DE1114059B - Drehkolben-Spuel- und Ladegeblaese fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Drehkolben-Spül- und Ladegebläse für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehkolbengebläse mit veränderlicher Fördermenge, welches zur Spülung und Aufladung von Brennkraftmaschinen, vorzugsweise Zweitakt-Brennkraftmaschinen, dient.
• Drehkolbengebläse bestehen bekanntlich aus einem Gehäuse, in dem zwei (vorzugsweise zweiflügelige) Rotoren mit gleicher Drehzahl auf ihren Wellen, von denen die eine angetrieben wird und ihrerseits die andere über einen Zahnradtrieb antreibt, umlaufen. Bei der Verwendung solcher Gebläse als Spül- oder Ladegebläse von Brennkraftmaschinen erfolgt deren Antrieb unmittelbar und vielfach unter Zwischenschaltung geeigneter Getriebe von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine aus. Insbesondere bei Zweitaktmotoren wird jedoch bei einer derartigen Spülung bzw. Aufladung die jeweils eingespritzte Brennstoffmenge' über den ganzen Drehzahlbereich nicht völlig ausgenutzt. Dieser Mangel beruht auf dem Umstand, daß nur bei einer bestimmten Drehzahl, und zwar allgemein bei der höchsten Drehzahl, die in den Zylinder eingeblasene Spülluftmenge in der Weise auf die eingespritzte Brennstoffmenge abgestimmt ist, daß sich der günstigste Luftüberschuß und damit eine vollkommene Verbrennung des Brennstoffes ergibt. Dagegen reichen bei kleineren Drehzahlen die Gebläseluftmengen nicht mehr aus, so daß nicht das Motordrehmoment erzielt wird, das der eingespritzten Brennstoffmenge entsprechen würde.
• Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist schon vorgeschlagen worden, den Antrieb von Drehkolbengebläsen zur Spülung und Aufladung von Brennkraftmaschinen mittels eines Planetengetriebes durchzuführen, um dadurch die Drehzahl des Gebläses und damit seine Fördermenge den jeweils vorliegenden Betriebsverhältnissen des Motors anzupassen.
• Diese Planetengetriebe erfordern jedoch einen erheblichen Raumbedarf, sind in der Herstellung teuer und bringen eine erhöhte Störungsanfälligkeit der gesamten Aufladegruppe mit sich. Diese Mängel haben zur Folge, daß sich diese bekannten Gebläseantriebe bisher in der Praxis nicht durchgesetzt haben.
• Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, mehrere Drehkolbengebläse hintereinander anzuordnen und unter Zwischenschaltung entsprechender Zahnradverbindungen derart miteinander zu kuppeln, daß ein gemeinsamer regelbarer Betrieb dieser Drehkolbengebläsesätze möglich ist. Solche Anordnungen weisen jedoch den Nachteil großen Platzbedarfs auf und sind darüber hinaus wegen der zwischengeschalteten Zahnradverbindungen außerordentlich teuer. Ebenso ist es bekannt, die Gehäuse von Drehkolbengebläsen durch Zwischenwände in axial hintereinanderliegende Zellen aufzuteilen, wobei in jeder dieser Zellen ein Drehkolbenpaar angeordnet ist und wobei die Drehkolben sämtlicher Zellen auf gemeinsamen Wellen befestigt sind. Eine Änderung der Fördermenge bei derartigen Drehkolbengebläsen ist ebenfalls nur durch eine Drehzahländerung der Drehkolben, also durch Vorschaltung entsprechender Getriebe, möglich.
• Schließlich ist es bekanntgeworden, mehrere Drehkolbengebläse hintereinander oder im rechten Winkel zueinander aufzustellen und durch ein zwischengeschaltetes Getriebe miteinander zu verbinden, wobei die einzelnen Drehkolbengehäuse auch durch Zwischenwände in mehrere Zellen aufgeteilt sein können. Diese Anordnung weist nicht nur ebenfalls einen erheblichen Platzbedarf auf und ist wegen des zwischengeschalteten Getriebes teuer, sondern es sind bei ihr die einzelnen Drehkolben in den Zellen fest auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und können nur gemeinsam miteinander angetrieben werden.
