EP1144806A1 - Oscillating piston engine - Google Patents

Oscillating piston engine

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Publication number
EP1144806A1
EP1144806A1 EP00901093A EP00901093A EP1144806A1 EP 1144806 A1 EP1144806 A1 EP 1144806A1 EP 00901093 A EP00901093 A EP 00901093A EP 00901093 A EP00901093 A EP 00901093A EP 1144806 A1 EP1144806 A1 EP 1144806A1
Authority
EP
European Patent Office
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pistons
piston machine
housing
machine according
piece
Prior art date
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EP00901093A
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German (de)
French (fr)
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EP1144806B1 (en
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Herbert Hüttlin
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1144806A1 publication Critical patent/EP1144806A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1144806B1 publication Critical patent/EP1144806B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01C1/30Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/40Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member
    • F01C1/44Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member with vanes hinged to the inner member
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/18Mechanical movements
    • Y10T74/18048Rotary to reciprocating and intermittent rotary
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/18Mechanical movements
    • Y10T74/18056Rotary to or from reciprocating or oscillating
    • Y10T74/18272Planetary gearing and slide

Definitions

  • the invention relates to a oscillating piston machine with a housing in which a plurality of pistons designed as two-armed levers are arranged so as to be pivotable about a respective pivot axis parallel to a central housing axis and are movable together in one direction of rotation, the pistons having running surfaces on their side facing away from an inner wall of the housing Circulation of the pistons in the housing are guided along at least one control curve of a central curve piece fixed to the housing in order to control the pivoting movements of the pistons during the rotation.
  • Swing piston machines belong to a genus of internal combustion engines, in which the individual work cycles of intake, compression, ignition (expansion) and ejection of the combustion mixture are mediated by rocker-like swiveling movements of the individual pistons between two end positions.
  • the known oscillating-piston machine has, in the center of the housing, a curve piece which is fixed to the housing and which has an outer contour designed as a control curve.
  • the pistons point on their side facing away from the inner wall of the housing, i.e. the center of the curve facing sides on treads that are guided while rotating the piston in the housing along the outer contour of the curve piece with constant contact with the same.
  • the pivoting movements of the pistons are controlled when the pistons rotate in the housing by guiding the running surfaces of the pistons along the outer contour of the cam piece in cooperation with a rolling engagement of adjacent pistons.
  • the maximum centrifugal force occurs with each piston when it is in the so-called top dead center (TDC) position (12 o'clock position) or in the bottom dead center (UT) position (6 o'clock position).
  • TDC top dead center
  • UT bottom dead center
  • This maximum centrifugal force acting on the leading lever arm of the piston in the TDC position which pushes this lever arm outwards in the direction of the housing inner wall, brings about an equally large force acting on the cam piece and acting on the trailing lever arm of the same piston. Since this trailing lever arm is in rolling engagement with the leading lever arm of the next trailing piston, the trailing lever arm of the leading piston presses the leading lever arm and thus the running surface of the trailing piston arranged thereon with increased force against the cam piece.
  • a centrifugal piston internal combustion engine which has six spaced pistons of approximately triangular shape, which are pivotally mounted on a circular drive wheel in such a way that they rotate when rotating in the housing of the engine Centrifugal forces are pressed against the inner wall of the housing.
  • the control of the pivoting movement of the individual pistons is effected by a special trochoidal design of the inner wall of the housing.
  • In the housing there are also two fixed guide cams with an outer contour, which are intended to ensure at low engine speeds, at which the centrifugal forces are low, that the pistons are pressed against the inner wall of the housing in order to maintain the functionality of the engine at low speeds receive.
  • this centrifugal piston engine is already disadvantageous because of the required special non-circular contouring of the inner wall of the housing.
  • the invention is therefore based on the object of developing a swing piston machine of the type mentioned in such a way that the disadvantages mentioned above are avoided.
  • the swing piston machine is to be further improved in terms of its wear properties and functional reliability.
  • this object is achieved in a oscillating piston machine of the type mentioned at the outset in that the control cam is designed as an inner contour on the cam piece, along which the pistons are guided on the centrifugal force side via the running surfaces.
  • the oscillating piston machine according to the invention therefore continues to assume that the pivoting movements of the individual pistons are controlled during rotation by a central curve piece fixed to the housing, which has proven to be advantageous in the known oscillating piston machine compared to the known centrifugal piston internal combustion engine.
  • a measure is taken to absorb the centrifugal forces of the piston halves or lever arms of the pistons.
  • control curve designed as an inner contour absorbs the centrifugal forces, it is avoided that the centrifugal forces, in particular the maximum centrifugal forces that occur in the TDC position, via the rolling engagement on the tread or running surfaces of the respective preceding and following piston and be transferred to the curve piece. In this way, overloading of the treads and the curve piece are avoided.
  • Another advantage that arises from the configuration of the curve piece according to the invention is that the forces in the area of a rolling engagement between adjacent pistons, if there is one, are also advantageously reduced.
  • the curve piece has a further outer contour designed as a control curve, along which the same running surfaces or further running surfaces of the pistons, which are likewise arranged on the piston on the side facing away from the housing inner wall, are guided to the housing axis in a supported manner.
  • each piston advantageously experiences both an “outer guidance” along the known outer contour and additionally an “inner guidance” along the inner contour of the curve piece.
  • inner and outer guidance enables a kinematically exact and at the same time dynamically favorable control of the pivoting movements of the pistons when rotating in the housing, the considerable advantage being achieved that the running surfaces guided on the outer contour in the position 9 a.m. and 3 a.m. Difference to the known swing piston machine are depressurized.
  • Another advantage of the combination of inner and outer guidance is that when a piston engages adjacent pistons, the latter essentially has no control function, but that the roller engagement only assumes the function of a seal. This opens up the possibility of designing the rolling engagement instead of in the form of a toothing in the form of a smooth rolling surface, or even completely dispensing with rolling engagement, as is provided in a preferred embodiment.
  • the outer contour and the inner contour run parallel to one another.
  • the inner contour and the outer contour have curves which are essentially complementary to one another on. Each piston is thus guided both centrifugally and centripetal as on a rail.
  • the design of the inner contour parallel to the curve of the outer contour has the advantage that it is possible with simple means to modify the swing piston machine known and proven from WO 98/13583 in accordance with the present application.
  • the piston geometry and the geometry of the outer contour of the curve piece can be adopted essentially unchanged, in which case an inner guide surface for the pistons then only has to be provided on the curve piece.
  • the inner contour is continuous in the circumferential direction.
  • each piston over a full revolution on the centrifugal side, i.e. is supported centrifugally, so that centrifugal forces are absorbed in each rotational position of the piston and pressure loads are thereby reduced in each rotational position.
  • the inner contour extends in the circumferential direction only over one or more peripheral partial areas.
  • the inner contour extends at least in the area of the top dead center and bottom dead center, for example from 10 a.m. to 2 a.m. and from 4 a.m. to 8 a.m.
  • the curve piece has the outer contour and the at least one inner contour in one-piece design.
  • the curve piece can be made in one piece overall, whereby the manufacturing effort and the number of parts involved in the construction can be reduced.
  • the inner contour provided according to the invention can be formed during the production of the curve piece. Another advantage of a one-piece design of the outer contour and inner contour is that a permanent orientation of the two is guaranteed in the long run during operation of the oscillating piston machine.
  • the curve piece is constructed in several parts, at least a first part having the control curve designed as an outer contour and at least a second part having at least one control curve designed as an inner contour and the parts being firmly connected to one another.
  • the inner contour can be formed on an annular flange which is flanged to the rest of the curve piece, which has the outer contour, after insertion of the pistons.
  • the inner contour is formed on an inside of pocket-like flanges of the curve piece.
  • the flange or the flanges can be formed in one piece with the remaining part of the curve piece which has the outer contour, or as separate ring flanges which then with the remaining part of the curve piece which forms the outer contour has, positively connected, for example mortised.
  • the pocket-like flanges form an approximately reverse L-shaped overlap of those running surfaces which are provided for guidance on the inner contour.
  • the curve piece has axially delimited the inner contour in the region of both axial ends of the pistons.
  • each piston is therefore guided with its two axial ends on the centrifugal force side.
  • the axially central region of each piston can, if this is provided, have the running surfaces which are guided in a radially inwardly supported manner on the outer contour.
  • each piston has at least two running surfaces, at least one of which is guided on the inner contour, while the at least one further running surface is guided on the outer contour.
  • This embodiment advantageously opens up the possibility of realizing the running surfaces by means of rollers, in which case the at least one roller guided along the inner contour can roll freely thereon and the at least one roller guided on the outer contour can also roll freely on the latter.
  • the running surfaces are surfaces of rollers rotatably attached to the piston.
  • Rollers have the advantage that they can be guided along the inner contour or along the outer contour of the curve piece with a substantially lower friction.
  • the requirements for the lubrication of the treads can be significantly reduced in contrast to piston-resistant sliding shoes.
  • pistons are in rolling engagement with one another in pairs.
  • the pistons are in rolling engagement with one another in pairs via an unserrated curved rolling surface.
  • the forces in the area of the rolling engagement of adjacent pistons are reduced by the inventive guiding of the pistons along the inner contour and even more with an additional guiding of the pistons along the outer contour, so that the rolling engagement mainly has a sealing function.
  • the rolling engagement can also be represented by a smooth rolling surface that is easier to manufacture than a toothing.
  • pistons viewed in the circumferential direction, are each spaced in pairs by a separating element, the separating elements rotating together with the pistons in the housing.
  • This configuration is particularly advantageously possible if the pivoting movement of the individual pistons is carried out both via the inner outer guide and on the outer inner guide of the curve piece.
  • the individual pistons are then completely independent of one another because of the rolling engagement no longer present, with the advantage that seals of a conventional type can be used in a structurally simple manner on the system between the piston and the separating element.
  • each separating element has two sliding surfaces on which piston fist surfaces of the two corresponding pistons in contact with the respective separating element slide back and forth during their pivoting movement.
  • the separating elements are therefore preferably stationary with regard to the pivoting movement of the pistons, and only run with them the piston in the housing in the circumferential direction.
  • the separating elements can be firmly clamped between two ring bodies moving with the pistons at the respective end of the swinging piston machine.
  • piston fist surfaces of the pistons and the sliding surfaces of the separating elements are complementary to one another in a curved manner.
  • the piston fist surfaces of the pistons can be convex, for example, and the sliding surfaces of the separating elements can be concave, or vice versa.
  • Such a curved shape of the piston fist surfaces and sliding surfaces sliding against one another is optimally adapted to the reciprocating pivoting movement of the individual pistons.
  • the complementary shape of the piston fist surfaces and the sliding surfaces also enables an optimal sealing of the working chambers against the oil space of the oscillating piston machine over the entire swivel stroke of the pistons if the separating elements extend in the axial direction over the length of the interior of the housing of the oscillating piston machine.
  • Such seals can be provided in the form of sealing lips which are arranged at the same point where the corresponding sealing lips are arranged in the front annular surfaces of the piston cage closest to the longitudinal center axis of the oscillating piston machine.
  • the arrangement of the seals in the separating elements is not mandatory, and the seals can also be arranged in the piston fist surfaces of the pistons instead of in the separating elements.
  • a fire seal closer to the housing inner wall and an oil seal closer to the curve piece are arranged in each sliding surface of the separating elements.
  • the fire seal seals the working chambers in which the combustion process takes place in a gas-tight manner, while the oil space arranged centrally in the oscillating piston machine is additionally sealed against the working chambers via the oil seal.
  • the oscillating piston machine has a plurality of chambers in the axial direction, a set of pistons being arranged in each chamber, and the sets of pistons being arranged offset from one another in the circumferential direction from chamber to chamber.
  • the advantage of the multi-chamber configuration is that the torques introduced by the pistons onto the cam piece can be halved, divided into three or divided even further, depending on the number of chambers, because the Torque effective surface of the piston can be made correspondingly smaller in the axial direction. Due to the offset of the piston sets from one chamber to the next chamber, the introduction of torque to the central curve piece is distributed more evenly in the circumferential direction. As a result, the smooth running of the oscillating-piston machine can advantageously be increased and the load on the cam piece, which can be made in one piece or even in several parts through all the chambers, can be reduced even further.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an oscillating piston machine according to the invention according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line II-II in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line III-III in Fig. 1.
  • 4 shows a longitudinal section through an oscillating piston machine according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment, which is slightly modified compared to the first exemplary embodiment;
  • FIG. 5 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line V-V in Fig. 4.
  • FIG. 5a shows a detail from FIG. 5 on an enlarged scale
  • FIG. 6 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line VI-VI in FIG. 4.
  • the oscillating piston machine 10 is used, for example, in a motor vehicle as an internal combustion engine.
  • the oscillating piston machine 10 has a circumference on a housing 12 which seals the oscillating piston machine 10 to the outside.
  • the housing 12 is substantially cylindrical, i.e. Round in cross-section, designed and extends over the axial length of the oscillating piston machine 10.
  • a housing inner wall 14 is axially round in cross-section.
  • the housing 12 is, as can be seen from FIG. 1, constructed from individual housing segments, namely from cylindrical housing segments 16 and 18 and from housing end segments 20 and 22, which are each suitably tightly connected to one another, for example mortised and / or screwed. Due to the construction of the housing 12 in individual housing segments the assembly of the oscillating piston machine 10 is considerably simplified and enables a modular construction in the case of a multi-chamber system.
  • the oscillating piston machine 10 is divided into two chambers 24 and 26.
  • a set of pistons is arranged in each of the chambers 24 and 26, FIG. 2, which is a cross section through the chamber 24, showing the pistons 28a to 28d of the chamber 24.
  • Four pistons 28a to 28d are thus arranged in each of the two chambers 24 and 26.
  • the pistons are identical to the pistons of the chamber 26, which are not shown in detail, so that only the chamber 24 with the pistons 28a to 28d arranged therein is described in more detail below.
  • the pistons of the chamber 26 are identical to the pistons 28a to 28d of the chamber 24, but the pistons of the chamber 26 are offset with respect to the pistons 28a to 28d of the chamber 24 by approximately 45 °, viewed in the circumferential direction.
