AT381987B

AT381987B - Schwenkkolbenmotor mit mindestens zwei schwenkkolben

Info

Publication number: AT381987B
Application number: AT364583A
Authority: AT
Original assignee: Petutschnig Hubert
Priority date: 1983-10-13
Filing date: 1983-10-13
Publication date: 1986-12-29
Also published as: ATA364583A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkkolbenmotor mit mindestens zwei Schwenkkolben, die mittig an Auslegern schwenkbar gelagert sind, die ihrerseits mit einer Antriebswelle drehfest verbunden sind, wobei die Schwenkkolben dichtend an der Innenwand des Gehäuses anliegen.

Es ist bereits bekannt, die Innenkontur des Gehäuses bei Schwenkkolbenmotoren durch zwei, aus ihrem Mittelpunkt verschobenen Halbkreisen zu bilden, die durch parallele Geraden miteinander verbunden sind. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch dann bei der Lagerung der längs der Innenkontur geführten Kolben. So ist es bekannt, die Eckpunkte eines Parallelogramms über Ausleger mit einer mittigen Welle zu verbinden. Bei der DE-OS 2000780 sind Schwenkkolben vorgesehen, die an zwei Stellen mit ihren Enden an der Innenkontur des Gehäuses anliegen, jedoch ist hier eine sehr komplizierte Steuerung für die Führung dieser Schwenkkolben vorhanden. Es hat sich gezeigt, dass es notwendig ist, der Innenkontur eine ganz bestimmte Ausbildung zu geben und gleichzeitig für die Schwenkkolben gewisse Voraussetzungen zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird jetzt vorgeschlagen, dass, wie an sich bekannt, die Innenkontur des Gehäuses aus zwei aus ihren Mittelpunkten verschobenen Halbkreisen und diese verbindende Gerade gebildet ist, dass die Länge der Schwenkkolben grösser ist als die Länge der die Halbkreise verbindenden Geraden und kleiner als der Durchmesser der Halbkreise ist, wobei die Innenkontur die Hüllkurve eines Quadrats, bzw. des daraus abgeleiteten Rhombus ist, dessen Seitenlänge der Länge des Schwenkkolbens entspricht, und dass vorzugsweise an den Auflagepunkten der Schwenkkolben Dichtleisten vorgesehen sind.

Durch die erfindungsgemässe Massnahme erreicht man, dass der Winkel zwischen dem Kraftvektor und der Normalen auf die Tangente an den Anlagepunkten des Kolbens an der Innenkontur in der Hauptstellung zirka mindestens 200 beträgt. Ist dieser Winkel kleiner, so ist die Verdrehung aus dieser Position heraus nicht mehr möglich, d. h. der Schwenkkolbenmotor wird funktionsunfähig.

Der Motor kann insbesondere mit Benzin, Diesel oder andern Brennstoffen betrieben werden, wobei die Zündung des Verbrennungsgemisches beim Motor durch Zündkerzen oder durch Kompression des Verbrennungsgemisches auf seinem Selbstzündungspunkt erreicht wird. Es wird durch die Erfindung ein Motor bzw. ein Verdichter geschaffen, mit dem die Nachteile bekannter Drehkolbenmotoren bzw. Verdichter vermieden werden.
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C bis C', wobei der Schwenkpunkt A/2 entlang der Kreislinie auf A'/2 überführt wird. Fig. 2 zeigt eine Drehkolbenmaschine mit zwei Schwenkkolben und Fig. 3 zeigt eine Drehkolbenmaschine mit vier Schwenkkolben.

Prinzipiell wird bemerkt, dass hinsichtlich der Schwenkkolben, ihrer Lagerung und Bewegung, der Gehäuseform, der Abdichtung der Schwenkkolben keine Unterschiede zwischen dem in den Zeichnungen dargestellten Motor und Verdichter bestehen. Sofern sich die entsprechenden Merkmale nicht ausschliessen, sind sie sowohl für den Motor als auch den Verdichter anwendbar und kombi- nierbar.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Bewegung des Motors bzw. Verdichters. Das Gehäuse besitzt eine innere Lauffläche in Form zweier auseinandergerückter und durch Gerade verbundener Halbkreise (Mittelpunkt M, Radius r). Der Mittelpunkt der An- oder Abtriebswelle ist mit 0 bezeichnet, die Länge vom Mittelpunkt zum Schwenkmittelpunkt des Schwenkkolbens am Ausleger mit R. Der Schwenkkolben besitzt eine Länge zwischen seinen an der Innenwandung bzw. der Lauffläche anliegenden Enden von A. Bei der Drehung der Welle in Richtung des Pfeiles dreht sich der Schwenkmittelpunkt längs eines Kreises mit dem Radius R, wobei sich gleichzeitig der Schwenkkolben verschwenkt, wobei er jedoch mit seinen Enden an der Innenwandung gleitet bzw. entlang dieser geführt ist.

