DE2506371C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Brennkraftma­ schine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung erlaubt die Verbindung von modul­ artigen Maschinenteilen zu einer Maschine größerer Lei­ stung. Sie findet bevorzugt bei Außenbordmotoren für Wasser­ fahrzeuge Verwendung.

Durch die FR-PS 14 17 022 ist bereits eine Rotationskolben- Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Art bekannt, bei der zwei an sich autonome Maschinen­ einheiten miteinander zu einer Gesamt-Brennkraftmaschine ver­ einigt sind. Jede der Maschineneinheiten weist einen zuge­ ordneten Exzenterwellenabschnitt auf, die miteinander dreh­ gekoppelt sind. Dadurch werden die Drehmomente der beiden Maschineneinheiten zusammengefaßt und sind an einem Ende der Gesamt-Exzenterwelle abnehmbar. Die bekannte Maschine ist jedoch nicht ohne weiteres für Aufgaben einsetzbar, bei denen auf die Kurbelwelle eine Axialkraft wirkt, beispiels­ weise verursacht durch das Eigengewicht der Exzenterwellen­ abschnitte und der damit verbundenen Rotoren bei vertika­ lem Einbau der Maschine, da axiale Abstützungen der Exzen­ terwellenabschnitte fehlen.

Durch die CH-Z "Schweizerische Bauzeitung", Heft 2, vom 11. Januar 1968, Seiten 25 bis 29 ist zwar bereits ein Kreis­ kolbenmotor bekannt, bei dem die Exzenterwelle durch ein Axiallager abgestützt ist. Hierbei handelt es sich jedoch um einen Einscheibenläufer-Motor. Ein Zusammenkoppeln von zwei derartigen Maschineneinheiten würde wegen der getrennten axialen Abstützung der beiden Exzenterwellenabschnitten be­ züglich der Axiallagerung zu einer statischen Unbestimmt­ heit führen, wenn nicht im Bereich der Exzenterwellenkupp­ lung jede Übertragung von Axialkräften konstruktiv ausge­ schlossen würde.

Durch die DE-OS 19 17 635 ist eine Rotationskolben-Brenn­ kraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art bekannt, bei der die Exzenterwellenabschnitte über eine Stirnverzahnung miteinander drehgekoppelt und mittels eines inneren Differentialbolzen auch axial miteinander verbunden sind, so daß diese Kupplung Axialkräfte übertragen kann. Diese Kupplungskonstruktion ermöglicht prinzipiell eine Ab­ stützung der Gesamt-Exzenterwelle durch ein Axiallager, jedoch ist ein derartiges Axiallager nicht vorgesehen. Die axia­ le Verbindung der beiden Exzenterwellenabschnitte dient viel­ mehr zur Aufnahme "innerer" Axialkräfte, die durch die Schrägflanken der Stirnverzahnung bei Übertragung eines Dreh­ momentes erzeugt werden und die Exzenterwellenabschnitte auseinanderdrücken wollen. Davon abgesehen ist die gesamte Kupplungsanordnung baulich und montagetechnisch sehr auf­ wendig, da der Differentialbolzen nach dem Zusammenbau der Gehäuseblöcke gespannt werden muß, so daß der Kupplungsbe­ reich zugänglich sein muß.

