DE1451751A1 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Patentanwalt Dr. Wolf Müller

Bonn

Koblenzer Straße 46a

U51751

Bonn, den 4. Dezember 1964 12770/64 Dr.M./Z.

Anmelder:

Sobhy Labib G i r g u i s Troisdorf Graf Galen-Straße 10

Patentanmeldung

sssss:

ssssssssssss

Rotationskolbenmaschine

Die Erfindung betrifft Rotationskolbenmaschinen, vorzugsweise eine Brennkraftmaschine mit Rotationskolben» insbesondere in der Ausführung als außenachsige Drehkolbenmaschine mit zwei umlaufenden Eingriffskörpern, die im Kämmeingriff zusammenarbeiten, ist aber auch auf andere Bauarten von Rotationskolbenmaschinen, wie z.B. Umlaufkolbenmaschinen, in entsprechender Weise anwendbar.

OBiGlNAL

909820/0245

Rotationskolbenmaschinen mit parallelen Drehachsen und Arbeitsraumwandungen aus starrem Werkstoff sind seit langem bekannt, ynfi swar in einer sehr großen Anzahl grundsätzlicher Bauarten, die jedoch bisher nur als innenachsige Kreis™ bzw. Umlaufkolbenmas oh Inen der Verwirklichung nähergebracht wurden.

Pur die praktische Verwirklichung solcher Maschinen sind allgemein folgende Gesichtspunkte -won entscheidender Bedeutungs

1. Die gleiehfcJrmige Bewegung aller Lauf- und Steuerteile ₉

2. eine in sich verlaufend® ₉ möglichst fugeng@achlossene Abdichtung eise Arbeitsraumes, dessen 3?orm und die @ro*Se seines schädlichen Baumes ₉

3ο die Durchführbarkeit eines günstigen Arbeitsverfahrens einschließlich seiner Steuerteile und Steuerquerschnitte im Hinblick auf hohe Drehzahlen,

4. das Verhältnis von Gesamtbauraum zum Arbeitsrauminhalt bzw. -durchsatz sowie das Verhältnis von Gesamtgewicht und Leistung (kg/PS),

5.. die Formfestigkeit der bewegten Teile für hohe Drehzahlen,

6. die Kühlunge- und Schmierungsmöglichkeiten der Bauteile.

BAD

909820/0245 -3-

~³~ H51751

Dabei koamt nach den Erfahrungen der Praxis der Abdichtungs_r »ttgliolÜDeit für die Lebensdauer der Haschine eine entscheidende , Bedeutu^·zu, während die übrigen Bedingungen meist nur koapromifiweise verwirkliohbar sind. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen optimalen Kompromiß unter besonderer Berücksichtigung der Diohtungsverhältnlsse zu finden.

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Singriffekörper, wie Kolbenläufer bzw. Absperrteil(e), über ihren Umfang verteilt eine Hehrzahl von ineinander eingreifenden, arbeitsraumbildenden Wandungsteilen (Zähne bzw. Zahnlücken) besitzen, und daß zwischen dem jeweiligen Arbeitsraum einer«· eeite und den Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen andererseits mindestens ein - vorzugsweise zwei oder mehr - Gasführungsräume konstanten Volumens durch die auf der Gehäuseinnenwandung dichtend gleitenden Zähne der arbeitsraumbÜdenden Wandungsteile gebildet werden. Dabei ist zunächst der Ausdruck "Zähne" bzw. "Sahnlücken" in seiner allgemeinsten Bedeutung zu verstehen ttnft unabhängig von der Torrn, d.h. "Zähne" sind hier die Ecken bzw. Torsprünge der Eingriffskörper und "Zahnlücken" die dazwischenliegenden Wandungsteile ohne Rücksicht auf ihre Porm. In diesem Sinne werden diese Ausdrücke auch späterhin verwendet.

Durch den Gegenstand der Erfindung wird erreicht, daß einmal die Abdichtung des Arbeitsraums gegenüber den Einlaß- und Auslaßöffnungen auf mindestens zwei Dichtlinien verteilt und dementsprechend verbessert wird; außerdem kann aber auch während

909820/02.5 ...^ _₄_ '

eines einzigen Umlaufs mit Hilfe dieser Gasführungeräume mehrmals ein Arbeitsraum gebildet werden, so daß sich für einen einzigen Umlauf eine Mehrzahl von Arbeitstakten ergibt.

Dabei besteht eine zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgedankens darin, daß die beiden Eingriffskörper an der Bildung des Arbeitsraums maßgeblich beteiligt sind und einen primären (Haupt-)Verbrennungsraum (Zündraum) zwischen ihren Zähnen bilden.

In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, daß der Arbeitsraum - mindestens zeitweilig - aus drei getrennten, durch die Zähne der Eingriffskörper gegeneinander abgeschlossenen Teilräumen, einem Kompressions-, dem Zünd», und einem Expansionsraum, besteht.

Eine besonders zweckmäßige Aueführungsform einer solchen Maschine wird dadurch gewonnen, daß das Gehäuse und die Eingriffskörper nach Art einer Zahnradpumpe gestaltet sind, wobei Jedoch die Einlaß- und die Auslaßöffnungen paarweise benachbart am Gehäuseumfang in ausreichendem Abstand vom Arbeitsraum bzw. von der Einschnürung des im Querschnitt etwa 8-förmigen Gehäuses angeordnet sind.

