DE2604029A1

DE2604029A1 - Mit fluegeln ausgestatteter kreiskolbenmotor

Info

Publication number: DE2604029A1
Application number: DE2604029A
Authority: DE
Inventors: Tony Ralph Sarich
Original assignee: SARICH TONY
Current assignee: SARICH TONY
Priority date: 1975-02-03
Filing date: 1976-01-30
Publication date: 1976-08-05
Also published as: BE838214A; US4079083A; ES444856A1; FR2299511B1; BR7600673A; GB1520971A; FR2299511A1

Description

PFENNING - MAAS - SEILER · MEINIG - LEMKE SPOTT

PATENTANWÄLTE BERLIN . MÖNCHEN - AUGSBURG

Λ Pfenning, Ofpl.-Ing.-Bertte

* Fat(ntanwSH«HMnfne'Maas.S«!fer.Mern!fe.Umfc·.Spott * ^!^J^^"^!**™*™

" « *"■ H.Seiler, Dtpt-Ing.-BecHn

K. R. VUkäe, OFpt-Phjs. · BertTn J. M. Lemke, Dlpt-tn» · Augsbtng Dr.G. Spott, DlpT.-Chem.- München

Λ£>η/ Π 7 Q BORO BERLIM:

ZßUHUig DtOOO Berlin 19

Otdenburgatlee 10

Tetefon: 030/3045521/3045522

Telegrammadresse: Seilwefcrpatent

IhrZetchen Ihr· Nactirfeht vom Yöur rttemet Yburfoftarof Oorrtf«-»ne» Dal·

Pf/schu 3O« Januar 1976

TONY RALPH SARICH 9 Halse Place, Karrinyup, Western Australia, Australien

Mit Flügeln ausgestatteter Kreiskolbenmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Flügeln ausgestatteten Kreiskolbenmotor, der aus einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse bewegbaren Kolben und aus einer Mehrzahl von Flügeln besteht, die zwischen dem Gehäuse und dem Kolben Kammern bilden,, die sich in Abhängigkeit von der relativen Drehung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse in ihrem Volumen verändern. Der Motor kann als Motor mit internaler oder externaler Verbrennung, als Hydraulikmotor oder pneumatischer Motor oder als Dampfmaschine ausgebildet sein.

609832/0736

Es sind zahlreiche Konstruktionen derartiger Motoren vorgeschlagen worden, bei denen die relative Bewegung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse entweder eine Drehbewegung oder eine kreisförmige Orbitalbewegung ist; bei derartigen Motoren besteht ein wesentliches Problem in einer geeigneten Abstützung der Flügel. In machen vorgeschlagenen Ausführungs formen sind die Flügel gleitend entweder im GEhäuse oder im Kolben zur Durchführung hin- und hergehender Bewegungen angeordnet und können an den gegenüberliegenden axialen Enden in Schlitzen aufgenommen sein, die parallel zur Richtung der hin- und hergehenden Bewegung liegen und außerdem in einem Schlitz, der quer zu dieser Bewegungsrichtung liegt. Eine derartige Konstruktion findet sich in der US-PS 3 787 15O.

Bei dieser Ausführungsform ist der Flügel über seine gesamte Länge in Richtung der Bewegungen abgestützt, was zu Nachteilen führt. Einmal ist die Reibung zwischen dem Flügel und den ihn abstützenden Teilen sehr hoch aufgrund der großen Kontaktfläche. Da zum anderen aus herstellungstechnischen Gründen der den Flügel abstützende Teil nicht aus einem STück bestehen kann, ergeben sich zwangsweise bei den Elementen dieses Teiles beim Zusammenbau Abweichungsfehler. Wenn geringe Herstellungstolaranzen angewendet werden

6Ü9832/0736

sind die Herstellungskosten hoch; wenn gröbere Toleranzen zugelassen werden, ergeben sich erhebliche Abweichungsfehler, die zu einem übermäßigen Spiel bei hoher Reibung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteilen abzuhelfen und einen Kreiskolbenmotor zu schaffen, bei dem die Flügel in optimaler Weise abgestützt sind, ohne daß der Betrieb des Motors und seine Herstellung nachteilig beeinflußt werden.

Die Erfindung geht aus von einem Kreiskolbenmotor, der aus einem Gehäuse, aus einem auf einer drehbar im GEhäuse angeordneten HElIe aufgenommenen Kolben und aus einer Mehrzahl von Flügeln besteht, die bei relativer Bewegung des Kolbens in dem Gehäuse in ihrem Volumen sich verändernde Kammern bilden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel zürn Zwecke seiner hin- und hergehenden Bewegung in dem Kolben oder dem Gehäuse an drei Stellen abgestützt ist, die ein in der Ebene des Flügels liegendes Dreieck bilden.

Vorzugsweise ist die Dreieckbildung derart, daß zwei der Abstützstellen in axialer Richtung des MOtor im Abstand voneinander und die dritte Stützstelle in radialem Abstand

809832/0736

_ 4 —
von jeder der beiden ersten Stützstellen angeordnet sind.

Das Gehäuse besteht aus einem eine Umfangswand bildenden Teil und aus beiderseitigen SEitenwänden, und jeder Flügel ist in entsprechenden Schlitzen in der IMfangswand und in den Seitenwandungen zum Zwecke seiner hin- und hergehenden Bewegung abgestützt. Eine dieser AbstützStellungen ist in dem Schlitz der ümfangswand und in dem Schlitz jeder Gehäuseseitenwand ist eine weitere Abstützstelle angeordnet. Die Abstützstellen in dem Schlitz der Ümfangswand des Gehäuses bestehen aus zwei Lagerpolstern, wobei in jeder Seitenwand des Schlitzes ein La gerpolster angeordnet ist, so daß die beiden Lagerpolster an den gegenüberliegenden Flächen des Flügels anliegen. Der Flügel besitzt einen Hauptteil, der sich von der Oberfläche des Kolbens in den Schlitz der Gehäuseumfangswand erstreckt, und an jedem axialen Ende des Hauptteiles ist ein Schenkelteil befestigt. Die an jedem Flügel befindlichen beiderseitigen schenkelteile liegen in den schlitzen der GEhäuseseitenwandungen und erstrecken sich nach innen zur ümfangsflache des Kolbens. Die beiden anderen Abstützstellen bestehen aus Lagerpolstern, die auf den Schenkeln, und vorzugsweise auf ihren innerhalb der ümfangswand des Kolbens liegenden Teilen aufliegen. Jeder Flügelteil besitzt einen

609832/0738

2604023

mit ihm aus einem Teil bestehenden Bolzen oder Zapfen zur Aufnahme eines Ansatzes, der gleitend in einen Schlitz in der Seitenwand des Kolbens eingreift, um die Bewegung des Flügels während des kreisförmigen Umlaufes des Kolbens zu steuern.

Dadurch, daß der Flügel mit drei AbstütζStellungen in Form eines Dreieckes ausgestattet ist, nimmt er eine STellung ein, in der die Belastung zwischen den drei Abstüt ζ stellungejn verteilt wird. Durch die dreieckförmige Anordnung der Abstütζstellen werden Abweichungsfehler zwischen den Lagerpolstern in der Gehäuseumfangswand und in den Seiten der Schlitze der Gehäuseseitenwände, mit denen die Flügelschenkel in Eingriff stehen, ausgeglichen. Dieser Ausgleich wird weiter unterstützt durch die Biegsamkeit der Flügelschenkel. Auf diese Weise liegt die Herstellungsgenauigkeit des Umfangsgehäuses und der Seitenwandungen auf einer Ebene, die dem üblichen Maschinenbau entspricht.

