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Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit
Kämmeingriff mit einem Mantel mit fünfbogiger Innenfläche und Seitenteilen, die
zusammen einen Innenraum begrenzen, der senkrecht zu den Seitenteilen von einer
Exzenterwelle durchsetzt ist, auf deren Exzenter ein vierbogiger Kolben drehbar
gelagert ist, dessen Drehzahl in einem festen Verhältnis zur Dehzahl der Exzenterwelle
steht.
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Es ist bereits aus der französischen Patentschrift 1 145 704
eine Brennkraftmaschine mit zwei in einem Gehäuse im gleichen Drehsinn rotierenden
Kolben von angenähert elliptischem Querschnitt bekannt, die außen je eine
einen ringförmigen Kühlmantel für eine Kühlflüssigkeit freilassende Ummantelung
aufweisen. Die Kühlflüssigkeit wird dem zwischen dem Kolben und der Ummantelung
gelegenen Kühlmantel an zwei diametral gelegenen Stellen von Durchbohrungen der
Welle aus durch radial verlaufende Kanäle zugeführt und zwischen diesen Stellen
wieder aus dem Kühlmantel zur Welle zurückgeführt. Beim größeren Kolben strömt die
Kühlflüssigkeit durch in den Kolben eingesetzte, radial und diametral verlaufende
Rohre von der Welle zum Kühlmantel. Der kleinere Kolben weist hierzu radial und
diametral verlaufende Bohrungen auf.
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Bei einer anderen, aus der österreichischen Patentschrift 214
206 bekannten Rotationskolben-Brennkraftmaschine wird die Kühlflüssigkeit
dem rotierenden Kolben durch die Exzenterwelle zugeführt. In dem im Querschnitt
dreibogigen Kolben verlaufen die Kanäle für die Kühlflüssigkeit so, daß besonders
die achsfernen Zonen des Kolbens gekühlt werden. Jede zwischen zwei radialen Dichtleisten
liegende Kolbenflanke spielt die gleiche Rolle wie ihre benachbarten Kolbenflanken,
und für alle drei Kolbenflanken bestehen die gleichen thermischen Verhältnisse.
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Gegenstand des älteren Patents 1145 426 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine,
deren Kolben einen über seinen ganzen Umfang verlaufenden Ringkanal für den Durchfluß
einer Kühlflüssigkeit aufweist. Dieser Ringkanal ist durch eine radiale, senkrecht
zur Wellenachse gerichtete Trennwand in zwei Ringraumhälften geteilt, die durch
mehrere je
paarweise nebeneinanderliegende Zufluß- und Abflußbohrungen mit
der Zufluß- und Abflußleitung für das Kühlmittel verbunden sind.
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Bei einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem Mantel mit
fünfbogiger Innenfläche und einem vierbogigen, rotierenden Kolben finden bei jeder
halben Umdrehung des Kolbens fünf Verbrennungen statt. Da das Gehäuse und der Kolben
wie zwei Verzahnungen wirken, die um einen Zahn voneinander abweichen, und da andererseits
die Zündfolge 1-3-5-2-4 usw. ist wie bei jeder Viertaktstern-Brennkraftmaschine,
ergibt sich, daß nur zwei Bogen des Kolbens den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine
begrenzen, wodurch diese Bogen erhöhten Wärmebelastungen und mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt werden, während die beiden anderen Bogen des Kolbens durch die Arbeit
der Brennkraftmaschine weniger beansprucht werden.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, für eine solche Rotationskolben-Brennkraftmaschine,
deren vierbogiger, rotierender Kolben zwei heiße und zwei kalte Bogen aufweist,
die sich am Umfang des Kolbens gegenseitig abwechseln, eine besonders wirkungsvolle
und vorteilhafte Kühlung zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß bei einer
Rotationskolben-Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art die Exzenterwelle
Zu- und Abfuhrkanäle für ein Kühlmittel für den Kolben aufweist daß der Kolben zwei
über je
zwei Bogen verlaufende Ringkanäle aufweist, die je einen Zuflußkanal
und einen Abflußkanal haben und daß je ein Zuflußkanal und ein Abflußkanal
in radialer Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei der Zuflußkanal in den
Ringkanal im Bereich eines Bogens mündet, der für die Verbrennung und Expansion
vorgesehen ist.
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Es wird nur für die Gesamtkombination der im Patentanspruch angegebenen
Merkmale Schutz beansprucht, aber nicht für eines oder mehrere der Einzelmerkmale.