In diesem Zusammenhang kann es weiterhin zweckmäßig sein_s wenn die paarweise einander zugeordneten Ein- und Auslaß«

909820/024 5 _R

öffnungen im Verhältnis zum Zahnabstand so dicht benachbart angeordnet sind, daß die öffnungen kurzzeitig jeweils über eine Gasführungskemmer zwecks Spülimg miteinander in Verbindung gelangen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Luft- bzw. Gemischzuführung an der Einlaßseite mit Hilfe eines Verdichters oder Gebläses erfolgt, mit deren Hilfe eine Aufladung erhielt und somit der 2?üllung3grad und die spezifische Leistung der Haschine beträchtlich verbessert werden können.

Gelit man einmal von der bei Eotixtionskolbenmasehinen üblichen ^Ordnung nur je eines Einlaß- und Auslaßschlitzes aus, so daß man theoretisch die Eingriffskörper.· in einen Leistungsteil und einen Absperrteil begrifflieh unterteilen könnte, so zeigt sich jöiloch, daß bei einer Maschine der erfindungsgemäßen Bauart Rücltt/irkungen auch auf den Absperrteil auftreten, und daß vor alltm Mngen dessen Zahnlücken einen Teil des verbrannten Gases w'ieder dem Arbeitsraum zuführen wurden. Daher muß der Absperrteil mindestens mit einer Auslaßöffnung versehen werden? zweckwattiger erscheint t>s Jedoch, diesem auch eine Einlaßöffnung zuzuordnen uncl. aamit dies Funktionen der beiden Eingriffskörper einander weitgehend anzunähern.

tKii- hinai ti kann es aber auch vorteilhaft sein, jedem der rpfc:).' mehrere Ein- und evtl. auch Auslaß öffnungen , beispielsweise zur Spülung bzw. für die Zuführung von Kraftstoff oder Kraftstoffgemisch.

909820/0245 *^AD °^RIGJNAL

- 6

Außerdem kann es zur Verminderung von Verschleißerscheinungen vorteilhaft sein, die Einschnürungskanten an dsr Innenseite der Gehäusewandung abgerundet oder auf sonstige Weise gebrochen bzw. verlaufend zu gestalten.» Auf diese Weise wird zwar im ersten Moment noch keine oder keine volle Dichtwirkung erzielt j dies ist aber nicht nur unschädlich sondern sogar erwünaoht. Beide Eingriffskörper sind zusammen mit der Gehäusewandung sowohl an der Bildung des Kompressions= als auch des Expansionsraumes beteiligt- infolge der gegenseitigen Versetzung der Zähne jedoch zu verschiedenen ZeJtpunkten. Es ist aber erwünscht₈ daß diese Räume in sich gleichmäßige Druckverhältnisse aufweisen.

In diesem Zusammenhang erscheint es dann auch zweckmäßig, wenn an der Gehäuseinnenseite im Bereich der Einschnürung Verbindungs-(Druckausgleichs-)Kanäle bzw. -aussparungen kompressions- und/oder expansionsseitig vorgesehen sind, deren Bedeutung später noch näher erläutert werden wird.

In jedem Falle, insbesondere aber auch bei Maschinen mit verhältnismäßig breiten Scheiben,, ist es weiterhin zweckmäßig, wenn das Gehäuse mindestens eine achsparallel - begrenzt - verschiebliche Stirnwand aufweist ο Dabei besteht eine besonders zweckmäßige Ausführungsform darin, daß das Gehäuse aus zwei teleskopartig ineinander verschiebliehen, gegeneinander abgedichteten Teilen besteht, deren jeder Axialrollenlager für die Wellen bzw. Wellenstümpfe einer Seite trägt. Auf diese Weise ergibt sich nämlich, daß die achsparallele Verschiebung der Stirnwände

909820/0245 - 7 -

BAD ORIGINAL

sich unmittelbar durch die achsparallele Dehnung der Eingriffskörper exakt in gleichem Ausmaß einstellt.

Diesem Effekt überlagert sich eine evtl. verschiedene Dehnung der WellenstUmpfe und der FührungsbUchsen, die hierbei durch Wahl der Materialien und der Abkühlungsverhältnisse berücksichtigt werden muß.

Andererseits ist es aber auch möglich, daß die Verschiebung der verschiebungen Stirnwand in Abhängigkeit von einem Temperaturfühlgerät durch mechanische Mittel vorgenommen werden kann. Als Heßpunkte für diese Regelvorrichtung können Auspufftemperatür, Küblwasserteinperatur oder unmittelbar die Temperaturen der Eingriffskörper bzw. des Gehäuses dienen. Die Stirnwandabdichtung und die Vermeidung eines Spiels an dieser Stelle ist nämlich für den Wirkungsgrad - wie bei allen Rotationskolbenmaschinen - von erheblicher Bedeutung, zumal auch die Gefahr des Pestfressens an den Stirnwänden bei übermäßiger Ausdehnung der umlaufenden Teile unbedingt vermieden werden muß.

In jedem Falle ist es möglich, daß die Eingriffskörper gleichen Durchmesser und gleiche Zähnezahl besitzen, die mindestens je sechs und vorzuttoveise acht oder mehr Zähne beträgt. In vielen Fällen erscheint ös jedoch zweckmäßiger, wenn die Eingriffskörper eine vwi;inander abweichende Zähnezahl besitzen, wobei die beidersei ;i:e:i Zielen vorzugsweise keinen gemeinsamen Nenner

909820/0245

BAD ORIGINAL ~ 8 -

besitzen. Auf diese Weise ergibt sich eine längere tJberdeckung im Eingriffsbereich und ein ständiger Wechsel der in Eingriff gelangenden Zähne, der Verschleißerscheinungen entgegenwirkt.

