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EP0644981A1 - Piston machine. - Google Patents

Piston machine.

Info

Publication number
EP0644981A1
EP0644981A1 EP93912894A EP93912894A EP0644981A1 EP 0644981 A1 EP0644981 A1 EP 0644981A1 EP 93912894 A EP93912894 A EP 93912894A EP 93912894 A EP93912894 A EP 93912894A EP 0644981 A1 EP0644981 A1 EP 0644981A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
chamber
machine according
running
sealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP93912894A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0644981B1 (en
Inventor
Manfred Max Rapp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0644981A1 publication Critical patent/EP0644981A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0644981B1 publication Critical patent/EP0644981B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/06Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents of other than internal-axis type

Definitions

  • the invention relates to a piston machine of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such a piston machine is known from US-PS 18 64 699.
  • the chamber surfaces delimiting the working chambers on the circumferential wall and on the piston are each composed of cylinder-section-shaped treads which are in engagement with a sealing element in the form of a sealing strip, and of larger flat surfaces.
  • a sealing element in the form of a sealing strip
  • flat surfaces When the sealing strips engage, chambers with very large surfaces result, which are essentially determined by the flat surface parts.
  • the design resembles a reciprocating piston machine without a connecting rod.
  • a disadvantage of this known construction is the very large ratio of chamber surface to chamber volume sought because of its use as a steam engine, which has an extremely unfavorable thermodynamic effect for use as an internal combustion engine or compressor.
  • a disadvantage of this construction is the course of the force acting on the piston when the different crank angles. Since the piston surface changes only slightly at different crank angles, the force acting on the piston remains almost constant. This is disadvantageous both when used as an internal combustion engine and, in particular, when used as a compressor, since the piston load becomes extremely high.
  • Another disadvantage is the angle at which the resulting force acting on the piston acts on the crankshaft. Angles in the range of 90 °, which achieve high torque with low bearing loads, would be favorable.
  • this angle of force always runs essentially perpendicular to the larger flat surface of the piston.
  • the conditions are similar to those in the case of a reciprocating piston in which the force can be transmitted to the crank only over a very small crank angle range under a favorable angle of attack.
  • the object of the present invention is to provide a piston machine of the type mentioned at the outset, which is thermodynamic and can be improved with regard to the force profile and the force attack angle.
  • the piston machine can be used as a suction pump, for example a vacuum pump, compressor or as an expansion machine.
  • a suction pump for example a vacuum pump, compressor or as an expansion machine.
  • an expansion machine it can be used with external combustion, for example as a steam engine, or with internal combustion as a gasoline or diesel engine.
  • this basic construction is furthermore distinguished by surprisingly versatile variation and combination options which enable a large number of very different, individually adapted variants of piston machines.
  • the features of claim 3 are advantageously provided.
  • the possible variations in the surfaces of the sealing elements are surprisingly diverse.
  • the surface of a sealing element can be very small, so that the sealing element is always almost on the same line on its counter surface.
  • the surfaces can be enlarged. Then there is an improved barrel wear because it is distributed over the surface of the sealing element. Since the counter surface increases with a larger surface area of the sealing element, a larger chamber also results.
  • the surfaces of the sealing elements can be circular in cross-section, but other curved surface configurations, in particular elliptical shapes, are also possible. The mating surfaces of such a sealing element that can be moved in parallel rotation then deviate from the circular shape in accordance with the eccentricity of the surface of the sealing element.
  • the mating surface is also elliptical.
  • a variety of chamber designs are possible, which can be adapted to the individual purpose, for example as an expansion chamber, as a pump chamber or as a chamber of a low-pressure or high-pressure compressor.
  • the sealing elements delimiting a chamber on both sides can be of different sizes or also of different shapes.
  • a chamber can be designed in such a way that it is delimited on one side by a very small sealing strip with a circular cross-sectional surface, the counter surface of which is circular in cross section with a radius that is only slightly larger than the crank radius.
  • the sealing strip on the other side of the chamber can be elliptical with very large dimensions and runs on an elliptical counter-running surface which is only slightly larger than the surface of the sealing element. In this way, a large number of very different chambers can be formed, which are adapted to different purposes.
  • the sealing elements can lie parallel to the plane of symmetry of the tread adjacent to them, but can also deviate from this angular position. If, as stated in claim 4, they are arranged tilted outwards, then one results Extension of the counter surface and thus a larger maximum chamber volume or a larger compression ratio.
