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Lagerausbüdung für Mehrfach-Rotationskälben-Brennkraftmaschinen Die
Erflndung bezieht sich auf Mehrfach-Rotationskolben-Brennkraftmaschinen, bestehend
aus mindestens zwei Maschineneinheiten, von denen jede ein aus zwei parallelen Seitenteilen
und einem dazwischen angeordneten Mantel bestehendes Gehäuse sowie einen mehreckigen
Kolben aufweist, der in dem Gehäuse auf dem exzentrischen Teil einer Welle gelagert
ist, wobei für die Einheiten eine gemeinsame einstückige Welle vorgesehen ist, die
mit um 180' versetzten Exzentern, einer für jede Einheit, versehen ist und
wobei im Gehäuse jeder Einheit Einlaß- und Auslaßkanäle vorgesehen sind, deren Steueröffhungen
bei Betrachtung in Achsrichtung jeweils in Deckung liegen.
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Um eine einteilige Welle bei einer Mehrfach-Rotationskolbenmaschine
verwenden zu können, ist es bekannt, auf eine Lagerung der Welle zwischen den Exzentern
zu verzichten. Dies hat sich als unbefriedigend herausgestellt, da die in derartigen
Maschinen entstehenden hohen Gaskräfte eine Durchbiegung der Welle verursachen,
welche nicht nur die Lebensdauer der Welle verringert, sondern auch die Wellenlager
in sehr hohem Maße beansprucht.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die einteilige Welle zwischen
den Exzentern mit stärkerem Durchmesser auszuführen. Obgleich diese Maßnahme die
Durchbiegung der Welle etwas verringert, werden die Endlager trotzdem sehr beansprucht.
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Schließlich wurde bereits vorgeschlagen, das Mittellager für die einteilige
Welle geteilt auszuführen. Ab-
gesehen davon, daß das Vorhandensein einer
Trennfuge in der Lagerlauffläche zu einer erhöhten Präzision in der Herstellung
der Lagerteile zwingt, ist es bei dieser Konstruktion erforderlich, die Zwischenwand
zwischen den Einheiten aus einer Mehrzahl von Teilen herzustellen, um das
geteilte Lager in diese Zwischenwand einbauen zu können. Würde nämlich eine einteilige
Zwischenwand verwendet, so müßte die Bohrung, die für das geteilte Lager notwendig
ist, einen so großen Durchmesser erhalten, daß die überdeckungsfläche zwischen den
Stimflächen der Kolben und den benachbarten Seitenwänden der Zwischenwand erheblich
verringert würde. Da bei derartigen Maschinen im allgemeinen in jeder Stirnfläche
des Kolbens ein Oldichtring vorgesehen werden muß, der an der benachbarten Gehäuseseitenwand
anliegt und ein übertreten von Schmieröl in die Arbeitskammern zu verhindern hat,
müßte dieser Dichtungsring auf Grund des großen Durchmessers der Bohrung in der
Zwischenwand ebenfalls einen verhältnismäßig großen Durchmesser erhalten, wodurch
auf den Dichtungsring erhebliche Flichkräfte wirken würden. Eine mehrteiEge Zwischenwand
erfordert jedoch zusätzliche Kühlflüssigkeitskanäle für jedes Teil der Zwischenwand
sowie Schraubenbolzen zur Verbindung der Wandteile. Dadurch ergibt sich eine verhältnismäßig
große Baulänge und eine größere Anzahl von Einzelteilen.
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Durch die Erfindung werden die vorerwähnten Nachteile der bekannten
Konstruktionen vermieden. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die
einteilige Welle zwischen den Exzentern durch ein halbzylindrisches Mittellager
gegen die auf die Welle wirkenden Verbrennungsdrücke in den Einheiten abzustützen.
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Bei diesem erfindungsgemäßen Vorschlag kann eine einteilige Welle
verhältnismäßig geringen Durchmessers verwendet werden, welche einer Biegung auch
nicht mehr ausgesetzt ist als bei Verwendung des vorerwähnten geteilten Lagers.
Die Erfindung hat jedoch den zusätzlichen Vorteil, daß das halbzylindrische Lager
bei einer einteiligen Zwischenwand verwendet werden kann, wodurch die Gesamtlänge,
der Mehrfachmaschine verringert und der Aufbau vereinfacht wird. Das halbzylindrische
Lager kann ohne Schwierigkeit in die Zwischenwand eingebaut werden und erfordert
eine Bohrung in der Wand, die nur geringfügig größer ist als der Durchmesser der
Wellenexzenter. Dadurch wird die größtmögliche
Flächenüberdeckung
zwischen den Kolben und den benachbarten Seitenwänden der Zwischenwand erreicht.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung im Prinzip
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Doppelmaschine
gemäß Linie 1-1 in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie 2-2 in Fig.
1,
Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie 3-3 in Fig.