Durch die US-PS 32 79 279 ist eine Rotationskolben-Brenn­ kraftmaschine mit mehreren hintereinander angeordneten Ma­ schineneinheiten und zugeordneten Exzenterwellenabschnitten bekannt. Dabei werden alle Exzenterwellenabschnitte über Stirnverzahnungen miteinander drehgekoppelt und über einen zentralen Spannbolzen axial miteinander verspannt. Auch die­ se Anordnung ist baulich und montagetechnisch sehr aufwen­ dig, da nach dem Zusammenbau der Gehäuseblöcke noch ein Monta­ gevorgang für die axiale Zusammenspannung der Exzenterwellen­ abschnitte vorzunehmen ist. Auch diese bekannte Maschine weist ein Axiallager zur Aufnahme von axialen Exzenterwel­ lenlasten auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotations­ kolben-Brennkraftmaschine so weiter zu verbessern, daß die Verbindung von modulartigen Maschinen­ teilen und die darin vorgenommene Lagerung der Teilexzenter­ wellen baulich einfacher und kostengünstiger vorgenommen wer­ den kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Bei Anordnung der beiden Gehäuseblöcke mit vertikaler Exzen­ terwelle wird nur der untere Exzenterwellenabschnitt in axia­ ler Richtung an dem zugehörigen Gehäuseblock über ein Axial­ drucklager abgestützt; der obere Exzenterwellenabschnitt stützt sich in axialer Richtung ausschließlich auf dem unteren Ex­ zenterwellenabschnitt ab, so daß er selbst kein Axiallager benötigt. Die Abstützung des oberen Exzenterwellenabschnit­ tes auf dem unteren Exzenterwellenabschnitt erfolgt im Be­ reich der Kupplungsmittel in der Weise, daß die beiden Ex­ zenterwellenabschnitte im Bereich von einander angrenzenden Endwänden der Gehäuseblöcke ineinander gesteckt sind. Die ineinander gesteckten Enden der Exzenterwellenabschnitte sind so ausgebildet, daß sie einerseits eine Drehkopplung bewir­ ken und andererseits über quer zur Exzenterwellenachse lie­ gende Stützflächen gegeneinanderliegen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß ein an einem Exzenterwellenabschnittende ausgebil­ deter Profilzapfen in eine an dem diesem zugewandten anderen Exzenterwellenabschnittende ausgebildete komplementäre Aufnah­ me eingesteckt ist und daß eine den Profilzapfen umgebende Schulterfläche axial an einer die Aufnahme umgebenden Schul­ terfläche anliegt.

Beim Zusammenbau der beiden Gehäuseblöcke werden gleichzei­ tig automatisch die beiden Exzenterwellenabschnitte mitein­ ander gekuppelt, so daß sich eine komplizierte Verschrau­ bung der Exzenterwellenabschnitte erübrigt. Der obere Exzen­ terwellenabschnitt ist in einfacher Weise nur drehgelagert, so daß auch eine statische Unbestimmtheit durch zwei hinter­ einandergeschaltete Axiallager nicht zu befürchten ist.

Die erfindungsgemäße Brennstoffmaschine hat unter anderem den Vorzug, daß sie aus praktisch gleich konstruierten Gehäusen zusammengesetzt ist, die wenigstens teilweise die Rotorräume bilden.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise gebrochen, teilweise ge­ schnitten und teilweise schematisch, eines Außenbordmotors, der als Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit mehreren Rotoren aufgebaut ist;

Fig. 2 eine vergrößerte und auseinandergezogene perspektivi­ sche Darstellung der Exzenterwelle der in Fig. 1 gezeigten Maschine und

Fig. 3 ein Schaltschema des in der Brennstoffmaschine der Fig. 1 verwendeten Zündsystems.

In den Figuren ist ein Außenbordmotor 11 dargestellt, der eine Vortriebseinheit 13 hat, die an das Heck eines Bootes mit­ tels einer Befestigung 15 anbringbar ist, die eine horizonta­ le Schwenkung oder Steuerbewegung der Vortriebseinheit 13 re­ lativ zum Boot und eine vertikale Schwenkbewegung der Vor­ triebseinheit zum Boot möglich macht. Für die Befestigung 15 kann jede geeignete Konstruktion verwendet werden. Die Vor­ triebseinheit 13 weist einen unteren Teil 17 auf, der einen Getriebekasten 19 enthält, der ein Wendegetriebe 21 haben kann und eine Schiffsschraube 23 trägt, die vom Getriebe 21 angetrieben wird. Von dem Oberende des unteren Teils 17 ragt eine wasserdichte Wanne 27 nach oben bis über den Wasserspiegel 25 bei ruhendem Boot. Außerdem ist am Ober­ ende des unteren Teils 17 innerhalb der Wanne 27 eine Rota­ tionskolben-Brennkraftmaschine 29 starr befestigt.

