DE19901110C2 - Schwenkkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwenkkolbenmaschine mit einem Ge­ häuse, in dem mehrere als zweiarmige Hebel ausgebildete Kolben, die jeweils paarweise miteinander in Wälzeingriff stehen, um jeweils eine zu einer mittigen Gehäuseachse parallele Schwenkachse verschwenkbar angeordnet und gemeinsam in einer Umlaufrichtung beweglich sind, wobei die Kolben auf ihrer einer Gehäuseinnenwand abgewandten Seite Laufflächen aufweisen, die beim Umlaufen der Kolben in dem Gehäuse entlang einer Steuerkurve eines mittigen gehäusefesten Kurvenstückes geführt sind, um die Schwenkbewegungen der Kolben beim Umlaufen zu steuern, wobei die Steuerkurve als Außenkontur an dem Kurven­ stück ausgebildet ist, entlang der die Laufflächen der Kolben zur Gehäuseachse hin abgestützt geführt sind.

Eine derartige Schwenkkolbenmaschine ist aus der WO 98/13583 bekannt.

Schwenkkolbenmaschinen gehören zu einer Gattung von Brennkraft­ maschinen, bei denen die einzelnen Arbeitstakte des Einlassens, Verdichtens, Zündens (Expandierens) und Ausstoßens des Ver­ brennungsgemisches durch wippenartige Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben zwischen zwei Endstellungen vermittelt werden.

Die bekannte Schwenkkolbenmaschine weist mittig in dem Gehäuse ein gehäusefestes Kurvenstück auf, das eine als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur aufweist. Die Kolben weisen auf ihrer der Gehäuseinnenwand abgewandten, d. h. dem mittigen Kurvenstück zugewandten Seiten Laufflächen auf, die beim Umlaufen der Kol­ ben in dem Gehäuse entlang der Außenkontur des Kurvenstücks unter ständiger Berührung mit derselben geführt sind. Die Schwenkbewegungen der Kolben werden dabei beim Umlaufen der Kolben in dem Gehäuse durch die Führung der Laufflächen der Kolben entlang der Außenkontur des. Kurvenstückes in Zusammenwirken mit dem Wälzeingriff jeweils benachbarter Kolben gesteuert.

Obwohl sich die bekannte Schwenkkolbenmaschine hinsichtlich ihrer Laufeigenschaften als besonders günstig erwiesen hat, ist sie hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeit und Funktions­ sicherheit, insbesondere im Langzeit- und Hochleistungsbetrieb, noch verbesserungsfähig.

Berechnungen zur Kinematik der bekannten Schwenkkolbenmaschine haben nämlich ergeben, daß die Fliehkräfte der Schwenkkolben über einen vollen Umlauf gesehen in Abhängigkeit von der momentanen Drehstellung unterschiedliche Werte zwischen einem Minimum und einem Maximum annehmen, was durch die asymmetrische Massenlage der Schwenkkolben in Bezug auf die Mitte der Schwenkachsen der einzelnen Kolben zu erklären ist. Die Differenz zwischen dem Fliehkraftminimum und dem Fliehkraft­ maximum kann bei hohen Drehzahlen im Bereich von mehr als 1000 N liegen.

Die maximale Fliehkraft tritt bei jedem Kolben dann auf, wenn er sich in der sogenannten Oberen-Totpunkt (OT)-Stellung (12 Uhr-Stellung) bzw. in der Unteren-Totpunkt (UT)-Stellung (6 Uhr-Stellung) befindet. Diese maximale auf den vorlaufenden Hebelarm des sich in der OT-Stellung befindenden Kolbens wir­ kende Fliehkraft, die diesen Hebelarm nach außen in Richtung auf die Gehäuseinnenwand hin drückt, bewirkt eine gleich große, auf das Kurvenstück hin gerichtete auf den nachlaufenden Hebel­ arm desselben Kolbens wirkende Kraft. Da dieser nachlaufende Hebelarm mit dem vorlaufenden Hebelarm des nächsten nachlaufen­ den Kolbens in Wälzeingriff steht, drückt der nachlaufende Hebelarm des vorlaufenden Kolbens den vorlaufenden Hebelarm und damit die an diesem angeordnete Lauffläche des nachlaufenden Kolbens mit erhöhter Kraft gegen das Kurvenstück. Denn auf den vorlaufenden Hebelarm des nachlaufenden Kolbens, der sich dabei gerade in der eingezogenen 9 Uhr-Stellung bzw. 3 Uhr-Stellung befindet, wirkt gerade nur ein Fliehkraftminimum, so daß diese minimale Fliehkraft die durch die Fliehkraft in der OT-Stellung verursachte Druckkraft nicht kompensiert. Die Folge ist, daß die Lauffläche des nachlaufenden Kolbens in der 9 Uhr-Stellung bzw. des Kolben in der 3 Uhr-Stellung mit sehr hoher Kraft gegen das Kurvenstück gepreßt wird, wodurch sowohl die Lauf­ fläche als auch das Kurvenstück übermäßig belastet werden.

