DE2102694B2

DE2102694B2 - Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2102694B2
Application number: DE19712102694
Authority: DE
Inventors: Dieter 5050 Porz Merfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-01-21
Filing date: 1971-01-21
Publication date: 1981-05-07
Also published as: DE2102694A1; DE2102694C3

Description

a) der Absperring (25) weist beidseitig mit ihm drehfest verbundene, mit Führungsnuten (28) versehene Seitenscheiben (23, 24) auf, die über konzentrisch zur Wellenachse (22) befindliche Naben (64, 74) auf axialen Fortsätzen (31, 39) des Führungsteils (3) gelagert sind und

b) in den Stirnwänden des Führungsteils (3) sind zur Achse (14) des Gehäuses (1) konzentrische Führungsnuten (33) vorgesehen, in welchen die Kolbenschieber (4) über angelenkte Gleitsteine (43) in Umfangsrichtung geführt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine hoher Drehzahlen und Drücke mit Hub- und Schlupfeingriff, insbesondere Brennkraftmaschine, mit einem feststehenden zylindrischen Gehäuse, bestehend •aus zwei Seitenwänden und einem Gehäusemantel, in welchem exzentrisch angeordnet ein sich um seine Achse drehbarer, die Gehäusemantel-Innenwandung tangierender Absperring vorgesehen ist, welcher drehfest über eine innerhalb des Gehäuses befindliche Seitenscheibe mit einer Welle einen Rotor bildend verbunden ist und welcher einen äußeren Arbeitsraum von einem inneren Arbeitsraum trennt, die beide jeweils in Arbeitskammern unterteilt sind von im Absperring radial zur Drehachse des Motors beweglichen Kolbenschiebern, die radial in dichtender Anlage einerseits an der Gehäusemantel-Innenwandung und andererseits an einem zentral zum Gehäuse angeordneten feststehenden zylindrischen Führungsteil gehalten und mittels in der Seitenscheibe befindlicher Führungsnuten radial geführt sind.

Eine Rotationskolbenmaschine dieser Art ist bekannt aus der FR-PS 15 49 768. Bei der bekannten Rotationskolbenmaschine sind die Kolbenschieber im Absperring und einer Seitenscheibe derart geführt, daß die auf die Kolbenschieber wirkenden Fliehkräfte von der Gehäusemantel-Innenwandung aufgenommen werden müssen. Da bei hohen Drehzahlen auch die auf die Kolbenschieber wirkenden Fliehkräfte sehr groß sind und an der

Gehäusemantel-Innenwandung bereichsweise sehr hohe Temperaturen auftreten, sind bei der bekannten Rotationskolbenmaschine erhebliche Dichtungsprobleme und Verschleißerscheinungen nicht zu vermeiden.

Wegen der einseitigen Fuhrung der Kolbenschieber in einer Seitenscheibe treten auch Kippkräfte auf, welche die Fahrung der Kolbenschieber ungünstig belasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Rotationskolbenmaschine eingangs genannter Art die

ίο Führung der Kolbenschieber ausschließlich außerhalb des Arbeitsraumes vorzunehmen und von Kipp- sowie Fliehkräften freizuhalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die folgenden Merkmale gelöst:

a) der Absperring weist beidseitig mit ihm drehfest verbundene, mit Führungsnuten versehene Seitenscheiben auf, die über konzentrisch zur Wellenachse befindliche Naben auf axialen Fortsätzen des Führungsteils gelagert sind und

b) in den Stirnwänden des Führungsteils sind zur Achse des Gehäuses konzentrische Führungsnuten vorgesehen, in welchen die Kolbenschieber über angelenkte Gleitsteine in Umfangsrichtung geführt sind.

Aus der DE-OS 1919 893 ist es bei einer als Kompressor arbeitenden Rotationskolbenmaschine bereits bekannt, die Kolbenschieber über seitlich vorstehende Gleitkörper in Führungsnuten zu führen, die an den Innenseiten von Seitenscheiben eines Rotors angeordnet sind und konzentrisch zur Rotorachse verlaufen.

Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine hat den Vorteil, daß die Kolbenschieber in außerhalb des Arbeitsraumes befindlichen Führungen geführt sind und die Dichtzonen zwischen den Kolbenschiebern und der Innenwandung des Gehäusematels sowie zwischen Kolbenschiebern und Absperring von Fliehkräften und Kippkräften weitgehend freigehalten sind. Dadurch ist es möglich, die Rotationskolbenmaschine bei guten Standzeiten mit sehr hoher Drehzahl und hohen Drücken zu betreiben und somit die charakteristischen Vorteile einer Rotationskolbenmaschine voll auszuschöpfen. Durch die verbesserte Führung der Kolbenschieber ist auch deren Dichtung verbessert, so daß die Maschine auch dadurch mit einem besseren Wirkungsgrad arbeitet als die bekannten Rotationskolbenmaschinen dieser Art.

In der folgenden Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

F i g. 1 eine Seitenansicht der Rotationskolbenmaschine nach der Erfindung bei abgenommener Gehäuseseitenwand und teilweise geschnitten,

Fig.2 eine Ansicht nach der Schnittlinie H-II in

Fig. 1.

Die Rotationskolbenmaschine besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, einem exzentrisch im Gehäuse 1 gelagerten zylindrischen Rotor 2 und einem im Gehäuse 1 starr angeordneten Führungsteil 3.

Das Gehäuse 1 (F i g. 2) setzt sich zusammen aus einer zylindrischen mit Kühlrippen 10 versehenen Gehäusemantel 11, einer Seitenwand 12, durch welche die mit dem Rotor 2 verbundene Abtriebswelle 21 geführt ist und einer Seitenwand 13. Das im wesentlichen zylindrische Führungsteil 3 ist zentral im Gehäuse 1 angeordnet und über einen zylindrischen und exzentrisch zur Zylinderachse 14 und koaxial zum Rotor 2 befindlichen axialen Fortsatz 31 fest mit der Seitenwand

13 verbunden.

per Rotor 2 setzt sich zusammen aus zwei Seitenscheiben 23 und 24, von denen die Seitenscheibe 24 mit der Abtriebswelle 21 verbunden ist, wvi zwischen den Seitenscheiben 23 und 24 befestigte Ringsegmente, die zusammen einen Absperring 25 bilden. In den Seitenscheiben 23 und 24 und zwischei. den Segmenten des Absperringes 25 sind Kolbenschieber 4 radial zur Wellenachse 22 des Rotors 2 verschieblieh geführt. Diese Kolbenschieber 4 erstrecken sich über die Breite des Hohlzylinders des Gehäuses 1 und gleiten mit ihren äußeren Kanten 41 (Fig. 1) entlang der zylindrischen Innenwandung des Gehäusemantels 11 und mit ihren inneren Kanten 42 entlang der zylindrischen Fläche 32 des Führungsteils 3. In den Seitenscheiben 23,24 bzw. in den Stirnwänden des Führungsteiles 3 sind Führungsnuten 28 bzw. 33 eingearbeitet, in welch letzteren Gleitsteine 43 geführt sind, die mit den Kolbenschiebern 4 schwenkbar verbunden sind. Die Führungsnuten 33 verlaufen, ebenso wie die zylindrische Räche 32 des Führungsteils 3, konzentrisch zum Gehäusemantel 11.

Der Rotor 2 mit seinen Seitenscheiben 23 und 24 und dem Absperring 25 dreht sich um seine Schwerpunktachse, der Wellenachse 22. Die im Rotor 2 radial verschiebbar geführten Kolbenschieber 4 bewegen sich dabei mit ihren Schwerpunkten auf einer Kreisbahn, die konzentrisch zum Gehäusemantel 11 verläuft.

Der Absperring 25 unterteilt den hohlzylindrischen Raum des Gehäuses 1 in einen innenliegenden sichelförmigen Arbeitsraum A\ und in einen außenliegenden, sichelförmigen Arbeitsraum A^. Diese Arbeiisräume sind in ihrer Lage zueinander und in ihren Volumen unveränderlich. Die Arbeitsräume werden von fünf Kolbenschiebern 4 in fünf innenliegende Arbeitskammern 5, 6, 7, 8, 9 und in fünf außenliegende Arbeitskammern 5', 6', T, 8', 9' unterteilt.

