EP0644981B1 - Piston machine - Google Patents

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Publication number
EP0644981B1
EP0644981B1 EP93912894A EP93912894A EP0644981B1 EP 0644981 B1 EP0644981 B1 EP 0644981B1 EP 93912894 A EP93912894 A EP 93912894A EP 93912894 A EP93912894 A EP 93912894A EP 0644981 B1 EP0644981 B1 EP 0644981B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
chamber
running
sealing
machine according
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP93912894A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0644981A1 (en
Inventor
Manfred Max Rapp
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP0644981A1 publication Critical patent/EP0644981A1/en
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Publication of EP0644981B1 publication Critical patent/EP0644981B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/06Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents of other than internal-axis type

Definitions

  • the invention relates to a piston machine of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • a disadvantage of this known construction is the very large ratio of chamber surface to chamber volume which is sought because of its use as a steam engine and which has an extremely unfavorable thermodynamic effect for use as an internal combustion engine or compressor.
  • a disadvantage of this design is also the course of the force acting on the piston with different Crank angles. Since the piston surface changes only slightly at different crank angles, the force acting on the piston remains almost constant. This is disadvantageous both when used as an internal combustion engine and particularly when used as a compressor, since the piston load becomes extremely high.
  • Another disadvantage is the angle at which the resulting force acting on the piston acts on the crankshaft. Angles in the range of 90 °, which achieve high torque with low bearing loads, would be favorable.
  • a generic piston machine is known from DE-A-1 551 119.
  • the piston machine can be used as a suction pump, for example a vacuum pump, compressor or as an expansion machine.
  • a suction pump for example a vacuum pump, compressor or as an expansion machine.
  • an expansion machine it can be used with external combustion, for example as a steam engine, or with internal combustion as a gasoline or diesel engine.
  • crank pins in the "heads", ie concentrically within the sealing elements of the piston.
  • this extremely limits the design options. Formations other than the four-chamber training shown cannot be constructed or can only be constructed with considerable problems.
  • the position of the crank pins in the "heads” forces the crankshafts to be arranged in the chambers. This leads to considerable sealing problems.
  • the crankshafts must be provided in the parallel walls of the machine housing as eccentric disks that are overrun by the piston.
  • the object of the present invention is to provide a piston machine of the generic type which, with improved design options, in particular enables the provision of more effective sealing elements and in which thermal loads on sealing and bearing points are avoided.
  • the bearing journals are arranged in the piston in a central area in which there is a lot of space available and the bearings of the crank journals can be arranged in a largely free construction, also with regard to the number of crank journals - and thus the crankshafts.
  • the adjacent part of the piston remains free of crankshafts, in particular in the region of the other end of the running surface of the piston.
  • the piston can be designed regardless of the need to attach crank caps.
  • the running surface can end here in any way and the piston part delimiting the running surface can be made very narrow here, which benefits the construction of the running space receiving the piston.
  • a sealing element at this end of the tread which can be designed independently of a crank pin bearing to be attached here according to the prior art.
  • the piston is free of crankpin bearings at both ends of the tread in the manner according to the invention, so that at both The sealing elements can be freely designed at the ends of the running surface and the piston can be constructed very narrow.
  • the displacement of the crankshafts in relation to the known construction of the generic type from the area of the chambers also results from the displacement of the crank pins in the piston in order to enable their storage in the piston at a point remote from the ends of the running surfaces. This displacement of the crankshafts out of the chambers creates the advantage that the crankshafts are no longer overrun by the piston as in the known construction.
  • crank pins and crankshafts creates the possibility of a considerable variety of designs with a largely arbitrary and largely arbitrary number of chambers compared to the generic prior art, which can only be used sensibly for a four-chamber arrangement in single and double arrangement.
  • the features of claim 3 are advantageously provided.
  • the possible variations in the surfaces of the sealing elements are surprisingly diverse.
  • the surface of a sealing element can be very small, so that the sealing element always lies on its mating surface in almost the same line.
  • the surfaces can be enlarged. Then there is an improved barrel wear because it is distributed over the surface of the sealing element. Since the counter surface increases correspondingly with an enlarged surface of the sealing element, a larger chamber also results.
  • the surfaces of the sealing elements can be Claim 2 be circular in cross section, but other curved surface configurations, in particular elliptical shapes, are also possible.
  • the counter-running surfaces of such a sealing element that can be moved in parallel rotation then deviate from the circular shape in accordance with the eccentricity of the surface of the sealing element.
  • the mating surface is also elliptical.
  • various chamber designs are possible which can be adapted to the individual purpose, for example as an expansion chamber, as a pump chamber or as a chamber of a low-pressure or high-pressure compressor.
  • the sealing elements delimiting a chamber on both sides can be of different sizes or of different shapes.
  • a chamber can be designed such that it is delimited on one side by a very small sealing strip with a circular cross-sectional surface, the counter surface of which is circular in cross section with a radius that is only slightly larger than the crank radius.
  • the sealing strip on the other side of the chamber can be elliptical with very large dimensions and runs on an elliptical counter-running surface which is only slightly larger than the surface of the sealing element. In this way, a large number of very different chambers can be formed, which are adapted to different purposes.
  • the features of claim 4 are advantageously provided.
  • the sealing elements can lie with their plane of symmetry parallel to the plane of symmetry of the adjacent tread, but can also deviate from this angular position. If, as stated in claim 4, they are arranged tilted outwards, this results in an extension of the counter surface and thus a larger maximum chamber volume or a larger compression ratio.
  • the features of claim 5 are also advantageously provided.
  • the chambers can be sealed by means of sealing elements which are designed as rigid integral parts of the piston or the motor housing. Then the sealing elements can only take into account the manufacturing tolerances at a gap are led to their counter surface, which results in leaks that limit, for example, the maximum compression pressure of a compression chamber. For low pressure compressors this can be enough.
  • the sealing elements as spring-loaded sealing strips, as is generally known from engine construction, higher sealing values and thus higher compression pressures can be achieved.
  • the parallel rotation of the piston results in the possibility of simultaneously engaging a running surface provided on the piston with two adjacent running surfaces of the peripheral wall.
  • chambers are formed simultaneously with both running surfaces of the peripheral wall, one of which, depending on the running direction, works as a compression chamber and the other as an expansion chamber.
  • the separation between the compression chamber and the expansion chamber provided in such an internal combustion engine results in cooling advantages with better partial efficiencies of the engine. After the expansion has ended, the combustion chamber opens and the hot gases are immediately blown into the low-pressure outlet with fresh air.
  • the expansion chamber can also be used as a suction pump, eg as a vacuum pump.
  • a piston machine is created in which the compression chamber supplies compressed air, while the expansion chamber works as a vacuum pump. Such a piston machine can be advantageous in certain manufacturing processes in which compressed air and vacuum are required at the same time.
  • the features of claim 11 are also advantageously provided.
  • the power in a manner known, for example, from Wankel engines, the power can be increased in accordance with the number of parallel disks by designing the machine with multiple disks.
  • the degree of uniformity of the machine can be improved, and possibilities can be created to allow compression chambers of one disk to be acted upon directly, without intermediate pressure storage, when the training takes place as an internal combustion engine using the angular offset between the disks.
  • valves are always required in the high-pressure channels. These can advantageously be designed as valves controlled synchronously with the piston run, for example in the form of globe valves or in the form of rotary valves.
  • valves of compression chambers can also be designed as one-way valves, for example as spring-loaded flap valves, their spring load specifying the desired maximum pressure.
  • a piston of this type is cooled as it moves by contact with the gas in the barrel.
  • the piston can be provided with ribs or with openings flushed with gas.
  • FIG. 16 the basic construction of the illustrated embodiment is first explained. It is an internal combustion engine with a housing 1, which is shown in one piece for the sake of simplification of the drawing, but which in a practical embodiment has to be made in several pieces for assembly purposes, for example in a disk-like manner.
  • Two parallel, identical crankshafts 2, 2 ' are mounted in the housing, of which the crankshaft 2' is visible in FIG. 3.
  • the crankshafts penetrate two running spaces 3, 3 'arranged one behind the other in the manner of disks, of which the running space 3 can be seen open in the section of FIG. 2.
  • crankshafts 2, 2 ' have cranks 4 in each running space, on the crank pin 5 of which a piston 6, 6' is mounted in each of the running spaces 3, 3 '.
  • crankshafts 2, 2 ' are identical in terms of their cranks for the piston 6 shown, in particular with the same crank radius and also with an identical angular position.
  • the crankshafts therefore rotate in synchronism with the angle.
  • corresponding gear sets 7, 7 ' are provided on one or both crankshaft ends. From Fig. 1 it can be seen that the crankshaft 2 at its end lying on the gear set 7 passes through the end wall of the housing 1 and carries there, for example, a drive pulley 8 provided.
  • the gear set 7 ' drives an output shaft 8'.
  • FIGS. 2 to 9 show that by the bearing of the piston 6 on the crank pin 5 of the two angularly synchronized crankshafts 2, 2 'the piston executes an orbit which, as shown in several successive orbital phases in FIGS. 2 to 9, can be called parallel rotation.
  • the piston is parallel to its other positions in all angular positions of the crankshafts.
  • Each point of the piston rotates with the radius of the cranks 4, but in each case around its own center. Therefore, more than two crankshafts can also be used to support a piston, as shown in FIG. 13 in an embodiment variant of a piston which runs on the crank pin of three crankshafts coupled in an angularly synchronous manner.
  • the construction is first further explained with reference to FIG. 2.
  • the running space 3 is delimited by parallel surfaces 9, which are perpendicular to the crankshafts 2, 2 ', and by a peripheral wall 10, which is perpendicular to the parallel walls 9 everywhere.
  • a tread 11 is provided, which is designed in the form of a half cylinder in the section of FIG. 2, that is to say semicircular.
  • a sealing strip 12 is arranged as a sealing element, which describes a circle during the parallel rotation of the piston 6, as shown in FIGS. 2 to 9, on the upper half of which it slides in contact with the running surface 11.
  • a sealing strip 13 is arranged on the peripheral wall 10 as a further sealing element.
  • a tread 14 in the piston 6 which also has a semi-cylindrical shape with the same radius of the tread 11.
  • a chamber is formed which is enclosed on all sides and is delimited by the parallel surfaces 9 and the running surfaces 11 and 14.
  • This chamber is sealed by the sealing strips 12 and 13 and additionally by a circular provided in the side surfaces of the piston 6 arranged side sealing strips 15, which seal against the parallel surfaces 9.
  • the chamber 11.14 In Fig. 7 the chamber 11.14 is open. It closes in Fig. 8 with maximum volume, which is calculated from the distance between the parallel surfaces 9 and essentially a circular cross section with the circumferential radius of the crank pin 5. If you follow Figs. 9, 2, 3 and 4, you can see that the chamber 11.14 is reduced to substantially zero and then, as shown in FIG. 5, opens again in order to close again in FIG. 8.
  • the direction of rotation of the crankshafts shown clockwise is a compression chamber.
  • the open position (FIGS. 5 to 7) it is connected to the running space 3 and can absorb gas of low pressure, which flows in, for example, through a low-pressure inlet channel 16 in the housing 1. 8, 9, 2 and 3, the gas in the chamber 11.14 is compressed and finally expelled through a high-pressure outlet channel 17, the opening of which in the parallel wall is shown in FIGS. 2 to 9, at a greatly increased pressure.
  • a further running surface 18 is arranged laterally in addition to the previously described running surface 11 in the peripheral wall 10, which is designed mirror-symmetrically to the sealing strip 13 and identical to the running surface 11.
  • the left and right end points of the treads 11 and 18 and the common middle end point lie on a line.
  • a high-pressure inlet channel 20 also opens into the chamber 18.14, which, in contrast to the high-pressure outlet channel 17, is not provided for the outlet of compressed gas, but rather for the inlet of compressed gas, which is relaxed during the working cycle of the chamber 18.14.
  • Air flowing in through the low-pressure inlet duct 16 is enclosed in the chamber 11.14, compressed and fed through the high-pressure outlet duct 17 to a pressure accumulator (not shown). From this, the compressed air is fed through the high-pressure inlet duct 20 to the chamber 18.14 at a point in time of small chamber volume or through the high-pressure inlet duct 20 'to the chamber 18'.14' and brought to an explosion there.
  • fuel e.g. Petrol or diesel fuel supplied with injectors, not shown, e.g. in the form of an intake manifold injection into the high-pressure inlet duct or in the form of a direct injection directly into the chamber.
  • a spark plug or injection nozzle can be arranged in the stepped bore 21 shown. After expansion and opening of the chamber 18.14, the burned gas can escape from a low-pressure outlet channel 22 opposite the low-pressure inlet channel 16.
  • the expansion chamber 18.14 and the compression chamber 11'.14 ' can be omitted, for example in a simpler embodiment. There is then still a compression chamber 11.14 and an expansion chamber 18'.14 'which can work together in the manner described above.
  • the internal combustion engine can also work on the diesel principle.
  • An injection nozzle is then to be provided in the stepped bore 21, which injects compressed air supplied to the chamber 18.14 at the time when the chamber volume is small. Since very large volume changes can be achieved with the chambers 11.14 and 18.14 shown, the chamber 11.14 can be used to bring the air to the required pressure of 30-60 bar, for example.
  • the high-pressure ducts 17 and 20 are arranged in the immediate vicinity of the sealing strip 13 provided between the chambers 11.14 and 18.14 and provided on the peripheral wall 10, that is to say in the region of the minimum chamber volume.
  • the low-pressure channels 16 and 22, which serve for the inlet and outlet, are opposite each other in the area in which the associated chambers 11.14 and 18.14 are to receive or release gas.
  • the rotation of the piston 6 in the clockwise direction favors flushing from the low-pressure inlet channel 16 to the low-pressure outlet channel 22, so that mixing of fresh and exhaust gases is avoided.
  • the high-pressure channels 17 and 20 must have valves which, in the case of the compression chamber 11.14, must be opened at maximum compression for the outlet of the high-pressure gas and, in the case of the expansion chamber 18.14, must close after the high-pressure gas has been admitted.
  • valves controlled in synchronization with the rotation of the crankshafts 2, 2 ' can be provided.
  • FIG. 1 shows rotary valves 23, 23 'which are driven by the respective gear set 7, 7' synchronously with the crankshafts and which control the high-pressure channels, which cannot be seen in the section of FIG. 1.
  • one-way valves which are permeable in the gas direction can also be provided for this purpose, which are designed, for example, as spring-loaded flap valves.
  • sealing strips 12, 13 and 19 will be described with reference to FIG. 3 and in particular FIG. 16. They are essentially identical and are described in detail using the example of the sealing strip 13.
  • the sealing strip 13 has a surface 24 which is circular in cross section, the center 25 of which is on a radius to the center 26 of the running surface 11 which corresponds to the radius of the crank pins 5 of the crankshafts 2, 2 '.
  • the radius of the surface 24 of the sealing strip 13, based on its center point 25, must be added to the circumferential radius of the crank pin 5 to give the radius of the tread 11, based on its center point 26.
  • the radius of the running surface 14 of the piston is identical to that of the running surface 11. The same applies to the already described running surface 18.
  • the sealing strips 12, 13 and 19, which are essentially identical to one another, are, as explained in FIGS. 3 and 16 using the example of the sealing strip 13, displaceably mounted with a slide 27 in a sliding guide and form a piston 28 at their end opposite the surface 14 that slides in a cylinder with spaces 29 and 30.
  • springs are applied to the piston 28 from above and below (indicated schematically in FIG. 16 with wavy lines) which hold the sealing strip in a defined central position.
  • the space 30 located outside the piston 28 can be connected to one of the adjacent chambers by a bore, not shown, in order to be acted upon by the latter with high pressure gas, which presses the sealing strip against its running surface with additional prestress for the sealing contact.
  • a bore 100 is shown in dashed lines in FIG. 17. It serves to pressurize the sealing strip 120.
  • FIGS. 1 to 9 thus forms an internal combustion engine which has two compression chambers and two expansion chambers per disc, that is to say a total of four compression and four expansion chambers.
  • 1 shows, the cranks 4 of the crankshafts in the running spaces 3 and 3 'are angularly offset from one another.
  • the pistons 6, 6 'thus run with a phase shift. This makes it possible, for example, for the compression chambers of one disk to release high-pressure gas at a point in time when the expansion chambers of the other disk require high-pressure gas.
  • an internal combustion engine can also have more than the two disks shown.
  • a double-chamber arrangement with chambers 11.14 and 18.14 can also be provided in a pane, for example.
  • a corresponding piston with only one running surface 14 is shown in FIG. 10.
  • only one counter running surface for example the running surface 11, can be provided in the peripheral wall 10.
  • a pure compressor that has to be driven externally and that has only one compression chamber per disc.
  • such a pure compressor per disk can also have two compression chambers (but no expansion chambers).
  • only expansion chambers can be provided in one pane and only compression chambers in another pane.
  • the invention offers considerable scope for variation.
  • a self-propelled compressor can be designed such that, for example, in the two disks shown in FIG. 1, only one disk has an expansion chamber which drives the compressor according to the internal combustion principle, but each disk has two compression chambers. As calculations show, one expansion chamber is sufficient to drive four compression chambers.
  • More than two chamber arrangements can also be provided on the circumference of a running space, each of which can consist of either an expansion chamber or a compression chamber or an expansion and a compression chamber. This is shown by the illustrations in FIGS. 10 to 15.
  • FIG. 10 shows a piston with only one running surface 14, with which a single or double chamber arrangement can be provided.
  • 13 shows a piston with three running surfaces for three such chamber arrangements.
  • FIG. 11 shows the piston described in FIGS. 1 to 9 for two such chamber arrangements.
  • FIG. 12 shows a piston with two running surfaces, which, however, when compared with FIG. 11, are arranged obliquely to the connecting line of the crankshafts.
  • 14 and 15 show that larger numbers of chamber arrangements are easily possible. The geometric conditions only need to be taken into account in terms of space requirements. The parallel rotational movement of the piston enables a largely arbitrary number of chamber arrangements per piston.
  • the center of the running surface is marked in the running surface 14 of the piston shown as an intersection of the tangent T created at this point and the perpendicular S to it.
  • the two lines T and S form the four quadrants labeled with the Roman numerals I, II, III and IV.
  • the two crank pins 5 in the piston are located on the other side of the line T, ie in the central part of the piston, from the chamber which can be formed by the running surface 14.
  • the piston can be made very narrow and with spring-loaded sealing strips with small sealing strip radii. In the construction of the piston in the region of the two ends of the running surface 14, it is not necessary to take account of any crank pin bearings to be arranged here.
  • FIGS. 11 to 15 clearly show the same geometric relationships for each of the running surfaces 14 present in these with respect to the arrangement of the bearings of the crank pins 5. These geometric relationships also apply to the other piston constructions shown in FIGS. 1 to 18.
  • the chamber arrangement with the chambers 11.14 and 18.14 can be arranged inclined at an angle to the connecting line of the crankshafts 2, 2 '.
  • the connecting line of the sealing strips 12 and 19 of the piston 6 is then at an angle to the connecting line of the crankshafts 2, 2 '.
  • the running surfaces 11 and 14 are to be arranged tilted at an angle such that the connecting line of their end points is parallel to the connecting line of the sealing strips 12 and 19 of the piston 6.
  • FIG. 17 shows an embodiment variant whose differences from the construction described above can be seen in comparison with FIG. 16 are.
  • the same parts are provided with the same reference numerals.
  • the sealing strip 120 seated at the left end of the running surface 14 of the piston 6 is greatly enlarged, as the comparison with the sealing strip 12 of the construction according to FIG. 16 shows.
  • it is doubled in its radius, that is to say in its overall dimensions.
  • the left stationary tread 110 is enlarged compared to the tread 11 shown in dashed lines, which corresponds to that of the construction of FIG. 16.
  • the center point of the original tread 11 was at 26.
  • the center point of the new tread 110 was at 260.
  • the magnification to the left is clearly asymmetrical, as the lateral shift of the center points 26 and 260 shows.
  • the newly formed enlarged chamber 110.14 is distinguished from the original construction according to FIG. 16 by a maximum volume increased by 25% in the exemplary embodiment and a correspondingly increased maximum compression ratio. Otherwise the mode of operation of the overall construction remains unchanged.
  • the sequence in the individual phases according to FIGS. 2 to 9 is unchanged.
  • the enlarged sealing strip 120 can also be designed differently from the sealing strips 13 and 19, for example with other dimensions even bigger or a little smaller. The size of the new tread 110 must be adjusted accordingly.
  • Fig. 18 shows a variant of the construction of Fig. 17 in the same representation. Matching parts are provided with the same reference numerals. The reference numbers of modified parts have also been retained, but with a comma.
  • the change relates to the sealing strip 120 'located at the left end of the chamber 110'.14, that is to say at the left end of the running surface 14 of the piston 6.
  • the enlarged sealing strip 120 of FIG. 17 is viewed again, it can be seen that, like the sealing strip 19 located at the right end of the running surface 14 of the piston, its plane of symmetry lies exactly parallel to the plane of symmetry of the adjacent running surface 14. As shown in FIG. 17, this results in a maximum circumferential angle of the counter surface 110 of the chamber of approximately 180 °. Even in the case of the smaller sealing strip 12 shown in dashed lines, the corresponding smaller counter-running surface 11 can only be traveled over about 180 °. This limits the maximum chamber size shown in FIG. 17.
  • Fig. 18 it is shown that there the enlarged sealing strip 120 'with its dash-dotted plane of symmetry under one Oblique angle ⁇ is arranged opposite the plane of symmetry of the tread 14 adjacent to it, which is also shown with a dash-dotted line.
  • the comparison with FIG. 17 shows that the circular sector surface of the sealing strip 120 'is formed over a somewhat larger angular range. This results in the possibility of guiding the sealing strip 120 'into an abutment on the correspondingly lengthened counter-running surface 110' over an angular range likewise increased by a beyond 180 °.
  • the maximum chamber volume as the comparison of FIGS. 17 and 18 shows, can be increased considerably again without changing the crankshafts.
  • the left chamber 110'.14 can again be greatly enlarged, while the right chamber 18.14 is kept small, since the sealing strip 19 is arranged at 90 ° and also has a much smaller surface area of its circular sector .
  • the smaller sealing strip 12 ' is also shown (dashed) within the enlarged sealing strip 120' at the same angle.
  • the other angular arrangement results in a correspondingly enlarged counter-running surface 11 ′ with a corresponding enlargement of the chamber.
  • the tightness of a sealing strip can be improved, for example in the sealing strip 120 of FIG. 17, if the lifting is prevented.
  • Lifting usually occurs when the sealing strip vibrates or rattles in its resilient mounting in the event of smooth running malfunctions. Such vibration movements can be prevented by shock absorption.
  • shock-absorbing devices can be provided in the resilient bearing seat of a sealing strip, for. B. hydraulic damping devices in the manner of conventional hydraulic piston shock absorbers.
  • heat can be dissipated, for example by Water cooling channels in the housing near the treads provided there and by liquid cooling of the piston, which can be done, for example, with oil channels in the piston, which are connected to the two crankshafts via the bearings.
  • air cooling in the housing is also possible, for example by means of external ribbing.
  • the piston can also be adequately cooled with gas cooling alone.
  • the piston 6 shown there is seen it can be seen that it rotates continuously in the running space and is in intensive gas contact with the constantly flowing cool fresh gas. If the piston is heavily ribbed outside its running surfaces 14 and 14 ', for example in its surface, sufficient gas cooling of the piston can be brought about.
  • the piston can also be provided with openings, for example (see FIG. 2) an opening that runs approximately in the imaginary line between the openings 16 and 22 of the housing 1 in the upper part of the piston 6 between its tread 14 and the bearings on the crank pin 5 passes and which is flowed through by air when the piston rotates.
  • the sealing elements that delimit a chamber are always shown to be significantly smaller than the crank radius of the piston.
  • the sealing strips 13 and 19 have a surface radius which is approximately a quarter of the crank radius.
  • the larger sealing strip 120 has a surface radius that is approximately half the size of the crank radius.
  • the sealing strips are always spring-loaded, as is also shown in FIG. 17.
  • the sealing elements can be designed with significantly larger surfaces compared to the crank radius, and they can also be designed as rigid parts of the piston or the housing wall without suspension. This is explained in an example in FIG. 19.
  • FIG. 19 shows a cross-section of the housing 501, in which a piston 506 for parallel rotation is mounted on crank pins 505 of three crankshafts.
  • a very large running surface 530 is formed on the peripheral wall of the running space shown, which has the shape of a circular section in cross section and on one end of which a sealing strip 531 of small cross section is arranged on the housing side.
  • a running surface 532 serving as a counter surface for the sealing strip 531 is provided on the piston 506. This extends from the corner at the location of the sealing strip 531 to the circumferential point marked with a line 533, that is to say over almost 180 °. It connects a part of the piston 506 which is circular in cross section, namely between the marking line 533 and the corner 534.
  • This surface part of the piston which is circular in cross section forms the sealing element 535 which runs on the running surface 530 when the piston 506 rotates in parallel. and that with parallel rotation of the piston 506 clockwise between the start of the tread 530 at the low pressure inlet channel 516 to the end of the tread 530 at the sealing strip 531.
  • a working chamber 530.532 is hereby formed, which is delimited by the running surfaces 530 and 532 and the sealing elements 531 and 535.
  • the sealing element 535 runs on the running surface 530 while forming a chamber, while the sealing strip 531 runs on the running surface 532.
  • the same chamber formation conditions are present as are described in the previous embodiments.
  • only the ratio of the surfaces of the sealing elements is chosen to be very large, and the sealing element 535 has a surface radius that is very much larger than the crank radius.
  • the sealing element 535 is not cushioned in this embodiment. It can only seal against its counter surface 530 with a gap required due to play.
  • the chamber 530.532 can therefore essentially only be used as a low-pressure compression chamber, but has a very large chamber volume and can therefore be used to compress large amounts of air to low pressures.
  • the compressed gas can be obtained through an outlet channel 536 with valve 537.
  • the chamber 530.532 is combined with the two chambers 110.14 and 18.14 of the embodiment of FIG. 18.
  • the tread 14 is provided on the piston 506, on both ends of which the sealing lines 19 and 120 'are seated.
  • the housing 501 forms the running surfaces 110 ′ and 18 here. Details of these two chambers have been omitted for the sake of simplifying the drawing.
  • the chamber 530.532 can be used as a low-pressure compression chamber, while the chamber pair 110'.14, 18.14 forms an internal combustion engine in the manner described above, which drives the compressor.
  • the low-pressure compression chamber 530.532 can also serve as a pre-compression chamber, the gas pre-compressed in it being suitably supplied to the compression chamber 110'.14 for post-compression.
  • the result would be a two-stage compressor that can reach very high outlet pressures.
  • the expansion chamber 18.14 could be omitted.
  • the chamber 18.14 forms the expansion chamber in the clockwise direction of movement of the piston. After opening this chamber, in the position of the piston 506 shown in FIG. 19, the burned exhaust gas is to leave the machine through the low-pressure outlet channel 522, if possible without mixing with the fresh gas of the low-pressure inlet channel 516.
  • a running surface 540 is formed on the separating web between the low-pressure channels 516 and 522 and on one Nose 541 of the piston 506 a sealing element 542, which runs sealingly on the tread 540 during the critical crank angle range in which the expansion chamber 18.14 opens and creates a gas seal between the low-pressure channels 522 and 516, so that exhaust gas is mixed in this critical time range and fresh gas is avoided.
  • the sealing elements or sealing strips are always designed with surfaces which are circular in cross section.
  • the running surfaces are surfaces that are circular in cross-section and are coated by these sealing elements during the parallel rotation.
  • the compressor has a housing 601, in which a piston 606 rotates clockwise on three crank pins 605.
  • the revolving curves of the crank centers are shown with circles.
  • a sealing element 635 with a cross-sectional elliptical surface, which extends from the marking line 633 to the marking line 634 enough. It connects to a circular cross-sectional tread 632 at 633.
  • a sealing strip 631 with a small circular cross section is arranged on the peripheral wall of the housing 601 and runs on the running surface 632 of the piston.
  • a running surface 630 is then formed on the sealing strip 631, which extends from the sealing strip 631 to a low-pressure inlet channel 616.
  • the sealing element 635 which is designed as an elliptical section, runs from the angular position shown in FIG. 20, in which it comes into first contact with the running surface, to the contact with the sealing strip 631 and forms the sealing boundary of the chamber 630,632. At its other end, this chamber is sealed by the sealing strip 631 in contact with the tread 632.
  • High pressure gas from this chamber is discharged in the direction of the arrow through an outlet duct 636 with valve 637.
  • a second chamber 630'.632 ' is provided symmetrically on the upper side of the piston 606 and operates alternately with the chamber 630.632 described first when the piston 606 rotates.
  • the sealing elements 535 and 635 which have very large dimensions in relation to the crank radius, form a considerable peripheral part of the piston 506 and 606, respectively.
  • These sealing elements 535, 635 are therefore surfaces which are rigidly connected to the piston trained and can only seal with a gap seal against their counter surface.
  • crank pins in the piston is also explained in FIGS. 19 and 20, as shown in FIG. 10.
  • crank pins 505 of the piston lie outside the quadrants I and IV. In the case of the tread 532, this only applies to the quadrant I. No crank pin is mounted on this end of the tread 532 opposite the sealing element 532. It can therefore be constructed freely; in the exemplary embodiment shown, the running surface 532 merges at a right angle into an adjacent surface. Crank pins are not provided in this area.
  • FIG. 20 shows the quadrant arrangement for the tread 632 ', which also applies in a corresponding manner to the tread 632, which is arranged completely symmetrically. It can be seen that a crank pin 605 can be arranged in quadrant IV, but not in quadrant I, in which the tread 632 'is delimited by the piston 606 in a very narrow configuration, which benefits the closely matched design of the piston chamber surrounding the piston .
  • crankshafts are always outside of the chambers formed when the sealing elements engage the treads.
  • the tread 632 is not in chamber engagement.
  • the tread 632 is in engagement with the maximum chamber size with the tread 630.
  • All crankshafts, which in this illustration are in the center of the illustrated circles of the crank pins 605, are outside the chamber 630.632 and thus protected against heat attack and against attack by compressed gases.