Außerdem ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, die Kraftabnahme entweder von dem größeren Eingriffskörper mit langsamerer Drehzahl und höherem Drehmoment zu bewirken und/oder am kleineren Eingriffskörper mit höherer Drehzahl. Im ersteren Falle ergibt sich eine geringe Kraftübertragung zwischen den Eingriffskörpern und damit eine geringere Belastung der Zähne; im letzteren Falle besteht die Möglichkeit der Abnahme sehr hoher Drehgeschwindigkeiten.

Zur Bildung günstiger Arbeitsräume kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Zähne mindestens eines der Eingriffskörper einen unsymmetrischen Zahnquerschnitt aufweisen, wobei es möglich ist, daß sowohl die Zähne eines der Eingriffskörper (des Leistungsteils) an der Rückseite afbeitsraumbildende Flanken bzw. Flankenausnehmungen aufweisen, als auch, daß die Zähne des anderen Eingriffskörpers (des Absperrteils) arbeitsraumbildende Flanken bzw. Flankenausnehmungen an der in Drehrichtung vorn laufenden Flanke besitzen.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn die arbeiteraumbil'denden Flanken bzw. Flankenausnehmungen der Zähne nicht über die volle Breite der Zähne geführt sind» und insbesondere, wenn an den mit arbeitsraumbildenden Flanken bzw. Flanken-

909820/0245

~⁹~ . U51751

ausnehmungen versehenen Zähnen der Eingriffskörper seitliche oder mittlere Rippen mit vollem (symmetrischem) Zahnprofil vorgesehen sind. Dies dient dem Zweck, bei evtl. auftretendem Rückdrehmoment bessere Eingriffsverhältnisse zu schaffen.

In Fällen stark wechselnder Belastung, z.B. im Kraftfahrzeug·= betrieb, kann es aber auch zweckmäßig sein_p wenn die Wellen der Eingriffskörper in an sich bekannter Weise durch Koppelzahnräder verbünden sind. Hierdurch ergibt sich die weitere Möglichkeit, daß eines der Koppelzahnräder relativ zu seiner Welle zwecks Verminderung bzw. Vermeidung des Plankenspiels auf der Dichtungsseite der Zahnräder der Eingriffskörper einstellbar gelagert ist.

Dem gleichen Zweck dient es„ wenn die Zähne der Koppelzahnräder im umgekehrten Sinne asymmetrisch ausgebildet sind wie die Zähne der Eingriffskörper, jedoch besteht außerdem auch die Möglichkeit, daß die Relativverstellung der Wellen der Eingriffskörper in dae nachgeschaltete Geschwindigkeitswechselgetriebe verlegt iat.

In vielen Fällen ist es auch vorteilhaft, yjenn die Wellen beider Eingriffskörper nach außen geführt sind, und wenn auf einer der Wellen ein Schwungrad sitzt, während die andere Welle al» Abnahmevolle für die Hauptantriebskraft dient. Dies reicht bei Kraftabnahmo jeweils in der gleichen Drehrichtung im allgemeinen aua, um einon Wechsel des Zahnspiels und damit Schläge

909820/0245 ^BAD ORIGINAL

- 10 -

in der Maschine sowie Undichtigkeiten bzw. Ausgleichsströmungen zwischen den Arbeitsräumen zu vermeiden.

Dabei ergibt sich sine weitgehende G-estaltungafreiheit für die Gesamtmaschine durch die Möglichkeit, daß die HilfDantriebe mit Wellenenden gekuppelt sinä_s die nicht der Hauptkraftabnahme dienen. Dies kann beispielsweise auch im Zusammenhang mit einer verschiedenen Zähnezahl der Eingriffskörper vorteilhaft aein_s da dann zwei verschiedene Antriebsgeschwindigkeiten zur Verfügung stehen und Zahnrad-» oder Keilrieraenubersetaungen für die Hilfsantriebe j wie Lichtmaschine» Kühlgebläse usw. entfallen können«

Eine andere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, daß die Zähne in ihren Zahnköpfen an sich bekannte Diehtungaleisten aufweisen, wobei die leisten mittels einer Ysrdiekung ihres Profils in entsprechend gestalteten Schlitzen oöex· Hut an der Zahnköpfe . verankert sein Jzännen, Statt dessen oder zusätE/Iish besteht auch die Möglichkeit,, «laß die Leisten ±n ihren l'utsn durch an den Bndflächen befestigte Haltelrörper £ all al ten sind,

In vielen Fällen kann es auch zweckmäßig sein» wann die Leisten in an sich bekannter Weise gegenüber der radialen Richtung schräggestellt sind imd geschleppt werden.

Per Verbesserung der Abdichtung dient es außerdem„ wenn die Halterung der Leisten in radialer Richtung nachgiebig ge™

90 98 2 0/02 4. ._._... _ _M

staltet ist bzw» Spiel aufweist, so daß die Leisten unter Zentrifugalwirkung an die innere Gehäusewandung angedrückt werden können, und eventuell auch - bei niedrigen Drehzahlen -, wenn zwischen die Innenseiten der Leisten und den Grund der Haltenuten federnde Mittel eingelegt sind, die die Leisten nach außen zu drücken bestrebt sind.

