 und den Ausflußkanal 31 nach außen abgeführt.
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Wie ersichtlich, bedeckt die Scheibe 25 den Durchbruch 17 in der rechten
Seitenwand des Läufers 10 in jeder Stellung des Läufers und münden die Kanäle 27
an einer Stelle im Hohlraum 22, die bei der Relativbewegung zwischen Läufer und
Gehäuse stets radial außerhalb des Durchbruchs 17, des Exzenterlagers 11 und der
Verzahnung 13, 14 liegt. Da, wie erwähnt, die Kanäle 27 ein Anwachsen des Flüssigkeitsringes
nach innen über die Mündungen dieser Kanäle verhindert, wird durch die Scheibe 25
gleichzeitig ein Übertreten von Kühlflüssigkeit durch die Durchbrüche 17, 18 und
entlang den Seitenflächen des Läufers 10 zu den Arbeitsräumen V1, V, und
V, weitgehend verhindert und außerdem vermieden, daß das Wälzlager 11 im Ölbad läuft
und daß Quetschverluste in der Getriebeverzahnung 13, 14 auftreten.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der das Rohrstück 26 der Schöpfscheibe
25 gleichzeitig die Außenverzahnung 14' trägt, die mit dem innenverzahnten, am Läufer
10 befestigten Zahnkranz 13 im Eingriff ist. Dies ergibt eine bauliche Vereinfachung
der Maschine.
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In Fig. 4 ist eine Schöpfscheibe 25' im Schnitt dargestellt, bei welcher
die Kanäle 27' spiralförmig verlaufen. Bei Drehung des Läufers 10 in Pfeilrichtung
wird die Kühlflüssigkeit, die ja mit dem Läufer umläuft, beim Eintauchen der Scheibe
in die Flüssigkeit rascher abgeführt. Diese Scheibe 25' wird aus zwei Teilen hergestellt,
wobei der eine Teil vorzugsweise gefräste Spiralnuten und den Nabenteil aufweist
und der andere Teil diese Nuten abdeckt und damit zu geschlossenen Kanälen vervollständigt.
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In Fig.5 und 6 ist eine Rotationskolbenmaschine im Längs- und Querschnitt
dargestellt, bei welcher das Gehäuse 1 umläuft. Das Gehäuse besteht wie beim vorher
beschriebenen Beispiel aus den Seitenwänden 2 und 3 und dem Mantel 4, dessen Innenkontur
5 wiederum die Form einer zweibogigen Epitrochoide oder einer äußeren Parallelkurve
hierzu aufweist. Das Gehäuse 1 ist in einem umschließenden Motorgehäuse 32 mittels
Wälzlagern 33 drehbar gelagert. Mit dem Motorgehäuse 32 ist starr ein Exzenterzapfen
34 verbunden, der einen scheibenförmigen Exzenterteil 35 aufweist, an dem der eigentliche
Exzenter 36 befestigt ist. Dieser Exzenter 36 ist rohrförmig und stützt sich über
Lager 37, 38 auf axial nach innen gerichtete Fortsätze 39, 40 der Seitenwände 2,
3 des rotierenden Gehäuses 1 ab. Auf dem Exzenter 36 ist über Nadellager 41, 42
der Läufer 10 drehbar angeordnet, dessen Außenkontur wie im vorher beschriebenen
Beispiel der inneren Hüllkurve der Epitrochoide entspricht. Das Drehzahlverhältnis
zwischen rotierendem Gehäuse 1 und Läufer 10 beträgt 3: 2 und wird wiederum
durch ein innenverzahntes, mit dem Läufer 10 fest verbundenes Zahnrad 13 und ein
außenverzahntes, mit der Seitenscheibe 2 des Gehäuses 1 fest verbundenes Zahnrad
14 erzwungen. Mit 52 und 53 (Fig. 6) sind der Einlaß- und der Auslaßkanal bezeichnet.
Bei
dieser Maschine ist sowohl das rotierende Gehäuse 1 als auch der Läufer
10 mit einer Durchflußkühlung ausgestattet. Die Kühlflüssigkeit tritt bei
43 ein, gelangt durch einen Ringraum 44 in Hohlräume 45, 46 und 47
der Seitenwände 2, 3 bzw. des Mantels 4 des Gehäuses 1 und tritt bei 48 aus der
Maschine aus. Ein Teilstrom kann durch die Bohrung 49 in der Seitenwand
2 in den Hohlraum 22 des Läufers 10 eintreten. Die Rückführung der
Kühlflüssigkeit aus diesem Hohlraum 22 erfolgt durch radial gerichtete Kanäle 50
in dem scheibenförmigen Exzenter 35, die sich in axial sich erstreckenden Kanälen
51 im Exzenterzapfen 34 fortsetzen. Der scheibenförmige Exzenterteil 35 übernimmt
also die Aufgabe der Scheibe 25 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 und 2. Auch
hier ist der Durchmesser des scheibenförmigen Exzenterteiles 35 so bemessen bzw.
die Mündung der Kanäle 50 in dem Hohlraum 22 des Läufers 10 so angeordnet, daß ein
Austreten von Kühlflüssigkeit durch die seitlichen Durchbrüche 17, 18 des
Läufers 10 verhindert wird.
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Da die Kühlflüssigkeit bei allen Ausführungsbeispielen Lagerstellen
durchströmt, ist es zweckmäßig, als Kühlflüssigkeit niederviskoses Schmieröl oder
Kraftstoff, z. B. Dieselöl, zu verwenden.