Abstract

PCT No. PCT/EP93/01422 Sec. 371 Date Jan. 12, 1995 Sec. 102(e) Date Jan. 12, 1995 PCT Filed Jun. 4, 1993 PCT Pub. No. WO93/25801 PCT Pub. Date Dec. 23, 1993A piston machine usable as an expansion engine, suction pump or compressor for a compressible medium has a housing containing a working space with two parallel walls and an interconnecting peripheral wall perpendicular to the parallel walls, the peripheral wall having a first chamber surface. A piston has a second chamber surface cooperating with the first chamber surface to form a chamber of variable volume. Two identical crankshafts rotatably mounted in the housing have crank pins rotatable in and supporting the piston, the crankshafts being coupled together for angular synchronous rotation. A first sealing element is mounted on the piston and a second sealing element is mounted on the peripheral wall. Each of the first and second chamber surfaces is formed as a sliding surface to slidingly engage the sealing element of the other of said chamber surfaces during piston rotation. The housing provides a high-pressure gas passage having an opening communicating with the chamber and a low-pressure gas passage communicating with a working space outside of the chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.The invention relates to a piston machine of the type mentioned in the preamble of claim 1.

Eine ältere Kolbenmaschine ist aus der US-PS 18 64 699 bekannt. Die die Arbeitskammern begrenzenden Kammerflächen an der Umfangswand und am Kolben sind bei dieser Konstruktion jeweils aus mit einem Dichtelement in Form einer Dichtleiste in Eingriff stehenden zylinderabschnittförmigen Laufflächen und aus größeren ebenen Flächen zusammengesetzt. Bei Eingriff der Dichtleisten ergeben sich Kammern mit sehr großen Flächen, die im wesentlichen von den ebenen Flächenteilen bestimmt sind. Die Konstruktion ähnelt einer Hubkolbenmaschine ohne Pleuelstange.An older piston machine is known from US-PS 18 64 699. In this construction, the chamber surfaces delimiting the working chambers on the peripheral wall and on the piston are each composed of cylindrical-section-shaped treads which engage with a sealing element in the form of a sealing strip and of larger flat surfaces. When the sealing strips engage, chambers with very large surfaces result, which are essentially determined by the flat surface parts. The design is similar to a reciprocating piston machine without a connecting rod.

Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist das wegen der Verwendung als Dampfmaschine angestrebte sehr große Verhältnis von Kammeroberlläche zu Kammervolumen, das für die Verwendung als Brennkraftmaschine oder Kompressor thermodynamisch außerordentlich ungünstig wirkt. Nachteilig ist bei dieser Konstruktion auch der Verlauf der auf den Kolben wirkenden Kraft bei unterschiedlichen Kurbelwinkeln. Da sich die Kolbenfläche bei unterschiedlichen Kurbelwinkeln nur wenig ändert, bleibt die auf den Kolben wirkende Kraft fast konstant. Dies ist sowohl bei Verwendung als Brennkraftmaschine als auch insbesondere bei der Verwendung als Kompressor ungünstig, da die Kolbenbelastung extrem hoch wird. Ferner nachteilig ist der Winkel, in dem die resultierende auf den Kolben wirkende Kraft an der Kurbelwelle angreift. Günstig wären Winkel im Bereich 90°, die bei geringen Lagerbelastungen hohes Drehmoment erzielen. Bei der bekannten Konstruktion verläuft dieser Kraftangriffswinkel aber stets im wesentlichen senkrecht zu der größeren ebenen Fläche des Kolbens. Die Verhältnisse ähneln denen bei einem Hubkolben, bei dem die Kraft nur über einen sehr kleinen Kurbelwinkelbereich unter günstigem Angriffswinkel auf die Kurbel übertragen werden kann.A disadvantage of this known construction is the very large ratio of chamber surface to chamber volume which is sought because of its use as a steam engine and which has an extremely unfavorable thermodynamic effect for use as an internal combustion engine or compressor. A disadvantage of this design is also the course of the force acting on the piston with different Crank angles. Since the piston surface changes only slightly at different crank angles, the force acting on the piston remains almost constant. This is disadvantageous both when used as an internal combustion engine and particularly when used as a compressor, since the piston load becomes extremely high. Another disadvantage is the angle at which the resulting force acting on the piston acts on the crankshaft. Angles in the range of 90 °, which achieve high torque with low bearing loads, would be favorable. In the known construction, however, this force application angle always runs essentially perpendicular to the larger flat surface of the piston. The situation is similar to that of a reciprocating piston in which the force can only be transmitted to the crank over a very small crank angle range with a favorable angle of attack.

Aus der DE-A-1 551 119 ist eine gattungsgemäße Kolbenmaschine bekannt.A generic piston machine is known from DE-A-1 551 119.

