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Rotationskolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine Die Erfindung
bezieht sich auf eine Rotationskolberinlaschine, insbesondere Brennkraftmaschine,
mit einem Gehäuse, das aus zwei Seitenteilen und einem diese verbindenden Mantel
besteht, und mit einem Kolben, der drehbar auf dem Exzenter einer Exzenterwelle
gelagert ist und Hohlräume aufweist, welche von einer auch als Schmiermittel dienenden
Kühlflüssigkeit unter Druck durchströmt werden, wobei in der Lagerfläche des Kolbens
auf dem Exzenter ein ringförmiger Kanal vorgesehen ist, der zusammen mit dem Exzenter
einen Auslaßringraum für die Kühlflüssigkeit begrenzt. Durch entsprechende Anordnung
von Steueröffnungen können solche Maschinen als Flüssigkeitsmotoren, Verdichter,
Pumpen oder Brennkräftmaschinen betrieben werden.
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Bei einer bekannten Maschine dieser Art wird die Kühlflüssigkeit aus
dem Auslaßringraum durch einen Kanal in der Exzenterwelle abgeführt. Diese Art der
Abführung hat den Nachteil, daß eine flüssigkeitsdichte Kupplung zum Ableiten der
Flüssigkeit aus der sich drehenden Welle erforderlich ist. Außerdem wird bei dieser
bekannten Maschine nicht gewährleistet, daß die Kolbenhohlräume möglichst vollständig
mit Flüssigkeit gefüllt sind, was erwünscht ist, um Leistungsverluste, die durch
Schüttelbewegungen der Flüssigkeit bei nicht vollständig gefüllten Hohlräumen eintreten,
zu vermeiden.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Abführung der Kühlflüssigkeit
aus dem Kolben zu vereinfachen und Schüttelverluste möglichst zu vermeiden. Zur
Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Auslaßringraum
einerseits über Drosselstellen mit den Hohlräumen im Kolben und andererseits mit
einem im Exzenter vorgesehenen Auslaßkanal in Verbindung steht, der an einer Stirnseite
des Exzenters mündet, wobei dieser Mündung gegenüberliegend im benachbarten Seitenteil
des Gehäuses ein Kühlflüssigkeitssammelraum angeordnet ist. Dadurch Wird erreicht,
daß die Kolbenhohlräume stets mit Flüssigkeit gefüllt gehalten werden und daß die
abzuführende Flüssigkeit durch den Auslaßkanal im Exzenter direkt in den Sammelraum
hineingespritzt wird, so daß sich die Ver-Wendung flüssigkeitsdichter Kupplungen
erübrigt.
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Um die Geschwindigkeit, mit der die Kühlflüssigkeit in den Sammelraum
hineingespritzt wird, zu erhöhen, ist in dem im Exzenter vorgesehenen Auslaßkanal
vorzugsweise ebenfalls eine Drosselstelle angeordnet. Da dem aus der Stirnfläche
des Exzenters austretenden Flüssigkeitsstrahl beim Umlauf des Exzenters auch eine
Tangentialbeschleunigung erteilt wird, welche zur Folge haben kann, daß der Strahl
zumindest zum Teil seitlich abgelenkt wird, ist es zweckmäßig, die Mündung des Auslaßkanals
in der Stirnfläche des Exzenters möglichst nahe der Drehachse des Exzenters anzuordnen,
um die auf die Flüssigkeit wirkenden Fliehkräfte so klein wie möglich zu halten.
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Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit den Zeichnungen, in welchen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzip
dargestellt ist, näher erläutert.
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F i g. 1 ist ein Querschnitt durch eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine;
F i g. 2 ist ein Längsschnitt gemäß Linie 2-2 in Fig. 1;
F i
g. 3 ist ein Teilschnitt gemäß Linie 3-3 in Fig. 2; F i
g. 4 ist eine Explosionsdarstellung des Kolbens und der Exzenterwelle, teilweise
im Schnitt; F i g. 5 ist ein Querschnitt durch den Kolben, das Kolbenlager
und den Exzenter gemäß Linie 5-5 in Fi g. 2, und F i g. 6 und
7 sind Schnitte gemäß Linien 6-6 und 7-7 in Fig.
5.
