DE2337592C3 - Auskleidung für einen Gehäusemantel einer Kreiskolbenmaschine in Epitrochoiden-Bauart - Google Patents
Auskleidung für einen Gehäusemantel einer Kreiskolbenmaschine in Epitrochoiden-BauartInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Auskleidung für einen Gehäusemantel einer Kreiskolbenmaschine in Epitrochoiden-Bauart,
dessen Innenwandung im wesentlichen aus zwei halbkreisförmigen Abschnitten besteht und
mindestens zwei Auskleidungsteile aus Metall aufweist.
Bei derartigen Kreiskolbenmaschinen, wie Motoren, Kompressoren oder Pumpen, ist es bekannt (GB-PS
30 501), eine Auskleidung vorzusehen, die aus zwei Gußteilen besteht, die entlang der größeren Achse des
Gehäusemantels geteilt sind. Die Innenfläche der starren Auskleidungsteile wird zur Ausbildung der
Epitrochoide gefräst und geschliffen, wobei — wie bei Kreiskolbenmaschinen üblich — die tatsächliche Epitrochoide
parallel und innerhalb der Innenfläche der Auskleidung verläuft, d. h. entlang der Spur der
Dichtungsleisten des Kolbens. Um den Übergang an den Stößen möglichst kontinuierlich auszubilden, werden
beide Auskleidungsteile zusammengespannt und in einer Kopierfräsmaschine bearbeitet, deren Werkzeug
genau auf der zu erstellenden epitrochoidenformigfen
Bahn bewegt werden muß. Das Werkzeug ist jeweils entsprechend dem Bearbeitungsfortschritt nachzustellen,
und schließlich ist die Innenkontur zu schleifen. Die beiden zusammengehörenden Auskleidungsteile werden
dann in das Gehäuse eingesetzt, wobei die ebenfalls entlang der größeren Achse geteilten Gehäusehälften
durch Spannschrauben zusammengedrückt werden. Da die aus Gußeisen bestehenden Auskleidungsteile starr
sind, müssen auch ihre Außenflächen sehr genau bearbeitet sein, um eine exakte Anlage an der
entsprechend bearbeiteten Innenwandung der Gehäusehälften zu erzielen.
Eine gleichmäßige Anlage möglichst unter Vorspannung ist nämlich erforderlich, um einen guten Wärmeübergang
von den Auskleidlingsteilen zu dem Gehäusemantel und eine höhere Lauf ruhe zu erreichen. Dies ist
bei der bekannten Anordnung nicht möglich, obgleich der maschinelle und bearbeitungstechnische Aufwand
erheblich ist
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Auskleidung zu schaffen, die schnell und unter Verwendung von einfachem Werkzeug herstellbar
ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei der eingangs näher erläuterten Auskleidung erfindungsgemäß vorge-
schlagen, daß die Auskleidungsteile biegbar sind und die
achsnahen Übergangsabschnitte der epitrochoidenförmigen Innenkontur enthalten oder die achsnahen
Übergangsabschnitte in Form von getrennten Verbindungsstücken gebildet sind, wobei die Übergangsabschnitte
beide Auskleidungsteile an die halbkreisförmigen Abschnitte der Gehäusemantel-Innenwandung
drücken.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die beiden Auskleidungsteile im Bereich der größeren Achse des
Gehäuses durchgehend ausgebildet sind und ihr Stoß im Bereich der kleineren Achse des Gehäuses liegt. In
diesem Bereich sind die nach innen gewölbten Übergangsabschnitte vorgesehen, die die biegbaren,
etwa halbkreisförmigen Auskleidungsteile unter einer genau einstellbaren Vorspannung gegen die Innenwandung
des Gehäusemantels drücken. Die beiden Gehäusehälften haben jeweils einen leicht zu bearbeitenden
halbkreisförmigen Abschnitt, und die endgültige epitrochoidenförmige Innenkontur ergibt sich erst beim
Zusammenschrauben der beiden Gehäusehälften. Dabei legen sich die biegbaren Auskleidungsteile mit einem
Preßsitz gegen die halbkreisförmigen Abschnitte des Gehäusemantels und bewirken so einen optimalen
Wärmeübergang während des Betriebes der Kreiskolbenmaschine und gleichzeitig eine einwandfreie Fixierung
der streifenförmigen Auskleidungsteile innerhalb des Gehäusemantels. Dadurch ist gleichzeitig eine
größere Laufruhe erreicht.
