DE3627962C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine mit den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs 1.

Eine solche Drehkolbenmaschine ist aus der DE-PS 34 45 979 bekannt. Dort ist auf jeder Welle ein einziger Drehkolben angeordnet, der als Hohlzylinder von beispielsweise 180° Umfangserstreckung ausgebildet und in der Mitte seiner axialen Länge an einem ringförmigen Steg der zugehörigen Welle befestigt ist. Beiderseits des Stegs, radial inner­ halb des zugehörigen Drehkolbens, ist je eine Abdichthülse gelagert. Auf diesen beiden Abdichthülsen jeder Welle ist der an der jeweils anderen Welle befestigte Drehkolben ab­ wälzbar. Jede der Abdichthülsen wirkt somit nur mit einem einzigen Drehkolben zusammen. Dieser kommt bei jeder Um­ drehung nur zeitweise mit den zugehörigen Abdichthülsen in Wälzeingriff. Dabei werden die betreffenden Abdichthülsen jeweils auf die Umfangsgeschwindigkeit des Drehkolbens be­ schleunigt, so daß die Abwälzung nach einer gewissen Über­ gangszeit schlupffrei stattfindet. Nach dem Ende der Ab­ wälzung sinkt die Winkelgeschwindigkeit der betroffenen Abdichthülsen wieder auf den Betrag der Winkelgeschwindig­ keit der Welle, auf der sie gelagert sind. Die Abdichthül­ sen haben somit im Betrieb periodisch schwankende Winkel­ geschwindigkeiten. Diese Schwankungen lassen sich zwar gemäß der DE-PS 34 45 979 dadurch in Grenzen halten, daß die Lager der Abdichthülsen als Richtungsgesperre ausgeführt sind; auf diese Weise läßt sich wenigstens verhindern, daß die Winkelgeschwindigkeiten der Abdichthülsen diejenige der zugehörigen Welle zeitweise unterschreitet. Die Rich­ tungsgesperre erfordern jedoch einen zusätzlichen Raum- und Kostenaufwand und können die Geschwindigkeitsschwan­ kungen der Abdichthülsen nur begrenzen, nicht verhindern. Die somit jeweils zu Beginn des Wälzeingriffs zwischen Drehkolben und Abdichthülsen erforderliche Beschleunigung der Abdichthülsen ist als Ursache von Verschleiß an Dreh­ kolben und Abdichthülsen erkannt worden.

Ausgehend von dieser Erkenntnis liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, periodische Beschleunigungen und Verzö­ gerungen der Abdichthülsen weitgehend zu vermeiden. Die Aufgabe ist nach der Erfindung ausgehend von einer gat­ tungsgemäßen Drehkolbenmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Da jede Abdichthülse wechselweise von zwei Drehkolben angetrieben wird, drehen sich die Abdichthülsen ständig mit wenigstens annähernd gleicher Umfangsgeschwindigkeit wie die Drehkolben. Dadurch wird ein Schlupf beim Inein­ griffkommen von Drehkolben und Abdichthülsen weitgehend, wenn nicht vollständig, vermieden. Infolgedessen bleiben die Umfangsflächen der Drehkolben und Abdichthülsen von vermeidbarem Verschleiß verschont.

Die Merkmale des Anspruchs 2 haben den zusätzlichen Vor­ teil, daß die im Betrieb auftretenden Fliehkraft-Momente der trägen Massen der drei auf jeder Welle angeordneten, um 180° gegeneinander versetzten Drehkolben sich gegen­ seitig aufheben, so daß die Laufruhe und somit auch die Schonung der Umfangsflächen der Drehkolben und Abdicht­ hülsen noch weiter verbessert wird.

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer Dreh­ kolben-Brennkraftmaschine mit einem Drehkolbenverdichter und einem Drehkolbenmotor anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Brennkraftmaschine im Querschnitt E-F in Fig. 2,

Fig. 2 den Längsschnitt C-D in Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt G-H in Fig. 2, und

Fig. 4 den Längsschnitt A-B in Fig. 1.

