DE2621720A1 - Fluessigkeitsgekuehlter mehreckiger kolben einer rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

AUDI NSU AUTO UNION AKTIENGESELLSCHAFT, Neckarsulm/Württ.

Flüssigkeitsgekühlter mehreckiger Kolben einer Rotationskolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten mehreckigen Kolben einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere Rotationskolben-Brennkraftmaschine, in Trochoidenbauart mit jeweils zwischen benachbarten Ecken sich erstreckenden Kolbenflanken, der auf einem Exzenter drehbar gelagert und aus einer äußeren Umfangswand, zueinander parallelen Seitenwänden und einer zentralen Lagernabe zusammengesetzt ist und an seinen Ecken radiale Dichtleistennuten und an seinen Stirnflächen jeweils zwischen benachbarten Ecken sich erstreckende axiale Nuten aufweist, in denen axialbewegliche Dichtstreifen eingesetzt sind.

Die Kühlung eines Kolbens der beschriebenen Art erfolgt bekanntlich durch Kühl- bzw. Schmierflüssigkeit, die im allgemeinen in Hohlräume des Kolbens eingeleitet wird. Diese im Kolben befindliche Flüssigkeitsmenge verzögert aber insbesondere nach einem Kaltstart und in der Warmlaufphase infolge der großen wärmeabgebenden Oberfläche des Kolbens ein rasches Erreichen der Betriebstemperatur. Es wurde ferner festgestellt, daß die Flüssigkeit im Kolben durch die Beschleunigungskräfte, deren Richtung sich beim Umlauf des Kolbens ständig ändert, sowohl radial nach innen in Richtung zur Lagernabe als auch radial nach außen in Richtung auf die äußere Umfangswand geschleudert wird.

709848/0223

Dieses Hin- und Herschleudern der Flüssigkeit bewirkt einen nicht unerheblichen Leistungsverlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angegebenen Nachteile zu vermeiden und einen flüssigkeitsgekühlten mehreckigen Kolben der eingangs genannten Art zu schaffen, durch den sowohl ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur ermöglicht als auch Leistungsverluste vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich jeder Kolbenflanke in den Innenflächen der Seitenwände parallel zu den Dichtstreifen-Nuten verlaufende Kanäle vorgesehen sind, die von der Umfangswand abgedeckt sind, in der Umfangswand parallel zu und in geringem Abstand von den Dichtleisten-Nuten verlaufende Bohrungen vorgesehen sind, die die Kanäle miteinander verbinden, und in den Seitenwänden Kühlflüssigkeits-Zufluß- und Abflußkanäle vorgesehen sind, die mit den Kanälen in Verbindung stehen.

Bei dieser Art der Verbesserung wird die Kühlflüssigkeit durch Kanäle hindurchgeführt, wodurch sich im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen eine wesentlich geringere, aber für die Kühlung ausreichende Flüssigkeitsmenge im Kolben befindet. Dadurch kann der Kolben sehr rasch seine Betriebstemperatur erreichen, während der Bereich der Dichtelemente zur Erhaltung deren Funktion besonders gekühlt bleibt. Durch die Führung der Kühlflüssigkeit in Kanälen fällt aber auch das die Leistung vermindernde Hin- und Herschleudern der Flüssigkeit im Inneren des Kolbens weg.

Jeweils ein Zulaufkanal kann mit einem Kanal in der einen Seitenwand und jeweils ein Abflußkanal mit einem Kanal in der anderen Seitenwand verbunden sein, und die Zuflußkanäle können in einen in der Lagerfläche vorgesehenen Ringkanal münden, der mit der Mündung einer Schmierölleitung im Exzenter in Verbindung steht, und in den Abflußkanälen kann je eine Drosselstelle vorgesehen

709848/0223 " ³ "

sein. h

Die unter Druck in die Lagerbüchse geführte Schmierflüssigkeit kann auf diese Weise zum Teil als Kühlflüssigkeit in und durch die Kanäle jeder Kolbenflanke weitergeleitet werden, wobei mit der Drosselstelle im Ablaufkanal vor dem freien Ablauf der Kühlflüssigkeit eine Stauung und somit eine ständige Auffüllung der Kanäle mit Kühlflüssigkeit erreicht und eine bestimmte Durchströmgeschwindigkeit festgelegt werden kann.

