DE19621051C2 - Kreiskolben-Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreiskolbenverbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kreiskolbenmotoren sind seit über vierzig Jahren bekannt und sie arbeiten nach dem bekannten Prinzip des Wankel-Motors. Bei diesen Motoren ist in einem zweckentsprechend profilierten, einer Acht ähnlichen Gehäuse ein Läufer angeordnet, der in diesem Gehäuse rotiert und die Form eines Bogendreiecks besitzt. Der Läufer ist auf einer Exzenterwelle gelagert und wird durch eine Innenverzahnung geführt. Er rotiert mit 2/3 der Wellendrehzahl. Beim Rotieren des Läufers werden allseitig geschlossene Kammern gebildet, die periodisch größer und kleiner werden. Um diese Kammern dicht abschließen zu können ist der Läufer mit Dichtstreifen, Dichtleisten und Dichtbolzen versehen. Diese Dichtelemente dichten die Kammern axial und in Umfangsrichtung ab. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine optimale Abdichtung mit diesen Dichtelementen nicht möglich ist, da die Dicht­ elemente zum einen einem erheblichen Verschleiß unterliegen, zum anderen an den Enden der Dichtelemente stets Undichtigkeiten vorhanden sind.

Ein gattungsgemäßer Kreiskolbenverbrennungsmotor ist durch die DE-OS 14 51 745 bekannt. Dort sind an den Ecken des Läufers Zahnräder und gehäuseseitig eine Innenverzahnung angeordnet, die zum Antrieb der als rotierende Rollen ausgebildeten Dichtleisten dienen.

Aus der US 1,087,735 ist ein Motor für Flüssigkeiten bekannt geworden, bei dem in einem Gehäuse mit Innenverzahnung ein exzentrisch gelagerter Läufer mit Außenverzahnung und Planetenräder umlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreiskolbenverbrennungsmotor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß dieser besser abgedichtete Kammern aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenumfangswandung des Mantels des Gehäuses mit einer Innenverzahnung versehen ist, daß der Läufer mit einer Außenverzahnung versehen ist, und daß zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung wenigstens drei Planetenräder angeordnet sind und die Planetenräder die Kammern voneinander trennen.

Durch die Ausgestaltung der Innenumfangsfläche des Mantels und der Außenumfangsfläche des Läufers jeweils mit Verzahnung wird die Möglichkeit geschaffen, daß zwischen dem Mantel und dem Läufer Planetenräder vorgesehen werden können. Diese Planetenräder rollen beim Rotieren des Läufers im Mantel an den beiden Verzahnungen ab, wobei eine optimale Dichtung über die Zahnflanken erzielt wird. Derartige Zahnflankendichtungen sind bekannt, z. B. aus dem Bereich der Zahnradpumpen. Da diese aneinander abwälzenden Verzahnungen einem wesentlich geringeren Verschleiß unterliegen und hochgenau hergestellt werden können wird eine wesentlich bessere Abdichtung der einzelnen Kammern erzielt als mit den herkömmlichen Dichtelementen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kreiskolbenmotor nach Art eines Planetengetriebes aufgebaut. Dabei weist der Läufer vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf. Derartige Bauteile sind außerdem wesentlich einfacher und kostengünstiger herstellbar als herkömmliche Läufer mit bogendreieckförmigen Außenflächen.

Da die Planetenräder gleichmäßig verteilt am Umfang des Läufers angeordnet sind, besitzen die Kammern eine im wesentlichen der Form der Kammern herkömmlicher Kreiskolbenmotoren entsprechende Form. Aufgrund der Planetenräder, von denen die Kammern in Umfangsrichtung begrenzt werden, besitzen sie keine ausgeprägte Sichelform, sondern weisen eher die Form einer Banane auf.

Wie bereits erwähnt, wird die Abdichtung in Umfangsrichtung durch die Planetenräder erzielt, wohingegen zur radialen- bzw. Stirnseitenabdichtung Keramikscheiben vorgesehen sind. Diese Keramikscheiben können axial auf den Läufer und auf die Planetenräder aufgesetzt sein.

Gemäß einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel können die Planetenräder vollständig aus Keramik bestehen. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Planetenräder aus Metall bestehen bzw. einen Sandwichaufbau besitzen.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Innenverzahnung des Mantels, die Außenverzahnung des Läufers und der Planetenräder eine Evolventenverzahnung ist. Derartige Verzahnungen sind hochgenau herstellbar und unterliegen einem äußerst geringem Verschleiß.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die Verzahnung über die gesamte Breite des Mantels, des Läufers und der Planetenräder erstreckt. Somit ist sichergestellt, daß eine optimale Abdichtung erzielt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im einzelnen dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematischer Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kreiskolbenverbrennungsmotor, den Arbeitsschritt "Ansaugen" darstellend;

Fig. 2 ein schematischer Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kreiskolbenverbrennungsmotor, den Arbeitsschritt "Verdichten" darstellend;

Fig. 3 ein schematischer Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kreiskolbenverbrennungsmotor, den Arbeitsschritt "Arbeiten" darstellend;

