DE2351252A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

PATENTANWALT An W. Akte:

Dipl.-Ing. Wolfgang K. Rauh 1 -421
51 AACHEN

Krefelder Straße 35 · Telefon 36452

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PATENTANMELDUNG

Anmelder: Dipl.-Ing«,, Ulrich Rohs ,

5160 Düren, Raonstrasse 11

Priorität:

Bezeichnung: Werbrennungs kraft maschine

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit
einer, in einem ortsfesten Gehäuse gelagerten, umlaufenden und mit Zylinderbohrungen versehenen Trommel und mit einer hiermit gekuppelten, schrägstehenden Kurbelscheibe, an der die Kolbenstangen von in den Zylinderbohrungen geführten
Kolben angelenkt sind₀

Bei einer derartigen Axialkolbenmaschine wirken erhebliche axiale Gasdruckkräfte auf die Kurbelscheibe und ihre Lagerung. Zugleich muß aber dafür gesorgt werden, daß die Trommel mit ihrer kolbenseitigen Stirnfläche dicht an der Innenseite der Gehäusestirnfläche entlang geführt ist, damit keine Kompressions· Verluste luftreten. Dies ist besonders dann wichtig, wenn
in der Gehäusestirntuand mindestens eine Brennkammer vorgesehen ist, uiobei sich besondere Abdichtungsprobleme ergeben.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Abstützung der Kurbelscheibe gegan die? auftretenden Axialdruckkräfte zu schaffen_f die in der Lage ist, diese Kräfte ohne große Reibungskräfte auch bei hohen Trommeldrehzahlcn aufzunehmen, (Bit dein bisher üblichen Axialdrucklagern war dies nicht nröglicho

Die Erfindung u-ird dsrln gasohcn, daß die Kurbslscheibe auf sinem üblicfrsn Axialdrucklcger ainarseits und Zuiei hintereinander geschalteten, hydraulisch miteinander verbundenen und an eine Druckölquelle angeschlossenen hydrostatischen Axialdrucklagern andererseits gegen die auftratenden Gasdrücke abgestützt iet, wobei nur das rückwärtige hydrostatische Axialdrucklagar einen Steuerspalt zur Steuerung des Öldrucks aufweist jnd das vordere hydrostatisdhe A^ialdrucklager eine hydraulische entlastung für das übliche Axialdrucklager darstellt» Dadurch, daß das übliche Axialdrucklager mtt den vorderen hydrostatischen Axialdrucklager parallel geschaltet ist und dieses seing Entlastung übernimmt, übernehmen beide Lager prinär die auftretenden Axialdruckkräftso

Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, daß die uiirksame Lagerfläche des rückwärtige! hydrostatischen Axialdrucklagers um ein geringes größer ist, als diejenige des vorderen hydrostatischen Axieldrucklagere. Hierdurch wird sichergestellt, daß das normale Axialdrucklager einen bestimmten, wenn auch geringen Anteil der Druckkräfte aufnimmt, so daß tine einuendfreie Anlege der Kurbelecheitie auf der Stellbüchse ge-

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währleistst iet. Die notwendige Steuerung de· vorderen hydrostatischen Axialdrucklegers ergibt sich dabei aus der Flächendifferenz zwischen den beiden hydroatetiechen Axialdrucklegern, von denen das rückwärtige Leger die gesamte Axialdruckkraft aufzunehmen hat.

Wenn beispielsweise des Fllchanverhaltnis 100 * 95 gegeben 1st, nimMt das vordere hydroetetische Axieldruckleger etwe 95 % der aufgewendeten Axialdruckkräfte auf, während das übliche Axialdrucklagsr etwa 5 % der Axialdruckkräfte aufzunehmen hat, wodurch eine glatte Anlage der Kurbelscheibe auf dar Stellbüchse gesichert und die gesamte Axiallagarung statisch bestimmt sind.