Da außerdem die drei Abstützstellen in Dreieckform angeordnet sind, kann sich der Flügel mit den Abstützstellen im Gehäuse ausrichten zum Zwecke eines guten Oberflächenkontaktes mit den ihn aufnehmenden Kontaktflächen, was zu einer Reduzierung des Verschleißes und der Reibung führt.

809332/0738"

Wenn der Flügel in dem Schlitz der Umfangswand des Gehäuses über seine gesamte Breite aufgenommen ist, ist seine Tendenz, sich in der Achsrichtung zu biegen, aufgrund des Gasdruckes minimal. Diese Reduzierung der Flügelverformung führt zu einer Verringerung der Materialermüdung und ermöglicht eine leichtere Flügelkonstruktion.

Die Lagerpolster können als Teil des Gehäuses oder des Flügels ausgebildet sein, wobei sie mit einer Oberflächenbeschichtung aus einem Lagermaterial bestehen können; sie können auch als Einsatz des Flügels oder Gehäuses ausgebildet sein. Der Einsatz besteht zweckmäßigerweise vollständig aus einem geeigneten Lagermaterial, beispielsweise Phosphorbronze; er kann auch aus anderem Material mit geeigneten mechanischen oder thermischen Eigenschaften bestehen, das mit einer Schicht aus Lagermaterial versehen ist. Auf der Lagerfläche ist entweder geeignetes Lagermaterial aufgebracht oder vorzugsweise ein Einsatz auf der Seitenwand des Gehäuses befestigt, da die letztere eine geringere thermische Verformung während des Bet riebes erfährt und daher eine beständigere Aufnahmestelle für den Einsatz bildet.

Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbar bei Maschinen mit innerer Verbrennung, wie sie in der US-PS 3 787 150 be-

603832/0738

schrieben sind. Bei einer derartigen Maschine sind die Flügel im Gehäuse hin- und hergehend aufgenommen in einer Richtung senkrecht zur axialen Ebene, und die Flügel sind mit dem Kolben derart verbunden, daß jeder Flügel relativ zu dem Kolben in einer Richtung senkrecht zur hin- und hergehenden Flügelbewegung bewegbar ist. Der Kolben besitzt ebene Oberflächenteile auf seinem Umfang, und das radial innere Ende eines jeden Flügels liegt auf einem ebenen Oberflächenbereich derart auf, daß die Relativbewegung zwischen Kolben und Flügel möglich ist. Jeder Flügel besitzt an jedem axialen Ende einen schenkel, der sich radial nach innen über die Umfangsflache des Kolbens erstreckt, und die Schenkel tragen Ansätze, die gleitend in entsprechende Schlitze in dem Kolbeneingreifen, die parallel zu den ebenen Oberflächenbereichen gerichtet sind. Zwei der Abstützstellen für den Flügel sind an den Flügelschenkein benachbart zu den Ansätzen angeordnet.

Die beiliegenden Zeichnungen ζ eigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet:

Fig. 1 Ansicht des Motors in Achsrichtung in teilweisem Schnitt bei teilweise abgenommener Seitenwand;

609832/0736

Fig. 2 Schnitt gemäß Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 teilweise perspektivische Darstellung

eines Flügels und des benachbarten Teiles des Gehäuses und des Kolbens.

Der MOtor besteht aus einem eine ümfangswand bildenden Außengehäuse und gegenüberliegenden Seitenwandungen 11, llA_f die mit dem Außehgehäuse 10 durch Bolzen verschraubt sind. Ein Kolben 13 mit der Kolbenbüchse und dem Lager 14 ist auf dem exzentrischen Zapfen 17 einer Kurbelwelle 16 aufgenommen. Der Zwischenraum zwischen dem Kolben 13 und dem Gehäuse ist in eine Zahl von Verbrennungskammern unterteilt,durch Anordnung von Flügeln 18, die mit ihrem inneren Ende an entpsrechenden ebenen Bereichen 19 der Kolbenoberfläche anliegen und gleitend in Schlitzen 18A des Außengehäuses aufgenommen sind.

