DE2134565C3 - Kreiskolbenartige Umlaufkolbenmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine kreiskolbenartige Umlaufkolbenmaschine mit Kreiseingriff zwischen einem Kolben und einem von Seitenteilen begrenzten Gehäusemantel sowie mit Hubeingriff zwischen dem Gehäusemantel und am Kolben angeordneten Absperr-Schiebern, die in im Gehäusemantel bzw. in den Seitenteilen in gleichen Abständen befindlichen Schlitzen bzw. Aussparungen radial geführt sind, den Kolben seitlich übergreifen und mit Fortsätzen in in den Kolbenstirnwänden sich in Umfangsrichtung erstrekkenden Ausnehmungen geführt sind.

Eine derartige Umlaufkolbenmaschine ist aus der US-PS 22 95 117 bekannt.

Bei der bekannten Maschine ist durch die an den Absperrschiebern vorgesehenen achsparallelen Fortsätze, die sich in die in den Kolbenstirnwänden sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ausnehmungen befinden, eine Halterung der Absperrschieber am Kolben gegeben. Somit ist bereits eine formschlüssige Verbindung zwischen Absperrschiebern und Kolben vornanden. die eine bessere Anlage der Dichtungsfläche des Absperrschiebers an der Dichtungsfläche des Kolbens gewährleistet.

Nachteilig ist bei dieser Bauart jedoch, daß die Umfangsfläche des Kolbens der bekannten Maschine jedoch eine Kreisfläche ist, so daß sich die Winkellage der Absperrschieber bei umlaufendem Kolben ständig ändert, und zwar derart, daß der Absperrschieber gegenüber einer der Lotrechten auf die Tangente an der Kreisfläche entsprechenden Lage sowohl vor- als auch zurückschwenkt. Daraus ergibt sich, daß praktisch eine Dichtungsfläche zwischen dem Absperrschieber und der Umfangsfläche des Kolbens nicht möglich ist, daß vielmehr praktisch lediglich eine Berührungslinie vorhanden sein kann. Hinzukommt, daß infolge der kreisförmigen Umfangsfläche des Kolbens auch die sich in den Kolbenstirnwänden in Umfangsrichtung erstrekkenden Ausnehmungen entsprechend kreisbogenförmig gefertigt werden müßten, und zwar extrem genau, um überhaupt das Vorhandensein einer Berührung zwisehen dem Absperrschieber und der Umfangsfiäche des Kolbens während der Relativbewegung zwischen AbsDerrschieber und Kolben zu gewährleisten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine kreiskolbenartige Umlaufkolbenmaschine der eingangs genannten Bauart zu schaffen, bei welcher einerseits die Halterung des Absperrschiebers am Kolben und andererseits die Abdichtung zwischen diesen beiden Teilen ganz wesentlich verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Ausnehmungen senkrecht zur Hubrichtung der Absperrschieber geradlinig erstrecken und die Umfangsfläche des Kolbens in eine Mehrzahl ebener Abschnitte aufgeteilt ist, derart, daß den Ausnehmungen jeweils eines Absperrschiebers ein ebener Kolbenabschnitt parallel zugeordnet ist.

In diesem Zusammenhang wird auf das Buch »Einteilung der Rotationskolbenmaschinen« von F. Wankel, Einteilungsblatt 10, Zeile VIl, Spalte 13, hingewiesen.

Auf folgende Vorteile wird hingewiesen:

1. Es besteht keine Berührung zwischen den peripheren Oberflächen des Kolbens und den Arbeitskammern, so daß keine exakte Bearbeitung dieser Oberflächen erforderlich ist und darüber hinaus keinerlei Verschleißerscheinungen zu verzeichnen sind.

2. Der an den Absperrschiebern jeweils wirksame Druckunterschied zweier benachbarter Arbeitskammern ist in jedem Augenblick der Arbeitsperiode, verglichen mit anderen Maschinen der gleichen Art, gering. Die maximale Druckdifferenz wird erreicht, wenn sich der Absperrschieber in seiner zurückgezogensten Stellung befindet, d. h. in einer solchen, in der der kleinstmögliche Oberflächenbereich des Absperrschiebers der Druckdifferenz ausgesetzt ist.