Bei dieser Konstruktion läuft bei kleiner werdender Kammer das die Kammer begrenzende Dichtelement des Kolbens über das die Kammer begrenzende Dichtelement der Umfangswand. Wenn die Kammer mit ihrem Volumen gegen Null läuft, laufen also auch ihre Oberflächen gegen Null. Daraus resultiert ein im wesentlichen konstantes Verhältnis von Kammeroberfläche zu Kammervolumen mit sehr guten thermodynamischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Wärmeverluste an den Oberflächen bei kleinem Kammervolumen, also bei maximaler Kompression. Es resultiert hieraus auch eine im wesentlichen konstante in den Kolben eingeleitete Kraft, da bei zunehmendem Kompressionsdruck die belastete Kolbenfläche immer kleiner wird. Überlastungen der Maschine auch bei höchster Kompression werden vermieden. Es lassen sich extrem hoch verdichtende Brennkraftmaschinen oder Kompressoren verwirklichen. Die auf den Kolben resultierende Kraft steht im wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Verbindungslinie der die Kammer begrenzenden Dichtelemente. Diese ändert ihren Winkel derart, daß die Richtung der resultierenden Kraft über einen sehr großen Kurbelwinkelbereich im wesentlichen senkrecht zur Kurbel steht, und zwar insbesondere bei größerem Kammervolumen. Daraus resultiert ein sehr ruhiger, gleichförmiger Lauf und bei Brennkraftmaschinen ein hohes Drehmoment. Durch die kompaktere Ausbildung der gebildeten Arbeitskammern wird außerdem eine kompaktere Ausbildung der Kolbenmaschine ermöglicht. Diese Vorteile addieren sich zu den Vorteilen dieser Konstruktionsart, die aufgrund des Parallelrotationsprinzipes schwingungsarm läuft und aufgrund der Möglichkeit der kompakten Anordnung mehrerer Kammern eine hohe Leistungsdichte und günstige Baukosten ermöglicht. Die Kolbenmaschine ist je nach Ausbildung als Saugpumpe, z.B. Vakuumpumpe, Kompressor oder als Expansionsmaschine verwendbar. Als Expansionsmaschine kann sie mit äußerer Verbrennung, z.B. als Dampfmaschine, oder mit innerer Verbrennung als Otto- oder Dieselmotor verwendet werden.In this construction, when the chamber becomes smaller, the sealing element of the piston delimiting the chamber runs over the sealing element of the peripheral wall delimiting the chamber. If the chamber runs with its volume towards zero, its surfaces also run towards zero. This results in an essentially constant ratio of chamber surface to chamber volume with very good thermodynamic properties, in particular with regard to the heat losses on the surfaces with a small chamber volume, that is to say with maximum compression. This also results in an essentially constant force being introduced into the piston, since with increasing compression pressure the loaded piston area becomes smaller and smaller. Overloading the machine even with the highest compression is avoided. Extremely high compression internal combustion engines or compressors can be realized. The force resulting on the piston is essentially perpendicular to the respective connecting line of the sealing elements delimiting the chamber. This changes its angle in such a way that the direction of the resulting force is essentially perpendicular to the crank over a very large crank angle range stands, especially with a larger chamber volume. This results in very smooth, uniform running and high torque in internal combustion engines. The more compact design of the working chambers formed also enables a more compact design of the piston machine. These advantages add to the advantages of this type of construction, which runs with low vibrations due to the parallel rotation principle and, due to the possibility of compact arrangement of several chambers, enables a high power density and low construction costs. Depending on the design, the piston machine can be used as a suction pump, for example a vacuum pump, compressor or as an expansion machine. As an expansion machine, it can be used with external combustion, for example as a steam engine, or with internal combustion as a gasoline or diesel engine.

Nachteilig bei dieser Konstruktion ist die hier zwingend vorgeschriebene Lagerung der Kurbelzapfen in den "Köpfen", also konzentrisch innerhalb der Dichtelemente des Kolbens. Hierdurch werden zum einen die konstruktiven Möglichkeiten extrem eingeschränkt. Andere Ausbildungen als die dargestellte Vierkammerausbildung sind nicht oder nur unter erheblichen Problemen konstruierbar. Ferner zwingt die Lage der Kurbelzapfen in den "Köpfen" dazu, die Kurbelwellen in den Kammern anzuordnen. Dies führt zu erheblichen Abdichtungsproblemen. Die Kurbelwellen müssen in den Parallelwänden des Maschinengehäuses als Exzenterscheiben vorgesehen werden, die vom Kolben überlaufen werden. Neben den erheblichen Dichtungsproblemen ergeben sich auch Probleme mit der hohen thermischen Belastung der Dichtungen und der Lager, da die Kammern sowohl bei Verwendung als Expansionskammern einer Brennkraftmaschine als auch bei Verwendung als Kompressionskammern erhebliche Wärmemengen erzeugen, die diese eng benachbarten Dichtungs- und Lagerstellen belasten. Zu den Einschränkungen der Konstruktionsmöglichkeiten zählt insbesondere auch, daß die Dichtflächenradien stets größer sein müssen als der Kurbelzapfenradius. Dadurch ergeben sich wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der Konstruktionsmöglichkeiten der Kammergeometrien. Bestimmte Verdichtungsverhältnisse lassen sich überhaupt nicht erreichen. Auch hinsichtlich der Konstruktion der Dichtelemente bestehen starke Beschränkungen. So sind diese lediglich, wie der Druckschrift entnehmbar, starr mit dem Kolben verbunden - nämlich als Kurbelzapfenlager - ausführbar. Abgefederte Dichtelemente, wie sie aus Gründen besserer Abdichtung zum Erreichen höherer Kompression erforderlich sind, sind hier nicht vorsehbar.A disadvantage of this design is the mandatory mounting of the crank pins in the "heads", ie concentrically within the sealing elements of the piston. On the one hand, this extremely limits the design options. Formations other than the four-chamber training shown cannot be constructed or can only be constructed with considerable problems. Furthermore, the position of the crank pins in the "heads" forces the crankshafts to be arranged in the chambers. This leads to considerable sealing problems. The crankshafts must be provided in the parallel walls of the machine housing as eccentric disks that are overrun by the piston. In addition to the considerable sealing problems, there are also problems with the high thermal load on the seals and the bearings, since the chambers generate considerable amounts of heat both when used as expansion chambers of an internal combustion engine and when used as compression chambers, which stress these closely adjacent sealing and bearing points. One of the limitations of the design options is in particular that the sealing surface radii must always be larger than the crank pin radius. This results in significant restrictions regarding the design options for the chamber geometries. Leave certain compression ratios don't reach at all. There are also severe restrictions with regard to the construction of the sealing elements. Thus, as can be seen from the document, these can only be rigidly connected to the piston - namely as a crank pin bearing. Suspended sealing elements, such as are required for better sealing to achieve higher compression, cannot be provided here.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Kolbenmaschine zu schaffen, die bei verbesserten Konstruktionsmöglichkeiten insbesondere das Vorsehen wirkungsvollerer Dichtelemente ermöglicht und bei der thermische Belastungen bei Dicht- und Lagerstellen vermieden werden.The object of the present invention is to provide a piston machine of the generic type which, with improved design options, in particular enables the provision of more effective sealing elements and in which thermal loads on sealing and bearing points are avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved with the features of the characterizing part of claim 1.

Erfindungsgemäß sind die Lagerzapfen im Kolben in einem zentralen Bereich angeordnet, in dem viel Platz zur Verfügung steht und die Lagerungen der Kurbelzapfen in weitgehend freier Konstruktionsgestaltung auch hinsichtlich der Anzahl der Kurbelzapfen - und somit der Kurbelwellen - angeordnet werden können. Dabei bleibt insbesondere im Bereich des anderen Endes der Lauffläche des Kolbens der angrenzende Teil des Kolbens frei von Kurbelwellen. Dort kann also der Kolben unabhängig von der Anbringungsnotwendigkeit von Kurbelzapien gestaltet werden. Die Lauffläche kann hier in beliebiger Weise enden und der die Lauffläche begrenzende Kolbenteil kann hier sehr schmal gestaltet werden, was der Konstruktion des den Kolben aufnehmenden Laufraumes zugute kommt. Insbesondere von Vorteil ist die Möglichkeit, an diesem Ende der Lauffläche ein Dichtelement vorzusehen, das unabhängig von einer hier nach dem Stand der Technik anzubringenden Kurbelzapfenlagerung gestaltet werden kann. Es sind daher sehr kleine Radien des Dichtelementes möglich und insbesondere auch die Ausbildung als abgefederte Dichtleiste zur Erhöhung der Gasdichtigkeit. Vorzugsweise ist der Kolben an beiden Enden der Lauffläche in der erfindungsgemäßen Weise frei von Kurbelzapfenlagern, so daß an beiden Enden der Lauffläche die Dichtelemente optimal frei gestaltbar und der Kolben sehr schmal konstruierbar ist. Die Verlagerung der Kurbelwellen gegenüber der gattungsgemäßen bekannten Konstruktion aus dem Bereich der Kammern hinaus ergibt sich aus der Verlagerung der Kurbelzapfen im Kolben, um deren Lagerung im Kolben an von den Enden der Laufllächen entfernter Stelle zu ermöglichen. Diese Verlagerung der Kurbelwellen aus den Kammern hinaus schafft den Vorteil, daß die Kurbelwellen nicht mehr vom Kolben überlaufen werden wie bei der bekannten Konstruktion. Sie müssen daher auch nicht als Exzenterscheiben ausgebildet sein, sondern können in üblicher Weise mit Kurbelarmen konstruiert sein. Abdichtungsprobleme und thermische Probleme bei der Kurbelwellenlagerung und bei der Kurbelzapfenlagerung werden wirksam vermieden. Darüber hinaus schafft die erfindungsgemäße Anordnung der Kurbelzapfen und der Kurbelwellen, wie die Ausführungsbeispiele zeigen, eine gegenüber dem gattungsgemäßen Stand der Technik, die nur für eine Vierkammeranordnung sinnvoll verwendbar ist, die Möglichkeit einer erheblichen Gestaltungsvielfalt mit einer weitgehend beliebigen und weitgehend beliebig anordenbaren Anzahl von Kammern in Einzel- und Doppelanordnung.According to the invention, the bearing journals are arranged in the piston in a central area in which there is a lot of space available and the bearings of the crank journals can be arranged in a largely free construction, also with regard to the number of crank journals - and thus the crankshafts. The adjacent part of the piston remains free of crankshafts, in particular in the region of the other end of the running surface of the piston. There, the piston can be designed regardless of the need to attach crank caps. The running surface can end here in any way and the piston part delimiting the running surface can be made very narrow here, which benefits the construction of the running space receiving the piston. Of particular advantage is the possibility of providing a sealing element at this end of the tread which can be designed independently of a crank pin bearing to be attached here according to the prior art. Very small radii of the sealing element are therefore possible, and in particular also the design as a sprung sealing strip to increase the gas tightness. Preferably, the piston is free of crankpin bearings at both ends of the tread in the manner according to the invention, so that at both The sealing elements can be freely designed at the ends of the running surface and the piston can be constructed very narrow. The displacement of the crankshafts in relation to the known construction of the generic type from the area of the chambers also results from the displacement of the crank pins in the piston in order to enable their storage in the piston at a point remote from the ends of the running surfaces. This displacement of the crankshafts out of the chambers creates the advantage that the crankshafts are no longer overrun by the piston as in the known construction. Therefore, they do not have to be designed as eccentric discs, but can be constructed in the usual way with crank arms. Sealing problems and thermal problems in the crankshaft bearing and in the crankpin bearing are effectively avoided. In addition, the arrangement of the crank pins and crankshafts according to the invention, as the exemplary embodiments show, creates the possibility of a considerable variety of designs with a largely arbitrary and largely arbitrary number of chambers compared to the generic prior art, which can only be used sensibly for a four-chamber arrangement in single and double arrangement.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Diese Konstruktionsmöglichkeit erlaubt bei zylinderförmigen Laufflächen und zylinderförmigen Oberflächen der Dichtelemente besonders einfache Herstellbarkeit. Die vergrößerte Oberfläche der Dichtelemente führt unter anderem auch zu geringerem Verschleiß.The features of claim 2 are advantageously provided. This design option permits particularly simple manufacture with cylindrical running surfaces and cylindrical surfaces of the sealing elements. The increased surface area of the sealing elements also leads to less wear.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Die Variationsmöglichkeiten bei den Oberflächen der Dichtelemente sind überraschend vielfältig. Die Oberfläche eines Dichtelementes kann sehr klein sein, so daß das Dichtelement immer nahezu auf derselben Linie an seiner Gegenlauffläche anliegt. Die Oberflächen können vergrößert werden. Dann ergibt sich eine verbesserte, weil über die Oberfläche des Dichtelementes verteilte Laufabnutzung. Da bei vergrößerter Oberlläche des Dichtelementes sich die Gegenlauffläche entsprechend vergrößert, resultiert auch eine größere Kammer. Die Oberflächen der Dichtelemente können nach Anspruch 2 in ihrem Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein, jedoch sind auch andere gebogene Oberflächenausbildungen, insbesondere elliptische Formen möglich. Die bei Parallelrotation abfahrbaren Gegenlaufllächen eines solchen Dichtelementes weichen dann entsprechend der Exzentrizität der Oberfläche des Dichtelementes von der Kreisform ab. Ist die Oberfläche des Dichtelementes elliptisch, so ist auch die Gegenlauffläche elliptisch. Auf diese Weise sind vielfältige Kammerausbildungen möglich, die dem individuellen Zweck anpaßbar sind, beispielsweise als Expansionskammer, als Pumpenkammer oder als Kammer eines Niederdruck- bzw. Hochdruckkompressors. Die zu beiden Seiten eine Kammer begrenzenden Dichtelemente können von unterschiedlicher Größe oder auch von unterschiedlicher Formgebung sein. Beispielsweise kann eine Kammer so ausgebildet sein, daß sie auf einer Seite von einer sehr kleinen Dichtleiste mit Kreisquerschnittsoberfläche begrenzt wird, deren Gegenlauffläche im Querschnitt kreisförmig mit einem Radius ausgebildet ist, der nur etwas größer ist als der Kurbelradius. Die Dichtleiste auf der anderen Seite der Kammer kann elliptisch mit sehr großen Abmessungen ausgebildet sein und läuft auf einer elliptischen Gegenlauffläche, die nur unwesentlich größer ist als die Oberfläche des Dichtelementes. Auf diese Weise lassen sich eine große Vielzahl sehr unterschiedlicher Kammern ausbilden, die unterschiedlichen Zwecken angepaßt sind.The features of claim 3 are advantageously provided. The possible variations in the surfaces of the sealing elements are surprisingly diverse. The surface of a sealing element can be very small, so that the sealing element always lies on its mating surface in almost the same line. The surfaces can be enlarged. Then there is an improved barrel wear because it is distributed over the surface of the sealing element. Since the counter surface increases correspondingly with an enlarged surface of the sealing element, a larger chamber also results. The surfaces of the sealing elements can be Claim 2 be circular in cross section, but other curved surface configurations, in particular elliptical shapes, are also possible. The counter-running surfaces of such a sealing element that can be moved in parallel rotation then deviate from the circular shape in accordance with the eccentricity of the surface of the sealing element. If the surface of the sealing element is elliptical, the mating surface is also elliptical. In this way, various chamber designs are possible which can be adapted to the individual purpose, for example as an expansion chamber, as a pump chamber or as a chamber of a low-pressure or high-pressure compressor. The sealing elements delimiting a chamber on both sides can be of different sizes or of different shapes. For example, a chamber can be designed such that it is delimited on one side by a very small sealing strip with a circular cross-sectional surface, the counter surface of which is circular in cross section with a radius that is only slightly larger than the crank radius. The sealing strip on the other side of the chamber can be elliptical with very large dimensions and runs on an elliptical counter-running surface which is only slightly larger than the surface of the sealing element. In this way, a large number of very different chambers can be formed, which are adapted to different purposes.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Die Dichtelemente können mit ihrer Symmetrieebene parallel zur Symmetrieebene der ihr benachbarten Lauffläche liegen, von dieser Winkelstellung aber auch abweichen. Sind sie, wie in Anspruch 4 angegeben, nach außen gekippt angeordnet, so ergibt sich eine Verlängerung der Gegenlauffläche und somit ein größeres maximales Kammervolumen bzw. ein größeres Kompressionsverhältnis.The features of claim 4 are advantageously provided. The sealing elements can lie with their plane of symmetry parallel to the plane of symmetry of the adjacent tread, but can also deviate from this angular position. If, as stated in claim 4, they are arranged tilted outwards, this results in an extension of the counter surface and thus a larger maximum chamber volume or a larger compression ratio.

Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Die Abdichtung der Kammern kann über Dichtelemente erfolgen, die als starre integrale Teile des Kolbens bzw. des Motorgehäuses ausgebildet sind. Dann können die Dichtelemente unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen aber nur in einem Spaltabstand zu ihrer Gegenlauffläche geführt werden, woraus sich Undichtigkeiten ergeben, die beispielsweise den maximalen Kompressionsdruck einer Kompressionskammer begrenzen. Für Niederdruckkompressoren kann dies aber ausreichen. Durch die Ausbildung der Dichtelemente als abgefederte Dichtleisten, wie dies aus dem Motorenbau allgemein bekannt ist, lassen sich höhere Dichtigkeitswerte und somit höhere Kompressionsdrücke erreichen.The features of claim 5 are also advantageously provided. The chambers can be sealed by means of sealing elements which are designed as rigid integral parts of the piston or the motor housing. Then the sealing elements can only take into account the manufacturing tolerances at a gap are led to their counter surface, which results in leaks that limit, for example, the maximum compression pressure of a compression chamber. For low pressure compressors this can be enough. By designing the sealing elements as spring-loaded sealing strips, as is generally known from engine construction, higher sealing values and thus higher compression pressures can be achieved.