Die äußere Umfangswand kann auf bekannte Weise aus sich jeweils von Ecke zu Ecke des Kolbens erstreckenden Einzelteilen bestehen, die miteinander und mit den Seitenwänden verbunden sind.

Bei einer derartigen Lösung können die Umfangswand und auch die anderen Einzelteile des Kolbens aus spanlos verformten, geschmiedeten, gesinterten oder gegossenen Einzelteilen bestehen. Dadurch lassen sich die Kanäle im Kolben verhältnismäßig einfach vor dem Zusammensetzen in die Umfangswand und in die Seitenwände einarbeiten, da es fast unmöglich ist, die Kanäle in einem aus einem Stück bestehenden Kolben durch Kerne, wie sie im Sand- und Kokillenguß Verwendung finden, herzustellen. Anschließend können die Einzelteile auf bekannte Weise zusammengesetzt, an ihren Berührungsstellen miteinander verlötet oder verschweißt und der Kolben schließlich fertig bearbeitet werden.

Selbstverständlich kann man die Umfangswand auch aus einem Teil herstellen und auf die genannte Weise mit den übrigen Einzelteilen des. Kolbens zusammensetzen. Ebenso können die parallel zu den Dichtstreifennuten verlaufenden Kanäle in der Umfangswand angeordnet sein und stattdessen von den Seitenwänden abgedeckt werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus

. 4 709848/0223

der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart mit einem dreieckigen Kolben in schematischer Darstellung, wobei ein Seitenteil weggelassen ist,

Fig. 2 das Teilstück eines Längsschnittes durch den Kolben gemäß Linie II-II in Fig. 1 im vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Kolben gemäß Linie III-III in Fig. 2 und Fig. 4, und

Fig. 4 das Teilstück eines Querschnittes durch den Kolben gemäß Linie IV-IV in Fig. 3·

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine in Trochoidenbauart dargestellt ist, die ein Gehäuse aufweist, das im wesentlichen aus einem Mantel 1 mit zweibogiger innerer Mantelfläche 2 und zwei parallelen Seitenteilen 3 besteht und von einer Exzenterwelle 4 durchsetzt ist, auf deren Exzenter 5 ein dreieckiger Kolben 6 mit einer Lagerbüchse 7 drehbar gelagert ist. Der Kolben 6 trägt an seinen Ecken Dichtleisten 8, die federnd in radialen Nuten 9 angeordnet sind und beim Umlauf des Kolbens 6 in Pfeilrichtung D ständig an der inneren Mantelfläche 2 entlanggleiten, wodurch volumenveränderliche Arbeitskammern A, B und C gebildet und gegeneinander abgedichtet werden. Zur seitlichen Abdichtung zwischen dem Kolben 6 und den Seitenteilen 3 sind in jeder Kolbenstirnfläche bogenförmige Dichtstreifen 10 vorgesehen, die in axialen Nuten 11 angeordnet sind und sich zwischen benachbarten Dichtleisten 8 erstrecken und mit diesen durch in axiale Bohrungen 13 eingesetzte DichtbolEn 12 verbunden sind und federnd gegen die Seitenwand 14 des Seitenteiles 3 gedrückt werden. Zur Durchführung eines Viertakt-

- 5 -709848/0223

Verfahrens in jeder dieser Arbeitskammern sind im Mantel 1 ein Einlaßkanal 15 für die Zuführung von Frischgas, eine Zündeinrichtung 16 und ein Auslaßkanal 17 für den Ausschub von verbrannten Gasen vorgesehen. Das Frischgas kann aber auch anstelle über den Einlaßkanal 15 auf bekannte Weise über einen strichpunktiert dargestellten Seiteneinlaß 18 in einem' oder beiden der Seitenteile 3 zugeführt werden.