  • the pistons 28a to 28d are each designed as two-armed levers, i.e. each of the pistons 28a to 28d has a first lever arm 30 and a second lever arm 32 with respect to a pivot axis 34, which are designated by way of example for the piston 28a in FIG. 2.
  • a pivot axis 34 is thus assigned to each of the pistons 28a to 28d.
  • the pivot axes 34 lie on a circle and are equidistant from each other.
  • Each of the four pivot axes 34 extends in the axial direction parallel to a central housing axis 36.
  • the pistons 28a 28d to 28d can be pivoted back and forth about their respective pivot axis 34 between two end positions, the respective lever arm 30 with its outside on the housing inner wall 14 in the first end position and the respective lever arm 32 with its outside on the housing inner wall 14 in the second end position is present.
  • each of the pistons 28a to 28d is pivotally mounted about an axially extending axis rod 38, which is itself not pivotable.
  • Each axis rod 38 forms the respective pivot axis 34 of the individual pistons 28a to 28d.
  • the pistons 28a to 28d continue to engage each other in pairs.
  • the pistons 28a to 28d each have toothings 40 on both ends in the circumferential direction, which mesh with one another.
  • the piston 28a for example, is in rolling engagement with both the piston 28b and the piston 28d.
  • the rolling engagement formed by the toothing 40 is tight, so that between the housing inner wall 14 and the outer sides of the pistons 28a to 28d opposite the housing inner wall 14, the working chambers 42 are hermetically sealed by the rolling engagement.
  • the individual pistons 28a to 28d can also be in meshing engagement with one another via a convexly curved rolling surface 44, which is shown with broken lines in FIG. 2, with adjacent ones of the rolling surfaces 44 then in each pivoting position of the pistons 28a to 28d lie sealingly against one another, in order in turn to ensure the hermetic tightness of the working chambers 42.
  • the pistons 28a to 28d also run together in the housing 12 in a circumferential direction 46 around the central housing axis 36.
  • the axially rotating axis rods 38 are sealed against the inner wall 14 of the housing, specifically by means of centrifugal seals 47, as described in detail in WO 98/13583, to which reference is made for a more detailed description.
  • one of the working chambers 42 is formed between each two adjacent ones of the axle rods 38, the corresponding section of the housing inner wall and two adjacent lever arms 32 and 30 ', in the exemplary embodiment shown with four pistons 28a to 28d, accordingly four working chambers 42 in the circumferential direction 46, which face each other are sealed.
  • the volume of the working chambers 42 changes during the rotation of the pistons 28a to 28d in accordance with the reciprocating pivoting movements of the pistons 28a to 28d in order to enable the different work cycles of suction, compression, ignition (expansion) and ejection.
  • a cam piece 48 is arranged in the center of the housing 12 and extends through the chamber 24 and the chamber 26. In contrast to the pistons 28a to 28d, the curve piece 48 is designed to be fixed to the housing.
  • the curve piece 48 has at least one inner contour 50 designed as a control curve (see FIG. 3).
  • the pistons 28a to 28d in turn have running surfaces 52 on their side facing away from the inner wall 14 of the housing or facing the curve piece 48, which, when the pistons 28a to 28d rotate in the housing 12, along the control curve formed inner contour 50 are guided. As a result, the pistons 28a to 28d are guided, supported on the centrifugal force, along the cam piece 48.
  • the inner contour 50 is arranged on the cam piece 48 in the region of an axial end of the pistons 28a to 28d.
  • a second inner contour 52 which is identical to the inner contour 50 with respect to the curve shape and is designed as a control curve, is arranged on the curve piece 48 in the region of the opposite axial end of the pistons 28a to 28d.
  • the pistons 28a to 28d each have a further running surface 54, which is guided along the inner contour 52 of the cam piece 48 when the respective piston 28a to 28d rotates.
  • the curve piece 48 has the inner contours 50 and 52 corresponding inner contours 56 and 58, also designed as control cams, which serve to guide corresponding, unspecified running surfaces of the pistons arranged in the chamber 26 supported on the centrifugal force side.
  • the curve piece 48 In the area between the inner contours 50 and 52 or between the inner contours 56 and 58, the curve piece 48 also has an outer contour designed as a control curve.
  • the outer contour 62 extends axially into the area of the inner contours 50, 54, 58, 60 or already ends axially in the middle between the inner contours 50 and 54 or 58 and 60.
  • the pistons 28a to 28d each have at least one further running surface 64 which, when the pistons 28a to 28d rotate in the housing 12, along the outer contour 62 of the curve piece 48 are guided, whereby the pistons 28a to 28d are also supported radially inwards towards the central housing axis 36.
  • each piston 28a to 28d has three running surfaces 64 which are axially spaced apart and which are guided together along the outer contour 62 of the curve piece 48.
  • the inner contours 50, 54, 58 and 60 of the curve piece 48 are each formed on an inside of a flange 66, 68, 70 and 72 forming a pocket.
  • the flanges 68 and 70 which form the inner contours 54 and 58 on their radial inside, are formed in one piece with the rest of the body of the curve piece 48.
  • the flanges 66 and 72 are formed on ring flanges 74 and 76, which are positively connected to the rest of the body of the cam piece 48 and are firmly mortised with it.
  • the ring flanges 74 and 76 are also positively connected to the housing end segment 22 and the housing end segment 20 on their respective axial outer sides, so that the ring flanges 74 and 76 form a housing-fixed arrangement with the rest of the body of the curve piece 48.
  • the running surfaces 64 which are guided along the outer contour 62, and the running surfaces 52 and 56, which are guided along the inner contours 50 and 54, are surfaces of rotatable rollers 78 and 80, respectively, which are mounted on the pistons 28a to 28d.
  • the running surfaces 64 are in constant contact with the outer contour 62 when the pistons 28a to 28d rotate.
  • the running surfaces 52 and 56 are in constant contact with the inner contour 50 and 54 when the pistons 28a to 28d rotate.
  • rollers 78 and 80 are preferably mounted on a common bolt which passes axially through the rollers 78 and 80, respectively.
  • the treads 54 and 52 of the rollers 78 are in constant contact with the inner contour 50 while the pistons 28a to 28d are running along the inner contour 50, while the treads 64 of the rollers 80 are in constant contact with the pistons 28a to 28d while rotating the outer contour 62 of the curve piece 48 are guided along the same.
  • the inner contour 50 extends completely around the curve piece 48 in the circumferential direction.
  • the cam piece 48 is formed in several parts, whereby the assembly of the oscillating piston machine 10, more precisely the insertion of the Pistons 28a to 28d and assembly with the curve piece 48 is facilitated.
  • the oscillating-piston machine 10 is shown in an operating position in which the piston 28a, more precisely, its lever arm 30, which runs in the direction of rotation 46, is at top dead center (TDC).
  • the piston 28d trailing the piston 28a i.e. more precisely, its leading lever arm 30 ', on the other hand, is in its maximally radially inwardly retracted position.
  • a maximum centrifugal force acts on the forward lever arm 30 of the forward piston 28a when rotating, in particular at high speeds.
  • this maximum centrifugal force is absorbed by the inner contour 50 via the running surfaces 52 and 56, which are guided on the inner contour 50 of the curve piece 48.
  • the curve piece 48 also has axially extending bores 82, 84 and 86, which are used for oil mist cooling or oil lubrication of the running surfaces 50, 54 or 64 of the pistons 28a to 28d or the lubrication of the rollers 78, 80.
  • the oscillating piston machine 10 is designed in the axial direction as a multi-chamber system, more precisely as a two-chamber system in the exemplary embodiment shown.
  • the pistons arranged in the chamber 26, which are not identified in the drawing, have the same design as the pistons 28a to 28d of the chamber 24 with regard to their guidance along the curve piece 48.
  • the pistons of the chamber 26 are also pivotally mounted on axle rods, of which two axle rods 88 and 90 opposite pistons can be seen in FIG. 1.
  • the axle rods 88, 90 and the two further axle rods, which cannot be seen in the drawing, are arranged offset by approximately 45 ° with respect to the axis rods 38, on which the pistons 28a to 28d of the chamber 24 are pivotably mounted.
  • the axis rods 38 of the chamber 24 and the axis rods 88, 90 and the other two axis rods of the chamber 26 together with three ring bodies 92, 94 and 96 form a rigid cylindrical piston cage, which together with the pistons 28a to 28d of the chamber 24 and the piston of the Chamber 26 rotates together.
  • the axis rods 38 of the chamber 24 are fixedly connected to the ring bodies 92 and 94, while all axis rods 88, 90 of the chamber 26 are fixedly connected to the ring bodies 94 and 96.
  • the first ring body 92 is rotatably and tightly mounted on the ring flange 74 of the cam piece 48.
  • the third ring body 96 is rotatably and tightly mounted on the ring flange 76 of the cam piece 48.
  • the middle ring body 94 is rotatably mounted on the outer sides of the flanges 68 and 70 of the curve piece 48.
  • the third ring body 96 carries on its axially outer side a ring gear 98 which has an external toothing 100 which meshes with a corresponding toothing of a changer wheel 102, which in turn meshes with a corresponding toothing 104 of a ring gear 106 which rotatably with an output shaft 108 of the oscillating piston machine 10 is connected.
  • the rotation of the third ring body 96 about the central housing axis 36 thus causes a rotational movement of the output shaft 108, which can then be transmitted via a clutch disc 110 into a drive train of the motor vehicle, in which the oscillating piston machine 10 is installed.
  • the oscillating-piston machine has spark plugs 112 and 114 for each chamber 24, 26, as well as an inlet cross section 116 and an outlet cross section for each chamber 24 and 26.
  • FIGS. 4 to 6 show an embodiment of a swing piston machine 10 'which is slightly modified compared to the swing piston machine 10 according to FIGS. 1 to 3, of which only the differences from the swing piston machine 10 according to FIGS. 1 to 3 are described below.
  • the same or comparable features as in the oscillating piston machine 10 have been provided with the same reference number followed by an apostrophe.
  • Features and functions of the oscillating piston machine 10 ', to which no express reference is made hereinafter, are identical to those of the oscillating piston machine 10.
  • the pistons 28a to 28d are in rolling engagement with one another in pairs, the pistons 28a 'to 28d' of the oscillating piston machine 10 'are seen in pairs in the circumferential direction, each by a separating element 140, 142, 144, 146 spaced apart, the separating elements 140, 142, 144, 146 rotating with the pistons 28a 'to 28d' in the housing 12 '.
  • the four separating elements 140 to 146 extend according to FIG. 4 over the axial length of the chamber 24 ', and corresponding separating elements between the pistons in the chamber 26' also extend over the axial length of this chamber 26 '.
  • the separating elements 140 to 146 are clamped between the ring bodies 94 'and 92' or 96 'and 94' and are immovable relative to these ring bodies.
  • pistons 28a 'to 28d' are spaced apart from one another by the separating elements 140 to 146, the pistons 28a 'to 28d' are kinematically independent of one another. This means that the reciprocating pivoting movements of the individual pistons 28a 'to 28d "are conveyed solely by guiding the pistons 28a' to 28d 'along the curve section 48'.
  • the separating elements 140 to 146 have, as is shown by way of example on the separating element 140, two sliding surfaces 148 and 150, on which piston fist surfaces 152 (pistons 28a ') and 154 (Pistons 28b ') of the two corresponding pistons 28a''and28b' respectively resting on the separating element 140 slide back and forth during their pivoting movement.
  • the separating element 140 is shown in detail on an enlarged scale.
  • seals are embedded in the separating element 140, specifically fire seals 156 and 158, which are arranged closer to the housing inner wall 14 ', and two old seals 160 and 162, which are arranged closer to the curve piece 48'.
  • the fire seals 156 and 158 seal the working chambers 42 'in a gas-tight manner towards the longitudinal center axis of the oscillating piston machine 10', while the old seals 160 and 162 provide a seal for the oil chamber in the middle of the housing against the working chambers 42 '.
  • the seals 156 to 162 also extend over the entire axial length of the separating elements 140 to 146.
  • the design of the oscillating piston machine 10 'with the separating elements 140 to 146 makes it possible to provide almost classic piston seals, the sealing effects of which can be predetermined with a high degree of certainty.
  • the fire seals 156 and 158 and the old seals 160 and 162 in the separating elements 140 to 146 are at the same height, where the fire and old seals are located in the ring bodies 92 'and 94' and 96 ', respectively is indicated in FIG. 6 with the reference number 164. While the seals in the exemplary embodiment shown in FIGS. 4 to 6 are arranged in the separating elements 140 to 146 themselves, the seals can, however, also be arranged conversely in the piston fist surfaces 152 and 154 of the pistons 28a 'to 28d'.
  • the sliding surfaces 148 and 150 of the separating elements 140 to 146 are concavely curved, while the piston fist surfaces 152 and 154 of the pistons 28a 'to 28d' are complementarily curved and convex.
  • the piston fist surfaces 152 and 154 of the pistons 28a 'to 28d' are always guided past the sliding surfaces 148 and 150 of the separating elements 140 to 146 at their minimum distance during their reciprocating pivoting movement.

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Abstract

An oscillating-piston engine, comprising a housing, in which several pistons configured as two-armed levers are arranged pivotably, respectively, around a pivot axis being parallel to a central housing axis and moving commonly in a revolution direction. The pistons comprise running surfaces on a side facing away from said housing inner wall, which are guided alongside at least one control cam, when the pistons revolve in the housing, of a centrally housing-fixed cam piece, in order to control pivot movements of the pistons in the revolution. The control cam is configured as an inner contour on the cam piece, alongside of which the pistons are guided supported to a side of a centrifugal force via the running surfaces, The cam piece comprises another inner contour configured as a control cam alongside of which the pistons are guided supported to a direction of the central housing axis via the running surfaces.

Description

Schwenkkolbenmaschine Swing piston machine
Die Erfindung betrifft eine Schwenkkolbenmaschine mit einem Gehäuse, in dem mehrere als zweiarmige Hebel ausgebildete Kolben um jeweils eine zu einer mittigen Gehäuseachse parallele Schwenkachse verschwenkbar angeordnet und gemeinsam in einer Umlaufrichtung beweglich sind, wobei die Kolben auf ihrer einer Gehäuseinnenwand abgewandten Seite Laufflächen aufweisen, die beim Umlaufen der Kolben in dem Gehäuse entlang zumindest einer Steuerkurve eines mittigen gehäusefesten Kurvenstückes geführt sind, um die Schwenkbewegungen der Kolben beim Umlaufen zu steuern.The invention relates to a oscillating piston machine with a housing in which a plurality of pistons designed as two-armed levers are arranged so as to be pivotable about a respective pivot axis parallel to a central housing axis and are movable together in one direction of rotation, the pistons having running surfaces on their side facing away from an inner wall of the housing Circulation of the pistons in the housing are guided along at least one control curve of a central curve piece fixed to the housing in order to control the pivoting movements of the pistons during the rotation.
