DE1231055B

DE1231055B - Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart

Info

Publication number: DE1231055B
Application number: DEN21899A
Authority: DE
Inventors: Hans Eisenhardt
Original assignee: Wankel GmbH; NSU Motorenwerke AG
Current assignee: Wankel GmbH; Audi AG
Priority date: 1962-07-26
Filing date: 1962-07-26
Publication date: 1966-12-22
Also published as: US3260135A; GB987620A

Description

Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolben-Brennkrafünaschine in Trochoidenbauart, die aus einem Gehäuse besteht, das sich aus einem Mantel mit mehrbogiger Innenfläche und Seitenteilen zusammensetzt und einen mehreckigen Kolben aufweist der drehbar auf dem Exzenter einer in den Seitenteilen gelagerten Exzenterwelle angeordnet ist. Zur ErzieIung eines bestimmten Drehzahlverhältnisses zwischen Kolben und Exzenterwelle ist zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ein Getriebe vorgesehen, welches ein am Gehäuse befestigtes, von der Exzenterwelle durchsetztes Ritzel aufweist. Dieses Ritzel ist bei den bekannten Ausführungen mit einem am Kolben befestigten Hohlrad im Eingriff. In einer bevorzugten Maschinenform steht der Durchmesser des Hohlrades zum Durchmesser des Ritzels im Verhältnis von 3: 2, und der Halbmesser des Ritzels entspricht der doppelten Exzentrizität des Exzenters. Um bei solchen Maschinen eine hohe Verdichtung zu erreichen, wie sie beispielsweise für Dieselbetrieb erforderlich ist, muß die Exzentrizität klein gewählt sein, was zur Folge hat, daß der Durchmesser des Ritzels ebenfalls klein wird, so daß die Exzenterwelle, die sich durch das Ritzel hindurch erstreckt, verhältnismäßig schwach wird.
Es ist eine Kreiskolbenmaschine anderer Bauart, mit drehbar auf dem Exzenter einer Exzenterwelle gelagertem Kolben bekannt, bei der die Kolbenbewegung durch ein Getriebe gesteuert wird, das aus einem am Kolben befestigten Ritzel, einem am Gehäuse befestigten Ritzel und einem Doppelplanetenrad besteht, dessen Räder mit den genannten Ritzeln im Eingriff stehen und das drehbar in einem Planetenradträger gelagert ist, der drehfest mit der Exzenterwelle verbunden ist. Dieses Getriebe ist sehr aufwendig und kann daher in dem eigentlichen, aus dem Mantel und den Seitenteilen bestehen-den Maschinengehäuse nicht untergebracht werden. Es weist außerdem zwei Zahneingriffe auf, was auf Grund des Zahnspieles eine exakte Führung des Kolbens in Frage stellt.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei welcher der Durchmeser der Exzenterwelle wesentlich größer als bisher ausgeführt werden kann, ohne jedoch die geschilderten Nachteile der bekannten Ausführungen in Kauf nehmen zu müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das am Gehäuse befestigte Ritzel mit mindestens einem Planetenrad im Eingriff steht, welches einerseits in seinem Mittelpunkt drehbar in einem konzentrisch zur Drehachse der Exzenterwelle angeordneten, gegenüber dieser jedoch frei drehbaren Planetenradträger und andererseits um einen von seinem Mittelpunkt um die Exzentrizität des Exzenters versetzten Punkt drehbar im Kolben gelagert ist. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag kann das Ritzel gegenüber der bekannten Ausführung um etwa 50 % größer gemacht werden, denn sein Halbmesser braucht nun nicht mehr der doppelten Exzentrizität zu entsprechen. Bei einer Maschine, bei der die Innenfläche des Gehäusemantels die Form einer zweibogigen Epitrochoide hat, muß der Durchmesser des Ritzels doppelt so groß sein wie der Durchmesser des Planetenrades. Der Durchmesser des Ritzels ist somit nur von dein verfügbaren Raum im Kolben abhängig. Bei kleinen Exzentrizitäten wölbt sich die Außenkontur des Kolbens, die meist im wesentlichen der inneren Hüllkurve der inneren Mantelfläche entspricht, zwischen den Kolbenecken verhältnismäßig stark nach außen, so daß im Kolbeninneren mehr Raum ist als bei Maschinen mit großen Exzentrizitäten. Dadurch kann bei Maschinen mit kleinen Exzentrizitäten ein Ritzel größeren Durchmessers verwendet werden als bei Maschinen mit größeren Exzentrizitäten, während dies bei den bisherigen Ausführungen gerade umgekehrt war. Die Erfindung ermöglicht also, Exzenterwellen zu verwenden, deren Durchmesser um so größer sein kann, je kleiner die Exzentrizität ist.
Abgesehen von diesen Vorteilen gegenüber der bekannten Ausführung mit Hohlrad und Ritzel ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß die Feinbearbeitung der Zähne aller Zahnräder des Getriebes durch Schleifen oder Schaben ohne Schwierigkeiten möglich ist. Bei einem Hohlrad macht eine derartige Feinbearbeitung erhebliche Schwierigkeiten, und sie ist auch nur ab einem gewissen Mindestdurchmesser des Hohlrades möglich. Der exzentrische Drehpunkt des Planetenrades ist ini Kolben vorzugsweise etwa in der Radialebene durch eine Kolbenecke angeordnet. Dadurch wird die Entfernung der Kolbenecke, in welcher normalerweise eine Radialdichtung angeordnet ist, von der Kolbenführung, die durch diesen Drehpunkt gebildet ist, möglichst klein, was den Vorteil mit sich bringt, daß die durch das Zahnspiel im Getriebe möglichen Bewegungen der Kolbenecke gering bleiben und daß bei einer unsyminetrischen Belastung des Kolbens der Hebelarm der auf die im Eingriff stehenden Zähne des Getriebes wirkenden Kraft gering ist. Vorzugsweise ist für jede Kolbenecke ein Planetenrad vorgesehen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart und F i g. 2 einen Längsschnitt gemäß Linie 2-2 in Fig. 1.
Das Gehäuse der Kreiskolben-Brennkraftmaschine besteht aus einem Mantell mit zweibogiger Innenfläche 2 und den Seitenteilen 3 und 4. In den Seitenteilen 3 und 4 ist über Lager 5 und 6 eine Exzenterwelle 7 drehbar gelagert, auf deren Exzenter 8 ein dreieckiger Kolben 9 über ein Lager 10 drehbar an-,geordnet ist. Die Mittelachse der Exzenterwelle 7 ist mit 11 und die Mittelachse des Exzenters 8 ist mit 12 bezeichnet. Der Abstand zwischen den beiden Achsen 11 und 12 entspricht der Exzentrizität e. Die Ecken 13 des Kolbens 9, in denen Radialdichtung 14 angeordnet sind, gleiten beim Umlauf des Kolbens 9 ständig an der inneren Mantelfläche 2 entlang. Die Drehzahl des Kolbens 9 steht zur Drehzahl der Exzenterwelle 7 bei dieser Maschine im Verhältnis von 1 - 3.
- Jeder Punkt des Kolbens9 beschreibt beim- Umlauf des Kolbens eine Trochoidenbahn. Dabei ist die Exzentrizitäi e konstant, während der - erzeugende Radius dem Abstand des betrachteten Kölbenpunktes von der Kolbenmitte 12- entspricht. Der Kolben ist nun kinematisch -stabil, wenn es gelingt, mindestens einen Punkt des Kolbens exakt auf der entsprechenden Trochoidenbahn zu führen. Im Ausführungsbeispiel ist der Kolben 9 an drei Punkten geführt, indem am - Seitenteil 3 ein Ritzel 15 befestigt ist, das mit drei Planetenrädern 16 kämint, die in ihrem Mittelpunkt 17 drehbar in einem- Planetenradträger 18 gelagert sind. Der Durchmesser der Planetenräder 16, ist dabei -halb so'groß wie der Durchmesser des lützels 15'. -Der Planetenradträger 18 ist konzentrisch zur Drehachse 11. der Exzenterwelle 7 frei drehbar auf der Nabe 15a des Ritzels 15 gelagert. Jedes Planetenrad 16 weist einen von seinem Mittelpunkt 17 um die Exzentrizität e versetzten Zapfen 19 auf, der in eine entsprechende Bohrung 20 im Mittelsteg 21 des Kolbens 9 eingreift. Jedes Planetenrad 16 ist also einmal im Planetenradträger 18 und zum anderen im Kolben 9 drehbar gelagert. Die Zapfen 19 sind, wie aus F i g. 2 ersichtlich, in den Radialebenen durch die Kolbenecken 13 angeordnet, um eine Führung des Kolbens möglichst nahe der Radialdichtungen 14 zu erzielen. Außerdem wird bei dieser Anordnung der Durchmesser des Ritzels 15 und damit auch der Durchmesser der Exzenterwelle 7 so groß wie möglich. Beim Umlauf -führen die Zapfen 19 den Kolben 9 auf der in F i g. 2 strichpunktiert eingezeichneten Bahn 22, die einer wahren Epitrochoide entspricht.
Der Planetenradträger 18 läuft mit einem Drittel der Drehzahl der Exzenterwelle 7 um. Er kann unter Umständen mit einer Hilfsabtriebswelle gekuppelt werden.