Die Flügel besitzen Schenkel 20, die sich in Achsrichtung außerhalb des Kolbens erstrecken und radial nach innen die ümfangsflache des Kolbens übergreifen. Die Flügelschenkel 20 sind gleitend in radialen schlitzen der Seitenwandungen 11 und HA aufgenommen. Die Flügelschenkel 20 besitzen mit ihnen verbundene Ansätze 21, die in Schlitzen

- 9 609832/073~6

der KOlbenstirnflachen gleiten, um eine radiale Bewegung der Flügel gegenüber dem Kolben zu verhindern und eine Bewegung in ümfangsrichtung zwischen dem Kolben und den Flügeln auf den ebenen Flächenbereichen 19 zu gestatten.

Jede Verbrennungskammer ist abgedichtet durch Kolbendichtungen 30 zwischen dem Kolben 13 und den Seitenwänden 11, 11A, durch Flügeldichtungen 31 zwischen dem Flügel 18 und den

j ebenen Oberflächenbereich 19 des Kolbens und durch Gehäuse-

j dichtungen zwischen dem Flügel 18 und dem Außengehäuse Jede Verbrennungskammer besitzt eine Zündkerze 34. Durch einen Eingang 35 in der Seitenwand HA ist jede Kammer mit einem Scheibenventil 36 verbunden, das drehbar um die Mittelachse des Außengehäuses 10 angeordnet ist. Die Zahl und Lage der Durchgänge des Scheibenventils 36 ist derart, daß jede Kammer mit einer Ansaugleitung 38 verbunden und während der Kompression und des Arbeitshubes geschlossen ist, und dann mit dem Auspuff 39 verbunden wird.

Der erfindungsgemäße MOtxr kann auch mit TEllerventilen oder als Zweitaktmotor betrieben werden, wobei die Anpassung für jeden Durchschnittsfachmann ohne weiteres möglich ist.

- 10 -

609832/0736

Eine Stabilisierungspia tte 41, die als STeuerorgan dient, ist drehbar auf einem Zapfen 42 der Kurbelwelle 16 aufgenommen/ der koaxial mit dem exzentrischen Zapfen 17 des Kolbens 13 liegt. Die Stabilisierungsplatte 41 hat eine von ihrem Umfang nach außen gerichtete Zunge, die in einem radialen Schlitz des Kolbens aufgenommen wird. Die Konstruktion und die Wirkungsweise der Stabilisierungsplatte ist in der australischen Patentanmeldung No. 454/75 dargestellt.

Wie Figur 3 zeigt, ist jeder Flügel 18 hin- und hergehend

50 in dem Gehäuse durch ein Paar Lagerstreifen, die in den Wänden des Schlitzes 18A des Außengehäuses befestigt sind, und durch Lagerpolster 52 abgestützt auf dem radial innen liegenden Teil der Schenkel 20 des Flügels. Die Lagerstreifen 50 bestehen vorzugsweise aus Phosphorbronze oder anderem geeigneten Lagermaterial und sind in engem Sitz in der Nut in dem Gehäuse gehalten oder durch geeignete Befestigungsmittel, beispielsweise schrauben, befestigt. Die Flächen des Flügels 18, die mit der Lagerstreifen in Eingriff stehen, sind glatte Flächen ohne besondere Oberflächenbehandlung. Die Lagerstreifen 50 sind in den Schlitzen 18A nach außen versetzt zu den Dichtungen 32 angeordnet, so daß die Lagerstreifen nicht in direktem Kontakt mit den Verbrennungsgasen stehen und daher eine geringere Arbeitstem peratur besitzen.