Die Qualität des Festsitzes läßt sich besonders gut
dadurch einstellen, daß die Übergangsabschnitte durch von den Auskleidungsteilen getrennte Verbindungsstükke
gebildet sind.
Durch die Art der Ausbildung der Auskleidungsteile wird ermöglicht, daß diese aus Stahl bestehen und mit
Chrom plattiert sein können.
Besondere Vorteile ergeben sich bei dem Verfahren zur Herstellung des Auskleidungsteils, das erfindungsgemäß
darin besteht, daß ein Metallstreifen etwa halbkreisförmig gebogen und mit seiner Außenfläche in
Anlage an einer Ausnehmung eines Bohrblocks gehalten wird, die eine der epitrochoidenförmigen
Innenkontur der Auskleidungsteile entsprechende Form aufweist, und daß die Innenfläche des eingespannten
Metallstreifens von einem kreisförmig umlaufenden
<■' Werkzeug bearbeitet wird. Im Gegensatz zu den
bekannten, ziemlich aufwendigen Kopierfräsmaschinen bringt die Erfindung den Vorteil, daß das bewegte
Werkzeug auf einer kreisförmigen Bahn umlaufen und
in einfachster Weise radial nachgestellt werden kann, während die ziemlich komplizierte Kontur an dem
feststehenden Bohrblock ausgebildet ist. Die Kontur ist damit stets gleichbleibend und unterliegt keinerlei
Verschleiß, was bei einer Maschine mit bewegten Teilen, wie einer Kopierfräsmaschine, nicht möglich ist
Die gleichen Vorteile ergeben sich auch bei einem anderen Verfahren zur Herstellung des Auskleidungsteils,
bei dem erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß ein Metallstreifen über einen Dorn gebogen wird, dessen
Umfang der epitrochoidenförmigen Innenkontur des Auskleidungsteiles entspricht, und daß die Außenfläche
des Metallstreifens in Anpassung an die halbkreisförmigen Abschnitte der Gehäusemantel-Innenwandung
halbkreisförmig bearbeitet wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht des Gehäuaemantels mit seiner Auskleidung einer Kreiskolbenmaschine,
F i g. 2 einen Auskleidungsteil in Seitenansicht,
Fig.3 einen weiteren Auskleidungsteil in Seitenansicht
Fig.4 einen Bohrblock in Seitenansicht mit einem
eingesetzten Auskleidungsteil gemäß F i g. 2 und
Fig.5 einen Meßblock mit einem fertigen Auskleidungsteil
gemäß F i g. 2.
