DE2213519C3 - Kontinuierlich arbeitende Rotationskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine geschränktachsige Rotationskolbcnmaschine m.t einem innerhalb eines lingförmigen Gehäuses mit kreisförmigem Qucr- ichnitt umlaufenden Rotor, der über seinen gesamten Umfang eine durchgehende arbeitsraumbildende Aussparung hat, deren Flanken an der Gehäuseinnenwandung entlanggleiten und die unterteilt ist mittels vier am Umfang des Rotors radial angeordneten, drehbar gelagerten Scheiben als Kolben, weiche Radialnuten aufweisen, um den Durchtritt von von der Gehäuseinnenwandung ausgehenden rippenförmigen Absperrteilen zu ermöglichen, die in die Aussparung formschlüssig eingreifen und dadurch jeweils von den Kolben übersteuerte Ein- und Auslaßöffnungen aufweisende Arbeitskammern bilden, die untereinander über außerhalb des Gehäuses verlaufende Leitungen in funktioneller Verbindung stehen.

Eine derartig geschränktachsige Rotationskolbenmaschine ist aus der britischen Patentschrift 639 344 bekannt.

Der Rotor dieser bekannten Maschine hat nur am Umfang eine arbeitsraumbildende Aussparung, die durch schraubenförmig verlaufende Absperrteile in so viele Arbeitskammern unterteilt ist, daß deren im Querschnitt gleichbleibende Länge bedeutungslos gering ist, so daß die Arbeitskammero an- und abschwellend arbeiten. Der überwiegende Teil des vom Gehäuse umschlossenen Raumes wird vom Getriebe, das die Drehbewegung der Kolben steuert, beansprucht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer geschränktachsigen Rotationskolbenmaschine oben genannter Art eine optimale Ausnut7ung des Ringraumes der Maschine und damit ein günstiges Leistungsgewicht zu erreichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rotor zusätzlich noch in seinen Stirnwänden jeweils eine sowie in seinem achsnahen Bereich zwei durchgehende arbeitsraumbüdende, konzentrische Aussparungen hat, deren Flanken an der Gehäuseinnenwand entlanggleiten und die ebenfal's von den vier Kolben unterteilt sind, weiche jeweils nur eine Radialnut aufweisen, und daß die rippenförmigen Absperrteile aneinandergereiht in Form eines nur von den Aussparungsflanken unterbrochenen Bandes den kreisförmigen Gehäusequerschnitt zweimal umschlingend schraubenförmig längs des ringförmigen Gehäuses verlaufen.

Auf Grund ihrer vielen Kammern, die kontinuierlich und schwingungsfrei arbeiten, zeichnet sich die Maschine als mehrstufiger Verdichter durch einen geräuscharmen Lauf, als Fördermengen regelbare Pumpe durch einen gleichmäßigen Fördermittelstrom und als Hydraulikmotor durch einen guten Rundlauf und ein gleichmäßiges Drehmoment aus.

Der mit der Erfindung erzielte technische Fortschritt besteht insbesondere darin, daß die Maschine in Ausbildung als kontinuierlich arbeitende Brennkraftmaschine, mit ihren drei Expansionskammern, die ohne Totpunkt arbeiten, mittels Druckluft unter Last gestartet werden kann und schon bei nicdercr Drchzahl einen guten Rundlauf und ihr volles Drehmoment erreicht, das bedingt durch den gleichbleibend guten Füliungsgrad ihrer Verdichtungskammern bis zur höchstzulässigen Drehzahl anhält.

Im folgenden wird ein Ausfülirungsbcispiel des Erfindungsgegenstandes näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt der Rotationskolbenmaschine,

F i g. 2 einen Radialschnitt der Maschine mit teilweise geschnittenem Gehäuse und

F i g. 3 eine schematischc Abwicklung der Arbeitskammer^

Die Maschine setzt sich im wesentlichen aus dem Gehäuse 1, dem Rotor 2, den vier Kolben 3 und zehn Absperrteilen 4 zusammen.

Das ringförmige Gehäuse 1 mit kreisförmigem Querschnitt ist aus zwei Hälften zusammengeschraubt und zur Versteifung und Kühlung radial vernppt (Fig. 1). Der im Gehäuse umlaufende Rotor 2 bildet durch seine durchgehenden konzentrischen Aussparungen an seinem Umfang und in sei-

neu Stirnwänden drei große und in seinem achsnahen gereich zwei Kleine Arbeitskammern, die von den vier am Umfang des Rotors radial angeordneten, drehbar gelagerten Kolben 3 unterteilt sind. Die Kolben 3 haben jeweils eine, insgesamt schraubenförmig verlaufende Radialnut, um den Druchtritt der an der Gehäuseinnenwand verschraubten rippenförmigen Absperrteile 4 zu ermöglichen, die aneinandergereiht nur von den Aussparungsflanken unterbrochen den kreisförmigen Gehäusequerschnitt zweimal umschlingend schraubenförmig längs des ringförmigen Gehäuses verlaufend, formschlüssig in die Aussparungen eingreifen (Fig.2) und somit sechs große und vier kleine Arbeitskammern bilden, die von den Kol ben 3 übersteuert werden. Für jede Arbeitskammer ist im Gehäuse 1 eine EinlaßöffnungE (Fig.3) und eine Auslaßöffnung A vorgesehen, die über außerhalb des Gehäuses verlaufende Leitungen? in funktioneller Verbindung stenen.

Die während einer Rotorumdrehung von den Absperrteilen 4 zweimal um ihre Achse verdrehten Kolben 3 saugen durch die Einlaßöffnungen Δ gleichmäßig Arbeitsmittel in die Arbeitskammern bzw. werden vom gleichmäßig einströmenden Aibeitsmittel in Umlauf gebracht und fördern gleichzeitig das vor ihnen in den Arbeitskammern befindliche Arbeitsmittel durch die Auslaßöffnungen A. Bevor ein umlaufender Kolben 3 das Absperrteil 4 und damit die Auslassöffnung Λ einer Arbeitskammer erreicht, hat der nachfolgende Kolben die Einlaßöffnung E der Arbeitskammer schon passiert und die Arbeit übernommen, so daß keine Unterbrechung oder auch nur Schwankung des Förderstromes oder der Leistung eintritt.

Die Abdichtung der fünf Arbeilsräume gegeneinander erfolgt durch die Dichtringe6. die in das Gehäuse 1 eingelassen sind und von Federn an die Aussparungsflanken gedrückt werden. Die Kolben 3 sind mit einem Kolbenring versehen, der durch Eigenspannung abdichtet und gegen Verdrehen zum Kolben gesichert ist. Zur Abdichtung der beiden Arbeitskammern je Arbeitsraum gegeneinander sind die Dichtflächen der Absperrteile 4 mit strömungshcmmenden Nuten versehen. Da bei der kontinuierlich arbeitenden Brennkraftmaschine der Arbeitsdruck den Verdichtungsdruck nicht übersteigt, muß die Abdichtung nicht so streng sein als bei taktweise arbeitenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Arbeitsdruck im Totpunkt der Maschine ein Vielfaches des Verdichtungsdruckes beträgt.

Zur Schmierung der Maschine wird von einem unter dem Druck der kleinen Arbeitskammern stehenden Ölbehälter aus oder mittels einer Ölpumpe Schmieröl durch eine Druckleitung in die nach außen abgedichteten Gehäuselagcr gcpreßl.

Durch die Zentrifugalkraft an die Dichtringe 5 geschleudert, kriecht das unter gleichem Druck wie in den Arbeitskammern stehende öl durch feine Riefen im Dichtring in die Arbeitskammern und schmiert die Kolbenringe bzw. wird von ihnen auf die Gchäuseinnenwandung verteilt. Die Kolben 3 werden durch Verteilbohrungen 21 im Rotor 2 mit öl versorgt. Von der Fliehkraft unterstützt wird das <>1 in die Kolbenlager gepreßt und das dort austretende Lccköl von den Aussparungsflanken auf die Flanschen der Kolben verteilt und gelangt damit auch zu den Gleitflächen für die Abr-perrtcile 4.

In Ausbildung a!s kontinuierlich arbeitende luftverdichtend© Brennkraftmaschine sind die Ein- und Auslaßöffnungen der sechs großen und vier kleinen Arbeitskammern derart mit Leitungen verbunden, daß dip Luft in zwei Stufen verdichtet und von einer dem Verdichtungsverhältnis der Maschine entsprechend kleinen Arbeitskammer konihmierlich in die großen Expansionskammern gefördert wird. Die Erhitzung der verdichteten Luft kann dabei durch innere Verbrennung und indirekte Erhitzung erfolgen, ίο Die Maschine wird durch Andrehen oder unter Last durch Einpumpen von Luft in die Expansionskammern gestartet.

Sobald sich der Rotor 2 dreht, wird in den drei großen Verdichtungskammern 12, 14 und 18 Frischluft angesaugt und gleichzeitig verdichtend in die drei kleinen Verdichtungskammern 11, 15 und 16 gefördert, die die verdichtete Luft aufnehmen und weiterverdichtend in die kleine Förderkammer 20 fördern, welche die verdichtete Luft aufnimmt und über die Druckaufbauventile 8 und die Brennkammern 9 oder Erhitzer in die drei großen Expansionskammern 13, 17 und 19 fördert, in denen ■·.-.· expandierend Arbeit leistet.

Du- -h Einteilung der großen Arbeitskammern am Umfang und in den Stirnwänden des kotors 2 in je eine Expansions- und Verdichtungskammer und der kleinen Arbeitskammern im achsnahen Bereich nur in Verdichtungskammern, wird eine gute Kühlung des Rotors!, der Kolben3 und Absperrteile4 erreicht und ein Ableiten der Verbrennungswärme zur Rotornabe verhindert.