BESTÄJ GUNGSKOPIE Eine derartige Schwenkkolbenmaschine ist aus der WO 98/13583 bekannt, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.CONFIRMATION COPY Such a oscillating piston machine is known from WO 98/13583, the disclosure of which is hereby expressly incorporated into the present application.
Schwenkkolbenmaschinen gehören zu einer Gattung von Brennkraftmaschinen, bei denen die einzelnen Arbeitstakte des Einlassens, Verdichtens, Zündens (Expandierens ) und Ausstoßens des Verbrennungsgemisches durch wippenartige Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben zwischen zwei Endstellungen vermittelt werden.Swing piston machines belong to a genus of internal combustion engines, in which the individual work cycles of intake, compression, ignition (expansion) and ejection of the combustion mixture are mediated by rocker-like swiveling movements of the individual pistons between two end positions.
Die bekannte Schwenkkolbenmaschine weist mittig in dem Gehäuse ein gehäusefestes Kurvenstück auf, das eine als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur aufweist. Die Kolben weisen auf ihrer der Gehäuseinnenwand abgewandten, d.h. dem mittigen Kurvenstück zugewandten Seiten Laufflächen auf, die beim Umlaufen der Kolben in dem Gehäuse entlang der Außenkontur des Kurvenstücks unter ständiger Berührung mit derselben geführt sind. Die Schwenkbewegungen der Kolben werden dabei beim Umlaufen der Kolben in dem Gehäuse durch die Führung der Laufflächen der Kolben entlang der Außenkontur des Kurvenstückes in Zusammenwirken mit einem Wälzeingriff jeweils benachbarter Kolben gesteuert.The known oscillating-piston machine has, in the center of the housing, a curve piece which is fixed to the housing and which has an outer contour designed as a control curve. The pistons point on their side facing away from the inner wall of the housing, i.e. the center of the curve facing sides on treads that are guided while rotating the piston in the housing along the outer contour of the curve piece with constant contact with the same. The pivoting movements of the pistons are controlled when the pistons rotate in the housing by guiding the running surfaces of the pistons along the outer contour of the cam piece in cooperation with a rolling engagement of adjacent pistons.
Obwohl sich die bekannte Schwenkkolbenmaschine hinsichtlich ihrer Laufeigenschaften als besonders günstig erwiesen hat, ist sie hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeit und Funktionssicherheit, insbesondere im Langzeit- und Hochleistungsbetrieb, noch verbesserungsfähig.Although the known oscillating piston machine has proven to be particularly favorable with regard to its running properties, it can still be improved with regard to its wear resistance and functional reliability, particularly in long-term and high-performance operation.
Berechnungen zur Kinematik der bekannten Schwenkkolbenmaschine haben nämlich ergeben, daß die Fliehkräfte der Schwenkkolben über einen vollen Umlauf gesehen in Abhängigkeit von der momentanen Drehstellung unterschiedliche Werte zwischen einem Minimum und einem Maximum annehmen, was durch die asymmetrische Massenlage der Schwenkkolben in Bezug auf die Mitte der Schwenkachsen der einzelnen Kolben zu erklären ist. Die Differenz zwischen dem Fliehkraftminimum und dem Fliehkraftmaximum kann bei hohen Drehzahlen im Bereich von mehr als 1000 N liegen.Calculations on the kinematics of the known swinging piston machine have shown that the centrifugal forces of the swinging piston Over a full revolution, depending on the current rotational position, assume different values between a minimum and a maximum, which can be explained by the asymmetrical mass position of the swivel pistons in relation to the center of the swivel axes of the individual pistons. The difference between the centrifugal force minimum and the centrifugal force maximum can be in the range of more than 1000 N at high speeds.
Die maximale Fliehkraft tritt bei jedem Kolben dann auf, wenn er sich in der sogenannten Oberen-Totpunkt (OT) -Stellung (12 Uhr-Stellung) bzw. in der Unteren-Totpunkt (UT) -Stellung (6 Uhr-Stellung) befindet. Diese maximale auf den vorlaufenden Hebelarm des sich in der OT-Stellung befindenden Kolbens wirkende Fliehkraft, die diesen Hebelarm nach außen in Richtung auf die Gehäuseinnenwand hin drückt, bewirkt eine gleich große, auf das Kurvenstück hin gerichtete auf den nachlaufenden Hebelarm desselben Kolbens wirkende Kraft. Da dieser nachlaufende Hebelarm mit dem vorlaufenden Hebelarm des nächsten nachlaufenden Kolbens in Wälzeingriff steht, drückt der nachlaufende Hebelarm des vorlaufenden Kolbens den vorlaufenden Hebelarm und damit die an diesem angeordnete Lauffläche des nachlaufenden Kolbens mit erhöhter Kraft gegen das Kurvenstück. Denn auf den vorlaufenden Hebelarm des nachlaufenden Kolbens, der sich dabei gerade in der eingezogenen 9 Uhr-Stellung bzw. 3 Uhr-Stellung befindet, wirkt gerade nur ein Fliehkraftminimum, so daß diese minimale Fliehkraft die durch die Fliehkraft in der OT-Stellung verursachte Druckkraft nicht kompensiert. Die Folge ist, daß die Lauffläche des nachlaufenden Kolbens in der 9 Uhr-Stellung bzw. des Kolben in der 3 Uhr-Stellung mit sehr hoher Kraft gegen das Kurvenstück gepreßt wird, wodurch sowohl die Lauffläche als auch das Kurvenstück übermäßig belastet werden. Dies kann im Langzeitbetrieb, insbesondere bei hohen Drehzahlen, bei denen die Fliehkräfte groß sind, zu einem erhöhten Verschleiß oder sogar zu einer Beschädigung dieser Teile führen.The maximum centrifugal force occurs with each piston when it is in the so-called top dead center (TDC) position (12 o'clock position) or in the bottom dead center (UT) position (6 o'clock position). This maximum centrifugal force acting on the leading lever arm of the piston in the TDC position, which pushes this lever arm outwards in the direction of the housing inner wall, brings about an equally large force acting on the cam piece and acting on the trailing lever arm of the same piston. Since this trailing lever arm is in rolling engagement with the leading lever arm of the next trailing piston, the trailing lever arm of the leading piston presses the leading lever arm and thus the running surface of the trailing piston arranged thereon with increased force against the cam piece. Because on the leading lever arm of the trailing piston, which is currently in the retracted 9 o'clock position or 3 o'clock position, only a centrifugal force minimum acts, so that this minimal centrifugal force is the compressive force caused by the centrifugal force in the TDC position not compensated. The result is that the tread of the trailing piston in the 9 o'clock position or the piston in the 3 o'clock position is pressed against the curve piece with very high force, whereby both the tread and the curve piece are excessively loaded. In long-term operation, especially at high speeds at which the centrifugal forces are high, this can lead to increased wear or even damage to these parts.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Verzahnung des Wälzeingriffs, die entgegenwirkende Kräfte aufnehmen muß, sogar noch stärker kraftbelastet ist.From the above it follows that the toothing of the rolling engagement, which must absorb counteracting forces, is even more strongly loaded.
Ferner ist aus der DE-OS-15 51 101 ein Fliehkolben-Verbrennungsmotor bekannt, der sechs voneinander beabstandete Kolben von etwa dreieckiger Form aufweist, die derart auf einem kreisförmigen Antriebsrad verschwenkbar gelagert sind, daß sie beim Umlaufen in dem Gehäuse des Motors durch die auftretenden Fliehkräfte gegen die Innenwand des Gehäuses gepreßt werden. Die Steuerung der Schwenkbewegung der einzelnen Kolben wird dabei durch eine spezielle trochoidförmige Ausgestaltung der Gehäuseinnenwand bewirkt. In dem Gehäuse sind ferner zwei feststehende Führungsnocken mit Außenkontur angeordnet, die bei geringen Drehzahlen des Motors, bei denen die Fliehkräfte gering sind, gewährleisten sollen, daß die Kolben gegen die Innenwand des Gehäuses gepreßt werden, um die Funktionsfähigkeit des Motors bei geringen Drehzahlen aufrecht zu erhalten. Dieser Fliehkolbenmotor ist jedoch bereits wegen der erforderlichen speziellen unrunden Konturierung der Gehäuseinnenwand nachteilig.Furthermore, from DE-OS-15 51 101 a centrifugal piston internal combustion engine is known, which has six spaced pistons of approximately triangular shape, which are pivotally mounted on a circular drive wheel in such a way that they rotate when rotating in the housing of the engine Centrifugal forces are pressed against the inner wall of the housing. The control of the pivoting movement of the individual pistons is effected by a special trochoidal design of the inner wall of the housing. In the housing there are also two fixed guide cams with an outer contour, which are intended to ensure at low engine speeds, at which the centrifugal forces are low, that the pistons are pressed against the inner wall of the housing in order to maintain the functionality of the engine at low speeds receive. However, this centrifugal piston engine is already disadvantageous because of the required special non-circular contouring of the inner wall of the housing.
Aus der DE-OS-15 26 408 ist weiterhin ein Verbrennungsmotor mit umlaufenden, eine geschlossene Kette bildenden Kolben bekannt. Die Kolben bilden zusammen mit dem nichtrunden, etwa ovalen Zylindermantel geschlossene umlaufende Arbeitskammern veränderli- chen Volumens. Das von den Kolben gebildete Gelenkvieleck ist ein Fünf- oder Mehreck, wobei ein reguläres Fünfeck als am vorteilhaftesten angesehen wird. Für die Steuerung der Kolbenbewegung sind zwei Nebenrotoren vorgesehen, die aus fünf Segmenten bestehen, wobei diese Segmente gelenkig mittels Bolzen verbunden sind. Auf den Bolzen sind Rollen gelagert, die über die Laufbahn rollend die Bewegung der Rotoren steuern, und mittels weiteren Bolzen auch die Bewegung der Kolben. Diese Ausgestaltung einer Schwenkkolbenmaschine ist vergleichsweise aufwendig. Weitere Nachteile dieser Ausgestaltung sind die nichtrunde Ausgestaltung der Gehäuseinnenwand und die gelenkige Verbindung der die beiden Nebenrotoren bildenden Segmente zum Steuern der Schwenkbewegung der Kolben.From DE-OS-15 26 408 an internal combustion engine with rotating pistons forming a closed chain is also known. The pistons, together with the non-round, oval cylinder jacket, form closed rotating working chambers. volume. The polygon formed by the pistons is a pentagon or polygon, with a regular pentagon being considered the most advantageous. To control the piston movement, two secondary rotors are provided, which consist of five segments, these segments being articulated by means of bolts. Rollers are mounted on the bolts, which control the movement of the rotors while rolling over the raceway, and by means of further bolts also the movement of the pistons. This embodiment of a swing piston machine is comparatively complex. Further disadvantages of this configuration are the non-circular configuration of the inner wall of the housing and the articulated connection of the segments forming the two secondary rotors for controlling the pivoting movement of the pistons.
Aus der US 3,642,391 ist eine weitere Schwenkkolbenmaschine bekannt, bei dem die Kolben paarweise gelenkig miteinander verbunden sind. Die Gehäuseinnenwand dieser Schwenkkolbenmaschine ist nicht rund, sondern etwa elliptisch geformt. Die Kolbenschwenkbewegungen werden durch Kurvenstücke gesteuert, an denen die Kolben mit Rollen laufen. Auch an dieser Schwenkkolbenmaschine ist die unrunde Konturierung der Gehäuseinnenwand nachteilig.Another swinging piston machine is known from US Pat. No. 3,642,391, in which the pistons are connected to one another in an articulated manner. The inside wall of this oscillating piston machine is not round, but rather elliptically shaped. The piston swiveling movements are controlled by cam pieces on which the pistons run with rollers. The non-circular contouring of the inner wall of the housing is also disadvantageous on this oscillating piston machine.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkkolbenmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Die Schwenkkolbenmaschine soll hinsichtlich ihrer Verschleißeigenschaften und Funktionssicherheit weiter verbessert werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schwenkkolbenmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuerkurve als Innenkontur an dem Kurvenstück ausgebildet ist, entlang der die Kolben über die Laufflächen fliehkraftseitig abgestützt geführt sind.The invention is therefore based on the object of developing a swing piston machine of the type mentioned in such a way that the disadvantages mentioned above are avoided. The swing piston machine is to be further improved in terms of its wear properties and functional reliability. According to the invention, this object is achieved in a oscillating piston machine of the type mentioned at the outset in that the control cam is designed as an inner contour on the cam piece, along which the pistons are guided on the centrifugal force side via the running surfaces.