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Durch den Vorschlag der Erfindung wird in dem Kolben das Kühlmittel,
z. B. Öl, in zwei Kreisläufe getrennt, von denen jeder zwei radiale Kanäle,
nämlich einen Zuflußkanal und einen Abflußkanal sowie einen Ringkanal aufweist,
wobei jeder radiale Zuflußkanal in einen Bereich des Ringkanals mündet, der dem
den Verbrennungsgasen ausgesetzten Bogen, d. h. einer der beiden am stärksten
thermisch belasteten Zonen des Kolbens benachbart ist. Nach Kühlung dieser heißesten
Teile des Kolbens bestreicht das Öl die weniger heißen Teile des Kolbens
und wird anschließend durch die zweiten radialen Abflußkanäle zur Exzenterwelle
zurückgeführt. Der Vorteil eines solchen Umlaufs besteht darin, zuerst die am stärksten
belastete Zone des Kolbens zu schützen und zu kühlen mit dem Ziel, diesem alle die
metallurgischen Eigenschaften zu erhalten, die für eine lange Lebensdauer des Kolbens
erforderlich sind und dann die anderen Teile des Kolbens anzugleichen oder sogar
zu erwärmen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung
mit den Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
einer erfindungsgemäßen Rotationskolben-Brennkraftmaschine, F i g. 2 eine
Ansicht im Schnitt nach der Linie 11-II in F i g. 1, welche das Gehäuse und
den Kolben sowie den Kühlmittelumlauf zeigt, F i g. 3 eine Schnittansicht
der Exzenterwelle nach der Linie III-Ill in F i g. 1, welche den Kühlmittelumlauf
in der letzteren zeigt, F i g. 4, 5, 6, 7 in verringertem Maßstab
Schnittansichten des Mantels und des Kolbens in den verschiedenen Arbeitstakten
der Brennkraftmaschine, F i g. 8 ein Diagramm der Arbeitstakte (Entspannung
- Auspuff - Ansaugen - Verdichtung) des Arbeitsspiels der Rotationskolben-Brennkraftmaschine.
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F i g. 1 zeigt eine Rotationskolben-Brennkraftniaschine mit
fünf Arbeitskammern im Mantel und vier Bogen am Kolben. Mit 21 ist der Mantel bezeichnet,
die Seitenteile mit 22 und 23, mit 24 der Kolben, mit 25 die Exzenterwelle,
mit 26, 26' die mit den Seitenteilen fest verbundenen Hohlräder (Führungsverzahnungen)
und mit 27, 27' die mit dem Kolben fest verbundenen Ritzel, die mit den Hohlrädern
26, 26' in Eingriff stehen.
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Wie erwähnt, wird der Kolben durch einen Kühlmittelkreislauf, z.B.
durch einenölkreislauf, gekühlt, der einen Kühler 50, eine ölpumpe
51 und außerhalb
der Brennkraftmaschine befindliche Rohrleitungen
52 enthält.
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Der innere ölkreislauf der Brennkraftmaschine weist im Seitenteil
23 einen Zuleitungsanschluß 28 auf, der mit einem in der Exzenterwelle25
vorgesehenen axialen Kana129 in Verbindung steht und durch Zufuhrkanäle
30 mit dem auf dem Exzenter angeordneten Kolben verbunden ist. In diesem
läuft das Öl auf einem besonderen Weg um, der nachstehend näher beschrieben
wird. Das Öl tritt aus dem Kolben 24 durch radiale Abfuhrkanäle 41, 42, 43,
44, 45 (F i g. 3) aus, die in einen hinteren axialen Kanal 46 der Exzenterwelle
münden, und wird durch einen Anschluß 47 im Seitenteil 22 abgeleitet. Bei der in
F i g. 2 gegebenen Darstellung dreht sich die Exzenterwelle im Uhrzeigersinn
(Pfeil F), während sich der Kolben in der entgegengesetzten Richtung (Pfeil F) dreht.
Die Zündfolge der Arbeitskammem 1
- 3 - 5 - 2 - 4, wenn
die Arbeitskammem 1, 2, 3, 4, 5 in der Drehrichtung der Exzenterwelle
numeriert sind (F i g. 8).
