WO2014086838A2 - Aggregat, insbesondere verbrennungsmotor oder kompressor - Google Patents

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WO2014086838A2
WO2014086838A2 PCT/EP2013/075504 EP2013075504W WO2014086838A2 WO 2014086838 A2 WO2014086838 A2 WO 2014086838A2 EP 2013075504 W EP2013075504 W EP 2013075504W WO 2014086838 A2 WO2014086838 A2 WO 2014086838A2
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pistons
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axis
housing
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Herbert Huettlin
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Herbert Huettlin
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/008—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for rotary or oscillating-piston machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C9/00—Oscillating-piston machines or engines
    • F01C9/005—Oscillating-piston machines or engines the piston oscillating in the space, e.g. around a fixed point

Definitions

  • the invention relates to an aggregate, in particular a compressor or internal combustion engine, with a housing in which four pistons are arranged, of which a first piston, a first end surface, a second piston, a second end surface, a third piston facing one of the first end surface third end face and a fourth piston having a fourth end face facing the second end face, the limited stroke reciprocating pistons reciprocating about a pivot axis with a piston cage disposed in the housing in which the four pistons are disposed, further including a control mechanism in the housing having a cam member on which the pistons are guided for generating their pivotal movements, wherein the pistons are rotatable together with the piston cage or the cam member about an axis of rotation perpendicular to the pivot axis in the housing, the cam member radially outward the piston is annular around the axis of rotation around is arranged, and with working chambers in the housing for each working medium, which are formed between the mutually facing end surfaces of the piston.
  • Such an aggregate is known from WO
  • the unit according to the present invention may be designed in basic construction as a compressor or internal combustion engine. In further embodiments of the unit according to the invention this can be formed by supplementing with an electromotive part as a power generator or hybrid engine. In the case of the embodiment of the unit according to the invention as a compressor, the aggregate can work without external drive by supplementing with an electromotive part by the electromotive part supplies the drive energy for the compressor.
  • the present invention is not limited to the above examples.
  • the known from the document WO 201 1/147492 A2 mentioned above has a piston motor part, which has four pistons arranged in a spherical housing.
  • the pistons are housed in a piston cage. Due to the spherical housing, the known unit and the unit according to the invention is also referred to as a spherical motor or generally spherical aggregate.
  • two pistons are rigidly connected to a pair of pistons, so that a total of two pairs of pistons with a total of four pistons are present.
  • the known unit has a total of two working chambers for each working medium.
  • a first working chamber is formed between the first end surface of the first piston and the third end surface of the third piston facing thereto
  • the second working chamber is formed between the second end surface of the second piston and the fourth end surface of the piston facing thereto.
  • the first pair of pistons and the second pair of pistons of the known unit perform reciprocating pivotal movements about a common
  • the first working chamber decreases in volume by moving the first end surface of the first piston and the third end surface of the third piston toward each other, while at the same time the volume of the second working chamber increases move the second end surface of the second piston and the fourth end surface of the fourth piston away from each other.
  • the known ball motors have to generate the reciprocating pivotal movements of the four pistons a cam member on which the four pistons are guided. It is envisaged that either the cam member is rotatable about a pivot axis perpendicular to the axis of rotation in the housing, while the four pistons do not participate in the rotational movement, or the four pistons together with the piston cage are rotatable together about the axis of rotation, while the cam member is not around the rotation axis rotates. In both cases mentioned above, the cam member of the known aggregates on two control cams, which are both formed approximately sinusoidal.
  • the sinusoidal design of the cams is, at least at higher speeds, disadvantageous insofar as the leadership of the piston on the cams when rotating the piston about the axis of rotation or when revolving the cam member about the axis of rotation is subjected to permanent changes in direction according to the sinusoidal shape, which at least at higher speeds lead to a "ski jump effect" and thus can affect the smoothness of the unit.
  • this object is achieved in terms of the aforementioned aggregate in that between the first end surface of the first piston and the third end surface of the third piston, a first and a second working chamber are formed, which are tightly separated from each other by a first partition, and in that between the second end surface of the second piston and the fourth end surface of the fourth piston, a third and a fourth working chamber are formed, which are closely separated by a second partition.
  • the advantage is achieved that the two facing end surfaces of the first and third pistons and the second and fourth piston no longer have to perform opposing pivotal movements to the Boxer principle, because the End surfaces of the pistons now work against the non-participating in the pivoting partitions walls.
  • the first and the third piston work against the first partition
  • the second and fourth pistons work against the second partition.
  • the advantage is achieved that the first piston and the third piston do not have to work simultaneously against the first partition, but can work alternately, that is with a phase difference, against the first partition.
  • control mechanism is designed so that all pistons are pivotable in the same direction, such that the first working chamber and the fourth working chamber occupy their maximum volume, when the second and the third working chamber their minimum volume take and vice versa.
  • the cam member has, in a further preferred embodiment, two control cams, which extend in a circle around the axis of rotation around, wherein circular levels of the cams with respect to an axis perpendicular to the pivot axis and the axis of rotation obliquely.
  • one of the leadership of the first and third piston is used on the cam member, while the other cam serves to guide the second and fourth piston on the cam member.
  • the particularly easy to manufacture embodiment of the cam member with two circular with respect to the axis of rotation formed cams has the particular advantage that the smoothness of the unit, that is, when the pistons are guided during operation of the unit along the two cams, is particularly high. Because of the circular configuration of the two cams, the pistons experience no change of direction in their guidance on the two control cams, as in the case of sinusoidal control cams which is particularly noticeable at high speeds, the tendency that the pistons jump in the direction changes of the leadership as on a ski jump.
  • the two cams preferably extend in the sense of a same direction pivotal movement of all pistons substantially parallel to each other.
  • the cam member of the unit according to the invention can be in contrast to the curve members with sinusoidal control cams of the known units particularly simple and therefore inexpensive to produce.
  • first and the second piston are rigidly connected together to form a first pair of pistons
  • third and the fourth piston are rigidly connected together to form a second pair of pistons.
  • This measure has the advantage that only two bearings are required for the storage of the four pistons on the pivot axis, namely only one bearing for each pair of pistons. As a result, the number of parts is advantageously reduced.
  • At least one adjoining the first end surface first end portion of the first piston and at least one adjoining the third end surface third end portion of the third piston in a first piston guide sleeve gas-tight sliding guided, and at least one A second end section of the second piston adjoining the second end surface and at least one fourth end section of the fourth piston adjoining the fourth end surface are slidably guided in a gas-tight manner in a second piston guide sleeve.
  • first and third pistons and the second and fourth pistons are no longer accommodated directly in an incorporated into the piston cage in the inner wall piston guide, but in a piston cage arranged in the first and second piston guide sleeve, which is fixed in position with the piston cage are, but are preferably separable from this.
  • the inner wall of the respective piston guide sleeve forms the peripheral wall of the respective working chamber.
  • the separate embodiment of the piston guide in the form of piston guide sleeves has the advantage that the piston guide sleeves can be made of a different material than the piston cage.
  • the piston guide sleeves can be made of a particularly abrasion-resistant material, the piston guide sleeves may be provided on the inside if necessary with a coating.
  • the piston cage may be made of high quality steel, titanium or cast aluminum, while the piston guide sleeves may be made of an aluminum alloy with a Nikasil coating, titanium sintered metal, magnesium or ceramic sinter.
  • the piston guide sleeves can be made particularly thin-walled, which significantly improves the heat dissipation of the piston in the working chambers.
  • the piston cage since he no longer has to ensure the gas-tightness in the working chambers in this embodiment, be provided with large openings at least in the area of the piston guide sleeves, whereby the piston guide sleeves are outside very well accessible for a lubricant / coolant.
  • the piston guide sleeves can advantageously be replaced when worn, without having to replace the entire piston cage.
  • the first end portion of the first piston and the third end portion of the third piston and the second end portion of the second piston and the fourth end portion of the fourth piston are sealed to the respective inner wall of the respective piston guide sleeve only by means of at least one seal arranged on the piston at.
  • the external walls of the abovementioned te of the pistons are preferably not in direct contact with the inner walls of the piston guide sleeves to significantly reduce friction losses.
  • first partition is arranged in the first piston guide sleeve and the second partition in the second piston guide sleeve.
  • the first piston guide sleeve including the first partition wall is formed monolithic, and / or the second piston guide sleeve is formed monolithic including the second partition wall.
  • An advantage of this is that due to the monolithic design of the piston guide sleeves together with integration of the two partitions in the two piston guide sleeves any leaks in the first and second working chamber or the third and fourth working chamber, especially in the region of the partitions, avoided.
  • first piston pair has a first piston pair body, wherein the first end portion and the second end portion detachably connected to the first Piston pair body are connected, and / or when the second pair of pistons has a second piston pair body, wherein the third end portion and the fourth end portion are releasably connected to the second piston pair body.
  • This embodiment is particularly advantageous in connection with a monolithic design of the two piston guide sleeves, since the detachable connection of the respective end portions of the respective piston pair, the installation of the piston in the respective piston guide sleeve despite their indivisibility is significantly simplified.
  • the end portions can be inserted on both sides of the respective partition in the respective piston guide sleeve, and then the respective piston pair body is attached to the end sections already used in the piston guide sleeves and then, for example by means of screws, which from the side facing away from the respective end portion are used in the respective piston pair body to be screwed to the respective end portion.
  • the end sections have thereby the actual piston function and thus represent the actual piston, while the piston body, which connects the end portions, has the function of a connecting rod.
  • piston pair bodies can be made of a lightweight, tough carbon fiber composite material, titanium, aluminum alloy or another light and tough material, while the piston end sections may be made from typical piston aluminum or other light metal such as magnesium.
  • the end portions may also be made of a carbon fiber composite or ceramic.
  • Kolbenendabitese which represent the actual piston with sealing tasks, are interchangeable, or adapted to any particular application of the unit and executed.
