EP1885998A1 - Rotary piston machine - Google Patents
Rotary piston machineInfo
- Publication number
- EP1885998A1 EP1885998A1 EP06742794A EP06742794A EP1885998A1 EP 1885998 A1 EP1885998 A1 EP 1885998A1 EP 06742794 A EP06742794 A EP 06742794A EP 06742794 A EP06742794 A EP 06742794A EP 1885998 A1 EP1885998 A1 EP 1885998A1
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- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- piston
- axis
- rotation
- pistons
- housing
- Prior art date
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- Withdrawn
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B7/00—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
- F01B7/02—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with oppositely reciprocating pistons
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
- F01B13/04—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F01B3/0032—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
- F01B3/0035—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block having two or more sets of cylinders or pistons
- F01B3/0038—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block having two or more sets of cylinders or pistons inclined to main shaft axis
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C9/00—Oscillating-piston machines or engines
- F01C9/005—Oscillating-piston machines or engines the piston oscillating in the space, e.g. around a fixed point
Definitions
- the invention relates to a rotary piston machine, with a housing whose interior is not cylindrical, and in which a first and at least a second piston are arranged, which can rotate together in the housing about a housing-fixed axis of rotation, wherein the first piston has a first end surface and the at least second piston has a second end surface facing the first end surface, wherein the end surfaces define a working chamber, and wherein the first and the at least second piston reciprocate reciprocating movements when rotating about the rotation axis to alternately increase and enlarge the working chamber out.
- Rotary piston engines and in particular a rotary piston engine according to the present invention can be used as internal combustion engines (internal combustion engines), as pumps or as compressors.
- a rotary piston machine according to the present invention is preferably used as an internal combustion engine and described as such in the present specification.
- the individual working cycles of the intake, compression, ignition of the combustion mixture and the expansion and expulsion of the combusted combustion mixture are mediated by reciprocating movements of the individual pistons between two end positions.
- the rotary piston machine known from the above-mentioned document WO 03/067033 A1 belongs to the category of oscillating piston machines as a special case of rotary piston machines.
- the reciprocating movements of the pistons which are derived from the circulation movement during the rotation of the individual pistons in the housing are pivoting movements about one or more pivot axes.
- the known rotary piston machine In the known rotary piston machine, four pistons are arranged in the housing, which rotate around a housing-fixed housing-fixed axis of rotation and run around in the housing reciprocating pivotal movements about a common pivot axis, with two adjacent pistons pivot in opposite directions.
- this known rotary piston machine two diametrically opposed with respect to the housing center opposite pistons are rigidly connected together to form a double piston, and two such pairs of pistons are arranged in the middle of the housing over cross. Between each two facing end surfaces of the piston of the piston pairs, a working chamber is formed in each case, so that the known rotary piston machine has two working chambers. Both working chambers, which are arranged diametrically opposite one another with respect to the housing center, increase and decrease in size the reciprocating pivotal movements of the piston in the same direction.
- the pistons of the known rotary piston machine essentially have the shape of a ball wedge, and the geometry of the working chambers is correspondingly the same.
- the pistons of this known rotary piston engine are arranged in the housing so that they are perpendicular to the axis of rotation in their TDC position in which the volumes of the two working chambers are minimal.
- the working chambers are thus always outside and perpendicular to the axis of rotation in this known rotary piston machine.
- This rotary piston machine has, in the direction of the axis of rotation, an elongated housing with a cylindrical interior, in which at least two pistons, when circulating about the axis of rotation, execute linear movements which are directed parallel to the axis of rotation.
- FIG. 1 Another rotary piston machine is known from document DE 100 01 962 A1.
- This known rotary piston machine has in a cylindrical housing a plurality of pistons, which are distributed circumferentially about an axis of rotation, wherein the pistons can rotate together about the axis of rotation, each piston is assigned a separate working chamber between a piston head and a housing inner wall whose volume It changes periodically when the piston rotates.
- the pistons perform when running around the axis of rotation linear, namely radially directed reciprocating movements, wherein a Control mechanism is provided which derives the reciprocating linear movement of the piston from the orbital motion of the piston.
- the control mechanism has a stationary cam piece arranged approximately on the center of the housing, which has concave and convex areas, wherein the pistons each have at least one running surface on their side facing the axis of rotation, with which the pistons are guided fittingly on the control cam.
- the linear guidance of the individual pistons via a mutual toothing of each adjacent piston with gear shaft is realized comparatively expensive.
- the present invention aims to provide a different from the above-described concepts of the known rotary piston machines new concept of a rotary piston machine.
- the invention is therefore based on the object to provide a rotary piston machine of the type mentioned with a new concept of piston movement.
- this object is achieved with respect to the rotary piston machine mentioned above in that the reciprocating movements of the first and at least second piston are linear movements which are directed obliquely or orthogonally to the axis of rotation.
- the rotary piston machine according to the invention differs in that the at least two pistons, when circulating about the axis of rotation, do not oscillate but pivot. perform linear movements.
- This has the advantage that it is possible to design the working chamber, ie the combustion chamber, with a simpler geometric structure, in particular cylindrical.
- the rotary piston machine according to the invention differs in that the working chamber is not formed between the piston head and the housing inner wall, but between two mutually facing end surfaces of the at least two pistons. This has the advantage that the working chamber can be equipped with an overall larger volume, because the individual strokes of the two pistons add to a total stroke, which is correspondingly larger than if only one piston limits the working chamber together with the housing inner wall.
- the linear movements of the at least two pistons are directed obliquely or orthogonally to the axis of rotation. If the interior of the housing of the rotary piston machine has substantially spherical symmetry, it is particularly advantageous if the linear movements of the at least two pistons are directed obliquely to the axis of rotation, because the stroke of the individual pistons by the inclination of the linear movement of the two pistons compared to a Movement can be increased perpendicular to the axis of rotation. The linear movement of the piston is thus not directed radially in contrast to the known rotary piston machine with reciprocating.
- the axis of rotation passes through the working chamber.
- the working chamber is completely outside the axis of rotation
- the at least two pistons so that the at least one working chamber is not perpendicular to Rotary axis, but on the axis of rotation or around the axis of rotation lies around.
- the centrifugal forces acting on the working chamber bounding pistons as they circulate about the axis of rotation are less due to the smaller spacing of the pistons from the axis of rotation, and also act in the direction of movement apart of the two pistons, i. the centrifugal forces support the working cycle of expansion, which is advantageous for the function of the rotary piston machine according to the invention.
- first and the at least second piston are substantially cylindrical.
- the working chamber has substantially cylindrical sections.
- a geometry deviating therefrom for example an oval shape, can also be selected if this can contribute to increasing the volume of the working chamber.
- a cylinder axis of the first piston and a cylinder axis of the at least second piston with the axis of rotation each enclose an angle in the range of about 30 ° to about 60 °.
- the angle is approximately between 40 ° and 50 °, for example 45 °.
- linear movements of the first and at least second pistons are directed relative to one another at an angle in the range from about 60 ° to about 120 °.
- the two pistons moving towards and away from each other thus form an approximately V-shaped piston assembly with an intermediate substantially cylindrical working chamber as mentioned above.
- first end face and the second end face each have a section which runs approximately parallel to the axis of rotation.
- the end surfaces in the TDC position ie in the state of minimal volume of the working chamber, along a ridgeline over can come very close or touch a large area, whereby a high compression of the fuel / air mixture is achieved in the working chamber.
- the first and the second end face have a second section, which in each case encloses an angle in the range of approximately 30 ° to approximately 60 ° with the axis of rotation.
- Such a second portion has the advantage that, in particular in a direction obliquely to the axis of rotation directed linear movement of the individual pistons, the entire end surface of the two pistons can be chosen as large as possible with a large stroke, whereby the Schwarzmmervolumen chosen correspondingly large, and by the two mutually inclined portions of the end faces a complete compression or minimization of the working chamber volume can be achieved.
- the aforementioned second section of the respective end faces preferably extends in particular perpendicular to the direction of the linear movement of the two pistons.
- the first piston and / or the at least second piston has at least one running element, which is guided along a correspondingly formed control cam when the first and / or at least second piston revolve around the linear movements of the first and at least second pistons to create.
- control cam is arranged on the housing with respect to the axis of rotation at least approximately the maximum distance.
- a comparable control mechanism for the pivotal movements of the piston is provided in the known from the document WO 03/067033 Al rotary piston machine, but there is the control cam with a shorter distance to the axis of rotation in the vicinity of the end faces of the housing.
- the advantage of the greater spacing of the control cam from the axis of rotation consists in improved lever ratios to derive the linear movements of the at least two pistons from their orbital motion about the axis of rotation.
- the at least one running member is a ball which is rotatably mounted in a ball socket on one of the housing-facing outer side of the first and / or at least second piston, and that the control cam is formed as a groove with a part-circular cross-section , in which the ball partially intervenes.
- Such a control mechanism which uses a ball as the at least one running member, has the advantage of optimized friction reduction of the control mechanism, since the ball is freely rotatable in the ball socket of the at least one piston and also in the cam forming the cam immediately in the housing or on a separate part which is connected to the housing inner wall may be formed. Because of its omnidirectional rotation, the ball can advantageously follow the control cam with particularly low friction.
- both the first and the at least second piston on a running member in the form of a ball which run in the same groove-shaped cam in the housing at a distance from each other.
- the running members can also be designed as rollers.
- first and the at least second piston are slidably mounted in a piston cage, which is arranged in the housing concentric with the axis of rotation about the axis of rotation, wherein the piston cage is rotatably connected to the first and at least second piston with respect to the rotational movement about the axis of rotation ,
- the piston cage and the first and at least second piston thus form the "internal machine” or the “internal engine” of the rotary piston machine.
- the sliding bearing of the two pistons in the piston cage serves for the linear movement of the two pistons as described above, while the pistons revolve together with the piston cage due to their rotation with respect to the rotational movement about the axis of rotation with the piston cage together with this around the axis of rotation.
- the piston cage can now advantageously serve as a drive or driven member and be led out with a shaft extension corresponding to the housing.
- the piston cage has a bore in which the first and at least second piston are partially and slidably received therein, and which limits the working chamber in the circumferential direction.
- the bore thus defines together with the two mutually facing end surfaces of the first and at least second piston, the at least one working chamber of the oscillating piston engine.
- the geometry of the bore of the piston cage is also selected, that is to say, for example. wise circular or as just mentioned above oval or other shape according to the shape of the end surfaces of the piston.
- a working chamber is formed which is cylindrical.
- the pistons are then preferably sealed against the wall of the bore of the piston cage by means of seals, which in the case of a circular bore and circular end surfaces are advantageously designed as adapted to the shape of the working chamber piston rings.
- the bore accordingly preferably consists of two sections which meet on the axis of rotation and are each cylindrical in shape on both sides of the axis of rotation.
- a third and fourth piston are arranged in the housing, which can rotate with the first and second pistons about the axis of rotation and thereby perform reciprocating linear movements and define a second working chamber.
- a system which is advantageously symmetrical and thus mass-balanced with respect to the axis of rotation is also provided in the case of the rotary piston machine according to the invention. It is further preferred if the third and the fourth piston are arranged mirror-symmetrically with respect to a plane passing through the center of the housing perpendicular to the axis of rotation to the first and second piston. In this embodiment, the first and the second working chamber are preferably in one plane.
- the third and fourth pistons are offset relative to the first and second pistons by an angle of preferably 90 ° about the axis of rotation.
- each piston can be made even larger, since the pistons do not come close in their UT position, because the first and second pistons are arranged offset by 90 ° with respect to the third and fourth pistons.
- the above-mentioned cam over a plane which passes perpendicularly through the axis of rotation and through the center of the housing extend, which makes it possible to make the stroke of the piston and thus the maximum volume of the working chambers larger.
- the four pistons are arranged in one plane or in two planes, it is further preferred if the four pistons are arranged such that the first and second working chambers increase and decrease in the same direction as the pistons rotate about the axis of rotation.
- the rotary piston machine always performs work over a full revolution around the axis of rotation.
- the intake and exhaust ports are correspondingly 180 ° and 90 ° respectively (the latter at 90 ° to each other rotated working chambers) to arrange staggered.
- the piston cage extends on both sides of the housing center and also receives the third and fourth piston.
- the piston cage receives all four pistons.
- the piston cage if provided for the first and second pistons as described above, also has a bore in which the third and fourth pistons are slidably mounted and non-rotatably connected to the piston cage with respect to the rotational axis this bore then limits the second working chamber together with the end surfaces of the third and fourth pistons.
- a housing inner wall of the housing is substantially spherical.
- a rotary piston machine with reciprocating piston is advantageously provided, which has ball symmetry.
- the rotary piston machine according to the invention thus combines the advantages of a pure rotary piston machine with the advantages of a pure reciprocating piston engine in spherical form.
- Fig. 1 is an overall perspective view of a rotary piston machine
- FIG. 2 shows a view of the rotary piston machine in FIG. 1 in the direction of the arrows II in FIG. 1;
- FIG. 2 shows a view of the rotary piston machine in FIG. 1 in the direction of the arrows II in FIG. 1;
- Figure 3 is a longitudinal section through the rotary piston machine in Figure 1 taken along a plane parallel to the axis of rotation, wherein the pistons of the rotary piston machine are shown in their UT position.
- Fig. 4 is a longitudinal section through the rotary piston machine in Fig. 1, wherein the pistons are shown in their TDC position, and wherein the representation is selected so that the housing with respect to the illustration in Fig. 3 by 90 ° about the axis of rotation is twisted;
- FIG. 5 shows a longitudinal section through the rotary piston machine in FIG. 1 corresponding to FIGS. 3 and 4, but omitting the pistons;
- FIG. 6 shows a longitudinal section through the rotary piston machine in FIG. 1, similar to the representation in FIG. 5, again with reference to FIG. ter omission of the piston, wherein, however, the piston cage is rotated relative to the illustration in Figure 5 by approximately 90 ° about the axis of rotation.
- FIG. 6A shows a representation comparable to FIG. 6 with a sectioning through the piston cage different from FIG. 6;
- Fig. 7 is a view of the rotary piston machine in which a housing half is removed.
- Fig. 8 is a perspective view of an inner side of a housing half of the rotary piston machine in Fig. 1 in isolation.
- rotary piston machine in various representations and individual parts of the rotary piston machine 10 are shown.
- the rotary piston engine 10 is designed as an internal combustion engine in the present embodiment.
- the rotary piston machine 10 has a housing 12, which is composed of two housing halves 14 and 16.
- the housing halves 14 and 16 each have a flange 18a and 18b, via which the housing halves 14 and 16 are detachably connected to each other.