Dies kann im Langzeitbetrieb, insbesondere bei hohen Dreh­ zahlen, bei denen die Fliehkräfte groß sind, zu einem erhöhten Verschleiß oder sogar zu einer Beschädigung dieser Teile führen.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Verzahnung des Wälzeingriffs, die entgegenwirkende Kräfte aufnehmen muß, sogar noch stärker kraftbelastet ist.

Aus der DE-OS 1,526,408 ist ein Verbrennungsmotor mit umlaufen­ den, eine geschlossene Kette bildenden Kolben bekannt. Die Kolben laufen in einem Gehäuse um, dessen Innenkontur eine Kurve aus der Lamme-Kurvenschar darstellt. Für die Steuerung der Kolbenbewegungen sind zwei Nebenrotoren vorgesehen, die aus fünf Segmenten bestehen, die wiederum Rollen aufweisen, die über eine von der Gehäuseinnenwand beabstandete Laufbahn rollend die Bewegung der Rotoren und über diese die Bewegung der Kolben steuern. Die vorgenannte Laufbahn ist als Innen­ kontur eines mit dem Gehäuse fest verbundenen Ringkörpers ausgebildet. Bei dieser bekannten Verbrennungsmaschine werden die Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben durch die als nachteilig anzusehende nicht-runde Innenkontur des Gehäuses vermittelt.

Des weiteren ist aus der US 3,642,391 eine Rotationskolben­ maschine bekannt, bei der die Innenkontur des Gehäuses eben­ falls unrund ist. Die beim Umlaufen in dem Gehäuse Schwenk­ bewegungen ausführenden Kolben sind mit Rollen entlang von Steuerkurven als Innenführung geführt, wobei diese Steuerkurve etwa die gleiche elliptische Form wie die Gehäuseinnenwand aufweist.

Aus der US 2,153,587 ist ein Fluid-betriebener Motor bekannt, der keine Verbrennungsmaschine ist, sondern eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, die in dem Motorgehäuse umlaufen, in dem sie durch das durch das Motorgehäuse tangential hindurchströmende Fluid angetrieben werden. Die einzelnen Schaufeln sind untereinander nicht gekoppelt. Jede Schaufel weist an ihrem der Gehäusemitte zugewandten Seite eine Laufrolle auf, mit der die Schaufel in einer Nockenrille läuft. Die Schwenkbewegung der einzelnen Kolben ist nicht durch die Führung der Laufrollen entlang der Nockenrille gesteuert, sondern durch die beim Umlaufen der Schaufeln in dem Gehäuse auftretenden Fliehkräfte und dem Fluidströmungsdruck.

Ferner ist aus der DE-OS-15 51 101 ein Fliehkolben-Ver­ brennungsmotor bekannt, der sechs voneinander beabstandete Kol­ ben von etwa dreieckiger Form aufweist, die derart auf einem kreisförmigen Antriebsrad verschwenkbar gelagert sind, daß sie beim Umlaufen in dem Gehäuse des Motors durch die auftretenden Fliehkräfte gegen die Innenwand des Gehäuses gepreßt werden. Die Steuerung der Schwenkbewegung der einzelnen Kolben wird da­ bei durch eine spezielle trochoidförmige Ausgestaltung der Ge­ häuseinnenwand bewirkt. In dem Gehäuse sind ferner zwei fest­ stehende Führungsnocken mit Außenkontur angeordnet, die bei ge­ ringen Drehzahlen des Motors, bei denen die Fliehkräfte gering sind, gewährleisten sollen, daß die Kolben gegen die Innenwand des Gehäuses gepreßt werden, um die Funktionsfähigkeit des Motors bei geringen Drehzahlen aufrecht zu erhalten. Dieser Fliehkolbenmotor ist jedoch bereits wegen der erforderlichen speziellen unrunden Konturierung der Gehäuseinnenwand nach­ teilig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schwenk­ kolbenmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu­ bilden, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden wer­ den. Die Schwenkkolbenmaschine soll hinsichtlich ihrer Ver­ schleißeigenschaften und Funktionssicherheit weiter verbessert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schwenkkolben­ maschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuerkurve zusätzlich durch eine Innenkontur an dem Kurven­ stück gebildet ist, entlang der die Kolben über die bereits ge­ nannten Laufflächen oder weitere Laufflächen fliehkraftseitig abgestützt geführt sind.

Die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine geht demnach weiter­ hin davon aus, daß die Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben beim Umlaufen durch ein gehäusefestes mittiges Kurvenstück ge­ steuert werden, was sich bei der bekannten Schwenkkolben­ maschine gegenüber dem bekannten Fliehkolben-Verbrennungsmotor als vorteilhaft erwiesen hat. Bei der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine ist jedoch in Form der als Innenkontur ausgebildeten Steuerkurve, entlang der die Laufflächen der Kolben geführt sind, eine Maßnahme getroffen, um die Flieh­ kräfte der Kolbenhälften bzw. Hebelarme der Kolben aufzunehmen. Dadurch, daß die als Innenkontur ausgebildete Steuerkurve die Fliehkräfte aufnimmt, wird vermieden, daß die Fliehkräfte, ins­ besondere die maximalen Fliehkräfte, die in der OT-Stellung auftreten, über den Wälzeingriff auf die Lauffläche bzw. Lauf flächen des jeweils vor- und jeweils nachlaufenden Kolbens und auf das Kurvenstück übertragen werden. Auf diese Weise werden Überbelastungen der Laufflächen und des Kurvenstückes ver­ mieden. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die erfindungs­ gemäße Ausgestaltung des Kurvenstückes einstellt, besteht darin, daß auch die Kräfte im Bereich des Wälzeingriffes eben­ falls vorteilhaft reduziert werden.