Dabei sind vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 6 vorgesehen. Hiermit wird erreicht, daß die Dichtleisten allein oder zusätzlich zu Federkraft vom Gasdruck in der Kammer rückwärtig beaufschlagt werden. Die Dichtkraft der Dichtleisten hängt damit vom Kammerdruck ab und ist somit ständig dem erforderlichen Maß angepaßt.The features of claim 6 are advantageously provided. This ensures that the sealing strips alone or in addition to spring force are acted upon by the gas pressure in the chamber to the rear. The sealing force of the sealing strips depends on the chamber pressure and is therefore constantly adjusted to the required level.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 7 vorgesehen. Auf diese Weise kann das Springen bzw. Rattern der Dichtleisten besser unterdrückt werden.The features of claim 7 are advantageously provided. In this way, the jumping or rattling of the sealing strips can be better suppressed.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 8 vorgesehen. Aus der benachbarten druckbeaufschlagten Kammer können unter Hochdruck stehende Gase unter den pilzförmig verbreiterten Teil der Dichtleiste greifen, um eine den Andruck erhöhende Kraftkomponente auf die Dichtleiste auszuüben. Dadurch werden die Dichtleisten mit erhöhtem Andruck, und zwar abhängig vom abzudichtenden Gasdruck angepreßt, wodurch ihre Dichtigkeit verbessert wird.The features of claim 8 are advantageously provided. From the adjacent pressurized chamber, gases under high pressure can reach under the mushroom-shaped part of the sealing strip in order to exert a force component increasing the pressure on the sealing strip. As a result, the sealing strips are pressed with increased pressure, depending on the gas pressure to be sealed, which improves their tightness.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 9 vorgesehen. Überraschenderweise ergibt sich aus der Parallelrotation des Kolbens diese Möglichkeit eine am Kolben vorgesehene Lauffläche gleichzeitig mit zwei benachbarten Laufflächen der Umfangswand in Eingriff zu bringen. Es werden also gleichzeitig mit beiden Laufflächen der Umfangswand Kammern ausgebildet, von denen je nach Laufrichtung die eine als Kompressionskammer und die andere als Expansionskammer arbeitet. Hierdurch ergibt sich z.B. die Möglichkeit, eine selbstkomprimierende Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der stets die eine Kammer Luft komprimiert, die nach externer oder interner Gemischbildung in der anderen Kammer verbrannt werden kann. Die bei einer solchen Brennkraftmaschine vorgesehene Trennung zwischen Kompressionskammer und Expansionskammer ergibt kühltechnische Vorteile mit besseren Teilwirkungsgraden des Motors. Nach Ende der Expansion öffnet sich der Brennraum, und die heißen Gase werden sofort mit Frischluft in den Niederdruckauslaß geblasen. Durch diesen Spülvorgang werden die Restkohlenwasserstoffe nachverbrannt, so daß die Schadstoffemission erheblich geringer ist als bei anderen Verbrennungsmotoren. Die Expansionskammer kann auch als Saugpumpe, z.B. als Vakuumpumpe verwendet werden. Es entsteht eine Kolbenmaschine, bei der die Kompressionskammer Druckluft liefert, während die Expansionskammer als Vakuumpumpe arbeitet. Eine solche Kolbenmaschine kann bei bestimmten Fertigungsprozessen vorteilhaft sein, bei denen gleichzeitig Druckluft und Vakuum erforderlich ist.The features of claim 9 are advantageously provided. Surprisingly, the parallel rotation of the piston results in the possibility of simultaneously engaging a running surface provided on the piston with two adjacent running surfaces of the peripheral wall. Thus, chambers are formed simultaneously with both running surfaces of the peripheral wall, one of which, depending on the running direction, works as a compression chamber and the other as an expansion chamber. This results, for example, in the possibility of creating a self-compressing internal combustion engine in which one chamber always compresses air, which is external or internal mixture formation can be burned in the other chamber. The separation between the compression chamber and the expansion chamber provided in such an internal combustion engine results in cooling advantages with better partial efficiencies of the engine. After the expansion has ended, the combustion chamber opens and the hot gases are immediately blown into the low-pressure outlet with fresh air. The residual hydrocarbons are afterburned by this flushing process, so that the pollutant emissions are considerably lower than in other internal combustion engines. The expansion chamber can also be used as a suction pump, eg as a vacuum pump. A piston machine is created in which the compression chamber supplies compressed air, while the expansion chamber works as a vacuum pump. Such a piston machine can be advantageous in certain manufacturing processes in which compressed air and vacuum are required at the same time.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 10 vorgesehen. In weitgehend beliebigen, im wesentlichen nur vom Platzbedarf bestimmten Winkeln können über den Umfang eines größeren Motors verteilt mehrere Kammeranordnungen vorgesehen sein, jeweils mit einer am Kolben vorgesehenen Lauffläche und ein oder zwei an der Umfangswand vorgesehenen Laufflächen. Damit läßt sich beispielsweise ein Kompressor mit mehreren parallel arbeitenden Kammern oder eine Brennkraftmaschine mit mehreren Expansionskammern oder mit einer beispielsweise gleichen Anzahl von Expansions- und Kompressionskammern vorsehen. Eine nur beispielsweise hervorgehobene interessante Möglichkeit besteht in der Vorsehung eines selbstangetriebenen Kompressors mit beispielsweise einer als Brennkraftmaschine arbeitenden Expansionskammer und mehreren von dieser angetriebenen Kompressionskammern.The features of claim 10 are advantageously provided. At largely any angle, essentially determined only by the space required, several chamber arrangements can be provided distributed over the circumference of a larger motor, each with a tread provided on the piston and one or two treads provided on the circumferential wall. This can be used, for example, to provide a compressor with several chambers working in parallel or an internal combustion engine with several expansion chambers or with, for example, the same number of expansion and compression chambers. An interesting possibility highlighted only by way of example is the provision of a self-propelled compressor with, for example, an expansion chamber operating as an internal combustion engine and a plurality of compression chambers driven by the latter.

Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 11 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich in beispielsweise von Wankelmotoren her bekannter Weise durch Mehrscheibenausbildung der Maschine die Leistung entsprechend der Anzahl paralleler Scheiben erhöhen. Durch Winkelversatz der Kurbeln und/oder Winkelversatz der Laufflächen in den Scheiben läßt sich der Gleichförmigkeitsgrad der Maschine verbessern und lassen sich Möglichkeiten schaffen, bei Ausbildung als Brennkraftmaschine unter Ausnutzung des Winkelversatzes zwischen den Scheiben Kompressionskammern der einen Scheibe unmittelbar, und zwar ohne Druckzwischenspeicherung, Expansionskammern der anderen Scheibe beaufschlagen zu lassen.The features of claim 11 are also advantageously provided. In this way, in a manner known, for example, from Wankel engines, the power can be increased in accordance with the number of parallel disks by designing the machine with multiple disks. By angular misalignment of the cranks and / or angular misalignment of the treads in the disks, the degree of uniformity of the machine can be improved, and possibilities can be created to allow compression chambers of one disk to be acted upon directly, without intermediate pressure storage, when the training takes place as an internal combustion engine using the angular offset between the disks.

Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 12 vorgesehen. Bei dem gattungsgemäßen Konstruktionsprinzip, bei dem die Kammern stets nur entweder als Kompressionskammer oder als Expansionskammer arbeiten, sind in den Hochdruckkanälen stets Ventile erforderlich. Diese können vorteilhaft als synchron zum Kolbenlauf gesteuerte Ventile ausgebildet sein, beispielsweise in Form von Hubventilen oder in Form von Drehschiebern.The features of claim 12 are also advantageously provided. With the generic construction principle, in which the chambers always work only as either a compression chamber or an expansion chamber, valves are always required in the high-pressure channels. These can advantageously be designed as valves controlled synchronously with the piston run, for example in the form of globe valves or in the form of rotary valves.

Vorteilhaft können die Ventile von Kompressionskammern gemäß Anspruch 13 auch als Einwegventile, beispielsweise als federbelastete Flatterventile ausgebildet sein, wobei ihre Federbelastung den gewünschten Maximaldruck vorgibt.Advantageously, the valves of compression chambers can also be designed as one-way valves, for example as spring-loaded flap valves, their spring load specifying the desired maximum pressure.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 14 vorgesehen. Die gemeinsame Lagerung zweier Kurbelwellen am Kolben ergibt bereits eine Winkelsynchronisierung, die aber sehr spielempfindlich ist und zum Verklemmen führen kann. Die Spielabhängigkeit hängt aber von der Anzahl der Kurbelwellen ab, so daß bei mehr als zwei Kurbelwellen diese Synchronisierung allein ausreichen kann. Eine vollständig exakte Synchronisierung ergibt sich bei äußerer Koppelung der Kurbelwellen über Getriebesätze, so daß dann zwei Kurbelwellen zur Lagerung eines Kolbens ausreichen, ohne daß Klemmgefahr besteht.The features of claim 14 are advantageously provided. The joint mounting of two crankshafts on the piston already results in an angle synchronization, which is very sensitive to play and can lead to jamming. The game dependency depends on the number of crankshafts, so that this synchronization alone can be sufficient with more than two crankshafts. A completely exact synchronization results when the crankshafts are externally coupled via gear sets, so that two crankshafts are then sufficient to support a piston without there being a risk of jamming.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 15 vorgesehen. Ein derartig gestalteter Kolben wird bei seiner Bewegung durch Kontakt mit dem im Laufraum befindlichen Gas gekühlt. Der Kolben kann zu diesem Zweck mit Rippen oder mit von Gas durchspülten Durchbrechungen versehen sein.The features of claim 15 are advantageously provided. A piston of this type is cooled as it moves by contact with the gas in the barrel. For this purpose, the piston can be provided with ribs or with openings flushed with gas.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 16 vorgesehen. Da der Kolben auf mindestens zwei Kurbeln gelagert ist, reicht eine einseitige Lagerung unter Umständen aus und führt zu wesentlicher Konstruktionsvereinfachung und kompakterer Ausbildung der Maschine.The features of claim 16 are advantageously provided. Since the piston is supported on at least two cranks, one-sided mounting may be sufficient and leads to a significant simplification of construction and a more compact design of the machine.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1
im Schnitt in der Achse einer der Kurbelwellen gemäß Linie 1 - 1 in Fig. 2 eine erfindungsgemäße Zweischeibenbrennkraftmaschine,
Fig. 2
einen Schnitt nach Linie 2 - 2 in Fig. 1,
Fig. 3 - 9
Darstellungen gemäß Fig. 2 in aufeinanderfolgenden Winkelstellungen des Kolbens,
Fig. 10 - 15
in Ansicht entsprechend Fig. 2 unterschiedliche Kolbenvarianten verschiedener Ausführungsformen,
Fig. 16
eine zur Verdeutlichung vergrößerte Darstellung des oberen Teiles der Fig. 2,
Fig. 17
eine Darstellung entsprechend Fig. 16 einer Ausführungsvariante mit unterschiedlich großen Dichtleisten,
Fig. 18
eine Darstellung entsprechend Fig. 17 mit schräggestellter Dichtleiste,
Fig. 19
einen Schnitt entsprechend Fig. 2 durch eine Kolbenmaschine mit zwei kleineren und einer sehr großen Kammer,
Fig. 20
im Schnitt gemäß Fig. 2 eine weitere Variante einer Kolbenmaschine mit zylinderförmigen und elliptischen Laufflächen.
The invention is shown schematically, for example, in the drawings. Show it:
Fig. 1
in section on the axis of one of the crankshafts according to line 1 - 1 in FIG. 2 an inventive two-disc internal combustion engine,
Fig. 2
2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1,
3 - 9
2 in successive angular positions of the piston,
Figures 10-15
2 different piston variants of different embodiments,
Fig. 16
2 shows an enlarged representation of the upper part of FIG. 2 for clarification,
Fig. 17
16 shows a representation corresponding to FIG. 16 of an embodiment variant with sealing strips of different sizes,
Fig. 18
17 with an inclined sealing strip,
Fig. 19
2 shows a section corresponding to FIG. 2 through a piston machine with two smaller and one very large chamber,
Fig. 20
2 shows another variant of a piston machine with cylindrical and elliptical running surfaces.

Anhand der Fig. 1, 2 und 3 sowie insbesondere der vergrößerten Darstellung der Fig. 16 wird zunächst die Grundkonstruktion des dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es handelt sich dabei um eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse 1, das aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung einstückig dargestellt ist, das in praktischer Ausführung aber zu Montagezwecken mehrstückig, beispielsweise scheibenartig geteilt auszuführen ist. In dem Gehäuse sind zwei parallele identische Kurbelwellen 2, 2' gelagert, von denen die Kurbelwelle 2' in Fig. 3 sichtbar ist. Die Kurbelwellen durchsetzen zwei scheibenartig hintereinander angeordnete Laufräume 3, 3', von denen der Laufraum 3 im Schnitt der Fig. 2 geöffnet zu sehen ist.1, 2 and 3 and in particular the enlarged representation of FIG. 16, the basic construction of the illustrated embodiment is first explained. It is an internal combustion engine with a housing 1, which is shown in one piece for the sake of simplification of the drawing, but which in a practical embodiment has to be made in several pieces for assembly purposes, for example in a disk-like manner. Two parallel, identical crankshafts 2, 2 'are mounted in the housing, of which the crankshaft 2' is visible in FIG. 3. The crankshafts penetrate two running spaces 3, 3 'arranged one behind the other in the manner of disks, of which the running space 3 can be seen open in the section of FIG. 2.

Die Kurbelwellen 2, 2' weisen in jedem Laufraum Kurbeln 4 auf, auf deren Kurbelzapfen 5 in jedem der Laufräume 3, 3' ein Kolben 6, 6' gelagert ist.The crankshafts 2, 2 'have cranks 4 in each running space, on the crank pin 5 of which a piston 6, 6' is mounted in each of the running spaces 3, 3 '.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Kurbelwellen 2, 2' hinsichtlich ihrer Kurbeln für den dargestellten Kolben 6 identisch ausgebildet, und zwar insbesondere mit gleichem Kurbelradius und auch mit identischer Winkelstellung. Die Kurbelwellen laufen also winkelsynchron um. Dazu sind an einem oder beiden Kurbelwellenenden entsprechende, mit Zahnrädern versehene Getriebesätze 7, 7' vorgesehen. Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß die Kurbelwelle 2 an ihrem am Getriebesatz 7 liegenden Ende die Stirnwand des Gehäuses 1 durchsetzt und dort eine beispielsweise vorgesehene Triebscheibe 8 trägt. Der Getriebesatz 7' treibt eine Abtriebswelle 8'.As shown in FIG. 2, the crankshafts 2, 2 'are identical in terms of their cranks for the piston 6 shown, in particular with the same crank radius and also with an identical angular position. The crankshafts therefore rotate in synchronism with the angle. For this purpose, corresponding gear sets 7, 7 'are provided on one or both crankshaft ends. From Fig. 1 it can be seen that the crankshaft 2 at its end lying on the gear set 7 passes through the end wall of the housing 1 and carries there, for example, a drive pulley 8 provided. The gear set 7 'drives an output shaft 8'.

Die Fig. 2 bis 9 zeigen, daß durch die Lagerung des Kolbens 6 auf den Kurbelzapfen 5 der beiden winkelsynchron gekoppelten Kurbelwellen 2, 2' der Kolben eine Umlaufbahn ausführt, die, wie in mehreren aufeinanderfolgenden Umlaufphasen in den Fig. 2 bis 9 dargestellt, als Parallelrotation bezeichnet werden kann. Der Kolben steht in allen Winkelstellungen der Kurbelwellen parallel zu seinen übrigen Stellungen. Jeder Punkt des Kolbens vollführt dabei eine Rotation mit dem Radius der Kurbeln 4, jedoch jeweils um einen eigenen Mittelpunkt. Es können daher auch mehr als zwei Kurbelwellen zur Lagerung eines Kolbens dienen, wie Fig. 13 in einer Ausführungsvariante eines Kolbens zeigt, der auf den Kurbelzapfen dreier winkelsynchron gekoppelter Kurbelwellen läuft.2 to 9 show that by the bearing of the piston 6 on the crank pin 5 of the two angularly synchronized crankshafts 2, 2 'the piston executes an orbit which, as shown in several successive orbital phases in FIGS. 2 to 9, can be called parallel rotation. The piston is parallel to its other positions in all angular positions of the crankshafts. Each point of the piston rotates with the radius of the cranks 4, but in each case around its own center. Therefore, more than two crankshafts can also be used to support a piston, as shown in FIG. 13 in an embodiment variant of a piston which runs on the crank pin of three crankshafts coupled in an angularly synchronous manner.

Anhand von Fig. 2 wird zunächst die Konstruktion weiter erläutert. Der Laufraum 3 ist von Parallelflächen 9, die senkrecht zu den Kurbelwellen 2, 2' stehen, sowie von einer Umfangswand 10 begrenzt, welche überall senkrecht zu den Parallelwänden 9 steht.The construction is first further explained with reference to FIG. 2. The running space 3 is delimited by parallel surfaces 9, which are perpendicular to the crankshafts 2, 2 ', and by a peripheral wall 10, which is perpendicular to the parallel walls 9 everywhere.

In der Umfangswand 10 ist eine Lauffläche 11 vorgesehen, die in Form eines Halbzylinders ausgebildet ist im Schnitt der Fig. 2, also halbkreisförmig. An einer Stelle des Kolbens 6 ist als Dichtelement eine Dichtleiste 12 angeordnet, die bei der Parallelrotation des Kolbens 6, wie dies die Fig. 2 bis 9 zeigen, einen Kreis beschreibt, auf dessen oberer Hälfte sie in Kontakt mit der Lauffläche 11 gleitet.In the peripheral wall 10, a tread 11 is provided, which is designed in the form of a half cylinder in the section of FIG. 2, that is to say semicircular. At one point of the piston 6, a sealing strip 12 is arranged as a sealing element, which describes a circle during the parallel rotation of the piston 6, as shown in FIGS. 2 to 9, on the upper half of which it slides in contact with the running surface 11.

An dem in Fig. 2 rechts gelegenen Ende der Lauffläche 11 ist an der Umfangswand 10 als weiteres Dichtelement eine Dichtleiste 13 angeordnet. Dieser zugeordnet ist eine Lauflläche 14 im Kolben 6, die ebenfalls Halbzylinderform aufweist mit demselben Radius der Lauffläche 11. Zieht man gedachte Verbindungslinien durch die Endpunkte der Lauffläche 11 sowie durch die Endpunkte der Lauffläche 14 und vergleicht diese Verbindungslinien in den Umlaufphasen der Fig. 2 bis 9, so ist zu erkennen, daß diese Verbindungslinien stets zueinander parallel stehen.At the right end of the tread 11 in FIG. 2, a sealing strip 13 is arranged on the peripheral wall 10 as a further sealing element. Associated with this is a tread 14 in the piston 6, which also has a semi-cylindrical shape with the same radius of the tread 11. Draw imaginary connecting lines through the end points of the tread 11 and through the end points of the tread 14 and compare these connecting lines in the circulation phases in FIGS 9, it can be seen that these connecting lines are always parallel to each other.