Die Brennkraftmaschine 29 ist gemäß der Erfindung aus zwei senkrecht über­ einanderliegenden Gehäuseblöcken zusammengesetzt, von denen jeder eine oder mehrere ebene Flächen hat, die mit der benachbarten ebenen Fläche des angrenzenden Gehäuseblocks zusam­ menpassen.

Weiter hat jeder Gehäuseblock der Brennkraftmaschine jeweils zwei Rotorräume. Im einzelnen hat die Brennkraftmaschine 29 einen unteren Gehäuseblock 31, der praktisch glei­ che untere und obere Gehäuseteile 33 und 35 umfaßt, deren Wän­ de teilweise einen ersten, unteren und einen zweiten oberen trochoidförmigen Rotorraum 37 und 39 bilden. Zwischen dem un­ teren und oberen Gehäuseteil 33 und 35 liegt ein Zwischen­ stück 41, das auch zur Begrenzung des unteren und oberen Ro­ torraumes 37 und 39 beiträgt. Unter dem unteren Gehäuseteil 37 ist eine untere Endwand 43 angebracht, die ebenfalls teil­ weise den unteren Rotorraum 37 bildet, und auf dem oberen Ge­ häuseteil 39 ist eine obere Endwand 45 angebracht, die den obe­ ren Rotorraum 39 teilweise begrenzt. Der untere und obere Ge­ häuseteil 33 und 35, das Zwischenstück 41 und die untere und obere Endwand 43 und 45 sind derart parallel zueinander mit­ tels geeigneter Mittel, etwa mehrerer beabstandeter Bolzen 49, zusammengefügt, daß die trochoidförmigen Rotorräume mit­ einander fluchten.

Die Brennkraftmaschine 29 umfaßt auch noch einen oberen Gehäuseblock, der einen unteren und einen oberen, praktisch gleichen Gehäuseteil 53 und 55 hat, die auch noch praktisch gleich den Gehäusetei­ len 33 und 35 sind. Auch sie haben Wände, die teilweise einen dritten unteren und vierten oberen trochoidförmigen Rotorraum 57 und 59 bilden. Zwischen dem unteren und oberen Gehäuseteil 53 und 55 ist ein Zwischenstück 61 angeordnet, das auch zur Begrenzung des unteren und oberen Rotorraumes 57 und 59 bei­ trägt. Unter dem unteren Gehäuseteil 53 ist eine untere End­ wand 63 angebracht, die ebenfalls teilweise den unteren Ro­ torraum 57 bildet, und auf dem oberen Gehäuseteil 55 befindet sich eine obere Endwand 65, die den oberen Rotorraum 59 teil­ weise begrenzt. Der untere und obere Gehäuseteil 53 und 55, das Zwischenstück 61 und die untere und obere Endwand 63 und 65 sind derart parallel zueinander mit geeigneten Mitteln, etwa mit mehreren beabstandeten Bolzen 69, zusammengefügt, daß die trochoidförmigen Rotorräume miteinander fluchten.

Der untere und obere Gehäuseblock 31 und 51 ist in vertikaler Richtung von einer Exzenterwelle 72 durchzogen, die, wie aus Fig. 2 ersichtlich, einen unteren Exzenterwellenteil oder -abschnitt 73, der durch den unteren und oberen Rotorraum 37 und 39 im unteren Gehäuseblock 31 geht, und einen oberen Exenterwellenteil oder -abschnitt 75 umfaßt, der von dem unteren Exzenterwellenteil 73 körperlich getrennt ist und durch den unteren und oberen Rotorraum 57 und 59 im oberen Gehäuse 51 sich erstreckt.