  • first piston guide sleeve and the second piston guide sleeve are fixed in the piston cage by positive locking. It is advantageous that for fixing the position of the piston guide sleeve in the piston cage no additional fixing, such as fittings or the like, are required to keep the piston guide sleeve in a stable position. In addition, this reduces the assembly effort when installing the piston guide sleeves in the piston cage, and the piston guide sleeves can be very easily and quickly removed for replacement against another piston guide sleeve.
  • the positive connection is preferably realized by a positive play-free enclosure of the piston guide sleeves through the piston cage.
  • first partition wall and / or the second partition are formed chambered with at least one cavity.
  • the provided with at least one cavity partitions can be internally cooled, which is equivalent to a cylinder head cooling. It can be integrated into the partitions cooling coils.
  • partitions can be formed as an integral hollow profile with web walls transverse to the dividing wall surface, so that the partitions are highly pressure-stable and can withstand the resulting pressures in the working chambers well.
  • the cam member is rotatable about the axis of rotation, and the cam member is rotatably connected to a rotor of an electromotive part which is arranged in the housing.
  • the piston cage can be rotatable together with the four pistons about the axis of rotation, and the piston cage is rotatably connected to a rotor of an electromotive part which is arranged in the housing.
  • the unit according to the invention is thus equipped with a piston engine and with an electromotive part.
  • the aggregate according to the invention can thus be used, for example, as a compressor work, wherein the drive electric motor is integrated into the unit, or the unit can operate as a current generator by the piston motor part drives the electromotive part, so that it generates electrical energy.
  • each of the four working chambers is assigned in each case an inlet and an outlet for a respective working medium.
  • the four working chambers of the unit according to the invention are each capable of running the same work process as the other three working chambers, whereby correspondingly each working chamber must have a gas inlet and a gas outlet.
  • each working chamber is associated with an inlet for a combustion medium and optionally an ignition means, for example a spark plug.
  • FIG. 1 shows an aggregate according to a first embodiment in a longitudinal section perpendicular to a pivot axis and parallel to a rotation axis;
  • FIG. 2 shows an inner part of the unit in FIG. 1, the housing having been omitted with respect to FIG. 1, and the pistons in FIG. 2 being shown in an operating position which is changed with respect to FIG. 1;
  • Figure 3 shows the inner part of the unit of Figure 2 in a perspective view.
  • Figure 4 shows the inner part of the unit in a representation as in Figure 2, wherein the pistons are shown in a relation to Figure 2 changed operating position ..;
  • FIG. 5 shows the inner part of the unit in a representation as in FIG. 2, the pistons being shown in yet another operating position
  • FIG. 7a shows the piston pair in the assembled state
  • FIG. 7b shows the piston pair in disassembled state
  • Figure 7 is a half of a cam member of the unit in Fig. 1 in a plane
  • Figure 8 shows half of the cam member in Figure 8 in a perspective view.
  • Figure 9 shows a piston cage of the assembly in Figure 1 with piston guide sleeves inserted therein, wherein one of the piston guide sleeves is shown broken, and wherein two halves of the piston cage are shown exploded.
  • FIG. 10 shows an assembly according to a further exemplary embodiment modified relative to the unit in FIG. 1 in a representation as in FIG. 1.
  • Fig. 1 an aggregate provided with the general reference numeral 10 is shown.
  • the unit 10 is configured in the embodiment shown as a compressor with an integrated electromotive part.
  • the engine 10 may also be used as an internal combustion engine with an integrated electromotive part.
  • use as a compressor is a preferred use.
  • FIGS. 2 to 9. 10 shows a slightly modified embodiment of the unit 10.
  • the assembly 10 has a housing 12, which is essentially formed by two housing halves 14 and 16.
  • the two housing halves 14 and 16 are fastened to each other via a plurality of screws, not shown.
  • a piston motor part 18 and an electromotive part 20 are arranged in the housing 12.
  • the piston motor part 18 with reference to Figs. 2 to 9, described in more detail.
  • the piston engine part 18 has a first piston 22, a second piston 24, a third piston 26 and a fourth piston 28.
  • the first piston 22 and the second piston 24 are rigidly connected to a first pair of pistons 29.
  • the third piston 26 and the fourth piston 28 are rigidly connected to a second pair of pistons 30.
  • Fig. 6a) and b) show the first pair of pistons 29 in isolation.
  • the first pair of pistons 29 has a total of three parts (the same applies to the second pair of pistons 30).
  • the piston pair 28 has a piston pair body 32, to both sides of a first end portion 34 of the first piston 22 and a second end portion 36 of the second piston 24 is releasably connected.
  • the detachable connection of the end portions 34 and 36 with the piston pair body 32 is realized by means of screws 38, 40 and 42, 44.
  • the end portions 34 and 36 form the actual pistons 22 and 24.
  • the Piston pair body 32 which has the function of a connecting rod, furthermore has a bearing eye 46.
  • the second pair of pistons 30 has respective end portions 35 and 37 and a piston pair body 33 (see FIG. 2).
  • the pistons 22, 24, 26, 28 are pivotally mounted on an axle 48, the axle 48 defining a pivot axis 50.
  • the bearing of the pistons 22, 24, 26, 28 on the axis 48 takes place here via the bearing eyes of the piston pair body, as described above for the bearing eye 46 of the piston pair body 32 of the piston pair 29.
  • the pistons 22, 24, 26, 28 perform reciprocating pivotal movements about the pivot axis 50 which are limited in stroke between a TDC position (top dead center) and a BDC (bottom dead center) position.
  • the first piston 22 has a first end surface 52
  • the second piston 24 has a second end surface 54
  • the third piston 26 has a third end surface 56
  • the fourth piston 28 has a fourth end surface 58.
  • the end faces 52, 54, 56, 58 are, as shown for example in Fig. 3, formed as circular surfaces.
  • Each of the pistons 22, 24, 26, 28 is assigned its own working chamber.
  • the first piston 22 is assigned a first working chamber 60
  • the second piston 24 has a second working chamber 62
  • the third piston 26 has a third working chamber 64
  • the fourth piston 28 is assigned a fourth working chamber 66.
  • the working chambers 60, 62, 64, 66 are used in the case of the embodiment of the unit 10 as a compressor for sucking a working medium, in particular air, and compressing and expelling thereof under pressure.
  • the first working chamber 60 is separated from the third working chamber 64 by a first partition, and the second working chamber 62 is separated from the fourth working chamber 66 by a second partition 70.
  • the separation of the working chambers 60, 64 and 62, 66 from each other through the partition walls 68, 70 is gas-tight, so that a transfer of working fluid between the working chambers 60, 64, 62, 66 is avoided.
  • the partitions 68, 70 are chambered with at least one cavity, in each case three cavities 68a, 68b, 68c or 70a, 70b, 70c (see FIG. 2).
  • the first working chamber 60 is thus seen in the pivoting direction of the piston 22 through the first end surface 52 and a first wall surface 72 of the partition 68, the second working chamber 62 through the second end surface 54 and a second wall surface 74 of the partition wall 70, the third working chamber 64 bounded by the third end surface 56 and a third wall surface 76 of the partition wall 68 and the fourth working chamber 66 by the fourth end face 58 and a fourth wall surface 78 of the partition wall 70.
  • the unit 10 further comprises a control mechanism 80.
  • the control mechanism 80 has a cam member 82, which is shown in half in each case in FIGS. 7 and 8 in isolation.
  • the cam member 82 has two control cams 84 and 86, which extend with respect to a rotation axis 88 (see also Fig. 1), which is to be understood as the pivot axis 50 as a geometric axis, circular by 360 °.
  • the axis of rotation 88 extends perpendicular to the pivot axis 50.
  • the control curves 84 and 86 define circle planes which, with respect to a pivot axis 50 and the axis of rotation 88 perpendicular Symmetrieach- se 89 (see Fig. 7) obliquely.
  • the two control cams 84 and 86 run substantially parallel to one another.
  • the running members 91, 93, 95, 97 are in the form of balls, which are formed in ball mounts or ball sockets on a respective rear side of the pistons 22, 24, 26, 28 in the respective piston pair body 32, 33.
  • the four pistons 22, 24, 26, 28 are combined to form the pairs of pistons 29, 30, so that it would be possible in principle to associate only one of the pistons 22, 24 and 26, 28, a running member, the embodiment chosen here has the Advantage of a more uniform mass distribution.
  • the pistons 22, 24, 26, 28 are guided on the cam member 82.
  • the running members 91, 95 are guided along the control cam 84 and the running members 93, 97 along the control cam 86.
  • the cam member 82 is rotatable about the axis of rotation 88.
  • the pistons 22, 24, 26, 28, however, are fixed with respect to the axis of rotation 88.
  • the pistons 22, 24, 26, 28 Upon rotation of the cam member 82 about the axis of rotation 88, the pistons 22, 24, 26, 28 perform reciprocating pivotal movements.
  • the pivoting movements of all the pistons 22, 24, 26, 28 are in the same direction, that is, the pistons 22, 24, 26, 28 alternately pivot together in a clockwise direction and together in the counterclockwise direction about the pivot axis 50.
  • Fig. 1 shows an operating position of the pistons 22, 24, 26, 28, in which the working chambers 62 and 64 occupy their maximum volume, while the working chambers 60 and 66 occupy their minimum volume.
  • 2 shows, starting from FIG. 1, an operating position of the pistons 22, 24, 26, 28, in which all working chambers 60, 62, 64 and 66 occupy the same volume, that is, starting from FIG. 1, the volume of the working chambers has Increases 60 and 66, the volume of the working chambers 62, 64, however, reduced.
  • Fig. 3 shows the operating position of the pistons 22, 24, 26, 28 in Fig.
  • FIG. 4 shows an operating position of the pistons 22, 24, 26, 28, in which the working chambers 60 and 66 occupy their maximum volume, while the working chambers 62 and 64 now occupy their minimum volume.
  • the cam member 82 has rotated 180 ° about the axis of rotation 88.
  • the pistons 22, 24, 26, 28 again assume their operating position as in FIG. 1, which is also shown in FIG.
