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Rotationskolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine,
insbesondere auf eine Rotationskolbenbrennkraftmaschine, mit einem innerhalb eines
Umschließungskörpers exzentrisch drehbar angeordneten mehreckigen Kolben mit radial
beweglichen Dichtleisten, wobei der Umschließungskörper eine mehrbogige innere Mantelfläche
in Form einer Äquidistanten außerhalb der äußeren Umhüllenden aller Kolbenlagen
mit achsnahen Zonen aufweist.
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Im praktischen Betrieb von Brennkraftmaschinen dieser Art wurde beobachtet,
daß in den Bereichen achsennnaher Zonen der inneren Mantelfläche von den Dichtleisten
hervorgerufene periodische Verschleißstellen an der inneren Mantelfläche, sogenannte
Rattermarken, auftreten, die Dichtverluste und damit Leistungsverluste verursachen.
In den Bereichen der achsennahen Zonen sind die Gaskräfte und Massenkräfte an den
Dichtleisten klein oder sogar negativ, so daß die Dichtleisten nicht an der inneren
Mantelfläche anliegend bleiben. Der daraus resultierende Abstand zur inneren Mantelfläche
wird schlagartig erst dann überwunden, wenn die Gaskräfte und Massenkräfte wieder
größer werden. Die Dichtleisten schlagen dabei hart auf die innere Mantelfläche
auf und werden als Folge davon elastisch zurückgeworfen. Dieser Vorgang wiederholt
sich mehrmals, und er wird durch die Abstandsvergrößerung der inneren Mantelfläche
zu den Dichtleisten ungünstig beeinflußt, die als Folge der Erwärmung des Umschließungskörpers
von innen nach außen und Ausdehnung des Umschließungskörpers eintritt.
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Durch die Erfindung, die im wesentlichen darin besteht, daß in Drehrichtung
des Kolbens gesehen in einem Bereich anschließend an die oder kurz hinter der achsnahen
Zone der inneren Mantelfläche die Form der inneren Mantelfläche von der Form einer
Äquidistanten insoweit abweicht, als der Abstand zwischen der inneren Mantelfläche
und der äußeren Umhüllenden aller Lagen des Kolbens in diesem Bereich verringert
ist, wird erreicht, daß die im Bereich kleiner Gas- und Massenkräfte nach innen
geführten Dichtleisten zu Beginn des folgenden Bereiches größerer Gas- und Massenkräfte
keine großen Wege nach außen zurücklegen können. Der Aufschlagweg wird verkleinert
und die Aufschlagsenergie verringert.
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Während demnach durch den Erfindungsgegenstand einerseits unkontrollierbare,
zu Verschleißerscheinungen führende Bewegungen der Dichtleiste vermieden werden,
wird durch die Erfindung andererseits noch erreicht, daß Dichtleisten, die unter
anderen Bedingungen stets an der Innenbegrenzung anliegend bleiben, durch die Verringerung
des Abstandes der inneren Mantelfläche zu der Kontur der äußeren Umhüllenden aller
Lagen des Kolbens relativ zum Gehäuse zu einer kontrollierten Relativbewegung zum
Kolben gezwungen werden, so daß die Dichtleisten sich nicht festsetzen können, sondern
im Interesse guter Dichtung immer frei bleiben.