Von der Stellung B-B'verschwenkt sich der Schwenkkolben bei einer Drehung von 90 in die Stellung C-C'. Die Längen von A, R, L und r werden so abgestimmt, dass die Kolbenenden immer möglichst genau längs der Innenwandung geführt sind.

Fig. 2 zeigt eine Rotationskolbenmaschine, wobei in dem ovalen Gehäuse --1--, welches vorzugsweise aus zwei exakten Halbkreisen, die im Achsmittelpunkt verschoben und an den

Halbkreisenden durch zwei parallele, vorzugsweise gerade Linien verbunden sind, besteht, zwei Schwenkkolben 9--solcherart eingepasst sind, dass diese mit Schwenklagern --15, 15'-- auf Schwenkbolzen --42, 42'-- achsmittig schwenkbar sind, und an ihren Endpunkten --13, 14-an der Innenlauffläche bzw. Innenwandung --3-- während der Drehung der Achse bzw.

Welle --16-- stets anliegen. Ausleger --17, 17'-- sind fest und dauerhaft mit der Welle --16-verbunden und tragen an ihren Enden senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung die Schwenkbol- zen --42, 42'-- für die Schwenkkolben --8, 9--. Das für die Schwenklager --15, 15'-- erforderliche Schmieröl wird zweckdienlicherweise durch die Welle --16-- und die Ausleger --17, 17'-- an die Schwenklager --42, 42'-- herangeführt. Im Gehäuse-l-befinden sich im Uhrzeigersinn gesehen, im Bereich von zirka 140 -vom Zündkerzengewinde-5-- bzw. von der Zündkerze --5'-an gerechnet - die Auslassöffnung --7-- sowie im Bereich von zirka 220 die Ansaugöffnung --6--.

Weiters sind im Mantel des Gehäuses Leerräume --2a bis 2g-- enthalten, welche Kühlflüssigkeit aufnehmen können, wobei aber auch gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ausschliesslich Kühlrippen zur Anwendung gelangen können. In Fig. 2 sind die entsprechenden Dichtleisten mit --10, 11 und 12-- bezeichnet. Mit --5a-- ist das Gewinde der Zündkerze --5-- bezeichnet und mit --19-- ein federndes Anpressstück für die Dichtleisten --10, 11--.

Fig. 3 zeigt eine Drehkolbenmaschine mit einer in das Gehäuse-l-eingepassten vierseitigen Drehkolbeneinheit mit vier Schwenkkolben --22, 49,48, 50--, die in Ausgangsstellung als Einheit betrachtet einen quadratischen Gesamtquerschnitt aufweisen. Jeweils zwei diametral angeordnete
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umhüllenden Hülse bzw. Umfassung --40-- verbunden und begrenzen so Räume --36--.

Die Umfassung --40-- weist in ihrem, in axialer Richtung gesehenen Mittelteil Aussparungen auf, durch welche die Ausleger --43, 43'-- ragen, wodurch der Winkel zwischen den Auslegern --39, 39'-- einerseits und --43, 43'-- anderseits verändert werden kann. Bei einer beispielsweisen Drehung der Einheit um 90 wird aus der quadratischen Grundform ein Rhombus, wobei eine Verschiebung bzw. Winkeländerung der beiden Hauptachsen A-A bzw. B-B eintritt. Durch das lose Aufeinandergleiten der beiden Auslegergruppen können aber auch die Schwenkkolben keine exakte, genau definierte Position zueinander einnehmen, d. h. die Kraftübertragung der Schwenkkolben --22, 48-- auf die An-bzw. Abtriebswelle könnte nur durch"Anschieben"z.

B. des Schwenkkolbens --22-- im Schwenkkolbenspitzenbereich --31 bzw. 31'-- erfolgen, was eine Beschädigung des Schwenkkolbens zur Folge hätte. Aus diesem Grund ist jeder Schwenkkolben mit dem Ausleger der andern Auslegergruppe verbunden. Dazu dienen die Verbindungselemen- te --44, 45,46, 47--, die die Positionen der Schwenkkolben genau definieren, und aus den Schwenkkolbengruppen einen Drehkolben bilden.

Da sämtliche Lagerbolzen --42-- schmierungsbedürftig sind, weist die Abtriebswelle --41-einen Ölkanal auf, wobei durch die Ausleger das Öl weiter zu den Bolzen bzw. den Schwenklagern befördert wird.

Die Schwenkkolben --8, 9,22, 49,48, 50-- weisen im Querschnitt vorzugsweise die Form eines flachen Trapezes mit einer mittigen Vertiefung --35, 51-- auf der der Lauffläche bzw.