Die Kolbenschieber 4 werden von den angelenkten Gleitsteinen 43 so geführt, daß sie mit ihren gerundeten Außenkanten 41 im wesentlichen reibungsfrei an der Innenwand des Gehäusemantels 11 anliegen. Auch die gerundeten Innenkanten 42 der Kolbenschieber 4 liegen im wesentlichen reibungsfrei an der Zylinderfläche 32 des Führungsteiles 3 an. An den Innenkanten 42 der Kolbenschieber 4 sind Dichtleisten 44 angeordnet, die gegen die Wirkung der Fliehkraft gegen die Zylinderfläehe 32 des Führungsteiles 3 gedrückt werden. Hierzu dienen Hebel 45, die sich gegen den Kolbenschieber 4 abstützen und deren freie Hebelarme von der Zentrifugalkraft nach außen bewegt werden, so daß die im wesentlichen rechtwinklig zu den langen Hebelar- so men stehenden kurzen Hebelarme die Dichtleiste 44 nach innen drücken. Zwischen den Segmenten des Absperringes 25 sind die Kolbenschieber 4 mittels Dichtelemente 26 gleitend abgedichtet. Diese Dichtslemente 26 können so ausgebildet sein, daß sie sich selbsttätig einstellen und nachstellen.

Die Einlaßkanäle 35 und die Auslaßkanäle 36 für den inneren Hauptarbeitsraum sind durch den Fortsatz 31 parallel zur Drehachse 22 in dem Führungsteil 3 geführt und tiünden im Wesentlichen radial verlaufend an der Zyliflderfläche 32 des Führungsteils 3 in die Arbeitskammer 5 und 9. Der Einlaß 15 und der Auslaß 16 für den äußeren Arbeitsraum Ai sind im Gehäusemantel 11 angeordnet. De^ Einlaß 15 mündet in die Arbeitskammer 5', der Auslaß 16 ist mit der Arbeitskammer 9' verbunden. In der Arbeitskammer 6' mündet noch ein Überströmkanal 17. der mit dem Auslaßkanal 36 der inneren Arbeitskam'nern 5, 6, 7, 8, 9 verbunden ist. Im Bereich der Arbeitskammer T mündet eine Zündkammer 18, in der eine Zündvorrichtung angeordnet ist

Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine arbeitet als Brennkraftmaschine wie folgt: Beim Drehen des Rotors 2 im Uhrzeigersinn saugen die die Arbeitskammern 5 und 6 durcheilenden Kolbenschieber 4 stark mit Kraftstoff angereichertes Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Ansaugkanal 35 in die Arbeitsbereiche 5 und 6. In der Zylinderfläche 32 ist mindestens eine von der Mündung des Einlaßkanais 35 ausgehende Ansaugnut 37 eingearbeitet, die sich über den in Drehrichtung des Rotors 2 größer werdenden Bereich des innenliegenden Arbeitsraumes A\ erstreckt. In dem in Drehrichtung des Rotors 2 kleiner werdenden Bereich des innenliegenden Arbeitsraumes Au das heißt, in den Arbeitskammern 7 und 8, wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet In der Arbeitskammer 9 wird das verdichtete Gemisch in den Auslaßkanal 36 gedrückt und gelangt über einen Oberströmkanal 17 in die Arbeitskammer 6' des außenliegenden Arbeitsraumes A2. Am Beginn der Arbeitskammer 6' trifft das vorverdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch auf die vorverdichtete Frischluft, durch den Einlaß 15 in die Arbeitskammer 5' gesaugt worden ist Der im Gehäusemantel 11 parallel zur Zylinderachse verlaufende Teil 17' des Oberströmkanals steht über Schlitze 19 mit der Arbeitskammer 6' in Verbindung. Das aus den Schlitzen 19 austretende, mit Kraftstoff angereicherte Gemisch wird über die Breite des Zylinders mit der vorverdichteten Frischluft zu einem zündfähigen Gemisch aufbereitet, das in der Arbeitskammer 6' weiter verdichtet wird. Erreicht der jeweils vordere Kolbenschieber 4 der Arbeitskammer 6' den Zündkanal 18, dann hat das zündfähige Gemisch die höchste Kompression und wird gezündet Bei langsam laufender Maschine erfolgt die Zündung beispielsweise durch eine Zündkerze. Bei schneller laufender Maschine zündet die über den Zündkanal 18 zurückschlagende Flamme des in der Arbeitskammer T brennenden Gemisches das noch in der Arbeitskammer 6' befindliche, hochverdichtete Gemisch. Damit die Flamme zurückschlagen kann, sind in den Segmenten des Absperringes 25 Mulden 27 eingearbeitet, deren Abstand voneinander kleiner ist als — in Drehrichtung des Rotors 2 gesehen — die Länge der Einmündung des Zündkanals 18. Die in den Arbeitskammern T und 8' und teilweise auch in der Arbeitskammer 9* expandierenden Gase beaufschlagen zwei oder drei Kolbenschieber 4 mit Druck, wobei dem im Verlauf der Rotation abnehmenden Verbrennungsdruck eine kontinuierlich zunehmende Schieberfläche zur Verfugung steht. Über den Auslaß 16 verlassen die Verbrennungsgase die Maschine.