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Es sei zunächst auf F i g. 1 und 2 Bezug genommen. Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine
besteht aus einem Gehäuse 12, das sich aus den beiden
Seitenteilen
22 und 24 und dem dazwischen angeordneten Mantel 20 zusammensetzt. Die Innenfläche
18
des Mantels 20 hat im Querschnitt (F i g. 1) die Form einer zweibogigen
Epitrochoide. In den Seitenteilen 22, 24 ist eine Welle 26 durch Lager
28 drehbar gelagert, die einen Exzenter 30 aufweist, auf welchem über
eine Lagerbüchse 32 der Kolben 10 drehbar angeordnet ist. Der Kolben
10 weist drei Ecken 38
auf, in denen Dichtleisten 40 angeordnet sind,
die beim Umlauf des Kolbens ständig an der inneren Mantelfläche 18 entlanggleiten.
Dadurch werden drei volumenveränderliche Arbeitskammern 42 gebildet. Die Lagerbüchse
32 ist mit dem Kolben 10 fest verbunden und trägt ein Hohlrad 34,
das mit einem feststehenden Ritzel 36 im Eingriff steht. Im Ausführungsbeispiel
beträgt das Übersetzungsverhältnis zwischen Hohlrad 34 und Ritzel 36 3:2,
wodurch für jede Umdrehung des Kolbens 10 in Pfeilrichtung um seine Achse
14 die Welle 26 drei Umdrehungen in der gleichen Richtung um ihre Achse
16 durchführt. Der Abstand der Achsen 14 und 16 voneinander stellt
die Exzentrizität e dar.
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Zur Durchführung eines Viertaktverfahrens in jeder Arbeitskammer
sind ein Einlaß 48 für Frischgas, eine Zündkerze 46 und ein Auslaß 50 vorgesehen.
In den Kolbenflanken 44 sind Kolbenmulden 52 vorgesehen, die das überströmen
der Brenngase von der einen Kammerhälfte in die andere erleichtern, wenn die Kammer
ihr Kleinstvolumen hat (s. untere Kam m er in F i g. 1).
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Das kombinierte Kühl- und Schmiersystem für den Kolben 10,
das Kolbenlager 32 und die Welle 26 umfaßt eine Mittelbohrung 54 in
der Welle 26
sowie eine Mehrzahl von miteinander in Verbindung stehenden Kanälen
innerhalb der Welle 26, des Exzenters 30, des Kolbenlagers
32 und des Kolbens 10. Ein oder mehrere radiale Kanäle 56 gehen
von dem zentralen Kanal 54 aus und erstrecken sich durch den Exzenter
30 bis zu dessen äußeren Umfang, wo diese radialen Kanäle mit einem Einlaßringraum
58 in der Innenfläche der Lagerbüchse 32
in Verbindung kommen.
Da die Umfangsgeschwindigkeit des Exzenters 30 in bezug auf den Kolben
10
hoch ist, tritt die Schmier- und Kühlflüssigkeit aus den radialen Kanälen
56 etwa tangential in den Einlaßringraum 58 ein (F i g. 5).
Dementsprechend läuft die Kühlflüssigkeit, wenn sie in den Einlaßringraum
58
eintritt, fast mit Wellengeschwindigkeit um, woraus sich eine beträchtliche
Druckströmung ergibt.
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Innerhalb des Kolbens ist ein Hohlraum 64 für jede Kolbenecke
38 vorgesehen. Jeder dieser Hohlräume ist durch parallele, im wesentlichen
radial gerichtete Rippen 65 (F i g. 6 und 7) in eine Mehrzahl
von Kanälen 66 aufgeteilt und weist eine Ein-' laßöffnung 62 auf,
in welche die Kühlflüssigkeit aus dem Ringraum 58 durch entsprechende Einlaßschlitze
60 in der Lagerbüchse 32 strömen kann. Von der Einlaßöffnung
62 wird die Flüssigkeit gleichmäßig auf die Kanäle 66 verteilt. In
gleicher Weise ist für jeden Hohlraum eine Auslaßöffnung 67 vorgesehen, die
als Sammelraum für die aus den Kanälen 66 strömende Flüssigkeit dient. Aus
jeder Auslaßöffnung 67 strömt die Flüssigkeit durch eine oder mehrere Drosselstellen
68 in der Lagerbüchse 32 in einen Auslaßringraum 70 nahe des
einen Endes der Lagerbüchse 32 (F i g. 4, 5, 6, 7).
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F i g. 6 zeigt die Strömung der Kühlflüssigkeit durch den Einlaßschlitz
60 in die Einlaßöffnung 62
und ihre Verteilung auf die Kanäle
66. Aus F i g. '# ist die Rückführung der Flüssigkeit aus den Kanäler
66 in die Auslaßöffnung 67 und ihre Ableitung au" dieser Auslaßöffnune,
zu der Drosselstelle 68 und ir den Auslaßringraum 70 der Lagerbüchse
32 zi: sehen.