• Endlich ist es bekannt, eine Pumpe und einen von ihr belieferten Motor hintereinanderzuschalten und beide als Drehkolbenmaschine auszubilden, wobei die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit durch Zulaufräume in den Motor und von diesem durch Rücklaufräume wieder zur Pumpe gefördert wird. Dabei ist zwischen Pumpe und Motor ein Freilauf vorgesehen, der bei unterbrochenem Flüssigkeitskreislauf bewirkt, daß die Drehkolben des Motors nicht leer mitlaufen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehkolbengebläse mit einem in axialer Richtung durch Zwischenwände in Zellen aufgeteilten Gehäuse und mit veränderlicher Fördermenge zu schaffen, welches zur Spülung und Aufladung von Brennkraft maschinen geeignet ist und bei dem mit einfachen Mitteln die Nachteile der bisher bekannten Einrichtungen dieser Art vermieden werden können. Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, daß die Drehkolben auf der Antriebswelle mittels einzeln schaltbarer-vorzugsweise elektromagnetisch betätigter -Kupplungen drehfest mit der Antriebswelle verbunden werden können, daß ferner jeder Drehkolben auf der anderen Welle mit dem dazugehörigen Drehkolben auf der Antriebswelle über ein eigenes Paar von Zahnrädern verbunden ist und daß dabei die Drehkolben der Drehkolbenpaare mehrerer oder aller Zellen in an sich bekannter Weise mittels Hohlwellenstücken auf den durchgehenden Wellen gelagert sind.
• Die Anordnung von Drehkolben auf Hohlwellenstücken ist an sich bereits bei einem Drehkolbengebläse, das nicht in einzelne Zellen unterteilt ist, bekannt. Hierbei sind zwischen den Drehkolben und den Wellen kraftschlüssige Organe, beispielsweise Reibungskupplungen, vorgesehen. Durch diese Ausbildung soll jedoch nur erreicht werden, daß gefährliche Torsionsschwingungen, insbesondere Resonanzschwingungen, in dem System verhindert werden. Auch ist es an sich bei einem Zahnradwechselgetriebe bekannt, daß sämtliche Zahnräder der Hauptwelle und der Vorgelegewelle ständig miteinander im Eingriff sind, wobei jeweils ein Zahnrad eines Zahnradpaares mittels einer Kupplung mit seiner zugehörigen Welle verbunden bzw. von dieser gelöst werden kann.
• Durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Drehkolbengebläsen ist es nicht nur möglich, die in den einzelnen Zellen untergebrachten Drehkolbenpaare nacheinander zu- bzw. abzuschalten, sondern es kann innerhalb mehrerer Zellen eines Gebläses jeweils jede beliebige Zelle mit der Antriebswelle gekuppelt werden. Dieser Umstand ermöglicht es, daß die einzelnen Zellen des Gebläses in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in an sich bekannter Weise unterschiedliche Längen aufweisen können, so daß eine Veränderung der Fördermenge in sehr kleinen Stufen möglich ist. Wenn beispielsweise ein Gebläse in vier Zellen unterteilt ist, so können die Zellen »eins« und »zwei« jeweils ein Achtel der Gesamtlänge des Gebläses aufweisen, während die Zelle »drei« ein Viertel der Gesamtlänge und die Zelle »vier« die Hälfte der Gesamtlänge aufweist. Dadurch ist es möglich, die Fördermenge des Gebläses in acht Stufen von jeweils einem Achtel der Gesamtfördermenge zu verändern. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß zunächst nur die Zelle »eins« betrieben wird und dann bei der zweiten Stufe die Zelle »zwei« hinzugeschaltet wird. Statt dessen ist es aber auch möglich, bei der zweiten Stufe die Zelle »eins« stillzulegen und nur die Zelle »drei« anzutreiben. Bei der dritten Stufe kann der Zelle »drei« die Zelle »eins« zugeschaltet werden, bei der vierten Stufe kann zusätzlich noch die Zelle »zwei« zugeschaltet werden, oder aber es werden die Zellen »eins«, »zwei« und »drei« abgeschaltet und statt dessen nur die Zelle »vier« in Betrieb genommen, usw.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, die Kupplungen zur Verbindung der Hohlwellen mit der Antriebswelle in den Zahnrädern der auf der Antriebswelle gelagerten Drehkolben unterzubringen. Schließlich ist es zweckmäßig, wenn die Antriebswelle in an sich bekannter Weise ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet ist und zur Aufnahme der Betätigungsmittel für die Kupplungen dient. In besonders einfacher Weise ist dies bei Verwendung elektromagnetischer Kupplungen möglich. In diesem Fall dient die hohle Antriebswelle zur Aufnahme der Stromzuführungsleitungen zu den einzelnen Kupplungen.