Zur Schmierung und gleichzeitigen Kühlung der Lagerbüchse 7 ist in der Exzenterwelle 4 eine zentrale Bohrung 19 vorgesehen, von der eine an der äußeren Umfangsflächedes Exzenters 5 mündende radiale Bohrung 20 abzweigt. Von einer nicht gezeigten Pumpe wird in die Bohrung 19 unter Druck Schmierflüssigkeit gefördert, welche über die Bohrung 20 in die Lagerbüchse 7 gelangt. Um ein Übertreten von Kühl- oder Schmiermittel aus dem Bereich der Exzenterwelle 4 und der Lagerbüchse 7 radial nach außen gegen die Dichtelemente 8, 10 und 12 sowie in die Arbeitskammern A, B und C zu verhindern, sind in jeder Kolbenstirnfläche außerdem in je einer konzentrischen Ringnut 21 eine axialbewegliche Innendichtung 22 angeordnet, die ebenfalls federnd gegen die Seitenwand 14 des Seitenteiles 3 gedrückt wird und mit dieser dichtend zusammenwirkt.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß der Kolben 6 im wesentlichen aus einer teilweise die Kolbenflanken bildenden äußeren Umfangswand 23, zwei zueinander parallelen Kolbenseitenwänden 24 und 25 sowie einer die zentrale Lagernabe 26 bildenden inneren Umfangswand zusammengesetzt ist, die an ihren Berührungsstellen beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden sind. Mit der Lagerbüchse 7 ist der Kolben 6 auf dem Exzenter 5 der Exzenterwelle 4 gelagert. Die Kolbenseitenwände 24 und 25 sind - wie durch die strichpunktierte Linie E erkennbar aus zwei gleichen Teilen gefertigt, wobei die Kolbenseitenwand 24 mit einer Innenverzahnung 27 versehen ist, die mit einem nicht gezeigten, an einem Seitenteil 3 (in Fig. 1) befestigten

- 6 709848/0223

Ritzel im Eingriff steht und eine bestimmte Phasenlage des Kolbens 6 zur inneren Mantelfläche 2 des Gehäuses bewirkt. Die Kolbenseitenwände 24 und 25 weisen ferner die von den Kolbenstirnflächen ausgehenden axialen Nuten 11 zur Aufnahme der nichtgezeigten Dichtstreifen sowie Ringnuten 21 zur Aufnahme der nicht gezeigten Innendichtungen auf. Parallel zu und axial hinter den Nuten 11 für die Dichtstreifen sind in den Innenflächen 24a und 25a der Kolbenseitenwände 24 und 25 im Bereich jeder Kolbenflanke Kanäle 28 und 29 vorgesehen, welche von den Stirnflächen der Umfangswand 23 abgedeckt sind. Im Kanal 28 der Kolbenseitenwand 25 mündet ein im wesentlichen radial verlaufender Zuflußkanal 30, der durch die Lagerbüchse 7 hindurchgeführt und an einen Ringkanal 31 in der Lagerbüchse 7 angeschlossen ist, welcher ständig mit der Mündung der Bohrung 20 auf dem Exzenter 5 in Verbindung steht. Vom Kanal 29 der Kolbenseitenwand 24 führt ein Abflußkanal 32 radial nach innen und mündet zwischen der Innenverzahnung 27 und der Lagerbüchse 7· An der Mündung des Abflußkanales 32 ist eine Drosselstelle 33 vorgesehen, die so bemessen 1st, daß im Betrieb sowohl eine Stauung der Kühlflüssigkeit erreicht und somit eine ständige Füllung der Kanäle gewährleistet wird als auch die durchfließende Kühlflüssigkeitsmenge 'auf eine ausreichende und entsprechende Kühlung des Bereiches der Dichtelemente abgestimmt ist.

In Fig. 3* in der eine von drei Kolbenflanken im Längsschnitt gezeigt ist, ist erkennbar, daß der in der Kolbenseitenwand 25 angeordnete, parallel und mit geringem Abstand zu der Nut 11 verlaufende Kanal 28 über zwei Bohrungen ~Z>k mit dem in der KoI-benseitenwan'd 24 angeordneten, ebenfalls parallel und mit geringem Abstand zu der Nut 11 verlaufende Kanal 29 in Verbindung steht, wobei die Bohrungen 34 in der umfangswand 23 parallel zu und in geringem Abstand von den Nuten 9 für die Dichtleisten verlaufen. Die durch die Mündung des Zuflußkanales 30 eintretende Kühlflüssigkeit kann somit durch den Kanal 28 über die Bohrungen

- 7 -709848/0223

34 in den Kanal 29 fließen und dabei die Bereiche der Nuten 11 für die Dichtstreifen sowie der Nuten 9 für die Dichtleisten, aber auch der Bohrungen 13 für die Dichtbolzen kühlen und über die öffnung des Abflußkanales 352 abfließen.