Die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine geht demnach weiterhin davon aus, daß die Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben beim Umlaufen durch ein gehäusefestes mittiges Kurvenstück gesteuert werden, was sich bei der bekannten Schwenkkolbenmaschine gegenüber dem bekannten Fliehkolben-Verbrennungsmotor als vorteilhaft erwiesen hat. Bei der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine ist jedoch in Form der als Innenkontur ausgebildeten Steuerkurve, entlang der die Laufflächen der Kolben geführt sind, eine Maßnahme getroffen, um die Fliehkräfte der Kolbenhälften bzw. Hebelarme der Kolben aufzunehmen. Dadurch, daß die als Innenkontur ausgebildete Steuerkurve die Fliehkräfte aufnimmt, wird vermieden, daß die Fliehkräfte, insbesondere die maximalen Fliehkräfte, die in der OT-Stellung auftreten, über den Wälzeingriff auf die Lauffläche bzw. Laufflächen des jeweils vor- und jeweils nachlaufenden Kolbens und auf das Kurvenstück übertragen werden. Auf diese Weise werden Überbelastungen der Laufflächen und des Kurvenstückes vermieden. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kurvenstückes einstellt, besteht darin, daß auch die Kräfte im Bereich eines Wälzeingriffes zwischen benachbarten Kolben, wenn ein solcher vorhanden ist, ebenfalls vorteilhaft reduziert werden.The oscillating piston machine according to the invention therefore continues to assume that the pivoting movements of the individual pistons are controlled during rotation by a central curve piece fixed to the housing, which has proven to be advantageous in the known oscillating piston machine compared to the known centrifugal piston internal combustion engine. In the oscillating piston machine according to the invention, however, in the form of the control curve designed as an inner contour, along which the running surfaces of the pistons are guided, a measure is taken to absorb the centrifugal forces of the piston halves or lever arms of the pistons. Characterized in that the control curve designed as an inner contour absorbs the centrifugal forces, it is avoided that the centrifugal forces, in particular the maximum centrifugal forces that occur in the TDC position, via the rolling engagement on the tread or running surfaces of the respective preceding and following piston and be transferred to the curve piece. In this way, overloading of the treads and the curve piece are avoided. Another advantage that arises from the configuration of the curve piece according to the invention is that the forces in the area of a rolling engagement between adjacent pistons, if there is one, are also advantageously reduced.
Somit wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vollkommen gelöst. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist das Kurvenstück eine weitere, als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur auf, entlang der dieselben Laufflächen oder weitere Laufflächen der Kolben, die ebenfalls auf der der Gehäuseinnenwand abgewandten Seite an den Kolben angeordnet sind, zur Gehäuseachse hin abgestützt geführt sind.The object underlying the invention is thus completely achieved. In a particularly preferred embodiment, the curve piece has a further outer contour designed as a control curve, along which the same running surfaces or further running surfaces of the pistons, which are likewise arranged on the piston on the side facing away from the housing inner wall, are guided to the housing axis in a supported manner.
Bei dieser Maßnahme erfährt jeder Kolben vorteilhafterweise sowohl eine "Außenführung" entlang der an sich bekannten Außenkontur und zusätzlich eine "Innenführung" entlang der Innenkontur des Kurvenstückes. Eine solche Kombination aus Innen- und Außenführung ermöglicht eine kinematisch exakte und gleichzeitig dynamisch günstige Steuerung der Schwenkbewegungen der Kolben beim Umlaufen in dem Gehäuse, wobei der erhebliche Vorteil erreicht wird, daß die an der Außenkontur geführten Laufflächen in der Stellung 9 Uhr und 3 Uhr im Unterschied zu der bekannten Schwenkkolbenmaschine druckentlastet sind. Ein weiterer Vorteil der Kombination aus Innen- und Außenführung besteht darin, daß bei einem Wälzeingriff jeweils benachbarter Kolben diesem im wesentlichen keine Steuerungsfunktion mehr zukommt, sondern daß der Wälzeingriff lediglich die Funktion einer Abdichtung einnimmt. Dies eröffnet die Möglichkeit, den Wälzeingriff anstatt in Form einer Verzahnung in Form einer glatten Wälzfläche auszugestalten, oder sogar auf einen Wälzeingriff ganz zu verzichten, wie in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist.With this measure, each piston advantageously experiences both an “outer guidance” along the known outer contour and additionally an “inner guidance” along the inner contour of the curve piece. Such a combination of inner and outer guidance enables a kinematically exact and at the same time dynamically favorable control of the pivoting movements of the pistons when rotating in the housing, the considerable advantage being achieved that the running surfaces guided on the outer contour in the position 9 a.m. and 3 a.m. Difference to the known swing piston machine are depressurized. Another advantage of the combination of inner and outer guidance is that when a piston engages adjacent pistons, the latter essentially has no control function, but that the roller engagement only assumes the function of a seal. This opens up the possibility of designing the rolling engagement instead of in the form of a toothing in the form of a smooth rolling surface, or even completely dispensing with rolling engagement, as is provided in a preferred embodiment.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung verlaufen die Außenkontur und die Innenkontur kurvenparallel zueinander.In a further preferred embodiment, the outer contour and the inner contour run parallel to one another.
Bei dieser Ausgestaltung weisen die Innenkontur und die Außenkontur zueinander im wesentlichen komplementäre Kurvenverläufe auf. Jeder Kolben ist somit sowohl zentrifugal als auch zentripetal wie auf einer Schiene geführt. Die zur Außenkontur kurvenparallele Ausführung der Innenkontur hat den Vorteil, daß es mit einfachen Mitteln möglich ist, die aus der WO 98/13583 bekannte und bewährte Schwenkkolbenmaschine entsprechend der vorliegenden Anmeldung zu modifizieren. Beispielsweise kann die Kolbengeometrie und die Geometrie der Außenkontur des Kurvenstücks im wesentlichen unverändert übernommen werden, wobei dann lediglich am Kurvenstück eine Innenführungsflache für die Kolben vorgesehen werden muß.In this embodiment, the inner contour and the outer contour have curves which are essentially complementary to one another on. Each piston is thus guided both centrifugally and centripetal as on a rail. The design of the inner contour parallel to the curve of the outer contour has the advantage that it is possible with simple means to modify the swing piston machine known and proven from WO 98/13583 in accordance with the present application. For example, the piston geometry and the geometry of the outer contour of the curve piece can be adopted essentially unchanged, in which case an inner guide surface for the pistons then only has to be provided on the curve piece.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenkontur in Umlaufrichtung durchgehend ausgebildet.In a further preferred embodiment, the inner contour is continuous in the circumferential direction.
Hierbei ist von Vorteil, daß jeder Kolben über einen vollen Umlauf fliehkraftseitig, d.h. zentrifugal abgestützt wird, so daß in jeder Drehstellung der Kolben Fliehkräfte aufgenommen und dadurch Druckbelastungen in jeder Drehstellung reduziert werden.It is advantageous here that each piston over a full revolution on the centrifugal side, i.e. is supported centrifugally, so that centrifugal forces are absorbed in each rotational position of the piston and pressure loads are thereby reduced in each rotational position.
Alternativ dazu ist es jedoch im Fall einer Ausgestaltung mit Innen- und Außenkontur auch bevorzugt, wenn sich die Innenkontur in Umlaufrichtung nur über einen oder mehrere Umfangsteilbereiche erstreckt.Alternatively, however, in the case of a configuration with an inner and outer contour, it is also preferred if the inner contour extends in the circumferential direction only over one or more peripheral partial areas.
Hierdurch kann ein einfacherer Aufbau der Schwenkkolbenmaschine erreicht werden, wobei es in diesem Fall vorteilhaft ist, wenn sich die Innenkontur zumindest im Bereich des oberen Totpunktes und des unteren Totpunktes erstreckt, bspw. von 10 Uhr bis 2 Uhr und von 4 Uhr bis 8 Uhr. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kurvenstück die Außenkontur und die zumindest eine Innenkontur in einstückiger Ausbildung auf.This enables a simpler construction of the oscillating piston machine to be achieved, in which case it is advantageous if the inner contour extends at least in the area of the top dead center and bottom dead center, for example from 10 a.m. to 2 a.m. and from 4 a.m. to 8 a.m. In a further preferred embodiment, the curve piece has the outer contour and the at least one inner contour in one-piece design.
Bei dieser Ausgestaltung kann das Kurvenstück insgesamt einstückig gefertigt werden, wodurch der Herstellungsaufwand und die Zahl der in die Konstruktion eingehenden Teile reduziert werden kann. Ausgehend von dem Kurvenstück der bekannten Schwenkkolbenmaschine kann die erfindungsgemäß vorgesehene Innenkontur bei der Herstellung des Kurvenstücks angeformt werden. Ein weiterer Vorteil einer einstückigen Ausgestaltung von Außenkontur und Innenkontur besteht darin, daß eine lagefeste Orientierung der beiden während des Betriebs der Schwenkkolbenmaschine auf Dauer gewährleistet ist.In this embodiment, the curve piece can be made in one piece overall, whereby the manufacturing effort and the number of parts involved in the construction can be reduced. Starting from the curve piece of the known oscillating piston machine, the inner contour provided according to the invention can be formed during the production of the curve piece. Another advantage of a one-piece design of the outer contour and inner contour is that a permanent orientation of the two is guaranteed in the long run during operation of the oscillating piston machine.
Alternativ dazu ist es jedoch auch bevorzugt, wenn das Kurvenstück mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erstes Teil die als Außenkontur ausgebildete Steuerkurve und zumindest ein zweites Teil die zumindest eine als Innenkontur ausgebildete Steuerkurve aufweist und die Teile fest miteinander verbunden sind.As an alternative to this, however, it is also preferred if the curve piece is constructed in several parts, at least a first part having the control curve designed as an outer contour and at least a second part having at least one control curve designed as an inner contour and the parts being firmly connected to one another.
Diese Ausgestaltung erweist sich wegen einer erleichterten Montage beim Zusammenbringen der Laufflächen der Kolben mit dem Kurvenstück als vorteilhaft. Die Innenkontur kann dabei auf einem Ringflansch ausgebildet sein, der an das übrige Kurvenstück, das die Außenkontur aufweist, nach Einsetzen der Kolben angeflanscht wird. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenkontur an einer Innenseite taschenartiger Flansche des Kurvenstückes ausgebildet.This configuration proves to be advantageous because of easier assembly when bringing together the running surfaces of the pistons with the cam piece. The inner contour can be formed on an annular flange which is flanged to the rest of the curve piece, which has the outer contour, after insertion of the pistons. In a further preferred embodiment, the inner contour is formed on an inside of pocket-like flanges of the curve piece.
Diese Maßnahme ist sowohl fertigungstechnisch als auch montagetechnisch besonders vorteilhaft. Wenn das Kurvenstück sowohl die Innenkontur als auch die Außenkontur aufweist, kann der Flansch oder können die Flansche einstückig mit dem übrigen, die Außenkontur aufweisenden Teil des Kurvenstückes ausgebildet sein, oder als separate Ringflansche, die dann mit dem übrigen Teil des Kurvenstückes, das die Außenkontur aufweist, formschlüssig verbunden, beispielsweise verzapft, werden. Die taschenartigen Flansche bilden eine etwa umgekehrt L-förmige Übergreifung derjenigen Laufflächen, die zur Führung an der Innenkontur vorgesehen sind.This measure is particularly advantageous both in terms of production technology and assembly technology. If the curve piece has both the inner contour and the outer contour, the flange or the flanges can be formed in one piece with the remaining part of the curve piece which has the outer contour, or as separate ring flanges which then with the remaining part of the curve piece which forms the outer contour has, positively connected, for example mortised. The pocket-like flanges form an approximately reverse L-shaped overlap of those running surfaces which are provided for guidance on the inner contour.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kurvenstück im Bereich beider axialer Enden der Kolben jeweils axial begrenzt die Innenkontur auf.In a further preferred embodiment, the curve piece has axially delimited the inner contour in the region of both axial ends of the pistons.
Bei dieser Ausgestaltung ist jeder Kolben demnach mit seinen beiden axialen Enden fliehkraftseitig geführt. Der axial mittige Bereich jedes Kolbens kann dann, wenn dies vorgesehen ist, die Laufflächen aufweisen, die an der Außenkontur radial nach innen abgestützt geführt werden.In this embodiment, each piston is therefore guided with its two axial ends on the centrifugal force side. The axially central region of each piston can, if this is provided, have the running surfaces which are guided in a radially inwardly supported manner on the outer contour.
Wenn das Kurvenstück sowohl die Innenkontur als auch die Außenkontur aufweist, ist es weiterhin bevorzugt, wenn jeder Kolben zumindest zwei Laufflächen aufweist, von denen zumindest eine an der Innenkontur geführt ist, während die zumindest eine weitere Lauffläche an der Außenkontur geführt ist. Diese Ausgestaltung eröffnet vorteilhafterweise die Möglichkeit, die Laufflächen durch Laufrollen zu realisieren, wobei dann die zumindest eine entlang der Innenkontur geführte Laufrolle an dieser frei abrollen und die zumindest eine an der Außenkontur geführte Laufrolle an dieser ebenfalls frei abrollen kann.If the curve piece has both the inner contour and the outer contour, it is further preferred if each piston has at least two running surfaces, at least one of which is guided on the inner contour, while the at least one further running surface is guided on the outer contour. This embodiment advantageously opens up the possibility of realizing the running surfaces by means of rollers, in which case the at least one roller guided along the inner contour can roll freely thereon and the at least one roller guided on the outer contour can also roll freely on the latter.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Laufflächen Oberflächen von drehbar an den Kolben befestigten Laufrollen.In a further preferred embodiment, the running surfaces are surfaces of rollers rotatably attached to the piston.
Laufrollen haben den Vorteil, daß sie mit einer wesentlich geringeren Reibung entlang der Innenkontur bzw. entlang der Außenkontur des Kurvenstückes geführt werden können. Die Anforderungen an die Schmierung der Laufflächen können im Unterschied zu kolbenfesten Gleitschuhen wesentlich verringert werden.Rollers have the advantage that they can be guided along the inner contour or along the outer contour of the curve piece with a substantially lower friction. The requirements for the lubrication of the treads can be significantly reduced in contrast to piston-resistant sliding shoes.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung stehen die Kolben jeweils paarweise miteinander in Wälzeingriff.In a further preferred embodiment, the pistons are in rolling engagement with one another in pairs.
Diese Maßnahme ist dann von Vorteil, wenn die Kolben nur entlang der Innenkontur, nicht jedoch entlang der Außenkontur geführt sind, so daß der Wälzeingriff dann eine zusätzliche Steuerungsfunktion für die hin- und hergehende Schwenkbewegung der Kolben übernehmen kann.This measure is advantageous if the pistons are only guided along the inner contour, but not along the outer contour, so that the rolling engagement can then take on an additional control function for the reciprocating pivoting movement of the pistons.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung stehen die Kolben jeweils paarweise über eine ungezahnte gekrümmte Wälzfläche miteinander in Wälzeingriff. Wie bereits zuvor erwähnt, werden die Kräfte im Bereich des Wälzeingriffes benachbarter Kolben durch die erfindungsgemäße Führung der Kolben entlang der Innenkontur und noch stärker bei einer zusätzlichen Führung der Kolben entlang der Außenkontur reduziert, so daß dem Wälzeingriff hauptsächlich noch eine abdichtende Funktion zukommt. Demgemäß kann der Wälzeingriff auch durch eine fertigungstechnisch einfacher als eine Verzahnung herzustellende, glatte Wälzfläche dargestellt werden.In a further preferred embodiment, the pistons are in rolling engagement with one another in pairs via an unserrated curved rolling surface. As already mentioned above, the forces in the area of the rolling engagement of adjacent pistons are reduced by the inventive guiding of the pistons along the inner contour and even more with an additional guiding of the pistons along the outer contour, so that the rolling engagement mainly has a sealing function. Accordingly, the rolling engagement can also be represented by a smooth rolling surface that is easier to manufacture than a toothing.