Weiterhin erscheint es zweckmäßig, wenn die Zündmittel für das Brenngasgemisch in seitlichen Hischen der Stirnwandungen* vorzugsweise zu beiden Seiten, und gegenüber den Eingriffskurven der Zähne versetzt angeordnet sind.

Auf Grund ihrer grundsätzlichen Bauart besitzt die Maschine einen außerordentlich ruhigen Lauf und keinerlei durch Gewichtsverhältnissö oder die Erzeugung der Kraftimpulse bedingte Unwuchtί trotzdem kann ihre Ausbildung als Zwei- oder Mehrscheibenläufer zweckmäßig sein. Auf Grund der geschilderten VerhältnisPR bestehen zwar keine Bedenken dagegen, die Scheibendicke, d,h. die axiale Länge der Eingriffskörper, entsprechend der gewünschten Leistung, v/es entlich größer zu wählen als dieb bei Rotationskolbenmaschinen der bisherigen Batiart möglieb wer; jedoch könnten im Einzelfalle die Form der Verbrennungsräume und die äobei orzielbare Verbrennungsgeschv/inäig^oit eine Unterteilung zweckmäßig erscheinen lassen.

Zwar ist e«s ' oixxeswegs erforderlich, daß die Verbrennung bereit.; beend-.it ?..&?% sobald sioh der T=Dr"brönnungsraum zum

909820/02 4 5 BAD omosNAL ₁₂ _

Expansionsraum hin öffnet, jedoch muß die Verbrennung bereits in einem solchen Ausmaß eingeleitet sein, daß sie im Expansionsraum vollständig erfolgt und außerdem noch genügend Zeit für die Expansion selbst verbleibt _t um eine möglichst vollständige Ausnutzung der Energie der Verbrennungsgase zu erzielen. Jedoch ist es günstiger, wenn die Verbrennung beim Öffnen des Zündraums bereits vollständig erfolgt ist, insbesondere auch mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad des Motors, Hun mag dies aber in einzelnen Fällen mit schmaleren Scheiben günstiger erreichbar sein, auch wenn sich hierdurch der bauliche Aufwand etwas erhöht.

Schließlich ergibt sich auf Grund der symmetrischen Bauart der Maschine auch die Möglichkeit, vorzugsweise bei symmetrischem Zahnquerschnitt, die Punktion der Ein- und Auslaßöffnungen zur Änderung der Drehrichtung zu vertauschen; dies kann beispielsweise durch Mehrweghähne, beispielsweise mit X-Bohrung, erfolgen.

Der Gegenstand der Erfindung sei an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele und Details kurz erläutert,■ die sich sämtlich auf eine nach Art einer Zahnradpumpe gestaltete außenachsige Drehkolbenmaschine beziehen. Eine Abänderung und Anpassung auf andere Bauarten bedingt jedoch lediglich konstruktive Änderungen, die im Bereich des normalen Fachmanns liegen.

909820/0245 -·" *?■

BAD ORSSMAL

-¹⁵- H51751

Abb. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Gehäuse quer zu den Achsen der Eingriffskörper und

Abb. 2 einen hierzu senkrechten Schnitt in der gemeinsamen Mittelebene· der beiden Achsen?

Abb. 3 bis 6 zeigen verschiedene Eingriffsphasen der Zähne im Boreich des Arbeitsraums,

Abb. 7 eine Sonderform der Zahnräder der Eingriffskörper,

Abb. 8 eine bestimmte Phase der Zahnstellung in bezug auf die Ein- und Auslaßöffnungen und

Abb. 9 eine Phase, bei der Spülung einer Kammex· erfolgtf

Abb. IO bis 15 zeigen verschiedene Befestigungsarten und Ausführungaformen von Dichtungsleisten„

Abb. 16 zeigt in einem Schema die Anordnung von Koppelzahnrädern,, und

Abb. !7 gibt einen Vergleich der Zahnformen der Arbeitszahnräder mit denen der Koppelaahnräder§

Abb. I8 zeigt eine einfache Einstellmöglichkeit eines Koppelzahimids auf seiner Welle.

909820/0245 _{BAD 0Rle},_NAL -u-

Gemäß Abb» 1 sind in einem im Querschnitt 8-förmigen Gehäuse ι zwei gezahnte Eingriffskörper 2 und 3 angeordnet, die mit= einander kämmen und auf Wellen 4 und 5 gelagert sind. Mit 6 sind die Einlaßöffnungen bzw. -schlitze bezeichnet und mit 7 die Auslaßschlitse. Die grundsätzliche Wirkungsweise ist nun wie folgt?

Das zu beiden Seiten durch die Einlaßöffnungen 6 - evtl. unter Überdruck - zuströmende Brenngemisch füllt zunächst je eine Kammer 10 bzw. 10a, von der es lediglich mitgeführt wird_s ohne daß bereits eine Verdichtung eintritt» Bei weiterer Drehung der Eingriffskörper 2 und 3 gelangen die Kammern über die Ein-» schnürung 11 des Gehäuses 1 hinweg miteinander in Verbindung, und der vereinigte Inhalt der beiden Kammern wird im weiteren Verlauf verdichtet, bis er zwischen zwei im Eingriff stehenden Zähnen 13 in der vollständig durch die Zahnflanken abgeschlossenen Verbrennungskammer 9 seine maximale Verdichtung erhält. Das Kompressionsverhältnis ergibt sich hierbei aus der Größe der beiden Kammern 10 und 10a im Verhältnis zur Größe der Kammer 9, sobald diese ihren kleinsten Rauminhalt erreicht hat. Die zugehörige Eingriffskurve der Zähne ist mit 8 bezeichnet. Mit 12 ist der Expansionsrauin bezeichnet«, Beim Umlauf der Eingriffskörper werden nun laufend von anderen Zähnen neue Kompressions-„ Verbrenmmgs- und Expansionskammern gebildet, v/obei immer mindestens zwei Zahnköpfe dichtend zwischen diesen Räumen und den Ein- bzw. Auslaßöffnungen vorhanden sind.