- inlet ports 20 and 24 for fresh air / fuel are arranged diametrically opposite one another with respect to the center of the housing, the openings of which pass through the housing 12. go through.
- outlet 22 and 26 are provided.
- the inlet ports 20 and 24 serve to supply fresh air or combustion air, while the outlet ports 22 and 26 are used for ejecting combusted fuel-air mixture.
- the intake ports 20 and 24 are each assigned a connection for a fuel injection nozzle, as shown for the inlet port 24 with a port 25 in FIG. 1 and for the inlet port 20 with a port 27 in FIG. 2.
- a plurality of ports 28 to 38 for the supply and discharge or circulation of a cooling / lubricating medium are arranged on the housing 12 through the interior of the rotary piston machine 10.
- a housing inner wall 39 of the rotary piston machine 10 is formed according to FIG. 3 substantially spherical or has ball symmetry.
- pistons 40 to 46 are arranged, which can rotate together in the housing 12 about an axis of rotation 48 according to an arrow 49 (FIG.
- the pistons 40 to 46 perform a reciprocating linear movement between two end positions superimposed on the revolving movement, one end position in FIG. 3 (so-called UT position), and the other end position in FIG. 4 (so-called TDC position) is shown.
- the linear movements are here directed obliquely to the axis of rotation 48, but may also be directed orthogonally.
- the axis of rotation 48 is to be understood as a geometric axis and passes through the center of the housing 51.
- the linear movements of the pistons 40 to 46 are illustrated in Fig. 3 with a respective double arrow 50a to 50d.
- the pistons 40 and 46 are arranged mirror-symmetrically with respect to the pistons 42 and 44 with respect to a plane 53 extending through the center of the housing 51 perpendicular to the axis of rotation 48 and perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
- the housing 12 may also be separated along the plane 53, so that each left and right of the plane 53 results in a hemispherical half of the housing, wherein in one half of the housing, the pistons 40 and 46 and the other half of the housing, the pistons 42 and 44 are arranged. Between these two housing halves, an elongated cylindrical intermediate piece may be inserted, so that the overall shape of the housing 12 is then oblong with hemispherical end portions.
- the pistons 40 to 46 are individually mounted in the housing 12, that is not rigidly connected in pairs.
- Each of the pistons 40 to 46 has an end surface, namely, the piston 40 has an end surface 52, the piston 42 has an end surface 54, the piston 44 has an end surface 56, and the piston 46 has an end surface 58.
- Each facing end surfaces which are in the present case, the end surfaces 52 and 58 of the pistons 40 and 46 and the end surfaces 54 and 56 of the pistons 42 and 44, each defining a working chamber 60 and 62, which serve as combustion chambers.
- the axis of rotation 48 passes through both working chambers 60, 62, preferably centrally in each position of the pistons 40 to 46.
- the end faces 52 to 58 of the pistons 40 to 46 each have two portions forming an angle to each other. This will be described below with reference to the end surface 52 of the piston, the same applies to the end surfaces 54 to 58 of the pistons 42 to 46.
- the end surface 52 of the piston 40 has a portion 52 a, which runs approximately perpendicular to the linear direction of movement according to the arrow 50 a of the piston 40.
- a second portion 52b of the end face 52 forms an angle with the direction of movement of the piston 40 according to the arrow 50a, approximately 45 ° in the exemplary embodiment shown, and runs parallel to the axis of rotation 48.
- the portion 52b of the end face 52 also extends parallel to a section 58b of the end face 58 of the piston 46, so that the sections 52b and 58b in the TDC position according to FIG. 4 are arranged in contact with one another in terms of area or at least a minimum distance to minimize the volume of the working chamber 60.
- the sections 52a come and 58a of the end surfaces 52 and 58 of the pistons 40 and 46 with another surface in contact or at a minimum distance, which will be described later.
- the pistons 40 to 46 are each substantially cylindrical in shape, and a longitudinal or cylinder axis of each piston 40 to 46 is parallel to the linear directions of movement 50a to 50d.
- Each adjacent the piston 40 to 46 lead during rotation about the axis of rotation 48 to each other in opposite reciprocating linear movements, whereby the working chambers 60 and 62 always in the same direction to each other enlarge and reduce.
- the pistons 40 and 46 move linearly but obliquely toward each other, as well as the pistons 42 and 44. This reduces the volumes of the working chambers 60 and 62 to to the final state shown in Fig. 4, in which the working chambers 60 and 62 occupy their minimum volume (ignition space).
- the working chambers 60 and 62 occupy their minimum volume (ignition space).
- the power stroke of the discharge is just completed here or the working stroke of the intake starts straight or vice versa.
- each piston 40 to 46 has a running member, namely the piston 40 a running member 64, the piston 42 a running member 66th , the piston 44, a running member 68 and the piston 46, a running member 70.
- the running members 64 to 70 are balls, which are each mounted in a ball socket, wherein the respective ball socket is disposed on an outer side of the respective piston 40 to 46, the housing inner wall 39 faces.
- a ball socket 72 for the running member 64 on the piston 40 is shown.
- the running members 64 to 70 in the form of the balls can be loosely mounted in the ball pans 72 and held there by adhesion by means of a lubricating film, the ball pans then do not extend beyond the diameter of the balls 64 to 70, or the ball pans can through a beyond the ball diameter extending shape or a corresponding extension the balls 64 to 70 hold form-fitting and thus captive.
- the balls 64 to 70 are freely rotatable in the ball cups of the pistons 40 to 46 in all directions about their respective ball center.
- the running members or balls 64 to 70 are assigned two control cams in which the balls 64 to 70 run. More specifically, the balls 64 and 70 of the pistons 40 and 46 associated with a first control cam 76 which is formed as a groove with a part-circular cross-section in the housing inner wall 39. Instead of forming the control cam 76 directly in the reheatinnenwand 39 by molding, the control cam 76 may also be formed on a separate component, which is arranged on the housing 12. A corresponding control cam 78 is assigned to the running members or balls 66 and 68 of the pistons 42 and 44.
- the balls 64 and 70 thus run in the same control cam 76, and the balls 66 and 68 in the same control cam 78.
- the balls 64 and 70 on the one hand and the balls 66 and 68 on the other hand are in each case offset relative to the axis of rotation 48 by 180 °.
- the cams 76 and 78 are disposed in front of the axis of rotation 48 at least approximately the maximum distance, as far as the UT position of the pistons 40 to 46, as is apparent from Fig. 3, i. they are almost level with the plane 53.
- the cams 76 and 78 are generally orthogonal to the axis of rotation 48.
- FIG. 5 shows a view of the inside of the housing half 14 of the housing 12. Accordingly, in each case one half of the control cams 76 and 78 can be seen in FIG. 8, which, however, in each case extend in total around 360 ° about the axis of rotation 48.
- the running members 64 to 70 may also be configured as rollers, whose running surfaces are formed part-spherical, and at the piston rear sides of the piston 40th to 46 are rotatably mounted accordingly, and then run in the cams 76 and 78.
- the pistons 40 to 46 are mounted in the housing 12 in a piston cage 80 which revolves around the axis of rotation 48 together with the pistons 40 to 46, which is described in more detail below with further details of the pistons 40 to 46.
- the piston cage 80 is shown in non-sectional view with the two pistons 40 and 42 and the housing half 14.
- Fig. 5 shows the piston cage 80 in longitudinal section, as well as Figs. 6 and 6A, while Figs. 3 and 4 show the piston cage 80 in longitudinal section together with the pistons 40 to 46.
- the piston cage 80 is in the embodiment shown, and preferably a one-piece component, but instead of a one-piece design but also a multi-piece design is conceivable.
- the piston cage 80 extends along the axis of rotation 48 over the entire length of the housing 12, wherein shaft extensions 86 and 88 of the piston cage 80 protrude from the housing and can serve as a drive or output shaft.
- the piston cage 80 has in each case one of the shaft extensions 86 and 88 subsequent main bearing portion 82 and 84, via which the piston cage 80 is rotatably mounted in the housing 12 about the rotation axis 48.
- the bearing sections 82 and 84 are connected at the center of the housing 90 via a central portion 90, which has a cross-sectionally approximately square pin-like portion 92, as shown in FIGS. 3 and 4, to which the pistons 40 to Supported towards the housing center point 51 are mounted in each case linearly movable.
- the piston cage 80 has two bores 94 and 96 in which the pistons 40 to 46 are slidably mounted. More specifically, in the bore 94, the pistons 40 and 46 and in the bore 96, the pistons 42 and 44 slidably mounted.
- the holes 94 and 96 each have two sections 94a, 94b and 96a, 96b, which are also cylindrical and according to the inclination of the pistons 40 to 46 are also inclined to the axis of rotation 48 to each other.
- the holes 94, 96 are circular in cross section, and accordingly, the end surfaces 52 to 58 of the pistons 40 to 46 are formed in a cross section perpendicular to the respective cylinder axis of the respective piston 40 to 46 circular.
- the pistons 40 to 46 are mounted in the bores 94 to 96 by means of piston rings for sealing the working chambers 60 and 62, as shown in Fig. 4 for the piston 40 with seals 98 and 100.
- the pistons 40 to 46 rotatably connected to the piston cage 80, so that the pistons 40 to 46 rotate together with the piston cage 80 about the axis of rotation 48, while the pistons 40 to 46 while in the holes 94 and 96 linear reciprocating movements, ie in the bores 94 and 96 are linearly slidably movable to perform the individual cycles of intake, compression, expansion and ejection.
- the pistons 40 to 46 are substantially cylindrical.
- a plurality of channels 102 and 104 which extend circumferentially and through the interior of the bearing portions 82 and 84 of the piston cage 80, and with the above-mentioned terminals 28, 30 and 36, 38 communicate, so that through the channels 102, 104, a cooling / lubricating medium for cooling and lubricating the piston cage 80 can be passed.
- the channels 102 and 104 serve primarily for cooling the internal engine in the vicinity of the working chambers 60, 62.
- a through hole 106 is shown in FIG. 5, which also serves as a cooling / lubricating medium channel.
- the bore 106 widens at its two ends like a trumpet, in order to improve the distribution of the cooling / lubricating medium in the center of the housing 12 yet.
- the cooling / lubricating medium in the bore 106 is thrown in the direction of the housing inner wall 39 due to centrifugal forces.
- a cooling or lubrication of the pistons 40 to 46 and the running members 64 to 70 is accomplished in the center of the inner motor.
- the lubricating film which forms in this case also serves to hold the running members 64 to 70 in the ball sockets of the pistons 40 to 46 by adhesion, unless this is accomplished by a positive fit.
- two further holes or channels 108 and 110 are provided in the piston cage 80, which open on the one hand in the bores 94 and 96, and on the other hand to the housing inner wall 39, namely at the level of the inlet and outlet nozzles 20 and 22 respectively 24 and 26 lead.
- the channels 114, 116 serve to engage in a rotational position of the piston cage 80 about the axis of rotation 48 through the inlet port 20 and 24, a fuel-air mixture in the working chambers 60, 62, and in a different rotational position burned fuel-air mixture through the outlet 22 and 26 eject. In the other rotational positions of the piston cage 80 closes these nozzles.
- the piston cage 80 thus simultaneously assumes the function of a valve for releasing and closing the connecting pieces 20 to 26.
- a spark plug 112 and 114 are provided, which are arranged on the rotation axis 48 and rotate together with the piston cage 80 about this. Electrical leads (not shown) are connected in accordance with example by slip rings with the spark plugs 118 and 120. In the case of using the rotary piston machine 10 as a diesel engine, the candles 112 and 114 are respectively glow plugs.
- the offset by 180 ° with respect to the axis of rotation 48 arrangement of the connecting pieces 20 and 22 relative to the connecting piece 24th and 26 serves that at least in one of the working chambers 60 and 62 when rotating the pistons 40 to 46 about the axis of rotation 48 by 360 ° always carried out an expansion process.
- a working cycle of expansion is taking place in the working chamber 60
- a working cycle of discharging the burned fuel-air mixture takes place in the working chamber 62, and vice versa.
- Fuel-air mixture which is located for example in the working chamber 60 is, for example, compressed in the transition from Fig. 3 to Fig. 4 and then ignited in the piston position in Fig. 4, and in the working chamber 62 in Fig. 3 befindliches burned Mixture is ejected at the transition from Fig. 3 to Fig. 4.
- the sections of the end surfaces 52 which run perpendicular to the linear direction of movement lie to 58 of the pistons 40 to 46 on a mating surface formed on the piston cage 80, as shown for the portion 52 a of the end surface 52 of the piston 40 in Fig. 4, where the portion 52 a at an angle to the axis of rotation 48 inclined surface 82 a of Piston cage 80 is applied.
- the volumes of the working chambers 60 and 62 are minimal but preferably different from zero.
- rotary piston machine 10 may be provided analogous to the known from WO 03/067033 Al rotary piston machine, the use of the working chambers 60, 62 intermediate spaces between the pistons 40 and 42 or 44 and 46 as a pre-compression chambers for precompressing combustion air.
- the working chambers 60, 62 intermediate spaces between the pistons 40 and 42 or 44 and 46 as a pre-compression chambers for precompressing combustion air.
- WO 03/067033 Al For possible embodiments and mode of operation of such a self-charging reference is made to WO 03/067033 Al.
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Abstract
A rotary piston machine is described, having a housing (12), the interior of which is not cylindrical, and in which a first and at least one second piston (40, 46) are arranged which can circulate jointly in the housing (12) about a rotational axle (48) which is fixed to the housing, the first piston (40) having a first end face (52) and the at least one second piston (46) having a second end face (58) which faces the first end face, the end faces (52, 58) delimiting a working chamber (60), and the first and the at least one second piston (40, 46) performing opposite to-and-fro movements with respect to one another during circulation about the rotational axle (48), in order alternately to increase and to decrease the working chamber (60). The to-and-fro movements of the first and the at least one second piston are linear movements which are oriented obliquely or orthogonally with respect to the rotational axle (48).
Description
Rotationskolbenmaschine Rotary piston engine
Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine, mit einem Gehäuse, dessen Innenraum nicht zylinderförmig ist, und in dem ein erster und zumindest ein zweiter Kolben angeordnet sind, die gemeinsam in dem Gehäuse um eine gehäusefeste Drehachse umlaufen können, wobei der erste Kolben eine erste Endfläche und der zumindest zweite Kolben eine der ersten Endfläche zugewandte zweite Endfläche aufweist, wobei die Endflächen eine Arbeitskammer begrenzen, und wobei der erste und der zumindest zweite Kolben beim Umlaufen um die Drehachse zueinander gegensinnige hin- und hergehende Bewegungen ausführen, um die Arbeitskammer abwechselnd zu vergrößern und zu verkleinern.The invention relates to a rotary piston machine, with a housing whose interior is not cylindrical, and in which a first and at least a second piston are arranged, which can rotate together in the housing about a housing-fixed axis of rotation, wherein the first piston has a first end surface and the at least second piston has a second end surface facing the first end surface, wherein the end surfaces define a working chamber, and wherein the first and the at least second piston reciprocate reciprocating movements when rotating about the rotation axis to alternately increase and enlarge the working chamber out.