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Wie am besten aus F i g. 5 ersichtlich, sind dic Einlaßschlitze
60 gegenüber den Einlaßöffnungen 62
entgegen der Strömungsrichtung
in Umfangsrichtung etwas versetzt, um Druckverluste in der Flüssigkeit zu verringern,
indem die Größe des Richtungswechsels, welchen die Flüssigkeit beim Strömen aus
dem Ringraum 58 in die Einlaßöffnung 62 durchführen muß, verkleinert
ist.
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Wie F i g. 4 zeigt, wird ein Teil der Kühlflüssigkeit von dem
Einlaßringraum 58 zwischen die Innenfläche der Kolbenlagerbüchse
32 und die Außenffäche des Exzenters 30 geleitet. Dieser Teil der
Kühlflüssigkeit wirkt in erster Linie als Schmiermittel und verteilt sich zwischen
den genannten Flächenj um einen ununterbrochenen ölfilm zu erzeugen, der von dem
Ringraum 58 in axialer Richtung nach bri-' den Seiten gegen jedes Ende des
Kolbens strömt, so daß der eine Teil das Getriebe 34, 36 erreicht und der
andere Teil in dem Ringraum 70 gesammelt wird.
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Es ist erwünscht, daß die Hohlräume 64 im Kolben stets vollständig
mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind, um Leistungsverluste zu vermeiden, die sonst durch
Schütteln der Flüssigkeit auftreten würden. Dies wird durch die Drosselstellen
68 erreicht, welche dafür sorgen, daß die Kolbenhohlräume 64 stets vollständig
gefüllt sind.
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Die Abführung der Kühlflüssigkeit aus dem Ringraum 70 erfolgt
durch einen oder mehrere Auslaßkanäle 72 im. Exzenter 30 und einen
Sammelraüm 74 im Seitenteil 22 des Gehäuses. Wie insbesondere aus F i
g. 4 ersichtlich, geht der Auslaßkanäl 72
im Exzenter 30 und
einen Sammelraum 74 im Se'im. tenteil 22 des Gehäuses. Wie insbesondere aus F i
g. 4 ersichtlich, geht der Auslaßkanal 72 vom Umfang des Exzenters
30 in der Ebene des Ringraumes 70 aus und mündet an einer Stirnfläche
des Exzenters.
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Der Auslaßkanal 72 ist geringfügig gedrosselt, so daß die Flüssigkeit,
wenn sie aus dem Ringrauni 70,
wo sie unter einigem Druck steht, durch den
Auslaßkanal 72 strömt eine ausreichende axiale Gez. schwindigkeit hat, um
direkt in den Sammelraum 74 befördert zu werden. Das Auslaßende des Auslaßkanals
72 fluchtet stets axial mit der Einlaßöffnung des Samm elraums 74 (s. F i
g. 3), so daß die Flüssig-: keit aus dem Auslaßkanal 72 direkt in
den Sammel-
raum 74 hineingespritzt wird. Auf diese Weise wird ein Zwischenkanal
von dem Auslaßkanal 72 zu dem Sammel aum 74 vermieden.
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Auf Grund der Fhehkraft wird der aus dem Exzenter 30 austretenden
Flüssigkeit auch eine Beschleunigung in tangentialer Richtung zuteil.
Um die Tangentialgeschwindigkeit so klein als möglich zu halten und zu verhindern,
daß die Flüssigkeit radial nach außen und von dem Sammelraum 74 wegbefördert wird,
ist das Auslaßende des Auslaßkanals 72
radial so nahe wie möglich an der Welle
26 angeordnet.
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Der Auslaßkanal 72 wird vorzugsweise in einer durch die Achse
16 gelegten radialen Ebene an-Es geordnet ist jedoch so möglich, daß er leicht
den Auslaßkanal gebohrt werden so zu legen3 kann.
daß seine Strömungsrichtung
der Drehrichtung des Exzente,rs schräg entgegengerichtet ist, und auf diese Weise
wird die tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Flüssigkeit durch die schräge
Lage des Auslaßkanals weitgehend ausgeschaltet.
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Der ringförinige Sammelraum 74 weist an seinem unteren Ende eine Auslaßöffnung
76 auf, welche die Flüssigkeit einem Behälter 78 zuführt. Von dort
aus gelangt die Flüssigkeit durch einen Kühler, wird gefiltert und schließlich dem
System durch den zentralen Einlaßkanal 54 wieder zugeführt.