Alternativ zu einem Wälzeingriff jeweils benachbarter Kolben ist es ebenso bevorzugt, wenn die Kolben in Umfangsrichtung gesehen jeweils paarweise durch jeweils ein Trennelement beabstandet sind, wobei die Trennelemente zusammen mit den Kolben in dem Gehäuse umlaufen.As an alternative to a rolling engagement of adjacent pistons, it is also preferred if the pistons, viewed in the circumferential direction, are each spaced in pairs by a separating element, the separating elements rotating together with the pistons in the housing.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhafterweise möglich, wenn die Schwenkbewegung der einzelnen Kolben sowohl über die innere Außenführung als auch an der äußeren Innenführung des Kurvenstückes vollzogen wird. Die einzelnen Kolben sind dann wegen des nicht mehr vorhandenen Wälzeingriffes vollständig unabhängig voneinander, mit dem Vorteil, daß an der Anlage zwischen Kolben und Trennelement auf konstruktiv einfache Weise Dichtungen konventioneller Art eingesetzt werden können.This configuration is particularly advantageously possible if the pivoting movement of the individual pistons is carried out both via the inner outer guide and on the outer inner guide of the curve piece. The individual pistons are then completely independent of one another because of the rolling engagement no longer present, with the advantage that seals of a conventional type can be used in a structurally simple manner on the system between the piston and the separating element.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn jedes Trennelement zwei Gleitflächen aufweist, an denen Kolbenfaustflächen der beiden jeweiligen entsprechenden an dem jeweiligen Trennelement anliegenden Kolben bei ihrer Schwenkbewegung hin- und hergleiten.It is further preferred if each separating element has two sliding surfaces on which piston fist surfaces of the two corresponding pistons in contact with the respective separating element slide back and forth during their pivoting movement.
Die Trennelemente sind demnach bevorzugt hinsichtlich der Schwenkbewegung der Kolben ortsfest, und laufen lediglich mit den Kolben in dem Gehäuse in der Umlaufrichtung um. Die Trennelemente können zwischen zwei sich mit den Kolben mitbewegenden Ringkörpern am jeweiligen stirnseitigen Ende der Schwenkkolbenmaschine fest eingespannt sein.The separating elements are therefore preferably stationary with regard to the pivoting movement of the pistons, and only run with them the piston in the housing in the circumferential direction. The separating elements can be firmly clamped between two ring bodies moving with the pistons at the respective end of the swinging piston machine.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Kolbenfaustflächen der Kolben und die Gleitflächen der Trennelemente gekrümmt komplementär zueinander ausgebildet sind.It is further preferred if the piston fist surfaces of the pistons and the sliding surfaces of the separating elements are complementary to one another in a curved manner.
Die Kolbenfaustflächen der Kolben können beispielsweise konvex und die Gleitflächen der Trennelemente konkav ausgebildet sein, oder umgekehrt. Eine solche gekrümmte Formgebung der aneinan- dergleitenden Kolbenfaustflächen und Gleitflächen ist optimal an die hin- und hergehende Schwenkbewegung der einzelnen Kolben angepaßt. Die komplementäre Formgebung der Kolbenfaustflächen und der Gleitflächen ermöglicht weiterhin über den gesamten Schwenkhub der Kolben eine optimale Abdichtung der Arbeitskammern gegen den Ölraum der Schwenkkolbenmaschine, wenn sich die Trennelemente in axialer Richtung über die Länge des Innenraumes des Gehäuses der Schwenkkolbenmaschine erstrecken.The piston fist surfaces of the pistons can be convex, for example, and the sliding surfaces of the separating elements can be concave, or vice versa. Such a curved shape of the piston fist surfaces and sliding surfaces sliding against one another is optimally adapted to the reciprocating pivoting movement of the individual pistons. The complementary shape of the piston fist surfaces and the sliding surfaces also enables an optimal sealing of the working chambers against the oil space of the oscillating piston machine over the entire swivel stroke of the pistons if the separating elements extend in the axial direction over the length of the interior of the housing of the oscillating piston machine.
Dazu ist es bevorzugt vorgesehen, in jeder Gleitfläche der Trennelemente jeweils zumindest eine Dichtung anzuordnen.For this purpose, it is preferably provided to arrange at least one seal in each sliding surface of the separating elements.
Solche Dichtungen können in Form von Dichtlippen vorgesehen sein, die an gleicher Stelle angeordnet sind, wo die entsprechenden Dichtlippen in den stirnseitigen Ringflächen des Kolbenkäfiges der Längsmittelachse der Schwenkkolbenmaschine am nächsten angeordnet sind. Die Anordnung der Dichtungen in den Trennelementen ist jedoch nicht zwingend, ebenso können die Dichtungen auch anstatt in den Trennelementen in den Kolbenfaustflächen der Kolben angeordnet sein.Such seals can be provided in the form of sealing lips which are arranged at the same point where the corresponding sealing lips are arranged in the front annular surfaces of the piston cage closest to the longitudinal center axis of the oscillating piston machine. However, the arrangement of the seals in the separating elements is not mandatory, and the seals can also be arranged in the piston fist surfaces of the pistons instead of in the separating elements.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in jeder Gleitfläche der Trennelemente eine der Gehäuseinnenwand nähere Feuerdichtung und eine dem Kurvenstück nähere Öldichtung angeordnet.In a further preferred embodiment, a fire seal closer to the housing inner wall and an oil seal closer to the curve piece are arranged in each sliding surface of the separating elements.
Die Feuerdichtung dichtet die Arbeitskammern, in denen der Verbrennungsprozeß stattfindet, gasdicht ab, während der zentral in der Schwenkkolbenmaschine angeordnete Ölraum über die Öldichtung gegen die Arbeitskammern zusätzlich abgedichtet wird.The fire seal seals the working chambers in which the combustion process takes place in a gas-tight manner, while the oil space arranged centrally in the oscillating piston machine is additionally sealed against the working chambers via the oil seal.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Schwenkkolbenmaschine in axialer Richtung mehrere Kammern auf, wobei in jeder Kammer ein Satz Kolben angeordnet ist, und wobei die Sätze Kolben von Kammer zu Kammer in Umlaufrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.In a further preferred embodiment, the oscillating piston machine has a plurality of chambers in the axial direction, a set of pistons being arranged in each chamber, and the sets of pistons being arranged offset from one another in the circumferential direction from chamber to chamber.
Während die bekannte Schwenkkolbenmaschine in axialer Richtung als Einkammersystem ausgebildet ist, ergibt sich bei der mehr- kammerigen Ausgestaltung der Vorteil, daß die von den Kolben auf das Kurvenstück eingeleiteten Drehmomente entsprechend der Anzahl der Kammern halbiert, gedrittelt oder noch weiter geteilt werden können, weil die drehmomentwirksame Fläche der Kolben in axialer Richtung entsprechend kleiner ausgebildet werden kann. Durch den Versatz der Kolbensätze von einer Kammer zur nächsten Kammer wird die Drehmomenteinleitung auf das mittige Kurvenstück in Umfangsrichtung gleichmäßiger verteilt. Dadurch kann die Laufruhe der Schwenkkolbenmaschine vorteilhafterweise erhöht und die Belastung des Kurvenstückes, das durch alle Kammern durchgehend einstückig oder auch mehrteilig ausgebildet sein kann, noch weiter reduziert werden kann.While the known oscillating piston machine is designed in the axial direction as a single-chamber system, the advantage of the multi-chamber configuration is that the torques introduced by the pistons onto the cam piece can be halved, divided into three or divided even further, depending on the number of chambers, because the Torque effective surface of the piston can be made correspondingly smaller in the axial direction. Due to the offset of the piston sets from one chamber to the next chamber, the introduction of torque to the central curve piece is distributed more evenly in the circumferential direction. As a result, the smooth running of the oscillating-piston machine can advantageously be increased and the load on the cam piece, which can be made in one piece or even in several parts through all the chambers, can be reduced even further.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the following description and the attached drawing.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in ihrer jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in their respectively specified combination but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird hiernach mit Bezug auf diese näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described below with reference to this. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;1 shows a longitudinal section through an oscillating piston machine according to the invention according to a first embodiment.
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie II-II in Fig. 1;FIG. 2 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line II-II in FIG. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie III-III in Fig. 1; Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel geringfügig modifiziert ist;3 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line III-III in Fig. 1. 4 shows a longitudinal section through an oscillating piston machine according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment, which is slightly modified compared to the first exemplary embodiment;
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie V-V in Fig. 4;5 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line V-V in Fig. 4.
Fig. 5a ein Detail aus Fig. 5 im vergrößerten Maßstab; und5a shows a detail from FIG. 5 on an enlarged scale; and
Fig. 6 einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie VI-VI in Fig. 4.6 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line VI-VI in FIG. 4.
In Figuren 1 bis 3 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Schwenkkolbenmaschine dargestellt. Die Schwenkkolbenmaschine 10 wird beispielsweise in einem Kraftfahrzeug als Verbrennungsmotor verwendet.1 to 3 show a swing piston machine provided with the general reference number 10. The oscillating piston machine 10 is used, for example, in a motor vehicle as an internal combustion engine.
Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist umfänglich ein Gehäuse 12 auf, das die Schwenkkolbenmaschine 10 nach außen abdichtet. Das Gehäuse 12 ist im wesentlichen zylindrisch, d.h. im Querschnitt rund, ausgebildet und erstreckt sich über die axiale Länge der Schwenkkolbenmaschine 10. Eine Gehäuseinnenwand 14 ist im Querschnitt axial durchgehend rund ausgebildet.The oscillating piston machine 10 has a circumference on a housing 12 which seals the oscillating piston machine 10 to the outside. The housing 12 is substantially cylindrical, i.e. Round in cross-section, designed and extends over the axial length of the oscillating piston machine 10. A housing inner wall 14 is axially round in cross-section.
Das Gehäuse 12 ist ferner, wie aus Fig. 1 hervorgeht, aus einzelnen Gehäusesegmenten aufgebaut, nämlich aus zylindrischen Gehäusesegmenten 16 und 18 sowie aus Gehäusestirnsegmenten 20 und 22, die jeweils in geeigneter Weise miteinander dicht verbunden sind, beispielsweise verzapft und/oder verschraubt. Durch den Aufbau des Gehäuses 12 in einzelnen Gehäusesegmenten wird die Montage der Schwenkkolbenmaschine 10 wesentlich vereinfacht und ermöglicht im Falle eines Mehrkammersystemes eine Modulbauweise .The housing 12 is, as can be seen from FIG. 1, constructed from individual housing segments, namely from cylindrical housing segments 16 and 18 and from housing end segments 20 and 22, which are each suitably tightly connected to one another, for example mortised and / or screwed. Due to the construction of the housing 12 in individual housing segments the assembly of the oscillating piston machine 10 is considerably simplified and enables a modular construction in the case of a multi-chamber system.
In axialer Richtung ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in zwei Kammern 24 und 26 unterteilt.In the axial direction, the oscillating piston machine 10 is divided into two chambers 24 and 26.
In jeder der Kammern 24 und 26 ist jeweils ein Satz Kolben angeordnet, wobei Fig. 2, die ein Querschnitt durch die Kammer 24 ist, die Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 zeigt. In beiden Kammern 24 und 26 sind somit jeweils vier Kolben 28a bis 28d angeordnet. Die Kolben sind identisch mit den nicht näher dargestellten Kolben der Kammer 26 ausgebildet, so daß im folgenden nur die Kammer 24 mit den darin angeordneten Kolben 28a bis 28d näher beschrieben wird.A set of pistons is arranged in each of the chambers 24 and 26, FIG. 2, which is a cross section through the chamber 24, showing the pistons 28a to 28d of the chamber 24. Four pistons 28a to 28d are thus arranged in each of the two chambers 24 and 26. The pistons are identical to the pistons of the chamber 26, which are not shown in detail, so that only the chamber 24 with the pistons 28a to 28d arranged therein is described in more detail below.
Die Kolben der Kammer 26 sind zwar identisch mit den Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 ausgebildet, die Kolben der Kammer 26 sind jedoch bezüglich der Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 um etwa 45°, in Umfangsrichtung gesehen, versetzt angeordnet.The pistons of the chamber 26 are identical to the pistons 28a to 28d of the chamber 24, but the pistons of the chamber 26 are offset with respect to the pistons 28a to 28d of the chamber 24 by approximately 45 °, viewed in the circumferential direction.
Die Kolben 28a bis 28d sind jeweils als zweiarmige Hebel ausgebildet, d.h. jeder der Kolben 28a bis 28d weist einen ersten Hebelarm 30 und einen zweiten Hebelarm 32 bezüglich einer Schwenkachse 34 auf, die für den Kolben 28a beispielhaft in Fig. 2 bezeichnet sind. Jedem der Kolben 28a bis 28d ist somit eine Schwenkachse 34 zugeordnet. Die Schwenkachsen 34 liegen auf einem Kreis und sind äquidistant voneinander beabstandet.The pistons 28a to 28d are each designed as two-armed levers, i.e. each of the pistons 28a to 28d has a first lever arm 30 and a second lever arm 32 with respect to a pivot axis 34, which are designated by way of example for the piston 28a in FIG. 2. A pivot axis 34 is thus assigned to each of the pistons 28a to 28d. The pivot axes 34 lie on a circle and are equidistant from each other.