  • Such a sealing element provided with a toothed surface in cross section results in the event of leaks, e.g. when the sealing element is lifted off, a gap with higher flow resistance, ie a higher gas tightness. This is based on gas-dynamic effects when flowing through the gap, which alternately has different widths on the flow path, which leads to turbulence and thus to increased flow resistance.
  • the features of claim 6 are also advantageous.
  • the chambers can be sealed by means of sealing elements which are designed as rigid integral parts of the piston or of the engine housing. Then, taking into account the manufacturing tolerances, the sealing elements can only be guided to their mating surface at a gap distance, which results in leaks which, for example, limit the maximum compression pressure of a compression chamber. However, this can be sufficient for low-pressure compressors.
  • the sealing elements as spring-loaded sealing strips, as is generally known from engine construction, higher sealing values and thus higher compression pressures can be achieved.
  • the parallel rotation of the piston results in the possibility of simultaneously engaging a running surface provided on the piston with two adjacent running surfaces of the peripheral wall.
  • chambers are formed simultaneously with both running surfaces of the peripheral wall, one of which, depending on the running direction, works as a compression chamber and the other as an expansion chamber.
  • the separation between the compression chamber and expansion chamber provided in such an internal combustion engine results in cooling advantages with better partial efficiency levels of the engine. After the expansion has ended, the combustion chamber opens and the hot gases are immediately blown into the low-pressure outlet with fresh air.
  • the expansion chamber can also be used as a suction pump, e.g. can be used as a vacuum pump.
  • the result is a piston machine in which the compression chamber supplies compressed air, while the expansion chamber works as a vacuum pump.
  • Such a piston machine can be advantageous in certain manufacturing processes in which compressed air and vacuum are required at the same time.
  • the features of claim 12 are also advantageous.
  • the output can be increased in accordance with the number of parallel disks.
  • the degree of uniformity of the machine can be improved and possibilities can be created in the case of training as an internal combustion engine using the angular misalignment between the disks compression chambers of the one disk directly, without pressure intermediate storage. tion to let expansion chambers act on the other pane.
  • valves are always required in the high-pressure channels. These can advantageously be designed as valves controlled in synchronism with the piston travel, for example in the form of globe valves or in the form of rotary valves.
  • valves of compression chambers can also be designed as one-way valves, for example as spring-loaded flap valves, their spring load stipulating the desired maximum pressure.
  • the features of claim 15 are advantageously provided.
  • the joint mounting of two crankshafts on the piston already results in an angle synchronization, which is very sensitive to play and can lead to jamming.
  • the game dependency depends on the number of crankshafts, so that this synchronization alone can be sufficient with more than two crankshafts.
  • a completely exact synchronization results when the crankshafts are externally coupled via gear sets, so that two crankshafts are then sufficient to support a piston without there being a risk of jamming.
  • a piston of this type is cooled as it moves by contact with the gas in the barrel.
  • the piston can be provided with ribs or with openings flushed with gas.
  • the features of claim 17 are advantageously provided.
  • the heat transfer from the chambers, which are particularly heat-loaded in the case of an internal combustion engine or in the case of a highly compressed compressor, or the running space to the bearings is hindered, so that the bearings remain cool and there is the possibility of storing the bearings in simple design, without cooling, for example with permanent lubrication.
  • the parts that hinder heat transfer can be used as parts with a long path and intermediate cooling, e.g. B. air ribs, be formed or with heat-insulating intermediate layers.
  • Fig. 1 in section along the axis of one of the crankshafts
  • Line 1 - 1 in Fig. 2 is a two-disc internal combustion engine according to the invention
  • FIG. 16 is an enlarged illustration of the upper part of FIG. 2 for clarification
  • FIG. 17 shows a representation corresponding to FIG. 16 of an embodiment variant with sealing strips of different sizes
  • FIG. 18 shows a representation corresponding to FIG. 17 with an inclined sealing strip
  • Fig. 20 shows a section in the cutting direction of Fig. 1 by a
  • FIG. 21 shows a section corresponding to FIG. 2 through a piston machine with two smaller and one very large chamber
  • FIG. 29 shows a representation of the lower part of FIG. 21 in a variant with several sealing strips.
  • FIG. 16 the basic construction of the illustrated embodiment is first explained. It is an internal combustion engine with a housing 1, which is shown in one piece for the sake of simplification of the drawing, but which in a practical embodiment has to be made in several pieces, for example, in a disk-like manner, for assembly purposes.
