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Flüssigkeitskühlung für Kolben von Kreiskolbenmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Flüssigkeitskühlung für Kolben von Kreiskolbenmaschinen, bei
denen der Kolben drehbar auf einem sich drehenden Exzenter angeordnet ist und eine
planetenartig kreisende Bewegung gegenüber dem Gehäuse ausführt und wobei der Kolben
eine Anzahl voneinander getrennter Hohlräume aufweist, die von Kühlflüssigkeit durchströmt
werden.
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Bisher wurde bei derartigen Maschinen die Kühlflüssigkeit durch die
Kolbenhohlräume hindurchgepumpt.
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Die Erfindung hat zum Ziel, den Transport der Kühlflüssigkeit durch
die Hohlräume des Kolbens unter Zuhilfenahme der bei dessen Umlauf auf die Flüssigkeit
wirkenden, in ihrer Richtung wechselnden Beschleunigungskräfte zu bewirken. Zu diesem
Zweck sind die Hohlräume des Kolbens erfindungsgemäß in Umfangsrichtung nebeneinander
angeordnet und durch axial sich erstreckende Wände voneinander getrennt, wobei von
jedem Hohlraum nahe seiner radial inneren Begrenzung ein Kühlflüssigkeitsabfuhrkanal
ausgeht, der mit einem Sammelraum in Verbindung steht, und in jedem Hohlraum an
einer radial außerhalb des Abfuhrkanals liegenden Stelle ein Kühlflüssigkeitszufuhrkanal
mündet. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird die Kühlflüssigkeit bei radial
nach außen gerichteten Beschleunigungskräften in die einzelnen Hohlräume geschleudert
und bei nach innen gerichteten Beschleunigungskräften radial nach innen gedrückt
und durch den dort befindlichen Abfuhrkanal in einen Sammelraum abgeleitet. Aus
dem Sammelraum kann dann die Kühlflüssigkeit auf jede beliebige Art abgeführt werden.
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Abgesehen von der drucklosen Förderung der Kühlflüssigkeit hat der
erfindungsgemäße Vorschlag den Vorteil, daß durch das Vorsehen mehrerer voneinander
getrennter Hohlräume Schüttelverluste in der Kühlflüssigkeit weitgehend vermieden
werden.
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Der Sammelraum kann in dem benachbarten Seitenteil des Gehäuses angeordnet
werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, den Sammelraum im Kolben anzuordnen
und die Kühlflüssigkeit von dort aus aus dem Kolben zu entfernen. Zu diesem Zweck
kann in dem Sammelraum beispielsweise eine stationäre, mit radialen Kanälen versehene
Scheibe angeordnet werden, deren Aufbau und Wirkungsweise bekannt ist.
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Das übertreten von Kühlflüssigkeit in die Arbeitskammern durch den
Spalt zwischen der Kolbenstirnfläche und dem benachbarten Gehäuseseitenteil kann
durch einen in der Stirnfläche angeordneten Dichtungsring, der am Gehäuseseitenteil
anliegt, weitgehend vermieden werden. Um dabei den Dichtungsring möglichst vom Flüssigkeitsdruck
zu entlasten, gehen die Flüssigkeitszufuhrkanäle jeweils von einer radial innerhalb
und möglichst nahe der Einspannstelle des Dichtungsringes liegenden Stelle des Kolbens
aus. Die Abdichtung kann noch weiter verbessert werden, wenn radial innerhalb der
Flüssigkeitszufuhrkanäle ein zweiter Dichtungsring angeordnet wird und die Kühlflüssigkeitsabfuhrkanäle
radial innerhalb dieses zweiten Dichtungsringes in den Sammelraum münden. Dadurch
kann nur noch Leckflüssigkeit an den äußeren Dichtungsring gelangen, die bei nach
außen gerichteten Beschleunigungskräften sofort durch die Zufuhrkanäle abgeführt
wird.
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Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig.l eine Kreiskolbenmaschine im teilweisen
Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 in Fig. 1 und Fig.3 und 4 Längsschnitte
durch Kreiskolbenmaschinen mit zwei weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
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Es sei zunächst auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die Kreiskolbenmaschine
besteht aus einem Gehäuse, das sich aus einem Umschließungskörper 1 und den beiden
Seitenteilen 2 und 3 zusammensetzt. In den Seitenteilen 2 und 3 ist eine Exzenterwelle
4 drehbar gelagert, auf deren Exzenter 5 ein Kolben 7 drehbar
angeordnet
ist. Die innere Mantelfläche 8 des Um-
schließungskörpers 1 ist im
Querschnitt mehrbogig und hat vorzugsweise die Form einer zweibogigen Epitrochoide.
Der Kolben hat die Form eines Bogendreiecks und gleitet bei seinem Umlauf mit seinen
Ecken, in denen radial bewegliche Dichtleisten 9 angeordnet sind, ständig
an der inneren Mantelfläche 8
des Umschließungskörpers 1 entlang. Dadurch
werden drei volumenveränderliche Arbeitskammern 10
gebildet, in denen durch
entsprechende Anordnung von Einlaß- und Auslaßkanälen ein Viertaktverfahren durchgeführt
werden kann. Zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Drehzahlverhältnisses zwischen
dem Kolben 7 und der Exzenterwelle 4 ist ein Getriebe vorgesehen, welches
aus einem am Kolben befestigten Hohlrad 11 und einem am Gehäuseseitenteil
2 befestigten Ritzel 12 besteht.