1,
Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie 4-4 in Fig. 3,
Fig. 5 eine
Seitenansicht des Mittellagers, Fig. 6 eine Stirnansicht des Mittellagers
und Fig. 7 eine Ansicht, welche den Einbau des Mittellagers veranschaulicht.
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DieMehrfach-Rotationskolben-Brennkraftmaschine besteht, wie aus Fig.
1 ersichtlich, aus den beiden MaschineneinheitenA und B gleichen Aufbaues
und jede dieser Einheiten weist einen im wesentlichen dreieckigen Kolben
10, 10' auf, der exzentrisch in einem allgemein mit 12 bzw. 12' bezeichneten
Gehäuse angeordnet ist.
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Jedes Gehäuse 12, 12' weist einen Mantel 18, 18'
auf, dessen
Innenfläche im Querschnitt im wesentlichen deer Form einer zweibogigen Epitrochoide
entspricht. Die Innenflächen der Mäntel 18, 18' liegen bei Betrachtung in
Achsrichtung in Deckung. Jedes Gehäuse weist außerdem Seitenteile 22, 22' und 24,
24' auf, wobei die Seitenteile 24, 24' zu einer einteiligen Zwischenwand zusammengefaßt
sind.
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Die Seitenteile 22, 22' und 24, 24' nehmen eine gemeinsame einstückige
Welle 26 auf, deren Drehachse mit der Mittelachse 16 der Gehäuse 12,
12' zusammenfällt. Die Welle 26 ist in den Seitenteilen 22, 22# über Lager
28, 28' drehbar gelagert. Sie weist zwei Exzenter 30, 30' auf, auf
denen die Kolben 10,
10' über Lagerbüchsen 32, 32' drehbar angeordnet
sind. Die Mittelachsen 14, 14' der Exzenter sind gegenüber der Achse 16 um
den Abstand e versetzt. Die Lagerbüchsen 32, 32' sind mit den Kolben
10,
10' fest verbunden und tragen je eine Innenverzahnung 34,
34', die mit einem Ritzel 36, 36' im Eingriff steht, das am Seitenteil 22
bzw. 22' befestigt ist.
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Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, weist jeder Kolben
10, 10' drei Ecken 38, 38' auf, die radialbewegliche Dichtleisten
40, 40' tragen. Diese Dichtleisten gleiten ständig an der Innenfläche 20, 20' des
Mantels 18, 18' entlang. In den Stimflächen der Kolben sind Stimflächendichtungen
76, 76' angeordnet. Beim Umlauf der Kolben relativ zum Gehäuse entstehen
zwischen den Kolbenflanken 44, 44' und den Innenflächen 20, 20' der Mäntel
18, 18' jeweils drei volumenveränderlidhe Arbeiskammern 42, 42. Die Drehrichtung
der Kolben ist in Fig. 2 durch den Pfeil gekennzeichnet. Je eine Zündkerze 46, 46'
ist in jedem Mantel 18, 18' angeordnet. Wie insbesondere aus Fig.
1 bis 4 ersichtlich, sind die Seitenteile 24 und 24' mit je einer
Einlaßsteueröffnung 48, 48' versehen, während in jedem Mantel 18, 18' ein
Auslaßkanal 50 vorgesehen ist. Bei Drehung der Kolben wird frische Laduno,
durch die Einlaßsteueröffnungen 48, 48' in die Arbeitskammer 42, 42' eingesaugt.
Diese Ladung wird dann verdichtet, gezündet, expandiert und schließlich durch die
Auslaßkanäle 50,
50' ausgeschoben. Die beiden Einlaßöffnungen 48,
48' werden von einem gemeinsamen Einlaßkanal 47 versorgt.
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. Die Flanken 44, 44# der Kolben 10, 10' sind mit Kolbemnulden
52, 52' versehen, welche ein freies überströmen von einem Bogen des Gehäuses
zum anderen gestattet, wenn der Kolben sich am Zündtotpunkt befindet. Die Kolbenmulden
52, 52' dienen außerdem zur Festlegung des gewünschten Ve rdichtungsverhältnisses.
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Da das übersetzungsverhältnis zwischen der Innenverzahnung 34, 34'
und dem Ritzel 36, 36' 3: 2 ist, vollführt jeder Kolben 10, 10' eine
Umdrehung um seine Achse 14, 14', wenn die Welle 26 drei Umdrehungen um ihre
Achse 16 ausgeführt hat.
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Die Exzenter 30. 30' und demzufolge auch die Kolben
10, 10' sind gegeneinander um 1801 versetzt. Dagegen sind die Konturen
der Innenflächen 20, 20', die Einlaßsteueröffnungen 48, 48', die Auslaßkanale
50, 50' und die Zündkerzen 46, 46' so angeordnet, daß sie, bei Betrachtung
in Achsrichtung jeweilg hintereinander, d. h. in Deckung liegen. Durch diese
Anordnung erfolgen die Arbeits- oder Expansionsphasen der Einheiten stets in Arbeitskammern,
die die gleiche Lage in bezug auf das Gehäuse haben, obgleich die Kolben und demzufolge
auch die entsprechendenArbeitskammernum 180' gegeneinandet versetzt sind.