Eine derartige Rotationskolbenmaschine ist aus dem Dokument WO 03/067033 Al bekannt.Such a rotary piston machine is known from document WO 03/067033 A1.
Rotationskolbenmaschinen und insbesondere eine Rotationskolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung können als Brennkraftmaschinen (Verbrennungsmotoren), als Pumpen oder als Kompressoren verwendet werden. Eine Rotationskolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise als Brennkraftmaschine verwendet und als solche in der vorliegenden Beschreibung beschrieben.
Im Falle der Verwendung einer Rotationskolbenmaschine als Brennkraftmaschine werden die einzelnen Arbeitstakte des Ein- lassens, Verdichtens, Zündens des Verbrennungsgemisches und des Expandierens und Ausstoßens des verbrannten Verbrennungsgemisches durch hin- und hergehende Bewegungen der einzelnen Kolben zwischen zwei Endstellungen vermittelt.Rotary piston engines and in particular a rotary piston engine according to the present invention can be used as internal combustion engines (internal combustion engines), as pumps or as compressors. A rotary piston machine according to the present invention is preferably used as an internal combustion engine and described as such in the present specification. In the case of using a rotary piston engine as an internal combustion engine, the individual working cycles of the intake, compression, ignition of the combustion mixture and the expansion and expulsion of the combusted combustion mixture are mediated by reciprocating movements of the individual pistons between two end positions.
Die aus dem oben genannten Dokument WO 03/067033 Al bekannte Rotationskolbenmaschine gehört zur Gattung der Schwenkkolbenmaschinen als Sonderfall der Rotationskolbenmaschinen. Bei Schwenkkolbenmaschinen sind die beim Umlaufen der einzelnen Kolben in dem Gehäuse aus der Umlaufbewegung abgeleiteten hin- und hergehenden Bewegungen der Kolben Schwenkbewegungen um eine oder mehrere Schwenkachsen.The rotary piston machine known from the above-mentioned document WO 03/067033 A1 belongs to the category of oscillating piston machines as a special case of rotary piston machines. In the case of oscillating piston machines, the reciprocating movements of the pistons which are derived from the circulation movement during the rotation of the individual pistons in the housing are pivoting movements about one or more pivot axes.
Bei der bekannten Rotationskolbenmaschine sind im Gehäuse vier Kolben angeordnet, die um eine gehäusemittige gehäusefeste Drehachse gemeinsam umlaufen und beim Umlaufen in dem Gehäuse hin- und hergehende Schwenkbewegungen um eine gemeinsame Schwenkachse ausführen, wobei jeweils zwei benachbarte Kolben gegensinnig verschwenken. Bei dieser bekannten Rotationskolbenmaschine sind jeweils zwei diametral bezüglich der Gehäusemitte gegenüberliegende Kolben zu einem Doppelkolben miteinander starr verbunden, und zwei derartige Kolbenpaare sind in der Gehäusemitte über Kreuz angeordnet. Zwischen jeweils zwei einander zugewandten Endflächen der Kolben der Kolbenpaare wird jeweils eine Arbeitskammer gebildet, so dass die bekannte Rotationskolbenmaschine zwei Arbeitskammern aufweist. Beide Arbeitskammern, die bezüglich der Gehäusemitte diametral gegenüberliegend angeordnet sind, vergrößern und verkleinern sich bei
den hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der Kolben gleichsinnig.In the known rotary piston machine, four pistons are arranged in the housing, which rotate around a housing-fixed housing-fixed axis of rotation and run around in the housing reciprocating pivotal movements about a common pivot axis, with two adjacent pistons pivot in opposite directions. In this known rotary piston machine two diametrically opposed with respect to the housing center opposite pistons are rigidly connected together to form a double piston, and two such pairs of pistons are arranged in the middle of the housing over cross. Between each two facing end surfaces of the piston of the piston pairs, a working chamber is formed in each case, so that the known rotary piston machine has two working chambers. Both working chambers, which are arranged diametrically opposite one another with respect to the housing center, increase and decrease in size the reciprocating pivotal movements of the piston in the same direction.
Die Kolben der bekannten Rotationskolbenmaschine weisen im Wesentlichen die Form eines Kugelkeils auf, und entsprechend ist auch die Geometrie der Arbeitskammern.The pistons of the known rotary piston machine essentially have the shape of a ball wedge, and the geometry of the working chambers is correspondingly the same.
Des Weiteren sind die Kolben dieser bekannten Rotationskolbenmaschine in dem Gehäuse so angeordnet, dass sie in ihrer OT- Stellung, in der die Volumina der beiden Arbeitskammern minimal sind, senkrecht zur Drehachse stehen. Die Arbeitskammern liegen bei dieser bekannten Rotationskolbenmaschine somit stets außerhalb und senkrecht zur Drehachse.Furthermore, the pistons of this known rotary piston engine are arranged in the housing so that they are perpendicular to the axis of rotation in their TDC position in which the volumes of the two working chambers are minimal. The working chambers are thus always outside and perpendicular to the axis of rotation in this known rotary piston machine.
Eine weitere Rotationskolbenmaschine desselben Anmelders ist aus dem Dokument WO 03/089769 Al bekannt. Diese Rotationskolbenmaschine weist in Richtung der Drehachse ein langerstrecktes Gehäuse mit zylinderförmigem Innenraum auf, in dem zumindest zwei Kolben beim Umlaufen um die Drehachse lineare Bewegungen ausführen, die parallel zur Drehachse gerichtet sind.Another rotary piston machine of the same Applicant is known from the document WO 03/089769 Al. This rotary piston machine has, in the direction of the axis of rotation, an elongated housing with a cylindrical interior, in which at least two pistons, when circulating about the axis of rotation, execute linear movements which are directed parallel to the axis of rotation.
Eine weitere Rotationskolbenmaschine ist aus dem Dokument DE 100 01 962 Al bekannt. Diese bekannte Rotationskolbenmaschine weist in einem zylindrischen Gehäuse eine Mehrzahl an Kolben auf, die umfänglich um eine Drehachse verteilt angeordnet sind, wobei die Kolben gemeinsam um die Drehachse umlaufen können, wobei jedem Kolben eine separate Arbeitskammer zwischen einem Kolbenboden und einer Gehäuseinnenwand zugeordnet ist, deren Volumen sich beim Umlaufen der Kolben periodisch ändert. Die Kolben führen beim Umlaufen um die Drehachse lineare, und zwar radial gerichtete hin- und hergehende Bewegungen aus, wobei ein
Steuermechanismus vorgesehen ist, der die hin- und hergehende lineare Bewegung der Kolben aus der Umlaufbewegung der Kolben ableitet. Der Steuermechanismus weist ein etwa gehäusemittig angeordnetes ortsfestes Kurvenstück auf, das konkave und konvexe Bereiche aufweist, wobei die Kolben auf ihrer der Drehachse zugewandten Seite jeweils zumindest eine Lauffläche aufweisen, mit der die Kolben an der Steuerkurve anliegend geführt sind. Bei dieser bekannten Rotationskolbenmaschine ist die lineare Führung der einzelnen Kolben über eine wechselseitige Verzahnung jeweils benachbarter Kolben mit Getriebewelle vergleichsweise aufwendig realisiert.Another rotary piston machine is known from document DE 100 01 962 A1. This known rotary piston machine has in a cylindrical housing a plurality of pistons, which are distributed circumferentially about an axis of rotation, wherein the pistons can rotate together about the axis of rotation, each piston is assigned a separate working chamber between a piston head and a housing inner wall whose volume It changes periodically when the piston rotates. The pistons perform when running around the axis of rotation linear, namely radially directed reciprocating movements, wherein a Control mechanism is provided which derives the reciprocating linear movement of the piston from the orbital motion of the piston. The control mechanism has a stationary cam piece arranged approximately on the center of the housing, which has concave and convex areas, wherein the pistons each have at least one running surface on their side facing the axis of rotation, with which the pistons are guided fittingly on the control cam. In this known rotary piston machine, the linear guidance of the individual pistons via a mutual toothing of each adjacent piston with gear shaft is realized comparatively expensive.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein von den oben beschriebenen Konzepten der bekannten Rotationskolbenmaschinen abweichendes neues Konzept einer Rotationskolbenmaschine anzugeben.The present invention aims to provide a different from the above-described concepts of the known rotary piston machines new concept of a rotary piston machine.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art mit einem neuen Konzept der Kolbenbewegung anzugeben.The invention is therefore based on the object to provide a rotary piston machine of the type mentioned with a new concept of piston movement.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Rotationskolbenmaschine dadurch gelöst, dass die hin- und hergehenden Bewegungen des ersten und zumindest zweiten Kolbens lineare Bewegungen sind, die schräg oder orthogonal zur Drehachse gerichtet sind.According to the invention this object is achieved with respect to the rotary piston machine mentioned above in that the reciprocating movements of the first and at least second piston are linear movements which are directed obliquely or orthogonally to the axis of rotation.
Von der aus dem Dokument WO 03/067033 Al bekannten Rotationskolbenmaschine unterscheidet sich die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine dadurch, dass die zumindest zwei Kolben beim Umlaufen um die Drehachse keine Schwenkbewegungen, sondern Ii-
neare Bewegungen ausführen. Dies hat den Vorteil, dass es ermöglicht wird, die Arbeitskammer, d.h. den Brennraum, mit einfacherer geometrischer Struktur auszugestalten, insbesondere zylinderförmig. Von der Rotationskolbenmaschine, die aus DE 100 01 962 Al bekannt ist, unterscheidet sich die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine dadurch, dass die Arbeitskammer nicht zwischen dem Kolbenboden und der Gehäuseinnenwand ausgebildet ist, sondern zwischen zwei einander zugewandten Endflächen der zumindest zwei Kolben. Dies hat den Vorteil, dass die Arbeitskammer mit einem insgesamt größeren Volumen ausgestattet werden kann, weil sich die Einzelhübe der beiden Kolben zu einem Gesamthub addieren, der entsprechend größer ist, als wenn nur ein Kolben die Arbeitskammer zusammen mit der Gehäuseinnenwand begrenzt.From the rotary piston machine known from the document WO 03/067033 A1, the rotary piston machine according to the invention differs in that the at least two pistons, when circulating about the axis of rotation, do not oscillate but pivot. perform linear movements. This has the advantage that it is possible to design the working chamber, ie the combustion chamber, with a simpler geometric structure, in particular cylindrical. From the rotary piston machine, which is known from DE 100 01 962 Al, the rotary piston machine according to the invention differs in that the working chamber is not formed between the piston head and the housing inner wall, but between two mutually facing end surfaces of the at least two pistons. This has the advantage that the working chamber can be equipped with an overall larger volume, because the individual strokes of the two pistons add to a total stroke, which is correspondingly larger than if only one piston limits the working chamber together with the housing inner wall.
Die linearen Bewegungen der zumindest zwei Kolben sind schräg oder orthogonal zur Drehachse gerichtet. Wenn der Innenraum des Gehäuses der Rotationskolbenmaschine im Wesentlichen Kugelsymmetrie besitzt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die linearen Bewegungen der zumindest zwei Kolben schräg zur Drehachse gerichtet sind, weil der Hub der einzelnen Kolben durch die Schrägstellung der linearen Bewegung der beiden Kolben im Vergleich zu einer Bewegung senkrecht zur Drehachse vergrößert werden kann. Die lineare Bewegung der Kolben ist somit im Unterschied zu der bekannten Rotationskolbenmaschine mit Hubkolben nicht radial gerichtet. Sie ist aber auch im Unterschied zu dem Dokument WO 03/089769 Al nicht parallel zur Drehachse gerichtet, wodurch eine in Richtung der Drehachse kompaktere Bauweise der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine erreicht werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft die Drehachse durch die Arbeitskammer.The linear movements of the at least two pistons are directed obliquely or orthogonally to the axis of rotation. If the interior of the housing of the rotary piston machine has substantially spherical symmetry, it is particularly advantageous if the linear movements of the at least two pistons are directed obliquely to the axis of rotation, because the stroke of the individual pistons by the inclination of the linear movement of the two pistons compared to a Movement can be increased perpendicular to the axis of rotation. The linear movement of the piston is thus not directed radially in contrast to the known rotary piston machine with reciprocating. However, unlike the document WO 03/089769 A1, it is also not directed parallel to the axis of rotation, as a result of which a more compact design of the rotary piston machine according to the invention in the direction of the axis of rotation can be achieved. In a preferred embodiment, the axis of rotation passes through the working chamber.
Während bei der aus dem Dokument WO 03/067033 Al bekannten Rotationskolbenmaschine wie oben erwähnt die Arbeitskammer vollständig außerhalb der Drehachse liegt, ist bei der zuvor erwähnten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine vorgesehen, die zumindest zwei Kolben so anzuordnen, dass die zumindest eine Arbeitskammer nicht senkrecht zur Drehachse, sondern auf der Drehachse bzw. um die Drehachse herumliegt. Die auf die die Arbeitskammer begrenzenden Kolben beim Umlaufen um die Drehachse wirkenden Fliehkräfte sind wegen der geringeren Beabstandung der Kolben von der Drehachse geringer und wirken außerdem in Richtung der Auseinanderbewegung der beiden Kolben, d.h. die Fliehkräfte unterstützen den Arbeitstakt des Expandierens , was für die Funktion der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine vorteilhaft ist.While in the known from the document WO 03/067033 Al rotary piston machine as mentioned above, the working chamber is completely outside the axis of rotation, is provided in the aforementioned embodiment of the rotary piston machine according to the invention, the at least two pistons so that the at least one working chamber is not perpendicular to Rotary axis, but on the axis of rotation or around the axis of rotation lies around. The centrifugal forces acting on the working chamber bounding pistons as they circulate about the axis of rotation are less due to the smaller spacing of the pistons from the axis of rotation, and also act in the direction of movement apart of the two pistons, i. the centrifugal forces support the working cycle of expansion, which is advantageous for the function of the rotary piston machine according to the invention.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der erste und der zumindest zweite Kolben im Wesentlichen zylinderförmig.In a further preferred embodiment, the first and the at least second piston are substantially cylindrical.