Der Drehkolbenverdichter hat ein Gehäuse 1 mit zwei Grup­ pen von je drei nebeneinanderliegenden Zylinderräumen 3, 4 und 5 sowie 6, 7 und 8. Die Zylinderräume 3 bis 5 und 6 bis 8 jeder Gruppe sind durch Zwischenplatten 9 und 10 voneinander getrennt. Der Inhalt des Zylinderraums 3 ist gleich der Summe der Inhalte der Zylinderräume 4 und 5, die unter sich gleich sind. Die gleiche Aufteilung haben die Zylinderräume 6, 7 und 8.

In den Zylinderräumen 3 bis 5 und 6 bis 8 sind Drehkolben 12, 13 und 14 bzw. 15, 16 und 17 so angeordnet, daß der Drehkolben 12 den Drehkolben 13 und 14, und der Drehkolben 15 den Drehkolben 16 und 17 genau gegenüberliegt, d. h. gegen diese Drehkolben um 180° versetzt ist. Durch diese Anordnung werden die Fliehkräfte und deren Momente ausge­ glichen. Die beiden Gruppen von je drei Drehkolben 12 bis 14 und 15 bis 17 sind um 90° gegeneinander versetzt auf je einer Welle 18 bzw. 19 mit Keilprofil befestigt und drehen sich gegenläufig mit gleicher Drehzahl.

Der Drehkolbenmotor hat ein Gehäuse 2 mit zwei Gruppen von je drei nebeneinanderliegenden Zylinderräumen 20, 21 und 22 sowie 23, 24 und 25. Die Zylinderräume 20 bis 22 bzw. 23 bis 25 jeder Gruppe sind durch Zwischenplatten 48 und 48′ voneinander getrennt. In den Zwischenräumen 20 bis 22 und 23 bis 25 sind zwei Gruppen von je drei Drehkolben 26, 27 und 28 bzw. 29, 30 und 31 in gleicher Weise wie beim Drehkolbenverdichter angeordnet und in ihrer Winkelstel­ lung um einen bestimmten Betrag gegen die Drehkolben 12 bis 14 bzw. 15 bis 17 des Verdichters versetzt auf Wellen 32 und 33 mit Keilprofil axial verschiebbar befestigt.

Sämtliche Drehkolben sind als Hohlkörper ausgebildet und weisen an ihren Stirnseiten Taschen 34, 35, 36 auf, die mit einem Hohlraum 73 bzw. 74 in Verbindung stehen. Die Taschen 34 bis 36 haben die Aufgabe, den Druck an beiden Stirnseiten des zugehörigen Drehkolbens auszugleichen und diesen somit berührungsfrei axial schwimmend zu halten.

In Ausdrehungen je zweier nebeneinander auf einer gemein­ samen Welle 18 bzw. 19 bzw. 32 bzw. 33 befestigten Dreh­ kolben 12 bis 14 bzw. 15 bis 17 bzw. 26 bis 28 bzw. 29 bis 31 sind Abdichthülsen 37 und 38 auf Nadellagern 49 bzw. 50 gelagert. Dies ist in Fig. 2 am Beispiel der Welle 32 nä­ her dargestellt und gilt gemäß Fig. 1 auch für die übrigen Wellen 18, 19 und 33. Gemäß Fig. 2 wird die Abdichthülse 37 von den Umfangsflächen der um 180° gegeneinander ver­ setzt angeordneten Drehkolben 26 und 27 unter leichter Vorspannung wechselweise angetrieben. Da jeder Drehkolben eine sich über 180° erstreckende Umfangsfläche aufweist, wird jede der Abdichthülsen 37 und 38 ununterbrochen ange­ trieben. Dadurch werden im Betrieb Unstetigkeiten und ver­ meidbarer Verschleiß an den Umfangsflächen der Drehkolben und Abdichthülsen verhindert.