Dadurch, daß das Kuvenstück eine Außen- und eine Innenkontur aufweist, erfährt jeder Kolben vorteilhafterweise sowohl eine "Außenführung" entlang der Außenkontur als auch zusätzlich eine "Innenführung" entlang der Innenkontur des Kurvenstückes. Eine solche Kombination aus Innen- und Außenführung ermöglicht eine kinematisch exakte und gleichzeitig dynamisch günstige Steuerung der Schwenkbewegungen der Kolben beim Umlaufen in dem Gehäuse, wobei der erhebliche Vorteil erreicht wird, daß die an der Außenkontur geführten Laufflächen in der Stellung 9 Uhr und 3 Uhr im Unterschied zu der bekannten Schwenkkolbenmaschine druckentlastet sind. Ein weiterer Vorteil der Kombination aus Innen- und Außenführung besteht darin, daß dem Wälzeingriff je­ weils benachbarter Kolben im wesentlichen keine Steuerungs­ funktion mehr zukommt, sondern daß der Wälzeingriff lediglich die Funktion einer Abdichtung einnimmt. Dies eröffnet die Mög­ lichkeit, den Wälzeingriff anstatt in Form einer Verzahnung in Form einer glatten Wälzfläche auszugestalten.

In einer bevorzugten Ausgestaltung verlaufen die Außenkontur und die Innenkontur kurvenparallel zueinander.

Bei dieser Ausgestaltung weisen die Innenkontur und die Außen­ kontur zueinander im wesentlichen komplementäre Kurvenverläufe auf. Jeder Kolben ist somit sowohl zentrifugal als auch zentri­ petal wie auf einer Schiene geführt. Die zur Außenkontur kurvenparallele Ausführung der Innenkontur hat den Vorteil, daß es mit einfachen Mitteln möglich ist, die aus der WO 98/13583 bekannte und bewährte Schwenkkolbenmaschine entsprechend der vorliegenden Anmeldung zu modifizieren. Beispielsweise kann die Kolbengeometrie und die Geometrie der Außenkontur des Kurven­ stücks im wesentlichen unverändert übernommen werden, wobei dann lediglich am Kurvenstück eine Innenführungsfläche für die Kolben vorgesehen werden muß.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenkontur in Umlaufrichtung durchgehend ausgebildet.

Hierbei ist von Vorteil, daß jeder Kolben über einen vollen Um­ lauf fliehkraftseitig, d. h. zentrifugal abgestützt wird, so daß in jeder Drehstellung der Kolben Fliehkräfte aufgenommen und dadurch Druckbelastungen in jeder Drehstellung reduziert wer­ den.

Alternativ dazu ist es jedoch auch bevorzugt, wenn sich die Innenkontur in Umlaufrichtung nur über einen oder mehrere Um­ fangsteilbereiche erstreckt.

Hierdurch kann ein einfacherer Aufbau der Schwenkkolbenmaschine erreicht werden, wobei es in diesem Fall vorteilhaft ist, wenn sich die Innenkontur zumindest im Bereich des oberen Totpunktes und des unteren Totpunktes erstreckt, bspw. von 10 Uhr bis 2 Uhr und von 4 Uhr bis 8 Uhr.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kurven­ stück die Außenkontur und die zumindest eine Innenkontur in einstückiger Ausbildung auf.

Bei dieser Ausgestaltung kann das Kurvenstück insgesamt ein­ stückig gefertigt werden, wodurch der Herstellungsaufwand und die Zahl der in die Konstruktion eingehenden Teile reduziert werden kann. Ausgehend von dem Kurvenstück der bekannten Schwenkkolbenmaschine kann die erfindungsgemäß vorgesehene Innenkontur bei der Herstellung des Kurvenstücks angeformt werden. Ein weiterer Vorteil einer einstückigen Ausgestaltung von Außenkontur und Innenkontur besteht darin, daß eine lagefeste Orientierung der beiden während des Betriebs der Schwenkkolbenmaschine auf Dauer gewährleistet ist.

Alternativ dazu ist es jedoch auch bevorzugt, wenn das Kurven­ stück mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erstes Teil die Außenkontur und zumindest ein zweites Teil die Innenkontur aufweist und die Teile fest miteinander verbunden sind.

Diese Ausgestaltung erweist sich wegen einer erleichterten Mon­ tage beim Zusammenbringen der Laufflächen der Kolben mit dem Kurvenstück als vorteilhaft. Die Innenkontur kann dabei auf einem Ringflansch ausgebildet sein, der an das übrige Kurvenstück, das die Außenkontur aufweist, nach Einsetzen der Kolben angeflanscht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenkontur an einer Innenseite taschenartiger Flansche des Kurvenstückes ausgebildet.