Hierbei ist von Vorteil, dass als Dichtungen für die beiden Kolben beispielsweise Kolbenringe verwendet werden können, so dass hier auf seit langem bestehende Erfahrungen bei der Lösung von Dichtungsproblemen bei Hubkolbenmotoren zurückgegriffen werden kann.The advantage here is that, for example, piston rings can be used as seals for the two pistons, so that it is possible to resort to long-standing experience in solving sealing problems in reciprocating piston engines.
Entsprechend ist es ebenso bevorzugt, wenn die Arbeitskammer im Wesentlichen zylinderförmige Abschnitte aufweist.
Alternativ zu einer zylinderförmigen Ausgestaltung der Arbeitskammer und der Kolben kann auch eine davon abweichende Geometrie, beispielsweise eine ovale Form, gewählt werden, wenn dies zur Vergrößerung des Volumens der Arbeitskammer beitragen kann.Accordingly, it is also preferred if the working chamber has substantially cylindrical sections. As an alternative to a cylindrical configuration of the working chamber and the piston, a geometry deviating therefrom, for example an oval shape, can also be selected if this can contribute to increasing the volume of the working chamber.
In bevorzugten praktischen Ausgestaltungen schließen eine Zylinderachse des ersten Kolbens und eine Zylinderachse des zumindest zweiten Kolbens mit der Drehachse jeweils einen Winkel im Bereich von etwa 30° bis etwa 60° ein.In preferred practical embodiments, a cylinder axis of the first piston and a cylinder axis of the at least second piston with the axis of rotation each enclose an angle in the range of about 30 ° to about 60 °.
Vorzugsweise beträgt der Winkel etwa zwischen 40° und 50°, beispielsweise 45°.Preferably, the angle is approximately between 40 ° and 50 °, for example 45 °.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die linearen Bewegungen des ersten und des zumindest zweiten Kolbens relativ zueinander unter einem Winkel im Bereich von etwa 60° bis etwa 120° gerichtet sind.Furthermore, it is preferred if the linear movements of the first and at least second pistons are directed relative to one another at an angle in the range from about 60 ° to about 120 °.
Die beiden sich aufeinander zu und voneinander weg bewegenden Kolben bilden somit eine etwa V-förmige Kolbenanordnung mit einer dazwischenliegenden im Wesentlichen zylindrischen Arbeitskammer wie oben erwähnt.The two pistons moving towards and away from each other thus form an approximately V-shaped piston assembly with an intermediate substantially cylindrical working chamber as mentioned above.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die erste Endfläche und die zweite Endfläche jeweils einen Abschnitt auf, der etwa parallel zur Drehachse verläuft.In a further preferred embodiment, the first end face and the second end face each have a section which runs approximately parallel to the axis of rotation.
Hierbei ist von Vorteil, dass selbst bei einer wie zuvor erwähnt V-förmigen Anordnung der beiden Kolben relativ zueinander sich die Endflächen in der OT-Stellung, also im Zustand minimalen Volumens der Arbeitskammer, entlang einer Kammlinie über
eine große Fläche sehr nahe kommen oder berühren können, wodurch eine hohe Verdichtung des Brennstoff-/Luftgemisches in der Arbeitskammer erreicht wird. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die erste und die zweite Endfläche einen zweiten Abschnitt auf, der mit der Drehachse jeweils einen Winkel im Bereich von etwa 30° bis etwa 60° einschließt.It is advantageous that even with a V-shaped arrangement of the two pistons as mentioned above relative to each other, the end surfaces in the TDC position, ie in the state of minimal volume of the working chamber, along a ridgeline over can come very close or touch a large area, whereby a high compression of the fuel / air mixture is achieved in the working chamber. In a further preferred embodiment, the first and the second end face have a second section, which in each case encloses an angle in the range of approximately 30 ° to approximately 60 ° with the axis of rotation.
Das Vorsehen eines solchen zweiten Abschnitts hat den Vorteil, dass insbesondere bei einer schräg zur Drehachse gerichteten linearen Bewegung der einzelnen Kolben die gesamte Endfläche der beiden Kolben bei gleichzeitig großem Hub möglichst groß gewählt werden kann, wodurch auch das Arbeitskämmervolumen entsprechend groß gewählt, und durch die beiden zueinander schräg gestellten Abschnitte der Endflächen eine vollständige Komprimierung bzw. Minimierung des Arbeitskammervolumens erzielt werden kann.The provision of such a second portion has the advantage that, in particular in a direction obliquely to the axis of rotation directed linear movement of the individual pistons, the entire end surface of the two pistons can be chosen as large as possible with a large stroke, whereby the Arbeitskämmervolumen chosen correspondingly large, and by the two mutually inclined portions of the end faces a complete compression or minimization of the working chamber volume can be achieved.
Der zuvor erwähnte zweite Abschnitt der jeweiligen Endflächen verläuft dabei vorzugsweise insbesondere senkrecht zur Richtung der linearen Bewegung der beiden Kolben.The aforementioned second section of the respective end faces preferably extends in particular perpendicular to the direction of the linear movement of the two pistons.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Kolben und/oder der zumindest zweite Kolben zumindest ein Lauforgan auf, das beim Umlaufen des ersten und/oder zumindest zweiten Kolbens entlang einer entsprechend ausgebildeten Steuerkurve geführt ist, um die linearen Bewegungen des ersten und zumindest zweiten Kolbens zu erzeugen.In a further preferred refinement, the first piston and / or the at least second piston has at least one running element, which is guided along a correspondingly formed control cam when the first and / or at least second piston revolve around the linear movements of the first and at least second pistons to create.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Steuerkurve am Gehäuse mit bezüglich der Drehachse zumindest näherungsweise maximalem Abstand angeordnet ist.
Bei der aus dem Dokument WO 03/067033 Al bekannten Rotationskolbenmaschine ist zwar ein vergleichbarer Steuermechanismus für die Schwenkbewegungen der Kolben vorgesehen, jedoch befindet sich dort die Steuerkurve mit geringerem Abstand zur Drehachse in der Nähe der Stirnseiten des Gehäuses. Der Vorteil der größeren Beabstandung der Steuerkurve von der Drehachse besteht in verbesserten Hebelverhältnissen, um die linearen Bewegungen der zumindest zwei Kolben aus deren Umlaufbewegung um die Drehachse abzuleiten.It is further preferred if the control cam is arranged on the housing with respect to the axis of rotation at least approximately the maximum distance. Although a comparable control mechanism for the pivotal movements of the piston is provided in the known from the document WO 03/067033 Al rotary piston machine, but there is the control cam with a shorter distance to the axis of rotation in the vicinity of the end faces of the housing. The advantage of the greater spacing of the control cam from the axis of rotation consists in improved lever ratios to derive the linear movements of the at least two pistons from their orbital motion about the axis of rotation.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, wenn das zumindest eine Lauforgan eine Kugel ist, die drehbar in einer Kugelpfanne an einer der Gehäuse zugewandten Außenseite des ersten und/oder zumindest zweiten Kolbens gelagert ist, und dass die Steuerkurve als Nut mit teilkreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, in die die Kugel teilweise eingreift.In this context, it is further preferred if the at least one running member is a ball which is rotatably mounted in a ball socket on one of the housing-facing outer side of the first and / or at least second piston, and that the control cam is formed as a groove with a part-circular cross-section , in which the ball partially intervenes.
Ein solcher Steuermechanismus, der als das zumindest eine Lauf- organ eine Kugel verwendet, hat den Vorteil einer optimierten Reibungsverminderung des Steuermechanismus, da die Kugel in der Kugelpfanne des zumindest einen Kolbens frei drehbar ist, und ebenso in der die Steuerkurve bildenden Nut, die unmittelbar im Gehäuse oder an einem separaten Teil, das mit der Gehäuseinnenwand verbunden ist, ausgebildet sein kann. Die Kugel kann der Steuerkurve auf Grund ihrer allgerichteten Drehbarkeit vorteil- hafterweise mit besonders geringer Reibung folgen.Such a control mechanism, which uses a ball as the at least one running member, has the advantage of optimized friction reduction of the control mechanism, since the ball is freely rotatable in the ball socket of the at least one piston and also in the cam forming the cam immediately in the housing or on a separate part which is connected to the housing inner wall may be formed. Because of its omnidirectional rotation, the ball can advantageously follow the control cam with particularly low friction.
Vorzugsweise weist sowohl der erste als auch der zumindest zweite Kolben ein Lauforgan in Form einer Kugel auf, die in derselben nutförmigen Steuerkurve im Gehäuse im Abstand voneinander laufen.
Alternativ zu Kugeln können die Lauforgane auch als Laufrollen ausgebildet sein.Preferably, both the first and the at least second piston on a running member in the form of a ball, which run in the same groove-shaped cam in the housing at a distance from each other. As an alternative to balls, the running members can also be designed as rollers.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der erste und der zumindest zweite Kolben in einem Kolbenkäfig gleitend gelagert, der im Gehäuse konzentrisch zur Drehachse um diese drehbar angeordnet ist, wobei der Kolbenkäfig mit dem ersten und zumindest zweiten Kolben bezüglich der Umlaufbewegung um die Drehachse drehfest verbunden ist.In a further preferred embodiment, the first and the at least second piston are slidably mounted in a piston cage, which is arranged in the housing concentric with the axis of rotation about the axis of rotation, wherein the piston cage is rotatably connected to the first and at least second piston with respect to the rotational movement about the axis of rotation ,
Der Kolbenkäfig und der erste und zumindest zweite Kolben bilden somit die "Innenmaschine" oder den "Innenmotor" der Rotationskolbenmaschine. Die gleitende Lagerung der beiden Kolben in dem Kolbenkäfig dient der linearen Beweglichkeit der beiden Kolben wie oben beschrieben, während die Kolben auf Grund ihrer bezüglich der Umlaufbewegung um die Drehachse drehfesten Verbindung mit dem Kolbenkäfig mit diesem gemeinsam um die Drehachse umlaufen. Der Kolbenkäfig kann nun vorteilhafterweise als Antriebs- oder Abtriebsorgan dienen und mit einem Wellenfortsatz entsprechend aus dem Gehäuse herausgeführt sein.The piston cage and the first and at least second piston thus form the "internal machine" or the "internal engine" of the rotary piston machine. The sliding bearing of the two pistons in the piston cage serves for the linear movement of the two pistons as described above, while the pistons revolve together with the piston cage due to their rotation with respect to the rotational movement about the axis of rotation with the piston cage together with this around the axis of rotation. The piston cage can now advantageously serve as a drive or driven member and be led out with a shaft extension corresponding to the housing.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Kolbenkäfig eine Bohrung auf, in der der erste und zumindest zweite Kolben teilweise und darin gleitend aufgenommen sind, und die die Arbeitskammer in Umfangsrichtung begrenzt.In a further preferred embodiment, the piston cage has a bore in which the first and at least second piston are partially and slidably received therein, and which limits the working chamber in the circumferential direction.
Die Bohrung definiert somit zusammen mit den beiden einander zugewandten Endflächen des ersten und zumindest zweiten Kolbens die zumindest eine Arbeitskammer der Schwenkkolbenmaschine. Je nach Geometrie der Endflächen der beiden Kolben ist auch die Geometrie der Bohrung des Kolbenkäfigs gewählt, also beispiels-
weise kreisförmig oder wie eben oben erwähnt oval oder von anderer Form entsprechend der Form der Endflächen der Kolben. Bei einer kreisförmigen Ausgestaltung der Endflächen der beiden Kolben entsteht in Verbindung mit der kreisförmigen Bohrung im Kolbenkäfig eine Arbeitskammer, die zylinderförmig ist. Die Kolben sind dann vorzugsweise gegen die Wand der Bohrung des Kolbenkäfigs mittels Dichtungen abgedichtet, wobei diese im Fall einer kreisförmigen Bohrung und kreisförmigen Endflächen vorteilhafterweise als an die Form der Arbeitskammer angepasste Kolbenringe ausgeführt sind.The bore thus defines together with the two mutually facing end surfaces of the first and at least second piston, the at least one working chamber of the oscillating piston engine. Depending on the geometry of the end surfaces of the two pistons, the geometry of the bore of the piston cage is also selected, that is to say, for example. wise circular or as just mentioned above oval or other shape according to the shape of the end surfaces of the piston. In a circular configuration of the end faces of the two pistons, in conjunction with the circular bore in the piston cage, a working chamber is formed which is cylindrical. The pistons are then preferably sealed against the wall of the bore of the piston cage by means of seals, which in the case of a circular bore and circular end surfaces are advantageously designed as adapted to the shape of the working chamber piston rings.
Wenn die Kolben wie zuvor erwähnt bezüglich der Drehachse schräg gerichtete lineare Bewegungen ausführen, besteht die Bohrung entsprechend vorzugsweise aus zwei Abschnitten, die auf der Drehachse zusammentreffen und beidseits der Drehachse jeweils zylinderförmig ausgebildet sind.If, as mentioned above, the pistons execute obliquely directed linear movements with respect to the axis of rotation, the bore accordingly preferably consists of two sections which meet on the axis of rotation and are each cylindrical in shape on both sides of the axis of rotation.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind in dem Gehäuse ein dritter und vierter Kolben angeordnet, die mit dem ersten und zweiten Kolben um die Drehachse umlaufen können und dabei hin- und hergehende lineare Bewegungen ausführen und eine zweite Arbeitskammer definieren.In a further preferred embodiment, a third and fourth piston are arranged in the housing, which can rotate with the first and second pistons about the axis of rotation and thereby perform reciprocating linear movements and define a second working chamber.
In dieser Ausgestaltung wird auch bei der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine ein bezüglich der Drehachse vorteilhaft symmetrisches und somit massenausgeglichenes System geschaffen. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn der dritte und der vierte Kolben zu dem ersten und zweiten Kolben spiegelsymmetrisch bezüglich einer durch den Gehäusemittelpunkt senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene angeordnet sind.
Bei dieser Ausgestaltung liegen die erste und die zweite Arbeitskammer vorzugsweise in einer Ebene.In this refinement, a system which is advantageously symmetrical and thus mass-balanced with respect to the axis of rotation is also provided in the case of the rotary piston machine according to the invention. It is further preferred if the third and the fourth piston are arranged mirror-symmetrically with respect to a plane passing through the center of the housing perpendicular to the axis of rotation to the first and second piston. In this embodiment, the first and the second working chamber are preferably in one plane.