  • a housing 1 which is shown in one piece for the sake of simplification of the drawing, but which in a practical embodiment has to be made in several pieces, for example, in a disk-like manner, for assembly purposes.
  • Two parallel, identical crankshafts 2, 2 ' are mounted in the housing, of which the crankshaft 2' is visible in FIG. 3.
  • the crankshafts pass through two disk spaces 3, 3 'arranged one behind the other in the manner of disks, of which the barrel space 3 can be seen opened in the section of FIG. 2.
  • crankshafts 2, 2 ' have cranks 4 in each running space, on the crank pin 5 of which a piston 6, 6' is mounted in each of the running spaces 3, 3 '.
  • crankshafts 2, 2 ' are identical in terms of their cranks for the piston 6 shown, in particular with the same crank radius and also with an identical angular position.
  • the crankshafts therefore rotate in synchronism with the angle.
  • corresponding gear sets 7, 7 ' are provided on one or both crankshaft ends. It can be seen from FIG. 1 that the crankshaft 2 passes through the end wall of the housing 1 at its end lying on the gear set 7 and. there carries a drive pulley 8 provided for example.
  • the gear set 7 ' drives an output shaft 8'.
  • FIGS. 2 to 9 show that by the bearing of the piston 6 on the crank pin 5 of the two angularly synchronized crank shafts 2, 2 ', the piston executes an orbit which, as in several successive orbital phases in FIGS. 2 to 9 shown, can be referred to as parallel rotation.
  • the piston is parallel to its other positions in all angular positions of the crankshafts.
  • Each point of the piston rotates with the radius of the cranks 4, but in each case around its own center. Therefore, more than two crankshafts can also be used to support a piston, as shown in FIG. 13 in an embodiment variant of a piston which runs on the crank pin of three crankshafts which are coupled in an angularly synchronous manner.
  • the construction is first further explained with reference to FIG. 2.
  • the running space 3 is delimited by parallel surfaces 9, which are perpendicular to the crankshafts 2, 2 ', and by a peripheral wall 10, which is perpendicular to the parallel walls 9 everywhere.
  • a tread 11 is provided, which is designed in the form of a half cylinder in the section of FIG. 2, that is to say semicircular.
  • a sealing strip 12 is arranged as a sealing element, which, when the piston 6 rotates in parallel, as shown in FIGS. 2 to 9, describes a circle, on the upper half of which it slides in contact with the running surface 11 .
  • a sealing strip 13 is arranged on the peripheral wall 10 as a further sealing element.
  • a running surface 14 in the piston 6 which likewise has a semi-cylindrical shape with the same radius of the running surface 11.
  • a chamber which is enclosed on all sides, is formed between the running surfaces 11 and 14 and is delimited by the parallel surfaces 9 and the running surfaces 11 and 14.
  • This chamber is sealed by the sealing strips 12 and 13 and additionally by in the side surfaces of the piston 6 provided circularly arranged side sealing strips 15 which seal against the parallel surfaces 9.
  • the chamber 11.14 In Fig. 7 the chamber 11.14 is open. It closes in Fig. 8 with maximum volume, which is calculated from the distance between the parallel surfaces 9 and essentially a circular cross-section with the radius of rotation of the cranks 5. If you follow Figs. 9, 2, 3 and 4, you can see that the chamber 11.14 is reduced to substantially zero and then, as shown in FIG. 5, opens again in order to close again in FIG. 8.
  • chamber 11.14 the direction of rotation of the crankshafts shown clockwise is a compression chamber.
  • the open position (FIGS. 5 to 7), it is connected to the running space 3 and can absorb gas of low pressure, which flows in, for example, through a low-pressure inlet channel 16 in the housing 1. 8, 9, 2 and 3, the gas in the chamber 11.14 is compressed and finally ejected through a high-pressure outlet channel 17, the opening of which is shown in the parallel wall in FIGS. 2 to 9, at a greatly increased pressure.
  • a further tread 18 is arranged laterally next to the previously described tread 11 in the peripheral wall 10, which is mirror-symmetrical to the sealing strip 13 and is identical to the tread 11.
  • the left and right end points of the treads 11 and 18 and the common middle end point lie on a line.
  • a high-pressure inlet duct 20 also opens into the chamber 18.14, but in contrast to the high-pressure outlet duct 17, it does not compress to the outlet! n gas, but is provided for the inlet of compressed gas, which is relaxed during the working cycle of the chamber 18.14.
  • Air flowing in through the low-pressure inlet duct 16 is enclosed in the chamber 11.14, compressed and fed through the high-pressure outlet duct 17 to a pressure accumulator (not shown). From this, the compressed air is fed through the high-pressure inlet channel 20 to the chamber 18.14 at a point in time when the chamber volume is small or through the high-pressure inlet channel 20 'to the chamber 18'.14', where it is exploded.
  • fuel e.g. Petrol or diesel fuel supplied with injectors, not shown, e.g. in the form of an intake manifold injection into the high-pressure inlet duct or in the form of a direct injection directly into the chamber.
  • a spark plug or injection nozzle can be arranged in the stepped bore 21 shown. After expansion and opening of the chamber 18.14, the burned gas can escape from a low-pressure outlet channel 22 opposite the low-pressure inlet channel 16.
  • the expansion chamber 18.14 and the compression chamber 11 M4 ' can be omitted, for example in a simpler embodiment. There is then still a compression chamber 11.14 and an expansion chamber 18 '.14', which can work together in the manner described above.
  • the internal combustion engine can also operate on the diesel principle.
  • An injection nozzle is then to be seen in the stepped bore 21, which injects compressed air supplied to the chamber 18.14 at the time when the chamber volume is small. Since very large volume changes can be achieved with the chambers 11.14 and 18.14 shown, the chamber 11.14 can be used to bring the air to the required pressure of 30-60 bar, for example.
  • the high-pressure channels 17 and 20 are arranged in the immediate vicinity of the sealing strip 13 provided between the chambers 11.14 and 18.14 and provided on the peripheral wall 10, that is to say in the area of the minimum chamber volume.
  • the low-pressure channels 16 and 22, which serve for the inlet and outlet, lie opposite each other in the area in which the associated chambers 11.14 and 18.14 are to receive or release gas.
  • the rotation of the piston 6 in the clockwise direction favors purging from the low-pressure inlet duct 16 to the low-pressure outlet duct 22, so that mixing of fresh and exhaust gases is avoided.
  • the high-pressure channels 17 and 20 must have valves which, in the case of the compression chamber 11.14, must be opened at maximum compression for the outlet of the high-pressure gas and, in the case of the expansion chamber 18.14, must close after the high-pressure gas has been admitted.
  • valves controlled in synchronism with the rotation of the crankshafts 2, 2 ' can be provided.
  • FIG. 1 shows rotary valves 23, 23 'which are driven by the respective gear set 7, 7' synchronously with the crankshafts and which control the high-pressure channels, which cannot be seen in the section of FIG. 1.
  • one-way valves which are permeable in the gas direction can also be provided for this purpose, which are designed, for example, as spring-loaded flutter valves.
  • sealing strips 12, 13 and 19 will be described with reference to FIG. 3 and in particular FIG. 16. They are essentially identical and are described in detail using the example of the sealing strip 13.
  • the sealing strip 13 has a surface 24 which is circular in cross section, the center 25 of which is on a radius to the center 26 of the running surface 11 which corresponds to the radius of the cranks 5 of the crankshafts 2, 2 '.
  • the radius of the surface 24 of the sealing strip 13, based on its center point 25, must be added to the circumferential radius of the cranks 5 to the radius of the tread 11, based on their center point 26.
  • the radius of the running surface 14 of the piston is identical to that of the running surface 11. The same applies to the already described running surface 18.
  • the sealing strips 12, 13 and 19, which are essentially identical to one another, are, as explained in FIGS. 3 and 16 using the example of the sealing strip 13, slidably mounted with a slide 27 in a sliding guide and form at their end opposite the surface 14 a piston 28 which slides in a cylinder with spaces 29 and 30.
  • springs are applied to the piston 28 from above and below (indicated schematically in FIG. 16 with wavy lines) which hold the sealing strip in a defined central position.
  • the space 30 located outside the piston 28 can be connected to one of the adjacent chambers with a bore, not shown, in order to be acted upon by this with high-pressure gas, which presses the sealing strip against its running surface with additional preload for the sealing contact.
  • a bore 100 is shown in dashed lines in FIG. 17. It serves to pressurize the sealing strip 120.
  • FIGS. 1 to 9 thus forms an internal combustion engine which has two compression chambers and two expansion chambers per disk, that is to say a total of four compression and four expansion chambers.
  • 1 shows, the cranks 4 of the crankshafts in the running spaces 3 and 3 'are angularly offset from one another.