• Die Zu- und Abschaltung der einzelnen Zellen des Gebläses kann in an sich bekannter Weise durch entsprechende Vorrichtungen automatisch, beispielsweise in Abhängigkeit von der Motordrehzahl oder der Stellung des Brennstoffhebels, durchgeführt werden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Drehkolbengebläse mit veränderlicher Fördermenge und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig.1. Das Drehkolbengebläse 1 ist durch Zwischenwände 2 in vier Zellen 3 aufgeteilt, wobei in jeder Zelle ein aus den Drehkolben 4 und 5 gebildetes Drehkolbenpaar umläuft. Jeder derDrehkolben 4 (der ganz links gezeichnete ausgenommen) ist auf je einer Hohlwelle 6 befestigt, wobei auf jeder Hohlwelle 6 je ein Zahnrad 7 aufgekeilt ist. Weiterhin sind die Drehkolben 4 mittels der Hohlwellen 6 auf einer durchgehenden Welle 8 drehbar gelagert. Drei der Drehkolben 5 sind wiederum auf Hohlwellen 9 befestigt, die ihrerseits drehbar auf der Antriebswelle 10 gelagert sind. Auf den Hohlwellen 9 ist je ein Zahnrad 11 aufgekeilt, welches mit den Zahnrädern 7 der Hohlwellen 6 der Drehkolben 4 im Eingriff steht. In den Zahnrädern 11 ist eine elektromagnetische Kupplung 12 eingebaut, deren zweiter Teil fest auf der Antriebswelle 10 befestigt ist. Die Antriebswelle 10 ist als Hohlwelle ausgebildet und dient zur Aufnahme der Stromzuführungsleitungen 13 zu den Kupplungen 12.
• In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Drehkolben der ersten Zelle des Gebläses mit den Hohlwellen unverdrehbar auf den Wellen 8 und 10 angeordnet und über Zahnräder 14, 15 ständig miteinander verbunden. In diesem Falle ist die erste Zelle des Gebläses ununterbrochen in Betrieb, während die drei weiteren Zellen beliebig einzeln zu- oder abgeschaltet werden können.
• Wie bereits anfangs gesagt, ist es bekannt, mehrere Drehkolbengebläse hintereinander anzuordnen und unter Zwischenschaltung entsprechender Zahnradverbindungen miteinander zu kuppeln. Mit diesen »Zahnradverbindungen« sind die üblichen Synchronisations-Zahnräder 7, 11 jedoch nicht gemeint.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Drehkolben-Spül- und Ladegebläse für Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitaktbrennkraftmaschinen, mit einem Gehäuse, das in axialer Richtung durch Zwischenwände in Zellen aufgeteilt ist, die an eine gemeinsame Sammelleitung angeschlossen sind und in denen die - vorzugsweise nach Art von Roots-Rotoren ausgebildeten - Drehkolben auf zwei durchgehenden Wellen angeordnet sind, von denen die eine als Antriebswelle dient, wobei die Fördermenge des Gebläses durch Zu- und Abschaltung der einzelnen Zellen verändert werden kann, da-durch gekennzeichnet, daß die Drehkolben (5) auf der Antriebswelle (10) mittels einzeln schaltbarer - vorzugsweise elektromagnetisch betätigter - Kupplungen (12) drehfest mit der Antriebswelle verbunden werden können, daß ferner jeder Drehkolben (4) auf der anderen Welle (8) mit dem dazugehörigen Drehkolben (5) auf der Antriebswelle (10) über ein eigenes Paar von Zahnrädern (7, 11) verbunden ist und daß dabei die Drehkolben (4, 5) der Drehkolbenpaare mehrerer oder aller Zellen (3) in an sich bekannter Weise mittels Hohlwellenstücken (6, 9) auf den durchgehenden Wellen (8, 10) gelagert sind.
2. 2. Drehkolbengebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (12) zur Verbindung der Hohlwellen (9) mit der Antriebswelle (10) in den Zahnrädern (11) der auf der Antriebswelle (10) gelagerten Drehkolben (5) untergebracht sind.
3. 3. Drehkolbengebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (10) in an sich bekannter Weise ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet ist und zur Aufnahme der Betätigungsmittel (13) für die Kupplungen (12) dient.
4. 4. Drehkolbengebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zellen (3) des Gebläses in an sich bekannter Weise unterschiedliche Längen aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 415 863, 420 665, 620 797; schweizerische Patentschrift Nr. 201385; französische Patentschrift Nr. 996156; britische Patentschrift Nr. 1135 aus dem Jahre 1907; »Electrical World«, Januar 1955, S. 28.