In einer bevorzugten Alternative sind der dritte und der vierte Kolben bezüglich dem ersten und zweiten Kolben um einen Winkel von vorzugsweise 90° um die Drehachse versetzt angeordnet.In a preferred alternative, the third and fourth pistons are offset relative to the first and second pistons by an angle of preferably 90 ° about the axis of rotation.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Einzelhub jedes Kolbens noch größer gestaltet werden kann, da sich die Kolben in ihrer UT- Stellung nicht nahe kommen, weil der erste und zweite Kolben bezüglich dem dritten und vierten Kolben um 90° versetzt angeordnet sind. Hierdurch kann die oben erwähnte Steuerkurve über eine Ebene, die senkrecht durch die Drehachse und durch den Gehäusemittelpunkt hindurchgeht, hinausreichen, was ermöglicht, den Hub der Kolben und damit auch das maximale Volumen der Arbeitskammern größer zu gestalten.It is advantageous that the individual stroke of each piston can be made even larger, since the pistons do not come close in their UT position, because the first and second pistons are arranged offset by 90 ° with respect to the third and fourth pistons. As a result, the above-mentioned cam over a plane which passes perpendicularly through the axis of rotation and through the center of the housing, extend, which makes it possible to make the stroke of the piston and thus the maximum volume of the working chambers larger.
Unabhängig davon, ob die vier Kolben in einer Ebene oder in zwei Ebenen angeordnet sind, ist es weiterhin bevorzugt, wenn die vier Kolben so angeordnet sind, dass sich die erste und zweite Arbeitskammer beim Umlaufen der Kolben um die Drehachse gleichsinnig vergrößern und verkleinern.Regardless of whether the four pistons are arranged in one plane or in two planes, it is further preferred if the four pistons are arranged such that the first and second working chambers increase and decrease in the same direction as the pistons rotate about the axis of rotation.
Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass in einer der beiden Arbeitskammern stets ein Arbeitstakt des Expandierens , d.h. des Arbeitens, erfolgen kann, auch wenn in der anderen Arbeitskammer gerade kein Arbeitstakt des Arbeitens erfolgt. Somit verrichtet die Rotationskolbenmaschine über einen vollen Umlauf um die Drehachse gesehen stets Arbeit. Die Einlass- und Auslassstutzen sind entsprechend um 180° bzw. um 90° (Letzteres
bei um 90° zueinander verdrehten Arbeitskammern) versetzt anzuordnen.As a result, it is advantageously achieved that in each of the two working chambers, a working cycle of expanding, ie working, can take place, even if no working cycle of working takes place in the other working chamber. Thus, the rotary piston machine always performs work over a full revolution around the axis of rotation. The intake and exhaust ports are correspondingly 180 ° and 90 ° respectively (the latter at 90 ° to each other rotated working chambers) to arrange staggered.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich der Kolbenkäfig beidseits der Gehäusemitte und nimmt auch den dritten und vierten Kolben auf.In a further preferred embodiment, the piston cage extends on both sides of the housing center and also receives the third and fourth piston.
Insgesamt wird somit ein besonders einfacher und wenig Teile erfordernder Aufbau geschaffen, bei dem der Kolbenkäfig alle vier Kolben aufnimmt. Für den dritten und vierten Kolben weist der Kolbenkäfig, wenn dies für den ersten und zweiten Kolben wie oben beschrieben vorgesehen ist, ebenfalls eine Bohrung auf, in der der dritte und vierte Kolben gleitend gelagert und bezüglich der Drehachse drehfest mit dem Kolbenkäfig verbunden sind, wobei diese Bohrung dann zusammen mit den Endflächen des dritten und vierten Kolbens die zweite Arbeitskammer begrenzt.Overall, a particularly simple and little parts requiring structure is thus created in which the piston cage receives all four pistons. For the third and fourth pistons, the piston cage, if provided for the first and second pistons as described above, also has a bore in which the third and fourth pistons are slidably mounted and non-rotatably connected to the piston cage with respect to the rotational axis this bore then limits the second working chamber together with the end surfaces of the third and fourth pistons.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine Gehäuseinnenwand des Gehäuses im Wesentlichen kugelförmig.In a further preferred embodiment, a housing inner wall of the housing is substantially spherical.
Mit dieser Ausgestaltung wird vorteilhafterweise eine Rotationskolbenmaschine mit Hubkolben geschaffen, die Kugelsymmetrie besitzt. Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine vereint somit die Vorteile einer reinen Rotationskolbenmaschine mit den Vorteilen einer reinen Hubkolbenmaschine in Kugelform.With this embodiment, a rotary piston machine with reciprocating piston is advantageously provided, which has ball symmetry. The rotary piston machine according to the invention thus combines the advantages of a pure rotary piston machine with the advantages of a pure reciprocating piston engine in spherical form.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages and features will become apparent from the following description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angege-
benen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the respective benen combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be described with reference to this hereafter. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Rotationskolbenmaschine;Fig. 1 is an overall perspective view of a rotary piston machine;
Fig. 2 eine Ansicht der Rotationskolbenmaschine in Fig. 1 in Richtung der Pfeile II in Fig. 1;FIG. 2 shows a view of the rotary piston machine in FIG. 1 in the direction of the arrows II in FIG. 1; FIG.
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Rotationskolbenmaschine in Fig. 1 entlang einer Ebene parallel zur Drehachse, wobei die Kolben der Rotationskolbenmaschine in ihrer UT- Stellung dargestellt sind;Figure 3 is a longitudinal section through the rotary piston machine in Figure 1 taken along a plane parallel to the axis of rotation, wherein the pistons of the rotary piston machine are shown in their UT position.
Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Rotationskolbenmaschine in Fig. 1, wobei die Kolben in ihrer OT-Stellung dargestellt sind, und wobei die Darstellung so gewählt ist, dass das Gehäuse in Bezug auf die Darstellung in Fig. 3 um 90° um die Drehachse verdreht ist;Fig. 4 is a longitudinal section through the rotary piston machine in Fig. 1, wherein the pistons are shown in their TDC position, and wherein the representation is selected so that the housing with respect to the illustration in Fig. 3 by 90 ° about the axis of rotation is twisted;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Rotationskolbenmaschine in Fig. 1 entsprechend zu Fig. 3 und 4, jedoch unter Weglassung der Kolben;5 shows a longitudinal section through the rotary piston machine in FIG. 1 corresponding to FIGS. 3 and 4, but omitting the pistons;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Rotationskolbenmaschine in Fig. 1 ähnlich zur Darstellung in Fig. 5, wiederum un-
ter Weglassung der Kolben, wobei jedoch der Kolbenkäfig gegenüber der Darstellung in Fig. 5 um etwa 90° um die Drehachse gedreht ist;6 shows a longitudinal section through the rotary piston machine in FIG. 1, similar to the representation in FIG. 5, again with reference to FIG. ter omission of the piston, wherein, however, the piston cage is rotated relative to the illustration in Figure 5 by approximately 90 ° about the axis of rotation.
Fig. 6A eine mit Fig. 6 vergleichbare Darstellung mit einer gegenüber Fig. 6 verschiedenen Schnittlegung durch den Kolbenkäfig;FIG. 6A shows a representation comparable to FIG. 6 with a sectioning through the piston cage different from FIG. 6; FIG.
Fig. 7 eine Ansicht der Rotationskolbenmaschine, bei der eine Gehäusehälfte abgenommen ist; undFig. 7 is a view of the rotary piston machine in which a housing half is removed; and
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Innenseite einer Gehäusehälfte der Rotationskolbenmaschine in Fig. 1 in Alleinstellung.Fig. 8 is a perspective view of an inner side of a housing half of the rotary piston machine in Fig. 1 in isolation.
In Fig. 1 bis 8 sind eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Rotationskolbenmaschine in verschiedenen Darstellungen sowie Einzelteile der Rotationskolbenmaschine 10 gezeigt.In Fig. 1 to 8, provided with the general reference numeral 10 rotary piston machine in various representations and individual parts of the rotary piston machine 10 are shown.
Die Rotationskolbenmaschine 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Brennkraftmaschine ausgelegt.The rotary piston engine 10 is designed as an internal combustion engine in the present embodiment.
Die Rotationskolbenmaschine 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das aus zwei Gehäusehälften 14 und 16 zusammengesetzt ist. Die Gehäusehälften 14 und 16 weisen jeweils einen Flansch 18a bzw. 18b auf, über den die Gehäusehälften 14 und 16 lösbar miteinander verbunden sind.The rotary piston machine 10 has a housing 12, which is composed of two housing halves 14 and 16. The housing halves 14 and 16 each have a flange 18a and 18b, via which the housing halves 14 and 16 are detachably connected to each other.
Am Gehäuse 12 sind bezüglich dem Gehäusemittelpunkt diametral gegenüberliegend Einlassstutzen 20 und 24 für Frischluft/Brennstoff angeordnet, deren Öffnungen durch das Gehäuse 12 hin-
durchgehen. Ebenso sind Auslassstutzen 22 und 26 vorgesehen. Die Einlassstutzen 20 und 24 dienen dazu, Frischluft bzw. Verbrennungsluft zuzuführen, während die Auslassstutzen 22 und 26 zum Ausstoßen von verbranntem Brennstoff-Luftgemisch dienen. Den Einlassstutzen 20 und 24 ist jeweils ein Anschluss für eine Brennstoff-Einspritzdüse zugeordnet, wie für den Einlassstutzen 24 mit einem Anschluss 25 in Fig. 1 und für den Einlassstutzen 20 mit einem Anschluss 27 in Fig. 2 dargestellt ist.On the housing 12, inlet ports 20 and 24 for fresh air / fuel are arranged diametrically opposite one another with respect to the center of the housing, the openings of which pass through the housing 12. go through. Likewise, outlet 22 and 26 are provided. The inlet ports 20 and 24 serve to supply fresh air or combustion air, while the outlet ports 22 and 26 are used for ejecting combusted fuel-air mixture. The intake ports 20 and 24 are each assigned a connection for a fuel injection nozzle, as shown for the inlet port 24 with a port 25 in FIG. 1 and for the inlet port 20 with a port 27 in FIG. 2.
Des Weiteren sind am Gehäuse 12 eine Mehrzahl an Anschlüssen 28 bis 38 für die Zufuhr und Abfuhr bzw. Zirkulation eines Kühl-/Schmiermediums durch das Innere der Rotationskolbenmaschine 10 angeordnet.Furthermore, a plurality of ports 28 to 38 for the supply and discharge or circulation of a cooling / lubricating medium are arranged on the housing 12 through the interior of the rotary piston machine 10.
Eine Gehäuseinnenwand 39 der Rotationskolbenmaschine 10 ist gemäß Fig. 3 im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet bzw. besitzt Kugelsymmetrie.A housing inner wall 39 of the rotary piston machine 10 is formed according to FIG. 3 substantially spherical or has ball symmetry.
Im Innern des Gehäuses 12 sind vier Kolben 40 bis 46 angeordnet, die in dem Gehäuse 12 gemeinsam um eine Drehachse 48 gemäß einem Pfeil 49 (Fig. 3) umlaufen können. Bei dieser Umlaufbewe- gung führen die Kolben 40 bis 46 eine der Umlaufbewegung überlagerte hin- und hergehende lineare Bewegung zwischen zwei Endstellungen aus, wobei die eine Endstellung in Fig. 3 (sog. UT-Stellung) , und die andere Endstellung in Fig. 4 (sog. OT- Stellung) dargestellt ist. Die linearen Bewegungen sind hier schräg zur Drehachse 48 gerichtet, können aber auch orthogonal gerichtet sein.Inside the housing 12, four pistons 40 to 46 are arranged, which can rotate together in the housing 12 about an axis of rotation 48 according to an arrow 49 (FIG. In this orbital movement, the pistons 40 to 46 perform a reciprocating linear movement between two end positions superimposed on the revolving movement, one end position in FIG. 3 (so-called UT position), and the other end position in FIG. 4 (so-called TDC position) is shown. The linear movements are here directed obliquely to the axis of rotation 48, but may also be directed orthogonally.
Die Drehachse 48 ist als geometrische Achse zu verstehen und geht durch den Gehäusemittelpunkt 51 hindurch.
Die linearen Bewegungen der Kolben 40 bis 46 sind in Fig. 3 mit einem jeweiligen Doppelpfeil 50a bis 5Od veranschaulicht.The axis of rotation 48 is to be understood as a geometric axis and passes through the center of the housing 51. The linear movements of the pistons 40 to 46 are illustrated in Fig. 3 with a respective double arrow 50a to 50d.
Die Art der Führung und Steuerung der linearen Bewegungen der Kolben 40 bis 46 wird später noch näher beschrieben.The nature of the guidance and control of the linear movements of the pistons 40 to 46 will be described later in more detail.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kolben 40 und 46 zu den Kolben 42 und 44 spiegelsymmetrisch bezüglich einer durch den Gehäusemittelpunkt 51 senkrecht zur Drehachse 48 verlaufenden Ebene 53 angeordnet, die in Fig. 3 senkrecht zur Zeichenebene verläuft.In the exemplary embodiment shown, the pistons 40 and 46 are arranged mirror-symmetrically with respect to the pistons 42 and 44 with respect to a plane 53 extending through the center of the housing 51 perpendicular to the axis of rotation 48 and perpendicular to the plane of the drawing in FIG.
Das Gehäuse 12 kann auch entlang der Ebene 53 getrennt sein, so dass sich links und rechts der Ebene 53 jeweils eine halbkugelförmige Gehäusehälfte ergibt, wobei in der einen Gehäusehälfte die Kolben 40 und 46 und der anderen Gehäusehälfte die Kolben 42 und 44 angeordnet sind. Zwischen diesen beiden Gehäusehälften kann ein längliches zylindrisches Zwischenstück eingefügt sein, so dass die Gesamtform des Gehäuses 12 dann oblong mit halbkugelförmigen Endbereichen ist.The housing 12 may also be separated along the plane 53, so that each left and right of the plane 53 results in a hemispherical half of the housing, wherein in one half of the housing, the pistons 40 and 46 and the other half of the housing, the pistons 42 and 44 are arranged. Between these two housing halves, an elongated cylindrical intermediate piece may be inserted, so that the overall shape of the housing 12 is then oblong with hemispherical end portions.
Denkbar ist jedoch auch eine Anordnung, bei der beispielsweise die Kolben 40 und 46 in einer ersten Ebene angeordnet sind, und die Kolben 42 und 44 in einer zweiten Ebene, wobei die zweite Ebene jedoch zur ersten Ebene der Kolben 40 und 46 um 90° um die Drehachse 48 verdreht ist.However, it is also conceivable arrangement in which, for example, the pistons 40 and 46 are arranged in a first plane, and the pistons 42 and 44 in a second plane, wherein the second plane, however, to the first plane of the piston 40 and 46 by 90 ° the rotation axis 48 is rotated.