909820/0245 - 15 -

SAD ORIQSNAL

Sind nun die Dichtungsverhältniaae an den den Kompressionsraum begrenzenden Zahnköpfen nicht absolut ideal, so findet nur ein ganz geringfügiger Gasaustausch über die betreffenden Zahnköpfe hinweg statt«, der nur eine minimale Druckänderung beispieleweise in den - schraffiert gekennzeichneten ■·· Kammern und 10a zur Folge hat, aber nicht ausreicht, um die dahinter laufende Kammer zu beeinflussen, so daß sich die Druckänderung nicht bie auf die Ansaugöffnungen auswirken kann. Entsprechend sind alt Verhältnisse auf der Expansionsseite.

Die Bildung der Zündräumo 9 erfolgt im Rahmen des Zahnspiele, wobei infolge der Druckverhiütnisse innerhalb der Maschine jeweils die vorn laufende Planke des Eingriffskörpers 2, der als treibender !Feil gedacht sein kann, mit der hinten laufenden Flanke des getriebenen Teils 3 in dichten Eingriff gelangt. Dementsprechend können die anderen Flanken der Zähne, da sie keine Eingriffsfunktion zu übernehmen haben und dies auch gar nicht tun sollen, beliebig gestaltet werden, d.h. Ausnehmungen aufweisen, die zur Bildung der Kammer 9 beitragen. Diese vorn laufenden Flanken sind mit 14 bzw. 16 und die rückwärtigen Flanken mit 15 bzw. 17 bezeichnet. Im Eingriff stehen also die Flanken 14 und 17, während die Flanken 15 und 16 die Brennkammer bilden.

Wenn auch in Abb. 1 und in späteren Erläuterungsbeispielen eine bestimmte Zahnform gewählt ist, so sei doch hier nochmals darauf hingewiesen, daß diese keineswegs die allein

9 09820/024 5 «AD _.„....

— IO

mögliche ist. lediglich die Eingriffs- und Dichtungsverhältnisse bestimmen die Wahl der Form der Eingriffsflanken.

Abb. 2 zeigt in einem hierzu senkrechten schematischen Schnitt vor allem die Ausführungsform des Gehäuses mit Dehnungsausgleich. Dabei wird eine der Endflächen des Innenraums des Gehäuses einteilig mit dem Umfang des Gehäuses 1 hergestellt, das außerdem buchsenartige Führungskörper 21 für die Wellen und 5 aufweistο An diesen sind Axialwälzlager 22 befestigt, die sich auf Lagerringe 23 an den Wellen abstützen. Die Lagerringe 23 können durch Gewinde verstellbar sein und gegeneinander gekontert werden. Auf der anderen Seite des Gehäuses ist ein zweiter Gehäuseteil 25 konzentrisch in einer Verlängerung 24 des Hauptgehäuses teleskopartig geführt und durch Dichtungsringe 26 hiergegen abgedichtet. Die Anordnung der Führungsbuchsen und Axiallager ist die gleiche wie auf der gegenüberliegenden Seite. Der Gehäuseteil 25 bildet die zweite Stirnwand, die somit gegenüber dem übrigen Gehäuse bzw. der gegenüberliegenden Stirnwand axial begrenzt verschieblich ist, d.h. theoretisch exakt in dem Ausmaße, in dem sich die Eingriffskörper 2 bzw. 3 ausdehnen. Durch geeignete Abstimmung der Abstände der Axialwellenlager von den Stirnwänden kann unter Berücksichtigung der auftretenden 2emperatur=· unterschiede durch Wahl der Kühlverhältnisse und der Materialeigenschaften auch praktisch eine vollständig gleichförmige Dehnung des Gehäuses und der Eingriffskörper erzielt werden,,

909820/0245 ~ f7 ~

BAD

~¹⁷~ U51751

wobei durch die Verschieblichkeit der Lagersteilen auf den Wellen auch noch eine nachträgliche Einstellbarkeit gegeben ist.

Die verschiedenen in den Abb. 3-6 geseigten Eingriffsphasen bedeuten folgendesϊ

In Abb. 3 ist der Moment gezeigt, wenn av/ei Flanken am Anfang der Eingriffslinie (Kurve) in Eingriff kommen, wo die Brennkammer 9 gerade vom Koiupreseioneraum abgeschlossen ist. Ab diesem Moment kann die Verbrennung anfangen.

Bei weiterer Drehung in die Stellung gemäß Abb. 4 erfolgt die höchste Kompression öler Gase im Zündraum. Dieser Punkt entspracht etwa dem oberen Totpunkt bei Hubkolbenmaschinen. Spätestens in diesem Moment soll dia Zündung erfolgen, die jedoch auch schon sii.t Rücksicht auf die Trägheit der Verbrennung in dem In Abb. '5 oder einem dazwischen liegenden Zeitpvnfct vorgenommen \ΐύτα.βη kann.

Abb. 5 iseigt dun ilon-jjit größter Expansion dor Verbrennungskamwoi· 9» wei»n diese sich gerade zum Expansions raum 12 hin KU o'.fi'nen beginnt.

Abb. 6 entspricht in dor Stellung der Zähne einem noch späteren Zeitpunkt, .furni nämlich die Expansion kurz vor ihrem Ende steht und das nr.chntfolgende Zahnpaar bereits eine

909820/02 A 5 _{ftAn Λ} " ¹⁸ '

⁸AD ORi

-ⁱ⁸~ ' H51751

abgeschlossene Yex'brennungskammer gebildet hat, in der wiederum gerade eine Verbrennung stattfindet. Außerdem sind in den Abb. 3-6 Hüten angedeutet _t die Bruckausgleichskanäle 11a zwischen den beiden Teilen der !Compressions- bsw. Expansionsräume bilden. Zusätzlich kBsm die Kante der Einschnürung 11 an der Innenseite gebrochen bssw, ausgerundet SeIn₅, ura die Zahn·= köpfe bzw» die darin eingelegten Dichtleiaten zu schützen.

Gemäß Abb. 7 besitzen die Zähne an den arbeitaraumbildenden Planken rippenertige Erhöhungen.;, die über einen begrenzten Teil der nieht gegeneinander dichtenden Flanken geführt sind und eine gegenseitige führung ergeben₉ so daß ein eventuelles Rück» schlagen des Motors keine Beschädigung der Zähne zut Folge hat. Sind dabei die Rippen 33 an den aeitlichen Enden der Eingriffs·= körper angeordnet ₅ so wird hierdui^ch die Stlrnflache des Verbrennungsräume s verkleinert und somit der auf die Stirnwände einwirkende Yerbrennungsdruck herabgesetzt, was den Dichtungsverhältnissen augute kommt ο l'rotzdem ist noch genügend Raum für den Durchtritt der Zündflamme in das Innere des Verbrennungsraumes auch bei seitlicher Zündung vorhandene In manchen Fällen mag es jedoch vorteilhafter sein, diese Führungsrippen 33 etwa in der Mitte der Zahnflanken anzuordnen. Dies bedingt andererseits eine Zündung von beiden Seiten her, sofern die Zündung mittels Zündkerzen, von der Stirnseite erfolgt.

Eine andere Möglichkeit für die Einleitung der Zündung besteht einmal im Diesel-Prinzip und zum andern in der Anordnung von

9098 2 0 /02A5

BAD ¹⁹ "

-¹*- U51751

Zündmitteln in den Zähnen bzw. im Zahngrund. Biese Möglichkeit kommt allerdings nur fur größere Bauarten in Frage. Die Zündung im Gehäuseumfang anzubringen, ist jedoch auf Grund des Arbeitaprinzips nicht möglich.

Abb. 8 und 9 zeigen nun verschiedene Zahnstellungen in bezug auf die Einlaßöffnung 6 bzw. die Auelaßöffnung 7· Gemäß Abb. 8 ist die Einlaßöffnung mit einer einzigen Kammer verbunden, die gerade gefüllt v/ird, während die Auspuff öffnung Gas austreten läßt. Bei geringer Weiterdrehung gemäß Abb. 9 sind die Öffnungen 6 un<i 7 Kurzgeschlossen, d.h. es erfolgt eine Spülung der Kammer, die als nächste mit Frischluft bzw. Verbrennungsgemisch gefüllt werden soll. Ba hierbei eine eigentliche Ansaugwirkung nicht auftritt, ist es zweckmäßig, Luft oder Gemisch unter geringem Überdruck einzuführen.

Abb. 10 zeigt die Anordnung einer Dichtleiste 27 im Zahnkopf, die in einer Radialnut dadurch gehalten ist, daß diese in ihrem Grunde eine Verbreiterung aufweist, während die Leiste eine entsprechende Verdickung besitzt.

Eine ähnliche Anordnung seigt Abb ο 11_P lediglich mit dem Unterschied, daß Hut und Dichtleiste 27 gegenübex¹ der radialen Richtung versetzt sind, derart, daß die Leiste vorzugsweise nachgeschleppt wird.

- 20 -909820/0245 BAD ORiGiNAL

- 2Ö -

Eine andere Befestigungsart zeigen die Abbildungen 12 bis 14. Hierbei ist die im übrigen glatte Dichtleiste 28 an den Stirnseiten mit einer flachen Ausnehmung versehen, in die ein Haltewinkel 29 eingreift, der an der Stirnfläche 13a des Zahnes 13 durch eine Schraube 30 befestigt sein kann. In allen Fällen ist es hierbei zweckmäßig, wenn die Befestigung ein gewisses Spiel aufweist derart, daß die leisten 27 bzw. 28 unter Zentrifugalwirkung aus ihrer Nut um einen gewissen Betrag heraustreten können, um die Dichtwirkung zu verbessern.

Gemäß Abb. 15 kann dies bei Langsamläufannoch dadurch unterstützt werden, daß federnde Kittel 31 die Dichtleiste 28 aus der Nut herauszudrücken bestrebt sind. Hierzu können entweder Bandoder Wellenfedern, aber auch kurze weiche Schrauben- oder Kegelfedern dienen.