Diese Maßnahme ist sowohl fertigungstechnisch als auch montage­ technisch besonders vorteilhaft. Wenn das Kurvenstück sowohl die Innenkontur als auch die Außenkontur aufweist, kann der Flansch oder können die Flansche einstückig mit dem übrigen, die Außenkontur aufweisenden Teil des Kurvenstückes ausgebildet sein, oder als separate Ringflansche, die dann mit dem übrigen Teil des Kurvenstückes, das die Außenkontur aufweist, form­ schlüssig verbunden, beispielsweise verzapft, werden. Die taschenartigen Flansche bilden eine etwa umgekehrt L-förmige Übergreifung derjenigen Laufflächen, die zur Führung an der Innenkontur vorgesehen sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kurven­ stück im Bereich beider axialer Enden der Kolben jeweils axial begrenzt die Innenkontur auf.

Bei dieser Ausgestaltung ist jeder Kolben demnach mit seinen beiden axialen Enden fliehkraftseitig geführt. Der axial mittige Bereich jedes Kolbens kann dann, wenn dies vorgesehen ist, die Laufflächen aufweisen, die an der Außenkontur radial nach innen abgestützt geführt werden.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn jeder Kolben zumindest zwei Laufflächen aufweist, von denen zumindest eine an der Innenkontur geführt ist, während die zumindest eine weitere Lauffläche an der Außenkontur geführt ist.

Diese Ausgestaltung eröffnet vorteilhafterweise die Möglich­ keit, die Laufflächen durch Laufrollen zu realisieren, wobei dann die zumindest eine entlang der Innenkontur geführte Laufrolle an dieser frei abrollen und die zumindest eine an der Außenkontur geführte Laufrolle an dieser ebenfalls frei abrollen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Lauf­ flächen Oberflächen von drehbar an den Kolben befestigten Lauf­ rollen.

Laufrollen haben den Vorteil, daß sie mit einer wesentlich ge­ ringeren Reibung entlang der Innenkontur bzw. entlang der Außenkontur des Kurvenstückes geführt werden können. Die An­ forderungen an die Schmierung der Laufflächen können im Unter­ schied zu kolbenfesten Gleitschuhen wesentlich verringert wer­ den.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung stehen die Kolben jeweils paarweise über eine ungezahnte gekrümmte Wälzfläche miteinander in Wälzeingriff.

Wie bereits zuvor erwähnt, werden die Kräfte im Bereich des Wälzeingriffes benachbarter Kolben durch die erfindungsgemäße Führung der Kolben entlang der Innenkontur und entlang der Außenkontur reduziert, so daß dem Wälzeingriff hauptsächlich noch eine abdichtende Funktion zukommt. Demgemäß kann der Wälzeingriff auch durch eine fertigungstechnisch einfacher als eine Verzahnung herzustellende, glatte Wälzfläche dargestellt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Schwenk­ kolbenmaschine in axialer Richtung mehrere Kammern auf, wobei in jeder Kammer ein Satz Kolben angeordnet ist, und wobei die Sätze Kolben von Kammer zu Kammer in Umlaufrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.

Während die bekannte Schwenkkolbenmaschine in axialer Richtung als Einkammersystem ausgebildet ist, ergibt sich bei der mehr­ kammerigen Ausgestaltung der Vorteil, daß die von den Kolben auf das Kurvenstück eingeleiteten Drehmomente entsprechend der Anzahl der Kammern halbiert, gedrittelt oder noch weiter ge­ teilt werden können, weil die drehmomentwirksame Fläche der Kolben in axialer Richtung entsprechend kleiner ausgebildet werden kann. Durch den Versatz der Kolbensätze von einer Kammer zur nächsten Kammer wird die Drehmomenteinleitung auf das mittige Kurvenstück in Umfangsrichtung gleichmäßiger verteilt. Dadurch kann die Laufruhe der Schwenkkolbenmaschine vorteilhafterweise erhöht und die Belastung des Kurvenstückes, das durch alle Kammern durchgehend einstückig oder auch mehrteilig ausgebildet sein kann, noch weiter reduziert werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in ihrer je­ weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombina­ tionen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird hiernach mit Bezug auf diese näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie III-III in Fig. 1.

In Fig. 1 bis 3 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Schwenkkolbenmaschine dargestellt. Die Schwenk­ kolbenmaschine 10 wird beispielsweise in einem Kraftfahrzeug als Verbrennungsmotor verwendet.

Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist umfänglich ein Gehäuse 12 auf, das die Schwenkkolbenmaschine 10 nach außen abdichtet. Das Gehäuse 12 ist im wesentlichen zylindrisch, d. h. im Querschnitt rund, ausgebildet und erstreckt sich über die axiale Länge der Schwenkkolbenmaschine 10. Eine Gehäuseinnenwand 14 ist im Querschnitt axial durchgehend rund ausgebildet.