  • the piston engine part 18 of the unit 10 further comprises a piston cage 90, in which the pistons 22, 24, 26, 28 are arranged.
  • the piston cage 90 is also fixed in position relative to the axis of rotation 88.
  • the piston cage 90 is shown without the pistons 22, 24, 26, 28 in FIG. 9 alone.
  • the piston cage 90 is divided into two halves 92 and 94.
  • the piston cage 90 has at each end an end flange 96 and 98, via which the piston cage 90 is held fixed to the housing in the housing 12 (see also Fig. 1).
  • a first piston guide sleeve 100 and a second piston guide sleeve 102 are arranged in the piston cage.
  • the first piston guide sleeve 100 serves for the gas-tight sliding guidance of the first end portion 34 of the first piston 22 and the third end portion 35 of the third piston 26.
  • the second piston guide sleeve 102 serves in accordance with the gas-tight sliding guide of the second end portion 36 of the second Piston 24 and the fourth end portion 37 of the fourth piston 28.
  • the piston guide sleeves 100 and 102 have for receiving the Endab- sections 34, 35, 36, 37 corresponding receptacles, as shown in Fig. 9 for a receptacle 104 of the second piston guide sleeve 102 for the fourth end portion 37.
  • the piston guide sleeves 100 and 102 are like the pistons 22, 24, 26, 28 curved cylindrical, wherein the curvature of the piston guide sleeves 100 and 102 is concentric with the pivot axis 50.
  • the partition wall 68 is disposed in the piston guide sleeve 100, and the partition wall 70 in the piston guide sleeve 102.
  • the piston guide sleeve 100 and the piston guide sleeve 102 are each formed monolithically, including the partition wall 68 and the partition 70.
  • the monolithic that is, the undivided configuration of the piston guide sleeves 100 and 102 is made possible by the multi-part design of the piston pairs 29 and 30, as already described above.
  • piston guide sleeves 100, 102 For the assembly of the piston pairs 29, 30 with the piston guide sleeves 100, 102 namely the end portions 34, 35, 36, 37 are initially used without the piston pair body 32, 33 in the respective receptacle of the piston guide sleeves 100, 102, and then the piston pair body 32nd , 33 bolted to the end portions 34, 35, 36, 37.
  • the piston guide sleeves 100 and 102 extend only about a partial circumference about the pivot axis 50.
  • the assembly 10 has an inlet and an outlet for a working fluid for each of the working chambers 60, 62, 64, 66.
  • the working chamber 60 is associated with an inlet 106 and an outlet 108, the working chamber 62 an inlet 1 10 and an outlet 1 12, the working chamber 64 an inlet 1 14 and an outlet 1 16, and the working chamber 66 an inlet 1 18 and an outlet 120th
  • 128 valves in particular flutter valves, are arranged in the gas exchange openings 122, 124, 126, as shown for a flutter valve 130, which sits in the gas exchange opening 122.
  • the unit 10 is designed as an internal combustion engine, appropriate injectors for a fuel and possibly spark plugs are still provided so that in each of the working chambers 60, 62, 64, 66, a combustion process can take place.
  • the electromotive part 20 of the unit 10 has a rotor 132, which is formed in the embodiment of FIG. 1 by the rotating cam member 82 itself.
  • the cam member 82 which externally surrounds the pistons 22, 24, 26, 28 with respect to the axis of rotation 88, carries on its outside magnets 134 (see also Fig. 8).
  • the cam member 82 which thus forms the rotor 132 of the electromotive part 20, is rotatably mounted in the housing 12 via ring bearings 136 and 138 about the axis of rotation 88.
  • a stator 140 of the electromotive part 20 is arranged in the housing 12 and here has a core 142, for example.
  • An iron core which is surrounded by windings 144.
  • the electromotive part 20 is used in the case of the embodiment of the unit 10 as a compressor as an electric drive to put the cam member 82 in rotation about the axis of rotation 88 and thereby drive the piston motor part 18 of the unit 10, that is, the reciprocating Pivoting movements of the pistons 22, 24, 26, 28 to produce.
  • FIG. 10 shows an embodiment of an aggregate 10 'which is slightly modified with respect to the unit 10, wherein the aggregate 10' has the the same reference numerals have been used as for the unit 10, supplemented by a '.
  • the entire preceding description of the unit 10 applies with the following exceptions to the unit 10 ', so that reference is otherwise made to the description of the unit 10.
  • the difference of the unit 10 'to the unit 10 is that the cam member 82' is fixed to the housing in the housing 12 'is arranged. This meant that the cam member 82 'could not rotate about the axis of rotation 88'.

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Abstract

Ein Aggregat, insbesondere Kompressor oder Verbrennungsmotor, weist ein Gehäuse (12), in dem vier Kolben (22, 24, 26, 28) angeordnet sind, von denen ein erster Kolben (22) eine erste Endfläche (52), ein zweiter Kolben (24) eine zweite Endfläche (54), ein dritter Kolben (26) eine der ersten Endfläche (52) zugewandte dritte Endfläche (56) und ein vierter Kolben (28) eine der zweiten Endfläche (54) zugewandte vierte Endfläche (58) aufweist, wobei die Kolben (22, 24, 26, 28) mit begrenztem Hub um eine Schwenkachse (50) hin- und hergehend schwenkbeweglich sind, einen im Gehäuse (12) angeordneten Kolbenkäfig (90), in dem die vier Kolben (22, 24, 26, 28) angeordnet sind, weiterhin einen Steuermechanismus (80) in dem Gehäuse (12), der ein Kurvenglied (82) aufweist, an dem die Kolben (22, 24, 26, 28) zur Erzeugung ihrer Schwenkbewegungen geführt sind, wobei die Kolben zusammen mit dem Kolbenkäfig oder das Kurvenglied (82) um eine zur Schwenkachse (50) senkrechten Drehachse (88) in dem Gehäuse (12) drehbar sind bzw. ist, wobei das Kurvenglied (82) radial außerhalb der Kolben (22, 24, 26, 28) ringförmig um die Drehachse (88)herum angeordnet ist, und Arbeitskammern (60; 62; 64; 66) in dem Gehäuse (12) für jeweils ein Arbeitsmedium auf, die zwischen den einander zugewandten Endflächen (52, 56 und 54, 58) der Kolben (22, 24, 26, 28) gebildet sind. Dabei sind zwischen der ersten Endfläche (52) des ersten Kolbens (22) und der dritten Endfläche (56) des dritten Kolbens (26) eine erste und eine zweite Arbeitskammer (60, 62) gebildet, die durch eine erste Trennwand (68) dicht voneinander getrennt sind, und zwischen der zweiten Endfläche (54) des zweiten Kolbens (24) und der vierten Endfläche (58) des vierten Kolbens (28) sind eine dritte und eine vierte Arbeitskammer (64, 66) gebildet, die durch eine zweite Trennwand (70) dicht voneinander getrennt sind.

Description

Aggregat, insbesondere Verbrennungsmotor oder Kompressor
[0001] Die Erfindung betrifft ein Aggregat, insbesondere einen Kompressor oder Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse, in dem vier Kolben angeordnet sind, von denen ein erster Kolben eine erste Endfläche, ein zweiter Kolben eine zweite Endfläche, ein dritter Kolben eine der ersten Endfläche zugewandte dritte Endfläche und ein vierter Kolben eine der zweiten Endfläche zugewandte vierte Endfläche aufweist, wobei die Kolben mit begrenztem Hub um eine Schwenkachse hin- und hergehend schwenkbeweglich sind, mit einem im Gehäuse angeordneten Kolbenkäfig, in dem die vier Kolben angeordnet sind, weiterhin mit einem Steuermechanismus in dem Gehäuse, der ein Kurvenglied aufweist, an dem die Kolben zur Erzeugung ihrer Schwenkbewegungen geführt sind, wobei die Kolben zusammen mit dem Kolbenkäfig oder das Kurvenglied um eine zur Schwenkachse senkrechte Drehachse in dem Gehäuse drehbar sind bzw. ist, wobei das Kurvenglied radial außerhalb der Kolben ringförmig um die Drehachse herum angeordnet ist, und mit Arbeitskammern in dem Gehäuse für jeweils ein Arbeitsmedium, die zwischen den einander zugewandten Endflächen der Kolben gebildet sind. [0002] Ein derartiges Aggregat ist aus WO 201 1/147492 A2 bekannt.
[0003] Das Aggregat gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Grundbauweise als Kompressor oder Verbrennungsmotor ausgebildet sein. In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aggregats kann dieses durch Ergänzung mit einem elektromotorischen Teil auch als Stromgenerator oder Hybridmotor ausgebildet sein. Im Falle der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aggregats als Kompressor kann durch Ergänzung mit einem elektromotorischen Teil das Aggregat ohne externen Antrieb arbeiten, indem der elektromotorische Teil die Antriebsenergie für den Kompressor liefert. Die vorliegende Erfindung ist auf die vorstehend genannten Beispiele jedoch nicht beschränkt.
[0004] Das aus dem eingangs genannten Dokument WO 201 1/147492 A2 bekannte Aggregat weist einen kolbenmotorischen Teil auf, der vier in einem kugelförmigen Gehäuse angeordnete Kolben aufweist. Die Kolben sind in einem Kolbenkäfig aufgenommen. Aufgrund des kugelförmigen Gehäuses wird das bekannte Aggregat sowie das erfindungsgemäße Aggregat auch als Kugelmotor oder allgemein Kugelaggregat bezeichnet. Bei dem bekannten Aggregat sind jeweils zwei Kolben zu einem Kolbenpaar starr miteinander verbunden, so dass insgesamt zwei Kolbenpaare mit insgesamt vier Kolben vorhanden sind. Das bekannte Aggregat weist insgesamt zwei Arbeitskammern für jeweils ein Arbeitsmedium auf. Dabei ist eine erste Arbeitskammer zwischen der ersten Endfläche des ersten Kolbens und der dieser zugewandten dritten Endfläche des dritten Kolbens gebildet, und die zweite Arbeitskammer ist zwischen der zweiten Endfläche des zweiten Kolbens und der dieser zugewandten vierten Endfläche des Kolbens gebildet.
[0005] Das erste Kolbenpaar und das zweite Kolbenpaar des bekannten Aggregats führen hin- und hergehende Schwenkbewegungen um eine gemeinsame
Schwenkachse aus, wobei die Schwenkbewegungen des ersten Kolbenpaares zu den Schwenkbewegungen des zweiten Kolbenpaares gegensinnig verlaufen. Auf diese Weise verkleinert sich die erste Arbeitskammer im Volumen, indem sich die erste Endfläche des ersten Kolbens und die dritte Endfläche des dritten Kolbens aufeinander zu bewegen, während sich gleichzeitig die zweite Arbeitskammer im Volumen vergrößert, indem sich die zweite Endfläche des zweiten Kolbens und die vierte Endfläche des vierten Kolbens voneinander weg bewegen.
[0006] Im Falle der Ausgestaltung des Aggregats als Verbrennungsmotor wird in den beiden Arbeitskammern jeweils ein Brennstoff-Luft-Gemisch als Arbeitsmedium angesaugt, verdichtet, gezündet, expandiert und wieder ausgestoßen.
[0007] Im Falle der Ausgestaltung des bekannten Aggregats als Kompressor wird in den beiden Arbeitskammern jeweils ein Gas, insbesondere Luft, als Arbeitsmedium angesaugt, verdichtet und in verdichtetem Zustand wieder ausgestoßen.
[0008] Weitere Aggregate in Form von Kugelmotoren sind aus WO
2006/089576 A1 oder aus WO 2007/014752 A1 bekannt, die an dem bisherigen Konzept festhalten, dass diese Aggregate vier Kolben und zwei Arbeitskammern aufweisen.
[0009] Die bekannten Kugelmotoren weisen zum Erzeugen der hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der vier Kolben ein Kurvenglied auf, an dem die vier Kolben geführt sind. Dabei ist es vorgesehen, dass entweder das Kurvenglied um eine zur Schwenkachse senkrechte Drehachse in dem Gehäuse drehbar ist, während die vier Kolben an der Drehbewegung nicht teilnehmen, oder die vier Kolben nebst Kolbenkäfig sind gemeinsam um die Drehachse drehbar, während das Kurvenglied sich nicht um die Drehachse dreht. In beiden vorstehend genannten Fällen weist das Kurvenglied der bekannten Aggregate zwei Steuerkurven auf, die beide etwa sinusförmig ausgebildet sind. Hierdurch entstehen bei einer 360°-Drehung des Kurvenglieds oder einer 360°-Drehung der Kolben im Fall der Ausgestaltung des Aggregats als Verbrennungsmotor in beiden Arbeitskammern wie bei einem Vier-Zylinder-Ottomotor vier vollständige Arbeitstaktwechsel. Trotz der funktionalen Übereinstimmung mit einem Vier-Zylinder-Ottomotor ist es jedoch ein gewisser Nachteil, dass die funktionale Übereinstimmung nur dadurch ermöglicht wird, dass die Steuerkurven des Kurvengliedes etwa sinusförmig ausgebildet sind. Die sinusförmige Ausgestaltung der Steuerkurven ist, zumindest bei höheren Drehzahlen, insoweit nachteilig, als die Führung der Kolben an den Steuerkurven beim Umlaufen der Kolben um die Drehachse oder beim Umlaufen des Kurvengliedes um die Drehachse entsprechend der Sinusform permanenten Richtungsänderungen unterworfen ist, was zumindest bei höheren Drehzahlen zu einem„Sprungschanzeneffekt" führen und somit die Laufruhe des Aggregats beeinträchtigen kann.
[0010] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Aggregat der eingangs genannten Art, das weiterhin auf dem Prinzip des Kugelaggregats beruht, ein neues Bauartkonzept anzugeben, mit dem die Laufruhe des Aggregats noch weiter verbessert werden kann.
[0011] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Aggregats dadurch gelöst, dass zwischen der ersten Endfläche des ersten Kolbens und der dritten Endfläche des dritten Kolbens eine erste und eine zweite Arbeitskammer gebildet sind, die durch eine erste Trennwand dicht voneinander getrennt sind, und dass zwischen der zweiten Endfläche des zweiten Kolbens und der vierten Endfläche des vierten Kolbens eine dritte und eine vierte Arbeitskammer gebildet sind, die durch eine zweite Trennwand dicht voneinander getrennt sind.
[0012] Mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Bauartkonzept wird nun ein Aggregat auf der Grundlage eines Kugelaggregats geschaffen, das nicht mehr nur zwei Arbeitskammern aufweist, sondern vier Arbeitskammern, und dies ohne die Anzahl an Kolben zu erhöhen, die weiterhin vier beträgt. Dies wird erfindungsgemäß durch die beiden Trennwände ermöglicht, die die bei den bekannten Aggregaten vorhandenen beiden Arbeitskammern jeweils in zwei Arbeitskammern unterteilt. Das erfindungsgemäße Aggregat ist somit auch in seiner Bauart ein Vier-Zylinder-Aggregat.
[0013] Aufgrund der Unterteilung der bislang vorgesehenen zwei Arbeitskammern in jeweils zwei Arbeitskammern wird der Vorteil erreicht, dass die beiden einander zugewandten Endflächen des ersten und dritten Kolbens sowie des zweiten und vierten Kolbens nicht mehr nach dem Boxerprinzip zueinander gegensinnige Schwenkbewegungen ausführen müssen, weil die Endflächen der Kolben nun gegen die an der Schwenkbewegung nicht teilnehmenden Trennwände arbeiten. Der erste und der dritte Kolben arbeiten dabei gegen die erste Trennwand, und der zweite und vierte Kolben arbeiten gegen die zweite Trennwand. Hierdurch wird wiederum der Vorteil erreicht, dass der erste Kolben und der dritte Kolben nicht gleichzeitig gegen die erste Trennwand arbeiten müssen, sondern können abwechselnd, das heißt mit einem Phasenunterschied, gegen die erste Trennwand arbeiten. Das gleiche gilt für den zweiten und vierten Kolben. Dies führt, wie nachstehend noch beschrieben wird, zu einer vereinfachten Kinematik, die keine sinusförmigen Steuerkurven am Kurvenglied mehr erfordert.
[0014] So ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der Steuermechanismus so ausgelegt ist, dass alle Kolben gleichsinnig schwenkbeweglich sind, derart, dass die erste Arbeitskammer und die vierte Arbeitskammer ihr maximales Volumen einnehmen, wenn die zweite und die dritte Arbeitskammer ihr minimales Volumen einnehmen, und umgekehrt.
[0015] Gerade die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Aggregats mit insgesamt vier Arbeitskammern ermöglicht diesen besonders einfachen Steuermechanismus, der darüber hinaus den Vorteil hat, dass Steuerkurven des Kurvengliedes eine besonders einfache Formgebung erhalten können.
[0016] Das Kurvenglied weist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung zwei Steuerkurven auf, die kreisförmig um die Drehachse herum verlaufen, wobei Kreisebenen der Steuerkurven bezüglich einer zur Schwenkachse und zur Drehachse senkrechten Achse schräg verlaufen.
[0017] Von den beiden Steuerkurven dient die eine der Führung des ersten und dritten Kolbens an dem Kurvenglied, während die andere Steuerkurve der Führung des zweiten und vierten Kolbens an dem Kurvenglied dient. Die besonders einfach herzustellende Ausgestaltung des Kurvengliedes mit zwei kreisförmig bezüglich der Drehachse ausgebildeten Steuerkurven hat den besonderen Vorteil, dass die Laufruhe des Aggregats, das heißt wenn die Kolben im Betrieb des Aggregats entlang der beiden Steuerkurven geführt sind, besonders hoch ist. Aufgrund der kreisförmigen Ausgestaltung der beiden Steuerkurven erfahren die Kolben bei ihrer Führung an den beiden Steuerkurven nämlich keinen Richtungswechsel wie im Falle von sinusförmigen Steuerkurven, bei denen sich insbesondere bei hohen Drehzahlen die Tendenz bemerkbar macht, dass die Kolben bei den Richtungswechseln der Führung wie auf einer Sprungschanze springen.
[0018] Bei der vorstehend genannten Ausgestaltung der beiden Steuerkurven als kreisförmige Steuerkurven werden die Schwenkbewegungen somit lediglich durch die Schrägstellung der Steuerkurvenkreisebenen erzeugt. Für den vollen Hub zwischen unterem Totpunkt und oberem Totpunkt wird hierbei eine Drehung der Kolben oder eine Drehung des Kurvengliedes um 180° benötigt. Auch dies trägt zur größeren Laufruhe bei.
[0019] Die beiden Steuerkurven verlaufen im Sinne einer gleichsinnigen Schwenkbewegung aller Kolben vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander.
[0020] Das Kurvenglied des erfindungsgemäßen Aggregats lässt sich im Unterschied zu den Kurvengliedern mit sinusförmigen Steuerkurven der bekannten Aggregate besonders einfach und damit kostengünstig herstellen.
[0021] Die im Wesentlichen vorhandene Parallelität der beiden Steuerkurven lässt sich ebenso sehr einfach realisieren und führt zu einer exakten Synchronisation der Schwenkbewegungen der vier Kolben.
[0022] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der erste und der zweite Kolben starr miteinander zu einem ersten Kolbenpaar verbunden, und der dritte und der vierte Kolben sind starr miteinander zu einem zweiten Kolbenpaar verbunden.
[0023] Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass für die Lagerung der vier Kolben an der Schwenkachse nur zwei Lager erforderlich sind, nämlich für jedes Kolbenpaar nur ein Lager. Hierdurch wird die Zahl an Teilen vorteilhaft reduziert.