Cine zusätzliche Steuerwirkung der hydrostatischen Axialdrucklager wird vorteilhaft dadurch erzielt, daß das rückwärtige hydrostatische Axaildrucklager zusätzlich mit einer hydrostatischen ^x.isldrttckiee>erun* ^q 4er troamalseltigsn . Stirnstits des Gehäuses in hydrsulischer tfirbineung steht und diese mit dem von Steuerepelt eingestellten Öldruck beaufschlagt _o

Eine vorteilhafte Ausführung gemäß dar Erfindung ist dadurch gekennzeichent, daß die Kurbelscheibe auf einer schräg zur geometrischen Mittelachse gebohrten, zylindrischen Stellbüchse, sitzt, daran rückwärtiger Teil elä Stufenflansch ausgebildet ist, wobei die inneren und äußeren Mantelflächen

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der Stellbüchse dee vordere hydrostatische Axieldrucklager bilden und eine weitere Flanschringfläche eine Leger« fläche für ein Übliches Axialdruckleger bildet, dem eine entsprechende Fläche der Kurbelacheibe zugeordnet ist, daß die rückwärtige Stirnseite der Stellbüchse auf einer am GehSuse angeordneten Druckplatte abgestützt ist, deren vordere Stirnseite eine Lagsrfläche ,für das rückwärtige hydrostatische Axialdruckleger bildet und über eine Bohrung mit der Druckölquelle in Verbindung steht, und dafl im Flansch der Stellbüchse mindestens sine Hilfsbohrung vorgesehen ist, die dia beiden hydrostatischen Axieldrucklagor verbindet, so daß der durch einen Steuerspalt am rückwärtigen hydrostatischen Axieldrucklagor eingestellte Öldruck auf das vordere hydrostatische Axialdrucklsger übertragen wird.

Vorteilhaft ist dabei vorgesehen _t daß dia wirksamen Flächen des vorderen und das rückwärtigen hydrostatischan Axialdrucklagers einen u/inkel einschließen, dsv dam Wink el zwischen der geometrischen Mittelachse und der Bohrung der Stellbüchse entspricht.

Eine weitere Auegustältung der Erfindung fae3i;eht darin_p daß an mindestens einen dar hydrostatischen Axialriruckleger'eine Auf fangeinrichtung für Lecköl vorger&i'iün irtc die nit dar Kolbenstangsnlacjerung "in. Leitungsverbindung stsht. Hierdurch Ist es müglich anfüllendes Lacköl unmittelbar zur Kolbenstange abzuleiten, van wc aus oe in bekannter ü/eise als Kii

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dsm Kolben zugeführt wird.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiales gemäß der Zeichnung näher erläutert.

Sie Zeichnung zeigt im Längsschnitt ein zylindrisches Gehäuse mit einem Gehäusedacksl 2,irycJam eine umlaufende Trommel 3 in einem hydrostatischen Axialdrucklager 4 gehalten ist. Die Trommel 3 besitzt auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilte* koaxiale, durchgehende mit LufteinlaSschlitzen 5* versehene Zylinderbohrungen 5, in denen Kolben 6 geführt sind. Die an dan Kolben 6 angreifenden Kolbenstangen 7 sind an einer schrägatehgnden umlaufenden Kurbelscheibe 8 über derßn Umfang gleichmäßig angelsnkt. Dies3 KurbGlscheibe 8 ist mit der Trommel 3 über eine kegelradähnliche Klauenkupplung 41 verbunden. Anstelle einer solchen Kupplung laäre auch ein Kardangelenk ge· eignet.

Im Gehäusedeckel 2, dar zugleich als Zylinderkopf für alle Zylinderbohrungen 5 diont, befinden sich eins Abgasleitung 9 sowie eine einziga,vors allen Zylinderbohrungen nacheinander beaufschlagbare Brennkammer 10 mit einer geeigneten Kraftstoff zuleitung 11, dia.nur schanktisch ale Pfeil dargestellt ist.