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Für Rotationskolbenbrennkraftmaschinen in Trochoidenbauart wurde bereits
vorgeschlagen, die innere Mantelfläche des Umschließungskörpers im Bereich der achsnahen
Zone, über die Kontur der vorgesehenen Trochoidenform hinaus radial nach außen zu
wölben und die Kolbenflanken entsprechend anzupassen, um ein höheres Verdichtungsverhältnis
zu erzielen. Dieser ältere Vorschlag hat mit der vorliegenden Erfindung weder Aufgabenstellung
noch Aufgabenlösung gemeinsam.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel .des Erfindungsgegenstandes
kann.zur Erzielung des gleichen Zweckes bei einer Brennkraftmaschine, bei welcher
innerhalb des Umschließungskörpers mit im Querschnitt mehrbogiger, mindestens zwei
achsennahe Zonen aufweisender innerer Mantelfläche ein mindestens drei Ecken :aufweisender
Kolben außermittig und parallelachsig auf der Abtriebswelle gelagert .ist, der durch
ein Getriebe in einem bestimmten Verhältnis zur Drehzahl der Abtriebswelle umläuft,
und bei welcher mindestens drei Arbeitskammern gebildet werden, für die eine für
sämtliche Arbeitskammern gemeinsame Einlaßöffnung für Frischgas im Umschließungskörper
kurz nach einer achsennahen Zone in Drehrichtung des Kolbens und eine Auslaßöffnung
für die verbrannten Gase im Gehäuse in der genannten Drehrichtung kurz vor der übernächsten
achsennahen Zone angeordnet sind, die innere Mantelfläche des Umschließungskörpers
gegenüber der Kontur der äußeren Umhüllenden aller .Lagen des Kolbens in Drehrichtung
des Kolbens um die Mittellängsachse der Maschine um einen geringen Winkelbetrag,
z. B.
um 0,5 bis 1°, vorwärts gedreht angeordnet sein. Die Dichtleisten
werden dadurch vor Erreichen der achsennahen Zone in dem Bereich großer Gas- und
Massenkräfte aus ihren Nuten um ein geringes Maß nach außen bewegt und dann im Bereich
der achsennahen Zone bei kleinen Gas- und Massenkräften nach innen geführt, und
zwar etwa um den doppelten Betrag des Weges, den die Dichtleisten nach außen zurückgelegt
haben. Den Dichtleisten wird eine Bewegung nach innen aufgezwungen, die ein Abheben
von der inneren Mantelfläche verhindert. Falls das Abheben dennoch auftreten sollte,
wird der Aufschlagweg wesentlich verkleinert. Im nachfolgenden Bereich hoher Massenkräfte
gehen die Dichtleisten wieder aus ihren Nuten heraus.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine bekannte
Rotationskolbenbrennkraftmaschine, F i g. 2 in größerer Darstellung eine achsennahe
Zone der inneren Mantelfläche des Umschließungskörpers mit einer Änderung an der
inneren Mantelfläche nach dem ersten Ausführungsbeispiel und F i g. 3 ebenfalls
in größerer Darstellung eine achsennahe Zone der inneren Mantelfläche des Umschließungskörpers
mit einer Änderung an der inneren Mantelfläche nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Der Umschließungskörper 1 der bekannten Brennkraftmaschine nach F
i g. l weist eine zweibogige innere Mantelfläche 2 auf, und innerhalb des Umschließungskörpers
1 ist außermittig und parallelachsig auf einer zentral zur inneren Mantelfläche
gelegenen Abtriebswelle der dreieckige Kolben 3 in Pfeilrichtung 4 umlaufend angeordnet.
Durch das an einer Seitenwand feste Außenzahnrad 5 und durch das mit diesem im Eingriff
stehende Innenzahnrad 6, das an einer Stirnwand des Kolbens angeordnet ist, vollzieht
der Kolben 3 eine Relativbewegung zur Abtriebswelle. Bei dieser Bewegung beschreiben-
die Ecken 7 des Kolbens eine Bahn, welche die äußere Umhüllende 8 aller Lagen des
Kolbens 3 relativ zum Umschließungskörper 1 darstellt. Die in den Ecken 7 angeordneten
achsparallelen Dichtleisten 9 gleiten bei der Bewegung des Kolbens 3 an der inneren
Mantelfläche 2, die im äquidistanten Abstand zur Umhüllenden 8 liegt und weiche
die zwei achsennahen Zonen 10, 11 zeigt. In Drehrichtung des Kolbens 3 kurz hinter
der achsennahen Zone 10 ist im Umschließungskörper die Einlaßöffnung