Eine im Führungsteil 3 angeordnete Ölpumpe 51 sorgt für die Schmierung der Maschine. Die Seitenflächen des Führungsteiles 3 sind über axial wirkende Dichtungsringe 52 gegen die Innenflächen der Seitenscheiben 23 und 24 des Rotors 2 abgedichtet. Die Abdichtung zwischen den Seitenwänden 12 und 13 des Gehäuses 1 und den Außenflächen der Seitenscheiben 23 und 24 des Rotors 2 erfolgt durch Axial-Gleitdrucklager 53. Die Dichtelemente dieses Lagers 53 können durch das von der ölpumpe 51 geförderte Drucköl gegen die Seitenscheiben 23, 24 des Rotors 2 gedrückt werden. Ebenso können auch die Dichtringe 52 vom Öldruck beaufschlagt gegen die Seitenscheiben des Rotors 2 gedruckt werden.

Die Seitenwände 12 und 13 des Gehäuses 1 weisen Gehäusetaschen zur Aufnahme eines Lagers 63 für die

Abtriebswelle 21 und zur Aufnahme der Nabe 64,74 der Seitenwände 23 und 24 auf. An der Nabe 74 ist ein Zahnkranz 76 angebracht, der mit dem Ritzel eines Anlassers in Eingriff gebracht werden kann. Der Rotor 2 ist mit den Naben 64 und 74 über Wälzkörperlager auf axial vorspringende, zylindrische Fortsätze 31 und 39 des im Gehäuse 1 starr eingesetzten Führungsteils 3 gelagert.

In den Zylinderflächen 32 des Führungsteils 3 ist in dem Bereich, wo der Absperring 25 die Zylinderfläche 32 tangiert, eine Dichtleiste 77 angeordnet, die den Ansaugbereich 5,35,37 vom Kompressionsbereich 8,9, 36 des inneren Arbeitsraumes A\ trennt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Rotationskolbenmaschine hoher Drehzahlen und Drücke mit Hub- und Schlupfeingriff, insbesondere Brennkraftmaschine, mit einem feststehenden zylindrischen Gehäuse, bestehend aus zwei Seitenwänden und einem Gehäusemantel, in welchem exzentrisch angeordnet ein sich um seine Achse drehbarer, die Gehäusemantel-Innenwandung tangierender Absperring vorgesehen ist, welcher drehfest über eine innerhalb des Gehäuses befindliche Seitenscheibe mit einer Welle einen Rotor bildend verbunden ist und welcher einen äußeren Arbeitsraum von einem inneren Arbeitsraum trennt, die beide jeweils in Arbeitskammern unterteilt sind von im Absperring radial zur Drehachse des Motors beweglichen Ko'benschiebern, die radial in dichtender Anlage einerseits an der Gehäusemantel-Innenwandung und andererseits an einem zentral zum Gehäuse angeordneten feststehenden zylindrischen Führungsteil gehalten und mittels in der Seitenscheibe befindlicher Führungsnuten radial geführt sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: