Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.Y.1970 59915 KI. 46 a, 53/00 MKP F02b 5b\0O U5tX^ 621.437 &*4 .Twórca wynalazku: inz. Arno Fischer Wlasciciel patentu: Halbergerhiitte G.m.b.H., Brebach/Saar (Niemiecka Republika Federalna) Silnik rotacyjny z wirujacymi tlokami Przedmiotem wynalazku jest silnik rotacyjny -z wirujacymi tlokami, zwlaszcza równolegloosiowy silnik z plaszczem, wyposazonym w powierzchnie biezne, które maja strefy zblizone i oddalone od osi, oraz w tlok, skladajacy sie z piasty tloka oraz suwaków tlokowych, przy czym pomiedzy dwiema strefami zblizonymi do osi znajduje sie komora robocza.Dotychczas silniki tego rodzaju budowano tylko dla ograniczonych cisnien czynnika roboczego. Za¬ stosowanie wysokich i najwyzszych cisnien powo¬ duje rózne utrudnienia. Suwaki tlokowe musza byc bardzo stabilne w celu wykazania odpowiedniej od¬ pornosci na sily, wystepujace przy wysokich cis¬ nieniach. W przypadku masywnego wykonania su¬ waków tlokowych okazalo sie jednak, ze suwaki te kazdorazowo po przesunieciu scian dzialowych, przedzielajacych komory robocze, zostaja wcisniete do komory roboczej, pozostajacej pod wplywem czynnika roboczego.Wykonany masywnie suwak wypieralby przy tym czynnik roboczy i równoczesnie podlegalby dziala¬ niu sily, odpowiadajacej jego srednicy oraz cisnie¬ niu czynnika, przeciwdzialajacej jego przestawnemu ruchowi. Przy zastosowaniu wysokich i najwyzszych cisnien sily te sa bardzo duze, co jest szczególnie niekorzystne z tej przyczyny, ze zastosowanie tego rodzaju cisnien pozwala na zastosowanie bardzo malych rozmiarów silnika, dopuszczajacych tylko ograniczone wymiary czesci, koniecznych do ruchu 10 20 25 30 suwaka tlokowego. Poza tym w przypadku stoso¬ wania wysokich cisnien konieczne jest szczególnie dobre uszczelnienie pomiedzy strona tloczna a stro¬ na odciazona suwaków tlokowych.Znany jest równolegloosiowy silnik rotacyjny, w którym boczne czesci sa trwale polaczone z tlokiem, a suwaki tlokowe sa prowadzone w czesciach bocz¬ nych. W silniku tym wybrania wykonane w scia¬ nach bocznych siegaja poza komore robocza, co wy¬ maga zastosowania elementów wypelniajacych, umieszczonych z boków suwaków tlokowych. Poza tym w silniku tym suwaki tlokowe sa wykonane w postaci masywnych tarcz, a nie w postaci otwar¬ tych rur, jak to ma miejsce w silniku wedlug wy¬ nalazku.W znanym silniku rotacyjnym suwaki tlokowe sa polaczone z popychaczami, których konce skiero¬ wane do osi sa zaopatrzone w krazki biezne. Krazki te znajduja sie pod dzialaniem sprezyn, zamocowa¬ nych do wspólsrodkowej krzywki. Odpowiednio do przebiegu powierzchni bieznej równiez krzywka ma strefy bliskie i oddalone od osi. Im mniejszy jest zakres katowy przejscia strefy bliskiej w strefe oddalona od osi, lub odwrotnie, tym bardziej stro¬ me jest wzniesienie krzywki sterujacej w obrebie przejscia, a w zaleznosci od tego promieniowe przy¬ spieszenie suwaka tlokowego.Dopuszczalne przyspieszenie suwaka oraz luko¬ we krzywizny krzywki wyznaczaja dolna granice zakresu katowego ruchu przejsciowego, oraz górna 599153 59915 4 granice liczby obrotów wirujacego tloka. W przy¬ padku zastosowania silnika wysokoobrotowego jego wymiary moga byc bardzo male. Im mniejszy sil¬ nik, tym wiekszy jest wznios krzywki, jezeli ruch suwaków ma sie odbywac w ograniczonej przes- strzeni.Celem wynalazku jest usuniecie wyzej wymienio¬ nych wad.Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku dzieki te¬ mu, ze boczne czesci tloka sa polaczone na stale z piasta tloka a suwaki tlokowe wykonane w po¬ staci rur z otwartymi koncami, sa prowadzone w jego czesciach bocznych* dzieki czemu maja duza wytrzymalosc. Poza tym dziejki otwartym koncom w czasie wchodzenia suwaka do komory roboczej czynnik roboczy wyparty przez isuwak moze przez suwak odplynac i wypelnic pusta przestrzen, po¬ wstala wskutek ruchu suwaka. W wyniku tego po obu stronach suwaka w czasie jego ruchu jest jed¬ nakowe cisnienie, na skutek czego sily nastawcze sa bardzo male.Czynnik roboczy równiez nie zostaje wtloczony do komory roboczej, lecz przedostaje sie do prze¬ ciwleglej koncówki suwaka tlokowego. Rurowe wykonanie suwaków tlokowych ma poza tym te zalete, ze przy ich duzej wytrzymalosci maja sto¬ sunkowo niewielki ciezar. Poza tym w miejscu sty¬ ku suwaków z czesciami bocznymi otrzymuje sie stosunkowo dluga powierzchnie uszczelniajaca, co stanowi zalete w przypadku stosowania wysokich cisnien.Wynalazek polega na tym, ze w komorze robo¬ czej, ograniczonej powierzchniami bieznymi pla¬ szcza tloka oraz czesci bocznych, znajduje sie co najmniej jeden suwak tlokowy przylegajacy do po¬ wierzchni bieznej plaszcza, .przy czym czesci bocz¬ ne sa ipolaczone na stale z tlokiem, a suwaki tlo¬ kowe sa prowadzone w czesciach bocznych, oraz ze suwaki tlokowe sa wykonane w postaci rur z otwartymi koncami.Wedlug innej odmiany silnika wedlug wynalaz¬ ku uksztaltowanie komór roboczych oraz suwaków tlokowych mozna stosowac równiez w silnikach o pochylonych osiach o dowolnym nachyleniu po¬ wierzchni bieznych do osi obrotu silnika.W innej odmianie silnika wedlug wynalazku os suwaków tlokowych przebiega pod katem do pla¬ szczyzny promieniowej.Wedlug wynalazku rurowe suwaki tlokowe sa wykonane tak, ze sa po stronie wewnetrznej wzmocnione, na przyklad za pomoca mostków lub zeber. W pewnych przypadkach suwaki tlokowe wykonuje sie w postaci dwóch równoleglych rur.Wedlug innej odmiany silnika rurowy suwak tlokowy jest na koncu od strony powierzchni biez¬ nej zaopatrzony w uszczelke.W innej, korzystnej odmianie konstrukcyjnej, kolejne komory robocze tworza pierscieniowa ko¬ more, podzielona za pomoca scian dzialowych, przy czym szerokosc rur tlokowych, w przypadku rur tlokowych o przekroju kolowym o srednicy wiek¬ szej, niz srednica komory pierscieniowej, mierzo¬ nej w plaszczyznie przebiegajacej przez os silnika i rur tlokowych jest uksztaltowana tak, ze rury tlokowe w zasiegu wspóldzialania z plaszczem unoszacym sciany dzialowe sa w stosunku do niego- zamkniete ksztaltowo.Wedlug wynalazku kazdy suwak tlokowy jest przesuwany za pomoca polaczonej z nim krzywki sterujacej, dostosowanej do powierzchni bieznej.Krzywka ta wspóldziala z elementami prowadza¬ cymi i wraz z nimi znajduje sie poza komorami roboczymi. Sterowanie moze odbywac sie równiez, za pomoca innych elementów ruchomych. Stero¬ wanie moze równiez odbywac sie za pomoca krzywki, skladajacej sie z rowka krzywkowego, w który przypieraja krazka tloczne, ulozyskowane na koncach elementów kierujacych, polaczonych wy- chylnie z suwakami tlokowymi. Krzywka steru¬ jaca jest ewentualnie tylko w strefach zblizonych do osi powierzchni bieznej wykonana w postaci rowka krzywkowego, a w pozostalej swej czesci ma postac krzywki wypuklej na zewnatrz. W nie¬ których przypadkach korzystne jest zastosowanie krzywki elastycznej na poszczególnych odcinkach powierzchni bieznej.W innej odmianie silnika, w przypadku gdy ele¬ menty prowadzace nie sa zamkniete ksztaltowo, droga posuwu suwaków tlokowych jest ograniczo¬ na za pomoca ograniczników ruchu.Urzadzenie wedlug wynalazku mozna równiez wykonac w ten sposób, ze co najmniej dwa silniki umieszcza sie symetrycznie tak, ze stanowia one calosc konstrukcyjna, majaca wspólna komore pierscieniowa i tworza silnik o przeciwbieznym ukladzie cylindrów. Mozna równiez polaczyc kilka silników jednym wspólnym walem, przy czym po¬ miedzy sasiednimi rurami tlokowymi znajduja sie; otwory laczace. Wolne przestrzenie po stronie od¬ wrotnej w stosunku do przestrzeni roboczej rur tlokowych mozna przy tym wykonac równiez w postaci komór roboczych. Utworzona w ten sposób komore pierscieniowa dzieli sie za pomoca scian dzialowych przedstawionych w stosunku do siebie.Korzystnie, stosuje sie takie wykonanie silnika, w którym liczba tloków stanowi wielokrotnosó liczby scian dzialowych, poniewaz w przypadku wysokich cisnien czynnika roboczego zapewnione jest wzajemne znoszenie sie sil, wytwarzanych przez ten czynnik, dzialajacych na os óbrojtu w czasie obrotu wirnika. W przypadku niesyme¬ trycznego wykonania silnika, duze sily promienio¬ we dzialajace na os lub ulozyskowanie wirnika moglyby uniemozliwic budowe tego rodzaju sil¬ nika.Krzywka sterujaca zastosowana w silniku we¬ dlug wynalazku zapewnia to, ze suwaki tlokowe w obrebie strefy zblizonej do osi powierzchni bieznej zostaja wyprowadzone z zasiegu komór roboczych w celu zapobiezenia wejscia suwaków tlokowych do stref bliskich osi. Dla pelnego wykorzystania objetosci komór roboczych, promieniowy ruch su¬ waków tlokowych odbywa sie w stosunkowo nie^ wielkim zakresie katowym na koncu komór robo¬ czych.W silniku wedlug wynalazku, dzieki specjalne¬ mu uksztaltowaniu krzywki sterujacej, mozliwa jest budowa silnika o niewielkich wymiarach bez przekroczenia dopuszczalnego przyspieszenia suwa¬ ków tlokowych. W przypadkach, gdy w silniku 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60JHMOS # wedlug wynalazku Komora pierscieniowa utworzo¬ na przez kolejne komory robocze jest w calej swej dlugosci wykonana w postaci wglebienia w korpu¬ sie, mieszczacym tloki, przy czym tloki sa wyko¬ nane w postaci obustronnie otwartych rur, tloki w czasie obrotu poruszaja sie rytmicznie w kierun¬ ku ich osi z zamknietej z tylu komory do komory pierscieniowej i z powrotem.Ma to miejsce szczególnie w przypadku, gdy os rur tlokowych jest równolegla do osi obrotu silni¬ ka, poniewaz w przypadku czolowego polaczenia korpusu unoszacego sciany dzialowe z korpusem mieszczacym tloki, cisnienie czynnika odpychaloby oba korpusy w kierunku osiowym. Dzieki kon¬ strukcji wedlug wynalazku, w której korpus uno¬ szacy sciany dzialowe zamyka cylindrycznie ko¬ more pierscieniowa, zapobiega sie temu.Przedmiot wynalazku tytulem przykladu jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia promieniowy przekrój przez srodek pier¬ scieniowej