Als Material für die Dichtleisten eignen sich alle für diesen Zweck bekannten Materialien, sofern sie nur genügend temperaturfest sind, insbesondere also Hartkohle oder Graphit, selbstschmierende oder mit Schmierstoff getränkte Sinterwerkstoffe u.v.a.m.

Im übrigen kann die Schmierung durch Gemischschmierung, d.h. durch Vermischung des Schmieröls mit dem Brennstoffgemisoh, oder auch dadurch erfolgen, daß Schmierölleitungen durch das Innere der hohlen Eingriffskörper geführt werden, die im Nutengrund für die Dichtungsleisten münden oder an anderen,

90982 0/02 4 5 _{BAD 0}R,

besonders schmierungsbedürftigen Stellen. Dabei kann das durch das Innere der Eingriffskörper im Umlauf gepumpte Schmieröl gleichzeitig auch als Kühlmittel dienen. Ebenso können aber auch besondere Kühlwasserleitungen durch das Innere der Eingriffskörper verlegt werden» Die Gehäusekühlung erfolgt in herkömmlicher Weise entweder durch einen Kühlwassermantel oder mittels Kühlrippen und Luftgebläse.

In vielen Fällen kann es nun vorteilhaft sein, die Wellen 4 und 5 gemäß Abb. 16 durch Koppe],Zahnräder 34 und 35 miteinander au verbinden, wobei die Zähne 32 der KoppelZahnräder gemäß Abb. 17 umgekehrt asymmetrisch wie die Zähne 13 der Eingriffskörper ausgebildet sein können, um zu erreichen, daß die Zähne 13 mit ihren Eingriffsflanken dauernd miteinander in Berührung gehalten werden. Hierzu kann es gemäß Abb. 15 noch weiterhin zweckmäßig sein, eines der Koppelzahnräder, beispielsweise 35, gegenüber der Welle 5 in Umfang3richtung einstellbar zu machen, und zwar durch eine Schraube 36, die etwa tangential zum Umfang der Welle 5 angeordnet ist und in eine entsprechende Ausnehmung dieser Welle eingreifen kann. Durch verschieden tiefes Einschrauben der Einstellschraube mittels eines Vierkants od.dgl._p der in einer seitlichen Öffnung 37 zugänglich gemacht ist, ergibt sich die gewünschte Einstellmöglii/nkeit für die Eingriffskörper^

In der Zeichnung nicht dargestellt sind die Möglichkeiten der Zuführung von Schmier- oder inneren Kühlmitteln, die Gehäuse-

.909820/0245 BADORiGlNAL

- 22 -

kühlung und die Anordnung der Zündung. Diese sind nach den Erfordernissen des Praxis von jedem Konstrukteur in geeigneter Weise zu v/ählen_f v/ie auch die gesamte Darstellung nur als schematisches Beispiel aufzufassen ist, das ausgehend von dem Grundprinzip in verschiedenster Weise abgewandelt werden kann.

Pat entansprüch e

909 8 20/0245

BAD

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Brennkraftmaschine mit Rotationskolben, insbesondere außenacheige Drehkolbenmaschine mit zwei umlaufenden Eingriffskörpern r, die im Kämmeingriff zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffskörper, wie Kolbenläufer bzw. Absperrteil(e) über ihren Umfang verteilt eine Mehrzahl von ineinander eingreifenden, arbeitsraumbildenden Wandungsteilen (Zähne bzw. Zahnlücken) besitzen, und daß zwischen dem jeweiligen Arbeitsraum einerseits und den Einlaß- und/ oder Auslaßöffnungen andererseits mindestens ein - vorzugsweise zwei oder mehr - Gasführungsräume konstanten Volumens durch die auf der Gehäuseinnenwandung dichtend gleitenden Zähne der arbeitsraumbildenden Wandungsteile gebildet werden.

   2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Eingri fi'skörper an der Bildung des Arbeitsraumsmaßgeblich beteiligt sind und einen primären (Haupt-)Ver^rennungsraun (Zündraum) zwischen ihren Zähnen bilden.

   3. Maschine nach ,Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

   - i j indestens zeitweilig ~ aus drei getrennten.

   909820/0245 BAD ORj_GiNAL

   durch die Zähne der Eingriffskörper gegeneinander abgeschlossenen Teilräumen, einem !Compressions-, dem Zünd- und einem Expansionsraum, besteht.

   4. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse und die Eingriffskörper nach Art einer Zahnradpumpe gestaltet sind, wobei jedoch die Einlaß- und die Auslaßöffnungen paarweise benachbart am Gehäuseumfang in ausreichendem Abstand vom Arbeitsraum bzw. von der Einschnürung des im Querschnitt etwa 8-förmigen Gehäuses angeordnet sind.

   5. Maschine nach Anspruch 4$. dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise einander zugeordneten Ein- und Auslaßöffnungen im Verhältnis zum Zahnabstand so dicht benachbart angeordnet sind, daß die öffnungen kurzzeitig jeweils über eine Gasführungskammer zwecks Spülung miteinander in Verbindung gelangen.

   6. Haschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch A₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürungskanten an der Innenseite der Gehäusewandung abgerundet oder auf sonstige Weise gebrochen bzw. verlaufend gestaltet sind.

   7. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet ₉ daß an der Gehäuseinnenseite im Bereich der Einschnürung Verbindungs- (Druck- . ausgleiche-)Kanäle bzw. -äussparungen kompressions- und/oder expansionsseitig vorgesehen sind.