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Der Kolben 7 ist flüssigkeitsgekühlt. Um dabei den Transport der Kühlflüssigkeit
durch den Kolben ohne Pumpe bewerkstelligen zu können, wird von den auf den Kolben
bei dessen planetenartig kreisender Bewegung ausgeübten wechselnden Beschleunigungskräften
Gebrauch gemacht. Der Kolben 7 ist mit einer Anzahl voneinander getrennter Hohlräume
13 versehen, die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet und durch axial sich
erstreckende Wände 7 a voneinander getrennt sind. Jeder Hohlraum 13 steht
durch einen eigenen Kanal 14 mit einem Ringraum 15 in Verbindung, welchem
durch einen Kanal 16
Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Außerdem ist jeder Hohlraum
13 durch einen weiteren Kanal 17 mit einem gemeinsamen Sammelraum
18 in Verbindung. Die Kühlflüssigkeit gelangt in den Raum 15 und wird
durch die radial nach außen wirkenden Beschleunigungskräfte nach außen geschleudert
und gelangt durch die Kanäle 14 in einen Teil der Hohlräume 13.
In
dem Bereich der Kolbenbewegung, in welchem auf den Kolben nach innen gerichtete
Beschleunigungskräfte wirken, wird die in den Hohlräumen 13 befindliche Kühlflüssigkeit
radial nach innen geschleudert und kann durch die Kanäle 17 in den gemeinsamen Sammelraum
18 übertreten. Ein Zurückfließen durch die Bohrungen 14 ist nicht möglich, da diese
an der äußeren Begrenzung jedes Hohlraumes 13 münden. Aus dem Sammelraum
18 wird die Kühlflüssigkeit in beliebiger Weise abgeführt. Im Ausführungsbeispiel
ist hierfür eine feststehende, mit radialen Kanälen 19a versehene Scheibe
19 vorgesehen.
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Um ein Übertreten von Kühlflüssigkeit in die Arbeitskammern durch
den Spalt zwischen dem Gehäuseseitenteil 2 und der benachbarten Kolbenstirnfläche
zu vermeiden, ist in dieser Stirnfläche ein Dichtungsring 22 angeordnet, der am
Gehäuseseitenteil entlanggleitet. Damit der Dichtungsring 22 möglichst weitgehend
vom Flüssigkeitsdruck entlastet ist, gehen die Bohrungen 14 von einer nahe
des inneren Ringes 22 liegenden Stelle des Kolbens aus.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Sammelraum
20 im Seitenteil 3 des Gehäuses angeordnet. Die Durchströmung des
Kolbens erfolgt auf die bleiche Weise wie bei Fig. 1 und 2. Der sichtbare Teil des
Kolbens 7 befindet sich in einer Phase, in welcher radial nach innen gerichtete
Beschleunigungskräfte auf ihn wirken, so daß die in dem Hohlraum 13 befindliche
Flüssigkeit nach innen geschleudert wird und durch den Kanal 17 und durch im benachbarten
Seitenteil 3 vorgesehene Bohrungen 21
direkt in den für alle Hohlräume
13 gemeinsamen Sammelraum 20 übertreten kann. Von dort aus gelangt
die Kühlflüssigkeit über eine nicht dargestellte Uitung sowie Kühler, Filter usw.
wieder zum Kanal 16,
womit der Kreislauf vollendet ist. Bei diesem Beispiel
sind Dichtungsringe 22 an jeder Stirnfläche des Kolbens vorgesehen. Die Bohrungen
21 sind in dem
Bereich angeordnet, der stets radial innerhalb des Dichtungsringes
22 liegt.
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Fig. 4 zeigt das gleiche Prinzip der Durchströmung des Kolbens 7 mit
Kühlflüssigkeit wie bei den vorangegangenen Beispielen. Zusätzlich ist zwischen
dem Gehäuseseitenteil 3 und der benachbarten Kolbenstirnfläche 27 eine doppelte
Flüssigkeitsdichtung vorgesehen, bei der die auf den Kolben wirkenden wechselnden
Beschleunigungskräfte dazu benutzt werden, das übertreten von Kühlflüssigkeit durch
den Spalt zwischen der Stirnfläche des Kolbens und dem benachbarten Gehäuseseitenteil
weitgehend zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist an der Kolbenstirnfläche 27 radial
innerhalb des Dichtungsringes 22 ein weiterer Dichtungsring 28 vorgesehen. Der Dichtungsring
28 ist niemals ganz dicht, jedoch drosselt er die durch die radial nach außen gerichteten
Beschleunigungskräfte bewirkte Flüssigkeitsströmung zum Dichtungsring 22 so stark,
daß nur verhältnismäßig geringe Leckmengen in den Raum 30 gelangen können.
Aus dem Raum 30 gelangt die Kühlflüssigkeit auf Grund der immer noch in derselben
Richtung wirkenden Beschleunigungskräfte durch den Kanal 29 in den Hohlraum 31.
Dadurch braucht der Dichtungsring 22 nicht gegen eine unter Druck stehende Flüssigkeit
abzudichten. Die auf diese Weise in den Hohlraum 31 geförderte Kühlflüssigkeit wird
beim Auftreten nach innen gerichteter Beschleunigungskräfte durch den Kanal 32 in
den Sammelraum 33 zurückgeführt. Da seine Entlastung des Dichtungsringes 22 über
dessen ganzen Umfang erfolgen muß, damit die Dichtung einwandfrei arbeitet, ist
es selbstverständlich erforderlich, daß eine entsprechende Anzahl von Hohlräumen
31 vorgesehen wird.