Auf den Wellen 32 und 33 ist je eines von zwei gleichen Zahnrädern 40 und 39 (Fig. 3) fest montiert, die mitein­ ander kämmen und sich deshalb gegensinnig mit gleicher Drehzahl drehen. Das Zahnrad 40 treibt über ein Zwischen­ rad 43 ein Zahnrad 41, das auf einer Welle 42 fest mon­ tiert ist. Auf der Welle 33 ist ferner ein Zahnriemenrad 44 fest montiert, das über eine Umlenkrolle 45 mittels Zahnriemen 46 ein Zahnriemenrad 47 auf der Welle 18 des Verdichters im Verhältnis 1 : 1 antreibt.

Um zu verhindern, daß die Abdichthülsen 37 und 38 mit ihrer hohen Temperatur die Nadellager 49 und 50 über­ hitzen, werden diese durch in den Wellen 32 und 33 ange­ ordnete Kühlkanäle 51 gekühlt. Das Kühlmittel wird jeweils über einen Kanal 52 und eine Hülse 53 zugeführt; die Hülse hat einen Zulauf 54 und einen Rücklauf 55.

Das Gehäuse 2 des Drehkolbenmotors ist mit dem Gehäuse 1 des Drehkolbenverdichters über Flansche 56 und 57 verbun­ den. Um zu verhindern, daß die hohe Betriebstemperatur des Drehkolbenmotors auf den Drehkolbenverdichter übertragen wird, ist zwischen beiden eine wärmeisolierende, elasti­ sche Platte 58 angeordnet. In gleicher Weise sind Lager 59 und 60 der Wellen 18, 19, 32 und 33 mittels Scheiben 61 und 62 wärmeisoliert; zusätzlich wird über Kühlkanäle 63 und 64 gekühlt. Weitere Kühlkanäle 65 und 66 (Fig. 1) sind im Drehkolbenverdichter bzw. -motor angeordnet.

Zwischen Drehkolbenverdichter und Drehkolbenmotor befinden sich Explosionskanäle 67, 68, 69, 70, 71 und 72 (Fig. 4). Der Explosionskanal 67 verbindet die Zylinderräume 6 und 23 miteinander; der Explosionskanal 70 verbindet die Zylinderräume 3 und 20 miteinander. Die Winkelstellung des Drehkolbens 12 gegenüber dem Drehkolben 29 ist so festge­ legt, daß der Explosionskanal 70 vom Drehkolben 29 geöff­ net wird, wenn der Drehkolben 12 den Explosionskanal 70 gerade geschlossen hat. Entsprechendes gilt für den Dreh­ kolben 15, den Explosionskanal 67 und den Drehkolben 26.

Über eine Ansaugöffnung 75 wird vom Drehkolben 15 während einer halben Umdrehung Gemisch angesaugt, das während der restlichen halben Umdrehung verdichtet wird und in den Explosionskanal 67 gelangt. Während der Verdichtung ist der Explosionskanal 67 vom Zylinderraum 23 durch die Um­ fangsfläche des Drehkolbens 26 getrennt. Zwischen dem Zy­ linderraum 6 und dem Explosionskanal 67 besteht eine Ver­ bindung 76, 77 (Fig. 4). Das Restvolumen, das nicht in den Explosionskanal 67 gelangt, wird dem vom Drehkolben 15 be­ reits angesaugten Gemisch am Übergang der konkav ausge­ bildeten Kolbenstirnflächen im Zylinderraum 6 zugeführt, so daß die Ladung dort erhöht wird. Das Gemisch wird je­ weils von einer Zündkerze 81 bzw. 82 in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Drehkolben 12 und 29 bzw. 15 und 26 gezündet. Der Zündzeitpunkt wird mit zunehmender Drehzahl vorverlegt.