Fig. 1 zeigt einen Gehäusemantel 10 aus beispielsweise
Gußeisen oder Aluminium für eine Kreiskolben-Brennkraftmaschine, wie einen Wankel-Motoir. mit
einem Arbeitsraum 11, in dem ein nicht dargestellter Kolben mit drei Kanten umläuft. Die Innenwandung des
Arbeitsraumes 11 besteht aus zwei halbkreisförmigen Abschnitten 12, die durch ebene Abschnittte 13
verbunden sind, die tangential an die halbkreisförmigen Abschnitte 12 angepaßt sind. Eine Auskleidung 14 aus
Stahl erstreckt sich entlang der Innenwandung und hat eine epitrochoidenförmige Innenkontur mit zwei nach
innen gewölbten Übergangsabschnitten 16 im Bereich der kleineren Achse des Gehäuses. Die Auskleidung
besteht aus zwei biegbaren Auskleidungsteilen 15. Die Auskleidungsteile 15 erstrecken sich über die halbkreisförmigen
Abschnitte 12 des Gehäusemantels 10, und die beiden Übergangsabschnitte 16 sind an Verbindungsstücken
ausgebildet, die an dem ebenen Abschnitt 13 anliegen. Die Übergangsabschnitte 16 sind zur Vervollständigung
der epitrochoidenförmigen Tnnenkontur zwischen den Auskleidungsteilen 15 angeordnet. Die
Verbindungsstücke sind beispielsweise durch Schrauben an dem Gehäusemantel 10 befestigt. Jedes Verbindungsstück
kann auch durch einen Teil 16a befestigt werden, der in die Rückseite des Verbindungsstücks und den
Gehäusemantel eingesetzt ist, oder das Verbindungsstück selbst kann — wie bei 16Λ angedeutet — in den
Gehäusemantel 10 eingesetzt sein. Die Umfangslänge der Auskleidungsteile 15 ist. vor dem Einbau in den
Gehäusemantel 10 etwas größer als die Umfangslänge der halbkreisförmigen Abschnitte 12, so daß nach dem
Einbau die Auskleidungsstücke 15 mit Preßsitz an den halbkreisförmigen Abschr:i:».; '2 anliegen. Die Stirn-Seiten
des Gehäuses sind durch nicht dargestellte Abschlußplatten verschlossen.
Jeder Auskleidungsteil 15 (F i g. 2) oder 19 (F i g. 3) besteht aus einem Metallstreifen. Ein Zuschnitt des
Streifens wird mit den erforderlichen Abmessungen gebogen und mit seiner Außenfläche in eine halbkreisförmige
Form gepreßt Der Durchmesser der Form ist um einen Betrag größer als der Durchmesser des
Gehäusemantels, der erforderlich ist, um ein ausreichendes Festklemmen bzw. ein freies Spreizen beim Einbau
in den Gehäusemantel zu ermöglichen.
Der Auskleidungsteil 15 wird dann gemäß F i g. 4 in einen Bohrblock 17 eingesetzt und auf seine Umfangsenden
ein Druck aufgebracht, der die Außenfläche des Auskleidungsteils 15 in engen Kontakt mit der
Oberfläche einer Ausnehmung 18 innerhalb des Bohrblocks 17 drückt Die Ausnehmung 18 ist derart
ausgebildet daß nach Bearbeitung der Innenfläche des Auskleidungsteils 15, wobei entweder ein Werkzeug auf
einer kreisförmigen Bahn rotiert oder ein sich in axialer Richtung bewegendes, kreisförmiges Räumwerkzeug
verwendet wird, der Auskleidungsteil 15 die erforderliche Dickenänderung längs seines Umfangs hat, um —
auch wenn er anschließend plattiert wird — auf der Innenfläche die epitrocheidenförmige Kontur zu haben,
wenn er in den Gehäusemantel eingesetzt wird.
Nach dem Entfernen aus dem Bohrblock 17 wird auf der Innenfläche des Auskleidungsteils und ggf. auch an
den Kanten und in etwaigen in diesem vorgesehenen Öffnungen eine Hartchromplattierung angebracht, die
eine Dicke zwischen 0,025 und 0,125 mm haben kann. Der Überzug kann durch ein Präzisions-Streichplattierverfahren
oder — wenn ein dickerer Überzug erforderlicn ist — unter Anwendung eines Plattierverfahrens
aufgebracht werden, bei dem Chrom unter gleichzeitigem Schleifen der Ablagerung aufgebracht
wird. Hierbei kann die fertige Innenfläche der Auskleidungsteile 15 — ggf. mit Ausnahme der
Umfangsenden — erstellt werden. Ein Nachschleifen der in den Gehäusemantel eingesetzten Auskleidung ist
möglich.