Das Gehäuse 12 ist ferner, wie aus Fig. 1 hervorgeht, aus ein­ zelnen Gehäusesegmenten aufgebaut, nämlich aus zylindrischen Gehäusesegmenten 16 und 18 sowie aus Gehäusestirnsegmenten 20 und 22, die jeweils in geeigneter Weise miteinander dicht ver­ bunden sind, beispielsweise verzapft und/oder verschraubt. Durch den Aufbau des Gehäuses 12 in einzelnen Gehäusesegmenten wird die Montage der Schwenkkolbenmaschine 10 wesentlich ver­ einfacht und ermöglicht im Falle eines Mehrkammersystemes eine Modulbauweise.

In axialer Richtung ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in zwei Kammern 24 und 26 unterteilt.

In jeder der Kammern 24 und 26 ist jeweils ein Satz Kolben angeordnet, wobei Fig. 2, die ein Querschnitt durch die Kammer 24 ist, die Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 zeigt. In beiden Kammern 24 und 26 sind somit jeweils vier Kolben 28a bis 28d angeordnet. Die Kolben sind identisch mit den nicht näher dargestellten Kolben der Kammer 26 ausgebildet, so daß im folgenden nur die Kammer 24 mit den darin angeordneten Kolben 28a bis 28d näher beschrieben wird.

Die Kolben der Kammer 26 sind zwar identisch mit den Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 ausgebildet, die Kolben der Kammer 26 sind jedoch bezüglich der Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 um etwa 45°, in Umfangsrichtung gesehen, versetzt angeordnet.

Die Kolben 28a bis 28d sind jeweils als zweiarmige Hebel ausge­ bildet, d. h. jeder der Kolben 28a bis 28d weist einen ersten Hebelarm 30 und einen zweiten Hebelarm 32 bezüglich einer Schwenkachse 34 auf, die für den Kolben 28a beispielhaft in Fig. 2 bezeichnet sind. Jedem der Kolben 28a bis 28d ist somit eine Schwenkachse 34 zugeordnet. Die Schwenkachsen 34 liegen auf einem Kreis und sind äquidistant voneinander beabstandet.

Jede der vier Schwenkachsen 34 erstreckt sich in axialer Rich­ tung parallel zu einer mittigen Gehäuseachse 36. Die Kolben 28a bis 28d sind jeweils um ihre jeweilige Schwenkachse 34 zwischen zwei Endstellungen hin- und herschwenkbar, wobei in der ersten Endstellung der jeweilige Hebelarm 30 mit seiner Außenseite an der Gehäuseinnenwand 14 und in der zweiten Endstellung ent­ sprechend der jeweilige Hebelarm 32 mit seiner Außenseite an der Gehäuseinnenwand 14 anliegt.

Dazu ist jeder der Kolben 28a bis 28d um jeweils einen sich axial erstreckenden Achsstab 38 verschwenkbar gelagert, der selbst unverschwenkbar ist. Jeder Achsstab 38 bildet die je­ weilige Schwenkachse 34 der einzelnen Kolben 28a bis 28d.

Die Kolben 28a bis 28d stehen weiterhin jeweils paarweise mit­ einander in Wälzeingriff. Dazu weisen die Kolben 28a bis 28d jeweils in Umfangsrichtung beidendig Verzahnungen 40 auf, die wechselseitig miteinander kämmen. Der Kolben 28a bspw. steht somit sowohl mit dem Kolben 28b als auch mit dem Kolben 28d in Wälzeingriff. Der durch die Verzahnung 40 gebildete Wälzein­ griff ist dabei dicht, so daß zwischen der Gehäuseinnenwand 14 und den der Gehäuseinnenwand 14 gegenüberliegenden Außenseiten der Kolben 28a bis 28d gebildete Arbeitskammern 42 durch den Wälzeingriff hermetisch abgedichtet sind.

Anstelle über die Verzahnungen 40 können die einzelnen Kolben 28a bis 28d auch über eine konvex gekrümmte Wälzfläche 44, die in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist, miteinander in Wälzeingriff stehen, wobei dann benachbarte der Wälzflächen 44 in jeder Schwenkstellung der Kolben 28a bis 28d abdichtend aneinander liegen, um wiederum die hermetische Dichtheit der Arbeitskammern 42 zu gewährleisten.

Die Kolben 28a bis 28d laufen ferner in dem Gehäuse 12 gemein­ sam in einer Umlaufrichtung 46 um die mittige Gehäuseachse 36 um. Die mit umlaufenden Achsstäbe 38 sind dabei gegen die Gehäuseinnenwand 14 abgedichtet, und zwar mittels Fliehkraftdichtungen 47.

Zwischen jeweils zwei benachbarten der Achsstäbe 38, dem ent­ sprechenden Abschnitt der Gehäuseinnenwand sowie zwei benach­ barten Hebelarmen 32 und 30' wird demnach jeweils eine der Arbeitskammern 42 gebildet, bei dem gezeigten Ausführungs­ beispiel mit vier Kolben 28a bis 28d dementsprechend vier Ar­ beitskammern 42 in Umlaufrichtung 46, die gegeneinander abgedichtet sind. Das Volumen der Arbeitskammern 42 verändert sich beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d entsprechend der hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der Kolben 28a bis 28d, um die unterschiedlichen Arbeitstakte des Ansaugens, Verdichtens, Zündens (Expandierens) und Ausstoßens zu ermöglichen.