3. Diejenigen Oberflächenabschnitte der Absperrschieber, die sich in Verschleißkontakt mit dem Kolben oder dem Gehäusemantel befinden, können bei der erfindungsgcrnäßen Ausführungsform flach ausgebildet sein, wobei die Gleichmäßigkeit dieser Oberflächen keinerlei Rückwirkung auf ihre Funktionsweise hat. Die ebenen Oberflächen sind darüber hinaus besonders vorteilhaft in bezug auf die Abdichtung, da hierfür nur flache Dichtungsstreifen erforüei !ich sind.

4. Die Schmierung und Kühlung der Absperrschieber kann auf einfache Weise bewirkt werden, indem der Absperrschieber in öl eintaucht, wenn sich dieser in seiner zurückgezogenen Stellung befindet, wobei im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Absperrschiebers dann außerhalb der Arbeitskammer liegt.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei das gezeigte Ausführungsbeispiel sich auf eine Brennkraftmaschine bezieht. Das dargestellte Beispiel zeigt eine Zwei-Takt-Maschine, wobei es selbstverständlich durch Verwen dung geeigneter Ventilmechanismen möglich ist, diesf Maschine als Vier-Takt-Motor arbeiten zu lassen. Aud sind entsprechend weitere Abänderungen dieses Aus führungsbeispiels möglich, so daß die Maschine ζ. Β auch als Hydraulikmotor arbeiten kann.

Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Mittelebene eine Umlaufkolbenmaschine,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht, wobei di Seitenteile aus Gründen einer besseren Übersichtlich keit entfernt worden sind,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung entsprechen

F i g. 2, wobei auch der Absperrschieber und der Kolben entfernt worden sind,

F i g. 4 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil des Gehäusemantels des Kolbens zur Verdeutlichung der Dichtungsartordnung für eineu Absperrschieber. s

Die Umlaufkolbenmaschine besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäusering 10, sich gegenüberliegenden Abdeckplatten U, 11a, die mitteis Bolzen 12 entlang ihrer Peripherie an dem Gehäusering 10 befestigt sind. Lagerungen 15 sind innerhalb der Abdeckplatten II, 11a angeordnet und nehmen eine Exzenterwelle 16 drehbar auf, die koaxial zu dem Gehäusering iO umlaufen kann.

Innerhalb des Gehäusemantels 9 sind sechs bogenförmige, periphere Arbeitskammern 18 angeordnet, die, zusammen einen Ringraum bildend, koaxial zu der Welle 16 liegen. Der Gehäusemantel 9 weist Hohlräume 19 für Kühlwasser auf. Die Bogenlänge der einzelnen Arbeitskammern 18 ist derart, daß sie zusammengefaßt unter Berücksichtigung der zwischen ihnen liegenden Absperrschieber 70 einen vollen Kreisbogen ergeben. Die Schlitze 20 im Gehäusemantel 9 erstrecken sich über das volle axiale und radiale Ausmaß des Gehäusemantels 9 und liegen damit radial zu der Exzenterwelle. Die im Ausführungsbeispiel gegebenen sechs Arbeitskammern geben zusammen eine radial innere Oberfläche von im wesentlichen sechseckiger Form vor, wobei die Ecken des Sechseckes des Kolbens 43 durch Bogenflächen in entsprechender Weise abgerundet sind, welche stufenlos in die angrenzenden ebenen Abschnitte 4b übergehen.

In Verbindung mit jedem der Arbeitskammern IS stehen zwei gegenüberliegende Seitenteile 24,25, wobei sich diese von dem Gehäusering 10 bis in die Nähe der Exzenterwelle 16 erstrecken (F i g. 1). Die Seitenteile 24, 25 bestimmen darüber hinaus zwischen den angrenzenden radialen Flächen radiale Aussparungen 27, welche mit den Schlitzen 20 übereinstimmen. Die äußere Umfangskante 28 der Seitenteile 24, 25 wird von der Nut 29 im Gehäusering 10 aufgenommen. Gehalten wird diese derart zusammengefügte Anordnung mittels der Bolzen 12, die durch fluchtend zueinander liegende Lochungen hindurchgeführt sind (s. hierzu Fig. 1), sowie auch durch den Dübel 31.