Innenwandung --3-- zugewendeten Seite auf, wobei der an die Vertiefung --35-- anschliessende Abschnitt --55-- dem Kreisradius der Innenlauffläche angepasst sein kann bzw. einen etwas grösseren Radius besitzt. Die einander zugewendeten Flanken --32-- der Endbereiche --60-der trapezförmigen Schwenkkolben bilden miteinander einen Winkel a, der je nach Stellung der Schwenkkolben variiert. Jeder Schwenkkolben ist von solcher Längenbeschaffenheit, dass die vier Schwenkkolben ein Quadrat ergeben können, wobei sich die Endpunkte der einzelnen Schwenkkolben jeweils möglichst exakt am Mantelumfang der Lauffläche --3-- berühren und diese gemeinsamen Berührungspunkte auch während der Drehbewegung bestehen bleiben.

Am Beispiel der Schwenkkolben --22 und 50-- ist das Prinzip der Abdichtung erkenntlich, wozu für die Dichtung auf der vorderen bzw. hinteren Seite der Schwenkkolben in Drehrichtung gesehen, in Nuten --57 und 58-- ohne wesentliches Spiel eingepasste Dichtleisten --24, 26-zur Anwendung gelangen, wobei mittels einer in der jeweiligen Nut befindlichen Anpressfeder --33-- die jeweilige Dichtleiste einen Vordruck erhält. Zur Erzielung des tatsächlichen Anpressdruckes

sind Gaskanäle --29, 30-- vorgesehen, über die die Dichtleisten mit Druck beaufschlagbar sind, u. zw. insbesondere dann, wenn es notwendig ist, d. h., wenn zwischen Schwenkkolben und Innenwandung komprimiert wird.

Weiters weisen die Dichtleisten --24, 25, 26-- an ihrer der Gleitfläche zuweisenden Fläche --28, 59-- einen Krümmungsradius auf, der am hinteren bzw. voreilenden Ende der Dichtleiste in einer scharfen Kante --27-- endet, wodurch das zur Kühlung und Schmierung durch den Spalt der beiden Schwenkkolben an ihrem Stoss eingebrachte Schmieröl vor der Dichtleiste hergeschoben und durch Spülung wieder weggebracht wird ; keinesfalls kann die Dichtleiste auf einen Ölfilm aufgleiten. Die seitliche Abdichtung der Schwenkkolben erfolgt durch Dichtleisten --23--, die die vorderen und hinteren Dichtleisten --24, 25, 26-- in ihrem Endbereich mit ihrem eigenen Endbereich --37-- exakt dichtend umfassen.

Weiters weisen die seitlichen Dichtleisten auf Grund einer vorzugsweise grösseren Breite, geringfügig tiefe Ausnehmungen --34-- auf, um die Reibung zu den Gehäuseseitenwänden bzw. Seitenplatten zu verringern. Zur Verringerung der Massenkräfte können die Schwenkkolben mit Ausnehmungen --54-- versehen werden. Auf Grund der hauptsächlich rotierenden, ausgeglichenen Massteile - es tritt keine Hubbewegung auf-kann auf die Verwendung von leichtem Werkstoff, wie etwa Aluminium, zugunsten eines wesentlich temperaturbeständigeren Materials verzichtet werden, wodurch mit höheren Temperaturen gearbeitet werden kann.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Schwenkkolbenmotor mit mindestens zwei Schwenkkolben, die mittig an Auslegern schwenkbar gelagert sind, die ihrerseits mit einer Antriebswelle drehfest verbunden sind, wobei die Schwenkkolben dichtend an der Innenwand des Gehäuses anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass, wie an sich bekannt, die Innenkontur des Gehäuses (1, 21) aus zwei aus ihren Mittelpunkten verschobenen Halbkreisen und diese verbindende Gerade gebildet ist, dass die Länge der Schwenkkolben (8, 9 ; 22,48, 49,50) grösser ist als die Länge der die Halbkreise verbindenden Geraden und kleiner als der Durchmesser der Halbkreise ist, wobei die Innenkontur die Hüllkurve eines Quadrats, bzw. des daraus abgeleiteten Rhombus ist, dessen Seitenlänge der Länge des Schwenkkol-
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Claims

weisende Ausnehmung (35) aufweisen und die daran anschliessenden Endstücke dem Radius der Kreise der Innenkontur angepasst sind.

3. Schwenkkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleisten (24,26) in Nuten (57,58) eingepasst sind und unter Federbelastung stehen, gleichzeitig jedoch über Gaskanäle (29,30) zur Erzeugung des erforderlichen Andruckes an die Innenkontur an eine Gasquelle angeschlossen sind.

4. Schwenkkolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleisten (24,26) an ihren der Innenkontur zugewendeten Seiten (28,59) einen Krümmungsradius aufweisen.

5. Schwenkkolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Abdichtung der Schwenkkolben (8, 9 ; 22,48, 49,50) mittels Dichtleisten (23) erfolgt, die die andern Dichtleisten (24,26) in ihrem Endbereich (bei 37) genau umschliessen und die zur Verringerung der Reibung geringfügige Ausnehmungen (54) aufweisen.