Mittig in dem Gehäuse 12 ist ein Kurvenstück 48 angeordnet, das sich durch die Kammer 24 und die Kammer 26 hindurch erstreckt.

Das Kurvenstück 48 ist im Unterschied zu den Kolben 28a bis 28d gehäusefest ausgebildet.

Das Kurvenstück 48 weist zumindest eine als Steuerkurve ausge­ bildete Innenkontur 50 auf (vergl. Fig. 3).

Die Kolben 28a bis 28d weisen ihrerseits auf ihrer der Ge­ häuseinnenwand 14 abgewandten bzw. dem Kurvenstück 48 zuge­ wandten Seite Laufflächen 52 auf, die beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d in dem Gehäuse 12 entlang der als Steuerkurve aus­ gebildeten Innenkontur 50 geführt sind. Dadurch werden die Kol­ ben 28a bis 28d entlang des Kurvenstückes 48 fliehkraftseitig abgestützt geführt.

Die Innenkontur 50 ist an dem Kurvenstück 48 im Bereich eines axialen Endes der Kolben 28a bis 28d angeordnet.

Eine zweite bezüglich des Kurvenverlaufs mit der Innenkontur 50 identisch und als Steuerkurve ausgebildete Innenkontur 52 ist an dem Kurvenstück 48 im Bereich des gegenüberliegenden axialen Endes der Kolben 28a bis 28d angeordnet. An diesem Ende weisen die Kolben 28a bis 28d jeweils eine weitere Lauffläche 54 auf, die beim Umlaufen des jeweiligen Kolbens 28a bis 28d entlang der Innenkontur 52 des Kurvenstückes 48 geführt ist.

In der Kammer 26 weist das Kurvenstück 48 den Innenkonturen 50 und 52 entsprechende, ebenfalls als Steuerkurven ausgebildete Innenkonturen 56 und 58 auf, die dazu dienen, entsprechende, nicht näher bezeichnete Laufflächen der in der Kammer 26 ange­ ordneten Kolben fliehkraftseitig abgestützt zu führen.

Im Bereich zwischen den Innenkonturen 50 und 52 bzw. zwischen den Innenkonturen 56 und 58 weist das Kurvenstück 48 außerdem eine als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur auf. Die Außen­ kontur 62 erstreckt sich dabei axial bis in den Bereich der Innenkonturen 50, 54, 58, 60 oder endet bereits axial mittig zwischen den Innenkonturen 50 und 54 bzw. 58 und 60.

Die Kolben 28a bis 28d weisen jeweils zumindest eine weitere Lauffläche 64 auf, die beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d in dem Gehäuse 12 entlang der Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 geführt sind, wodurch die Kolben 28a bis 28d auch jeweils radial nach innen zur mittigen Gehäuseachse 36 hin abgestützt sind.

In dem Ausführungsbeispiel weist jeder Kolben 28a bis 28d drei Laufflächen 64 auf, die axial voneinander beabstandet sind, und die gemeinsam entlang der Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 geführt sind.

Die Innenkonturen 50, 54, 58 und 60 des Kurvenstückes 48 sind jeweils an einer Innenseite eines eine Tasche bildenden Flan­ sches 66, 68, 70 bzw. 72 ausgebildet.

Dabei sind die Flansche 68 und 70, die die Innenkonturen 54 und 58 auf ihrer radialen Innenseite ausbilden, einstückig mit dem übrigen Körper des Kurvenstückes 48 ausgebildet. Die Flansche 66 und 72 sind dagegen an Ringflanschen 74 bzw. 76 ausgebildet, die mit dem übrigen Körper des Kurvenstückes 48 formschlüssig verbunden und fest mit diesem verzapft sind. Die Ringflansche 74 und 76 sind weiterhin auf ihrer jeweiligen axialen Außen­ seite formschlüssig mit dem Gehäusestirnsegment 22 bzw. dem Gehäusestirnsegment 20 gehäusefest verbunden, so daß die Ring­ flansche 74 und 76 mit dem übrigen Körper des Kurvenstückes 48 eine gehäusefeste Anordnung bilden.

Die Laufflächen 64, die entlang der Außenkontur 62 geführt sind, sowie die Laufflächen 52 und 56, die entlang der Innen­ konturen 50 bzw. 54 geführt sind, sind jeweils Oberflächen von drehbar an den Kolben 28a bis 28d gelagerten Laufrollen 78 bzw. 80. Die Laufrollen 78, von denen jeder Kolben 28a bis 28d zwei aufweist, liegen dabei ausschließlich an der Innenkontur 50 bzw. 54 an, während die Laufrollen 80, von denen jeder Kolben 28a bis 28d drei aufweist, ausschließlich an der Außenkontur 62 anliegen.

Die Laufflächen 64 stehen beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d unter ständiger Berührung mit der Außenkontur 62. Die Laufflächen 52 und 56 stehen beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d unter ständiger Berührung mit der Innenkontur 50 bzw. 54.