Durch Vergleich der aufeinanderfolgenden Phasen der Fig. 2 bis 9 sieht man ferner, daß in der Kurbelwinkelstellung der Fig. 8 gleichzeitig die Dichtleiste 12 des Kolbens 6 mit dem in den Figuren links liegenden Beginn der Lauflläche 11 der Umfangswand in Eingriff kommt und die Dichtleiste 13 mit der am Kolben ausgebildeten Lauffläche 14 in Eingriff gelangt. Die Dichtleisten 12, 13 gleiten sodann (Fig. 9, 2, 3) an ihren Gegenlaufflächen 11, 14 bis zum jeweils gegenüberliegenden Ende der Lauffläche, bis sie, wie Fig. 4 zeigt, aneinander laufen. Sodann gelangen die Dichtflächen außer Eingriff, wie die Fig. 5 bis 7 zeigen. Bei Fig. 8 beginnt ein erneuter Eingriff.By comparing the successive phases of FIGS. 2 to 9, it can also be seen that, in the crank angle position of FIG. 8, the sealing strip 12 of the piston 6 simultaneously engages with the start of the running surface 11 of the peripheral wall on the left in the figures and the sealing strip 13 comes into engagement with the tread 14 formed on the piston. The sealing strips 12, 13 then slide (Fig. 9, 2, 3) on their mating surfaces 11, 14 to to the opposite end of the tread until they run together as shown in FIG. 4. The sealing surfaces then come out of engagement, as shown in FIGS. 5 to 7. A new intervention begins in FIG.

Zwischen den Laufflächen 11 und 14 bildet sich also eine allseitig umschlossene Kammer aus, die begrenzt wird von den Parallelflächen 9 sowie den Laufflächen 11 und 14. Diese Kammer wird von den Dichtleisten 12 und 13 abgedichtet sowie zusätzlich von in den Seitenflächen des Kolbens 6 vorgesehenen kreisförmig angeordneten Seitendichtstreifen 15, die gegenüber den Parallelflächen 9 abdichten.Between the running surfaces 11 and 14, therefore, a chamber is formed which is enclosed on all sides and is delimited by the parallel surfaces 9 and the running surfaces 11 and 14. This chamber is sealed by the sealing strips 12 and 13 and additionally by a circular provided in the side surfaces of the piston 6 arranged side sealing strips 15, which seal against the parallel surfaces 9.

Diese durch Eingriff der Laufflächen 11 und 14 gebildete Kammer, die im folgenden als Kammer 11.14 bezeichnet wird, verändert bei Umlauf der Kurbelwellen 2, 2' gemäß Abfolge der Fig. 2 bis 9, also im Uhrzeigersinn, ihr Volumen. In Fig. 7 ist die Kammer 11.14 offen. Sie schließt sich bei Fig. 8 mit maximalem Volumen, das sich errechnet aus dem Abstand der Parallelflächen 9 sowie im wesentlichen einem Kreisquerschnitt mit dem Umlaufradius der Kurbelzapfen 5. Folgt man den Fig. 9, 2, 3 und 4, so sieht man, daß sich die Kammer 11.14 bis im wesentlichen auf Null verkleinert und sodann, wie Fig. 5 zeigt, wieder öffnet, um sich bei Fig. 8 wieder zu schließen.This chamber formed by engagement of the treads 11 and 14, which is referred to below as chamber 11.14, changes its volume when the crankshafts 2, 2 'rotate according to the sequence of FIGS. 2 to 9, that is to say clockwise. In Fig. 7 the chamber 11.14 is open. It closes in Fig. 8 with maximum volume, which is calculated from the distance between the parallel surfaces 9 and essentially a circular cross section with the circumferential radius of the crank pin 5. If you follow Figs. 9, 2, 3 and 4, you can see that the chamber 11.14 is reduced to substantially zero and then, as shown in FIG. 5, opens again in order to close again in FIG. 8.

Bei der Kammer 11.14 handelt es sich bei der dargestellten Umlaufrichtung der Kurbelwellen im Uhrzeigersinn um eine Kompressionskammer. In geöffneter Stellung (Fig. 5 bis 7) steht sie mit dem Laufraum 3 in Verbindung und kann Gas geringen Druckes aufnehmen, das beispielsweise durch einen Niederdruckeinlaßkanal 16 im Gehäuse 1 zuströmt. Beim Umlauf gemäß den Fig. 8, 9, 2 und 3 wird das Gas in der Kammer 11.14 komprimiert und schließlich durch einen Hochdruckauslaßkanal 17, dessen Öffnung in der Parallelwand in den Fig. 2 bis 9 dargestellt ist, mit stark erhöhtem Druck ausgestoßen.In chamber 11.14, the direction of rotation of the crankshafts shown clockwise is a compression chamber. In the open position (FIGS. 5 to 7) it is connected to the running space 3 and can absorb gas of low pressure, which flows in, for example, through a low-pressure inlet channel 16 in the housing 1. 8, 9, 2 and 3, the gas in the chamber 11.14 is compressed and finally expelled through a high-pressure outlet channel 17, the opening of which in the parallel wall is shown in FIGS. 2 to 9, at a greatly increased pressure.

Wie die Fig. 2 bis 9 zeigen, ist seitlich neben der bisher beschriebenen Lauffläche 11 in der Umfangswand 10 eine weitere Lauflläche 18 angeordnet, die spiegelsymmetrisch zur Dichtleiste 13 identisch mit der Lauffläche 11 ausgebildet ist. Die linken und rechten Endpunkte der Laufflächen 11 und 18 und der gemeinsame mittlere Endpunkt liegen auf einer Linie. An dem der Dichtleiste 12 gegenüberliegenden Ende der Lauffläche 14 des Kolbens 6 befindet sich eine weitere identische Dichtleiste 19.As shown in FIGS. 2 to 9, a further running surface 18 is arranged laterally in addition to the previously described running surface 11 in the peripheral wall 10, which is designed mirror-symmetrically to the sealing strip 13 and identical to the running surface 11. The left and right end points of the treads 11 and 18 and the common middle end point lie on a line. At the end of the running surface 14 of the piston 6 opposite the sealing strip 12 there is a further identical sealing strip 19.

Vergleicht man die Umlaufphasen des Kolbens 6 gemäß den Fig. 2 bis 9, so erkennt man, daß immer dann, wenn in der Kammer 11.14 die Dichtleiste 12 auf der Lauffläche 11 läuft und gleichzeitig die Dichtleiste 13 auf der Lauffläche 14 läuft, auch die Dichtleiste 19 in Eingriff mit der Lauflläche 18 auf dieser abläuft. Gleichzeitig zur Kammer 11.14 wird also auch eine bei gleicher Terminologie als Kammer 18.14 bezeichnete Kammer gebildet, die jedoch eine Volumenveränderung in umgekehrter Richtung wie die Kammer 11.14 erfährt. Wenn die Kammer 11.14 beim Umlauf des Kolbens 6 ihr Volumen verringert, wird gleichzeitig bei der Kammer 18.14 das Volumen vergrößert. Die Kammer 18.14 bildet daher eine Expansionskammer, die zunächst (Fig. 5 bis 7) geöffnet ist, bei Fig. 8 mit Minimalvolumen beginnt und sodann bis Fig. 4 ihr Volumen zum maximalen Volumen vergrößert, um dann (Fig. 5) zu öffnen und bei Fig. 8 erneut zu schließen.Comparing the orbital phases of the piston 6 according to FIGS. 2 to 9, it can be seen that whenever the sealing strip 12 runs on the running surface 11 in the chamber 11.14 and at the same time the sealing strip 13 runs on the running surface 14, the sealing strip also runs 19 in engagement with the tread 18 runs on this. At the same time as chamber 11.14, a chamber is also formed with the same terminology as chamber 18.14, which, however, experiences a volume change in the opposite direction to chamber 11.14. If the chamber 11.14 reduces its volume when the piston 6 rotates, the volume is simultaneously increased in the chamber 18.14. The chamber 18.14 therefore forms an expansion chamber which is initially open (FIGS. 5 to 7), begins with the minimum volume in FIG. 8 and then increases its volume to the maximum volume until FIG. 4, and then opens (FIG. 5) and to close again at Fig. 8.

In der Kammer 18.14 mündet ebenfalls ein Hochdruckeinlaßkanal 20, der im Gegensatz zum Hochdruckauslaßkanal 17 jedoch nicht zum Auslaß komprimierten Gases, sondern zum Einlaß komprimierten Gases vorgesehen ist, das beim Arbeitsspiel der Kammer 18.14 entspannt wird.A high-pressure inlet channel 20 also opens into the chamber 18.14, which, in contrast to the high-pressure outlet channel 17, is not provided for the outlet of compressed gas, but rather for the inlet of compressed gas, which is relaxed during the working cycle of the chamber 18.14.

Die insoweit beschriebene Konstruktion kann als Brennkraftmaschine verwendet werden, die ersichtlich nach dem Eintaktprinzip arbeitet, da sie für ein komplettes Arbeitsspiel nur 180° Kurbelwellenwinkel benötigt.The construction described so far can be used as an internal combustion engine, which obviously works according to the single-stroke principle, since it requires only 180 ° crankshaft angle for a complete work cycle.

In der Kammer 11.14 wird durch den Niederdruckeinlaßkanal 16 einströmende Luft eingeschlossen, komprimiert und durch den Hochdruckauslaßkanal 17 einem nicht dargestellten Druckspeicher zugeführt. Aus diesem wird die komprimierte Luft durch den Hochdruckeinlaßkanal 20 zu einem Zeitpunkt geringen Kammervolumens der Kammer 18.14 oder durch den Hochdruckeinlaßkanal 20' der Kammer 18'.14' zugeführt und dort zur Explosion gebracht. Dazu wird Brennmittel, z.B. Benzin oder Dieselkraftstoff mit nicht dargestellten Einspritzeinrichtungen zugeführt, z.B. in Form einer Saugrohreinspritzung in den Hochdruckeinlaßkanal oder in Form einer Direkteinspritzung direkt in die Kammer. Es kann in der dargestellten Stufenbohrung 21 eine Zündkerze oder Einspritzdüse angeordnet sein. Nach Expansion und Öffnen der Kammer 18.14 kann das verbrannte Gas aus einem dem Niederdruckeinlaßkanal 16 gegenüberliegenden Niederdruckauslaßkanal 22 entweichen.Air flowing in through the low-pressure inlet duct 16 is enclosed in the chamber 11.14, compressed and fed through the high-pressure outlet duct 17 to a pressure accumulator (not shown). From this, the compressed air is fed through the high-pressure inlet duct 20 to the chamber 18.14 at a point in time of small chamber volume or through the high-pressure inlet duct 20 'to the chamber 18'.14' and brought to an explosion there. For this purpose, fuel, e.g. Petrol or diesel fuel supplied with injectors, not shown, e.g. in the form of an intake manifold injection into the high-pressure inlet duct or in the form of a direct injection directly into the chamber. A spark plug or injection nozzle can be arranged in the stepped bore 21 shown. After expansion and opening of the chamber 18.14, the burned gas can escape from a low-pressure outlet channel 22 opposite the low-pressure inlet channel 16.

Abweichend von der in Fig. 2 dargestellten Anordnung kann beispielsweise in einer einfacheren Ausführung die Expansionskammer 18.14 und die Kompressionskammer 11'.14' weggelassen werden. Es sind dann immer noch eine Kompressionskammer 11.14 und eine Expansionskammer 18'.14' vorhanden, die in der zuvor beschriebenen Weise zusammenarbeiten können.In a departure from the arrangement shown in FIG. 2, the expansion chamber 18.14 and the compression chamber 11'.14 'can be omitted, for example in a simpler embodiment. There is then still a compression chamber 11.14 and an expansion chamber 18'.14 'which can work together in the manner described above.

Die Brennkraftmaschine kann auch nach dem Dieselprinzip arbeiten. Dann ist in der Stufenbohrung 21 eine Einspritzdüse vorzusehen, die komprimiert der Kammer 18.14 zugeführter Luft zum Zeitpunkt geringen Kammervolumens Brennstoff einspritzt. Da mit den dargestellten Kammern 11.14 und 18.14 sehr große Volumenveränderungen erreichbar sind, kann mit der Kammer 11.14 ohne weiteres Luft auf den erforderlichen Druck von beispielsweise 30 - 60 bar gebracht werden.The internal combustion engine can also work on the diesel principle. An injection nozzle is then to be provided in the stepped bore 21, which injects compressed air supplied to the chamber 18.14 at the time when the chamber volume is small. Since very large volume changes can be achieved with the chambers 11.14 and 18.14 shown, the chamber 11.14 can be used to bring the air to the required pressure of 30-60 bar, for example.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Hochdruckkanäle 17 und 20 in unmittelbarer Umgebung der zwischen den Kammern 11.14 und 18.14 liegenden, an der Umfangswand 10 vorgesehenen Dichtleiste 13 angeordnet, also im Bereich jeweils minimalen Kammervolumens.As shown in FIG. 2, the high-pressure ducts 17 and 20 are arranged in the immediate vicinity of the sealing strip 13 provided between the chambers 11.14 and 18.14 and provided on the peripheral wall 10, that is to say in the region of the minimum chamber volume.

Die Niederdruckkanäle 16 und 22, die zum Einlaß und Auslaß dienen, liegen gegenüber jeweils in dem Bereich, in dem die zugehörigen Kammern 11.14 und 18.14 Gas aufnehmen bzw. abgeben sollen. Durch die Rotation des Kolbens 6 im Uhrzeigersinne wird eine Spülung vom Niederdruckeinlaßkanal 16 zum Niederdruckauslaßkanal 22 begünstigt, so daß Vermischungen von Frisch- und Abgas vermieden werden.The low-pressure channels 16 and 22, which serve for the inlet and outlet, are opposite each other in the area in which the associated chambers 11.14 and 18.14 are to receive or release gas. The rotation of the piston 6 in the clockwise direction favors flushing from the low-pressure inlet channel 16 to the low-pressure outlet channel 22, so that mixing of fresh and exhaust gases is avoided.

Die Hochdruckkanäle 17 und 20 müssen Ventile aufweisen, die im Falle der Kompressionskammer 11.14 bei maximaler Kompression zum Auslaß des hochgespannten Gases geöffnet und im Falle der Expansionskammer 18.14 nach Einlaß des hochgespannten Gases schließen müssen. Es können dazu synchron zum Umlauf der Kurbelwellen 2, 2' gesteuerte Ventile vorgesehen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 1 Drehschieber 23, 23' die vom jeweiligen Getriebesatz 7, 7' synchron zu den Kurbelwellen angetrieben sind und die Hochdruckkanäle, die im Schnitt der Fig. 1 nicht zu sehen sind, steuern. Im Falle einer Kompressionskammer können dazu auch jeweils in Gasrichtung durchlässige Einwegventile vorgesehen sein, die beispielsweise als federbelastete Flatterventile ausgebildet sind.The high-pressure channels 17 and 20 must have valves which, in the case of the compression chamber 11.14, must be opened at maximum compression for the outlet of the high-pressure gas and, in the case of the expansion chamber 18.14, must close after the high-pressure gas has been admitted. For this purpose, valves controlled in synchronization with the rotation of the crankshafts 2, 2 'can be provided. In the illustrated embodiment, FIG. 1 shows rotary valves 23, 23 'which are driven by the respective gear set 7, 7' synchronously with the crankshafts and which control the high-pressure channels, which cannot be seen in the section of FIG. 1. In the case of a compression chamber, one-way valves which are permeable in the gas direction can also be provided for this purpose, which are designed, for example, as spring-loaded flap valves.

Anhand der Fig. 3 und insbesondere Fig. 16 sollen die Dichtleisten 12, 13 und 19 in ihrem Aufbau beschrieben werden. Sie sind im wesentlichen identisch ausgebildet und werden am Beispiel der Dichtleiste 13 im einzelnen beschrieben.The structure of the sealing strips 12, 13 and 19 will be described with reference to FIG. 3 and in particular FIG. 16. They are essentially identical and are described in detail using the example of the sealing strip 13.

Die Dichtleiste 13 besitzt eine im Querschnitt kreisförmige Oberfläche 24, deren Mittelpunkt 25 auf einem Radius zum Mittelpunkt 26 der Lauffläche 11 steht, der dem Radius der Kurbelzapfen 5 der Kurbelwellen 2, 2' entspricht. Der Radius der Oberfläche 24 der Dichtleiste 13, bezogen auf ihren Mittelpunkt 25, muß zum Umlaufradius der Kurbelzapfen 5 addiert werden, um den Radius der Lauffläche 11, bezogen auf ihren Mittelpunkt 26, zu ergeben. Der Radius der Lauffläche 14 des Kolbens ist identisch mit dem der Lauffläche 11. Das gleiche gilt für die bereits beschriebene Lauffläche 18. Beim Gleiten der Dichtleisten auf ihren jeweiligen Gegenlaufflächen, also Dichtleiste 12 auf Gegenlauffläche 11, Dichtleiste 13 auf Gegenlauffläche 14 und Dichtleiste 19 auf Gegenlauffläche 18, sieht man im Ablauf der Fig. 2 bis 9, daß die Dichtleisten mit sich ständig ändernder Anlagelinie an den Gegenlaufflächen ablaufen, die sich jeweils als Hüllkurve des Umlaufes einer Dichtleiste bei Parallelrotation des Kolbens 6 ergeben.The sealing strip 13 has a surface 24 which is circular in cross section, the center 25 of which is on a radius to the center 26 of the running surface 11 which corresponds to the radius of the crank pins 5 of the crankshafts 2, 2 '. The radius of the surface 24 of the sealing strip 13, based on its center point 25, must be added to the circumferential radius of the crank pin 5 to give the radius of the tread 11, based on its center point 26. The radius of the running surface 14 of the piston is identical to that of the running surface 11. The same applies to the already described running surface 18. When the sealing strips slide on their respective counter surfaces, So sealing strip 12 on counter surface 11, sealing strip 13 on counter surface 14 and sealing strip 19 on counter surface 18, you can see in the sequence of FIGS. 2 to 9 that the sealing strips run with constantly changing contact line on the counter surfaces, each of which is an envelope curve of the circulation result in a sealing strip when the piston 6 rotates in parallel.