In der Innenwandung des Gehäusemantels 9 sind Verbrennungskammern 35 vorgesehen (Fig.2, 3), in welche durch öffnungen 36, die mit jeweils einer der Kammern kommunizieren, eine Zündkerze eingeschraubt ist. Mit jeder öffnung 36 für eine Zündkerze steht eine Buchse 37 in Verbindung, die zwischen dem Gehäusemantel 9 und dem Gehäusering 10 liegt und eine Zuführung für die Zündkerze umschließt.

Auf der Exzenterwelle 16 ist der Kolben 40, der auf dem Exzenter 17 der Exzenterwelle befestigt ist. Diese Befestigung über die Halterungen 21 ermöglicht eine relative Drehung zwischen dem Kolben und dem Exzenter. Der Kolben 40 besitzt einen peripheren Ring 42 und mit diesem aus einem Stück bestehende Seitenplatten 43. In jeder Seitenplatte sind im gleichen Abstand zueinander sechs Ausnehmungen 45 vorgesehen. Die Ausnehmungen 45 in jeder Seitenplatte bilden ein Sechseck, dessen Achse konzentrisch mit derjenigen des Exzenters 17 der Exzenterwelle 16 liegt. Übereinstimmende Ausnehmungen 45 sind in den zugehörigen Seitenplatten 43 in axialer Richtung fluchtend hierzu vorgesehen.

Die drei Zapfen 50 werden in Lagern 52 gehalten, die in der Abdeckplatte 11 in gleichen Abständen zueinander um die Achse dei Exzenterwelle 56 verteilt sind und in Lochungen 51 in der Seitenplatte 43 des Kolbens 40 eingreifen. Der Hub der Zapfen 50 in entsprechend der Exzenterwelle gewählt, so daß dann, wenn sich diese dreht, dtr Kolben eine Kreisbahn durchläuft. In entsprechenden Nuten 61 ist innerhalb jeder Seitenplatte des Kolbens ein runder Abdichtungsring 60 eingebracht, der gegen die Seitenteile gedrückt wird. Der hierfür erforderliche Druck wird von zugehörigen Federstreifen unter den Abdichtungsringen aufgebracht. Die Exzenterwelle 16 ist von zweiteiliger Bauweise. Das Gegengewicht 32 besitzt ein mit diesem aus einem Stück bestehenden zylindrischen Befestigungsabschnitt 33, der drehbar von dem Drucklager 26 auf den zugehörigen Seitenplatten des Kolbens aufgenommen ist. Das Gegengewicht liegt diametral gegenüber dem Exzenter 17 der Exzenterwelle 16 und dreht sich zusammen mit der Exzenterwelle über den Zapfen 93, der in den Spalt 94 innerhalb des Gegengewichtes eingreift. Das Gegengewicht besteht aus Bronze bzw. Rotguß, so daß Lagerbuchsen nicht erforderlich sind. Diese Anordnung des Gegengewichtes ermöglicht sowohl ein statisches als auch dynamisches Gleichgewicht. Die Absperrschieber 70 sind im wesentlichen rechteckig und innerhalb der Schlitze 20 und Aussparungen 27 in radialer Richtung gegenüber der Exzenterwelle 16 gleitend gelagert. Jeder Absperrschieber 70 ist mit dem Kolben 40 über zwei Schenkel 72 verbunden, die sich entlang jeder radialen Kante des Absperrschiebers erstrecken und die an dem Absperrschieber mittels Fortsätzen befestigt sind. Ein seitlich hervorstehender Stift 76 am inneren Ende jedes Schenkels wird von einem Gleitstück 92 aufgenommen, welches gleitend in die zugehörigen Ausnehmungen 45 jeder Seitenplatte des Kolbens 40 eingreift, so daß die Absperrschieber hin- und herbewegbar sind, und zwar entsprechend der Kreisbewegung des Kolbens 40. Die Dichtung 73 innerhalb der Ausnehmung 75 in der radialen inneren Kante des Absperrschiebers steht in Eingriff mit der äußeren Umfangsfläche des Kolbens (F i g. 4). Der Federstreifen 62 unterhalb der Dichtung 73 hält letzteren ständig in Eingriff mit der Kolbenumfangsfläche. Die Abschnitte 46 der Umfangsfläche des Kolbens, entlang welcher sich die entsprechenden Absperrschieber bewegen, sind eben ausgebildet und liegen parallel zu den zugehörigen Ausnehmungen 45 in den Seitenplatten des Kolbens. Die Oberfläche des Kolbens 40 ist im wesentlichen von einer sechseckigen Form, wobei die Umfangskanten abgerundet sind.