  • the pistons 6, 6 'thus run with a phase shift. This makes it possible, for example, for the compression chambers of the one disc to release high-pressure gas at a point in time in which the expansion chambers of the other disc require high-pressure gas.
  • an internal combustion engine can also have more than the two disks shown.
  • only one double-chamber arrangement with chambers 11.14 and 18.14 can also be provided in a pane, for example.
  • a corresponding piston with only one running surface 14 is shown in FIG. 10.
  • only one counter running surface for example the running surface 11, can be provided in the peripheral wall 10.
  • a pure compressor which has to be driven externally and which has only one compression chamber per disc.
  • such a pure compressor can also have two compression chambers per disc (but no expansion chambers).
  • only expansion chambers can be in one pane and only com- ponents in another pane.
  • compression chambers may be provided.
  • a self-propelled compressor can be designed such that, for example, in the two disks shown in FIG. 1, only one disk has an expansion chamber which drives the compressor according to the internal combustion principle, but each disk has two compression chambers. As calculations show, one expansion chamber is sufficient to drive four compression chambers.
  • More than two chamber arrangements can also be provided on the circumference of a running space, each of which can consist of either an expansion chamber or a compression chamber or an expansion and a compression chamber. This is shown by the illustrations in FIGS. 10 to 15.
  • FIG. 10 shows a piston with only one running surface 14, with which a single or double chamber arrangement can be provided.
  • 13 shows a piston with three running surfaces for three such chamber arrangements.
  • FIG. 11 shows the piston described in FIGS. 1 to 9 for two such chamber arrangements.
  • FIG. 12 shows a piston with two running surfaces, which, however, when compared with FIG. 11, are arranged obliquely to the connecting line of the crankshafts.
  • 14 and 15 show that larger numbers of chamber arrangements are easily possible. The geometric conditions only need to be taken into account in terms of space requirements. The parallel rotation movement of the piston makes a largely arbitrarily large number of chamber arrangements possible per piston.
  • the forces exerted by the running surfaces 14, 14 'of the piston on the crank pin 5 at a different angle than in the embodiment of FIGS. 2 to 9 and 11 act.
  • the chamber arrangement with the chambers 11.14 and 18.14 can be arranged inclined at an angle to the connecting line of the crankshafts 2, 2 '.
  • the connecting line of the sealing strips 12 and 19 of the piston 6 is then at an angle to the connecting line of the crankshafts 2, 2 '.
  • the running surfaces 11 and 14 are to be arranged tilted at an angle such that the connecting line of their end points is parallel to the connecting line of the sealing strips 12 and 19 of the piston 6. In this way, too, the introduction of the forces arising in the chambers into the cranks can be designed at optimized angles.
  • FIG. 17 shows an embodiment variant whose differences from the construction described above can be seen in comparison with FIG. 16. The same parts are provided with the same reference numerals.
  • the sealing strip 120 seated at the left end of the running surface 14 of the piston 6 is greatly enlarged, as the comparison with the sealing strip 12 of the construction according to FIG. 16 shows.
  • it is doubled in its radius, that is to say in its overall dimensions.
  • the left stationary tread 110 is enlarged compared to the tread 11 shown in dashed lines, which corresponds to that of the construction in FIG. 16.
  • the center point of the original tread 11 was at 26.
  • the center point of the new tread 110 was at 260.
  • the magnification to the left is clearly asymmetrical, as the lateral shift of the center points 26 and 260 shows.
  • the newly formed enlarged chamber 110.14 is distinguished from the original construction according to FIG. 16 by a maximum volume increased by 25% in the exemplary embodiment and a correspondingly increased maximum compression ratio. Otherwise the mode of operation of the overall construction remains unchanged.
  • the sequence in the individual phases according to FIGS. 2 to 9 is unchanged.
  • the enlarged sealing strip 120 can also be designed with other dimensions different from the sealing strips 13 and 19, for example even larger or somewhat smaller. The size of the new tread 110 must be adjusted accordingly.
  • Fig. 18 shows a variant of the construction of Fig. 17 in the same representation. Corresponding parts are provided with the same reference symbols. The reference numbers of changed parts have been changed also retained, but with a comma.
  • the change relates to the sealing strip 120 'located at the left end of the chamber 110'.14, that is to say at the left end of the running surface 14 of the piston 6.
  • this sealing strip 25 like the sealing strip 25 located at the right end of the running surface 14 of the piston, lies exactly parallel to the plane of symmetry of the neighboring running surface 14 with its plane of symmetry . As shown in FIG. 17, this results in a maximum circumferential angle of the counter surface 110 of the chamber of approximately 180 °. In the case of the smaller sealing strip 12 shown in dashed lines, the corresponding smaller counter-running surface 11 can only be traveled over about 180 °. This limits the maximum chamber size shown in FIG. 17.
  • FIG. 18 shows that the enlarged sealing strip 120 'with its dash-dotted plane of symmetry is arranged at an oblique angle a with respect to the plane of symmetry of the adjacent tread 14, which is also shown with a dash-dotted line.
  • the comparison with FIG. 17 shows that the circular sector surface of the sealing strip 120 'is formed over a somewhat larger angular range. This results in the possibility of guiding the sealing strip 120 'over an angular range likewise enlarged by a beyond 180 ° in contact with the correspondingly lengthened counter-running surface 110'.
  • the maximum chamber volume as the comparison of FIGS. 17 and 18 shows, can be increased considerably again without changing the crankshafts.
  • the left-hand chamber 110'.14 can again be greatly enlarged, while the right-hand chamber 18.14 is kept small, since it has the sealing strip 25 arranged at 90 ° and also a substantially smaller surface area of it Circular sector.
  • the smaller sealing strip 12 ' is also shown (dashed) within the enlarged sealing strip 120' at the same angle.
  • the other angular arrangement results in a correspondingly enlarged counter-running surface 11 'with a corresponding chamber enlargement.
  • sealing strip 300 which corresponds in its basic construction to the design of the sealing strips 12 or 120. However, their surface is ribbed, these ribs extending in the longitudinal direction of the sealing strip 300 and being more or less fine with a corresponding number of ribs.
  • the sealing strip 300 runs on its counter surface 301.
  • a chamber of higher pressure is located to the left of the sealing strip 300.
  • gas flows in the direction of the arrows shown through a gap between the sealing strip 300 and the counter-running surface 301. This leads to loss of compression.
  • the ribbed surface of the sealing strip 300 severely impedes the leakage gas flow flowing in the direction of the arrow, since it has to flow across valleys and mountains of the ribs due to the ribbed surface. Turbulence occurs in the valleys and thus the gas flow is slowed down, consequently increasing the flow resistance of the gap formed between the sealing strip 300 and the counter-running surface 301. This improves the tightness when the sealing strip lifts off.
  • the tightness of a sealing strip can also be improved, in particular also in the case of sealing strips with a smooth surface, that is to say, for example, the sealing strip 120 of FIG. 17 if the lifting off is prevented in another way.
  • Lifting usually occurs when the sealing strip vibrates or rattles in its resilient mounting in the event of smooth running malfunctions. Such vibrational movements can be prevented by shock absorption.
  • shock-absorbing devices can be provided in the resilient bearing seat of a sealing strip, e.g. B. hydraulic damping devices in the manner of conventional hydraulic piston shock absorbers.
  • FIGS. 20 shows a construction variant of a piston machine, the basic construction of which is first described in comparison with the construction according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 20 The construction shown in FIG. 20 is shown in longitudinal section, that is, in the section corresponding to FIG. 1.
  • the construction has only one running space with a piston 406 with running surface 414 and sealing strip 412 (see FIG. 2).
  • the part of a running surface 418 with a stationary sealing strip 413 can be seen on average around the circumference of the running space.
  • the chamber is open.
  • the piston is therefore approximately in the position according to FIG. 5.
  • the piston 406 of the construction of FIG. 20 only forms a running surface on its upper side (like the piston of FIG. 10). But there are also all other piston shapes, such as 11-15 possible.
  • the piston 406 runs between the parallel walls 409 of the running space in a housing 401. This, arranged at a distance from the running space, has bearings for crankshafts 402 which have crank pins 405 connected via cranks 404 on which the piston 406 is spaced apart arranged parts ge is stored.
  • the construction corresponds essentially to the basic construction of FIG. 1 in a single-disc design, that is to say with only one running space and only one piston.
  • the bearings of the crankshaft in the housing 401 and of the piston 406 on the crank pin 405 are each provided at a distance from the running space and from the piston.
  • the housing 401 has parts interposed between the running space 418, 413, 409 and the bearings on the crankshaft 402 420, through which heat generated in the running space must be conducted in order to reach the crankshaft bearings.