Die untereinander im wesentlichen identisch ausgebildeten Dichtleisten 12, 13 und 19 sind, wie in Fig. 3 und 16 am Beispiel der Dichtleiste 13 erläutert, mit einem Schieber 27 in einer Schiebeführung verschiebbar gelagert und bilden an ihrem der Oberfläche 14 gegenüberliegenden Ende einen Kolben 28 aus, der in einem Zylinder mit Räumen 29 und 30 gleitet. In beiden Räumen 29 und 30 sind den Kolben 28 von oben und unten beaufschlagende Federn vorgesehen (in Fig. 16 schematisch mit Wellenlinien angedeutet), die die Dichtleiste in definierter Mittelstellung halten. Der außerhalb des Kolbens 28 gelegene Raum 30 kann in bevorzugter Ausführungsform mit einer nicht dargestellten Bohrung mit einer der benachbarten Kammern verbunden sein, um von dieser mit Hochdruckgas beaufschlagt zu werden, welches die Dichtleiste mit zusätzlicher Vorspannung zur dichtenden Anlage an ihre Lauffläche drückt. In Fig. 17 ist eine solche Bohrung 100 gestrichelt dargestellt. Sie dient zur Gasbeaufschlagung der Dichtleiste 120.The sealing strips 12, 13 and 19, which are essentially identical to one another, are, as explained in FIGS. 3 and 16 using the example of the sealing strip 13, displaceably mounted with a slide 27 in a sliding guide and form a piston 28 at their end opposite the surface 14 that slides in a cylinder with spaces 29 and 30. In both rooms 29 and 30 springs are applied to the piston 28 from above and below (indicated schematically in FIG. 16 with wavy lines) which hold the sealing strip in a defined central position. In a preferred embodiment, the space 30 located outside the piston 28 can be connected to one of the adjacent chambers by a bore, not shown, in order to be acted upon by the latter with high pressure gas, which presses the sealing strip against its running surface with additional prestress for the sealing contact. Such a bore 100 is shown in dashed lines in FIG. 17. It serves to pressurize the sealing strip 120.

Die insoweit beschriebene Konstruktion ist als Brennkraftmaschine mit Kompressionskammer 11.14 und Expansionskammer 18.14 lauffähig. In den Fig. 1 bis 9 ist jedoch ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem diese Kammeranordnung doppelt in symmetrischer Lage zu den Kurbelwellen 2, 2' vorgesehen ist. Symmetrisch gegenüberliegend zu den Kurbelwellen 2, 2' sind zu den bereits erläuterten Kammern 11.14 und 18.14 zwei Kammern vorgesehen, die mit identischen Bezugszeichen, jeweils mit Beistrich versehen, bezeichnet sind. Die Lage der Laufflächen 11' und 18' ist, wie Fig. 2 zeigt, gegenüber den Laufflächen 11 und 18 vertauscht, da entsprechend der Umlaufrichtung des Kolbens 6 im Uhrzeigersinn die Kammer 11'.14' eine Kompressionskammer entsprechend der Kammer 11.14 ist, während die Kammer 18'.14' eine Expansionskammer ist. Entsprechend ist auch die Läge der zu- und abführenden Niederdruckkanäle 16', 22' sowie der Hochdruckkanäle 17'und 20' vertauscht.The construction described so far can run as an internal combustion engine with compression chamber 11.14 and expansion chamber 18.14. 1 to 9, however, an embodiment is shown in which this chamber arrangement is provided twice in a symmetrical position to the crankshafts 2, 2 '. Symmetrically opposite to the crankshafts 2, 2 ', two chambers are provided for the already explained chambers 11.14 and 18.14, which are identified by identical reference numerals, each with a comma. The position of the treads 11 'and 18' is, as shown in FIG. 2, reversed with respect to the treads 11 and 18, since the chamber 11'.14 'is a compression chamber corresponding to the chamber 11.14, corresponding to the direction of rotation of the piston 6 in the clockwise direction, while the chamber 18'.14 'is an expansion chamber is. Correspondingly, the length of the inlet and outlet low pressure ducts 16 ', 22' and the high pressure ducts 17 'and 20' is reversed.

Die insgesamt in den Fig. 1 bis 9 dargestellte Konstruktion bildet also eine Brennkraftmaschine aus, die pro Scheibe zwei Kompressionskammern und zwei Expansionskammern, insgesamt also vier Kompressions- und vier Expansionskammern aufweist. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Kurbeln 4 der Kurbelwellen in den Laufräumen 3 und 3' zueinander winkelversetzt. Die Kolben 6, 6' laufen also mit Phasenversatz. Dadurch ist beispielsweise erreichbar, daß die Kompressionskammern der einen Scheibe zu einem Zeitpunkt Hochdruckgas abgeben, in dem die Expansionskammern der anderen Scheibe Hochdruckgas benötigen.The construction shown overall in FIGS. 1 to 9 thus forms an internal combustion engine which has two compression chambers and two expansion chambers per disc, that is to say a total of four compression and four expansion chambers. 1 shows, the cranks 4 of the crankshafts in the running spaces 3 and 3 'are angularly offset from one another. The pistons 6, 6 'thus run with a phase shift. This makes it possible, for example, for the compression chambers of one disk to release high-pressure gas at a point in time when the expansion chambers of the other disk require high-pressure gas.

In nicht dargestellter Ausführung kann eine Brennkraftmaschine auch mehr als die zwei dargestellten Scheiben aufweisen.In an embodiment not shown, an internal combustion engine can also have more than the two disks shown.

In nicht dargestellter Ausführung kann auch in einer Scheibe beispielsweise nur eine Doppelkammeranordnung mit Kammern 11.14 und 18.14 vorgesehen sein. Ein entsprechender Kolben mit nur einer Lauffläche 14 ist in Fig. 10 dargestellt. In weiter vereinfachter Ausführung kann für den in Fig. 10 dargestellten Kolben mit nur einer Lauffläche 14 auch nur eine Gegenlauffläche, beispielsweise die Lauffläche 11 in der Umfangswand 10 vorgesehen sein. Es handelt sich dann um einen reinen Kompressor, der fremd angetrieben werden muß und der pro Scheibe nur eine Kompressionskammer aufweist. In entsprechender Ausführung, wie in Fig. 2 gezeigt, kann ein solcher reiner Kompressor pro Scheibe auch zwei Kompressionskammern (jedoch keine Expansionskammern) aufweisen.In an embodiment not shown, only a double-chamber arrangement with chambers 11.14 and 18.14 can also be provided in a pane, for example. A corresponding piston with only one running surface 14 is shown in FIG. 10. In a further simplified embodiment, for the piston shown in FIG. 10 with only one running surface 14, only one counter running surface, for example the running surface 11, can be provided in the peripheral wall 10. It is then a pure compressor that has to be driven externally and that has only one compression chamber per disc. In a corresponding embodiment, as shown in FIG. 2, such a pure compressor per disk can also have two compression chambers (but no expansion chambers).

In anderer Ausführungsform können beispielsweise in einer Scheibe nur Expansionskammern und in einer anderen Scheibe nur Kompressionskammern vorgesehen sein. Wie diese wenigen Beispiele zeigen, bietet die Erfindung einen erheblichen Variationsspielraum.In another embodiment, for example, only expansion chambers can be provided in one pane and only compression chambers in another pane. As these few examples show, the invention offers considerable scope for variation.

So kann beispielsweise ein Kompressor mit Eigenantrieb derart ausgebildet sein, daß beispielsweise in den in Fig. 1 dargestellten zwei Scheiben nur in einer Scheibe eine Expansionskammer vorgesehen ist, die den Kompressor nach dem Brennkraftprinzip antreibt, jede Scheibe aber zwei Kompressionskammern aufweist. Wie Berechnungen zeigen, reicht eine Expansionskammer zum Antrieb von vier Kompressionskammern aus.For example, a self-propelled compressor can be designed such that, for example, in the two disks shown in FIG. 1, only one disk has an expansion chamber which drives the compressor according to the internal combustion principle, but each disk has two compression chambers. As calculations show, one expansion chamber is sufficient to drive four compression chambers.

Am Umfang eines Laufraumes können auch mehr als zwei Kammeranordnungen vorgesehen sein, die jeweils entweder aus einer Expansionskammer oder einer Kompressionskammer oder einer Expansions- und einer Kompressionskammer bestehen können. Dies zeigen die Darstellungen der Figuren 10 bis 15.More than two chamber arrangements can also be provided on the circumference of a running space, each of which can consist of either an expansion chamber or a compression chamber or an expansion and a compression chamber. This is shown by the illustrations in FIGS. 10 to 15.

Fig. 10 zeigt einen Kolben mit nur einer Lauffläche 14, mit dem eine Einfach- oder Doppelkammeranordnung vorsehbar ist. Fig. 13 zeigt einen Kolben mit drei Laufflächen für drei derartige Kammeranordnungen. Fig. 11 zeigt zum Vergleich den in den Fig. 1 bis 9 beschriebenen Kolben für zwei derartige Kammeranordnungen.10 shows a piston with only one running surface 14, with which a single or double chamber arrangement can be provided. 13 shows a piston with three running surfaces for three such chamber arrangements. For comparison, FIG. 11 shows the piston described in FIGS. 1 to 9 for two such chamber arrangements.

Fig. 12 zeigt einen Kolben mit zwei Laufflächen, die jedoch, wenn man mit Fig. 11 vergleicht, schräg zur Verbindungslinie der Kurbelwellen angeordnet sind. Die Fig. 14 und 15 zeigen auf, daß ohne weiteres größere Zahlen von Kammeranordnungen möglich sind. Die geometrischen Verhältnisse müssen lediglich vom Platzbedarf her berücksichtigt werden. Die Parallelrotationsbewegung des Kolbens macht eine weitgehend beliebig große Anzahl von Kammeranordnungen pro Kolben möglich.FIG. 12 shows a piston with two running surfaces, which, however, when compared with FIG. 11, are arranged obliquely to the connecting line of the crankshafts. 14 and 15 show that larger numbers of chamber arrangements are easily possible. The geometric conditions only need to be taken into account in terms of space requirements. The parallel rotational movement of the piston enables a largely arbitrary number of chamber arrangements per piston.

In Fig. 10 ist in der Lauffläche 14 des dargestellten Kolbens der Mittelpunkt der Lauffläche als Kreuzung der in diesem Punkt angelegten Tangente T und der dazu Senkrechten S markiert. Die beiden Linien T und S bilden die vier mit den römischen Ziffern I, II, III und IV bezeichneten Quadranten. Wie Fig. 10 zeigt, liegen die beiden Kurbelzapfen 5 im Kolben von der durch die Lauffläche 14 bildbaren Kammer entfernt auf der anderen Seite der Linie T, also im zentralen Teil des Kolbens. An beiden Enden der Lauflläche 14 läßt sich der Kolben, wie dargestellt, sehr schmal ausbilden und mit abgefedert gelagerten Dichtleisten mit kleinen Dichtleistenradien. Auf etwa hier anzuordnende Kurbelzapfeulager braucht bei der Konstruktion des Kolbens im Bereich der beiden Enden der Lauffläche 14 keine Rücksicht genommen zu werden.In FIG. 10, the center of the running surface is marked in the running surface 14 of the piston shown as an intersection of the tangent T created at this point and the perpendicular S to it. The two lines T and S form the four quadrants labeled with the Roman numerals I, II, III and IV. As shown in FIG. 10, the two crank pins 5 in the piston are located on the other side of the line T, ie in the central part of the piston, from the chamber which can be formed by the running surface 14. At both ends of the tread 14 As shown, the piston can be made very narrow and with spring-loaded sealing strips with small sealing strip radii. In the construction of the piston in the region of the two ends of the running surface 14, it is not necessary to take account of any crank pin bearings to be arranged here.

Die Ausführungsvarianten der Fig. 11 bis 15 zeigen erkennbar für jede der bei diesen vorhandene Lauffläche 14 dieselben geometrischen Verhältnisse in bezug auf die Anordnung der Lagerungen der Kurbelzapfen 5. Diese geometrischen Verhältnisse gelten auch für die übrigen in den Fig. 1 bis 18 dargestellten Kolbenkonstruktionen.The design variants of FIGS. 11 to 15 clearly show the same geometric relationships for each of the running surfaces 14 present in these with respect to the arrangement of the bearings of the crank pins 5. These geometric relationships also apply to the other piston constructions shown in FIGS. 1 to 18.

Bei der Ausführungsform der Fig. 12 ist noch zu beachten, daß bei dieser die von den Laufflächen 14, 14' des Kolbens auf die Kurbelzapfen 5 ausgeübten Kräfte in anderem Winkel als bei der Ausführungsform der Fig. 2 bis 9 und 11 einwirken. Dies kann auch auf andere Weise erreicht werden.In the embodiment of FIG. 12, it should also be noted that the forces exerted by the running surfaces 14, 14 'of the piston on the crank pin 5 act at a different angle than in the embodiment of FIGS. 2 to 9 and 11. This can also be achieved in other ways.

So kann bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die Kammeranordnung mit den Kammern 11.14 und 18.14 zur Verbindungslinie der Kurbelwellen 2, 2' schräg gekippt angeordnet sein. Die Verbindungslinie der Dichtleisten 12 und 19 des Kolbens 6 liegt dann also schräg zur Verbindungslinie der Kurbelwellen 2, 2'. Entsprechend sind die Laufflächen 11 und 14 derart schräg gekippt anzuordnen, daß die Verbindungslinie ihrer Endpunkte parallel zur Verbindungslinie der Dichtleisten 12 und 19 des Kolbens 6 steht. Auch auf diese Weise läßt sich die Einleitung der in den Kammern entstehenden Kräfte in die Kurbeln unter optimierten Winkeln gestalten. Derselbe Effekt günstigerer Krafteinleitung in die Kurbeln läßt sich auch durch Vergrößerung des Kurbelwellenabstandes bei ansonsten gleichbleibender Geometrie der Kammern erreichen.Thus, in the embodiment shown in FIG. 2, the chamber arrangement with the chambers 11.14 and 18.14 can be arranged inclined at an angle to the connecting line of the crankshafts 2, 2 '. The connecting line of the sealing strips 12 and 19 of the piston 6 is then at an angle to the connecting line of the crankshafts 2, 2 '. Correspondingly, the running surfaces 11 and 14 are to be arranged tilted at an angle such that the connecting line of their end points is parallel to the connecting line of the sealing strips 12 and 19 of the piston 6. In this way too, the introduction of the forces generated in the chambers into the cranks can be designed at optimized angles. The same effect of more favorable introduction of force into the cranks can also be achieved by increasing the distance between the crankshafts while maintaining the geometry of the chambers.

Fig. 17 zeigt eine Ausführungsvariante, deren Unterschiede zur vorbeschriebenen Konstruktion im Vergleich mit Fig. 16 zu erken nen sind. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.FIG. 17 shows an embodiment variant whose differences from the construction described above can be seen in comparison with FIG. 16 are. The same parts are provided with the same reference numerals.

Abweichend von der in Fig. 16 dargestellten Ausführungsform ist die am linken Ende der Lauffläche 14 des Kolbens 6 sitzende Dichtleiste 120 stark vergrößert, wie der Vergleich mit der Dichtleiste 12 der Konstruktion gemäß Fig. 16 zeigt. Im Ausführungsbeispiel ist sie in ihrem Radius, also in ihren Gesamtabmessungen, verdoppelt.In a departure from the embodiment shown in FIG. 16, the sealing strip 120 seated at the left end of the running surface 14 of the piston 6 is greatly enlarged, as the comparison with the sealing strip 12 of the construction according to FIG. 16 shows. In the exemplary embodiment, it is doubled in its radius, that is to say in its overall dimensions.

Entsprechend ist die linke stationäre Lauffläche 110 gegenüber der gestrichelt dargestellten Lauffläche 11, die derjenigen der Konstruktion der Fig. 16 entspricht, vergrößert. Der Mittelpunkt der ursprünglichen Lauffläche 11 lag bei 26. Der Mittelpunkt der neuen Lauffläche 110 liegt bei 260. Ersichtlich ist die Vergrößerung nach links asymetrisch, wie die seitliche Verschiebung der Mittelpunkte 26 bzw. 260 zeigt. Dies ergibt sich daraus, daß die Dichtleiste 120 nicht nur in ihrem Radius verdoppelt, sondern auch entsprechend mit ihrem Mittelpunkt von 25 nach 250 seitlich versetzt ist. Daraus ergibt sich eine Form der neuen Lauffläche 110, die nach links und oben erweitert ist, am rechten Ende zur Dichtleiste 13 hin aber in die ursprüngliche Lauffläche 11 übergeht.Correspondingly, the left stationary tread 110 is enlarged compared to the tread 11 shown in dashed lines, which corresponds to that of the construction of FIG. 16. The center point of the original tread 11 was at 26. The center point of the new tread 110 was at 260. The magnification to the left is clearly asymmetrical, as the lateral shift of the center points 26 and 260 shows. This results from the fact that the sealing strip 120 is not only doubled in its radius, but is also offset laterally with its center from 25 to 250. This results in a shape of the new tread 110, which is widened to the left and upwards, but merges at the right end towards the sealing strip 13 into the original tread 11.

Ansonsten ist die Konstruktion völlig unverändert, also insbesondere hinsichtlich der gesamten Geometrie der Kurbelwellen, des Kolbens 6, dessen Lauffläche 14 und der Lauffläche 18 der rechts gelegenen stationären Kammer 18.14.Otherwise, the construction is completely unchanged, in particular with regard to the entire geometry of the crankshafts, the piston 6, its tread 14 and the tread 18 of the stationary chamber 18.14 on the right.

Die neu gebildete vergrößerte Kammer 110.14 zeichnet sich gegenüber der ursprünglichen Konstruktion gemäß Fig. 16 durch ein um im Ausführungsbeispiel 25 % vergrößertes maximales Volumen und entsprechend vergrößertes maximales Kompressionsverhältnis aus. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Gesamtkonstruktion unverändert. Der Ablauf in den einzelnen Phasen entsprechend den Fig. 2 bis 9 ist unverändert.The newly formed enlarged chamber 110.14 is distinguished from the original construction according to FIG. 16 by a maximum volume increased by 25% in the exemplary embodiment and a correspondingly increased maximum compression ratio. Otherwise the mode of operation of the overall construction remains unchanged. The sequence in the individual phases according to FIGS. 2 to 9 is unchanged.