[0024] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest ein sich an die erste Endfläche anschließender erster Endabschnitt des ersten Kolbens und zumindest ein sich an die dritte Endfläche anschließender dritter Endabschnitt des dritten Kolbens in einer ersten Kolbenführungshülse gasdicht gleitend geführt, und zumindest ein sich an die zweite Endfläche anschließender zweiter Endabschnitt des zweiten Kolbens und zumindest ein sich an die vierte Endfläche anschließender vierter Endabschnitt des vierten Kolbens sind in einer zweiten Kolbenführungshülse gasdicht gleitend geführt.
[0025] In dieser Ausgestaltung sind der erste und dritte Kolben sowie der zweite und vierte Kolben nicht mehr unmittelbar in einer in den Kolbenkäfig in dessen Innenwand eingearbeiteten Kolbenführung aufgenommen, sondern in einer im Kolbenkäfig angeordneten ersten und zweiten Kolbenführungshülse, die mit dem Kolbenkäfig lagefest verbunden sind, von diesem jedoch vorzugsweise trennbar sind. Die Innenwand der jeweiligen Kolbenführungshülse bildet die Umfangswand der jeweiligen Arbeitskammer. Die separate Ausgestaltung der Kolbenführung in Form von Kolbenführungshülsen hat den Vorteil, dass die Kolbenführungshülsen aus einem anderen Material gefertigt werden können, als der Kolbenkäfig. So können die Kolbenführungshülsen aus einem besonders abriebfesten Material gefertigt sein, wobei die Kolbenführungshülsen innenseitig ggf. mit einer Beschichtung versehen sein können. Der Kolbenkäfig kann beispielsweise aus einem hochwertigen Stahl-, Titan- oder Aluminiumguss gefertigt sein, während die Kolbenführungshülsen aus einer Aluminiumlegierung mit einer Nikasil-Beschichtung, aus Titan-Sintermetall, Magnesium oder Keramiksinter gefertigt werden können. Die Kolbenführungshülsen können dabei besonders dünnwandig ausgebildet werden, was die Wärmeabfuhr von den Kolben im Bereich der Arbeitskammern deutlich verbessert.
Darüber hinaus kann der Kolbenkäfig, da er in dieser Ausgestaltung nicht mehr die Gasdichtigkeit im Bereich der Arbeitskammern gewährleisten muss, zumindest im Bereich der Kolbenführungshülsen mit großflächigen Durchbrechungen versehen sein, wodurch die Kolbenführungshülsen außenseitig sehr gut für ein Schmiermittel/Kühlmittel zugänglich sind. Im Falle, dass die Kolbenführungshülsen trennbar mit dem Kolbenkäfig verbunden sind, können die Kolbenführungshülsen vorteilhafterweise bei Verschleiß ausgetauscht werden, ohne dass dafür der gesamte Kolbenkäfig ausgetauscht werden muss.
[0026] Vorzugsweise liegen der erste Endabschnitt des ersten Kolbens und der dritte Endabschnitt des dritten Kolbens sowie der zweite Endabschnitt des zweiten Kolbens und der vierte Endabschnitt des vierten Kolbens an der jeweiligen Innenwand der jeweiligen Kolbenführungshülse nur mittels jeweils zumindest einer an den Kolben angeordneten Dichtung dichtend an. Die Außenwände der vorstehend genannten Endabschnit- te der Kolben stehen dagegen vorzugsweise nicht in direkter Berührung mit den Innenwänden der Kolbenführungshülsen, um Reibungsverluste deutlich zu vermindern.
[0027] Im Zusammenhang mit der vorstehend genannten Ausgestaltung ist es weiterhin bevorzugt, wenn die erste Trennwand in der ersten Kolbenführungshülse und die zweite Trennwand in der zweiten Kolbenführungshülse angeordnet ist.
[0028] Während es sich versteht, dass im Fall, dass die Kolben nicht in Kolbenführungshülsen aufgenommen sind, die beiden Trennwände entsprechend unmittelbar im Kolbenkäfig anzuordnen sind, hat die vorstehend genannte Maßnahme den Vorteil, dass der Kolbenkäfig besonders einfach und insbesondere luftig ausgebildet werden kann, wie bereits vorstehend im Zusammenhang mit dem Vorsehen von Kolbenführungshülsen beschrieben wurde.
[0029] Dabei ist vorzugsweise die erste Kolbenführungshülse einschließlich der ersten Trennwand monolithisch ausgebildet, und/oder die zweite Kolbenführungshülse ist einschließlich der zweiten Trennwand monolithisch ausgebildet.
[0030] Ein Vorteil hierbei ist, dass aufgrund der monolithischen Ausgestaltung der Kolbenführungshülsen nebst Integration der beiden Trennwände in die beiden Kolbenführungshülsen jegliche Undichtigkeiten der ersten und zweiten Arbeitskammer bzw. der dritten und vierten Arbeitskammer, insbesondere im Bereich der Trennwände, vermieden werden.
[0031] Im Zusammenhang mit der oben angegebenen Ausgestaltung, bei der jeweils zwei Kolben starr miteinander zu einem Kolbenpaar verbunden sind, ist es weiterhin bevorzugt, wenn das erste Kolbenpaar einen ersten Kolbenpaarkörper aufweist, wobei der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt lösbar mit dem ersten Kolbenpaarkörper verbunden sind, und/oder wenn das zweite Kolbenpaar einen zweiten Kolbenpaarkörper aufweist, wobei der dritte Endabschnitt und der vierte Endabschnitt lösbar mit dem zweiten Kolbenpaarkörper verbunden sind. [0032] Diese Ausgestaltung ist insbesondere in Verbindung mit einer monolithischen Ausgestaltung der beiden Kolbenführungshülsen von Vorteil, da durch die lösbare Verbindung der jeweiligen Endabschnitte des jeweiligen Kolbenpaares der Einbau der Kolben in die jeweilige Kolbenführungshülse trotz deren Unteilbarkeit wesentlich vereinfacht ist. Bei der Montage können in dieser Ausgestaltung die Endabschnitte beidseitig der jeweiligen Trennwand in die jeweilige Kolbenführungshülse eingesetzt werden, und anschließend wird der jeweilige Kolbenpaarkörper an die bereits in die Kolbenführungshülsen eingesetzten Endabschnitte angesetzt und dann beispielsweise mittels Schrauben, die von der dem jeweiligen Endabschnitt abgewandten Seite her in den jeweiligen Kolbenpaarkörper eingesetzt werden, mit dem jeweiligen Endabschnitt verschraubt werden. Die Endabschnitte besitzen dabei die eigentliche Kolbenfunktion und stellen somit die eigentlichen Kolben dar, während der Kolbenkörper, der die Endabschnitte verbindet, die Funktion einer Pleuelstange besitzt.
[0033] Ein weiterer Vorteil der separaten Ausführung (ohne Verbindungsmittel, wie Schrauben) der Kolbenendabschnitte ist, dass die Kolbenpaarkörper, aus einem leichten, zähen Kohlefaser-Verbundwerkstoff, Titan, Alu-Legierung oder aus einem anderen leichten und zähen Material gefertigt sein können, während die Kolbenendabschnitte aus typischem Kolben-Aluminium oder einem anderen leichten Metall, wie beispielsweise Magnesium, gefertigt werden können. Die Endabschnitte können jedoch ebenfalls aus einem Kohlefaser-Verbundwerkstoff oder Keramik hergestellt sein.
[0034] Ein noch weiterer Vorteil der separaten Ausführung der Kolbenendabschnitte besteht darin, dass die Kolbenendabschnitte, die die eigentlichen Kolben mit Dichtungsaufgaben darstellen, auswechselbar sind, bzw. an jeden speziellen Einsatzfall des Aggregats angepasst und ausgeführt werden können.
[0035] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Kolbenführungshülse und die zweite Kolbenführungshülse in dem Kolbenkäfig durch Formschluss festgelegt. [0036] Hierbei ist von Vorteil, dass für die Lagefixierung der Kolbenführungshülse im Kolbenkäfig keine zusätzlichen Fixiermittel, wie Verschraubungen oder dergleichen, erforderlich sind, um die Kolbenführungshülse lagefest zu halten. Außerdem wird hierdurch der Montageaufwand beim Einbau der Kolbenführungshülsen in den Kolbenkäfig verringert, und die Kolbenführungshülsen lassen sich besonders einfach und schnell zum Austausch gegen eine andere Kolbenführungshülse entfernen. Der Formschluss wird vorzugsweise durch eine formschlüssige spielfreie Einfassung der Kolbenführungshülsen durch den Kolbenkäfig realisiert.
[0037] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Trennwand und/oder die zweite Trennwand mit zumindest einem Hohlraum gekammert ausgebildet.
[0038] Hierbei ist von Vorteil, dass die mit zumindest einem Hohlraum versehenen Trennwände intern gekühlt werden können, was einer Zylinderkopf-Kühlung gleichkommt. Dabei können in die Trennwände Kühlschlangen integriert werden.
[0039] Ein weiterer Vorteil der gekammerten Ausbildung der Trennwände besteht darin, dass sie gleichsam als einstückiges Hohlprofil mit Stegwänden quer zur Trennwandfläche ausgebildet sein können, wodurch die Trennwände hoch druckstabil sind und den in den Arbeitskammern entstehenden Drücken gut standhalten können.
[0040] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Kurvenglied um die Drehachse drehbar, und das Kurvenglied ist mit einem Rotor eines elektromotorischen Teils, der in dem Gehäuse angeordnet ist, drehfest verbunden.
[0041] Alternativ zu dieser Ausgestaltung kann der Kolbenkäfig gemeinsam mit den vier Kolben um die Drehachse drehbar sein, und der Kolbenkäfig ist mit einem Rotor eines elektromotorischen Teils, der in dem Gehäuse angeordnet ist, drehfest verbunden.