Fig. 4 ein schematischer Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kreiskolbenverbrennungsmotor, den Arbeitsschritt "Ausstoßen" darstellend.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein schematischer Querschnitt durch den erfindungsgemäßen, insgesamt mit 1 bezeichneten Kreiskolbenverbrennungsmotor dargestellt. Von diesem Kreiskolbenverbrennungsmotor 1 ist der Mantel 2, der Läufer 3 die Antriebswelle 4 und sind drei Planetenräder 5 bis 7 dargestellt. Außerdem sind eine Einlaßöffnung 8, eine Auslaßöffnung 9 und eine Zündkerze 10 andeutungsweise dargestellt. Der Mantel 2, der Läufer 3 und die beiden Planetenräder 5 und 7 begrenzen eine erste Kammer 11, wohingegen die Planetenräder 5 und 6 eine zweite Kammer 12 und die Planetenräder 6 und 7 eine dritte Kammer 13 begrenzen. Die Innenumfangswandung 14 des Mantels 2 ist mit einer Innenverzahnung 15 und die Außenumfangsfläche des Läufers 3 mit einer Außenverzahnung 16 versehen. Die beiden Verzahnungen 15 und 16 sind lediglich abschnittsweise dargestellt.

Selbstverständlich sind auch die Planetenräder 5 bis 7 mit Außenverzahnungen versehen. Von den Planetenrädern 5 bis 7, dem Mantel 2 und dem Läufer 3 sind der Übersichtlichkeit halber lediglich die Teilkreise 17 bis 19, 22 und 23 dargestellt.

Der Läufer 3 läuft in Richtung des Pfeils 20 um. Sobald das Planetenrad 7 die Auslaßöffnung 9 passiert hat und eine Position einnimmt, wie sie z. B. in der Fig. 2 dargestellt ist, wird über die Einlaßöffnung 8 frisches Verbrennungsgas angesaugt bzw. über eine Ladevorrichtung eingeblasen, welches in Richtung des Pfeils 21 in die dritte Kammer 13 einströmt. Der Ansaugvorgang ist beendet, sobald das Planetenrad 6 die Einlaßöffnung 8 passiert hat, was z. B. in Fig. 1 dargestellt ist. Ab diesem Zeitpunkt wird das Verbrennungsgas in der Kammer 11 komprimiert.

In Fig. 3 ist andeutungsweise die Zündung des komprimierten Gasgemisches dargestellt, wodurch die Verbrennung eingeleitet wird. Das expandierende Verbrennungsgas treibt den Läufer 3 in Richtung des Pfeils 20 an, so daß diese sich z. B. in eine Position, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist, dreht. Der Arbeitshub wird solange fortgesetzt, bis das Planetenrad 6 die Auslaßöffnung 9 passiert, was z. B. in Fig. 2 dargestellt ist. Dort hat das Planetenrad 6 die Auslaßöffnung 9 passiert und das Verbrennungsgas verläßt in der Fig. 2 die zweite Kammer 12.

Die Verzahnung 15 und 16 sowie die Planetenräder 5 bis 7 gewährleisten eine optimale Abdichtung der drei Kammern 11 bis 13, so daß die Dichtungsverluste minimal sind. Auch das Überfahren bzw. Überrollen der Öffnungen 8 und 9 sowie der Öffnung, hinter welcher die Zündkerze 10 angeordnet ist, bereitet keine Probleme.

Claims (8)

1. Kreiskolbenverbrennungsmotor (1) mit einem Gehäuse mit einem epitrochoidenförmigen Mantel (2) und einem darin auf einer Antriebs- bzw. Exzenterwelle (4) gelagerten und im Verhältnis 2 : 3 zur Drehzahl der Antriebs- bzw. Exzenterwelle (4) rotierenden Läufer (3) sowie einer Einlaßöffnung (8), einer Auslaßöffnung (9) und einer Zündkerze (10), wobei die Einlaßöffnung (8) in einer Saugkammer (13) mündet, die Zündkerze (10) in eine Verdichtungskammer (11) hineinragt und die Auslaßöffnung (9) mit einer Arbeitskammer (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenumfangswandung (14) des Mantels (2) mit einer Innenverzahnung (15) versehen ist, daß der Läufer (3) mit einer Außenverzahnung (16) versehen ist, und daß zwischen der Innenverzahnung (15) und der Außenverzahnung (16) wenigstens drei außenverzahnte Planetenräder (5, 6 und 7) angeordnet sind und die Planetenräder (5, 6 und 7) die Kammern (11, 12 und 13) voneinander trennen.

2. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (3) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

3. Kreiskolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (5, 6 und 7) gleichmäßig verteilt am Umfang des Läufers (3) angeordnet sind.

4. Kreiskolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (5, 6 und 7) Dichtfunktionen besitzen.

5. Kreiskolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stirnseitenabdichtung des Läufers (3) und der Planetenräder (5, 6 und 7) Keramikscheiben vorgesehen sind.

6. Kreiskolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (5, 6 und 7) aus Keramik bestehen.

7. Kreiskolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung (15) der Innenumfangswand (14) des Mantels (2), die Außenverzahnung (16) des Läufers (3) und die Verzahnung der Planetenräder (5, 6 und 7) jeweils eine Evolventenverzahnung oder eine andere Getriebeverzahnung ist.

8. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verzahnung über die gesamte Breite des Mantels (2), des Läufers (3) und der Planetenräder (5, 6 und 7) erstreckt.