Der höchste Gasdruck auf die Kolben wirkt also in beiden Einheiten in gleicher Richtung,
und zwar im Ausführungsbeispiel nach oben. Auf dit Welle wirkt der Gasdruck naturgemäß
in gleicher Richtung.
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Zur Abstützung der Welle gegen diesen Gasdruck ist neben den Endlagern
28, 28' ein Mittellager 56
vorgesehen, das zwischen den Exzentern
30, 30' angeordnet ist. Das Mittellager 56 hat im wesentlichen ein
halbkreisfönniges Profil, und seine Lagerfläche 58
ist mit der Welle
26 auf der Seite der Welle in Berührung, die den Zündkerzen 46, 46' gegenüberliegt.
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Das Mittellager 56 ist in der Zwischenwand angeordnet, die
von den beiden Seitenteilen 24, 24' und dem diese verbindenden Ringflansch
60 gebildet wird. Der Ringflansch 60 hat eine Bohrung, welche eine
Lagerfläche 62 für die Außenfläche 64 des Lagers bildet. Diese Bohrung hat
den gleichen Krümmungsradius wie die Außenfläche 64 des Lagers 56. Das Lager
56 weist einen Vorsprung 66 auf, der in eine entsprechende Nut
68 in dem Flansch 60 eingreift. In Fig. 3 und 7 ist
zu sehen, daß der Vorsprung 66 den gleichen Krümmungsradius wie die Außenfläche
64 des Lagers hat, daß jedoch der Mittelpunkt 59 des Kreises, auf welchem
der Vorsprung 66 lieg' von dem Mittelpunkt 61 des Lagers versetzt
ist, derart, daß sich der Vorsprung 66 gegen die Enden des Halblagers zu
verjüngt. Die Nut 68 hat einen größeren Krümmungsradius als der Keil
66.
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Wie in Fig. 5 gezeig ist die radiale Tiefe des Vorsprungs
66 an den Enden des Halblagers praktisch gleich Null,» während seine größte
radiale Tiefe in der Mittellinie 67 des Lagers liegt. Durch diese Konstruktion
kann das Halblager leicht in die Zwischenwand eingebaut werden, ohne daß eine übo--rmäßig
große öffnung in den Seitenteilen 24, 24' vorgesehen werden muß. Der Einbau des
Halblagers 56 in die Zwischenwand geht aus Fig. 7 hervor. Das Halblager
56 wird eingebaut, indem zunächst die Welle 26 mit einem Exzenter
durch die Zwischenwand 24, 24' durchgesteckt und dann soweit als möglich in der
Bohrung 62 nach unten geschoben wird. Das Halblager 56
kann dann axial
über die Welle geschoben werden, bis der Vorsprung 66 und die Nut
68 übereinstimmen. Dann braucht das Lager 56 nur noch geringfügig
radial nach außen verschoben zu werden.
Da der Vorsprung
66 und die Außenfläche 64 den gleichen Radius haben, wird der Durchmesser
der Bohrung 62 nur durch den Durchmesser der Exzenter 30, 30' bestimmt.
Daduch ergibt sich die größte überhaupt mögliche Berührungs- bzw. überdeckungsfläche
zwischen den Stirnflächen der Kolben 10, 10'
und den Seitenteilen 24, 24',
und die öldichtungen 75,
75' können demzufolge den kleinstmöglichen
Durchmessex erhalten, mit entsprechender Verringerung der auf sie wirkenden Fliebkräfte.
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Nachdem das Mittellager 56 eingesetzt ist, werden die Kolben
10, 10' mit ihren Lagern 32, 3V auf die Exzenter 30, 30' aufgeschoben
und die Mäntel 18, 18'
sowie die Seitenteile 22, 22' angesetzt. Zum Schluß
werden die Endlager 28, 28' eingeschoben und mit den Seitenteilen 22, 22'
verschraubt.
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Die Keilnutverbindung 66, 68 verhindert eine Axialbewegung
oder --in Kippen des Lagers. Das Lager 56
wird durch eine Schraube
70 fixiert, die durch eine Bohrung 72 in der Zwischenwand hindurchgesteckt
und in das Gewindeloch 74 des Lagers eingeschraubt ist. Dadurch wird auch eine Verdrehung
des Lagers 56 vermieden.
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Obgleich das Lager 56 als halbzylindrisches oder Halblager
bezeichnet ist, ist es im Ausführungsbr,ispiel ein Kreissegment, das etwas kleiner
ist als ein Halbkreis. Die Ausdrücke Halblager oder halbzylindrisches Lager sind
entsprechend weit auszulegen.