[0042] In beiden vorstehend genannten Fällen ist das erfindungsgemäße Aggregat somit mit einem kolbenmotorischen und mit einem elektromotorischen Teil ausgestattet. Das erfindungsgemäße Aggregat kann somit beispielsweise als Kompressor arbeiten, wobei der Antriebs-Elektromotor in das Aggregat integriert ist, oder das Aggregat kann als Stromgenerator arbeiten, indem der kolbenmotorische Teil den elektromotorischen Teil antreibt, so dass dieser elektrische Energie erzeugt.
[0043] In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist jeder der vier Arbeitskammern jeweils ein Einlass und ein Auslass für ein jeweiliges Arbeitsmedium zugeordnet.
[0044] Wie bereits erwähnt, sind die vier Arbeitskammern des erfindungsgemäßen Aggregats jeweils für sich in der Lage, den gleichen Arbeitsprozess wie die anderen drei Arbeitskammern ablaufen zu lassen, wobei entsprechend jede Arbeitskammer über einen Gaseinlass und einen Gasauslass verfügen muss.
[0045] Im Fall, dass das erfindungsgemäße Aggregat als Verbrennungsmotor ausgestaltet ist, sind des Weiteren jeder Arbeitskammer ein Einlass für ein Verbrennungsmedium sowie ggf. ein Zündmittel, beispielsweise eine Zündkerze, zugeordnet.
[0046] Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
[0047] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0048] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Aggregat gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt senkrecht zu einer Schwenkachse und parallel zu einer Drehachse; Figur 2 einen inneren Teil des Aggregats in Fig. 1 , wobei gegenüber Fig. 1 das Gehäuse weggelassen ist, und wobei die Kolben in Fig. 2 in einer gegenüber Fig. 1 veränderten Betriebsstellung gezeigt sind;
Figur 3 den inneren Teil des Aggregats gemäß Fig. 2 in perspektivischer Darstellung;
Figur 4 den inneren Teil des Aggregats in einer Darstellung wie in Fig. 2, wobei die Kolben in einer gegenüber Fig. 2 veränderten Betriebsstellung gezeigt sind;
Figur 5 den inneren Teil des Aggregats in einer Darstellung wie in Fig. 2, wobei die Kolben in einer noch weiteren Betriebsstellung gezeigt sind;
Figuren 6a) und b)
ein durch zwei Kolben des Aggregats in Fig. 1 bis 6 gebildetes Kolbenpaar, wobei Fig. 7a) das Kolbenpaar im zusammengesetzten Zustand und Fig. 7b) das Kolbenpaar in zerlegtem Zustand zeigt;
Figur 7 eine Hälfte eines Kurvengliedes des Aggregats in Fig. 1 in einer ebenen
Ansicht;
Figur 8 die Hälfte des Kurvengliedes in Fig. 8 in perspektivischer Darstellung;
Figur 9 einen Kolbenkäfig des Aggregats in Fig. 1 mit darin eingesetzten Kolbenführungshülsen, wobei eine der Kolbenführungshülsen aufgebrochen dargestellt ist, und wobei zwei Hälften des Kolbenkäfigs auseinandergezogen gezeigt sind; und
Figur 10 ein Aggregat gemäß einem weiteren, gegenüber dem Aggregat in Fig. 1 abgewandelten Ausführungsbeispiel in einer Darstellung wie in Fig. 1. [0049] In Fig. 1 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes Aggregat dargestellt. Das Aggregat 10 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kompressor mit integriertem elektromotorischen Teil ausgestaltet. Mit geringfügigien Modifikationen kann das Aggregat 10 jedoch auch als Verbrennungsmotor mit integriertem elektromotorischem Teil verwendet werden. Die Verwendung als Kompressor ist jedoch eine bevorzugte Verwendung.
[0050] Weitere Einzelheiten des Aggregats 10 sind in Fig. 2 bis 9 dargestellt. Fig. 10 zeigt ein geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Aggregats 10.
[0051] Mit Bezug auf Fig. 1 weist das Aggregat 10 ein Gehäuse 12 auf, das im Wesentlichen durch zwei Gehäusehälften 14 und 16 gebildet wird. Die beiden Gehäusehälften 14 und 16 sind über eine Mehrzahl nicht dargestellter Schrauben aneinander befestigt.
[0052] In dem Gehäuse 12 sind ein kolbenmotorischer Teil 18 sowie ein elektromotorischer Teil 20 angeordnet. Zunächst wird der kolbenmotorische Teil 18, auch mit Bezug auf Fig. 2 bis 9, näher beschrieben.
[0053] Der kolbenmotorische Teil 18 weist einen ersten Kolben 22, einen zweiten Kolben 24, einen dritten Kolben 26 und einen vierten Kolben 28 auf. Der erste Kolben 22 und der zweite Kolben 24 sind zu einem ersten Kolbenpaar 29 starr miteinander verbunden. Der dritte Kolben 26 und der vierte Kolben 28 sind zu einem zweiten Kolbenpaar 30 starr miteinander verbunden.
[0054] Fig. 6a) und b) zeigen das erste Kolbenpaar 29 in Alleinstellung. Das erste Kolbenpaar 29 ist insgesamt dreiteilig aufgebaut (das Gleiche gilt für das zweite Kolbenpaar 30). Das Kolbenpaar 28 weist einen Kolbenpaarkörper 32 auf, mit dem beidseits ein erster Endabschnitt 34 des ersten Kolbens 22 und ein zweiter Endabschnitt 36 des zweiten Kolbens 24 lösbar verbunden ist. Die lösbare Verbindung der Endabschnitte 34 und 36 mit dem Kolbenpaarkörper 32 ist mittels Schrauben 38, 40 sowie 42, 44 realisiert. Die Endabschnitte 34 und 36 bilden die eigentlichen Kolben 22 und 24. Der Kolbenpaarkörper 32, der die Funktion einer Pleuelstange besitzt, weist weiterhin ein Lagerauge 46 auf. Das zweite Kolbenpaar 30 weist entsprechend Endabschnitte 35 und 37 sowie einen Kolbenpaarkörper 33 auf (siehe Fig. 2).
[0055] Wieder mit Bezug auf Fig. 1 bis 9 sind die Kolben 22, 24, 26, 28 an einer Achse 48 schwenkbeweglich gelagert, wobei die Achse 48 eine Schwenkachse 50 definiert. Die Lagerung der Kolben 22, 24, 26, 28 an der Achse 48 erfolgt hierbei über die Lageraugen der Kolbenpaarkörper, wie vorstehend für das Lagerauge 46 des Kolbenpaarkörpers 32 des Kolbenpaares 29 beschrieben wurde. Durch die Zusammenfassung der Kolben 22 und 24 zu dem ersten Kolbenpaar 29 und der Kolben 26 und 28 zu dem zweiten Kolbenpaar 30 ist die Lagerung der Kolben 22, 24, 26, 28 an der Achse 48 einfach zu bewerkstelligen, da für die vier Kolben 22, 24, 26, 28 nur zwei Lageraugen erforderlich sind.
[0056] Die Kolben 22, 24, 26, 28 führen um die Schwenkachse 50 hin- und hergehende Schwenkbewegungen aus, die im Hub zwischen einer OT-Stellung (oberer Totpunkt) und einer UT-Stellung (unterer Totpunkt) begrenzt sind.
[0057] Der erste Kolben 22 weist eine erste Endfläche 52, der zweite Kolben 24 eine zweite Endfläche 54, der dritte Kolben 26 eine dritte Endfläche 56 und der vierte Kolben 28 eine vierte Endfläche 58 auf.
[0058] Die Endflächen 52, 54, 56, 58 sind, wie beispielsweise in Fig. 3 ersichtlich, als Kreisflächen ausgebildet.
[0059] Jedem der Kolben 22, 24, 26, 28 ist eine eigene Arbeitskammer zugeordnet. Gemäß Fig. 2 ist dem ersten Kolben 22 eine erste Arbeitskammer 60, dem zweiten Kolben 24 eine zweite Arbeitskammer 62, dem dritten Kolben 26 eine dritte Arbeitskammer 64 und dem vierten Kolben 28 eine vierte Arbeitskammer 66 zugeordnet. [0060] Die Arbeitskammern 60, 62, 64, 66 dienen im Fall der Ausgestaltung des Aggregats 10 als Kompressor zum Ansaugen eines Arbeitsmediums, insbesondere Luft, und Verdichten und Ausstoßen desselben unter Druck.
[0061] Die erste Arbeitskammer 60 ist von der dritten Arbeitskammer 64 durch eine erste Trennwand getrennt, und die zweite Arbeitskammer 62 ist von der vierten Arbeitskammer 66 durch eine zweite Trennwand 70 getrennt. Die Trennung der Arbeitskammern 60, 64 bzw. 62, 66 voneinander durch die Trennwände 68, 70 ist dabei gasdicht, so dass ein Übertritt von Arbeitsmedium zwischen den Arbeitskammern 60, 64, 62, 66 vermieden wird.
[0062] Die Trennwände 68, 70 sind mit zumindest einem Hohlraum, hier jeweils drei Hohlräumen 68a, 68b, 68c bzw. 70a, 70b, 70c gekammert ausgebildet (siehe Fig. 2).
[0063] Die erste Arbeitskammer 60 wird somit in Schwenkrichtung des Kolbens 22 gesehen durch die erste Endfläche 52 und eine erste Wandfläche 72 der Trennwand 68, die zweite Arbeitskammer 62 durch die zweite Endfläche 54 und eine zweite Wandfläche 74 der Trennwand 70, die dritte Arbeitskammer 64 durch die dritte Endfläche 56 und eine dritte Wandfläche 76 der Trennwand 68 und die vierte Arbeitskammer 66 durch die vierte Endfläche 58 und eine vierte Wandfläche 78 der Trennwand 70 begrenzt.
[0064] Zur Erzeugung der hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der Kolben 22, 24, 26, 28 bzw. der Kolbenpaare 28, 30 um die Schwenkachse 50 weist das Aggregat 10 weiterhin einen Steuermechanismus 80 auf. Der Steuermechanismus 80 weist ein Kurvenglied 82 auf, das in Fig. 7 und 8 jeweils hälftig in Alleinstellung gezeigt ist.