Die Druckaufbauventile 8 haben die Aufgabe, den Luftdruck in den Zuleitungen unabhängig von der Drehzahl und dem jeweiligen Arbeitsdruck in den drei E\pansionskammcrn konstant zu halten., damit die verdichtete Luft gleichmäßig in die Brennkammern 9 strömt.

In den Brennkammern 9 wird die einströmende Luft in einen primären Teil zum Verbrennen des mit einer drehzahlabhängig Föidermengen regelbaren Pumpe ununterbrochen eingespritzten Brennstoffes und einen sekundären Teil zum Kühlen der Brennkammer und Abkühlen der heißen Verbrennungsgase auf eine für die Maschine erträgliche Temperatur geteilt. Die Verbrennung wird von je einer Glüh- oder Dauerzündkerze eingeleitet.

Die Regelung der Leistung erfolgt durch Verändern der BrennstofTeinspritzmcngc. Um bei Lccrlauf- und Teillast die Verbrennungsluft nicht unnötig hoch zu verdichten, wird entweder die verdichtete Luft aus den drei kleinen Vcrdichtung.skammem »1, 15 und 16 über besondere, mit Rückschlagventilen ausgestattete Leitungen, unter Umgehung der kleinen Förderkamme: 20 direkt in die Brennkammern 9 geförden oder werden in die Verliindi'ngslcitungcn zwischen den drei großen und drei kleinen Verdichtungskammern eingebaute Ventile gc'Ufnet, damit der Luftvinerschuß aus den großen Vcrdichtungskammern ohne verdichtet zu werden ins Freie Mm-

60 men kann.

Bei indirekter Erhitzung wird die verdichtete Luft mittels eines Lufterhitzers oder Wärmetauschers erhitzt und /.Jr Leistungsregelung die Arbcitstcmpcra-'ur über ein Mischventil verändert, so daß der Wär-65 meetzeugcr immer mit gleichbleibender Temperatur betrieben werden kann

Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit wird die Luft während der Verdichtung beim Passieren der außer-

tialb des Gehäuses verlaufenden Vcrbindungsleitungen zwischengegliiht und nach Verlassen der kleinen Förderkammer 20 durch Abkühlen der doppchvandigen Abgasleitungen 10 indirekt erhitzt.

Zum Abbremsen der Maschine bei Schiebebetrieb sind in die Auslaßöffnungen oder -leitungen der drei großen kontinuierlich arbeitenden Verdichtungskammern 12. 14 und 18 Drosselventile eingebaut.

Für den Betrieb von Druckluftgeräten kann aus den beiden Verdichtungsstufen der Maschine im bcgrenzten Umfang Druckluft entnommen und zum Starten der Maschine gespeichert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Geschränktachsige Rotationskolbenmaschine mit einem innerhalb eines ringförmigen Gehäuses mit kreisförmigem Querschnitt umlaufenden Rotor, der über seinen gesamten Umfang eine durchgehende arbeitsraumbildende Aussparung hat, deren Flanken an der Gehiiuseinnenwandung entlanggleiten und die unterteilt ist mit- tels vier am Umfang des Rotors radial angeordneten, drehbar gelagerten Scheiben als Kolben, welche Radialnuten aufweisen, um den Durchtritt von von der Gehäuseinnenwandung ausgehenden rippenförmigen Absperrteilen zu ermöglichen, die in die Aussparung formschlüssig eingreifen und dadurch jeweils von den Kolben übersteuerte Ein- und Auslaßöffnungen aufweisende Arbeitskammern bilden, die untereinander über außerhalb des Gehäuses verlaufende Leitungen in funktioneller Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) zusätzlich noch in seinen Stirnwänden jeweils eine sowie in seinem achsnahen Bereich zwei durchgehende arbeitsraumbildende, konzentrische Aussparungen hat, deren Flanken an der Gehäuseinnenwand entlanggleiten und die ebenfalls von den vier Kolben (3) unterteilt sind, welche jeweils nur eine Radialnut aufweisen, und daß die rippenförmigen Absperrteile (4) aneinandergereiht in Form eines nur von den Au'^parungsflanken unterbrochenen Bandes den kreisförmigen Gehäusequerschnitt zweimal umschlingend schraubt .iförmig längs des ringförmigen Gehäuses vei'anfer

2. Geschränktachsige Rouuionskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Ausbildung als luftverdichtende Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung die im achsnahen Bereich des Rotors befindlichen Arbeitskammern ausschließlich als Verdichtungskammern wirksam sind und den am Umfang sowie in den Stirnwänden vorgesehenen Aussparungen jeweils eine im Gehäuse befindliche Brennkammer (9) zugeordnet ist.

45