Im allgemeinen wird die Dicke der Auskleidung bezüglich der Gehäusemanteldicke so gewählt, daß die
relativen Expansionskoeffizienten und die Temperaturgradienten von der epitrochoidenförmigen Innenkontur
zu der äußeren Oberfläche des Gehäusemantels etwaige nachteilige Auswirkungen auf die Innenkoritur infolge
der Beanspruchungen, einschließlich der thermischen Spannungen, auf ein Minimum reduzieren.
Beim Einbau der Auskleidungsteile 15 und der Übergangsabschnitte 16 in den Gehäusemantel 10
werden die Übergangsabschnitte 16 zuerst an dem Gehäusemantel 10 befestigt, der dann durch Erhitzung
expandiert wird, und/oder die biegbaren Auskleidungsteile 15 können beispielsweise dadurch gekühlt werden,
daß sie in flüssigen Stickstoff getaucht werden. Die Auskleidungsteile 15 werden dann in die halbkreisförmigen
Abschnitte 12 des Gehäusemantels 10 gedrückt. Da die Auskleidungsteile 15 am Umfang eine Überlänge
haben, werden sie und die Übergangsabschnitte 16 beim Kühlen in Umfangsrichtung zusammengedrückt und in
engen Kontakt mit der Innenwandung des Gehäusemantels 10 gebracht.
Der Gehäusemantel 10 kann längs der kleineren Achse A-A oder in Ebenen B-Bparallel zu der kleineren
Achse A-A am Stoß zwischen den Auskleidungsteilen 19 oder den Auskleidungsteilen 15 und den Übergangsabschnitten
16 geteilt sein. Die Teile des Gehäusemantels 10 sind durch Bolzen verbunden. Ein drei- oder
vierteiliger Gehäusemantel hat den Vorteil, daß die halbkreisförmigen Abschnitte 12 durch Schneidwerkzeuge
erstellt werden können, die auf einer Kreisbahn umlaufen.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung des Auskleidungsteils 15 sieht vor, daß ein Metallstreifen über einen
Dorn gebogen wird, dessen Umfang der epitrochoiden-
förmigen Innenkontur der Auskleidungsteile 15 entspricht,
und daß die Außenfläche des Metallstreifens in Anpassung an die halbkreisförmigen Abschnitte 12 der
Gehäusemantel-Innenwandung halbkreisförmig bearbeitet wird. Anschließend kann die Innenkontur mit
Chrom planiert werden. Eine Nachbearbeitung ist hierbei nicht !forderlich, so daß die Hartchromschicht
auf die Innenfläche aufgebracht werden könnte, bevor die Außenfläche bearbeitet wird, d. h. wenn der
Metallstreifen in flacher Form vorliegt, oder nach dem Biegen des Metallstreifens.
Bei Verwendung des Auskleidungsteils 19 gemäß F i g. 3 besteht die gesamte Auskleidung 14 nur aus zwei
Auskleidungsteilen 19, die entlang der kleineren Achse A-A geteilt sind. Jeweils eine Hälfte der Übergangsabschnitte
16 ist hierbei unmittelbar an den Enden der
Auskleidungsteile 19 angeformt, so daß die Teilflächen durch die nach innen gewölbten Übergangsabschnitte
verlaufen.
Die Auskleidungsteile 15 bzw. 19 können auch aus unterschiedlichen Werkstoffen mit jeweils unterschiedlicher
Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, um Umfangsspannungen und thermische Spannungen in der
Auskleidung und dem Gehäusemantel zu reduzieren, die dadurch entstehen, daß die Auskleidung im Bereich der
Zündkerzenöffnung während jeder Zündphase einem Gas mit hoher Temperatur und am Ende einer jeden
Kompressionsphase einem kalten Gasgemisch ausgesetzt ist. Der Gehäusemantel 10 kann mit mindestens
einem umlaufenden Kanal 24 zur Kühlung versehen sein, der sich kontinuierlich oder an unter Abstand
befindlichen Stellen zu der Außenfläche der Auskleidung 14 öffnet. Die Außenfläche der Auskleidung ist
dann gegenüber deren Innenkontur an beiden Seitei des Kühlkanals 24 und an den Stoßstellen zwischen de:
Auskleidungsteilen 15 bzw. 19 durch bekannte Dich tungselemente abgedichtet.