   90982 0/02 4 B _{BAD 0RieiwAu} . ₂₅ _

   ~²'~ U51751

   8. Haschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mindestens eine achsparallel begrenzt - verschiebliche Stirnwand aufweist.

   9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei teleskopartig ineinander verschieblichen, gegeneinander abgedichteten Teilen besteht, deren jeder Axialwellenlager für die Wellen bzw. Wellenstümpfe einer Seite trägt, derart, daß die achsparallele Dehnung der Eingriffskörper eine exakt gleiche Verschiebung der Stirnwände herbeiführt.

   10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Axialwellenlager von den Stirnwänden des Gehäuses unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften und/oder der Xühlverhältnisse derart gewählt sind, daß die achsparallele Verschiebung der Stirnwände über weite Temperaturbereiche der achsparallelen Dehnung der Eingriffskörper folgt.

   H. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffskörper gleichen Durchmesser und gleiche Zähnezahl besitzen, die mindestens je sechs und vorzugsweise acht oder mehr Zähne beträgt.

   12. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffskörper eine voneinander abweichende Zähnezahl besitzen, wobei die beiderseitigen Zahlen vorzugsweise keinen gemeinsamen Nenner besitzen. 909820/0245 BAD ORIGINAL

   - 26 -

   13. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne mindestens eines der Eingriffskörper einen unsymmetrischen Zahnquerschnitt aufweisen.

   14. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne eines der Eingriffskörper (des Leistungsteils) an der Rückseite arbeitsraumbildende Flanken bzw. Flankenausnehmungen aufweisen.

   15. Maschine nach den Ansprüchen 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne eines Eingriffskörpers (des Absperrteils) arbeitsraumbildende Planken bzw. Flankenausnehmungen an der in Drehrichtung vorn laufenden Flanke aufweisen.

   16. Maschine nach den Ansprüchen 14 und/oder 15» dadurch gekennzeichnet, daß die arbeitsraumbildenden Flanken bzw. Flankenausnehmungen der Zähne nicht über die volle Breite der Zähne geführt sind. .

   17· Maschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß an den mit arbeitsraumbildenden Flanken bzw. Flankenausnehmungen versehenen Zähnen der Eingriffskörper seitliche oder mittlere Rippen mit vollem (symmetrischem) Zahnprofil vorgesehen sind.

   18. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Eingriffskörper in an sich bekannter Weise durch Koppelzahnräder verbunden sind.

   909820/0 2 45

   BAD ORiSmAL - 27 ~

   U51751

   19« Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Koppelaahnräder relativ zu deiner Welle zwecks Verminderung bzw. Vermeidung des Flankenspiels auf der Dichtungsseite der Zahnräder der Eingriffskörper einstellbar gelagert ist.

   20. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch 18 oder 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Koppelzahnräder im umgekehrten Sinne asymmetrisch ausgebildet sind wie die Zähne der Eingriffskörper.

   21. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Relativverstellung der Wellen der Eingriffskörper in das nachgeschaltete Geschv/indigkeitswechselgetriebe verlegt ist.

   22. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen beider Eingriffskörper nach außen geführt sind, und daß auf einer der Wellen ein Schwungrad sitzt, während die andere Welle als Abnahmewelle für die Hauptantriebskraft dient.

   23« Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch 22_r dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsantrieb mit Wxlenenden gekuppelt sind_p die nicht der Hauptkraft abnähme c.ieneiio

   - 28 -909820/0245 _{BAD CRja|NAL}

   U51751

   24. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekenn·» .· zeichnet, daß die Zähne in ihren Zahnköpf«n an sich bekannte Dichtungsleisten aufweisen.

   25« Maschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten mittels einer Verdiokung ihres Profils in entsprechend gestalteten Sohlitzen oder Hüten der Zahnköpfe verankert sind.

   26. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, insbesondere nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten in ihren Nuten durch an den Endflächen der Zähne befestigte Haltekörper gehalten sind.

   27* Maschine nach den Ansprüchen 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten in an sich bekannter Weise gegenüber der radialen Richtung schräggestellt sind und geschleppt werden.

   28. Maschine nach den Ansprüchen 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet„ daß die Halterung der Leisten in radialer Richtung nachgiebig gestaltet ist bzy. Spiel aufweist, ao daß die Leisten unter Zentrifugalwirkung an die innere Gehäusewandung angedrückt werden können.

   h9<. Maschine nach den Ansprüchen 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet _f daß zwischen die Innenseiten der Leinten und den Grund der Haltenuten federnde Mittel eingelegt Bind, die die Leisten nach außen zu drücken bestrebt sind.

   909820/02^5

   BAD CKiS-^l-- >h

   ~²⁹~ U51751

   30. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmittel für das Brenngasgemisch in seitlichen Mischen der Stirnwandungen» vorzugsweise zu beiden Seiten, und gegenüber den Eingriffskurven der Zähne versetzt angeordnet sind. -

   31. Maschine nach den Ansprüchen 1 und folgenden* gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Zwei- oder Mehrscheibenläufer.

   32. Maechine nach den Ansprüchen 1 und folgenden, vorzugsweise mit symmetrischem Zahnquerschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktion der Ein- und Auslaßöffnungen zur Änderung der Brehriohtung vertauschbar gestaltet ist.

   909820/0245