  • These parts 420 can be made very long, as a result of which the heat flow is impeded.
  • Cooling devices such as, for example, inner cooling channels or cooling fins on the surface which serve for air cooling, can be provided at this point in order to reduce the heat transfer from the running space to the bearings.
  • the parts 420 can be heat-insulating, for example. With one or more of these possibilities, the heat transfer from the heat-stressed running space to the crankshaft bearings can be drastically reduced.
  • These can therefore be provided as simple ball bearings with permanent lubrication, which do not require any special cooling, as is otherwise necessary in crankshaft bearings of internal combustion engines or compressors for reasons of thermal stress.
  • intermediate parts 421 are provided between the piston 406 and its bearing points, through which the heat from heat-loaded pistons 406, ie from its heat-loaded bearing surface 414, is increased the bearings on the crank pin 405 is passed.
  • These intermediate parts 421 can, like the parts 420 of the motor housing 401, be provided with cooling devices, for example with air-cooled ribs or heat-insulating. Then ball bearings can also be provided on the crank pin 405 without the usual cooling means cooling. By saving a corresponding cooling circuit, the engine design can be considerably simplified.
  • heat dissipation can of course also be taken care of in other ways, for example by water cooling channels in the housing in the vicinity of the treads provided there, and by liquid cooling of the piston, which can take place, for example, with oil channels in the piston the two crankshafts via the bearings are locks.
  • air cooling in the housing is also possible, for example by means of external ribbing.
  • the piston can also be sufficiently cooled with gas cooling alone.
  • the piston 6 shown there is seen it can be seen that it rotates continuously in the running space and is in intensive gas contact with the constantly flowing cool fresh gas. If the piston is heavily ribbed outside its running surfaces 14 and 14 ', for example in its surface, sufficient gas cooling of the piston can be brought about.
  • the piston can also be provided with openings, for example (see FIG. 2) of an opening which runs approximately in the imaginary line between the openings 16 and 22 of the housing 1 in the upper part of the piston 6 between its running surface 14 and the bearings passes through the cranks 5 and which is flowed through by air as the piston rotates.
  • FIG. 20 Another possibility for simplifying the construction is to be illustrated with the aid of FIG. 20. If the crankshaft 402 shown on the right in FIG. 20 is completely omitted, the piston 406 is only supported on the crankshaft 402 shown on the left relative to the housing 401. It has to be taken into account that according to the construction principle of this piston machine, as the illustrations in FIGS. 10 to 15 show, the piston on each side is always on two or more cranks, only one of which is shown in the section of FIG. 20 is. A one-sided mounting on two or more cranks can, under certain circumstances, be sufficient for the exact mounting of the piston, as a result of which the construction can be considerably simplified.
  • FIG. 1 shows. If the construction shown in FIG. 1 is separated in the section line 2-2, the part of the con- Piston 6 'located structurally run even with one-sided bearing on two crankshafts with sufficiently precise guidance.
  • the sealing elements which delimit a chamber are always shown to be substantially smaller than the crank radius of the piston.
  • the sealing strips 13 and 19 have a surface radius which is approximately a quarter of the crank radius.
  • the larger sealing strip 120 has a surface radius that is approximately half the size of the crank radius.
  • the sealing strips are always spring-loaded, as is also shown in FIG. 17.
  • the sealing elements can be designed with significantly larger surfaces compared to the crank radius, and they can also be designed as rigid parts of the piston or the housing wall without suspension. This is explained in an example in FIG. 21.
  • FIG. 21 shows a cross section to the crankshafts of a housing 501 in which a piston 506 for parallel rotation is mounted on crank pins 505 of three crankshafts.
  • a very large running surface 530 is formed on the peripheral wall of the running space shown, which has the shape of a circular section in cross-section and on one end of which a sealing strip 531 of small cross-section is arranged on the housing side.
  • a running surface 532 serving as a counter surface for the sealing strip 531 is provided on the piston 506. This extends from the corner at the location of the sealing strip 531 to the circumferential point marked with a line 533, that is to say over almost 180 °.
  • a working chamber 530.532 is hereby formed, which is delimited by the running surfaces 530 and 532 and the sealing elements 531 and 535.
  • the sealing element 535 runs on the running surface 530 while forming a chamber, while the sealing strip 531 runs on the running surface 532.
  • the same chamber formation conditions are present as are described in the previous embodiments.
  • only the ratio of the surfaces of the sealing elements is chosen to be very large, and the sealing element 535 has a surface radius which is much larger than the crank radius.