[0065] Das Kurvenglied 82 weist zwei Steuerkurven 84 und 86 auf, die bezüglich einer Drehachse 88 (siehe auch Fig. 1 ), die wie die Schwenkachse 50 als geometrische Achse zu verstehen ist, kreisförmig um 360° verlaufen. Die Drehachse 88 verläuft senkrecht zur Schwenkachse 50. Die Steuerkurven 84 und 86 definieren Kreisebenen, die bezüglich einer zur Schwenkachse 50 und zur Drehachse 88 senkrechten Symmetrieach- se 89 (siehe Fig. 7) schräg verlaufen. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, verlaufen die beiden Steuerkurven 84 und 86 im Wesentlichen parallel zueinander.
[0066] Gemäß Fig. 2 weist der erste Kolben 22 ein erstes Lauforgan 91 , der zweite Kolben 24 ein Lauforgan 93, der dritte Kolben 26 ein Lauforgan 95 und der vierte Kolben 28 ein Lauforgan 97 auf. Die Lauforgane 91 , 93, 95, 97 sind in Form von Kugeln ausgebildet, die in Kugelaufnahmen bzw. Kugelpfannen auf einer jeweiligen Rückseite der Kolben 22, 24, 26, 28 im jeweiligen Kolbenpaarkörper 32, 33 ausgebildet sind. Obwohl die vier Kolben 22, 24, 26, 28 zu den Kolbenpaaren 29, 30 zusammengefasst sind, so dass es prinzipiell möglich wäre, nur jeweils einem der Kolben 22, 24 bzw. 26, 28 ein Lauforgan zuzuordnen, hat die hier gewählte Ausführung den Vorteil einer gleichmäßigeren Masseverteilung.
[0067] Über die Lauforgane 91 , 93, 95, 97 in Form von Kugeln, die in den jeweiligen Kugelaufnahmen in allen Raumachsen frei drehbar sind, sind die Kolben 22, 24, 26, 28 an dem Kurvenglied 82 geführt. Die Lauforgane 91 , 95 sind dabei entlang der Steuerkurve 84 und die Lauforgane 93, 97 entlang der Steuerkurve 86 geführt.
[0068] Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das Kurvenglied 82 um die Drehachse 88 drehbar. Die Kolben 22, 24, 26, 28 hingegen stehen bezüglich der Drehachse 88 fest. Bei einer Rotation des Kurvengliedes 82 um die Drehachse 88 führen die Kolben 22, 24, 26, 28 hin- und hergehende Schwenkbewegungen aus. Dabei sind die Schwenkbewegungen aller Kolben 22, 24, 26, 28 gleichsinnig, das heißt die Kolben 22, 24, 26, 28 verschwenken abwechselnd gemeinsam im Uhrzeigersinn und gemeinsam im Entgegenuhrzeigersinn um die Schwenkachse 50. Dies bedeutet, dass sich die erste Arbeitskammer 60 und die vierte Arbeitskammer 66 gleichsinnig vergrößern und verkleinern, und ebenso vergrößern und verkleinern sich die zweite Arbeitskammer 62 und die dritte Arbeitskammer 64 gleichsinnig. Hingegen ist die Verringerung bzw. Vergrößerung des Volumens der Arbeitskammern 60 und 66 gegensinnig zur Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens der Arbeitskammern 62 und 64. [0069] Fig. 1 zeigt eine Betriebsstellung der Kolben 22, 24, 26, 28, in der die Arbeitskammern 62 und 64 ihr maximales Volumen einnehmen, während die Arbeitskammern 60 und 66 ihr minimales Volumen einnehmen. Fig. 2 zeigt ausgehend von Fig. 1 eine Betriebsstellung der Kolben 22, 24, 26, 28, in der alle Arbeitskammern 60, 62, 64 und 66 das gleiche Volumen einnehmen, das heißt ausgehend von Fig. 1 hat sich das Volumen der Arbeitskammern 60 und 66 vergrößert, das Volumen der Arbeitskammern 62, 64 hingegen verringert. Fig. 3 zeigt die Betriebsstellung der Kolben 22, 24, 26, 28 in Fig. 2 perspektivisch. Fig. 4 zeigt eine Betriebsstellung der Kolben 22, 24, 26, 28, in der die Arbeitskammern 60 und 66 ihr maximales Volumen einnehmen, während die Arbeitskammern 62 und 64 nunmehr ihr minimales Volumen einnehmen. Für den Übergang der Betriebsstellung der Kolben 22, 24, 26, 28 in Fig. 1 in die Betriebsstellung in Fig. 4 hat sich das Kurvenglied 82 um 180° um die Drehachse 88 gedreht. Bei einer weiteren Drehung des Kurvengliedes 82 um die Drehachse 88 um 180° nehmen die Kolben 22, 24, 26, 28 wieder ihre Betriebsstellung wie in Fig. 1 ein, die auch in Fig. 5 gezeigt ist.
[0070] Der kolbenmotorische Teil 18 des Aggregats 10 weist weiterhin einen Kolbenkäfig 90 auf, in dem die Kolben 22, 24, 26, 28 angeordnet sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem die Kolben 22, 24, 26, 28 bezüglich der Drehachse 88 lagefest sind, ist auch der Kolbenkäfig 90 bezüglich der Drehachse 88 lagefest.
[0071] Der Kolbenkäfig 90 ist ohne die Kolben 22, 24, 26, 28 in Fig. 9 in Alleinstellung gezeigt.
[0072] Gemäß Fig. 9 ist der Kolbenkäfig 90 in zwei Hälften 92 und 94 unterteilt. Der Kolbenkäfig 90 weist jeweils endseitig einen Stirnflansch 96 und 98 auf, über die der Kolbenkäfig 90 in dem Gehäuse 12 gehäusefest gehalten ist (siehe auch Fig. 1 ). In dem Kolbenkäfig sind eine erste Kolbenführungshülse 100 und eine zweite Kolbenführungshülse 102 angeordnet. Zusätzlich mit Bezug auf Fig. 2 dient die erste Kolbenführungshülse 100 zur gasdichten gleitenden Führung des ersten Endabschnitts 34 des ersten Kolbens 22 sowie des dritten Endabschnitts 35 des dritten Kolbens 26. Die zweite Kolbenführungshülse 102 dient entsprechend der gasdichten gleitenden Führung des zweiten Endabschnitts 36 des zweiten Kolbens 24 und des vierten Endabschnitts 37 des vierten Kolbens 28. Die Kolbenführungshülsen 100 und 102 weisen für die Aufnahme der Endab- schnitte 34, 35, 36, 37 entsprechende Aufnahmen auf, wie in Fig. 9 für eine Aufnahme 104 der zweiten Kolbenführungshülse 102 für den vierten Endabschnitt 37 gezeigt ist. Die Kolbenführungshülsen 100 und 102 sind wie die Kolben 22, 24, 26, 28 gekrümmt zylindrisch ausgebildet, wobei die Krümmung der Kolbenführungshülsen 100 und 102 konzentrisch zur Schwenkachse 50 ist.
[0073] Die Aufnahmen für die Endabschnitte 34, 35, 36, 37 in den Kolbenführungshülsen 100 und 102, wie für die Aufnahme 104 des Endabschnitts 37 in Fig. 9 gezeigt ist, bilden somit die jeweilige Umfangsbegrenzung der Arbeitskammern 60, 62, 64, 66.
[0074] Die Trennwand 68 ist in der Kolbenführungshülse 100 angeordnet, und die Trennwand 70 in der Kolbenführungshülse 102. Die Kolbenführungshülse 100 und die Kolbenführungshülse 102 sind jeweils monolithisch ausgebildet, und zwar einschließlich der Trennwand 68 bzw. der Trennwand 70. Die monolithische, das heißt die ungeteilte Ausgestaltung der Kolbenführungshülsen 100 und 102 wird durch die mehrteilige Ausgestaltung der Kolbenpaare 29 und 30 ermöglicht, wie oben bereits beschrieben wurde. Für den Zusammenbau der Kolbenpaare 29, 30 mit den Kolbenführungshülsen 100, 102 können nämlich die Endabschnitte 34, 35, 36, 37 zunächst ohne die Kolbenpaarkörper 32, 33 in die jeweilige Aufnahme der Kolbenführungshülsen 100, 102 eingesetzt werden, und anschließend werden die Kolbenpaarkörper 32, 33 mit den Endabschnitten 34, 35, 36, 37 verschraubt. Wie aus Fig. 1 bis 5 und 9 ersichtlich ist, erstrecken sich die Kolbenführungshülsen 100 und 102 nur über einen Teilumfang um die Schwenkachse 50 herum.
[0075] Wieder mit Bezug auf Fig. 1 weist das Aggregat 10 für jede der Arbeitskammern 60, 62, 64, 66 einen Einlass sowie einen Auslass für ein Arbeitsmedium auf. Der Arbeitskammer 60 ist ein Einlass 106 und ein Auslass 108 zugeordnet, der Arbeitskammer 62 ein Einlass 1 10 und ein Auslass 1 12, der Arbeitskammer 64 ein Einlass 1 14 und ein Auslass 1 16, und der Arbeitskammer 66 ein Einlass 1 18 und ein Auslass 120.
[0076] In dem Kolbenkäfig 90 sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, entsprechend Gaswechselöffnungen 122 (Arbeitskammer 60), 124 (Arbeitskammer 62), 126 (Arbeitskammer 64) und 128 (Arbeitskammer 66) vorhanden. Die Gaswechselöffnungen 122, 124, 126, 128 gehen dabei durch die Kolbenführungshülsen 100 und 102 hindurch.
[0077] Gemäß Fig. 1 sind in den Gaswechselöffnungen 122, 124, 126, 128 Ventile, insbesondere Flatterventile, angeordnet, wie für ein Flatterventil 130 gezeigt ist, das in der Gaswechselöffnung 122 sitzt.