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Die Arbeitskammer 1 befindet sich im Zündzeitpunkt (F i
g. 2), wenn der Bogen 11 des Kolbens fast völlig die Arbeitskammer
1 mit Ausnahme der gestrichelt gezeichneten Verbrennungskammer
53
ausfüllt.
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Nachfolgend sei nun mit näheren Einzelheiten der Kolben und der Weg
des öls in diesem beschrieben. Der Kolben 24 weist einen doppelten Mantel 24', 24"
auf, wobei zwischen den beiden Mänteln ein Ringkanal 36 von gleichbleibender
Breite gebildet wird. Der Doppelmantel ist mit Bögen 11, 12, 13 und
14 ausgebildet.
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Der Ringkanal 36, der auf den Seiten abgeschlossen ist, ist
mit der Nabe 33 durch radiale hohle Arme, die Zuflußkanäle 34,
35 und Abflußkanäle 38,
39 aufweisen, verbunden. Diese Zu- und
Abflußkanäle stehen mit dem Ringkanal 36 an der Verbindungsstelle zwischen
zwei Bogen in Verbindung und sind durch eine mittlere Trennwand unterteilt, die
sich von der Nabe 33 zum Außenmantel 24' erstreckt. Ferner können auch Verstrebungen,
insbesondere an der Verbindungsstelle von zwei Bogen, vorgesehen werden, wie bei
48, 48' dargestellt. Das von den Zufuhrkanälen 30 des Exzenters kommende
Öl tritt in den Kolben durch den ersten radialen Zuflußkanal 34 ein und strömt
zuerst durch den Bereich des Ringkanals 36, der der Arbeitskammer
1 gegenüberliegt, wodurch gekühltes Öl zur Belastungszone des Kolbens
24 gebracht wird.
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Dieses Öl strömt weiter durch den Ringkanal 36,
wobei
ein Teil der durch das Öl aufgenommenen Wärme in dem Bogen 14 abgegeben wird.
Hieraus ergibt sich, daß das Öl das Bestreben hat, den Bogen 11 zu
kühlen und den Bogen 14 zu erwärmen, was im Sinne einer thermischen Angleichung
wirkt.
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Nach Ablauf der Verbrennung in der Arbeitskammer 1 kühlt das
gekühlte Öl, das weiterhin durch den Ringkanal 36 geführt wird, das
Ende des Bogens 11 und den Anfang des Bogens 14, welche beide an der Arbeitskammer
1 vorbeibewegt werden, in welcher die Entspannung der Gase erfolgt.
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Gleichzeitig wird gekühltes Öl dem anderen diametral zum Bogen
11 gelegenen Bogen 13 des KoI-bens 24 zugeführt. Dieses
Öl strömt durch den Ringkanal 37 und kühlt den Bogen 13, so
daß dieser in die günstigsten Temperaturbedingungen und damit in die günstigsten
Bedingungen für die mechanische Festigkeit gebracht wird, da, wie F i
g. 4 zeigt, nach dem Bogen 11 der Bogen 13 der Verbrennung
ausgesetzt wird, welche in der Arbeitskammer 3 nach einer Teildrehung des
Kolbens erfolgt.
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Sodann befindet sich die Arbeitskammer 5 (F i g. 5)
im
Zündpunkt, und die Verbrennung geschieht in dieser Kammer gegenüberliegend dem Bogen
11, auf den die neue Verbrennung nach einer weiteren Teildrehung des Kolbens
24 wirksam wird. Aus F i g. 5
ergibt sich, daß der Kühlvorgang der
gleiche ist, wie vorangehend beschrieben.
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Nach einer Teildrehung des Kolbens (F i g. 6) befindet sich
die Arbeitskammer 2 im Zündpunkt, und die Verbrennung erfolgt in dieser
Kammer gegenüberliegend dem Bogen 13. Der radiale Zuflußkanal
35 und der Ringkanal 37 führen dem Bogen 13 gekühltes
Öl zu.
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Hierauf erfolgt, wie die F i g. 7 zeigt, die Zündung in der
Arbeitsknmmer 4, und die Verbrennung geschieht in dieser Kammer gegenüberliegend
dem Bogen 11 nach einer weiteren Teildrehung des Kolbens. Das gekühlte
Öl wird durch den Zuflußkanal 34 zugeführt und läuft im Ringkanal
36 um.
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Die Zündstellen sind jeweils mit A bezeichnet, wobei als Zusatzzahl
die Benennung der jeweiligen Arbeitskammer angegeben ist.