Die Kolben 40 bis 46 sind in dem Gehäuse 12 einzeln gelagert, d.h. nicht paarweise miteinander starr verbunden.
Jeder der Kolben 40 bis 46 weist eine Endfläche auf, und zwar weist der Kolben 40 eine Endfläche 52, der Kolben 42 eine Endfläche 54, der Kolben 44 eine Endfläche 56 und der Kolben 46 eine Endfläche 58 auf.The pistons 40 to 46 are individually mounted in the housing 12, that is not rigidly connected in pairs. Each of the pistons 40 to 46 has an end surface, namely, the piston 40 has an end surface 52, the piston 42 has an end surface 54, the piston 44 has an end surface 56, and the piston 46 has an end surface 58.
Jeweils einander zugewandte Endflächen, das sind im vorliegenden Fall die Endflächen 52 und 58 der Kolben 40 und 46 sowie die Endflächen 54 und 56 der Kolben 42 und 44, begrenzen jeweils eine Arbeitskammer 60 und 62, die als Brennkammern dienen. Die Drehachse 48 geht durch beide Arbeitskammern 60, 62 hindurch, und zwar vorzugsweise in jeder Stellung der Kolben 40 bis 46 mittig.Each facing end surfaces, which are in the present case, the end surfaces 52 and 58 of the pistons 40 and 46 and the end surfaces 54 and 56 of the pistons 42 and 44, each defining a working chamber 60 and 62, which serve as combustion chambers. The axis of rotation 48 passes through both working chambers 60, 62, preferably centrally in each position of the pistons 40 to 46.
Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, weisen die Endflächen 52 bis 58 der Kolben 40 bis 46 jeweils zwei Abschnitte auf, die einen Winkel zueinander bilden. Dies wird nachfolgend mit Bezug auf die Endfläche 52 des Kolbens beschrieben, das Gleiche gilt für die Endflächen 54 bis 58 der Kolben 42 bis 46.As is apparent from FIGS. 3 and 4, the end faces 52 to 58 of the pistons 40 to 46 each have two portions forming an angle to each other. This will be described below with reference to the end surface 52 of the piston, the same applies to the end surfaces 54 to 58 of the pistons 42 to 46.
Die Endfläche 52 des Kolbens 40 weist einen Abschnitt 52a auf, der etwa senkrecht zur linearen Bewegungsrichtung gemäß dem Pfeil 50a des Kolbens 40 verläuft. Ein zweiter Abschnitt 52b der Endfläche 52 bildet demgegenüber mit der Bewegungsrichtung des Kolbens 40 gemäß dem Pfeil 50a einen Winkel, im gezeigten Ausführungsbeispiel von etwa 45°, und verläuft parallel zur Drehachse 48. Der Abschnitt 52b der Endfläche 52 verläuft des Weiteren parallel zu einem Abschnitt 58b der Endfläche 58 des Kolbens 46, so dass die Abschnitte 52b und 58b in der OT-Stel- lung gemäß Fig. 4 einander flächig berührend oder zumindest mit minimalem Abstand zur Minimierung des Volumens der Arbeitskammer 60 angeordnet sind. Demgegenüber kommen die Abschnitte 52a
und 58a der Endflächen 52 und 58 der Kolben 40 und 46 mit einer anderen Fläche in Berührung oder in minimalen Abstand, die später noch beschrieben wird.The end surface 52 of the piston 40 has a portion 52 a, which runs approximately perpendicular to the linear direction of movement according to the arrow 50 a of the piston 40. A second portion 52b of the end face 52, on the other hand, forms an angle with the direction of movement of the piston 40 according to the arrow 50a, approximately 45 ° in the exemplary embodiment shown, and runs parallel to the axis of rotation 48. The portion 52b of the end face 52 also extends parallel to a section 58b of the end face 58 of the piston 46, so that the sections 52b and 58b in the TDC position according to FIG. 4 are arranged in contact with one another in terms of area or at least a minimum distance to minimize the volume of the working chamber 60. In contrast, the sections 52a come and 58a of the end surfaces 52 and 58 of the pistons 40 and 46 with another surface in contact or at a minimum distance, which will be described later.
Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, verlaufen die Bewegungsrichtungen 50a bis 5Od der Kolben 40 bis 46 schräg zur Drehachse 48.As is apparent from FIGS. 3 and 4, the directions of movement 50a to 50d of the pistons 40 to 46 extend obliquely to the axis of rotation 48.
Die Kolben 40 bis 46 sind jeweils im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, und eine Längs- oder Zylinderachse jedes Kolbens 40 bis 46 verläuft parallel zu den linearen Bewegungsrichtungen 50a bis 5Od.The pistons 40 to 46 are each substantially cylindrical in shape, and a longitudinal or cylinder axis of each piston 40 to 46 is parallel to the linear directions of movement 50a to 50d.
Jeweils benachbarte der Kolben 40 bis 46 führen beim Umlaufen um die Drehachse 48 zueinander gegensinnige hin- und hergehende lineare Bewegungen aus, wodurch sich die Arbeitskammern 60 und 62 stets gleichsinnig zueinander vergrößern und verkleinern.Each adjacent the piston 40 to 46 lead during rotation about the axis of rotation 48 to each other in opposite reciprocating linear movements, whereby the working chambers 60 and 62 always in the same direction to each other enlarge and reduce.
Beispielsweise von dem in Fig. 3 gezeigten Zustand maximalen Volumens der Arbeitskammern 60 und 62 ausgehend bewegen sich die Kolben 40 und 46 linear, jedoch schräg zueinander aufeinander zu, ebenso die Kolben 42 und 44. Dabei verringern sich die Volumina der Arbeitskammern 60 und 62 bis zu dem in Fig. 4 dargestellten Endzustand, in dem die Arbeitskammern 60 und 62 ihr minimales Volumen (Zündraum) einnehmen. Allerdings wird bei dem Zustand in Fig. 4 nur in einem der Arbeitskammern 60 und 62 gerade gezündet, die andere der beiden Arbeitskammern 60 und 62 besitzt dann zwar ebenfalls minimales Volumen, jedoch ist dort gerade der Arbeitstakt des Ausstoßens vollendet bzw. der Arbeitstakt des Einlassens beginnt gerade bzw. umgekehrt.
Um die linearen Bewegungen der Kolben 40 bis 46 aus der Umlauf- bewegung der Kolben 40 bis 46 um die Drehachse 48 abzuleiten, weist jeder Kolben 40 bis 46 ein Lauforgan auf, und zwar der Kolben 40 ein Lauforgan 64, der Kolben 42 ein Lauforgan 66, der Kolben 44 ein Lauforgan 68 und der Kolben 46 ein Lauforgan 70. Die Lauforgane 64 bis 70 sind Kugeln, die jeweils in einer Kugelpfanne gelagert sind, wobei die jeweilige Kugelpfanne auf einer Außenseite des jeweiligen Kolbens 40 bis 46 angeordnet ist, die der Gehäuseinnenwand 39 zugewandt ist. In Fig. 3 ist eine Kugelpfanne 72 für das Lauforgan 64 am Kolben 40 dargestellt.For example, starting from the state shown in Fig. 3 maximum volume of the working chambers 60 and 62, the pistons 40 and 46 move linearly but obliquely toward each other, as well as the pistons 42 and 44. This reduces the volumes of the working chambers 60 and 62 to to the final state shown in Fig. 4, in which the working chambers 60 and 62 occupy their minimum volume (ignition space). However, in the state in FIG. 4, only one of the working chambers 60 and 62 is being ignited, while the other of the two working chambers 60 and 62 also has a minimal volume, but the power stroke of the discharge is just completed here or the working stroke of the intake starts straight or vice versa. In order to derive the linear movements of the pistons 40 to 46 from the orbital motion of the pistons 40 to 46 about the axis of rotation 48, each piston 40 to 46 has a running member, namely the piston 40 a running member 64, the piston 42 a running member 66th , the piston 44, a running member 68 and the piston 46, a running member 70. The running members 64 to 70 are balls, which are each mounted in a ball socket, wherein the respective ball socket is disposed on an outer side of the respective piston 40 to 46, the housing inner wall 39 faces. In Fig. 3, a ball socket 72 for the running member 64 on the piston 40 is shown.
Die Lauforgane 64 bis 70 in Form der Kugeln können lose in den Kugelpfannen 72 gelagert und dort durch Adhäsion mittels eines Schmierfilms gehalten sein, wobei sich die Kugelpfannen dann nicht über den Durchmesser der Kugeln 64 bis 70 hinaus erstrecken, oder die Kugelpfannen können durch eine sich über den Kugeldurchmesser hinaus erstreckende Formgebung oder einen entsprechenden Fortsatz die Kugeln 64 bis 70 formschlüssig und somit unverlierbar halten.The running members 64 to 70 in the form of the balls can be loosely mounted in the ball pans 72 and held there by adhesion by means of a lubricating film, the ball pans then do not extend beyond the diameter of the balls 64 to 70, or the ball pans can through a beyond the ball diameter extending shape or a corresponding extension the balls 64 to 70 hold form-fitting and thus captive.
Die Kugeln 64 bis 70 sind in den Kugelpfannen der Kolben 40 bis 46 in allen Richtungen um ihren jeweiligen Kugelmittelpunkt frei drehbar.The balls 64 to 70 are freely rotatable in the ball cups of the pistons 40 to 46 in all directions about their respective ball center.
Den Lauforganen bzw. Kugeln 64 bis 70 sind zwei Steuerkurven zugeordnet, in denen die Kugeln 64 bis 70 laufen. Genauer gesagt ist den Kugeln 64 und 70 der Kolben 40 und 46 eine erste Steuerkurve 76 zugeordnet, die als Nut mit teilkreisförmigem Querschnitt in der Gehäuseinnenwand 39 ausgebildet ist. Anstelle einer Ausbildung der Steuerkurve 76 unmittelbar in der Ge-
häuseinnenwand 39 durch Einformung kann die Steuerkurve 76 auch an einem separaten Bauteil, das am Gehäuse 12 angeordnet ist, ausgebildet sein. Eine entsprechende Steuerkurve 78 ist den Lauforganen bzw. Kugeln 66 und 68 der Kolben 42 und 44 zugeordnet.The running members or balls 64 to 70 are assigned two control cams in which the balls 64 to 70 run. More specifically, the balls 64 and 70 of the pistons 40 and 46 associated with a first control cam 76 which is formed as a groove with a part-circular cross-section in the housing inner wall 39. Instead of forming the control cam 76 directly in the häuseinnenwand 39 by molding, the control cam 76 may also be formed on a separate component, which is arranged on the housing 12. A corresponding control cam 78 is assigned to the running members or balls 66 and 68 of the pistons 42 and 44.
Die Kugeln 64 und 70 laufen somit in derselben Steuerkurve 76, und die Kugeln 66 und 68 in derselben Steuerkurve 78. Die Kugeln 64 und 70 einerseits und die Kugeln 66 und 68 andererseits sind dabei jeweils untereinander bezüglich der Drehachse 48 um 180° versetzt.The balls 64 and 70 thus run in the same control cam 76, and the balls 66 and 68 in the same control cam 78. The balls 64 and 70 on the one hand and the balls 66 and 68 on the other hand are in each case offset relative to the axis of rotation 48 by 180 °.
Die Steuerkurven 76 und 78 sind vor der Drehachse 48 mit zumindest näherungsweise maximalem Abstand angeordnet, was die UT- Stellung der Kolben 40 bis 46 angeht, wie aus Fig. 3 hervorgeht, d.h. sie befinden sich nahezu auf Höhe der Ebene 53. Die Steuerkurven 76 und 78 verlaufen insgesamt im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse 48.The cams 76 and 78 are disposed in front of the axis of rotation 48 at least approximately the maximum distance, as far as the UT position of the pistons 40 to 46, as is apparent from Fig. 3, i. they are almost level with the plane 53. The cams 76 and 78 are generally orthogonal to the axis of rotation 48.
In Fig. 5 sind die Steuerkurven 76 und 78 deutlicher zu erkennen, da in der Darstellung in Fig. 5 die Kolben 40 bis 46 weggelassen wurden. Eine noch vollständigere Darstellung der Steuerkurven 76 und 78 ist in Fig. 8 zu entnehmen, die eine Sicht auf die Innenseite der Gehäusehälfte 14 des Gehäuses 12 zeigt. Entsprechend ist jeweils eine Hälfte der Steuerkurven 76 und 78 in Fig. 8 zu sehen, die sich jeweils insgesamt jedoch um 360° um die Drehachse 48 erstrecken.In Fig. 5, the cams 76 and 78 can be seen more clearly, since in the illustration in Fig. 5, the pistons 40 to 46 have been omitted. An even more complete illustration of the cams 76 and 78 can be seen in Fig. 8, which shows a view of the inside of the housing half 14 of the housing 12. Accordingly, in each case one half of the control cams 76 and 78 can be seen in FIG. 8, which, however, in each case extend in total around 360 ° about the axis of rotation 48.
Anstelle als Kugeln können die Lauforgane 64 bis 70 auch als Laufrollen ausgestaltet sein, deren Laufflächen teilkugelförmig ausgebildet sind, und die an den Kolbenrückseiten der Kolben 40
bis 46 entsprechend drehbar gelagert sind, und die dann in den Steuerkurven 76 und 78 laufen.Instead of balls, the running members 64 to 70 may also be configured as rollers, whose running surfaces are formed part-spherical, and at the piston rear sides of the piston 40th to 46 are rotatably mounted accordingly, and then run in the cams 76 and 78.
Die Kolben 40 bis 46 sind in dem Gehäuse 12 in einem um die Drehachse 48 gemeinsam mit den Kolben 40 bis 46 umlaufenden Kolbenkäfig 80 gelagert, der nachfolgend mit weiteren Einzelheiten der Kolben 40 bis 46 näher beschrieben wird. In Fig. 7 ist der Kolbenkäfig 80 in nicht geschnittener Darstellung mit den beiden Kolben 40 und 42 und der Gehäusehälfte 14 dargestellt. Fig. 5 zeigt den Kolbenkäfig 80 im Längsschnitt, ebenso die Fig. 6 und 6A, während die Fig. 3 und 4 den Kolbenkäfig 80 im Längsschnitt zusammen mit den Kolben 40 bis 46 zeigen.The pistons 40 to 46 are mounted in the housing 12 in a piston cage 80 which revolves around the axis of rotation 48 together with the pistons 40 to 46, which is described in more detail below with further details of the pistons 40 to 46. In Fig. 7, the piston cage 80 is shown in non-sectional view with the two pistons 40 and 42 and the housing half 14. Fig. 5 shows the piston cage 80 in longitudinal section, as well as Figs. 6 and 6A, while Figs. 3 and 4 show the piston cage 80 in longitudinal section together with the pistons 40 to 46.
Der Kolbenkäfig 80 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel und bevorzugt ein einstückiges Bauteil, wobei anstelle einer einstückigen Bauweise jedoch auch eine mehrstückige Bauweise denkbar ist.The piston cage 80 is in the embodiment shown, and preferably a one-piece component, but instead of a one-piece design but also a multi-piece design is conceivable.
Der Kolbenkäfig 80 erstreckt sich entlang der Drehachse 48 über die gesamte Länge des Gehäuses 12, wobei Wellenfortsätze 86 und 88 des Kolbenkäfigs 80 aus dem Gehäuse herausragen und als Antriebs- oder Abtriebswelle dienen können.The piston cage 80 extends along the axis of rotation 48 over the entire length of the housing 12, wherein shaft extensions 86 and 88 of the piston cage 80 protrude from the housing and can serve as a drive or output shaft.
Der Kolbenkäfig 80 weist jeweils einen sich an die Wellenfortsätze 86 und 88 anschließenden Hauptlagerabschnitt 82 bzw. 84 auf, über die der Kolbenkäfig 80 in dem Gehäuse 12 drehbar um die Drehachse 48 gelagert ist. Die Lagerabschnitte 82 und 84 sind gehäusemittig über einen Mittelabschnitt 90 verbunden, der gemäß Fig. 3 und 4 einen im Querschnitt etwa quadratischen zapfenartigen Abschnitt 92 aufweist, an dem die Kolben 40 bis
46 zum Gehäusemittelpunkt 51 hin abgestützt jeweils linear beweglich gelagert sind.The piston cage 80 has in each case one of the shaft extensions 86 and 88 subsequent main bearing portion 82 and 84, via which the piston cage 80 is rotatably mounted in the housing 12 about the rotation axis 48. The bearing sections 82 and 84 are connected at the center of the housing 90 via a central portion 90, which has a cross-sectionally approximately square pin-like portion 92, as shown in FIGS. 3 and 4, to which the pistons 40 to Supported towards the housing center point 51 are mounted in each case linearly movable.
Gemäß Fig. 6 und 6A weist der Kolbenkäfig 80 zwei Bohrungen 94 und 96 auf, in denen die Kolben 40 bis 46 gleitend gelagert sind. Genauer gesagt sind in der Bohrung 94 die Kolben 40 und 46 und in der Bohrung 96 die Kolben 42 und 44 gleitend gelagert. Die Bohrungen 94 und 96 weisen jeweils zwei Abschnitte 94a, 94b bzw. 96a, 96b auf, die jeweils zylindrisch und entsprechend der Schrägstellung der Kolben 40 bis 46 zur Drehachse 48 ebenfalls zueinander schräg gestellt sind. Die Bohrungen 94, 96 sind im Querschnitt kreisförmig ausgebildet, und entsprechend sind die Endflächen 52 bis 58 der Kolben 40 bis 46 in einem Querschnitt senkrecht zur jeweiligen Zylinderachse des jeweiligen Kolbens 40 bis 46 kreisförmig ausgebildet. Die Kolben 40 bis 46 sind in den Bohrungen 94 bis 96 mittels Kolbenringen zur Abdichtung der Arbeitskammern 60 und 62 gelagert, wie in Fig. 4 für den Kolben 40 mit Dichtungen 98 und 100 dargestellt ist.Referring to FIGS. 6 and 6A, the piston cage 80 has two bores 94 and 96 in which the pistons 40 to 46 are slidably mounted. More specifically, in the bore 94, the pistons 40 and 46 and in the bore 96, the pistons 42 and 44 slidably mounted. The holes 94 and 96 each have two sections 94a, 94b and 96a, 96b, which are also cylindrical and according to the inclination of the pistons 40 to 46 are also inclined to the axis of rotation 48 to each other. The holes 94, 96 are circular in cross section, and accordingly, the end surfaces 52 to 58 of the pistons 40 to 46 are formed in a cross section perpendicular to the respective cylinder axis of the respective piston 40 to 46 circular. The pistons 40 to 46 are mounted in the bores 94 to 96 by means of piston rings for sealing the working chambers 60 and 62, as shown in Fig. 4 for the piston 40 with seals 98 and 100.
Die Bohrungen 94 und 96 begrenzen zusammen mit den Endflächen 52 bis 58 der Kolben 40 bis 46 die Arbeitskammern 60 und 62.The bores 94 and 96 together with the end surfaces 52 to 58 of the pistons 40 to 46 define the working chambers 60 and 62.
In den Bohrungen 94 und 96 des Kolbenkäfigs 80 sind die Kolben 40 bis 46 drehfest mit dem Kolbenkäfig 80 verbunden, so dass die Kolben 40 bis 46 gemeinsam mit dem Kolbenkäfig 80 um die Drehachse 48 umlaufen, während die Kolben 40 bis 46 dabei in den Bohrungen 94 und 96 lineare hin- und hergehende Bewegungen ausführen, d.h. in den Bohrungen 94 und 96 linear gleitend beweglich sind, um die einzelnen Arbeitstakte des Einlassens, Verdichtens, Expandierens und Ausstoßens auszuführen.
Die Kolben 40 bis 46 sind im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.In the bores 94 and 96 of the piston cage 80, the pistons 40 to 46 rotatably connected to the piston cage 80, so that the pistons 40 to 46 rotate together with the piston cage 80 about the axis of rotation 48, while the pistons 40 to 46 while in the holes 94 and 96 linear reciprocating movements, ie in the bores 94 and 96 are linearly slidably movable to perform the individual cycles of intake, compression, expansion and ejection. The pistons 40 to 46 are substantially cylindrical.
Die Anordnung aus Kolbenkäfig 80, den Kolben 40 bis 46 nebst den LaufOrganen 64 bis 70 bildet den "Innenmotor" der Rotationskolbenmaschine 10, der in Fig. 7 (zusammen mit der Gehäusehälfte 14) dargestellt ist. Dieser "Innenmotor" umfasst alle beweglichen Teile der Rotationskolbenmaschine 10.The arrangement of piston cage 80, the piston 40 to 46 together with the Lauforgangans 64 to 70 forms the "inner engine" of the rotary piston machine 10, which is shown in Fig. 7 (together with the housing half 14). This "inner engine" comprises all moving parts of the rotary piston engine 10.
In den Lagerabschnitten 82 und 84 des Kolbenkäfigs 80 sind, wie beispielsweise in Fig. 6A dargestellt ist, eine Mehrzahl an Kanälen 102 bzw. 104 vorhanden, die sich umfänglich und durch das Innere der Lagerabschnitte 82 und 84 des Kolbenkäfigs 80 erstrecken, und die mit den bereits oben erwähnten Anschlüssen 28, 30 bzw. 36, 38 kommunizieren, so dass durch die Kanäle 102, 104 ein Kühl-/Schmiermedium zum Kühlen und Schmieren des Kolbenkäfigs 80 hindurchgeleitet werden kann. Die Kanäle 102 und 104 dienen vor allem zur Kühlung des Innenmotors in Nähe der Arbeitskammern 60, 62.In the bearing portions 82 and 84 of the piston cage 80, as shown for example in Fig. 6A, a plurality of channels 102 and 104, respectively, which extend circumferentially and through the interior of the bearing portions 82 and 84 of the piston cage 80, and with the above-mentioned terminals 28, 30 and 36, 38 communicate, so that through the channels 102, 104, a cooling / lubricating medium for cooling and lubricating the piston cage 80 can be passed. The channels 102 and 104 serve primarily for cooling the internal engine in the vicinity of the working chambers 60, 62.
Auch in dem Mittelabschnitt 90 des Kolbenkäfigs 80 ist gemäß Fig. 5 eine durchgehende Bohrung 106 vorhanden, die ebenfalls als Kühl-/Schmiermediumkanal dient. Die Bohrung 106 erweitert sich an ihren beiden Enden trompetenartig, um die Verteilung des Kühl-/Schmiermediums im Zentrum des Gehäuses 12 noch zu verbessern. Bei der Rotation des Kolbenkäfigs 80 um die Drehachse 48 wird das in der Bohrung 106 befindliche Kühl-/Schmier- medium auf Grund von Zentrifugalkräften in Richtung Gehäuseinnenwand 39 geschleudert. Auf diese Weise wird eine Kühlung bzw. Schmierung der Kolben 40 bis 46 und der Lauforgane 64 bis 70 im Zentrum des Innenmotors bewerkstelligt. An den LaufOrganen 64
bis 70 dient der sich dabei bildende Schmierfilm auch dazu, die Lauforgane 64 bis 70 in den Kugelpfannen der Kolben 40 bis 46 durch Adhäsion zu halten, sofern dies nicht durch einen Form- schluss bewerkstelligt ist.Also in the central portion 90 of the piston cage 80, a through hole 106 is shown in FIG. 5, which also serves as a cooling / lubricating medium channel. The bore 106 widens at its two ends like a trumpet, in order to improve the distribution of the cooling / lubricating medium in the center of the housing 12 yet. Upon rotation of the piston cage 80 about the axis of rotation 48, the cooling / lubricating medium in the bore 106 is thrown in the direction of the housing inner wall 39 due to centrifugal forces. In this way, a cooling or lubrication of the pistons 40 to 46 and the running members 64 to 70 is accomplished in the center of the inner motor. At the Lauforgane 64 Up to 70, the lubricating film which forms in this case also serves to hold the running members 64 to 70 in the ball sockets of the pistons 40 to 46 by adhesion, unless this is accomplished by a positive fit.
Gemäß Fig. 6 sind in dem Kolbenkäfig 80 noch zwei weitere Bohrungen oder Kanäle 108 und 110 vorgesehen, die einerseits in den Bohrungen 94 bzw. 96 münden, und andererseits zur Gehäuseinnenwand 39, und zwar auf Höhe der Einlass- bzw. Auslassstutzens 20 und 22 bzw. 24 und 26 münden. Die Kanäle 114, 116 dienen dazu, in einer Drehstellung des Kolbenkäfigs 80 um die Drehachse 48 durch die Einlassstutzen 20 bzw. 24 ein Brennstoff-Luftgemisch in die Arbeitskammern 60, 62 einzulassen, und in einer davon unterschiedlichen Drehstellung verbranntes Brennstoff-Luftgemisch durch die Auslassstutzen 22 und 26 auszustoßen. In den übrigen Drehstellungen verschließt der Kolbenkäfig 80 diese Stutzen. Der Kolbenkäfig 80 übernimmt somit gleichzeitig die Funktion eines Ventils zum Freigeben und Verschließen der Anschlussstutzen 20 bis 26.According to FIG. 6, two further holes or channels 108 and 110 are provided in the piston cage 80, which open on the one hand in the bores 94 and 96, and on the other hand to the housing inner wall 39, namely at the level of the inlet and outlet nozzles 20 and 22 respectively 24 and 26 lead. The channels 114, 116 serve to engage in a rotational position of the piston cage 80 about the axis of rotation 48 through the inlet port 20 and 24, a fuel-air mixture in the working chambers 60, 62, and in a different rotational position burned fuel-air mixture through the outlet 22 and 26 eject. In the other rotational positions of the piston cage 80 closes these nozzles. The piston cage 80 thus simultaneously assumes the function of a valve for releasing and closing the connecting pieces 20 to 26.
Des Weiteren ist in dem Kolbenkäfig 80 für jede Arbeitskammer 60 und 62 eine Zündkerze 112 und 114 vorgesehen, die auf der Drehachse 48 angeordnet sind und zusammen mit dem Kolbenkäfig 80 um diese drehen. Elektrische Zuleitungen (nicht dargestellt) sind entsprechend über beispielsweise Schleifringe mit den Zündkerzen 118 und 120 verbunden. Im Fall der Verwendung der Rotationskolbenmaschine 10 als Dieselmotor handelt es sich bei den Kerzen 112 und 114 entsprechend um Glühkerzen.Furthermore, in the piston cage 80 for each working chamber 60 and 62, a spark plug 112 and 114 are provided, which are arranged on the rotation axis 48 and rotate together with the piston cage 80 about this. Electrical leads (not shown) are connected in accordance with example by slip rings with the spark plugs 118 and 120. In the case of using the rotary piston machine 10 as a diesel engine, the candles 112 and 114 are respectively glow plugs.
Die um 180° bezüglich der Drehachse 48 versetzte Anordnung der Anschlussstutzen 20 und 22 gegenüber den Anschlussstutzen 24
und 26 dient dazu, dass zumindest in einer der Arbeitskammern 60 und 62 beim Umlaufen der Kolben 40 bis 46 um die Drehachse 48 um 360° stets ein Expansionsvorgang erfolgt. Wenn also in der Arbeitskammer 60 gerade ein Arbeitstakt des Expandierens stattfindet, findet in der Arbeitskammer 62 ein Arbeitstakt des Ausstoßens verbrannten Brennstoff-Luftgemisches statt, und umgekehrt.The offset by 180 ° with respect to the axis of rotation 48 arrangement of the connecting pieces 20 and 22 relative to the connecting piece 24th and 26 serves that at least in one of the working chambers 60 and 62 when rotating the pistons 40 to 46 about the axis of rotation 48 by 360 ° always carried out an expansion process. Thus, if a working cycle of expansion is taking place in the working chamber 60, a working cycle of discharging the burned fuel-air mixture takes place in the working chamber 62, and vice versa.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Rotationskolbenmaschine 10 beschrieben.The operation of the rotary piston machine 10 will be described below.