Die Dichtelemente 77 und die hiermit verbundenen Federstreifen 78 (Fig.4) liegen innerhalb der radial verlaufenden Nut 79 in jeder seitlichen Fläche jedes Absperrschiebers, und zwar angrenzend an das jeweilige Ende hiervon. Die Dichtelemente 77 stehen in Eingriff mit den Wandungen der radial verlaufenden Aussparungen 27 in den Seitenteilen 24,25.

Weitere Dichtelemente 80 und hiermit verbundene Federstreifen 81 sind in Nuten 82 innerhalb der Schlitze 20 des Gehäusemantels 10 vorgesehen und stehen ir Eingriff mit den gegenüberliegenden Seitenflächer jedes Absperrschiebers.

Die vorbeschriebene Ausbildungsform besteht somi aus sechs Arbeitskammern, die durch die Seitenteile 2> und 25, die Absperrschieber 70 und den Kolben 41 vorgegeben sind. Während jeder vollständigen Period' einer Umlaufbewegung des Kolbens 40 durchläuft da Volumen jeder Kammer einen vollständigen Zyklui wobei es von einer minimalen über eine maximal

zurück zu der minimalen Größe verändert wird. Somit wird im Zusammenhang mit den Zeichnungen verständlich, daß dann, wenn ein Druckmedium folgerichtig in jede der Kammern eingebracht wird, und zwar dann, wenn die Kammer ihr minimales Volumen aufweist oder sich in der Nähe dieses minimalen Volumens befindet, eine Kraft auf den jeweiligen Abschnitt 46 des Kolbens 40 der Kammer ausgeübt wird, die resultierend die Kreisbewegung des Kolbens 40 hervorruft, wodurch sich die Exzenterwelle 16 dreht.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf weitere Einzelheiten des in den Zeichnungen näher dargestellten Aufbaues der Maschine, und zwar insbesondere in Anwendung auf eine Verbrennungskraftmaschine, wobei jedoch ohne weiteres bei entsprechender Abwandlung auch andere Kraftquellen in Anwendung gebracht werden können, beispielsweise Dampf ohne hydraulische Druckmittel und dergleichen.

Wie ersichtlich, verlaufen die Einlasse 85 durch die Abdeckplatte 11 und das zugehörige Seitenteil 24 zu den Arbeitskammern. Die Einlasse 85 werden durch den Kolben 40 während dessen Kreisbewegung geöffnet und geschlossen. In gleicher Weise werden die Auslässe 88, die innerhalb der gegenüberliegenden Abdeckplatte Ha und des Seitenteils 25 angeordnet sind, mittels des Kolbens 40 geöffnet und geschlossen. In diesem Zusammenhang ist wesentlich, daß drei Einlasse 85 in der Nähe der Lager 52, welche die Zapfen 50 aufnehmen, angeordnet sind. Jeder der Einlasse 85 steht in Verbindung mit einem Einlaßrohr 90 und alle Auslässe 88 stehen gemeinsam in Verbindung mit dem Auslaßrohr 91.

