EP0696674A1

EP0696674A1 - Kolbenkühlsystem für eine Drehkolben-Arbeitsmaschine

Info

Publication number: EP0696674A1
Application number: EP95111988A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Ball; Peter Dipl.-Ing Rönnberg, (FH); Peter Pelz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1996-02-14
Also published as: CN1123873A; DE4428338A1; US5569027A

Abstract

2.1 Bei den bisher bekannten Drehkolben-Kraftmaschinen bestehen Probleme hinsichtlich der optimalen Kühlung der Arbeitskolben, die zu Leistungsverlusten führen können. 2.2 Erfindungsgemäß ist ein als Kühlmittel wirkendes Fluid innerhalb der als flache, kreisförmige Scheiben gebildete Kolbenträger (7, 8) ausgebildete, jeweils einen Vorlauf- (61) und einen Rücklaufkanal (62) bildende Leitungskanäle (60) zumindest bis in die Nähe der Arbeitskolben (4, 4a, 5, 5a) geführt. In bevorzugter Weise sind die radialen Leitungskanäle (60) in den Kolbenträgern (7, 8) durch Bohrungen (63, 64) ausgebildet und vermittels zweier umlaufender, zum einen dem Vorlauf (61) und zum anderen dem Rücklauf (62) zugeordneter Nutausnehmungen (65, 66) in den einander zugekehrten Stirnflächen (67, 68) der Kolbenträger (7, 8) und in deren Nabenbereich angeordneter Diagonalbohrungen (69) an ein Fluidsystem (70) bzw. ein Rücklaufsystem (70a) angeschlossen. 2.3 Das als Kühlmittel wirkende Fluid stellt insbesondere Schmieröl dar. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolberkühlsystem Drehkolben-Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Drehkolben-Kraftmaschine ist beispielsweise aus der EP 530 771 (Geissler Wilhelm) bekannt, die als Brennkraftmaschine ausgebildet ist und bei der sich zwei ineinandergreifende Kolbenpaare im gleichen Drehsinn drehen, die derart gesteuert werden, daß abwechselnd einzelne Arbeitskammern mit vorgegebenen Volumen gebildet werden. In vorteilhafter Weise besteht diese Drehkolben-Kraftmaschine im wesentlichen nur aus sechs beweglichen Teilen, nämlich zwei Kolbenpaaren mit Wellen und Hebeln, zwei Pleuel, einer Kurbelwelle und einem Kurbelwellengehäuse mit Hauptwelle sowie einem relativ kleinen Kurbelgehäuse mit Zylinder. Die Drehkolben-Kraftmaschine arbeitet so, daß pro Umdrehung der Hauptwelle, entsprechend einer zweimaligen Umdrehung jeder Kurbelwelle, eine viermalige Abfolge des Viertaktverfahrens mit den Schritten Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen gesteuert wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei der Drehkolben-Arbeitsmaschine der gattungsbildenden Art mit möglichst einfachen Mitteln und unter Ausnutzung ohnehin vorhandener Hohlräume eine ausreichende und sichere Kühlmittelversorgung insbesondere für die Arbeitskolben zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Drehkolben-Arbeitsmaschine durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Lösung beinhaltet, daß das als Kühlmittel wirkende Fluid innerhalb der als flache, kreisförmige Scheiben ausgebildete Kolbenträger, jeweils einen Vorlauf- und eine Rücklaufkanal bildendende Leitungskanäle zumindest bis in die Nähe der Arbeitskolben geführt ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die radialen Leitungskanäle in den scheibenförmigen Kolbenträgern durch Bohrungen gebildet und vermittels zweier umlaufender, zum einen dem Vorlauf und zum anderen dem Rücklauf zugeordneter Nutausnehmungen in den zueinander zugekehrten Stirnflächen der Kolbenträger und in deren Nabenbereich angeordneter Verbindungsbohrungen einerseits an zumindest einem von einer Druckpumpe beaufschlagten und im Bereich der Drehachse der Kolbenträger angeordneten Fluiddruckraum und andererseits an das Fluidsystem des Steuergehäuses oder an ein Rücklaufsystem angeschlossen.
Das das Kühlmittel bildende Fluid ist vorteilhafterweise durch Schmieröl gebildet.
Um einen unkontrollierten Übertritt von Kühlmittel bzw. Schmieröl in den Zylinderraum zu unterbinden, sind zwischen den einander zugekehrten und die Nutausnehmungen aufweisenden Stirnflächen der Kolbenträger Dichtmittel angeordnet.
Da sich die beiden Kolbenträger auch relativ zueinander verdrehen, ist zwischen der beiden einander zugekehrten Stirnflächen ein Spaltraum vorgesehen.
Um eine Kurzschlußströmung zwischen Vor- und Rücklauf zu vermeiden, ist ferner zwischen der Vorlaufnut und der Rücklaufnut in den einander zugekehrten Stirnflächen der Kolbenträger ebenfalls ein Dichtmittel angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein von einer Druckpumpe beaufschlagter Druckraum durch einen Spaltraum zwischen einer mit dem motorstirnseitigen Kolbenträger verbundenen Hohlwelle und einer innen liegenden Hohlwelle vorgesehen. Alternativ hierzu kann dieser von der Druckpumpe beaufschlagte Druckraum auch durch den Innenraum der innen liegenden Hohlwelle ausgebildet sein.
Ein den Rücklauf des Kühl- bzw. Schmiermittels aufnehmender Raum ist durch einen Spaltraum zwischen der mit dem motorstirnseitigen Kolbenträger verbundenen Hohlwelle und der mit dem steuergehäuseseitigen Kolbenträger verbundenen Hohlwelle vorgesehen. An den den Rücklauf des Schmiermittels (bzw. Kühlmittels) aufnehmenden Raum kann des weiteren eine Schmiermittelversorgung für das Steuergehäuse angeschlossen sein. Im weiteren Kreislauf kann dem Schmiermittelrücklauf aus dem Steuergehäuse eine Ölwanne zugeordnet sein.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Drehkolben-Arbeitsmaschine gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Arbeitskolben entlang der Schnittlinie II-II gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte Einzeldarstellung als Längsschnitt der Drehkolben-Arbeitsmaschine;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Arbeitskolbens im Längsschnitt; und
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Arbeitskolbens in geschnittener Vorderansicht.