Im einzelnen ist der untere Exzenterwellenteil 73 von einem obe­ ren Radiallager 81 drehbar abgestützt, das in der oberen End­ wand 45 des unteren Gehäuseblockes 31 angebracht ist. Ferner ist er von einem unteren Radiallager 83 in der unteren Endwand 43 des unteren Gehäuseblockes 31 radial abgestützt und entlang einer ringförmigen Schulter 84 durch ein Axialdrucklager 85 in Achs­ richtung abgestützt, das an der unteren Endwand 43 des unte­ ren Gehäueblockes 31 befestigt ist. Der obere Exzenterwellenteil 75 ist von einem oberen Radiallager 93 drehbar abgestützt, das in der oberen Endwand 65 des oberen Gehäuseblockes 51 angebracht ist, und auch noch von einem unteren Radiallager 93 in der un­ teren Endwand 65 des oberen Gehäuseblockes 51 radial abgestützt. Ge­ mäß der Erfindung ist der obere Exzenterwellenteil 75 vom obe­ ren Gehäuse 51 nicht axial gestützt, sondern ruht axial auf der Abstützung, die dem unteren Exzenterwellenteil 73 von dem Axialdrucklager 85 zuteil wird.

Die Exzenterwelle 71 hat exzentrische Teile, die derart angeord­ net sind, daß der gesamte Motor ohne Verwendung von Aus­ gleichsgewichten in Balance ist. Hierzu umfaßt der untere Exzenter­ wellenteil 75 einen ersten unteren und einen zweiten obe­ ren exzentrischen Teil 101 und 103, die zylinderförmig sind und sich in dem unteren bzw. oberen Rotorraum 37 bzw. 39 des unteren Gehäuseblockes 31 erstrecken. Der obere Exzenterwellenteil 75 umfaßt einen dritten unteren und einen vierten oberen ex­ zentrischen Teil 111 und 113, die zylinderförmig sind und sich in dem unteren bzw. oberen Rotorraum 57 bzw. 59 des obe­ ren Gehäuseblockes 51 erstrecken. Der erste und der vierte exzentri­ sche Teil 101 und 113 sind miteinander gefluchtet; ebenso sind der zweite und der dritte exzentrische Teil 103 und 111 miteinander gefluchtet, aber gegenüber dem ersten und vierten exzentrischen Teil 101 und 113 um 180° versetzt.

Vier Rotoren 121, 123, 125 und 127, die jeweils auf dem er­ sten, zweiten, dritten und vierten exzentrischen Teil 101 bzw. 103, 111 und 113 der Exzenterwelle sitzen, drehen sich in dem jeweiligen Rotorraum 37 bzw. 39, 57, 59 und erzeugen dabei eine erste, zweite, dritte und vierte umlaufende Brennkammer, in der die Verbrennung stattfindet. Jeder Rotor 121, 123, 125 und 127 hat annähernde Dreiecksform.

An jedem Rotor 121, 123, 125 und 127 und an dem zugehörigen Gehäuse 31 und 59 sind Zahnräder 131 vorgesehen, um eine rela­ tive Drehung zwischen den Rotoren 121, 123, 125 und 127 und den Gehäusen 31 und 59, sowie zwischen den Rotoren 121, 123, 125 und 127 und der Exzenterwelle 71 zu bewirken, wenn in den umlaufenden Brennkammern eine Verbrennung stattfindet. Bei der dargestellten Konstruktion dreht sich jeder Rotor einmal für jeweils drei Umdrehungen der Exzenterwelle 71. Die Zahnrad­ verbindung 131 an den Gehäusen 31 und 51 ist dadurch geschaf­ fen, daß ein Zahnrad an der oberen und unteren Endwand jedes Gehäuses festgeschraubt ist.