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Die Kurbcischeibs 8 waist sine konzentrische Bohrung 12 auf, deren rückwärtiges Ende eine konzentrische Ausnehmung 13 aufweist ο Die Bohrung 12 und dia Ausnehmung-13 bilden mit ihnen

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zugeordneten fllantelflächen 42,1B der Stellbüchse 14 hydrodyneaischs Gleitlager unterschiedlichen Durchmessers, wobei die entstehende Ringfläche die wirksame Stützfläche des vorderen hydrostatischen Legers 32 bildet. U/aiterhin bildet eine Flanschstirnseita 17 der Kurbelscheibs 8 und eins Plenschstirnseite 19 der Stallbüchse 14 ein übliches Axialdrucklager

Die Stellbüchse 14, daren geometrische Mittelachse 20 mit der ffiittalachae 21 der Trommel einen bestimmten spitzen Winkel &. einschließt, besitzt aine zu ihrer Mittelachse 20 geneigte Achsbahrung 22, deren geometrische Achse 23 durch den Schnittpunkt der fflittelachsei 20 und 21 geht und mit der Mittelachse 20 der Stellbüchse 14 einan Winkel ß sinschlieGt.

Das rückwärtige Ende der Stellbüchsa 14 ist rechtwinklig zur Achsbohrung 22 abgeschnitten und bildet eine Lagerflache 24, die mit einer entsprechenden ringförmigen Lagarflächo 25 einer im Gehäuse 1 bef&stigsn Druckplatts 26 ein hydrostatisches Lager 33 mit einem Stauerspalt 16 bildet. Das hydrostatische Axialdrucklager 33 staht über eine Bohrung 27 mit einer Druckölleitung 2$ in Verbindung, die ihrerseits mit einer Ölpumpe 29 und einer zun Axiäldrucklager 4 führenden Druck-Ölleitung 30 verbunds.1 ist, titobei der erforderliche Öldruck durch den Steuerspalt 16 eingestellt u/ird.

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Im: Flansch 15 dar Stellbüßhse 14 sind Hilfebohrungen 31 vorgesehen, die dia hydrostatischen Axialdruckieger 32»33 mit* einander verbinden«,

Die Stsilbüebse 14 sitzt auf eingn -Ashs^apfen 35, der die Stallbüehse 14 unter einem Winkel P durchzieht und dessen vorderes Ende einen abgeknickten ZspfCnteii 36 aufmeist₍ der in ein© Bohrung der Trommeluielle' 3? hineinregt· Der rück» wärtige Teil dar -Kurbeleehslb© β-let-von einen; ringförmigen Gehäuse 38 umgeben, des übsr-i©§?£unfi®n 39- Mit den KSpfon ■· 40 der Kolbenstangen ? in tfsrbindusig steht«, In dan hohlen' Kolbenstangen, 7 wird anfallendes tscköl. aus dein hydrostatischen Lager 32 und aus dem AxialdruGklsger 34 döh Kolben als Kühlmittel zugeführt·

Die uiiedergagebene Ksnetruktion gestattet as, die Stellbüchee in Abhängigkeit valm Brennkamrasrdruck gy veretellen und hierdurch untsrschiedlichQ Lastzustände herbeizuführen.

Der Brennkammsrdruck ist proportional der Axialkraft, die itn Axialdrucklagar aufgenommen warden muß, denn der Ufert Kolbenfläche χ Brennkammerdruck entspricht der Axialdruck» kraft. Diese ist wiederum proportional den Öldruck, der sich im hydrostatischen System aufbeut« denn die utirkeem· fläche eines hydrostatischen Axialdruekiagere χ dem Öldruck ent*· spricht den. aufzunehmanden Axialdruckkräftan«,

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Im vorliegenden Γείΐ sind zuei hintereinander geschaltete hydrostatische Axialdrucklagar 32, 33 vorqbsahen, mobei die Fläche düS hydrostatischen Aitialdrucklagers 33 u>n ein geringes maß größer ist als die Lagnrf i".'cha ü:>s hydrostatischen Axialdrucklagers 32 und z.üSt etwa im Verhältnis 1CO : 95, Hierdurch uiird es ermöglicht, daC3 die Hydrostatik 95 [A uax aufgewandten Axiaiciruckkräfie übernimmt, während 5 % der Axialdruckkräfta von iiar> normalen Axialdrucklager 34 aufgenommen uarden. Hierdurch wird aine eindeutige Anlege zwischen der Stellbüchse 14 und der Kurtelscheibe θ erzielte