Eine in der Zeichnung schematisch dargestellte Drehkolben-Arbeitsmaschine besteht aus vier paarweise in einem ringförmigen, mit im Abstand voneinander angeordneten Ein- und Auslaßöffnungen 1, 2 versehenen Zylinderraum 3 beweglichen, eine dem Zylinderraum 3 angepaßte Raumform aufweisenden Arbeitskolben 4, 4a, 5, 5a, die an zwei um eine gemeinsame Motorhauptachse 6 dreh- und relativ zueinander beweglichen, insbesondere scheibenförmigen Kolbenträgern 7 und 8 befestigt oder mit diesen einstückig hergestellt sind, wobei die Arbeitskolben 4 und 4a am Kolbenträger 7, und die Arbeitskolben 5 und 5a am Kolbenträger 8 angeordnet sind. Den beiden Kolbenträgern 7 und 8 ist eine nicht näher dargestellte mechanische Zwangssteuerung zugeordnet, welche jedem der Kolbenträger 7 und 8 jeweils periodische Geschwindigkeitsänderungen in ihrer Umlaufbewegung aufzwingt. Auf diese Weise wird zur Bildung eines Verdichtungsraumes 9 einem oder mehreren definierten Bereichen des ringförmigen Zylinderraumes 3 eine Abbremsung bzw. Stillstand des einen Kolbenträgers und eine Nachlaufbewegung des anderen Kolbenträgers, und zur Bildung eines Expansionsraumes 10 eine anschließende Weiterbewegung des einen Kolbenträgers und eine erneute Nachlaufbewegung des anderen Kolbenträgers zugeordnet. Die Arbeitskolben 4, 4a, 5, 5a sind mittels Befestigungsschrauben 11 bzw. 12 an den Kolbenträgern 7 bzw. 8 derart befestigt, daß jede Schraubenachse senkrecht zur zugehörenden Umfangsfläche des Kolbenträgers und durch den Schwerpunkt 13 bzw. 14 der Arbeitskolben verläuft. Bei einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Arbeitskolben über an den Kolbenträgern angeordneten, radial gerichteten und mit einer komplementären Ausnehmung im Kolbenkörper im formschlüssigen Eingriff stehender Mittel starr an den jeweiligen Kolbenträger gefesselt ist.
Der ringförmige Zylinderraum 3, in welchem sich die Arbeitskolben 4, 4a, 5, 5a bewegen, weist zweckmäßigerweise eine kreisrunde Querschnittsform auf, wobei die Kolbenböden 15 der Arbeitskolben 4, 4a, 5, 5a eine der Form des Zylinderraumes 3 entsprechende Form besitzen, und die Arbeitskolben vorteilhafterweise, aber nicht notwendigerweise als in Längsrichtung gekrümmte Zylinderabschnitte ausgebildet sind. Erfindungsgemäß sind die Kolbenträger 7, 8 als kreisrunde, flache Scheiben ausgebildet, deren Wölbung ihrer Umfangsfläche 16 der Querschnittsform des Zylinderraums 3 entsprechend bogenförmig ausgebildet ist.
Bezüglich weiterer Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Einlaß- und Auslaßöffnungen 1, 2, der Arbeitskolben 4, 4a, 5, 5a und Wirkungsweise der Ansaug- und Ausstoßtakte der vorliegenden Drehkolben-Arbeits- bzw. Kraftmaschine wird auf die am gleichen Anmeldetag unter dem Titel "Drehkolben-Kraftmaschine" eingereichte Patentanmeldung Bezug genommen und vollinhaltlich verwiesen.
Bezüglich weiterer Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Drehkolben-Arbeitsmaschine und deren Kühlung wird auf die am gleichen Anmeldetag unter dem Titel "Kühlmittelmantel für eine Drehkolben-Arbeitsmaschine" eingereichte Patentanmeldung Bezug genommen und vollinhaltlich verwiesen.