Diese Anordnung der Auslässe und Einlasse ermöglicht den Betrieb der Maschine nach dem Prinzip eines Zweitakters.

Da eine Zweitakt-Anordnung keinerlei Ansaugmöglichkeit der Mischung in die Kammer vorsieht, ist ein geeignetes, nicht dargestelltes Gebläse zur Einbringung der Mischung in das Einlaßrohr 90 vorgesehen, das in Verbindung mit jedem der Einlasse 85 steht. Das Gebläse kann mit der Exzenterwelle 16 angetrieben werden, es ist jedoch auch möglich, ein Turbo-Gebläse zu verwenden, welches mittels der Austrittsgase oder dergleichen angetrieben wird. Der Brennstoff kann über einen herkömmlichen Vergaser oder mittels eines Brennstoff-Einspritzsystems von an sich bekannter Art zugeführt werden. Es ist jedoch durchaus möglich, die Maschine auch nach dem Diesel-Prinzip zu betreiben, und zwar entweder als Zweitakter oder als Viertakter.

Wenn die Maschine als Viertakter betrieben wird, können die Einlasse und Auslässe in der bogenförmigen peripheren Innenwandung des Gehäusemantels 9 mit

ίο mechanischen oder in anderer Weise betätigten, jeder Kammer zugeordneten Ventilen zur Steuerung der Zuführung und Ausbringung jeder Füllung versehen werden.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der erfindungsgemä-

Ben Maschine besteht darin, daß die Volumenzunahme für jede Kammer, verglichen mit der Drehbewegung der Exzenterwelle, nicht gleichmäßig erfolgt, wobei die Zunahme anfänglich verhältnismäßig hoch ist. In der in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Maschine wird

das Volumen jeder Kammer um ungefähr 68% des maximalen Volumens während der ersten 90° der Umdrehung der Exzenterwelle 16 vergrößert (und zwar vom oberen Totpunkt). Hieraus ergibt sich ein hohes Drehmoment bei geringer Umdrehungszahl. Die in den

Zeichnungen dargestellte Maschine ist mit Einfassungen für herkömmliche Zündkerzen versehen. Für den Fall, daß der Motor nach dem Dieselprinzip arbeitet, muß anstelle der Zündkerzen eine geeignete Einspritzvorrichtung vorgesehen werden.

Um die Belastung an den Verbindungen zwischen den Absperrschiebern und dem in einer Kreisbahn umlaufenden Kolben entlang dessen Sohlenbahn herabzusetzen, kann zwischen dem Gehäusering 10 und dem Gehäusemantel 9 eine Flüssigkeitsfüllung, etwa öl.

eingebracht werden. Wenn die Absperrschieber durch die kreisende Bewegung des Kolbens radial nach außen bewegt werden, wird das öl zufolge dieser Absperrschieberbewegung von dieser Stelle weggedrückt, wodurch sich die anderen Absperrschieber radial nach

innen bewegen, so daß hierdurch die nach innen gerichtete, durch den Kolben vorgegebene Kraft auf die sich radial nach innen bewegenden Absperrschieber herabgesetzt ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patenianspruch:

   Kreiskolbenartige Umlaufkolbenmaschine mit Kreiseingriff zwischen einem Kolben und einem von Seitenteilen begrenzten Gehäusemantel suwie mit Hubeingriff zwischen dem Gehäusemantel und am Kolben angeordneten Absperrschiebern, die in im Gehäusemantel bzw. in den Seitenteilen in gleichen Abständen befindlichen Schlitzen bzw. Aussparungen radial geführt sind, den Kolben seitlich übergreifen und mit Fortsätzen in in den Kolbenstirnwänden sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ausnehmungen geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen (45) senkrecht zur Hubrichtung der Absperrschieber (70) geradlinig erstrecken und die Umfangsfläche des Kolbens (43) in eine Mehrzahl ebener Abschnitte (46) aufgeteilt ist, derart, daß den Ausnehmungen (45) jeweils eines Absperrschiebers (70) ein ebener Kolbenabschnitt parallel zugeordnet ist.