Um die Exzenterwellenteile 73 und 75 funktionell zu vereinigen, ist zwischen ihnen eine Kupplung 141 solcher Art vorgesehen, daß die Exzenterwellenteile 73 und 75 in der richtigen Winkella­ ge zueinander gehalten werden, daß keine Verbiegung zwischen ihnen stattfinden kann und daß das Drehmoment übertragen wird. Außerdem überträgt, wie schon angedeutet, die Kupplung 141 eine axiale Belastung von dem oberen Exzenterwellenteil 75 auf den unteren Exzenterwellenteil 73. Hierzu kann jede geeignete Kupplung verwendet werden. In dem gezeigten Konstruktionsbei­ spiel ist die Kupplung durch eine geteilte Aufnahme 142 im oberen Ende des unteren Exzenterwellenteils 73 und einen hinein­ passenden geteilten Fortsatz 143 gebildet, der von dem unte­ ren Teil des oberen Exzenterwellenteils 75 in die Aufnahme 142 hineinragt.

Weiter sind Mittel vorgesehen, um den oberen und unteren Gehäu­ seblock 31 und 51 derart miteinander zu verbinden, daß alle tro­ choidförmigen Rotorräume 37, 39, 57 und 59 miteinander fluch­ ten und der untere und obere Exzenterwellenteil 73 und 75 mit­ einander durch die Kupplung 141 verbunden sind. In der gezeig­ ten Konstruktion sind diese Befestigungsmittel durchgehende Bolzen (nicht dargestellt), die durch den oberen und unteren Gehäuseblock gesteckt sind. Im Hinblick darauf weist die obere Endwand 45 des unteren Gehäuseblockes 31 ebene Kontaktflächen 144 auf, die sich gegen entsprechende ebene Kontaktflächen 145 an der unteren Endwand 63 des oberen Gehäuseblockes 51 legen. Wie weiter aus den Zeichnungen ersichtlich, ragt die obere Endwand 45 des unteren Gehäuseblockes 31 nach vorne über die Wanne 27 hin­ aus und ist dort mit dem oberen Ende eines Königszapfens 146 verbunden, der einen Teil der erwähnten Befestigung 15 bil­ det. Mit seinem unteren Ende ragt der Königszapfen 146 in den unteren Teil 17 bei 147 hinein.

Der obere Exzenterwellenteil 75 steht über die obere Endwand 65 vor und ist mit einem Schwungrad 149 verbunden, das ver­ schiedene Bestandteile eines Zündsystems 151 zur gleichzeiti­ gen Zündung der Verbrennung in der ersten und vierten rotie­ renden Kammer und zur gleichzeitigen Zündung in der zweiten und dritten umlaufenden Kammer nach einer Drehung der Kurbel­ welle um 180° nach der Verbrennung in der ersten und vierten Kammer aufweist.

Hierzu trägt, wie in Fig. 3 schematisch angedeutet, das Schwung­ rad 149 mehrere Lademagnete 153, die sich an einer Ladespule 155 vorbeidrehen. Während jeder 180°-Drehung der Exzenterwelle läuft mindestens einer der Magnete 153 an der Ladespule vor­ bei. Die Ladespule ist an ihrem einen Ende mit der Anode einer Diode 157 verbunden, deren Kathode an die eine Platte 158 eines Ladekondensators 159 angeschlossen ist. Die andere Platte 160 des Ladekondensators 159 ist mit Erde 161 verbun­ den. Das andere Ende der Ladespule 155 ist mit Erde 161 und mit der Anode einer Diode 163 verbunden, deren Kathode an einen Punkt zwischen der Ladespule 155 und der Anode der Diode 157 angeschlossen ist. Die eine Platte 158 des Ladekon­ densators 159 ist auch noch mit parallelen elektronischen Schaltern verbunden. Hierzu können verschiedene Konstruktionen verwendet werden. In der dargestellten Konstruktion bestehen die Schalter aus zwei Siliziumgleichrichtern 167 und 169. Der Siliziumgleichrichter 167 hat eine Kathode, die mit zwei Primärspulen 171 und 173 verbunden ist, die parallel geschal­ tet und bei 161 geerdet sind. Zu den Primärspulen 171 und 173 gehört jeweils eine Sekundärspule 175 bzw. 177, die über eine zugehörige Zündkerze 181 bzw. 183 an Erde 161 gelegt ist. Die Zündkerzen sind in dem Gehäuseblock 33 bzw. 55 angebracht und der ersten bzw. vierten rotierenden Brennkammer funktionell zugeordnet.