Bezüglich weiterer Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der als Scheiben ausgebildeten Kolbenträger 7, 8, Befestigung der Arbeitskolben 4, 4a, 5, 5a auf den Kolbenträgern, Abdichtung der Kolbenträger 7, 8 gegeneinander und gegenüber den angrenzenden Gehäusewandungen und Lagerung der Kolbenträger 7, 8 bzw. Wellen 18, 21 wird auf die am gleichen Anmeldetag unter dem Titel "Drehkolben-Arbeitsmaschine" eingereichte Patentanmeldung Bezug genommen und vollinhaltlich verwiesen.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung sind innerhalb der als flache, kreisförmige Scheiben ausgebildeten Kolbenträger 7 und 8 Leitungskanäle 60 ausgebildet, die jeweils einen Vorlaufkanal 61 und einen Rücklaufkanal 62 bilden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Kanäle über die Kolbenträger 7 und 8 hinaus bis in den Bereich innerhalb der Arbeitskolben. Für die Zwecke der Erfindung genügt es jedoch, wenn die Leitungskanäle 60 zumindest bis in die Nähe der Arbeitskolben, vorzugsweise in die Nähe der Kolbenböden, an denen die größte Wärme anfällt, geführt sind.
Die sich radial zur Motorhauptachse 6 erstreckenden Leitungskanäle in den scheibenförmigen Kolbenträgern 7 und 8 sind durch Bohrungen 63 und 64 ausgebildet. Die Bohrungen sind vermittels zweier umlaufender, zum einen mit dem Vorlauf 61 und zum anderen dem Rücklauf 62 zugeordnete Nutausnehmungen 65 und 66 in den einander zugekehrten Stirnflächen 67 und 68 der Kolbenträger 7, 8 und in deren Nabenbereich angeordneter Diagonal- bzw. Verbindungsbohrungen 69 an ein von einer (nicht näher dargestellten) Druckpumpe beaufschlagtes Fluidsystem 70 bzw. Rücklaufsystem 70a angeschlossen.
Zwischen den einander zugekehrten und die Nutausnehmungen 65 und 66 aufweisenden Stirnflächen 67 und 68 der Kolbenträger sind Dichtmittel 71 angeordnet, um ein Austreten des Fluids zu verhindern. Des weiteren ist zwischen dem Vorlaufkanal 61 und dem Rücklaufkanal 62 in den einander zugekehrten Stirnflächen 67 und 68 der Kolbenträger ein weiters (nicht näher dargestelltes) Dichtmittel angeordnet.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist ein von einer (nicht näher dargestellten) Druckpumpe beaufschlagter und einen Teil des Fluidsystems 70 bildenden Druckraum durch einen Spaltraum 74 zwischen einer mit dem motorstirnseitigen Kolbenträger 8 verbundenen Hohlwelle 21 und der innen liegenden Abtriebswelle 20 vorgesehen. Ein den Rücklauf des als Kühlmittel wirkenden Fluids aufnehmender Raum ist durch einen Spaltraum 73 zwischen der mit dem motorstirnseitigen Kolbenträger 8 verbundenen Hohlwelle 21 und einer mit dem steuergehäuseseitigen Kolbenträger 7 verbundenen Hohlwelle 18 vorgesehen. An den Rücklauf des als Kühlmittel wirkenden Fluids kann ein Raum für die Schmiermittelversorgung des (nicht näher dargestellten) Steuergehäuses angeschlossen sein. Alternativ kann, wie ebenfalls in Fig. 1 schematisch angedeutet, dem Schmiermittelrücklauf eine Ölwanne 75 zugeordnet sein.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Kanäle 60 für den Vorlauf über die Kolbenträger 7, 8 hinaus in innerhalb der Befestigungsschrauben 11, 12 für die Arbeitskolben gebildeter Bohrungen 76 fortgesetzt, münden in einen Hohlraum 77 innerhalb der Arbeitskolben, der zwischen den Befestigungsschrauben 11, 12 und angebrachter Verschlußschrauben 78 ausgebildet ist, und verlaufen schließlich über Bohrungen 79 und 80 (Rücklaufkanäle), die in den Arbeitskolben angebracht sind, zurück.