Jede der vier Schwenkachsen 34 erstreckt sich in axialer Richtung parallel zu einer mittigen Gehäuseachse 36. Die Kolben 28a bis 28d sind jeweils um ihre jeweilige Schwenkachse 34 zwischen zwei Endstellungen hin- und herschwenkbar, wobei in der ersten Endstellung der jeweilige Hebelarm 30 mit seiner Außenseite an der Gehäuseinnenwand 14 und in der zweiten Endstellung entsprechend der jeweilige Hebelarm 32 mit seiner Außenseite an der Gehäuseinnenwand 14 anliegt.Each of the four pivot axes 34 extends in the axial direction parallel to a central housing axis 36. The pistons 28a 28d to 28d can be pivoted back and forth about their respective pivot axis 34 between two end positions, the respective lever arm 30 with its outside on the housing inner wall 14 in the first end position and the respective lever arm 32 with its outside on the housing inner wall 14 in the second end position is present.
Dazu ist jeder der Kolben 28a bis 28d um jeweils einen sich axial erstreckenden Achsstab 38 verschwenkbar gelagert, der selbst unverschwenkbar ist. Jeder Achsstab 38 bildet die jeweilige Schwenkachse 34 der einzelnen Kolben 28a bis 28d.For this purpose, each of the pistons 28a to 28d is pivotally mounted about an axially extending axis rod 38, which is itself not pivotable. Each axis rod 38 forms the respective pivot axis 34 of the individual pistons 28a to 28d.
Die Kolben 28a bis 28d stehen weiterhin jeweils paarweise miteinander in Wälzeingriff. Dazu weisen die Kolben 28a bis 28d jeweils in Umfangsrichtung beidendig Verzahnungen 40 auf, die wechselseitig miteinander kämmen. Der Kolben 28a bspw. steht somit sowohl mit dem Kolben 28b als auch mit dem Kolben 28d in Wälzeingriff. Der durch die Verzahnung 40 gebildete Wälzeingriff ist dabei dicht, so daß zwischen der Gehäuseinnenwand 14 und den der Gehäuseinnenwand 14 gegenüberliegenden Außenseiten der Kolben 28a bis 28d gebildete Arbeitskammern 42 durch den Wälzeingriff hermetisch abgedichtet sind.The pistons 28a to 28d continue to engage each other in pairs. For this purpose, the pistons 28a to 28d each have toothings 40 on both ends in the circumferential direction, which mesh with one another. The piston 28a, for example, is in rolling engagement with both the piston 28b and the piston 28d. The rolling engagement formed by the toothing 40 is tight, so that between the housing inner wall 14 and the outer sides of the pistons 28a to 28d opposite the housing inner wall 14, the working chambers 42 are hermetically sealed by the rolling engagement.
Anstelle über die Verzahnungen 40 können die einzelnen Kolben 28a bis 28d auch über eine konvex gekrümmte Wälzfläche 44, die in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist, miteinander in Wälzeingriff stehen, wobei dann benachbarte der Wälzflächen 44 in jeder Schwenkstellung der Kolben 28a bis 28d abdichtend aneinander liegen, um wiederum die hermetische Dichtheit der Arbeitskammern 42 zu gewährleisten. Die Kolben 28a bis 28d laufen ferner in dem Gehäuse 12 gemeinsam in einer Umlaufrichtung 46 um die mittige Gehäuseachse 36 um. Die mit umlaufenden Achsstäbe 38 sind dabei gegen die Gehäuseinnenwand 14 abgedichtet, und zwar mittels Fliehkraftdichtungen 47, wie in der WO 98/13583 ausführlich beschrieben ist, auf die wegen einer näheren Beschreibung verwiesen wird.Instead of via the toothing 40, the individual pistons 28a to 28d can also be in meshing engagement with one another via a convexly curved rolling surface 44, which is shown with broken lines in FIG. 2, with adjacent ones of the rolling surfaces 44 then in each pivoting position of the pistons 28a to 28d lie sealingly against one another, in order in turn to ensure the hermetic tightness of the working chambers 42. The pistons 28a to 28d also run together in the housing 12 in a circumferential direction 46 around the central housing axis 36. The axially rotating axis rods 38 are sealed against the inner wall 14 of the housing, specifically by means of centrifugal seals 47, as described in detail in WO 98/13583, to which reference is made for a more detailed description.
Zwischen jeweils zwei benachbarten der Achsstäbe 38, dem entsprechenden Abschnitt der Gehäuseinnenwand sowie zwei benachbarten Hebelarmen 32 und 30' wird demnach jeweils eine der Arbeitskammern 42 gebildet, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit vier Kolben 28a bis 28d dementsprechend vier Arbeitskammern 42 in Umlaufrichtung 46, die gegeneinander abgedichtet sind. Das Volumen der Arbeitskammern 42 verändert sich beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d entsprechend der hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der Kolben 28a bis 28d, um die unterschiedlichen Arbeitstakte des Ansaugens, Verdichtens, Zündens (Expandierens ) und Ausstoßens zu ermöglichen.Accordingly, one of the working chambers 42 is formed between each two adjacent ones of the axle rods 38, the corresponding section of the housing inner wall and two adjacent lever arms 32 and 30 ', in the exemplary embodiment shown with four pistons 28a to 28d, accordingly four working chambers 42 in the circumferential direction 46, which face each other are sealed. The volume of the working chambers 42 changes during the rotation of the pistons 28a to 28d in accordance with the reciprocating pivoting movements of the pistons 28a to 28d in order to enable the different work cycles of suction, compression, ignition (expansion) and ejection.
Mittig in dem Gehäuse 12 ist ein Kurvenstück 48 angeordnet, das sich durch die Kammer 24 und die Kammer 26 hindurch erstreckt. Das Kurvenstück 48 ist im Unterschied zu den Kolben 28a bis 28d gehäusefest ausgebildet.A cam piece 48 is arranged in the center of the housing 12 and extends through the chamber 24 and the chamber 26. In contrast to the pistons 28a to 28d, the curve piece 48 is designed to be fixed to the housing.
Das Kurvenstück 48 weist zumindest eine als Steuerkurve ausgebildete Innenkontur 50 auf (vergl. Fig. 3).The curve piece 48 has at least one inner contour 50 designed as a control curve (see FIG. 3).
Die Kolben 28a bis 28d weisen ihrerseits auf ihrer der Gehäuseinnenwand 14 abgewandten bzw. dem Kurvenstück 48 zugewandten Seite Laufflächen 52 auf, die beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d in dem Gehäuse 12 entlang der als Steuerkurve aus- gebildeten Innenkontur 50 geführt sind. Dadurch werden die Kolben 28a bis 28d entlang des Kurvenstückes 48 fliehkraftseitig abgestützt geführt.The pistons 28a to 28d in turn have running surfaces 52 on their side facing away from the inner wall 14 of the housing or facing the curve piece 48, which, when the pistons 28a to 28d rotate in the housing 12, along the control curve formed inner contour 50 are guided. As a result, the pistons 28a to 28d are guided, supported on the centrifugal force, along the cam piece 48.
Die Innenkontur 50 ist an dem Kurvenstück 48 im Bereich eines axialen Endes der Kolben 28a bis 28d angeordnet.The inner contour 50 is arranged on the cam piece 48 in the region of an axial end of the pistons 28a to 28d.
Eine zweite bezüglich des Kurvenverlaufs mit der Innenkontur 50 identisch und als Steuerkurve ausgebildete Innenkontur 52 ist an dem Kurvenstück 48 im Bereich des gegenüberliegenden axialen Endes der Kolben 28a bis 28d angeordnet. An diesem Ende weisen die Kolben 28a bis 28d jeweils eine weitere Lauffläche 54 auf, die beim Umlaufen des jeweiligen Kolbens 28a bis 28d entlang der Innenkontur 52 des Kurvenstückes 48 geführt ist.A second inner contour 52, which is identical to the inner contour 50 with respect to the curve shape and is designed as a control curve, is arranged on the curve piece 48 in the region of the opposite axial end of the pistons 28a to 28d. At this end, the pistons 28a to 28d each have a further running surface 54, which is guided along the inner contour 52 of the cam piece 48 when the respective piston 28a to 28d rotates.
In der Kammer 26 weist das Kurvenstück 48 den Innenkonturen 50 und 52 entsprechende, ebenfalls als Steuerkurven ausgebildete Innenkonturen 56 und 58 auf, die dazu dienen, entsprechende, nicht näher bezeichnete Laufflächen der in der Kammer 26 angeordneten Kolben fliehkraftseitig abgestützt zu führen.In the chamber 26, the curve piece 48 has the inner contours 50 and 52 corresponding inner contours 56 and 58, also designed as control cams, which serve to guide corresponding, unspecified running surfaces of the pistons arranged in the chamber 26 supported on the centrifugal force side.
Im Bereich zwischen den Innenkonturen 50 und 52 bzw. zwischen den Innenkonturen 56 und 58 weist das Kurvenstück 48 außerdem eine als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur auf. Die Außenkontur 62 erstreckt sich dabei axial bis in den Bereich der Innenkonturen 50, 54, 58, 60 oder endet bereits axial mittig zwischen den Innenkonturen 50 und 54 bzw. 58 und 60.In the area between the inner contours 50 and 52 or between the inner contours 56 and 58, the curve piece 48 also has an outer contour designed as a control curve. The outer contour 62 extends axially into the area of the inner contours 50, 54, 58, 60 or already ends axially in the middle between the inner contours 50 and 54 or 58 and 60.
Die Kolben 28a bis 28d weisen jeweils zumindest eine weitere Lauffläche 64 auf, die beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d in dem Gehäuse 12 entlang der Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 geführt sind, wodurch die Kolben 28a bis 28d auch jeweils radial nach innen zur mittigen Gehäuseachse 36 hin abgestützt sind.The pistons 28a to 28d each have at least one further running surface 64 which, when the pistons 28a to 28d rotate in the housing 12, along the outer contour 62 of the curve piece 48 are guided, whereby the pistons 28a to 28d are also supported radially inwards towards the central housing axis 36.
In dem Ausführungsbeispiel weist jeder Kolben 28a bis 28d drei Laufflächen 64 auf, die axial voneinander beabstandet sind, und die gemeinsam entlang der Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 geführt sind.In the exemplary embodiment, each piston 28a to 28d has three running surfaces 64 which are axially spaced apart and which are guided together along the outer contour 62 of the curve piece 48.
Die Innenkonturen 50, 54, 58 und 60 des Kurvenstückes 48 sind jeweils an einer Innenseite eines eine Tasche bildenden Flansches 66, 68, 70 bzw. 72 ausgebildet.The inner contours 50, 54, 58 and 60 of the curve piece 48 are each formed on an inside of a flange 66, 68, 70 and 72 forming a pocket.
Dabei sind die Flansche 68 und 70, die die Innenkonturen 54 und 58 auf ihrer radialen Innenseite ausbilden, einstückig mit dem übrigen Körper des Kurvenstückes 48 ausgebildet. Die Flansch 66 und 72 sind dagegen an Ringflanschen 74 bzw. 76 ausgebildet, die mit dem übrigen Körper des Kurvenstückes 48 formschlüssig verbunden und fest mit diesem verzapft sind. Die Ringflansche 74 und 76 sind weiterhin auf ihrer jeweiligen axialen Außenseite formschlüssig mit dem Gehäusestirnsegment 22 bzw. dem Gehäusestirnsegment 20 gehäusefest verbunden, so daß die Ringflansche 74 und 76 mit dem übrigen Körper des Kurvenstückes 48 eine gehäusefeste Anordnung bilden.The flanges 68 and 70, which form the inner contours 54 and 58 on their radial inside, are formed in one piece with the rest of the body of the curve piece 48. The flanges 66 and 72, on the other hand, are formed on ring flanges 74 and 76, which are positively connected to the rest of the body of the cam piece 48 and are firmly mortised with it. The ring flanges 74 and 76 are also positively connected to the housing end segment 22 and the housing end segment 20 on their respective axial outer sides, so that the ring flanges 74 and 76 form a housing-fixed arrangement with the rest of the body of the curve piece 48.
Die Laufflächen 64, die entlang der Außenkontur 62 geführt sind, sowie die Laufflächen 52 und 56, die entlang der Innenkonturen 50 bzw. 54 geführt sind, sind jeweils Oberflächen von drehbar an den Kolben 28a bis 28d gelagerten Laufrollen 78 bzw. 80. Die Laufrollen 78, von denen jeder Kolben 28a bis 28d zwei aufweist, liegen dabei ausschließlich an der Innenkontur 50 bzw. 54 an, während die Laufrollen 80, von denen jeder Kolben 28a bis 28d drei aufweist, ausschließlich an der Außenkontur 62 anliegen.The running surfaces 64, which are guided along the outer contour 62, and the running surfaces 52 and 56, which are guided along the inner contours 50 and 54, are surfaces of rotatable rollers 78 and 80, respectively, which are mounted on the pistons 28a to 28d. The rollers 78, each of which pistons 28a to 28d have two, rest exclusively on the inner contour 50 and 54, while the rollers 80, each of which pistons 28a to 28d has three, rest only on the outer contour 62.
Die Laufflächen 64 stehen beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d unter ständiger Berührung mit der Außenkontur 62. Die Laufflächen 52 und 56 stehen beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d unter ständiger Berührung mit der Innenkontur 50 bzw. 54.The running surfaces 64 are in constant contact with the outer contour 62 when the pistons 28a to 28d rotate. The running surfaces 52 and 56 are in constant contact with the inner contour 50 and 54 when the pistons 28a to 28d rotate.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist zu erwähnen, daß die Laufflächen 52 der Laufrollen 78 die Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 nicht berühren, sondern von dieser mit geringfügigem Spiel beabstandet sind, so daß die Laufrollen 78 beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d frei an der Innenkontur 50 des Kurvenstückes 48 abrollen können.With reference to Fig. 3 it should be mentioned that the treads 52 of the rollers 78 do not touch the outer contour 62 of the cam piece 48, but are spaced from this with a slight clearance, so that the rollers 78 freely rotating on the pistons 28a to 28d Inner roll 50 of the curve piece 48 can roll.