Mit Bezug auf Fig. 3 ist zu erwähnen, daß die Laufflächen 52 der Laufrollen 78 die Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 nicht berühren, sondern von dieser mit geringfügigem Spiel beabstandet sind, so daß die Laufrollen 78 beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d frei an der Innenkontur 50 des Kurvenstückes 48 abrollen können.

Die Laufrollen 78 bzw. 80 sind dazu bevorzugt auf einem gemein­ samen Bolzen, der axial durch die Laufrollen 78 bzw. 80 durch­ geht, gelagert. Die Laufflächen 54 bzw. 52 der Laufrollen 78 sind unter ständiger Berührung mit der Innenkontur 50 während des Umlaufens der Kolben 28a bis 28d entlang der Innenkontur 50 geführt, während die Laufflächen 64 der Laufrollen 80 beim Um­ laufen der Kolben 28a bis 28d unter ständiger Berührung mit der Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 entlang derselben geführt sind.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, erstreckt sich die Innenkontur 50 in Umfangsrichtung vollumfänglich an dem Kurvenstück 48.

Zusammen mit den Ringflanschen 74 und 76 ist das Kurvenstück 48 insgesamt mehrteilig ausgebildet, wodurch die Montage der Schwenkkolbenmaschine 10, genauer gesagt das Einsetzen der Kol­ ben 28a bis 28d und das Zusammensetzen mit dem Kurvenstück 48 erleichtert wird.

In Fig. 2 und 3 ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in einer Betriebsstellung dargestellt, in der sich der Kolben 28a, ge­ nauer gesagt, dessen in Umlaufrichtung 46 vorlaufender Hebelarm 30 im oberen Totpunkt (OT) befindet. Der dem Kolben 28a nach­ laufende Kolben 28d, d. h. genauer dessen vorlaufender Hebelarm 30', befindet sich dagegen in seiner maximal radial nach innen eingezogenen Stellung. Auf den vorlaufenden Hebelarm 30 des vorlaufenden Kolbens 28a wirkt in dieser Stellung beim Um­ laufen, insbesondere bei hohen Drehzahlen, eine maximale Flieh­ kraft. Diese maximale Fliehkraft wird jedoch über die Lauf­ flächen 52 bzw. 56, die an der Innenkontur 50 des Kurvenstückes 48 geführt sind, von der Innenkontur 50 aufgenommen. Dadurch wird diese hohe Fliehkraft nicht über den nachlaufenden Hebelarm 32 des vorlaufenden Kolbens 28a auf den vorlaufenden Hebelarm 30' des nachlaufenden Kolbens 28d übertragen, der sich in der 9 Uhr-Stellung befindet, so daß die Lauffläche 64' bzw. die Laufflächen 64' des Kolbens 28d nicht übermäßig gegen das Kurvenstück 48 gepreßt werden. Ebenso wird diese Fliehkraft nicht auf den nachfolgenden Hebelarm 32' des vorlaufenden Kolbens 28b und damit auch nicht als Druckkraft auf dessen vorlaufenden Hebelarm 30", der sich in der 3 Uhr-Stellung befindet, übertragen, so daß auch dessen Lauffläche 64" druckentlastet ist.

Das Kurvenstück 48 weist ferner sich axial erstreckende Bohrungen 82, 84 und 86 auf, die der Ölnebelkühlung bzw. Öl­ schmierung der Laufflächen 50, 54 bzw. 64 der Kolben 28a bis 28d bzw. der Schmierung der Laufrollen 78, 80 dienen.

Wie bereits eingangs der Beschreibung erwähnt wurde, ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in axialer Richtung als Mehrkammer­ system ausgestaltet, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ge­ nauer gesagt als Zweikammersystem.

Die in der Kammer 26 angeordneten Kolben, die in der Zeichnung nicht näher bezeichnet sind, weisen bezüglich ihrer Führung entlang des Kurvenstückes 48 die gleiche Ausgestaltung auf wie die Kolben 28a bis 28d der Kammer 24.

Die Kolben der Kammer 26 sind ebenfalls an Achsstäben schwenk­ bar gelagert, von denen in Fig. 1 zwei Achsstäbe 88 bzw. 90 gegenüberliegender Kolben zu sehen sind. Die Achsstäbe 88, 90 sowie die beiden weiteren, in der Zeichnung nicht zu sehenden Achsstäbe sind bezüglich der Achsstäbe 38, an denen die Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 schwenkbar gelagert sind, um etwa 45° versetzt angeordnet.

Die Achsstäbe 38 der Kammer 24 und die Achsstäbe 88, 90 sowie die weiteren beiden Achsstäbe der Kammer 26 bilden zusammen mit drei Ringkörpern 92, 94 und 96 einen starren zylindrischen Kolbenkäfig, der zusammen mit den Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 sowie den Kolben der Kammer 26 gemeinsam umläuft. Die Achsstäbe 38 der Kammer 24 sind mit den Ringkörpern 92 und 94 fest verbunden, während alle Achsstäbe 88, 90 der Kammer 26 mit den Ringkörpern 94 und 96 fest verbunden sind. Der erste Ringkörper 92 ist dabei drehbar und dicht auf dem Ringflansch 74 des Kurvenstückes 48 gelagert. Entsprechend ist der dritte Ringkörper 96 drehbar und dicht auf dem Ringflansch 76 des Kurvenstückes 48 gelagert. Der mittlere Ringkörper 94 ist drehbar auf den Außenseiten der Flansche 68 und 70 des Kurvenstückes 48 gelagert.

