DE2604028A1

DE2604028A1 - Mit fluegeln ausgestattete drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2604028A1
Application number: DE2604028A
Authority: DE
Inventors: Tony Ralph Sarich
Original assignee: SARICH TONY
Current assignee: SARICH TONY
Priority date: 1975-02-03
Filing date: 1976-01-30
Publication date: 1976-08-05
Also published as: GB1520972A; IT1055053B; US4037997A; BE838215A; DE2604028C2; CA1042807A; IT1055054B; ES444857A1; FR2299512B1; FR2299512A1

Description

PFENNING · MAAS · SEILER · MEINIG · LEMKE · SPOTT

PATENTANWÄLTE BERLIN · MÖNCHEN · AUGSBURG

J. Pfenning, Dlpl.-Ing, · Berlin

• m. . >·. f>« . ·■ * ,ι ι· . , ι ι ρ .. · Dr. 1. Maas, DtpL-Chem.· München

Patentanwälte Pfenning. Ma« · SeIUr · MeInIg · Lemke · Spott _{H Se||er D[} . . . _Ber||n

K. H. MeInIs, DIpL-Phys. · Berlin J. M. Lemke, DIpl.-Ing. · Augsburg Dr. G. Spott. Dlpl.-Chem. · München

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Oldenburgallee

Telefon:

030/30455 21/30455

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Pf/schu 30. Januar 1976

TONY RALPH SARICH 9 Halse Place, Karrinyup, Western Australia, Australien

Mit Flügeln ausgestattete Drehkolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Flügeln ausgestattete Drehkolbenmaschine, beispielsweise einen Drehkolbenmotor mit innerer Verbrennung, bei dem ein Kolben innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Flügeln Kammern zwischen dem Gehäuse und fern Kolben bilden, die sich beim Kreislauf des Kolbens gegenüber dem Gehäuse in ihr Brennvolumen ändern.

Der Kolben ist üblicherweise drehbar und exzentrisch auf einer Welle aufgenommen, die in dem Gehäuse gelagert ist, so daß beim orbitalen Umlauf des Kolbens die WElIe in dem Gehäuse gedreht wird. Bei derartigen Motoren ist es nötig, sicherzustellen,

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' daß der Kolben seinen kreisförmigen Umlauf ausführt, ohne sich relativ zum Gehäuse zu drehen, d.h., daß er eine konstant bleibende Winkelstellung gegenüber dem Gehäuse beibehält. Es wurde vorgeschlagen, um den KOlben an einer solchen Drehung zu hindern, eine zweite exzentrische Verbindung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse vorzusehen, die die gleiche Exzentrizität besitzt, wie der Kolben gegenüber der ihn tragenden Welle. In der US-PS 3 787 150 besteht diese zweite exzentrische Verbindung aus einer Mehrzahl von Kurbeln, von denen jede die gleiche Exzentrizität aufweist wie die den Kolben aufnehmende Kurbelwelle, und jede Kurbel besitzt einen Zapfen, der drehbar in dem Gehäuse und einen

anderen Zapfen, der drehbar in dem Kolben aufgenommen ist.

Bei den sich ändernden Arbeitsbedingungen, insbesondere in einem Motor mit innerer Verbrennung, sind der Kolben und das Gehäuse unterschiedlichen thermischen und mechanischen

! Bedingungen unterworfen, wobei jede Bedingung veränderlich ! ist, was zu thermischen und mechanischen Verformungen des Kolbens und des Gehäuses führt. Wenn die Kreisbewegung des

Kolbens von einer Mehrzahl von exzentrischen Kurbeln ge-1
ι steuert wird, ist es erforderlich, ein ausreichendes Spiel vorzusehen, um die vorerwähnten mechanischen und thermischen Verformungen zuzulassen, was eine sehr lose Passung der

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exzentrischen Zapfen und ihrer Lager erfordert und zu einer Verringerung der STeuerung zur Verhinderung einer Drehung des Kolbens führt. Wenn andererseits das Spiel so gewählt wird, daß eine einwandfreie Steuerung der Kolbenbewegung ohne Drehung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse möglich ist, führen die mechanischen und thermischen, bei dem normalen Betrieb auftretenden Verformungen zu einer extrem hohen Reibung an den verschiedenen exzentrischen Kurbeln und der Hauptkurbelwelle und zu einem vorzeitigen Verschleiß ihrer Lager.