Wie auch aus Fig. 4 ersichtlich, sind die parallel zu den Nuten 11 für die Dichtstreifen verlaufenden Kanäle 28 und 29 unabhängig voneinander in den Kolbenseitenwänden 25 bzw. 24 jeder Kolbenflanke angeordnet. Jeder Kanal 28 bzw. 29 hat somit seinen eigenen Zuflußkanal 30-wie dies auch in Fig. 1 angedeutet ist- und Abflußkanal 32. Es ist ferner gezeigt, daß die äußere UmfangS: wand 23 aus sich von Ecke zu Ecke des Kolbens 6 erstreckenden Einzelteilen 23b besteht, die an ihren Berührungsstellen 23a zum Beispiel, durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden sind.

In Abwandlung der Darstellung im Ausführungsbeispiel kann der Kolben 6 derart zusammengesetzt sein, daß die Lagernabe 26 mit einer oder beiden Kolbenseitenwänden 24 oder 25 aus einem Stück besteht. Es ist auch möglich, daß die Umfangswand 23 nicht aus drei Einzelteilen 23b besteht, sondern aus einem einzigen Teil. Dabei kann die Umfangswand 23 beispielsweise auch mit der Lagernabe 26 einstückig ausgeführt und über Stege miteinander verbunden sein. Ferner können die Kanäle 28 und 29 ganz oder teilweise in den Stirnflächen der Umfangswand 23 anstelle in den Kolbenseltenwänden 25 und 24 angeordnet sein und von den Innenflächen 24a und 25a abgedeckt werden.

- Patentansprüche -

709848/0223

Leerseite

Claims (1)

1. Pabentansprüc h e

   /i. /Flüssigkeitsgekühlter mehreckiger Kolben einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere Rotationskolben-Brennkraftmaschine, in Trochoidenbauart mit jeweils zwischen benachbarten Ecken sich erstreckenden Kolbenflanken, der auf einem Exzenter drehbar gelagert und aus einer äußeren Umfangswand, zueinander parallelen Seitenwänden und einer zentralen Lagernabe zusammengesetzt ist und an seinen Ecken radiale Dichtleistennuten und an seinen Stirnflächen jeweils zwischen benachbarten Ecken sich erstrekkende axiale Nuten aufweist, in denen axialbewegliche Dichtstreifen eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich jeder Kolbenflanke in den Innenflächen (24a, 25a) der Seitenwände (24, 25) parallel zu den Dichtstreifen-Nuten (11) verlaufende Kanäle (28, 29) vorgesehen sind, die von der Umfangswand (23) abgedeckt sind, in der Umfangswand (23) parallel zu und in geringem Abstand von den Dichtleistennuten (9) verlaufende Bohrungen (34) vorgesehen sind, die die Kanäle (28, 29) miteinander verbinden, und in den Seitenwänden (24, 25) Kühlflüssigkeits-Zufluß- (30) und -Abflußkanäle (32) vorgesehen sind, die mit den Kanälen (28, 29) in Verbindung stehen.

   2. Flüssigkeitsgekühlter mehreckiger Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Zuflußkanal (30) mit einem Kanal (28) in der einen Seitenwand (25) und jeweils im Abflußkanal (32) mit einem Kanal (29) in der anderen Seitenwand (24) verbunden ist und die Zuflußkanäle (30) in einen in der Lagerfläche vorgesehenen Ringkanal (3I) münden, der mit der Mündung einer Schmierölleitung (20) im Exzenter (5) in Verbindung steht, und daß in den Abflußkanälen (32) je eine Drosselstelle (33) vorgesehen ist.

   3. Flüssigkeitsgekühlter mehreckiger Kolben nach Anspruch 1-oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangswand (23) auf bekannte Weise aus sich jeweils von Ecke zu Ecke des Kolbens (6) erstreckenden Einzelteilen besteht, die miteinander und mit den Seitenwänden (24, 25) verbunden sind.

   13. 5. 1976, N/RLP, co/tk 709848/0223

   ORJGfMAL INSPECTED