- 11 -

609832/0736

2604Q29 - li -

Die Lagerpolster 52 auf dem innen liegenden Teil der Schenkel 20 des Flügels sind breiter als der schenkel, so daß allein die Polster mit den beiden Seitenwandungen des radialen Schlitzes 2OA der Seitenwandungen des Gehäuses in Eingriff stehen. Da es schwierig ist, für die Lagerpolste:

52 ein anderes Masterial zu verwenden als für den übrigen Teil des Flügelschenkeis, werden die Seiten des Flügelschenkels und/oder die gegenüberliegende Wand des Schlitzes 2OA, in dem die Lagerpolster 52 gleiten, durch Einsätze

53 gebildet, und die Lagerpolster 52 oder die Einsätze 53 oder beide bestehen zweckmäßigerweise aus einem geeigneten Lagermaterial, beispielsweise Phosphorbronze.

Ein Teil des Flügelschenkels, der zwischen den Lagerpolstern 52 und dem äußeren Umfang des Kolbens 13 liegt, trägt ein Kontrollpolster 54, das mit den Dichtungen 30 in der Seitenfläche des Kolbens zusammenarbeitet.

Die axialen Endflächen der Flügel und die zugeordneten Flächen an den Flügelschenkein sind mittels einer sich längs des Flügelschenkeis erstreckenden Nut und einer Feder miteinander verbunden, wobei diese Verbindung die BElastung zwischen den Flügeln und den Flügelschenkeln in Umfangsrichtung aufnehmen, die die Hauptrichtung der Belastung ist.

- 12 -

609832/07 3 6 '.

Eine relative Bewegung zwischen dem Flügel und den Flügelschenkeln in radialer Richtung wird durch einen einzelnen Bolzen 56 verhindert, den Flügelschenkel durchdringt und in den Flügel eingeschraubt ist. Der Flügelansatz ZL, der gleitend in dem Schlitz 22 der Stirnseite des Kolbens aufgenommen ist, ist auf einem Bolzen 57 befestigt, der mit dem Flügelschenkel 2O einen gemeinsamen Teil bildet. Der Ansatz 21 wird auf dem Bolzen 57 durch einen Sprengring oder ein ähnliches Befestigungsmittel gehalten.

Das Äusführungsbeispiel beschreibt einen Motor mit innerer Verbrennung? die Erfindu-ng kann auch auf andere Formen von Motoren, beispielsweise hydraulische Motoren, Dampfmaschinen mit einem Kreiskolben Anwendung finden.

- 13 -609832/Q7~36

Claims

- 13 Ansprüche

1.) Mit Flügeln ausgestatteter Kreiskolbenmotor, bestehend aus einem Gehäuse, einem auf einer drehbar im Gehäuse angeordneten Welle aufgenommenen Kolben und aus einer Mehrzahl von Flügeln, die zwischen dem Gehäuse und dem Kolben Kammern bilden, deren Volumen sich in Abhängigkeit von der relativen Bewegung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ändert, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Flügel für seine hin- und hergehende Bewegung in dem Kolben oder dem Gehäuse an drei Stellen abgestützt ist, die ein in der Ebene des Flügels liegendes Dreieck bilden.

2. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Abstützstellen in axialer Richtung im Abstand und die dritte Abstützstelle in radialer Richtung im Abstand von den beiden ersten Abstützstellen angeordnet sind.

3. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse aus einer Umfangswandung und gegenüberliegenden Seitenwandungen besteht, und jeder Flügel zum Zwecke

- 14 -

609832/0736

- 14 -

seiner hin- und hergehenden Bewegung in Schlitzen

j in der Umfangswand und den Seitenwandungen aufgenommen

ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Äbstützstellen in dem Schlitz der ümfangswand und die beiden anderen
Abstützstellen in den Schlitzen je einer Seitenwand
liegen.

j

4. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die in dem Schlitz der Gehäusewand liegende Abstutz-STELLE aus zwei Lagerpolstern besteht, von denen je

einer in den beiden Seitenwänden des Schlitzes derart

angeordnet ist, daß die Polster an den beiden gegenüberliegenden Flächen des Flügels anliegen.

5. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Lagerpolster nach außen versetzt zu den zwischen den Schlitzwandungen in der ümfangswand befindlichen
Dichtungen angeordnet sind.

6. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch

ι gekennzeichnet, daß die in den Schlitzwandungen der

Ümfangswand angeordneten Lagerpolster an den gegenüberliegenden Flügelflächen über die gesamte Flügellänge
anliegen.

- 15 -

60 9 832/0736

15-

7. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerpolster aus in der Umfangswand des Gehäuses befestigten Einsätzen bestehen.

8. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Schlitz jeder Seitenwand angeordnete Abstützstelle aus zwei Lagerpolstern besteht, von denen einer auf jeder Seite der gegenüberliegenden Flügelflächen angeordnet ist, und daß die Lagerpolster an den gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes in der Seitenwand des Gehäuses anliegen

9. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel an jedem axialen Ende einen sich in die ümfangsfläche des Kolbens erstreckenden Teil besitzt, und daß die zwei Lagerpolster vorstehende, an den beiden gegenüberliegenden Seiten des Flügelteiles anliegende Oberflächen bilden.

. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel einen sich von der Umfangs fläche des Kolbens in den Schlitz der Umfangswand des GEhäuses erstreckenden Hittelteil und an jedem axialen Ende des Mittelteiles einen in die Schlitze

- 16 -

609832/0738

j der Gehäuseseitenwandungen eingreifenden SChenkelteil besitzt, der sich nach innen in die Umfangsflache des Kolbengliedes erstreckt, und daß die beiden Lagerpolster aus vorstehenden Flächen bestehen, die auf den gegenüberliegenden Seiten des innerhalb des Kolbens befindlichen Schenkelteiles bestehen.

11. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seite eines jeden Schlitzes jeder GehäuseHeitenwand aus einem Einsatz aus Lagermaterial besteht, der sich wenigstens über demjenigen Teil des Schlitzes erstreckt, der mit den Lagerpolstern des Flügels in Eingriff tritt.

12. Kreiskolbenmotor nach Anspruch IO, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schenkelteil des Flügels und das axiale Ende des Flügelmittelteiles,an dem die Schenkelteile angeordnet sind, mit einer sich über die Länge des Schenkelteiles erstreckenden Nut- und Feder-Anordnung miteinander verbunden sind.

13. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in dem Gehäuse bei Drehung der Welle einen kreisförmigen Umlauf durchführt und die Flügel an dem Kolben derart aufgenommen sind, daß jeder Flügel zu dem

- 17 -

€098 3 2/0736

Kolben eine relative senkrecht zur hin- und hergehenden FJ.ügelbewegung im Gehäuse gerichtete Bewegung durchführt, und daß die inneren Enden jedes Flügels mit entsprechenden, die Relativbewegung gestattenden ebenen Bereichen der Umfangsflache des Kolbens in Eingriff stehen.

14. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel an jedem axialen Ende einen sich in die umfangsflache des Kolbens erstreckenden Stegteil besitzt, der einen an ihn angeformten Vorsprung aufweist, der einen Ansatz trägt, der gleitend in einen im Kolben angeordneten, parallel zu dem zugehörigen Oberflächenbereich des Kolbens liegenden Schlitz eingreift und den Flügel mit dem Kolben verbindet.

15. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem eine innere ömfangswand bildenden Außenteil und gegenüberliegenden

* Seitenwandungen besteht und jeder Flügel für seine hin- und hergehende Bewegung in in der Umfangswand und den Seitenwandungen angeordnete Schlitze eingreift,

- 18 6098 32/0 7 3$

und daß die eine Abstützstelle in dem Schlitz der ümfangswand und je eine der beiden anderen Abstützstellen in dem Schlitz jeder Seitenwand angeordnet ist.

16. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerpolster oder die Flügel aus einem Einsatz oder einer auf den Flügel aufgebrachten Schicht aus geeignetem Lagermaterial bestehen.

09832/0736

ieerseite