Beim Anfahren des Rotor· ist naturgemäQ noch nicht der volle Öldruck vorhandene In diesem Falle übernimmt des normale Axieldrucklager 34 zuriachst di· gesamten aufgetuendeten Axialdruckkraft«. Diese uerden dann bei zunehmendem Aufbau das hydrostatischen Druckes sbcsbaut.

Di· Hintereinanderschaltung der beiden hydrostatischen Axialdruckleger erfolgt durch die angegebene Hilfsbohrung 31.

Wen kann normal übliche Lager, sei es Wälzlager oder Gleit-Xeger nomelertteise nicht mit hydroststiechen Lagern parallel schelten, da letztere eine sehr viel höhere Lagersteiflgkeit aufweisen. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung allerdinge möglich. Hier kenn nämlich das normale Axieldrucklager und dae hydrostatische Axioldrucklagar 32 gemeinsam die aufgewendete Axialdruckkraft aufnehmen. Dies liegt in erster Li lie

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an darn Steuerspalt zwischen den Lagerflächen d'-;s hydrostatischen Axialdrucklagers 33 urd an der Tatsache, daß im hydrostatischen Axialdrucklager 32 nur eine ungesteuarta Entlastung vorhanden ist. Dia umgesteuerte Entlastung u>ürde aber ein indifferent·· t23s.lcligeu»icht bedeuten, ωεηη das hydrostatische Lager die gesamte Axialdruckkraft aufnehmen rnüOte. Durch den konstruktiven Kunstgriff, daO das hydrostatische Lager nur einen, uienn auch bedeutenden Anteil der onFallendEn Axialdruckkräfte zu tragen hat, nämlich 95 bis 97 %_t uas durcn die unterschiedliche Lagerflächeng;rül?e herbsigf.fuhrt uird, wird nun eine echte Parallelschaltung zwischen den hydrostatischen Axialdrucklager 32 und dem normalen Axialdruoklage? 34 herbeigeführte

Oa auf den Zylinderkopf des vorliegenden Axialkolbenmotor

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sehr große Axialdruckkräfte einwirken, die einfach vom D ichtungssystem har große Rsaxtionokrafte bewirken.ist es möglich, am ^ylindarkopf ebenTalls eine hydrostatische Entlastung vorzusehen, d.'.s über die Leitung 30 mit der hydrostatischen Axialdruck .agerung 32,33 in Verbindung gebracht ' uiirdo

Die erfindungsgemä3s Ixieldrucklagerung dar Trommel ist insbesondere auch bei hohen Trommeldrehzahlen einwandfrei und erfolgt mit einem RIi η im um an Reibungskräften» Infolgedessen wird auch seitens der Lagerung zu einem hohen Wirkungsgrad des beschriebenen Motors beigetragen»

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Claims (1)

1. Patentanspruch*

   M.j VerbrenntmgeJcreftvaechin* mit einer, in sin·· ertefeaten Cehiusa gelagerten, unleufenden und «it Zylinderbohrungen virtihintn Troawel und «it einer hiermit gekuppelten, schrägetehenden Kurbelacheibe, en der die Kolbenstangen von in den Zylinderbohrungen geführten Kolben engelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbeiecheibe (8) auf einem üblichen Axialdruckleger (34) einerseits und auf ζωβΐ hintereinander geschalteten* hydrauliech miteinander verbundenen und en minrn DrucköltfiMlie (2*) enge»echlo«»anen hydroetatIschen Axieldrucklagtra <32_t33) andererseits gegen die auftretenden Geedrücke ehgeetützt iet, wobei nur des rück« u/ärtige hydroetetieche Axieldruckleger (33) einen Steuerspalt (16) zur Steuerung das Öldruekae aufweist, und das vordere hydrostatische Axieldruckleger (33) eine hydraulische Entlastung für dee Übliche Axieldruekleger (34) darstellt.