12 für Frischgas angeordnet, während die Auslaßöffnung 13 vor dieser Zone
10 angeordnet ist. Im Bereich der aehsennahen Zone 11 liegt die Zündkerze
14. Die achsennahen Zonen 10,11 sind Bereiche, in denen die .auf die Dichtleisten
9 einwirkenden Gas- und Massenkräfte verhältnismäßig gering sind. Besonders im Bereich
15
der inneren Mantelfläche, der in Drehrichtung des Kolbens an die achsennahe
Zone 11 anschließt, treten häufig periodische Verschleißstellen, sogenannte Rattermarken,
an der inneren Mantelfläche auf, weil zusätzlich zu den Massenkräften, welche die
Dichtleisten nach einer eventuellen Lösung von der inneren Mantelfläche im Bereich
der achsennahen Zone 11 anschließend im Bereich 15 nach außen an die innere Mantelfläche
schleudern, noch erhebliche, durch den Verbrennungsvorgang verursachte Gaskräfte
in diesem Bereich auf die Dichtleisten einwirken. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes nach F i g. 2 der Zeichnung können die geschilderten
nachteiligen Bewegungen der Dichtleisten 9 nicht auftreten. In dem in Drehrichtung
des Kolbens 3 auf die achsnahe Zone 11 der inneren Mantelfläche
2 anschließenden Bereich 15 der inneren Mantelfläche verläuft diese nicht
entsprechend der mit unterbrochenen Linien angedeuteten Bahn im äquidistanten Abstand
zur Bahn 8, welche die äußere Umhüllende aller Lagen des Kolbens darstellt, sondern
ist, wie die ausgezogene Linie 2' zeigt, näher an die Umhüllende 8 herangerückt.
Die an der inneren Mantelfläche 2 und 2' entlanggleitende Dichtleiste wird demnach
im Bereich 15 allmählich nach innen gedrückt, so daß ihr eine Bewegung aufgezwungen
wird, die ein Abheben von der inneren Mantelfläche im gefährdeten Bereich 15 ausschließt.
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Im Falle des Ausführungsbeispieles nach F i g. 3 nimmt die innere
Mantelfläche keine äquidistante Lage zur Umhüllenden 8 ein, sondern ist in Drehrichtung
des Kolbens 3 gegenüber der Bahn 8 mit der Mittellängsachse der Maschine als Drehpunkt
insgesamt um einen geringen Winkelbetrag a, z. B. im praktischen Falle um a = 0,5
bis 1,0°, vorwärts gedreht angeordnet. Der Verlauf der gedrehten inneren Mantelfläche
ist mit der ausgezogenen Linie 2' veranschaulicht. Die unterbrochene Linie 2 zeigt
die zur Umhüllenden 8 äquidistante innere Mantelfläche.
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Im Bereich großer Gas- und Massenkräfte vor der achsnahen Zone mit
dem Bereich kleiner Gas- und Massenkräfte wandert z. B. in der mit strichpunktierten
Linien angedeuteten Stellung des Kolbens 3 die Dichtleiste 9 um ein geringes
Maß, z. B. um 0,3 bis 0,5 mm, nach außen an die innere Mantelfläche 2'. Im Bereich
der kleinen Gas- und Massenkräfte wird die Dichtleiste 9 dann, wie z. B. die mit
ausgezogenen Linien veranschaulichte Stellung des Kolbens 3 zeigt, nach innen geführt,
und zwar etwa um das Doppelte des angegebenen Maßes, nämlich um etwa 0,6 bis 1,0
mm. Dadurch wird der Dichtleiste eine Bewegung nach innen aufgezwungen, die ein
Abheben von der inneren Mantelfläche 2' verhindert. Falls ein Abheben dennoch stattfinden
sollte, wird zumindest der Aufschlagweg stark verkleinert. Im Bereich hoher Gas-
und Massenkräfte anschließend an den Bereich kleiner Gas- und Massenkräfte geht
die Dichtleiste wieder aus ihrer Nut heraus und das Spiel wiederholt sich.
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Durch die erfindungsgemäße Änderung des äquidistanten Abstandes der
inneren Mantelfläche zur äußeren Umhüllenden aller Lagen des Kolbens werden nicht
nur von den Dichtleisten herrührende Verschleißstellen an der inneren Mantelfläche
vermieden, sondern auch kontrollierte Bewegungen der Dichtleisten in ihren Nuten
relativ zum Kolben erzielt, so daß ein Festsitzen der Dichtleisten in ihren Nuten
ausgeschlossen bleibt und die Dichtleisten immer ihre Dichtaufgabe voll erfüllen
können.