Die vergrößerte Dichtleiste 120 kann auch mit anderen Maßen abweichend von den Dichtleisten 13 und 19 gestaltet sein, beispielsweise noch größer oder etwas kleiner. Die neue Lauffläche 110 ist in ihrem Umfang entsprechend anzupassen.The enlarged sealing strip 120 can also be designed differently from the sealing strips 13 and 19, for example with other dimensions even bigger or a little smaller. The size of the new tread 110 must be adjusted accordingly.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, ohne Veränderung der sonstigen Geometrie bei der Doppelkammeranordnung 18.14, 110.14 die beiden Kammern unterschiedlich groß zu gestalten. Sieht man die Anordnung spiegelsymmetrisch rechts/links vertauscht vor, also mit vergrößerter Dichtleiste 19, so wäre die rechte Kammer größer als die linke. Es ist natürlich auch möglich, beide Dichtleisten 120 und 19 des Kolbens 6 abweichend von der an der Umfangswand 10 stationär vorgesehenen Dichtleiste 13 auszubilden, entweder beide gleich oder auch untereinander unterschiedlich. Dann würde die Lauffläche 14 des Kolbens unverändert bleiben. Beide stationären Laufflächen 11 und 18 wären aber entsprechend zu verändern.With this construction it is possible to make the two chambers of different sizes without changing the other geometry in the double chamber arrangement 18.14, 110.14. If one sees the arrangement mirror-symmetrically right / left interchanged, ie with an enlarged sealing strip 19, the right chamber would be larger than the left. It is of course also possible to design both sealing strips 120 and 19 of the piston 6 differently from the sealing strip 13 provided stationary on the peripheral wall 10, either both the same or different from one another. Then the tread 14 of the piston would remain unchanged. Both stationary treads 11 and 18 would have to be changed accordingly.

Fig. 18 zeigt eine Variante der Konstruktion der Fig. 17 in gleicher Darstellung. Übereinstimmende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Bezugszeichen geänderter Teile wurden ebenfalls beibehalten, jedoch mit einem Beistrich versehen.Fig. 18 shows a variant of the construction of Fig. 17 in the same representation. Matching parts are provided with the same reference numerals. The reference numbers of modified parts have also been retained, but with a comma.

Wie man sofort sieht, bezieht sich die Änderung auf die am linken Ende der Kammer 110'.14, also am linken Ende der Lauffläche 14 des Kolbens 6 gelegene Dichtleiste 120'.As can be seen immediately, the change relates to the sealing strip 120 'located at the left end of the chamber 110'.14, that is to say at the left end of the running surface 14 of the piston 6.

Betrachtet man zum Vergleich noch einmal die vergrößerte Dichtleiste 120 der Fig. 17, so sieht man, daß diese ebenso wie die am rechten Ende der Lauffläche 14 des Kolbens gelegene Dichtleiste 19 mit ihrer Symmetrieebene genau parallel zur Symmetrieebene der ihr benachbarten Lauffläche 14 liegt. Daraus ergibt sich, wie Fig. 17 zeigt, ein maximaler Umfangswinkel der Gegenlauffläche 110 der Kammer von etwa 180°. Auch bei der gestrichelt dargestellten kleineren Dichtleiste 12 kann die entsprechende kleinere Gegenlauffläche 11 nur über etwa 180° befahren werden. Dadurch ist die maximale Kammergröße, die in Fig. 17 dargestellt ist, beschränkt.If, for comparison, the enlarged sealing strip 120 of FIG. 17 is viewed again, it can be seen that, like the sealing strip 19 located at the right end of the running surface 14 of the piston, its plane of symmetry lies exactly parallel to the plane of symmetry of the adjacent running surface 14. As shown in FIG. 17, this results in a maximum circumferential angle of the counter surface 110 of the chamber of approximately 180 °. Even in the case of the smaller sealing strip 12 shown in dashed lines, the corresponding smaller counter-running surface 11 can only be traveled over about 180 °. This limits the maximum chamber size shown in FIG. 17.

In Fig. 18 ist dargestellt, daß dort die vergrößerte Dichtleiste 120' mit ihrer strichpunktiert dargestellten Symmetrieebene unter einem Schrägwinkel α gegenüber der ebenfalls mit strichpunktierter Linie dargestellten Symmetrieebene der ihr benachbarten Lauffläche 14 angeordnet ist. Zusätzlich ergibt der Vergleich mit Fig. 17, daß die Kreissektoroberfläche der Dichtleiste 120' über einen etwas größeren Winkelbereich ausgebildet ist. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Dichtleiste 120' über einen ebenfalls um a vergrößerten Winkelbereich über 180° hinaus in Anlage an der entsprechend verlängerten Gegenlauffläche 110' zu führen. Dadurch kann das maximale Kammervolumen, wie der Vergleich der Fig. 17 und 18 zeigt, noch einmal erheblich vergrößert werden ohne Änderung der Kurbelwellen.In Fig. 18 it is shown that there the enlarged sealing strip 120 'with its dash-dotted plane of symmetry under one Oblique angle α is arranged opposite the plane of symmetry of the tread 14 adjacent to it, which is also shown with a dash-dotted line. In addition, the comparison with FIG. 17 shows that the circular sector surface of the sealing strip 120 'is formed over a somewhat larger angular range. This results in the possibility of guiding the sealing strip 120 'into an abutment on the correspondingly lengthened counter-running surface 110' over an angular range likewise increased by a beyond 180 °. As a result, the maximum chamber volume, as the comparison of FIGS. 17 and 18 shows, can be increased considerably again without changing the crankshafts.

Insbesondere kann, wie Fig. 18 zeigt, wiederum die linke Kammer 110'.14 stark vergrößert werden, während die rechte Kammer 18.14 klein gehalten ist, da bei ihr die Dichtleiste 19 unter 90° angeordnet ist und außerdem eine wesentlich kleinere Oberfläche ihres Kreissektors aufweist.In particular, as shown in FIG. 18, the left chamber 110'.14 can again be greatly enlarged, while the right chamber 18.14 is kept small, since the sealing strip 19 is arranged at 90 ° and also has a much smaller surface area of its circular sector .

In Fig. 18 ist innerhalb der vergrößerten Dichtleiste 120' auch die kleinere Dichtleiste 12' unter demselben Winkel dargestellt (gestrichelt). Auch hier ergibt sich durch die andere Winkelanordnung eine entsprechend vergrößerte Gegenlauftläche 11' mit entsprechender Kammervergrößerung.18, the smaller sealing strip 12 'is also shown (dashed) within the enlarged sealing strip 120' at the same angle. Here too, the other angular arrangement results in a correspondingly enlarged counter-running surface 11 ′ with a corresponding enlargement of the chamber.

Die Dichtigkeit einer Dichtleiste kann verbessert werden, beispielsweise bei der Dichtleiste 120 der Fig. 17, wenn das Abheben verhindert wird. Zum Abheben kommt es zumeist, wenn bei Störungen des glatten Laufes die Dichtleiste in ihrer federnden Lagerung schwingt bzw. rattert. Solche Schwingungsbewegungen können durch Stoßdämpfung unterbunden werden. Dazu können in der federnden Lagerungsaufnahme einer Dichtleiste stoßdämpfende Einrichtungen vorgesehen sein, z. B. hydraulische Dämpfungseinrichtungen nach Art konventioneller hydraulischer Kolbenstoßdämpfer.The tightness of a sealing strip can be improved, for example in the sealing strip 120 of FIG. 17, if the lifting is prevented. Lifting usually occurs when the sealing strip vibrates or rattles in its resilient mounting in the event of smooth running malfunctions. Such vibration movements can be prevented by shock absorption. For this purpose, shock-absorbing devices can be provided in the resilient bearing seat of a sealing strip, for. B. hydraulic damping devices in the manner of conventional hydraulic piston shock absorbers.

Bei Kolbenmaschinen mit thermisch hoch belasteten Kammern kann für Wärmeabfuhr Sorge getragen werden, beispielsweise durch Wasserkühlkanäle im Gehäuse in der Nähe der dort vorgesehenen Laufflächen sowie durch Flüssigkeitskühlung des Kolbens, die beispielsweise mit Ölkanälen im Kolben erfolgen kann, die an die beiden Kurbelwellen über die Lager angeschlossen sind. Es ist aber auch Luftkühlung beim Gehäuse möglich, beispielsweise durch eine äußere Verrippung. Auch der Kolben kann mit Gaskühlung allein ausreichend gekühlt werden.In piston machines with thermally highly loaded chambers, heat can be dissipated, for example by Water cooling channels in the housing near the treads provided there and by liquid cooling of the piston, which can be done, for example, with oil channels in the piston, which are connected to the two crankshafts via the bearings. However, air cooling in the housing is also possible, for example by means of external ribbing. The piston can also be adequately cooled with gas cooling alone.

Betrachtet man beispielsweise in Fig. 2 den dort dargestellten Kolben 6, so sieht man, daß dieser im Laufraum ständig umläuft und dabei in intensivem Gaskontakt mit dem ständig zuströmenden kühlen Frischgas steht. Wird der Kolben außerhalb seiner Laufflächen 14 und 14' beispielsweise in seiner Oberfläche stark verrippt, so kann dadurch ausreichende Gaskühlung des Kolbens bewirkt werden. Der Kolben kann auch mit Durchbrechungen versehen werden, beispielsweise (siehe Fig. 2) einer Durchbrechung, die etwa in gedachter Linie zwischen den Öffnungen 16 und 22 des Gehäuses 1 verlaufend im oberen Teil des Kolbens 6 zwischen seiner Lauffläche 14 und den Lagerungen auf den Kurbelzapfen 5 hindurchgeht und die beim Umlauf des Kolbens luftdurchströmt wird.If, for example, in FIG. 2, the piston 6 shown there is seen, it can be seen that it rotates continuously in the running space and is in intensive gas contact with the constantly flowing cool fresh gas. If the piston is heavily ribbed outside its running surfaces 14 and 14 ', for example in its surface, sufficient gas cooling of the piston can be brought about. The piston can also be provided with openings, for example (see FIG. 2) an opening that runs approximately in the imaginary line between the openings 16 and 22 of the housing 1 in the upper part of the piston 6 between its tread 14 and the bearings on the crank pin 5 passes and which is flowed through by air when the piston rotates.

In den Fig. 1 - 18 sind die Dichtelemente, die eine Kammer begrenzen, stets wesentlich kleiner als der Kurbelradius des Kolbens dargestellt. Bei der Ausführungsform der Fig. 17 haben beispielsweise die Dichtleisten 13 und 19 einen Oberflächenradius, der etwa ein Viertel des Kurbelradius beträgt. Die größere Dichtleiste 120 hat einen Oberflächenradius, der etwa halb so groß ist wie der Kurbelradius. Die Dichtleisten sind in den bisher beschriebenen Ausführungsformen stets abgefedert gelagert, wie dies auch die Fig. 17 zeigt.1-18, the sealing elements that delimit a chamber are always shown to be significantly smaller than the crank radius of the piston. In the embodiment of FIG. 17, for example, the sealing strips 13 and 19 have a surface radius which is approximately a quarter of the crank radius. The larger sealing strip 120 has a surface radius that is approximately half the size of the crank radius. In the previously described embodiments, the sealing strips are always spring-loaded, as is also shown in FIG. 17.

Abweichend von diesen Ausführungsformen können die Dichtelemente mit wesentlich größeren Oberflächen, verglichen mit dem Kurbelradius, ausgebildet sein, und sie können auch ohne Federung als starre Teile des Kolbens oder der Gehäusewand ausgebildet sein. Dies ist in einem Beispiel in Fig. 19 erläutert.In a departure from these embodiments, the sealing elements can be designed with significantly larger surfaces compared to the crank radius, and they can also be designed as rigid parts of the piston or the housing wall without suspension. This is explained in an example in FIG. 19.

Fig. 19 zeigt im Schnitt quer zu den Kurbelwellen ein Gehäuse 501, in dem auf Kurbelzapfen 505 dreier Kurbelwellen ein Kolben 506 zur Parallelrotation gelagert ist. An der Umfangswand des dargestellten Laufraumes ist eine sehr große Lauffläche 530 ausgebildet, die im Querschnitt die Form eines Kreisabschnittes aufweist und an deren einem Ende eine Dichtleiste 531 kleinen Querschnittes gehäuseseitig angeordnet ist. Am Kolben 506 ist eine als Gegenlauffläche für die Dichtleiste 531 dienende Lauffläche 532 vorgesehen. Diese erstreckt sich von der Ecke am Ort der Dichtleiste 531 bis zu der mit einem Strich 533 markierten Umfangsstelle, also über knapp 180°. Es schließt ein im Querschnitt kreisförmig ausgebildeter Teil des Kolbens 506 an, und zwar zwischen dem Markierungsstrich 533 und der Ecke 534. Dieser im Querschnitt kreisförmige Oberflächenteil des Kolbens bildet das Dichtelement 535 aus, das bei der Parallelrotation des Kolbens 506 auf der Lauffläche 530 abläuft, und zwar bei Parallelrotation des Kolbens 506 im Uhrzeigersinne zwischen dem Beginn der Lauffläche 530 bei dem Niederdruckeinlaßkanal 516 bis zum Ende der Lauflläche 530 bei der Dichtleiste 531.FIG. 19 shows a cross-section of the housing 501, in which a piston 506 for parallel rotation is mounted on crank pins 505 of three crankshafts. A very large running surface 530 is formed on the peripheral wall of the running space shown, which has the shape of a circular section in cross section and on one end of which a sealing strip 531 of small cross section is arranged on the housing side. A running surface 532 serving as a counter surface for the sealing strip 531 is provided on the piston 506. This extends from the corner at the location of the sealing strip 531 to the circumferential point marked with a line 533, that is to say over almost 180 °. It connects a part of the piston 506 which is circular in cross section, namely between the marking line 533 and the corner 534. This surface part of the piston which is circular in cross section forms the sealing element 535 which runs on the running surface 530 when the piston 506 rotates in parallel. and that with parallel rotation of the piston 506 clockwise between the start of the tread 530 at the low pressure inlet channel 516 to the end of the tread 530 at the sealing strip 531.

Es ist hiermit eine Arbeitskammer 530.532 gebildet, die durch die Laufflächen 530 und 532 sowie die Dichtelemente 531 und 535 begrenzt ist. Während der Parallelrotation läuft unter Kammerbildung das Dichtelement 535 auf der Lauffläche 530 ab, während die Dichtleiste 531 auf der Lauflläche 532 abläuft. Es liegen hierbei dieselben Kammerbildungsverhältnisse vor, wie sie bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben sind. Im Unterschied dazu ist hier lediglich das Verhältnis der Oberflächen der Dichtelemente sehr groß gewählt, und es weist das Dichtelement 535 einen Oberflächenradius auf, der sehr viel größer ist als der Kurbelradius. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform das Dichtelement 535 nicht abgefedert. Es kann also nur mit einem spielbedingt erforderlichen Spalt gegenüber seiner Gegenlauffläche 530 abdichten. Die Kammer 530.532 ist also im wesentlichen nur als Niederdruckkompressionskammer verwendbar, weist allerdings ein sehr großes Kammervolumen auf und kann somit zur Kompression großer Luftmengen auf niedrige Drücke verwendet werden.A working chamber 530.532 is hereby formed, which is delimited by the running surfaces 530 and 532 and the sealing elements 531 and 535. During the parallel rotation, the sealing element 535 runs on the running surface 530 while forming a chamber, while the sealing strip 531 runs on the running surface 532. The same chamber formation conditions are present as are described in the previous embodiments. In contrast to this, only the ratio of the surfaces of the sealing elements is chosen to be very large, and the sealing element 535 has a surface radius that is very much larger than the crank radius. In addition, the sealing element 535 is not cushioned in this embodiment. It can only seal against its counter surface 530 with a gap required due to play. The chamber 530.532 can therefore essentially only be used as a low-pressure compression chamber, but has a very large chamber volume and can therefore be used to compress large amounts of air to low pressures.

Bei Verwendung dieser Kammer 530.532 als Kompressionskammer kann das komprimierte Gas durch einen Auslaßkanal 536 mit Ventil 537 gewonnen werden.When using this chamber 530.532 as a compression chamber, the compressed gas can be obtained through an outlet channel 536 with valve 537.

Bei der Ausführungsform der Fig. 19 st die Kammer 530.532 kombiniert mit den beiden Kammern 110.14 und 18.14 der Ausführungsform der Fig. 18. Dazu ist am Kolben 506 die Lauffläche 14 vorgesehen, an deren beiden Enden die Dichtleiten 19 und 120' sitzen. Das Gehäuse 501 bildet hier die Laufflächen 110' sowie 18 aus. Einzelheiten dieser beiden Kammern sind der zeichnerischen Vereinfachung wegen fortgelassen.In the embodiment of FIG. 19, the chamber 530.532 is combined with the two chambers 110.14 and 18.14 of the embodiment of FIG. 18. For this purpose, the tread 14 is provided on the piston 506, on both ends of which the sealing lines 19 and 120 'are seated. The housing 501 forms the running surfaces 110 ′ and 18 here. Details of these two chambers have been omitted for the sake of simplifying the drawing.

Bei entsprechender Konstruktion der Gasführungskanäle, die im einzelnen nicht näher erläutert ist, kann die Kammer 530.532 als Niederdruckkompressionskammer verwendet werden, während das Kammerpaar 110'.14, 18.14 in der oben beschriebenen Weise eine Brennkraftmaschine bildet, die den Kompressor antreibt. Die Niederdruckkompressionskammer 530.532 kann aber auch als Vorkompressionskammer dienen, wobei das in ihr vorkomprimierte Gas zur Nachkompression in geeigneter Weise der Kompressionskammer 110'.14 zugeführt wird. Es ergäbe sich ein Zweistufenkompressor, der sehr hohe Ausgangsdrücke erreichen kann. Bei Verwendung als fremdgetriebener Kompressor könnte die Expansionskammer 18.14 entfallen.With a corresponding construction of the gas routing channels, which is not explained in detail, the chamber 530.532 can be used as a low-pressure compression chamber, while the chamber pair 110'.14, 18.14 forms an internal combustion engine in the manner described above, which drives the compressor. The low-pressure compression chamber 530.532 can also serve as a pre-compression chamber, the gas pre-compressed in it being suitably supplied to the compression chamber 110'.14 for post-compression. The result would be a two-stage compressor that can reach very high outlet pressures. When used as an externally driven compressor, the expansion chamber 18.14 could be omitted.