Claims

Patentanspruche: 1. Kreiskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart, bestehend aus einem Gehäuse, das sich aus einem Mantel mit mehrbogiger Innenfläche und Seitenteilen zusaintnensetz4 und aus einem mehreckigen Kolbeny der drehbar auf dem Exzenter einer in den Seitenteilen gelagerten Exzenterwelle angeordnet ist, wobei zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ein Getriebe vorgesehen ist, welches ein am Gehäuse befestigtes, von der Exzenterwelle durchsetztes Ritzel aufweist, dadurch gekenn'zeichnet, daß das Ritzel (15) mit mindestens einem Planetenrad (16) im Eingriff steht welches einerseits in seinem Mittelpunkt (17) drehbar in einem konzentrisch zur Drehachse (111) der Exzenterwelle (7) # angeordneten, gegenüber dieser jedoch frei- drehbaren Planetenradträger(18) und andererseits um einen von seinem Mittelpunkt (17) um die Exzentrizität (e) des Exzenters (8) versetzten Punkt (19) drehbar im Kolben (9) gelagert ist.
2. Kreiskolben-Brennkraftinaschihe nach Anspruch 1, dadurch gekdruizeichnet, daß der exzeiitrische Drehpunkt (19) des Planetenrades(16) im Kolben (9) im wesentlichen in einer Radialebene durch eine Kolbenecke (13) angeordnet ist. - - 3. Kreiskolben-Brennkraftmaschine- nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Kolbenecke (13) ein Planetenrad (16) vorgesehen ist. 4.Kreiskolben-Brentikraftinaschine --:nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die innere Mantelfläche der Form einer zweibogigen Epitrochoide entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ritzels (15) doppelt so groß ist wie der Durchmesser des Planetenrades (16). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1115 267; französische Patentschrift Nr. 1273 895; »VDI-Zeitschrift«, Bd. 102, S. 296, 297.