Eine beispielsweise auftretende thermische Wirkung besteht in einer Änderung des Durchmessers des Drehkreises, auf dem die exzentrischen Kurbeln in dem Kolben und in dem Gehäuse angeordnet sind. Beim Betrieb der Maschine schrumpft der Durchmesser des Drehkreises des Kurbellagers in dem Gehäuse leicht aufgrund der thermischen Expansion desjenigen Teiles der Seitenwand des Gehäuses, die einen Teil der Verbrennungskammer bildet. Da dieser Teil der Seitenwand durch den wassergekühlten außen liegenden Teil der Seitenwand beeinflußt wird, die mit der Wasserkühlung des den Umfang bildend^ Gehäuses in Kontakt steht, wird der innere, die Kurbellager tragende Teil der SEitenwand nach innen gedrückt mit dem Ergebnis, daß der Durchmesser des Drehkreises der Kurbellager

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leicht verringert wird. Andererseits ist der Kolben während des Betriebes hohen Temperaturen ausgesetzt und dehnt sich erheblich, was zu einer Vergrößerung des Durchmessers des Drehkreises der in dem Kolben aufgenommenen Kurbellager führt. Auf diese Weise bewegen sich während des Bet riebes der Maschine die Lager für die Zapfen jeder Kurbel in dem Kolben und in der Seitenwand des Gehäuses nicht unerheblich gegeneinander.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Drehkolbenmaschine auf einfache und wirksame Weise so auszubilden, daß eine Drehung des Kolbens relativ zum Gehäuse zuverlässig verhindert wird zur Erzielung eines einwandfreien Kreislaufes des Kolbens im Gehäuse, ohne daß schädliche Reibungen und ein Verschleiß eintreten. Diese Aufgabe wird bei einem Motor, bestehend aus einem Gehäuse mit einer inneren ümfangswand und beiderseitigen Seitenwänden, aus einem in dem Gehäuse aufgenommenen Kolben, der exzentrisch auf einer im Gehäuse drehbar angeordneten Welle aufgenommen ist, um einen Kreislauf in dem Gehäuse bei Drehung der Welle durchzuführen, und aus einer Mehrzahl von Flügeln, die in dem Gehäuse und in dem Kolben angeordnet sind und eine Mehrzahl von Kammern bilden, die beim umlauf des Kolbens ihr Volumen ändern, dadurch gelöst, daß ein scheibenförmiges

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Steuerorgan auf der Welle koaxial zu dem Kolben gelagert ist, und daß das STeuerorgan mit dem Gehäuse derart verbunden ist, daß es sich in einer der Kreisbahn des Kolbens entsprechenden Kreisbahn bewegt, und in dem Kolben derart aufgenommen ist, daß eine relative Winkelbewegung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse verhindert wird.

Die Befestigung des STeuerorgans mit dem Gehäuse erfolgt vorteilhafterweise durch eine zweite Kurbel, die zwei Zapfen besitzt, die parallel zur Achse der Hauptwelle liegen, und von denen ein Zapfen drehbar in dem Gehäuse und der andere Zapfen drehbar in dem Steuerorgan aufgenommen ist. Die Exzentrizität der Zapfen der zweiten Kurbel ist gleich der Exzentrizität des Kolbens gegenüber der Hauptwelle.

Vorzugsweise besteht die Verbindung des Steuerorganes mit dem Kolben aus einer Zunge, die an einem dieser Teile angeordnet ist und einem Schlitz in dem anderen Teil. Die Zunge ist gleitend in dem Schlitz in radialer Richtung zur Hauptachse aufgenommen.

Da das STeuerorgan auf diese Weise eine reine Kreisbewegung bei Drehung der Hauptwelle gegenüber dem Gehäuse beschreibt,

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ist es lediglich erforderlich, den Kolben an einer einzigen Stelle mit dem Steuerorgan derart zu verbinden, daß keine Drehung des Kolbens gegenüber dem Steuerorgan eintreten kann, während Bewegungen in anderen Richtungen möglich sind, um während des Betriebes auftretenden thermischen und mechanischen Verformungen folgen zu können.