   2. Verbrannungekreftaaschine nach Anepruch 1, dadurch geken.nzei chnet, daß die u/irksame Legerfläche dse rückwärtigen hydrostatischen Axialdrucklager (33) u· ein ßaringee größer let, els diejenige des vorderen hydrostatischen Axialdrucklagers (32).

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   3. Verbrennung^reftneechiη« nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, deft äse Flächenverhiltnis des rückwärtigen zu« vorderen hydroetatiechen Axieldrucklager« (33,32) et»a 100 ι 95 beträgt.

   4ο Verbrennungskraftmaschine nach einem der Aneprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelscheibe (8) auf einer schräg zur geowetriachen Mittelachse (20) gebohrten ,zylindrischen Stellbüchee (14) sitzt, deren rückwärtiger Teil als Stufenflansch (15) auegebildet ist, wobei die inneren und äußeren fflantelfächen (42 j18) der Stellbüchee (14), die zugleich die hydrodynamischen Rediellager der Kurbelecheibe (8) bilden können, des . vordere hydrostatische Axialdrucklager (32) und eine weitere Flanachringflache (If) ein· Legerfliehe für ein üblichee Axieldrucklager (34) bilden, dem eine entsprechende Flüche (17) dar Kurbelecheibe (8) zugeordnet iet, daß die ruckeartige Stirneeite (34) der Stelibüch·· (14) euf einer an Gehluse (1) angeordneten Druckplatte (26) ebfaatütxt iet, deren vordere Stirneeite (2i) »inmLedertlache für dee rückwärtige hydroatetiache Axialdrucklager (33) bildet und Ober eine Bohrung (2?) «it der Druckölquelle (28,29,30) in Verbindung steht,ur?d daQ im Flansch (15) der Stellbüchee (14) mindestens eine Hilfebohrung (31) vorgesehen ist, die die beiden hydrostatischen Axieldrucklager (33,32) verbindet, so daß ein durch einen Steuerapalt (16) am rück-

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   taärtiijsn iv/rJi-nscc.* isuben Γ...ί.ζ-.Cr^c?.).οο.ίχ· (33) oinrjf-stelltor Öldruck ευί' oos v-U-tiare iiyttvost;ti.ncJi3 Axioldrucklagor (-2) LQQn wird.

   5, VorbrsnnungcUraftnciichinc nach einen d*?r Ansprüchn 1 bis 4_f dadurch g j Ic q ii η 2 a i c h π e t. de3 dds rüc^::- . j ü r c j. Q fj Ii y d ι τ er t..: t '·. 3 ζ !ι j Λ xidldruc ίί 1 ii π ·ν *· (33) zusätzlich mit cinsr hydt-osh^tiechun Axiöldrucklogcirung (4) -an der -rorninolaiiitigcn Stirnseii-Ξ (2) dv-s Uvhl-.us3S ("<} .ia {lydrijulischör l/srblnDtrns (20^ steht, und iJiüao mit dern vora Steuer-Spelt (16) ainüGOwBlZtun Öldruck beaufschlagt.

   δ» Verbrennunaskrcrtinacchins nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Flüchon des vorderen und des rücku'ärtigsn hydrostatischen Axialdruckiagers (32,33) einen Winkel einschließen, der den U/inkol (ß) der geomatrischsn Hlittölachso (20) und der Bohrung (22) der Stelibüchse (U) entspricht«

   7. Vgrbrennungskraftnisschine nach einen] der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichna-t, daß an mindestens einem der hydrostatischen Axialdrucklsgor (32,33) eine Auf-Pantjeinrichtung (38) für Lacköl vorgesehen ist, die mit den Kolbenstangen (7) in Leitungsvarbindung (39) steht .

   Für Diplp-^Ql. Uljfich Rohe 1

   K_t Rauh &Λ/ T A N'lÜ ALT

   BAD OBIGlNAL