komory roboczej silnika, fig. 2 — prze¬ krój podluzny silnjka, fig. 3 — przekrój przez osa¬ dzenie okraglego suwaka tlokowego w bocznych czesciach tloka, fig. 4 — przekrój okraglego suwaka tlokowego, wzmocnionego przez wewnetrzne zebro, iig. 5 —przekrój suwaka tlokowego, skladajacego sie z dwóch rur umieszczonych obok siebie, fig. 6 — przekrój podluzny silnika, w którym osie rur tlo¬ kowych sa Tównolegle do osi obrotu silnika, fig. 7 — przekrój podluzny silnika, w którym komory robo¬ cze tworzace komore pierscieniowa sa wykonane w postaci wglebienia w czesci obiegajacej, fig. 8 — wycinek przekroju promieniowego wzdluz linii A — A wedlug fig. 7, fig. 9 — przyklad polaczenia dwóch silników, polaczonych przeciwlegle, stano¬ wiacych jedna calosc.Na fig. 1 — 3 przedstawiono silnik hydrauliczny, w którym kadlub 1 jest ulozyskowany nieruchomo za pomoca ograniczników ruchu lub krzywek 2, zapobiegajacych jego ruchowi obrotowemu. Ka¬ dlub 1 tworzy wraz z piasta tloka 3 pierscieniowa komore 4, podzielona przez zamocowane do kadlu¬ ba 1 przegrody 5 oraz suwaki tlokowe 6 osadzone w piascie 3. Silnik ma dwie przegrody 5, z których kazda jest zaopatrzona w wlot 7 oraz wylot 8 dla czynnika roboczego.Komora pierscieniowa jest podzielona na dwie komory robocze. Ilosc suwaków tlokowych 6 wy¬ nosi cztery, w wyniku czego osiaga sie to, ze obie komory robocze sa stale czynne.Równiez ilosc tloków jest dwukrotnie wieksza od ilosci przegród, dzieki czemu promieniowe ob¬ ciazenia powstajace w obu komorach roboczych znosza sie wzajemnie. Suwaki tlokowe 6 sa wyko¬ nane w postaci obustronnie otwartych rur o prze¬ kroju kolowym. Wedlug wynalazku stosuje sie poza tym równiez suwaki tlokowe o przekroju kwadratowym lub prostokatnym. Os suwaków tlo¬ kowych 6 przebiega promieniowo i w tym samym kierunku suwaki 6 w czasie obrotu tloka 3 poru¬ szaja sie z komór 9 do pierscieniowej komory 4 i z powrotem.Tylna czesc komory 9 jest zamknieta, mozliwe jest jednak równiez polaczenie dwóch równolegle pracujacych komór silnika, to znaczy w przypadku 30 sitoiiika, przedstawionego na fig. 1, dwóch przeciw¬ leglych komór 9. Z fig. 2 i 3 wynika, ze srednica suwaków tlokowych 6 jest wieksza, niz szerokosc 46 pierscieniowej komory 4. Osiaga sie przez to 5 dlugosc uszczelnienia pomiedzy komorami, po obu stronach suwaków 6, odpowiadajaca rozmiarom lu¬ ku 24 -7? 24. W przypadku gdyby szerokosc 25 pier¬ scieniowej komory. 4 byla równa srednicy suwa¬ ków tlokowych, pomiedzy suwakami a bocznymi io scianami komory pierscieniowej istnialby tylko styk 'liniowy i tym samym niewielka dlugosc uszczelnienia.Równiez w kierunku obwodowym dzieki suwa¬ kom tlokowym powierzchnia uszczelnienia pomie- 15 dzy stronami czolowymi suwaków, a wewnetrzna powierzchnia plaszcza kadluba 1 jest wieksza niz w znanych konstrukcjach z plaskimi zasuwami.Najmniejsza dlugosc uszczelniania odpowiada po¬ dwójnej grubosci sciany suwaka tlokowego. 