Die Laufrollen 78 bzw. 80 sind dazu bevorzugt auf einem gemeinsamen Bolzen, der axial durch die Laufrollen 78 bzw. 80 durchgeht, gelagert. Die Laufflächen 54 bzw. 52 der Laufrollen 78 sind unter ständiger Berührung mit der Innenkontur 50 während des U laufens der Kolben 28a bis 28d entlang der Innenkontur 50 geführt, während die Laufflächen 64 der Laufrollen 80 beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d unter ständiger Berührung mit der Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 entlang derselben geführt sind.For this purpose, the rollers 78 and 80 are preferably mounted on a common bolt which passes axially through the rollers 78 and 80, respectively. The treads 54 and 52 of the rollers 78 are in constant contact with the inner contour 50 while the pistons 28a to 28d are running along the inner contour 50, while the treads 64 of the rollers 80 are in constant contact with the pistons 28a to 28d while rotating the outer contour 62 of the curve piece 48 are guided along the same.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, erstreckt sich die Innenkontur 50 in Umfangsrichtung vollumfänglich an dem Kurvenstück 48.As can be seen from FIG. 3, the inner contour 50 extends completely around the curve piece 48 in the circumferential direction.
Zusammen mit den Ringflanschen 74 und 76 ist das Kurvenstück 48 insgesamt mehrteilig ausgebildet, wodurch die Montage der Schwenkkolbenmaschine 10, genauer gesagt das Einsetzen der Kolben 28a bis 28d und das Zusammensetzen mit dem Kurvenstück 48 erleichtert wird.Together with the ring flanges 74 and 76, the cam piece 48 is formed in several parts, whereby the assembly of the oscillating piston machine 10, more precisely the insertion of the Pistons 28a to 28d and assembly with the curve piece 48 is facilitated.
In Figuren 2 und 3 ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in einer Betriebsstellung dargestellt, in der sich der Kolben 28a, genauer gesagt, dessen in Umlaufrichtung 46 vorlaufender Hebelarm 30 im oberen Totpunkt (OT) befindet. Der dem Kolben 28a nachlaufende Kolben 28d, d.h. genauer dessen vorlaufender Hebelarm 30', befindet sich dagegen in seiner maximal radial nach innen eingezogenen Stellung. Auf den vorlaufenden Hebelarm 30 des vorlaufenden Kolbens 28a wirkt in dieser Stellung beim Umlaufen, insbesondere bei hohen Drehzahlen, eine maximale Fliehkraft. Diese maximale Fliehkraft wird jedoch über die Laufflächen 52 bzw. 56, die an der Innenkontur 50 des Kurvenstückes 48 geführt sind, von der Innenkontur 50 aufgenommen. Dadurch wird diese hohe Fliehkraft nicht über den nachlaufenden Hebelarm 32 des vorlaufenden Kolbens 28a auf den vorlaufenden Hebelarm 30' des nachlaufenden Kolbens 28d übertragen, der sich in der 9 Uhr-Stellung befindet, so daß die Lauffläche 64' bzw. die Laufflächen 64' des Kolbens 28d nicht übermäßig gegen das Kurvenstück 48 gepreßt werden. Ebenso wird diese Fliehkraft nicht auf den nachfolgenden Hebelarm 32' des vorlaufenden Kolbens 28b und damit auch nicht als Druckkraft auf dessen vorlaufenden Hebelarm 30'', der sich in der 3 Uhr-Stellung befindet, übertragen, so daß auch dessen Lauffläche 64'' druckentlastet ist.In FIGS. 2 and 3, the oscillating-piston machine 10 is shown in an operating position in which the piston 28a, more precisely, its lever arm 30, which runs in the direction of rotation 46, is at top dead center (TDC). The piston 28d trailing the piston 28a, i.e. more precisely, its leading lever arm 30 ', on the other hand, is in its maximally radially inwardly retracted position. In this position, a maximum centrifugal force acts on the forward lever arm 30 of the forward piston 28a when rotating, in particular at high speeds. However, this maximum centrifugal force is absorbed by the inner contour 50 via the running surfaces 52 and 56, which are guided on the inner contour 50 of the curve piece 48. As a result, this high centrifugal force is not transmitted via the trailing lever arm 32 of the leading piston 28a to the leading lever arm 30 'of the trailing piston 28d, which is in the 9 o'clock position, so that the running surface 64' or the running surfaces 64 'of the Piston 28d are not excessively pressed against the curve piece 48. Likewise, this centrifugal force is not transmitted to the subsequent lever arm 32 'of the leading piston 28b and therefore not as a compressive force to the leading lever arm 30' ', which is in the 3 o'clock position, so that its tread 64' 'is also relieved of pressure is.
Das Kurvenstück 48 weist ferner sich axial erstreckende Bohrungen 82, 84 und 86 auf, die der Ölnebelkühlung bzw. Ölschmierung der Laufflächen 50, 54 bzw. 64 der Kolben 28a bis 28d bzw. der Schmierung der Laufrollen 78, 80 dienen. Wie bereits eingangs der Beschreibung erwähnt wurde, ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in axialer Richtung als Mehrkammersystem ausgestaltet, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel genauer gesagt als Zweikammersystem.The curve piece 48 also has axially extending bores 82, 84 and 86, which are used for oil mist cooling or oil lubrication of the running surfaces 50, 54 or 64 of the pistons 28a to 28d or the lubrication of the rollers 78, 80. As already mentioned at the beginning of the description, the oscillating piston machine 10 is designed in the axial direction as a multi-chamber system, more precisely as a two-chamber system in the exemplary embodiment shown.
Die in der Kammer 26 angeordneten Kolben, die in der Zeichnung nicht näher bezeichnet sind, weisen bezüglich ihrer Führung entlang des Kurvenstückes 48 die gleiche Ausgestaltung auf wie die Kolben 28a bis 28d der Kammer 24.The pistons arranged in the chamber 26, which are not identified in the drawing, have the same design as the pistons 28a to 28d of the chamber 24 with regard to their guidance along the curve piece 48.
Die Kolben der Kammer 26 sind ebenfalls an Achsstäben schwenkbar gelagert, von denen in Fig. 1 zwei Achsstäbe 88 bzw. 90 gegenüberliegender Kolben zu sehen sind. Die Achsstäbe 88, 90 sowie die beiden weiteren, in der Zeichnung nicht zu sehenden Achsstäbe sind bezüglich der Achsstäbe 38, an denen die Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 schwenkbar gelagert sind, um etwa 45° versetzt angeordnet.The pistons of the chamber 26 are also pivotally mounted on axle rods, of which two axle rods 88 and 90 opposite pistons can be seen in FIG. 1. The axle rods 88, 90 and the two further axle rods, which cannot be seen in the drawing, are arranged offset by approximately 45 ° with respect to the axis rods 38, on which the pistons 28a to 28d of the chamber 24 are pivotably mounted.
Die Achsstäbe 38 der Kammer 24 und die Achsstäbe 88, 90 sowie die weiteren beiden Achsstäbe der Kammer 26 bilden zusammen mit drei Ringkörpern 92, 94 und 96 einen starren zylindrischen Kolbenkäfig, der zusammen mit den Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 sowie den Kolben der Kammer 26 gemeinsam umläuft. Die Achsstäbe 38 der Kammer 24 sind mit den Ringkörpern 92 und 94 fest verbunden, während alle Achsstäbe 88, 90 der Kammer 26 mit den Ringkörpern 94 und 96 fest verbunden sind. Der erste Ringkörper 92 ist dabei drehbar und dicht auf dem Ringflansch 74 des Kurvenstückes 48 gelagert. Entsprechend ist der dritte Ringkörper 96 drehbar und dicht auf dem Ringflansch 76 des Kurvenstückes 48 gelagert. Der mittlere Ringkörper 94 ist drehbar auf den Außenseiten der Flansche 68 und 70 des Kurvenstückes 48 gelagert. Der dritte Ringkörper 96 trägt an seiner axial äußeren Seite einen Zahnkranz 98, der eine Außenzahnung 100 aufweist, die mit einer entsprechenden Zahnung eines Wechslerrades 102 kämmt, das wiederum mit einer entsprechenden Zahnung 104 eines Zahnkranzes 106 kämmt, das drehfest mit einer Abtriebswelle 108 der Schwenkkolbenmaschine 10 verbunden ist. Die Drehung des dritten Ringkörpers 96 um die mittige Gehäuseachse 36 bewirkt somit eine Drehbewegung der Abtriebswelle 108, die dann in einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges, in das die Schwenkkolbenmaschine 10 eingebaut ist, über eine Kupplungsscheibe 110 übertragen werden kann.The axis rods 38 of the chamber 24 and the axis rods 88, 90 and the other two axis rods of the chamber 26 together with three ring bodies 92, 94 and 96 form a rigid cylindrical piston cage, which together with the pistons 28a to 28d of the chamber 24 and the piston of the Chamber 26 rotates together. The axis rods 38 of the chamber 24 are fixedly connected to the ring bodies 92 and 94, while all axis rods 88, 90 of the chamber 26 are fixedly connected to the ring bodies 94 and 96. The first ring body 92 is rotatably and tightly mounted on the ring flange 74 of the cam piece 48. Correspondingly, the third ring body 96 is rotatably and tightly mounted on the ring flange 76 of the cam piece 48. The middle ring body 94 is rotatably mounted on the outer sides of the flanges 68 and 70 of the curve piece 48. The third ring body 96 carries on its axially outer side a ring gear 98 which has an external toothing 100 which meshes with a corresponding toothing of a changer wheel 102, which in turn meshes with a corresponding toothing 104 of a ring gear 106 which rotatably with an output shaft 108 of the oscillating piston machine 10 is connected. The rotation of the third ring body 96 about the central housing axis 36 thus causes a rotational movement of the output shaft 108, which can then be transmitted via a clutch disc 110 into a drive train of the motor vehicle, in which the oscillating piston machine 10 is installed.
Ferner weist die Schwenkkolbenmaschine für jede Kammer 24, 26 Zündkerzen 112 und 114 auf, sowie jeweils einen Einlaßquerschnitt 116 und jeweils einen Auslaßquerschnitt für jede Kammer 24 und 26.Furthermore, the oscillating-piston machine has spark plugs 112 and 114 for each chamber 24, 26, as well as an inlet cross section 116 and an outlet cross section for each chamber 24 and 26.
Wegen der Funktionsweise der Schwenkkolbenmaschine wird hier auf die WO 98/13583 verwiesen, in der in Fig. 5 die einzelnen Arbeitstakte der Schwenkkolbenmaschine 10 dargestellt sind.Because of the functioning of the oscillating piston machine, reference is made here to WO 98/13583, in which the individual work cycles of the oscillating piston machine 10 are shown in FIG. 5.
In Fig. 4 bis 6 ist ein gegenüber der Schwenkkolbenmaschine 10 gemäß Fig. 1 bis 3 geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Schwenkkolbenmaschine 10' dargestellt, von der im folgenden nur die Unterschiede zur Schwenkkolbenmaschine 10 gemäß Fig. 1 bis 3 beschrieben werden. Gleiche oder vergleichbare Merkmale wie bei der Schwenkkolbenmaschine 10 wurden mit demselben Bezugszeichen gefolgt von einem Apostroph versehen. Merkmale und Funktionen der Schwenkkolbenmaschine 10', auf die hiernach nicht ausdrücklich Bezug genommen wird, sind mit denjenigen der Schwenkkolbenmaschine 10 identisch.4 to 6 show an embodiment of a swing piston machine 10 'which is slightly modified compared to the swing piston machine 10 according to FIGS. 1 to 3, of which only the differences from the swing piston machine 10 according to FIGS. 1 to 3 are described below. The same or comparable features as in the oscillating piston machine 10 have been provided with the same reference number followed by an apostrophe. Features and functions of the oscillating piston machine 10 ', to which no express reference is made hereinafter, are identical to those of the oscillating piston machine 10.
Während bei der Schwenkkolbenmaschine 10 gemäß Fig. 1 bis 3 die Kolben 28a bis 28d jeweils paarweise miteinander in Wälzeingriff stehen, sind die Kolben 28a' bis 28d' der Schwenkkolbenmaschine 10' in Umfangsrichtung gesehen jeweils paarweise durch jeweils ein Trennelement 140, 142, 144, 146 beabstandet, wobei die Trennelemente 140, 142, 144, 146 mit den Kolben 28a' bis 28d' in dem Gehäuse 12' umlaufen.1 to 3, the pistons 28a to 28d are in rolling engagement with one another in pairs, the pistons 28a 'to 28d' of the oscillating piston machine 10 'are seen in pairs in the circumferential direction, each by a separating element 140, 142, 144, 146 spaced apart, the separating elements 140, 142, 144, 146 rotating with the pistons 28a 'to 28d' in the housing 12 '.
Die vier Trennelemente 140 bis 146 erstrecken sich gemäß Fig. 4 über die axiale Länge der Kammer 24', und entsprechende Trennelemente zwischen den Kolben in der Kammer 26' erstrecken sich ebenfalls über die axiale Länge dieser Kammer 26'.The four separating elements 140 to 146 extend according to FIG. 4 over the axial length of the chamber 24 ', and corresponding separating elements between the pistons in the chamber 26' also extend over the axial length of this chamber 26 '.
Die Trennelemente 140 bis 146 sind zwischen den Ringkörpern 94' und 92' bzw. 96' und 94' eingespannt und relativ zu diesen Ringkörpern unbeweglich.The separating elements 140 to 146 are clamped between the ring bodies 94 'and 92' or 96 'and 94' and are immovable relative to these ring bodies.
Dadurch, daß die Kolben 28a' bis 28d' durch die Trennelemente 140 bis 146 voneinander beabstandet sind, sind die Kolben 28a' bis 28d' kinematisch voneinander unabhängig. Das bedeutet, daß die hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben 28a' bis 28d" allein durch die Führung der Kolben 28a' bis 28d' entlang dem Kurvenstück 48' vermittelt werden.Because the pistons 28a 'to 28d' are spaced apart from one another by the separating elements 140 to 146, the pistons 28a 'to 28d' are kinematically independent of one another. This means that the reciprocating pivoting movements of the individual pistons 28a 'to 28d "are conveyed solely by guiding the pistons 28a' to 28d 'along the curve section 48'.