Der dritte Ringkörper 96 trägt an seiner axial äußeren Seite einen Zahnkranz 98, der eine Außenzahnung 100 aufweist, die mit einer entsprechenden Zahnung eines Wechslerrades 102 kämmt, das wiederum mit einer entsprechenden Zahnung 104 eines Zahnkranzes 106 kämmt, das drehfest mit einer Abtriebswelle 108 der Schwenkkolbenmaschine 10 verbunden ist. Die Drehung des dritten Ringkörpers 96 um die mittige Gehäuseachse 36 bewirkt somit eine Drehbewegung der Abtriebswelle 108, die dann in einen An­ triebsstrang des Kraftfahrzeuges, in das die Schwenkkolben­ maschine 10 eingebaut ist, über eine Kupplungsscheibe 110 über­ tragen werden kann.

Ferner weist die Schwenkkolbenmaschine für jede Kammer 24, 26 Zündkerzen 112 und 114 auf, sowie jeweils einen Einlaßquerschnitt 116 und jeweils einen Auslaßquerschnitt für jede Kammer 24 und 26.

Claims (12)

1. Schwenkkolbenmaschine, mit einem Gehäuse (12), in dem mehrere als zweiarmige Hebel ausgebildete Kolben (28a- 28d), die jeweils paarweise miteinander in Wälzeingriff stehen, um jeweils eine zu einer mittigen Gehäuseachse (36) parallele Schwenkachse (34) verschwenkbar angeordnet und gemeinsam in einer Umlaufrichtung (46) beweglich sind, wobei die Kolben (28a-28d) auf ihrer einer Gehäuseinnen­ wand (14) abgewandten Seite Laufflächen (64) aufweisen, die beim Umlaufen der Kolben (28a-28d) in dem Gehäuse (12) entlang einer Steuerkurve eines mittigen gehäusefesten Kurvenstückes (48) geführt sind, um die Schwenkbewegungen der Kolben (28a-28d) beim Umlaufen zu steuern, wobei die Steuerkurve als Außenkontur (62) an dem Kurvenstück (48) ausgebildet ist, entlang der die Laufflächen (64) der Kolben (28a-28d) zur Gehäuseachse (36) hin abgestützt geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve zusätzlich durch eine Innenkontur (50, 54 bzw. 58, 60) an dem Kurvenstück (48) gebildet ist, entlang der die Kolben (28a-28d) über die Laufflächen (64) oder weitere Laufflächen (52, 56) fliehkraftseitig abgestützt geführt sind.

2. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Außenkontur (62) und die Innenkontur (50, 54 bzw. 58, 60) kurvenparallel zueinander verlaufen.

3. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innenkontur (50, 54 bzw. 58, 60) in Umlauf­ richtung (46) durchgehend ausgebildet ist.

4. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Innenkontur (50, 54 bzw. 58, 60) in Umlauf­ richtung (46) nur über einen oder mehrere Umfangsteil­ bereiche erstreckt.

5. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (48) die Außenkontur (62) und die zumindest eine Innenkontur (54) in einstückiger Ausbildung aufweist.

6. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (48) mehr­ teilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erstes Teil die Außenkontur (62) und zumindest ein zweites Teil die zumindest eine Innenkontur (50) aufweist und die Teile fest miteinander verbunden sind.

7. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (50, 54 bzw. 58, 60) an einer Innenseite eines eine Tasche bildenden Flansches (66, 68 bzw. 70, 72) des Kurvenstückes (48) ausgebildet ist.

8. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (48) im Be­ reich beider axialer Enden der Kolben (28a-28d) jeweils axial begrenzt die Innenkontur (50, 54 bzw. 58, 60) aufweist.

9. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (28a-28d) zu­ mindest zwei Laufflächen (52, 56, 64) aufweist von denen zumindest eine an der Innenkontur (50, 54 bzw. 58, 60) geführt ist, während die zumindest eine weitere Lauffläche (64) an der Außenkontur geführt ist.

10. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen (52, 56, 64) Oberflächen von drehbar an den Kolben (28a-28d) befestig­ ten Laufrollen (78, 80) sind.

11. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (28a-28d) jeweils paarweise über eine ungezahnte gekrümmte Wälzfläche (44) miteinander in Wälzeingriff stehen.

12. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie in axialer Richtung mehrere Kammern (24, 26) aufweist, wobei in jeder Kammer (24, 26) ein Satz Kolben (28a-28d) angeordnet ist, und wo­ bei die Sätze Kolben (28a-28d) von Kammer (24) zu Kammer (26) in Umlaufrichtung (46) versetzt zueinander angeordnet sind.