20 Zwiekszenie grubosci scian suwaka tlokowego w celu zwiekszenia ich odpornosci na wysokie cisnie¬ nie czynnika powoduje wiec poprawienie uszczel¬ nienia.Wedlug wynalazku na stronie czolowej suwaka 25 tlokowego wspólpracujacej z wewnetrzna po¬ wierzchnia plaszcza kadluba 1 umieszcza sie rów¬ niez wykladzine uszczelniajaca i/lub poslizgowa, jak gume, odporna na dzialanie oleju, stop lozy¬ skowy itd. Wykladzina moze byc równiez wyko¬ nana w postaci wspólsrodkowego pierscienia osa¬ dzonego w suwaku tlokowym.Z fig. 1 wynika równiez, ze dlugosc przegród 5 w kierunku ruchu jest w poblizu dna komory pier- 35 scieniowej wieksza, niz srednica suwaków tloko¬ wych. W wyniku tego osiaga sie to, ze w czasie podchodzenia zasuw tlokowych 6 pod przegrody 5, jak to przedstawiono na fig. 1 na przykladzie obu suwaków z osiami, skierowanymi poziomo, czolo- wa powierzchnia przegrody 5 zwrócona do wew¬ natrz wspóldziala w tym czasie uszczelniajaco z dnem plaszcza komory pierscieniowej.W czasie obrotu piasty tloka suwaki 6 przesu¬ wane sa z komór 9 do pierscieniowej komory 4 45 i z powrotem. Odbywa sie to mechanicznie za po¬ moca krazka 11, polaczonego przez czesc 10 z su¬ wakiem 6 oraz powierzchnia biezna 12. Ruch ten moze odbywac sie równiez za pomoca hydraulicz¬ nego urzadzenia pomocniczego. Czesc 13 powierzch- 50 ni bieznej 12, jak to przedstawiano na fig. 1 na przykladzie górnej polowy powierzchni bieznej, moze byc wykonana jako element elastyczny w postaci podkladki 14 z gumy lub innego elastycz¬ nego tworzywa, lub umieszczona sprezynujaco za 55 pomoca sprezyn 15.Osiaga sie przez to to, ze suwaki tlokowe 6 przy¬ legaja sprezynujaco do powierzchni komory pier¬ scieniowej kadluba 1. Posuw suwaków 6 do pier¬ scieniowej komory 4 mozna ograniczyc za pomoca 60 ograniczników ruchu. Jako ograniczniki moga slu¬ zyc konce 16 przedstawionych na fig. 2 pierscieni poslizgowych i uszczelniajacych 17, umieszczonych w kadlubie 1, lub ograniczanie 18 wybrania 19 w piascie tloka 3 do czopów zabierakowych 20. Oba 65 ograniczniki moga byc równiez czynne równo-59915 7 8 czesnie. Ma to duze znaczenie z uwagi na znaczne cisnienie czynnika, dzialajacego na ograniczniki.Z lewej strony na fig. 2 przedstawiono pierscie¬ nie uszczelniajace 17, sluzace jako uszczelnienie pomiedzy kadlubem 1 a piasta tloka 3, sluzace równoczesnie do ulozyskowania piasty tloka 3.Uszczelnienie to mozna przeprowadzic równiez w inny sposób. Po prawej stronie na fig. 2 przedsta¬ wiono pierscieniowe zgrubienia uszczelniajace 21.Ulozyskowanie piasty 3 w kadlubie 1 mozna rów¬ niez wykonac w inny odpowiedni sposób. Na fig. 1 i 2 widac, ze powierzchnia biezna 12 jest wysunie¬ ta mozliwie najdalej na zewnatrz, co umozliwia stosunkowo niewielki wznios krzywki.Na fig. 2 powierzchnia biezna 12 jest umieszczo¬ na u góry, a napedowy kolnierz 22 piasty 3 u dolu.Odpowiednio do tego przebiega powierzchnia biez¬ na, w wyniku czego osiaga sie prosta konstrukcje przeciwleglej -do strony napedowej, strony pier¬ scieniowej komory 4. Mozna równiez po obu stro¬ nach pierscieniowej komory 4 umiescic po jednej powierzchni bieznej 12.Na fig. 4 pokazano przekrój suwaka tlokowego o przekroju kolowym, wzmocnionego mostkiem, przebiegajacym w kierunku osi sily. Ma to szcze¬ gólne znaczenie w przypadku, gdy suwak tlokowy w celu obnizenia jego ciezaru jest wykonany jako rura cienkoscienna, co jest korzystne w silnikach wysokoobrotowych. Strona czolowa suwaków jest jednak równiez w tym .przypadku gruboscienna, w celu uzyskania dostatecznej dlugosci uszczelnienia.Na fig. 5 przedstawiono przekrój suwaka tloko¬ wego, skladajacego sie z dwóch rur umieszczonych obok siebie w