Fig. 19 zeigt ein weiteres Konstruktionsdetail, das bei Verwendung als Brennkraftmaschine zur Vermeidung von Spülverlusten von großem Vorteil ist. Bei der dargestellten Konstruktion bildet bei der angegebenen Laufrichtung des Kolbens im Uhrzeigersinn die Kammer 18.14 die Expansionskammer. Nach Öffnen dieser Kammer soll in der in Fig. 19 dargestellten Stellung des Kolbens 506 das verbrannte Abgas die Maschine durch den Niederdruckauslaßkanal 522 verlassen, und zwar nach Möglichkeit, ohne sich mit dem Frischgas des Niederdruckeinlaßkanales 516 zu vermischen. Zu diesem Zweck ist an dem Trennsteg zwischen den Niederdruckkanälen 516 und 522 eine Lauffläche 540 ausgebildet und an einer Nase 541 des Kolbens 506 ein Dichtelement 542, das während des kritischen Kurbelwinkelbereiches, bei dem sich die Expansionskammer 18.14 öffnet, dichtend an der Lauffläche 540 läuft und eine Gasabdichtung zwischen den Niederdruckkanälen 522 und 516 schafft, so daß in diesem kritischen Zeitbereich eine Vermischung von Abgas und Frischgas vermieden wird.19 shows a further construction detail, which is of great advantage when used as an internal combustion engine to avoid flushing losses. In the construction shown, the chamber 18.14 forms the expansion chamber in the clockwise direction of movement of the piston. After opening this chamber, in the position of the piston 506 shown in FIG. 19, the burned exhaust gas is to leave the machine through the low-pressure outlet channel 522, if possible without mixing with the fresh gas of the low-pressure inlet channel 516. For this purpose, a running surface 540 is formed on the separating web between the low-pressure channels 516 and 522 and on one Nose 541 of the piston 506 a sealing element 542, which runs sealingly on the tread 540 during the critical crank angle range in which the expansion chamber 18.14 opens and creates a gas seal between the low-pressure channels 522 and 516, so that exhaust gas is mixed in this critical time range and fresh gas is avoided.

In den bisher geschilderten Ausführungsvarianten sind die Dichtelemente bzw. Dichtleisten stets mit im Querschnitt kreisförmigen Oberflächen ausgebildet. Entsprechend ergeben sich die Laufflächen als beim Parallelrotationsumlauf von diesen Dichtelementen bestrichene im Querschnitt kreisförmige Flächen.In the previously described design variants, the sealing elements or sealing strips are always designed with surfaces which are circular in cross section. Correspondingly, the running surfaces are surfaces that are circular in cross-section and are coated by these sealing elements during the parallel rotation.

Es sind allerdings auch andere Oberllächeuformeu möglich, wie insbesondere Kegelschnitte, also z.B. Abschnitte von Kreisen, Ellipsen und Parabeln, aber auch Spiralabschnitte. Die Gegenlaufflächen, die von solchen Dichielementiormen bestrichen werden, sind dabei der Oberflächenform des Dichtelementes ähnlich. Sie ergeben sich in einfacher Konstruktion durch Verlängerung der von einem gemeinsamen Punkt ausgehenden Strahlen um den Kurbelradius über die Oberfläche des Dichtelementes hinaus. Wie bereits an den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen deutlich geworden, ergeben sich bei kreisförmiger Oberfläche des Dichtelementes im Querschnitt kreisförmige Laufflächen. Bei elliptischer Oberfläche des Dichtelementes ergibt sich eine elliptische Lauffläche. Ein solches Beispiel mit elliptischen Flächen ist in Fig. 20 erläutert.However, other surface shapes are also possible, such as conic sections in particular, e.g. Sections of circles, ellipses and parabolas, but also spiral sections. The mating surfaces that are covered by such sealing element arms are similar to the surface shape of the sealing element. They result in a simple construction by extending the rays emanating from a common point by the crank radius beyond the surface of the sealing element. As has already become clear from the exemplary embodiments described above, with a circular surface of the sealing element, circular running surfaces result in cross section. The elliptical surface of the sealing element results in an elliptical running surface. Such an example with elliptical surfaces is explained in FIG. 20.

Fig. 20 zeigt einen einfachen Niederdruckkompressor mit zwei symmetrisch angeordneten identischen Kammern.20 shows a simple low-pressure compressor with two symmetrically arranged identical chambers.

Der Kompressor weist ein Gehäuse 601 auf, in dem auf drei Kurbelzapfen 605 ein Kolben 606 im Uhrzeigersinn umläuft. Die Umlaufkurven der Kurbelmittelpunkte sind mit Kreisen dargestellt.The compressor has a housing 601, in which a piston 606 rotates clockwise on three crank pins 605. The revolving curves of the crank centers are shown with circles.

An der Unterseite des dargestellten Kolbens bildet dieser mit im Querschnitt elliptischer Oberlläche ein Dichtelement 635 aus, das von dem Markierungsstrich 633 bis zum Markierungsstrich 634 reicht. Es schließt bei 633 eine kreisquerschnittsförmige Lauffläche 632 an. An der Umfangswand des Gehäuses 601 ist eine Dichtleiste 631 kleinen Kreisquerschnittes angeordnet, die auf der Laufiläche 632 des Kolbens abläuft. An der Umfangswand ist anschließend an die Dichtleiste 631 eine Lauffläche 630 ausgebildet, die von der Dichtleiste 631 bis zu einem Niederdruckeinlaßkanal 616 reicht.On the underside of the piston shown, it forms a sealing element 635 with a cross-sectional elliptical surface, which extends from the marking line 633 to the marking line 634 enough. It connects to a circular cross-sectional tread 632 at 633. A sealing strip 631 with a small circular cross section is arranged on the peripheral wall of the housing 601 and runs on the running surface 632 of the piston. On the peripheral wall, a running surface 630 is then formed on the sealing strip 631, which extends from the sealing strip 631 to a low-pressure inlet channel 616.

Bei der Parallelrotation des Kolbens 606 im Uhrzeigersinne läuft das als Ellipsenabschnitt ausgebildete Dichtelement 635 von der in Fig. 20 dargestellten Winkelstellung, bei der es in ersten Kontakt mit der Lauffläche kommt, bis zum Kontakt mit der Dichtleiste 631 ab und bildet die abdichtende Begrenzung der Kammer 630.632. An ihrem anderen Ende wird diese Kammer durch die Dichtleiste 631 in Kontakt mit der Lauflläche 632 abgedichtet.When the piston 606 rotates clockwise in parallel, the sealing element 635, which is designed as an elliptical section, runs from the angular position shown in FIG. 20, in which it comes into first contact with the running surface, to the contact with the sealing strip 631 and forms the sealing boundary of the chamber 630,632. At its other end, this chamber is sealed by the sealing strip 631 in contact with the tread 632.

Hochdruckgas aus dieser Kammer wird in Pfeilrichtung durch einen Auslaßkanal 636 mit Ventil 637 abgelassen.High pressure gas from this chamber is discharged in the direction of the arrow through an outlet duct 636 with valve 637.

Auf der Oberseite des Kolbens 606 ist symmetrisch eine zweite Kammer 630'.632' vorgesehen, die beim Umlauf des Kolbens 606 abwechselnd mit der zuerst beschriebenen Kammer 630.632 arbeitet.A second chamber 630'.632 'is provided symmetrically on the upper side of the piston 606 and operates alternately with the chamber 630.632 described first when the piston 606 rotates.

In den Ausführungsformen der Fig. 19 und 20 bilden die Dichtelemente 535 und 635, die im Verhältnis zum Kurbelradius sehr große Abmessungen aufweisen, einen erheblichen Umfangsteil des Kolbens 506 bzw. 606. Diese Dichtelemente 535, 635 sind daher als starr mit dem Kolben verbundene Oberflächen ausgebildet und können nur mit einer Spaltdichtung gegenüber ihrer Gegenlauffläche dichten.In the embodiments of FIGS. 19 and 20, the sealing elements 535 and 635, which have very large dimensions in relation to the crank radius, form a considerable peripheral part of the piston 506 and 606, respectively. These sealing elements 535, 635 are therefore surfaces which are rigidly connected to the piston trained and can only seal with a gap seal against their counter surface.

Es wäre natürlich wünschenswert, auch diese Dichtelemente als abgefederte Dichtleisten auszubilden, die eine bessere Dichtwirkung erzielen. Bei so großen Oberflächen eines Dichtelementes ist dies aber schwierig, wenn auch technisch möglich.It would of course be desirable to also design these sealing elements as spring-loaded sealing strips, which achieve a better sealing effect. With such large surfaces of a sealing element, however, this is difficult, although technically possible.

Auch in den Fig. 19 und 20 ist entsprechend der Darstellung der Fig. 10 die geometrische Anordnung der Kurbelzapfen im Kolben erläutert.The geometric arrangement of the crank pins in the piston is also explained in FIGS. 19 and 20, as shown in FIG. 10.

In Fig. 19 ist jeweils an den beiden am Kolben 506 vorgesehenen Laufflächen 14 und 532 die Lage der Quadranten I - IV mit den Hilfslinien T und S, die sich in Laufflächenmitte rechtwinklig kreuzen, dargestellt. Man kann erkennen, daß im Falle der Lauffläche 14 die Kurbelzapfen 505 des Kolbens außerhalb der Quadranten I und IV liegen. Im Falle der Lauffläche 532 gilt dies nur für den Quadranten I. An diesem, dem Dichtelement 532 gegenüberliegenden Ende der Lauffläche 532 ist kein Kurbelzapfen gelagert. Es kann hier also frei konstruiert werden, im dargestellten Ausführungsbeispiel geht die Lauflläche 532 rechtwinklig in eine angrenzende Fläche über. Kurbelzapfen sind in diesem Bereich nicht vorgesehen.19 shows the position of the quadrants I-IV with the auxiliary lines T and S, which intersect at right angles in the middle of the tread, on the two running surfaces 14 and 532 provided on the piston 506. It can be seen that in the case of the tread 14, the crank pins 505 of the piston lie outside the quadrants I and IV. In the case of the tread 532, this only applies to the quadrant I. No crank pin is mounted on this end of the tread 532 opposite the sealing element 532. It can therefore be constructed freely; in the exemplary embodiment shown, the running surface 532 merges at a right angle into an adjacent surface. Crank pins are not provided in this area.

In Fig. 20 ist bei der Lauffläche 632' die Quadrantenanordnung eingezeichnet, die in entsprechender Weise auch für die Lauffläche 632, die völlig symmetrisch angeordnet ist, gilt. Man sieht, daß zwar im Quadranten IV ein Kurbelzapfen 605 angeordnet werden kann, nicht jedoch im Quadranten I, in dem die Lauffläche 632' in sehr schmaler Ausbildung durch den Kolben 606 begrenzt wird, was der eng angepaßten Ausbildung des den Kolben umgebenden Laufraumes zugute kommt.20 shows the quadrant arrangement for the tread 632 ', which also applies in a corresponding manner to the tread 632, which is arranged completely symmetrically. It can be seen that a crank pin 605 can be arranged in quadrant IV, but not in quadrant I, in which the tread 632 'is delimited by the piston 606 in a very narrow configuration, which benefits the closely matched design of the piston chamber surrounding the piston .

In allen dargestellten Ausführungsformen der Fig. 1 bis 20 ist erkennbar, daß Kurbelwellen stets außerhalb der bei Kammereingriff der Dichtelemente mit den Laufflächen gebildeten Kammern liegen. Im Falle der Fig. 20 befindet sich die Lauffläche 632' nicht im Kammereingriff. Die Lauffläche 632 befindet sich aber in Eingriff mit maximaler Kammergröße mit der Lauffläche 630. Alle Kurbelwellen, die in dieser Darstellung im Zentrum der dargestellten Umlaufkreise der Kurbelzapfen 605 liegen, liegen außerhalb der Kammer 630.632 und somit vor Wärmeangriff und vor Angriff komprimierter Gase geschützt.In all of the illustrated embodiments of FIGS. 1 to 20 it can be seen that crankshafts are always outside of the chambers formed when the sealing elements engage the treads. In the case of Fig. 20, the tread 632 'is not in chamber engagement. However, the tread 632 is in engagement with the maximum chamber size with the tread 630. All crankshafts, which in this illustration are in the center of the illustrated circles of the crank pins 605, are outside the chamber 630.632 and thus protected against heat attack and against attack by compressed gases.

Claims (16)

  1. A piston machine as an expansion machine, suction pump or compressor for compressible mediums, having at least one piston (6, 6'; 506, 606) mounted, in a running space formed by two parallel walls (9) and a circumferential wall (10) connecting and being perpendicular to said parallel walls, on crankshaft journals (5; 505; 605) of at least two identical crankshafts (2) which are rotatably mounted perpendicular to the parallel walls and which are coupled with angular synchronisity, said piston, on the one end with respect to the running direction, of the chamber surface formed on said piston, and said circumferential wall, on the other end with respect to the running direction, of a chamber surface formed on said circumferential wall, each comprising a sealing element (12, 13, 19; 120, 13, 19; 120', 13, 19; 531, 535; 631, 635) directed perpendicularly to the parallel walls with which said piston and circumferential wall, with an engagement forming a chamber, slide on one another on running surfaces (11, 14, 18; 110, 14, 18; 110', 14, 18; 532, 530; 632, 630) which are formed as surfaces being followed by the sealing elements in their parallel rotation, and having a high-pressure gas channel (17, 20; 537; 637) provided with a valve and opening into the chamber, and having at least one low-pressure channel (16, 16', 22, 22'; 516, 522; 616) which opens into the running space outside of the chamber, said chamber surfaces being completely formed as running surfaces (11, 14, 18; 110, 14, 18; 110, 14, 18; 532, 530; 632, 630) on one end of which the sealing elements (12, 13, 19; 120, 13, 19; 120', 13, 19; 531, 535; 631, 635) are arranged, said highpressure gas channel (17, 20; 537; 637) in each case opening near the sealing elements (13; 531; 631) provided at the end of the running surface (11, 18; 110, 18; 110', 18; 530; 630) of the circumferential wall (10), characterised in that the crankshaft journals (5) lie in a central region of the piston (6, 506, 606) and, with quadrants being defined by the tangant (T) incident with the centre point of the running surface (14, 532, 632) of the piston (6, 506, 606) and the perpendicular (S) thereto in the centre point, lie outside at least of that quadrant of the quadrants (I, IV) lying outside the tangent (T) which (1) contains the other end, with respect to the direction of travel, of the running surface (14, 532, 632), and that the crankshafts (2, 2') are arranged outside of the chambers (11.14, 18.14, 11'.14, 18.14', 530.532, 630.632) formed when the sealing elements are engaged with the running surfaces.
  2. A piston machine according to claim 1, characterised in that the sealing elements (12, 120) comprise surfaces provided for the sliding engagement, which are formed circular-sector-shaped in cross-section with a centre point (25; 250) of the sector which lies in the distance of the crank radius from to the cylinder axis (26; 260) of the opposite running surface (11, 110), said radius of the opposite running surface (10, 110) amounting to the crank radius plus the radius of the surface (24) of the sealing element (12, 120).
  3. A piston machine according to claim 2, characterised in that the surfaces of the sealing elements (120, 13, 19; 531; 535; 631, 635) are different with a correspondingly adapted shape of their opposite running surfaces (110, 14, 18; 532, 530; 632, 630).
  4. A piston machine according to one of claims 2 or 3, characterised in that at least one (12', 120') of the sealing elements (12', 120', 19) arranged on the piston (6), with the plane of symmetry of its surface, lies at an angle a which is greater than 0°, to the plane of symmetry of its neighbouring running surface (14), its opposite running surface (11', 110') being correspondingly lengthened.
  5. A piston machine according to one of the preceding claims, characterised in that the sealing elements (12, 13, 19) are formed as spring mounted sealing strips (12, 13, 19; 120).
  6. A piston machine according to claim 5, characterised in that the sealing strips are guided with a piston (28) in grooves serving as cylinders (29, 30) and being connected to the corresponding running surface (11, 18) via channels.
  7. A piston machine according to one of claims 5 or 6, characterised in that the mountings of the sealing strips are provided with shock absorbing devices.
  8. A piston machine according to one of claims 5 to 7, characterised in that the sealing strips (12, 13, 19; 120) are broadened, essentially mushroom-shaped, with respect to their part (27) which is guided in the running surface.
  9. A piston maclline according to one of the preceding claims, characterised in that there are two running surfaces (11, 18) with a common middle sealing element (13) provided on the circumference (10) of the running space (3, 3'), said running surfaces together with a running surface (14), provided with a sealing element at both ends, of the piston (6), forming two neighbouring chambers (11.14, 18.14), of which, on circulation of the piston, simultaneously, one chamber functions as a compression chamber (11.14) and the other as an expansion chamber (18.14).
  10. A piston machine according to one of the preceding claims, characterised in that several chamber arrangements (11.14, 18.14, 11'.14',18'.14',530.532, 630.632) are arranged spaced about the circumference.
  11. A piston machine according to one of the preceding claims, characterised in that in parallel running spaces (3, 3') on the same crankshafts (2, 2') pistons (6, 6') are provided with, where appropriate, angularly displaced journals (5) and/or running surfaces.
  12. A piston machine according to one of the preceding claims, characterised in that the valve (23, 23') is controlled synchronously with the circulation of the piston.
  13. A piston machine according to one of the preceding claims, characterised in that the valve of a compression chamber is designed as a one-way valve.
  14. A piston machine according to one of the preceding claims, characterised in that the crankshafts (2, 2') are coupled by sets (7, 7') of gears.
  15. A piston machine according to one of the preceding claims, characterised in that the piston (6), on the outside of its running surface (14), is provided with a surface formation which improves the air contact on the motion of the piston.
  16. A piston machine according to one of the preceding claims, characterised in that the piston is mounted on bearings on one side only.
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