Das sich nach der Zündung im Zylinderraum 20 ausdehnende Gemisch treibt den Drehkolben 29 in Pfeilrichtung (Fig. 1) an. Gleichzeitig wir das verbrannte Gemisch von der gegenüberliegenden Flanke des Drehkolbens 26 durch eine Auslaßöffnung 83 in einen Auspuffkanal 84 gedrückt. Der gleiche Vorgang wie im Explosionskanal 67 spielt sich auch in den Explosionskanälen 68 bis 72 ab. Die Abtriebswelle 42 wird also von den Drehkolben wechselweise angetrieben, wobei der Drehkolben 26 sowie die beiden Drehkolben 27 und 28 den Antrieb jeweils für eine halbe Umdrehung überneh­ men. Entsprechendes geschieht in den Zylinderräumen 23, 24 und 25 mit den Drehkolben 29, 30 und 31.

Claims (3)

1. Drehkolbenmaschine mit

• - einem Gehäuse (1; 2), in dem Zylinderräume (3, 6; 20, 23) zwischen einem Einlaß (75) und einem Auslaß (83) ein­ ander paarweise überschneidend ausgebildet sind,
• - Wellen (18, 19; 32, 33) die sich durch je einen der Zylinderräume (3, 6; 20, 23) erstrecken und zu gegensin­ niger Drehung paarweise miteinander verbunden sind,
• - zueinander paarweise komplementären Drehkolben (12, 15; 26, 29), die an je einer der Wellen (18, 19; 32, 33) be­ festigt sind und je eine zur zugehörigen Welle gleichach­ sige Wälzfläche aufweisen, und
• - Abdichthülsen (37, 38), die zwischen je einem der Dreh­ kolben (12, 15; 26, 29) und der zugehörigen Welle (18, 19; 32, 33) frei drehbar angeordnet sind und eine zu der be­ treffenden Welle gleichachsige Wälzfläche bilden, wobei
• - jeder der Drehkolben (12, 15; 26, 29) mit seiner Wälz­ fläche periodisch gegen das Gehäuse (1; 2) abdichtet und im Überschneidungsbereich der beiden zugehörigen Zylinder­ räume (3, 6; 20, 23) an der Wälzfläche der dem komplemen­ tären Drehkolben zugeordneten Abdichthülse abdichtend abwälzbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - axial neben jedem der Drehkolben (12, 15; 26, 29), ge­ genüber diesem um 180° verdreht, mindestens ein zusätz­ licher Drehkolben (13, 14; 16, 17; 27, 28; 30, 31) auf derselben Welle (18, 19; 32, 33) befestigt ist, und
• - jeweils zwei auf derselben Welle befestigte Drehkolben im Wechsel auf derselben Abdichthülse (37, 38) abdichtend abwälzbar sind, die sich durch eine die Zylinderräume (3, 6; 20, 23) unterteilende Zwischenplatte (9, 10; 48, 48′) abgedichtet hindurcherstreckt.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - auf jeder Welle (18, 19; 32, 33) drei Drehkolben (12, 13, 14 bzw. 15, 16, 17 bzw. 26, 27, 28 bzw. 29, 30, 31) nebeneinander angeordnet sind, von denen jeweils der mitt­ lere Drehkolben (12 bzw. 15 bzw. 26 bzw. 29) doppelt so breit ist wie jeder der an seinen beiden Seiten angeordne­ ten, ihm gegenüber um 180° verdrehten Drehkolben (13, 14 bzw. 16, 17 bzw. 27, 28 bzw. 30, 31), und
• - jeder mittlere Drehkolben (12, 15, 26, 29) auf zwei axial nebeneinander angeordneten Abdichthülsen (37, 38) abwälzbar ist und die auf je einer Seite des mittleren Drehkolbens angeordneten Drehkolben (13, 14 bzw. 16, 17 bzw. 27, 28 bzw. 30, 31) auf je einer dieser Abdichthülsen (37, 38) abwälzbar sind.