Dimensionale Veränderungen aufgrund thermischer Einwirkungen erfolgen in erster Linie in radialer und axialer Richtung der Hauptwelle. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Steuerorganes ist es möglich, daß der Kolben frei in axialer und radialer Richtung beweglich ist, so daß die thermischen und mechanischen Verformungen, die normalerweise während des Betriebes auftreten, ohne Einwirkung auf die Umfangsbewegung bleiben, so daß eine einwandfreie orbitale Bewegung des Kolbens gewährleistet ist.

Das Steuerorgan wird vorzugsweise radial nach innen zur äußeren Peripherie des Kolbens angeordnet, so daß es nicht den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist und daher nicht die hohen Temperaturen des Kolbens erreichen kann. Wenn überhaupt wird daher eine Expansion des Steuerorganes klein sein, und die Lager der Kurbeln in der Seitenwandung des Gehäuses und das Steuerorgan werden sich kaum gegeneinander bewegen.

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Auf diese Weise ist eine wesentlich genauere STeuerung der orbitalen Bewegung des Kolbens erreichbar, ohne daß eine schädigende Reibung und ein Verschleiß eintritt.

Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise verwendbar für Maschinen mit innerer Verbrennung gemäß der US-PS 3 787 150. Bei einer solchen Maschine sind die Flügel in dem Gehäuse in radialer Richtung, d.h. in einer Richtung senkrecht zu der durch die Welle gelegten Ebene hin- und herbeweglich aufgenommen, und die Flügel sind mit dem Kolben derart verbunden, daß jeder Flügel sich relativ zu dem Kolben in einer Richtung bewegen kann, die senkrecht zur radialen hin- und hergehenden Bewegung der Flügel liegt. Der Kolben ist an seinem Umfang mit ebenen Oberflächenbereichen ausgestattet, und das radial innere Ende jedes Flügels liegt auf einer dieser ebenen Oberflächenbereiche auf, um eine Bewegung zwischen dem Kolben und dem Flügel zu ermöglichen.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet:

Fig. 1 Schnitt gemäß Linie 1-1 der Fig. 2;

Fig. 2 Ansicht in Richtung der Achse der Haupt- j

welle bei teilweise abgenommener Seitenwand) j

— 8 — '

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Fig. 3 vergrößerte Darstellung der ineinandergreifenden Teile des Kolbens und des Steuerorganes τ

Fig. 4 perspektivische Darstellung des

Steuerorganes.

f Die Maschine besteht aus einem den Umfang bildenden Außen-

gehäuse 10 und gegenüberliegend angeordneten plattenförmigen Seitenwandungen 11, llA, die durch Bolzen mit dem Außengehäuse 10 verschraubt sind. In den Seitenwänden angeordnete Lager 15 nehmen eine Kurbelwelle 16 auf, die in den Lagern um die Achse des Außengehäuses 10 drehbar

' ist. Ein Kolben 13 mit einer Buchse und einem Lager 14 ί j ist auf dem exzentrischen Zapfen 17 der Kurbelwelle 16 i • angeordnet. Der Zwischenraum zwischen dem Kolben 15 und j dem Gehäuse 10 ist in eine Zahl von Verbrennungskammern unterteilt durch Anordnung von Flügeln 18, die mit ihrem inneren Ende an entsprechenden ebenen Oberflächenbereichen 19 des Kolbens anliegen und gleitend in Schlitzen 18A des äußeren Gehäuses aufgenommen sind.

Die Flügel besitzen Stege 20, die sich in axialer Richtung jenseits des Kolbens und radial nach innen vom umfang des Kolbens erstrecken. Die Flügelschenkel 20 sind gleitend

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in radialen Schlitzen der Seitenwände 11, HA aufgenommen. Die Flügelschenkel 20 haben an ihnen befestigte Ansätze 21, die gleitend in Schlitze 22 eingreifen, die in der

Endfläche des Kolbens angeordnet sind, um sicherzustellen, j

daß die Flügel sich nicht radial gegenüber dem Kolben bewegen können, während eine Bewegung in Umfangsrichtung zwischen dem Kolben und dem Flügel längs des ebenen Oberflächenteiles 19 möglich ist.