Die Trennelemente 140 bis 146 weisen, wie an dem Trennelement 140 beispielhaft dargestellt ist, zwei Gleitflächen 148 und 150 auf, an denen Kolbenfaustflächen 152 (Kolben 28a') und 154 (Kolben 28b') der jeweils beiden entsprechenden an dem Trennelement 140 anliegenden Kolben 28a" bzw. 28b' bei ihrer Schwenkbewegung hin- und hergleiten.The separating elements 140 to 146 have, as is shown by way of example on the separating element 140, two sliding surfaces 148 and 150, on which piston fist surfaces 152 (pistons 28a ') and 154 (Pistons 28b ') of the two corresponding pistons 28a''and28b' respectively resting on the separating element 140 slide back and forth during their pivoting movement.
In Fig. 5a ist das Trennelement 140 ausschnittsweise in vergrößertem Maßstab dargestellt. In den Gleitflächen 148 bzw. 150 sind in das Trennelement 140 Dichtungen eingebettet, und zwar Feuerdichtungen 156 bzw. 158, die der Gehäuseinnenwand 14' näher liegend angeordnet sind, sowie zwei Oldichtungen 160 und 162, die dem Kurvenstück 48' näher liegend angeordnet sind.5a, the separating element 140 is shown in detail on an enlarged scale. In the sliding surfaces 148 and 150, seals are embedded in the separating element 140, specifically fire seals 156 and 158, which are arranged closer to the housing inner wall 14 ', and two old seals 160 and 162, which are arranged closer to the curve piece 48'.
Die Feuerdichtungen 156 bzw. 158 dichten die Arbeitskammern 42' gasdicht zur Längsmittelachse der Schwenkkolbenmaschine 10' hin ab, während die Oldichtungen 160 und 162 für eine Abdichtung des gehäusemittigen Ölraumes gegen die Arbeitskammern 42 ' sorgen.The fire seals 156 and 158 seal the working chambers 42 'in a gas-tight manner towards the longitudinal center axis of the oscillating piston machine 10', while the old seals 160 and 162 provide a seal for the oil chamber in the middle of the housing against the working chambers 42 '.
Die Dichtungen 156 bis 162 erstrecken sich ebenfalls über die vollständige axiale Länge der Trennelemente 140 bis 146.The seals 156 to 162 also extend over the entire axial length of the separating elements 140 to 146.
Durch die Ausgestaltung der Schwenkkolbenmaschine 10' mit den Trennelementen 140 bis 146 lassen sich nahezu klassische Kolbenabdichtungen vorsehen, deren Dichteffekte mit hoher Sicherheit vorherbestimmt werden können.The design of the oscillating piston machine 10 'with the separating elements 140 to 146 makes it possible to provide almost classic piston seals, the sealing effects of which can be predetermined with a high degree of certainty.
Gemäß Fig. 6 befinden sich die Feuerdichtungen 156 und 158 bzw. die Oldichtungen 160 und 162 in den Trennelementen 140 bis 146 auf der gleichen Höhe, wo die Feuer- und Oldichtungen in den Ringkörpern 92' und 94' bzw. 96' sitzen, wie in Fig. 6 mit dem Bezugszeichen 164 angedeutet ist. Während die Dichtungen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 bis 6 in den Trennelementen 140 bis 146 selbst angeordnet sind, können die Dichtungen jedoch auch umgekehrt in den Kolbenfaustflächen 152 bzw. 154 der Kolben 28a' bis 28d' angeordnet sein.6, the fire seals 156 and 158 and the old seals 160 and 162 in the separating elements 140 to 146 are at the same height, where the fire and old seals are located in the ring bodies 92 'and 94' and 96 ', respectively is indicated in FIG. 6 with the reference number 164. While the seals in the exemplary embodiment shown in FIGS. 4 to 6 are arranged in the separating elements 140 to 146 themselves, the seals can, however, also be arranged conversely in the piston fist surfaces 152 and 154 of the pistons 28a 'to 28d'.
Wie weiterhin aus Fig. 5 und 6 hervorgeht, sind die Gleitflächen 148 und 150 der Trennelemente 140 bis 146 konkav gekrümmt ausgebildet, während die Kolbenfaustflächen 152 und 154 der Kolben 28a' bis 28d' komplementär dazu gekrümmt konvex ausgebildet sind. Dadurch werden die Kolbenfaustflächen 152 bzw. 154 der Kolben 28a' bis 28d' bei ihrer hin- und hergehenden Schwenkbewegung stets im minimalen Abstand an den Gleitflächen 148 bzw. 150 der Trennelemente 140 bis 146 vorbeigeführt. 5 and 6, the sliding surfaces 148 and 150 of the separating elements 140 to 146 are concavely curved, while the piston fist surfaces 152 and 154 of the pistons 28a 'to 28d' are complementarily curved and convex. As a result, the piston fist surfaces 152 and 154 of the pistons 28a 'to 28d' are always guided past the sliding surfaces 148 and 150 of the separating elements 140 to 146 at their minimum distance during their reciprocating pivoting movement.

Claims

Patentansprüche claims
Schwenkkolbenmaschine, mit einem Gehäuse (12; 12'), in dem mehrere als zweiarmige Hebel ausgebildete Kolben (28a-28d; 28a '-28d') um jeweils eine zu einer mittigen Gehäuseachse (36) parallele Schwenkachse (34) verschwenkbar angeordnet und gemeinsam in einer Umlaufrichtung (46) beweglich sind, wobei die Kolben (28a-28d; 28a'-28d') auf ihrer einer Gehäuseinnenwand (14; 14') abgewandten Seite Laufflächen (52, 56) aufweisen, die beim Umlaufen der Kolben (28a-28d) in dem Gehäuse (12) entlang zumindest einer Steuerkurve eines mittigen gehäusefesten Kurvenstückes (48; 48') geführt sind, um die Schwenkbewegungen der Kolben (28a-28d; 28a'- 28d') beim Umlaufen zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve als Innenkontur (50, 54) an dem Kurvenstück (48; 48') ausgebildet ist, entlang der die Kolben (28a-28d; 28a'-28d') über die Laufflächen (52, 56) fliehkraftseitig abgestützt geführt sind.Swing piston machine, with a housing (12; 12 '), in which a plurality of pistons (28a-28d; 28a' -28d ') designed as two-armed levers are arranged so as to be pivotable about a pivot axis (34) parallel to a central housing axis (36) and together are movable in a circumferential direction (46), the pistons (28a-28d; 28a'-28d ') having on their side facing away from an inner wall of the housing (14; 14') running surfaces (52, 56) which, when the pistons (28a -28d) are guided in the housing (12) along at least one control curve of a central curve piece (48; 48 ') fixed to the housing in order to control the pivoting movements of the pistons (28a-28d; 28a'-28d') during the rotation, characterized in that that the control cam is designed as an inner contour (50, 54) on the cam piece (48; 48 '), along which the pistons (28a-28d; 28a'-28d') are guided on the centrifugal force side via the running surfaces (52, 56).
Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (48; 48') eine weitere, als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur (62) aufweist, entlang der dieselben Laufflächen (52, 56) oder weitere Laufflächen (64) der Kolben (28a-28d; 28a'-28d'), die ebenfalls auf der der Gehäuseinnenwand (14; 14') abgewandten Seite an den Kolben (28a-28d; 28a'-28d') angeordnet sind, zur Gehäuseachse (36) hin abgestützt geführt sind. Swing piston machine according to claim 1, characterized in that the cam piece (48; 48 ') has a further outer contour (62) designed as a control curve, along which the same running surfaces (52, 56) or further running surfaces (64) of the pistons (28a-28d ; 28a'-28d '), which are also arranged on the side facing away from the housing inner wall (14; 14') on the pistons (28a-28d; 28a'-28d '), are guided so as to be supported towards the housing axis (36).
3. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (62) und die Innenkontur (50, 54, 58, 60) kurvenparallel zueinander verlaufen.3. Swing piston machine according to claim 2, characterized in that the outer contour (62) and the inner contour (50, 54, 58, 60) run parallel to each other.
4. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (50, 54) in Umlaufrichtung (46) durchgehend ausgebildet ist.4. Swing piston machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner contour (50, 54) in the circumferential direction (46) is continuous.
5. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, soweit diese auf Anspruch 2 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Innenkontur (50, 54) in Umlaufrichtung (46) nur über einen oder mehrere Umfangsteilbereiche erstreckt.5. Swing piston machine according to claim 2 or 3, insofar as this is related to claim 2, characterized in that the inner contour (50, 54) extends in the circumferential direction (46) only over one or more peripheral partial areas.
6. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 3 bis 5, soweit diese auf Anspruch 2 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (48; 48') die Außenkontur (62) und die zumindest eine Innenkontur (54) in einstückiger Ausbildung aufweist.6. Swinging piston machine according to claim 2 or according to one of claims 3 to 5, insofar as these are related to claim 2, characterized in that the curve piece (48; 48 '), the outer contour (62) and the at least one inner contour (54) in one piece Training.
7. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, soweit diese auf Anspruch 2 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (48; 48') mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erstes Teil die Außenkontur (62) und zumindest ein zweites Teil die zumindest eine Innenkontur (50) aufweist und die Teile fest miteinander verbunden sind.7. Swing piston machine according to claim 2 or according to one of claims 1 to 5, insofar as they are related to claim 2, characterized in that the curve piece (48; 48 ') is formed in several parts, at least a first part of the outer contour (62) and at least one second part which has at least one inner contour (50) and the parts are firmly connected to one another.
8. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (50, 54) an einer Innenseite eines eine Tasche bildenden Flansches (66, 68) des Kurvenstückes (48) ausgebildet ist. 8. Swinging piston machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inner contour (50, 54) is formed on an inside of a pocket-forming flange (66, 68) of the curve piece (48).
9. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenstück (48; 48') im Bereich beider axialer Enden der Kolben (28a-28d; 28a'- 28d') jeweils axial begrenzt die Innenkontur (50, 54) aufweist.9. Swing piston machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cam piece (48; 48 ') in the region of both axial ends of the pistons (28a-28d; 28a'- 28d') each axially limits the inner contour (50, 54th ) having.
10. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 9, soweit diese auf Anspruch 2 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (28a-28d; 28a'-28d') zumindest zwei Laufflächen (52, 56, 64) aufweist, von denen zumindest eine an der Innenkontur (50, 54) geführt ist, während die zumindest eine weitere Lauffläche (64) an der Außenkontur geführt ist.10. Swing piston machine according to claim 2 or one of claims 3 to 9, insofar as these are related to claim 2, characterized in that each piston (28a-28d; 28a'-28d ') has at least two running surfaces (52, 56, 64) , of which at least one is guided on the inner contour (50, 54), while the at least one further running surface (64) is guided on the outer contour.
11. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen (52, 56, 64) Oberflächen von drehbar an den Kolben (28a-28d; 28a'-28d") befestigten Laufrollen (78, 80) sind.11. Swing piston machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the running surfaces (52, 56, 64) surfaces of rotatably on the pistons (28a-28d; 28a'-28d ") are rollers (78, 80).
12. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (28a-28d) jeweils paarweise miteinander in Wälzeingriff stehen.12. Swing piston machine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pistons (28a-28d) are in pairs with each other in rolling engagement.
13. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (28a-28d) jeweils paarweise über eine ungezahnte gekrümmte Wälzfläche (44) miteinander in Wälzeingriff stehen.13. Swing piston machine according to claim 12, characterized in that the pistons (28a-28d) are in pairs with each other via an unserrated curved rolling surface (44) in rolling engagement.
14. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (28a'-28d' in Um- fangsrichtung gesehen jeweils paarweise durch jeweils ein Trennelement (140-146) beabstandet sind, wobei die Trennelemente (140-146) zusammen mit den Kolben (28a '- 28d') in dem Gehäuse (12*) umlaufen.14. Swing piston machine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pistons (28a'-28d 'seen in the circumferential direction each in pairs by one Separating element (140-146) are spaced apart, the separating elements (140-146) rotating together with the pistons (28a '- 28d') in the housing (12 *).
15. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Trennelement (140-146) zwei Gleitflächen (148, 150) aufweist, an denen Kolbenfaustflächen (152, 154) der beiden jeweiligen entsprechenden an dem jeweiligen Trennelement (140-146) anliegenden Kolben (28a'- 28d') bei ihrer Schwenkbewegung hin- und hergleiten.15. Swinging piston machine according to claim 14, characterized in that each separating element (140-146) has two sliding surfaces (148, 150), on which piston fist surfaces (152, 154) of the two corresponding pistons in contact with the respective separating element (140-146) (28a'-28d ') slide back and forth during their pivoting movement.
16. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfaustflächen (152, 154) der Kolben (28a'-28d') und die Gleitflächen (148, 150) der Trennelemente (140-146) gekrümmt komplementär zueinander ausgebildet sind.16. Swinging piston machine according to claim 15, characterized in that the piston fist surfaces (152, 154) of the pistons (28a'-28d ') and the sliding surfaces (148, 150) of the separating elements (140-146) are curved complementary to one another.
17. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gleitfläche (148, 150) der Trennelemente (140-146) jeweils zumindest eine Dichtung angeordnet ist.17. Swing piston machine according to claim 15 or 16, characterized in that in each sliding surface (148, 150) of the separating elements (140-146) in each case at least one seal is arranged.
18. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gleitfläche (148, 150) eine der Gehäuseinnenwand (14') nähere Feuerdichtung (156, 158) und eine dem Kurvenstück (48') nähere Öldichtung (160, 162) angeordnet ist. 18. Swing piston machine according to claim 17, characterized in that in each sliding surface (148, 150) one of the housing inner wall (14 ') closer fire seal (156, 158) and one of the curve piece (48') closer oil seal (160, 162) is arranged .
9. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in axialer Richtung mehrere Kammern (24, 26; 24', 26')) aufweist, wobei in jeder Kammer (24, 26; 24', 26') ein Satz Kolben (28a-28d; 28a'- 28d") angeordnet ist, und wobei die Sätze Kolben (28a-28d; 28a '-28d') von Kammer (24; 24') zu Kammer (26; 26') in Umlaufrichtung (46) versetzt zueinander angeordnet sind. 9. Swing piston machine according to one of claims 1 to 12, characterized in that it has a plurality of chambers (24, 26; 24 ', 26') in the axial direction, wherein in each chamber (24, 26; 24 ', 26') a set of pistons (28a-28d; 28a'-28d ") is arranged, and wherein the sets of pistons (28a-28d; 28a'-28d ') from chamber (24; 24') to chamber (26; 26 ') in Circulation direction (46) are arranged offset to one another.
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