Ausgehend von der Betriebsstellung der Kolben 40 bis 46 gemäß Fig. 3 befinden sich dort die Kolben 40 bis 46 in ihrer sog. UT(unterer Totpunkt) -Stellung. Nach einer 90°-Drehung um die Drehachse 48 haben sich die Kolben 40 und 46 bzw. 42 und 44 in ihre sog. OT(oberer Totpunkt) -Stellung bewegt, wie in Fig. 4 dargestellt ist, wobei die Bewegungen zwischen der UT-Stellung und der OT-Stellung der Kolben 40 bis 46 linear in Richtung der Pfeile 50a bis 5Od in Fig. 3 zur Drehachse 48 hin erfolgt ist. Die lineare Bewegung der Kolben 40 bis 46 wurde dabei durch das Entlanglaufen der Lauforgane 64 bis 70 entlang der Steuerkurven 76 und 78 aus der Umlaufbewegung um die Drehachse 48 abgeleitet. Brennstoff-Luft-Gemisch, das sich beispielsweise in der Arbeitskammer 60 befindet, wird beim Übergang von Fig. 3 zu Fig. 4 beispielsweise verdichtet und in der Kolbenstellung in Fig. 4 dann gezündet, und in der Arbeitskammer 62 in Fig. 3 befindliches verbranntes Gemisch wird beim Übergang von Fig. 3 zu Fig. 4 ausgestoßen.Starting from the operating position of the pistons 40 to 46 according to FIG. 3, there are the pistons 40 to 46 in their so-called. UT (bottom dead center) position. After a 90 ° rotation about the axis of rotation 48, the pistons 40 and 46 or 42 and 44 have moved to their so-called. OT (top dead center) position, as shown in Fig. 4, wherein the movements between the UT Position and the TDC position of the piston 40 to 46 is linearly in the direction of arrows 50a to 5Od in Fig. 3 to the axis of rotation 48 through out. The linear movement of the pistons 40 to 46 was thereby derived by the running of the running members 64 to 70 along the cams 76 and 78 from the orbital movement about the axis of rotation 48. Fuel-air mixture, which is located for example in the working chamber 60 is, for example, compressed in the transition from Fig. 3 to Fig. 4 and then ignited in the piston position in Fig. 4, and in the working chamber 62 in Fig. 3 befindliches burned Mixture is ejected at the transition from Fig. 3 to Fig. 4.
In der OT-Stellung gemäß Fig. 4 liegen die senkrecht zur linearen Bewegungsrichtung verlaufenden Abschnitte der Endflächen 52
bis 58 der Kolben 40 bis 46 an einer am Kolbenkäfig 80 ausgebildeten Gegenfläche an, wie für den Abschnitt 52a der Endfläche 52 des Kolbens 40 in Fig. 4 dargestellt ist, wobei dort der Abschnitt 52a an einer entsprechend zur Drehachse 48 schräg gestellten Fläche 82a des Kolbenkäfigs 80 anliegt. In der OT- Stellung der Kolben 40 bis 46 gemäß Fig. 4 sind die Volumina der Arbeitskammern 60 und 62 minimal, jedoch vorzugsweise von Null verschieden.In the TDC position according to FIG. 4, the sections of the end surfaces 52 which run perpendicular to the linear direction of movement lie to 58 of the pistons 40 to 46 on a mating surface formed on the piston cage 80, as shown for the portion 52 a of the end surface 52 of the piston 40 in Fig. 4, where the portion 52 a at an angle to the axis of rotation 48 inclined surface 82 a of Piston cage 80 is applied. In the TDC position of the pistons 40 to 46 of FIG. 4, the volumes of the working chambers 60 and 62 are minimal but preferably different from zero.
Ausgehend von Fig. 4 wird nach einer weiteren Drehung der Kolben 40 bis 46 um die Drehachse 48 um 90° wieder der in Fig. 3 dargestellte Zustand erreicht (UT-Stellung) , jedoch in einer bezüglich Fig. 3 um 180° um die Drehachse 48 versetzte Anordnung, und nach einer weiteren Drehung um 180° wird dann wieder die Ausgangsstellung gemäß Fig. 3 erreicht.Starting from FIG. 4, after a further rotation of the pistons 40 to 46 about the rotation axis 48 by 90 °, the state shown in FIG. 3 is reached again (UT position), but in relation to FIG. 3 by 180 ° about the axis of rotation 48 staggered arrangement, and after a further rotation by 180 ° then the starting position shown in FIG. 3 is reached again.
Nach einer vollen Drehung um 360° haben somit in jeder der Arbeitskammern 60 und 62 einmal die vier Arbeitstakte des Einlas- sens, Verdichtens, Expandierens und Ausstoßens stattgefunden.After a complete rotation through 360 °, the four working cycles of intake, compression, expansion and ejection have thus once taken place in each of the working chambers 60 and 62.
Bei der Rotationskolbenmaschine 10 kann analog zu der aus WO 03/067033 Al bekannten Rotationskolbenmaschine vorgesehen sein, die von den Arbeitskammern 60, 62 abgewandten Zwischenräume zwischen den Kolben 40 und 42 bzw. 44 und 46 als Vordruckkammern zum Vorkomprimieren von Verbrennungsluft zu nutzen. Zu möglichen Ausgestaltungen und Funktionsweise einer solchen Selbstaufladung wird auf die WO 03/067033 Al verwiesen.
In the rotary piston machine 10 may be provided analogous to the known from WO 03/067033 Al rotary piston machine, the use of the working chambers 60, 62 intermediate spaces between the pistons 40 and 42 or 44 and 46 as a pre-compression chambers for precompressing combustion air. For possible embodiments and mode of operation of such a self-charging reference is made to WO 03/067033 Al.
Claims
1. Rotationskolbenmaschine, mit einem Gehäuse (12), dessen Innenraum nicht zylinderförmig ist, und in dem ein erster und zumindest ein zweiter Kolben (40, 46) angeordnet sind, die gemeinsam in dem Gehäuse (12) um eine gehäusefeste Drehachse (48) umlaufen können, wobei der erste Kolben (40) eine erste Endfläche (52) und der zumindest zweite Kolben (46) eine der ersten Endfläche (52) zugewandte zweite Endfläche (58) aufweist, wobei die Endflächen (52, 58) eine Arbeitskammer (60) begrenzen, und wobei der erste und der zumindest zweite Kolben (40, 46) beim Umlaufen um die Drehachse (48) zueinander gegensinnige hin- und hergehende Bewegungen ausführen, um die Arbeitskammer (60) abwechselnd zu vergrößern und zu verkleinern, dadurch gekennzeichnet, dass die hin- und hergehenden Bewegungen des ersten und zumindest zweiten Kolben (40, 46) lineare Bewegungen sind, die schräg oder orthogonal zur Drehachse (48) gerichtet sind.1. Rotary piston machine, comprising a housing (12) whose interior is not cylindrical, and in which a first and at least a second piston (40, 46) are arranged, which together in the housing (12) about a housing-fixed axis of rotation (48). wherein the first piston (40) has a first end surface (52) and the at least second piston (46) has a second end surface (58) facing the first end surface (52), the end surfaces (52, 58) forming a working chamber (52). 60), and wherein the first and at least second pistons (40, 46), when circulating about the rotation axis (48), perform reciprocal reciprocal movements to alternately enlarge and reduce the working chamber (60), characterized in that the reciprocating movements of the first and at least second pistons (40, 46) are linear movements directed obliquely or orthogonally to the axis of rotation (48).
2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (48) durch die Arbeitskammer (60) verläuft.2. Rotary piston machine according to claim 1, characterized in that the axis of rotation (48) through the working chamber (60).
3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zumindest zweite Kolben (40, 46) im wesentlichen zylinderförmig sind. 3. Rotary piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the first and the at least second piston (40, 46) are substantially cylindrical.
4. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (60) im Wesentlichen zylinderförmige Abschnitte aufweist.4. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the working chamber (60) has substantially cylindrical sections.
5. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse des ersten Kolbens (40) und eine Längsachse des zumindest zweiten Kolbens (46) mit der Drehachse (48) jeweils einen Winkel im Bereich von etwa 30° bis etwa 60 "einschließen.5. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that a longitudinal axis of the first piston (40) and a longitudinal axis of the at least second piston (46) with the axis of rotation (48) each at an angle in the range of about 30 ° to about 60 ".
6. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die linearen Bewegungen des ersten und des zumindest zweiten Kolbens (40, 46) relativ zueinander unter einem Winkel im Bereich von etwa 60° bis etwa 120° gerichtet sind.6. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the linear movements of the first and at least second piston (40, 46) are directed relative to each other at an angle in the range of about 60 ° to about 120 °.
7. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endfläche (52) und die zweite Endfläche (58) jeweils einen Abschnitt (52b, 58b) aufweisen, der etwa parallel zur Drehachse (48) verläuft.7. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first end face (52) and the second end face (58) each have a portion (52b, 58b) which extends approximately parallel to the axis of rotation (48).
8. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endfläche (52) und die zweite Endfläche (58) einen zweiten Abschnitt (52a, 58a) aufweisen, der mit der Drehachse (48) jeweils einen Winkel im Bereich von etwa 30° bis etwa 60° einschließt.8. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first end face (52) and the second end face (58) have a second portion (52a, 58a) with the rotation axis (48) each having an angle in the area from about 30 ° to about 60 °.
9. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (40) und/oder der zumindest zweite Kolben (46) zumindest ein Lauforgan (64, 70) aufweist, das beim Umlaufen des ersten und/oder zumindest zweiten Kolbens (40, 46) entlang einer entsprechend ausgebildeten Steuerkurve (76) geführt ist, um die linearen Bewegungen des ersten und zumindest zweiten Kolbens (40, 46) zu erzeugen.9. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first piston (40) and / or the at least second piston (46) at least one Running member (64, 70) which is guided during rotation of the first and / or at least second piston (40, 46) along a correspondingly formed control cam (76) to the linear movements of the first and at least second piston (40, 46) to create.
10. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (76) am Gehäuse (12) mit bezüglich der Drehachse (48) zumindest näherungsweise maximalem Abstand angeordnet ist.10. Rotary piston machine according to claim 9, characterized in that the control cam (76) on the housing (12) with respect to the axis of rotation (48) is arranged at least approximately the maximum distance.
11. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Lauforgan (64, 70) eine Kugel, die drehbar in einer Kugelpfanne (72) an einer dem Gehäuse (12) zugewandten Außenseite des ersten und/oder zumindest zweiten Kolbens (40, 46) gelagert ist, oder eine Laufrolle mit teilkugeliger Lauffläche ist, die drehbar an einer Kolbenrückseite des ersten und/oder zumindest zweiten Kolbens gelagert ist und dass die Steuerkurve (76) als Nut mit teilkreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, in die die Kugel bzw. Laufrolle teilweise eingreift.11. Rotary piston machine according to claim 9 or 10, characterized in that the at least one running member (64, 70) has a ball which is rotatable in a ball socket (72) on a housing (12) facing the outside of the first and / or at least second piston (40, 46) is mounted, or is a roller with teilkugeliger tread, which is rotatably mounted on a piston rear side of the first and / or at least second piston and in that the control cam (76) is formed as a groove with a part-circular cross-section into which the ball or roller partially engages.
12. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zumindest zweite Kolben (40, 46) in einem Kolbenkäfig (80) gleitend gelagert sind, der im Gehäuse (12) konzentrisch zur Drehachse (48) um diese drehbar angeordnet ist, wobei der Kolbenkäfig (80) mit dem ersten und zumindest zweiten Kolben (40, 46) bezüglich der Umlaufbewegung um die Drehachse (48) drehfest verbunden ist. 12. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the first and the at least second piston (40, 46) in a piston cage (80) are slidably mounted in the housing (12) concentric with the axis of rotation (48) to this is rotatably arranged, wherein the piston cage (80) with the first and at least second piston (40, 46) with respect to the rotational movement about the rotational axis (48) is rotatably connected.
13. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkäfig (80) eine Bohrung (94) aufweist, in der der erste und zumindest zweite Kolben (40, 46) teilweise und darin gleitend aufgenommen sind, und die die Arbeitskammer (60) in Umfangsrichtung begrenzt.13. Rotary piston engine according to claim 12, characterized in that the piston cage (80) has a bore (94) in which the first and at least second piston (40, 46) are partially and slidably received therein, and the working chamber (60). limited in the circumferential direction.
14. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (94) zwei zylinderförmige Abschnitte aufweist.14. Rotary piston machine according to claim 13, characterized in that the bore (94) has two cylindrical sections.
15. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (12) ein dritter und vierter Kolben (42, 44) angeordnet sind, die mit dem ersten und zweiten Kolben (40, 46) um die Drehachse (48) umlaufen können und dabei hin- und hergehende lineare Bewegungen ausführen und eine zweite Arbeitskammer (62) definieren.15. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 14, characterized in that in the housing (12) a third and fourth piston (42, 44) are arranged, which with the first and second pistons (40, 46) about the axis of rotation ( 48) while performing reciprocating linear movements and defining a second working chamber (62).
16. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte und der vierte Kolben (42, 44) zu dem ersten und zweiten Kolben (40, 46) spiegelsymmetrisch bezüglich einer durch den Gehäusemittelpunkt (51) senkrecht zur Drehachse (48) verlaufenden Ebene angeordnet sind.16. Rotary piston machine according to claim 15, characterized in that the third and the fourth piston (42, 44) to the first and second pistons (40, 46) mirror-symmetrically with respect to a through the center of the housing (51) perpendicular to the axis of rotation (48) extending plane are arranged.
17. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Arbeitskammer (60, 62) in einer Ebene liegen.17. Rotary piston machine according to claim 16, characterized in that the first and the second working chamber (60, 62) lie in one plane.
18. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte und der vierte Kolben bezüglich dem ersten und zweiten Kolben um einen Winkel von vorzugsweise 90° um die Drehachse versetzt angeordnet sind.18. Rotary piston machine according to claim 15, characterized in that the third and the fourth piston with respect the first and second pistons are offset by an angle of preferably 90 ° about the axis of rotation.
19. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 15 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Arbeitskammer bezüglich der Drehachse um einen Winkel ungleich 0°, vorzugsweise um 90°, zueinander versetzt sind.19. Rotary piston machine according to claim 15 or 18, characterized in that the first and the second working chamber with respect to the axis of rotation by an angle not equal to 0 °, preferably offset by 90 ° to each other.
20. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Kolben (40 — 46) so angeordnet sind, dass sich die erste und zweite Arbeitskammer (60, 62) beim Umlaufen der Kolben (40 — 46) um die Drehachse (48) gleichsinnig vergrößern und verkleinern.20. Rotary piston machine according to one of claims 15 to 19, characterized in that the four pistons (40 - 46) are arranged so that the first and second working chamber (60, 62) during rotation of the piston (40 - 46) to the Increase and reduce the axis of rotation (48) in the same direction.
21. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 12 oder 13 und einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkäfig (80) sich beidseits der Gehäusemitte (51) erstreckt und auch den dritten und vierten Kolben (42, 44) aufnimmt.21. Rotary piston machine according to claim 12 or 13 and one of claims 14 to 20, characterized in that the piston cage (80) extends on both sides of the housing center (51) and also receives the third and fourth piston (42, 44).
22. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäuseinnenwand (39) des Gehäuses im wesentlichen kugelförmig ist. 22. Rotary piston machine according to one of claims 1 to 21, characterized in that a housing inner wall (39) of the housing is substantially spherical.
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