Jede Verbrennungskammer ist abgedichtet durch Anordnung

von Kolbendichtungen 30 zwischen dem Kolben 13 und den j Seitenwänden 11, llA, durch Flügeldichtungen 31 zwischen

ί dem Flügel 18 und der Oberfläche 19 des Kolbens und durch Gehäusedichtungen 32 zwischen dem Flügel 18 und dem Außengehäuse 10. Jede Verbrennungskammer ist mit einer Zündkerze 34 ausgestattet. Durch einen Durchlaß 35 in der Seitenwand \

ι HA wird jede Kammer mit einem Scheibenventil 36 verbunden,'

das um die Achse des Außengehäuses 10 auf Lagern 37 <

I rotiert. Die Zahl und die STellung der Durchgänge in dem j

Scheibenventil 36 ist so bemessen, daß jede Kammer verbunden wird mit einer Einlaßleitung 38 unter Abschluß während des Kompressions- und des Arbeitshu bes, und dann mit dem Auspuff 39 in zeitlicher Aufeinanderfolge verbunden) wird.

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Die Maschine kann auch mit üblichen Tellerventilen ausgestattet

sein oder nach dem Zweittaktprinzip arbeiten, wobei die erforderlichen Abänderungen für den Durchschnittsfachmann selbstverständlich sind.

Das als Stabilisierungsplatte 41 ausgebildete Steuerorgan ist drehbar auf dem Zapfen 42 aufgenommen, der koaxial mit dem den Kolben 13 tragenden exzentrischen Zapfen 17 der Kurbelwelle 16 liegt. Der exzentrische Zapfen 42 ist über einen größeren Bereich seines ümfanges in Richtung der j Exzentrizität hinterschnitten, wie bei 42a in Fig. 2 gezeigt! ist. Aufgrund dieser Hinterschneidung werden Verformungen ί der Kurbelwelle 16, die aufgrund der Exzentrizität und thermischer Einflüsse auftreten können, nur unbedeutend auf die Stabilxsierungsplatte 41 übertragen. Es wurde gefunden, daß in der Praxis bei einem Zapfen mit einem Durchmesser von ca. 10 mm eine Hinterschneidung auf ungefähr 120° des ümfanges um die Stellen der maximalen und minimalen Exzentrizität vorgenommen werden kann, ohne daß die Wirksamkeit der Stabilxsierungsplatte irgendwie schädigend beeinträchtigt wird.

Vier zweite Kurbeln 43 gleicher Exzentrizität wie der Zapfen 17 der Kurbelwelle 16 sind vorgesehen; jede Kurbel 43 besitzt

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einen Zapfen 14, der in einem Lager 44 der Stabilisierungsplatte 41 aufgenommen ist und einen anderen Zapfen, der in einem Lager 45 der Seitenwand HA aufgenommen ist. Anstelle von vier Kurbeln 43, wie sie im Ausführungsbeispiel angegeben sind, kann auch nur eine einzige Kurbel verwendet werden, um die erforderliche Beschränkung auf die Bewegung der Stabilisierungsplatte 41 auszuüben. Die Verwendung einer Mehrzahl von zweiten Kurbeln 43 verteilt die Belastung, so daß jede Kurbel und ihre Lager kleiner gehalten werden können. Die Hinterschneidung des Zapfens 42 läßt geringe Fehlpassungen zwischen der Kröpfung der Kurbelwelle 16 und den zweiten Kurbeln 43 zu entsprechend den bei der Herstellung auftretenden Fertigungstoleranzen.

Die Stabilisierungsplatte 41 besitzt eine von der Peripherie nach außen vorstehende Zunge 46, die in dem Schlitz 47 des Kolbens 13 aufgenommen ist. Die Zunge 46 besitzt in dem Schlitz 47 ein beträchtliches Spiel in radialer und axialer Richtung relativ zu dem Zapfen 17 und 42, so daß der Kolben und die Stabilisierungsplatte sich relativ zu-einander in diesen Richtungen bewegen können in Anpassung an thermische und mechanische Verformungen während des Betriebes. Das Spiel zwischen der Zunge und dem Schlitz in Umfangsrichtung ist jedoch minimal und läßt nur eine relative Bewegung in

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axialer und radialer Richtung während des Betriebes zu_f j

ohne daß eine Verbiegung oder eine übermäßige Reibung j auftreten können. Mit diesem minimalen Spiel in der üntfangs-i

richtung kann sich der Kolben 13 zu der Stabilisierung splat tje

sich I

41 nicht im Winkel verstellen, und die Stabilisierungsplatte 41 ist selber an einer Winkelverstellung relativ zum Gehäuse durch die zweiten Kurbeln 43 gehindert.