kierunku szerokosci komory robo¬ czej. Osiaga sie przez to zmniejszenie wymiarów suwaka w kierunku obwodu, co ma duze znaczenie w przypadku podzialu komory pierscieniowej na mozliwie najwieksza ilosc komór rohoczych.Wykonanie suwaka z dwóch rur ma te zalete, ze równiez w tym przypadku, podobnie jak przy wy¬ konaniu suwaka z jednej rury, komory, w których suwaki poruszaja sie promieniowo w piascie 3 wy¬ konuje sie przez proste wywiercenie otworu w pia¬ scie 3. Z fig. 5 wynika tez, ze równiez suwak skla¬ dajacy sie z dwóch rur zazebia sie obustronnie w bocznych scianach komory pierscieniowej, w wy¬ niku czego osiaga sie mozliwie najwieksza po¬ wierzchnie uszczelnienia. Odpowiedni luk jest krótszy w stosunku do suwaka wykonanego z jed¬ nej rury. Szczelnosc mozna zwiekszyc za pomoca urzadzen uszczelniajacych 23, które mozna stoso¬ wac równiez w suwakach, wykonanych z jednej rury.Na fig. 7 przedstawiono przyklad wykonania sil¬ nika, w którym osie rur tlokowych przebiegaja równolegle do osi obrotu silnika. Stanowi to rów¬ noczesnie przyklad polaczenia dwóch lub kilku po¬ szczególnych silników w jedna calosc konstruk¬ cyjna. Równiez w tym przypadku komory 9 obu wspólpracujacych tloków 6 sa polaczone za pomoca otworu 26.Inna odmiana konstrukcyjna jest -przedstawiona na fig. 7 i 8. W odmianie tej nieruchomy kadlub 27 jest wyposazony w przegrody 28. Po obu stronach przegród 28 znajduja sie wloty 29 i^wyloty 30 dla czynnika roboczego. W wirujacej czesci 31 silnika znajduje sie pierscieniowa komora 32, zamknieta cylindrycznie przez kadlub 27. Wokól czesci 31 sa umieszczone wzdluznie ruchomo rurowe tloki 33* 5 W czasie obrotu wirnika 31 tloki 33 poruszaja sie rytmicznie za pomoca czopów 34, krazków 35 oraz leków 36 z komory 37 do pierscieniowej komory 32 i z powrotem. W ten sposób powstaje przelot dla przegród 28 umozliwiajacy przejscia pierscieniowej komory 32.Wedlug wynalazku szerokosc 40 rur tlokowych 33 mierzona w plaszczyznie, przebiegajacej przez os silnika i os tloków jest wieksza od wymiarów ko¬ mory pierscieniowej, w tym przypadku od jej pro¬ mieniowej wysokosci 41. Osiaga sie dzieki temu nie tylko styk liniowy pomiedzy tlokami rurowy¬ mi a scianami komory pierscieniowej, lecz równiez dluga powierzchnie uszczelniania w kierunku ob¬ wodu.Jak przedstawiono na fig. 8, przegrody 28 maja w kierunku obwodu taka grubosc 42, ze zakrywa¬ ja otwory przelotowe 38 w scianie komory pier¬ scieniowej, przez które to otwory przechodzi rura tlokowa. Zakryte zostaje równiez wybranie 39 dla ruchu rury tlokowej w wirniku 31, poniewaz dlu¬ gosc 43 wybrania w kierunku obwodu jest znacz¬ nie mniejsza, niz grubosc przegrody 28, mierzona w kierunku obwodu.Na fig. 9 przedstawiono przyklad przeciwleglego polaczenia dwóch silników w jedna calosc, two¬ rzacych wspólna komore pierscieniowa. Pierscie¬ niowa komora 32 jest w tym przypadku umieszczo¬ na w srodku silnika. Tloki 33 poruszaja sie z obu stron przeciwbieznie do pierscieniowej komory 32 i z powrotem. Tloki 33 stykaja sie w srodku pier¬ scieniowej komory 32, przy czym w celu uszczel¬ nienia miejsca styku tloków stosuje sie odpowied¬ nie srodki. Przyklad wykonania wedlug fig. 9 ma w stosunku do przykladu z fig. 6 te zalete, ze dro¬ ga przeibywana rytmicznie przez tloki jest o polowe krótsza. PL