Claims

Kolbenkühlsystem für eine Drehkolben-Arbeitsmaschine, deren Motorteil aus einer geraden Anzahl, in einem ringförmigen und mit Gaswechselöffnungen (1, 2) versehenen Zylinderraum (3) beweglichen Arbeitskolben (4, 4a, 5, 5a), die paarweise an je einen von zwei um eine gemeinsame Motorhauptachse drehbaren und relativ zueinander beweglichen Kolbenträgern (7, 8) angeordnet sind, besteht, wobei jeder der beiden Kolbenträger (7, 8) starr mit einer von zwei konzentrischen Wellen (18, 21) verbunden und vermittels dieser mit einem Steuerteil derart gekoppelt ist, daß den Kolbenträgern (7, 8) zwecks Bildung von Verdichtungsräumen (10) Umlaufbewegungen mit periodischer Geschwindigkeitsänderung aufgezwungen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein als Kühlmittel wirkendes Fluid innerhalb der als flache, kreisförmige Scheiben ausgebildete Kolbenträger (7, 8) ausgebildeter, jeweils einen Vorlauf- (61) und einen Rücklaufkanal (62) bildende Leitungskanäle (60) zumindest bis in die Nähe der Arbeitskolben (4, 4a, 5, 5a) geführt ist.
Kolbenkühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Leitungskanäle (60) in den scheibenförmigen Kolbenträgern (7, 8) durch Bohrungen (63, 64) ausgebildet sind und vermittels zweier umlaufender, zum einen dem Vorlauf (61) und zum anderen dem Rücklauf (62) zugeordneter Nutausnehmungen (65, 66) in den einander zugekehrten Stirnflächen (67, 68) der Kolbenträger (7, 8) und in deren Nabenbereich angeordneter Verbindunsbohrungen (69) an ein von einer Druckpumpe beaufschlagtes Fluidsystem (70) bzw. an ein Rücklaufsystem (70a) angeschlossen sind.
Kolbenkühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das das Kühlmittel bildende Fluid durch Schmieröl gebildet ist.
Kolbenkühlsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander zugekehrten und die Nutausnehmungen (65, 66) aufweisenden Stirnflächen (67, 68) der Kolbenträger (7, 8) Dichtmittel (71) angeordnet sind.
Kolbenkühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorlaufkanal (61) und dem Rücklaufkanal (62) in den einander zugekehrten Stirnflächen (67, 68) der Kolbenträger (7, 8) ein weiteres Dichtmittel angeordnet ist.
Kolbenkühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Druckpumpe beaufschlagter Druckraum durch einen Spaltraum (74) zwischen einer mit dem motorstirnseitigen Kolbenträger (8) verbundenen Hohlwelle (21) und der innen liegenden Abtriebswelle (20) oder durch den Innenraum der innen liegenden, ebenfalls als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle (20) vorgesehen ist.
Kolbenkühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Rücklauf des als Kühlmittel wirkenden Fluids aufnehmender Raum durch einen Spaltraum (73) zwischen der mit dem motorstirnseitigen Kolbenträger (8) verbundenen Welle (21) und einer mit dem steuergehäuseseitigen Kolbenträger (7) verbundenen Hohlwelle (18) vorgesehen ist.
Kolbenkühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den den Rücklauf des als Kühlmittel wirkenden Fluids aufnehmenden Raum (73) eine Schmiermittelversorgung für das Steuergehäuse angeschlossen ist.
Kolbenkühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmiermittelrücklauf eine Ölwanne (75) zugeordnet ist.