Die Randflächen 50 der Zunge 46 sind ballig ausgebildet, wie in Fig. 3 gezeigt ist, um kleine Fehlanpassungen der Zunge und des Schlitzes auszugleichen, wie sie sich aus den Fertigungstoleranzen ergeben. I

Einer der zweiten Kurbeln 43 besitzt ein Ritzel 43A, das auf dem Zapfen angeordnet ist, der in der Endplatte HA aufgenommen ist. Das Ritzel 43A kämmt mit einem Zahnkranz 50, um das Scheibenventil 36 anzutreiben. Wenn bei einer abgewandelten Ausführungsform kein SCheibenventil benutzt wird, kann der Zahnkranz 50 eine Nockenanordnung zur Betätigung der Tellerventile oder Zubehörteile, wie beispielsweise einen Verteiler, einen Generator und einen Ventilator antreiben.

Die Maschine ist in dem AusfUhrungsbeispiel beschrieben als Maschine mit innerer Verbrennung. Sie kann jedoch auf für

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Motoren anderer Form verwendet werden, beispielsweise i

für hydraulische Motoren, als Dampfmaschinen mit einem j Kreiskolben. i

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Claims

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1. Drehkolbenmaschine, bestehend aus einem eine innere Umfangswand und beiderseitige Seitenwandungen bildenden Gehäuse, aus einem in dem Gehäuse angeordneten exzentrisch auf einer drehbar im Gehäuse angeordneten Antriebswelle aufgenommenen, einen orbitalen Umlauf durchführenden Kolben, und aus einer Mehrzahl von gegenüber dem Gehäuse und dem Kolben abgestützten, eine Mehrzahl von sich beim Umlauf des Kolbens in ihrem Volumen verändernde Kammern bildenden Flügeln, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Antriebswelle koaxial zu dem Kolben ein Steuerorgan angeordnet ist, das mit dem Gehäuse derart verbunden ist, daß es sich mit dem Kolbenglied in gleichem Kreislauf bewegt, und das mit dem Kolben derart verbunden ist, daß eine relative Winkelbewegung gegenüber dem Kolben um die gemeinsame Achse unterbunden ist«

2. Haschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontrollorgan mit dem Kolben derart verbunden ist, daß eine relative Bewegung in radialer Richtung zur gemeinsamen Antriebsachse möglich ist.

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3. Maschine nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem STeuerorgan und dem Kolben aus einer Zunge an dem einen der beiden Teile und aus einem Schlitz an dem anderen der beiden Teile besteht, und daß die Zunge gleitend in dem Schlitz in radialer Richtung aufgenommen ist.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontrollorgan mit dem Kolben derart verbunden ist, daß eine Relativbewegung in einer Richtung parallel zur gemeinsamen Antriebsachse möglich ist.

5. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge in dem Schlitz nur in Richtungen radial und parallel zur gemeinsamen Achse gleitend angeordnet ist.

6. Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet daß die Flächen der an den Wandungen des Schlitzes anliegenden Zunge oder die Wandungen des Schlitzes ballig ausgebildet sind in einer Ebene senkrecht oder quer zur gemeinsamen Antriebsachse.

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7. Maschine nach Anspruch l_r dadurch gekennzeichnet, daß J

als Verbindung des Kontrollorganes mit dem Gehäuse eine

i zweite Kurbel dient, die zwei parallel zur Antriebs- j

\ achse der Welle gerichtete Zapfen besitzt, von denen j

I 1

' der eine in dem Gehäuse und der andere in dem Steuer- \

ι organ drehbar aufgenommen ist, und daß die Exzentrizi-

j tat der Zapfen der Kurbel gleich ist der Exzentrizität

I des Kolbens gegenüber der Antriebswelle.

I

8. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß j jeder Flügel in dem Gehäuse in radialer Richtung zur

• Antriebswelle hin- und herbeweglich aufgenommen ist,

ι und daß die Flügel mit dem Kolben derart verbunden

ί sind, daß jeder Flügel relativ zum Kolben in einer

\ senkrecht zur radialen Richtung liegenden Richtung

hin- und herbeweglich ist, wobei das innere Ende ι des Flügels mit einem entsprechenden ebenen Bereich ' der Oberfläche des Kolbens parallel zur Bewegungsi richtung zwischen dem Flügel und dem Kolben in Eingriff ! steht.

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