Fig.5 zeigt einen Meßblock 21, in den ein fertige Auskleidungsteil 15 eingesetzt ist, um die Überlänge ai
seinem Umfang zu kontrollieren. Der Auskleidungstei 15 ist in eine öffnung 23 in dem Meßblock 21 eingesetzt
deren Radius gleich dem Radius des halbkreisförmigei
ίο Abschnitts 12 des Gehäusemantels 10 ist, und eint
vorbestimmte Prüflast wirkt auf ein Ende des Ausklei dungsteils 15, dessen anderes Ende an einem Anschlaj
22 anliegt. Bei der Montage wirkt auf die Teilfläche ein größere Kompressionskraft als die von der Prüflas
aufgebrachte Kraft. Da sich die Wanddicke de Auskleidung entlang ihres Umfangs erheblich ändert, is
es notwendig, die Wanddicke an dicht beieinanderlie genden Stellen entlang des Umfangs zu kontrollieren
während der Auskleidungsteil in einem Block ähnlicl dem Meßblock gemäß Fig.5 gehalten wird. Eir
derartiger Block hat zweckmäßigerweise eine größere Bohrung als der Meßblock, so daß die Teilflächen de
Auskleidungsteils mit der Oberseite des Kontrollblock: nahezu bündig abschließen, wenn eine vorbestimmtf
Prüftest aufgebracht wird.
Nach den obigen Ausführungsbeispielen bestehen di< Auskleidungsteile aus einem Stahl-Streifen mit einen
Chromüberzug, doch sind auch folgende Werkstoffe geeignet: Aluminium mit einem harteloxierten Überzug
aus Aluminium; ein Stahl-Streifen, auf den eine Molybdänschicht aufgebracht ist; ein Stahl-Streifen mi
einer Schicht aus austenitischem rostfreiem Stahl; 13°/< Mn-Stahl; nitrierter Stahl.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Auskleidung für einen Gehäusemantel einer Kreiskolbenmaschine in Epitrochoiden-Bauart, dessen
Innenwandung im wesentlichen aus zwei halbkreisförmigen Abschnitten besteht und mindestens
zwei AuskleidungEteile aus Metall aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsteile
(15, 19) biegbar sind und die achsnahen Obergangsabschnitte (16) der epitrochoidenförmigen
Innenkontur enthalten (19) oder die achsnahen Übergangsabschnitte (16) in Form von getrennten
Verbindungsstücken gebildet sind, wobei die Übergangsabschnitte (16) beide Auskleidungsteile (15) an
die halbkreisförmigen Abschnitte (12) der Gehäusemantel-Innenwandung drücken.
2. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auskleidungsteile (15,19) aus Stahl bestehen und mit Chrom plattiert sind.
3. Verfahren zur Herstellung des Auskleidungsteils nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Metallstreifen etwa halbkreisförmig gebogen und mit seiner Außenfläche in
Anlage an einer Ausnehmung (18) eines Bohrblocks (17) gehalten wird, die eine der epitrochoidenförmigen
Innenkontur der Auskleidungsteile (15, 19) entsprechende Form aufweist, und daß die Innenfläche
des eingespannten Metallstreifens von einem kreisförmig umlaufenden Werkzeug bearbeitet wird.
4. Verfahren zur Herstellung des Auskleidungsteils nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Metallstreifen über einen Dorn gebogen wird, dessen Umfang der epitrochoidenförmigen
Innenkontur des Auskleidungsteiles (15, 19) entspricht, und daß die Außenfläche des
Metallstreifens in Anpassung an die halbkreisförmigen Abschnitte (12) der Gehäusemantel-Innenwandung
halbkreisförmig bearbeitet wird.
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