[0078] Im Fall, dass das Aggregat 10 als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, sind noch entsprechende Einspritzdüsen für einen Kraftstoff und ggf. Zündkerzen vorzusehen, damit in jeder der Arbeitskammern 60, 62, 64, 66 ein Verbrennungsprozess stattfinden kann.
[0079] Der elektromotorische Teil 20 des Aggregats 10 weist einen Rotor 132 auf, der in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch das rotierende Kurvenglied 82 selbst gebildet wird. Das Kurvenglied 82, das die Kolben 22, 24, 26, 28 in Bezug auf die Drehachse 88 außen umgibt, trägt dazu auf seiner Außenseite Magnete 134 (siehe auch Fig. 8). Das Kurvenglied 82, das somit den Rotor 132 des elektromotorischen Teils 20 bildet, ist in dem Gehäuse 12 über Ringlager 136 und 138 um die Drehachse 88 drehbar gelagert.
[0080] Ein Stator 140 des elektromotorischen Teils 20 ist im Gehäuse 12 angeordnet und weist hier einen Kern 142, bspw. einen Eisenkern, auf, der von Wicklungen 144 umgeben ist.
[0081] Der elektromotorische Teil 20 dient im Fall der Ausgestaltung des Aggregats 10 als Kompressor als Elektroantrieb, um das Kurvenglied 82 in Rotation um die Drehachse 88 zu versetzen und dabei den kolbenmotorischen Teil 18 des Aggregats 10 anzutreiben, das heißt die hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der Kolben 22, 24, 26, 28 zu erzeugen.
[0082] In Fig. 10 ist ein gegenüber dem Aggregat 10 geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Aggregats 10' gezeigt, wobei für das Aggregat 10' die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, wie für das Aggregat 10, ergänzt durch einen '. Die gesamte vorhergehende Beschreibung des Aggregats 10 trifft mit folgenden Ausnahmen auch auf das Aggregat 10' zu, so dass im Übrigen auf die Beschreibung des Aggregats 10 verwiesen wird.
[0083] Der Unterschied des Aggregats 10' zu dem Aggregat 10 besteht darin, dass das Kurvenglied 82' gehäusefest in dem Gehäuse 12' angeordnet ist. Dies bedeutete, dass das Kurvenglied 82' nicht um die Drehachse 88' rotieren kann. Demgegenüber ist bei dem Aggregat 10' der Kolbenkäfig 90' zusammen mit den Kolbenführungshülsen 100, 102 und den Kolben 22', 24', 26', 28' um die Drehachse 88' drehbar in dem Gehäuse 12' gelagert, wozu der Kolbenkäfig 90' über Ringlager 146', 148' drehbar um die Drehachse 88' gelagert ist.
[0084] Entsprechend bildet nun der Kolbenkäfig 90' selbst den Rotor 132' des elektromotorischen Teils 20' des Aggregats 10' und trägt auf einem Ringflansch 150' die Magnete 134'.
[0085] Des Weiteren benötigt das Aggregat 10' in den Gaswechselöffnungen 122', 124', 126' und 128' keine Ventile, da aufgrund der Rotation des Kolbenkäfigs 90' und der nicht auf der Drehachse 88' liegenden umfänglich begrenzten Gaswechselöffnungen 122', 124', 126', 128' der Kolbenkäfig 90' die Einlässe 106', 1 10', 1 14', 1 18' und die Auslässe 108', 1 12', 1 16' und 120' in der Art eines Drehschiebers öffnet und verschließt.

Claims

Patentansprüche
Aggregat, insbesondere Kompressor oder Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse (12; 12'), in dem vier Kolben (22, 24, 26, 28; 22', 24', 26', 28') angeordnet sind, von denen ein erster Kolben (22; 22') eine erste Endfläche (52), ein zweiter Kolben (24; 24') eine zweite Endfläche (54), ein dritter Kolben (26; 26') eine der ersten Endfläche (52) zugewandte dritte Endfläche (56) und ein vierter Kolben (28; 28') eine der zweiten Endfläche (54) zugewandte vierte Endfläche (58) aufweist, wobei die Kolben (22, 24, 26, 28; 22', 24', 26', 28') mit begrenztem Hub um eine
Schwenkachse (50) hin- und hergehend schwenkbeweglich sind, mit einem im Gehäuse (12; 12') angeordneten Kolbenkäfig (90; 90'), in dem die vier Kolben (22, 24, 26, 28; 22', 24', 26', 28') angeordnet sind, weiterhin mit einem Steuermechanismus (80) in dem Gehäuse (12; 12'), der ein Kurvenglied (82; 82') aufweist, an dem die Kolben (22, 24, 26, 28; 22', 24', 26', 28') zur Erzeugung ihrer Schwenkbewegungen geführt sind, wobei die Kolben (22', 24', 26', 28') zusammen mit dem Kolbenkäfig (90') oder das Kurvenglied (82) um eine zur Schwenkachse (50) senkrechten Drehachse (88; 88') in dem Gehäuse (12; 12') drehbar sind bzw. ist, wobei das Kurvenglied (82; 82') radial außerhalb der Kolben (22, 24, 26, 28; 22', 24', 26', 28') ringförmig um die Drehachse (88; 88')herum angeordnet ist, und mit Arbeitskammern (60; 62; 64; 66) in dem Gehäuse (12) für jeweils ein Arbeitsmedium, die zwischen den einander zugewandten Endflächen (52, 56 und 54, 58) der Kolben (22, 24, 26, 28; 22', 24', 26', 28')gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Endfläche (52) des ersten Kolbens (22; 22') und der dritten Endfläche (56) des dritten Kolbens (26; 26') eine erste und eine zweite Arbeitskammer (60, 62) gebildet sind, die durch eine erste Trennwand (68) dicht voneinander getrennt sind, und dass zwischen der zweiten Endfläche (54) des zweiten Kolbens (24; 24') und der vierten Endfläche (58) des vierten Kolbens (28; 28') eine dritte und eine vierte Arbeitskammer (64, 66) gebildet sind, die durch eine zweite Trennwand (70) dicht voneinander getrennt sind.
Aggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermechanismus (80) so ausgelegt ist, dass alle Kolben (22, 24, 26, 28; 22', 24', 26', 28') gleichsinnig schwenkbeweglich sind, derart, dass die erste Arbeitskammer (60) und die vierte Arbeitskammer (66) ihr maximales Volumen einnehmen, wenn die zweite und die dritte Arbeitskammer (62, 64) ihr minimales Volumen einnehmen, und umgekehrt.
3. Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvenglied (82; 82') zwei Steuerkurven (84, 86) aufweist, die kreisförmig um die Drehachse (88; 88') herum verlaufen, wobei Kreisebenen der Steuerkurven (84, 86) bezüglich einer zur Schwenkachse (50) und zur Drehachse (88; 88') senkrechten Achse (89) schräg verlaufen.
4. Aggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuerkurven (84, 86) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
5. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kolben (22, 24; 22', 24') starr miteinander zu einem ersten Kolbenpaar (29) verbunden sind, und dass der dritte und der vierte Kolben (26, 28; 26', 28') starr miteinander zu einem zweiten Kolbenpaar (30) verbunden sind.
6. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein sich an die erste Endfläche (52) anschließender erster Endabschnitt (34) des ersten Kolbens (22; 22') und zumindest ein sich an die dritte Endfläche (56) anschließender dritter Endabschnitt (35) des dritten Kolbens (26; 26') in einer ersten Kolbenführungshülse (100) gasdicht gleitend geführt sind, und dass zumindest ein sich an die zweite Endfläche (54) anschließender zweiter Endabschnitt (36) des zweiten Kolbens (24; 24') und zumindest ein sich an die vierte Endfläche (58) anschließender vierter Endabschnitt (37) des vierten Kolbens (28; 28') in einer zweiten Kolbenführungshülse (102) gasdicht gleitend geführt sind.
7. Aggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trennwand (68) in der ersten Kolbenführungshülse (100) und die zweite Trennwand (70) in der zweiten Kolbenführungshülse (102) angeordnet ist.
8. Aggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kolbenführungshülse (100) einschließlich der ersten Trennwand (68) monolithisch ausgebildet ist, und/oder dass die zweite Kolbenführungshülse (102) einschließlich der zweiten Trennwand (70) monolithisch ausgebildet ist.
9. Aggregat nach Anspruch 5 und nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Kolbenpaar (29) einen ersten Kolbenpaarkörper (32) aufweist, wobei der erste Endabschnitt (34) und der zweite Endabschnitt (36) lösbar mit dem ersten Kolbenpaarkörper (32) verbunden sind, und/oder dass das zweite Kolbenpaar (30) einen zweiten Kolbenpaarkörper (33) aufweist, wobei der dritte Endabschnitt (35) und der vierte Endabschnitt (37) lösbar mit dem zweiten Kolbenpaarkörper (33) verbunden sind.
10. Aggregat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kolbenführungshülse (100) und die zweite Kolbenführungshülse (102) in dem Kolbenkäfig (90; 90') durch Formschluss festgelegt sind.
1 1 . Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trennwand (68) und/oder die zweite Trennwand (70) mit zumindest einem Hohlraum (68a, 68b, 68c, 70a, 70b, 70c) gekammert ausgebildet sind.
12. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvenglied (82) um die Drehachse (88) drehbar ist, und dass das Kurvenglied (88) mit einem Rotor (132) eines elektromotorischen Teils (20), der in dem Gehäuse (12) angeordnet ist, drehfest verbunden ist.
13. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkäfig (90') gemeinsam mit den vier Kolben (22', 24', 26', 28')um die Drehachse (88') drehbar ist, und dass der Kolbenkäfig (90') mit einem Rotor (132') eines elektromotorischen Teils (20'), der in dem Gehäuse angeordnet ist, drehfest verbunden ist.
14. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der vier Arbeitskammern (60, 62, 64, 66) jeweils ein Einlass (106, 1 10, 1 14, 1 18) und ein Auslass (108, 1 12, 1 16, 120) für ein jeweiliges Arbeitsmedium zugeordnet ist.
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