Der andere Siliziumgleichrichter 169 hat ebenfalls eine Katho­ de, die mit zwei parallelgeschalteten und geerdeten Primär­ spulen 191 und 193 verbunden ist. Den Primärspulen 191 und 193 ist jeweils eine Sekundärspule 195 bzw. 197 beigegeben, die über eine Zündkerze 201 bzw. 203 bei 161 geerdet ist. Diese Zündkerzen sind in den Gehäuseblöcken 35 bzw. 53 montiert und mit der zweiten bzw. dritten rotierenden Brennkammer funktionell verbunden.

Der Siliziumgleichrichter 167 hat eine Steuerklemme 205, die durch einen Impuls des einen Vorzeichens getriggert wird, und der andere Siliziumgleichrichter 169 hat ein Tor 207, das von einem Impuls des anderen Vorzeichens getriggert wird. Die Tore oder Steuerklemmen 205 und 207 sind mit den entge­ gengesetzten Enden einer Triggerspule 211 verbunden, die auf einem Kern 213 sitzt, der sich radial zu einem Ringmagneten 215 erstreckt, der auf dem Schwungrad 149 angebracht ist. Der Ringmagnet hat ein Segment 217 der einen Polarität mit einer Erstreckung über einen Bogen von annähernd 180° und ein zweites Segment 219 der anderen Polarität mit einer Er­ streckung über einen Bogen von ebenfalls annähernd 180°. Im Betrieb veranlaßt also das Zündsystem 151 die Aufladung des Ladekondensators nach jeder Zündung und vor der nächsten Zün­ dung und bewirkt eine gleichzeitige Zündung in der ersten und vierten Kammer und nach einer 180°-Drehung der Exzenterwelle die gleichzeitige Zündung in der zweiten und vierten rotieren­ den Brennkammer.

Claims (2)

1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit zwei in Richtung einer Exzenterwellenachse hintereinander angeordneten Maschinenein­ heiten, welche jeweils einen Gehäuseblock und einen in den je­ weiligen Endwänden über Radiallager drehgelagerten Exzenter­ wellenabschnitt aufweisen, wobei die Gehäuseblöcke miteinander fest verbunden sind und wobei die einander zugewandten Enden der Exzenterwellenabschnitte über Kupplungsmittel gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung der beiden Gehäuseteile (31, 51) mit verti­ kaler Exzenterwelle der untere Exzenterwellenabschnitt (73) in axialer Richtung an dem zugehörigen Gehäuseblock (31) durch eine Schulter (84) über ein Axialdrucklager (85) abgestützt ist und daß der obere Exzenterwellenabschnitt (75) in axialer Richtung ausschließlich auf dem unteren Exzenterwellenab­ schnitt (73) im Bereich der Kupplungsmittel (141, 142) abge­ stützt ist, wobei die beiden Exzenterwellenabschnitte (78, 75) im Bereich von aneinander angrenzenden Endwänden (45, 63) der Gehäuseblöcke (31, 51) ineinandergesteckt sind.

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an einem Exzenterwellenabschnittende ausgebildeter Profilzapfen (143) in eine an dem diesem zuge­ wandten anderen Exzenterwellenabschnittende ausgebildete kom­ plementäre Aufnahme (142) eingesteckt ist und daß eine den Profilzapfen (143) umgebende Schulterfläche axial an einer die Aufnahme (142) umgebenden Schulterfläche anliegt.