  • the sealing element 535 is not cushioned in this embodiment. It can only seal against its counter surface 530 with a gap required due to play.
  • the chamber 530.532 can therefore essentially only be used as a low-pressure compression chamber, but has a very large chamber volume and can therefore be used to compress large amounts of air to low pressures.
  • the compressed gas can be obtained through an outlet channel 536 with valve 537.
  • the chamber 530.532 is combined with the two chambers 110.14 and 18.14 of the embodiment in FIG. 18.
  • the tread 14 is provided on the piston 506, on both ends of which the sealing lines 19 and 120 'are seated Zen.
  • the housing 501 forms the running surfaces 110 ′ and 18 here. Details of these two chambers have been omitted for the sake of simplifying the drawing.
  • the chamber 530.532 can be used as a low-pressure compression chamber, while the chamber pair 110'.14, 18.14 in the manner described above Forms internal combustion engine that drives the compressor.
  • the low-pressure compression chamber 530.532 can, however, also serve as a pre-compression chamber, the gas pre-compressed therein being suitably supplied to the compression chamber 110'.14 for post-compression.
  • the result would be a two-stage compressor that can reach very high outlet pressures.
  • the expansion chamber 18.14 could be omitted.
  • the chamber 18.14 forms the expansion chamber in the clockwise direction of movement of the piston. After opening this chamber, in the position of the piston 506 shown in FIG. 21, the burned exhaust gas is to leave the machine through the low-pressure outlet channel 522, if possible without mixing with the fresh gas of the low-pressure inlet channel 516.
  • a running surface 540 is formed on the separating web between the low-pressure channels 516 and 522, and a sealing element 542, which seals during the critical crank angle range at which the expansion chamber 18.14 opens, is formed on a nose 541 of the piston 506 runs on the tread 540 and creates a gas seal between the low-pressure channels 522 and 516, so that mixing of exhaust gas and fresh gas is avoided in this critical time range.
  • FIGS. 22-27 For a better understanding of the mode of operation of the construction shown in FIG. 21, several phases of a work cycle are shown in FIGS. 22-27. To simplify the drawing, the reference numerals are omitted. These result from FIG. 21.
  • the large sealing element 535 of the piston 506 engages with the tread 530 and begins to pump fresh gas clockwise.
  • the large chamber 530.532 closes and begins to compress through the position of FIG. 27 to the position 22 with gas outlet from the outlet channel 536.
  • the gas is fed to the high-pressure compression chamber 110 '.14, which has just closed at this time, and is compressed again by this.
  • the high-pressure compression chamber 110'.14 also receives fresh gas without the help of the low-pressure compression chamber, so that the low-pressure compression chamber can also be used for other purposes.
  • the sealing elements or sealing strips are always designed with surfaces which are circular in cross section.
  • the running surfaces result as surfaces which are circular in cross-section and are covered by these sealing elements during the parallel rotation.
  • sealing element shapes are also possible, such as in particular conic sections, for example sections of circles, ellipses and parabolas, but also spiral sections.
  • the mating surfaces that are coated by such sealing element shapes are similar to the surface shape of the sealing element. They result in a simple construction by extending the rays emanating from a common point by the crank radius beyond the surface of the sealing element. As has already become clear from the exemplary embodiments described above, this results in the case of a circular surface of the sealing element treads circular in cross section. An elliptical surface of the sealing element results in an elliptical running surface. Such an example with elliptical surfaces is explained in FIG. 28.
  • Fig. 28 shows a simple low pressure compressor with two symmetrically arranged identical chambers.
  • the compressor has a housing 601 in which a piston 606 rotates clockwise on three cranks 605.
  • the revolving curves of the crank centers are shown with circles.
  • sealing element 635 On the underside of the piston shown, it forms a sealing element 635 with a cross-sectionally elliptical surface, which extends from the marking line 633 to the marking line 634. It connects to a circular cross-sectional tread 632 at 633.
  • a sealing strip is on the peripheral wall of the housing 601
  • a running surface 630 is then formed on the sealing strip 631, which extends from the sealing strip 631 to a low-pressure inlet channel 616.
  • the sealing element 635 which is designed as an elliptical section, runs from the angular position shown in FIG. 28, in which it comes into first contact with the running surface, to the contact with the sealing strip 631 and forms the sealing boundary of the chamber 630,632. At its other end, this chamber is sealed by the sealing strip 631 in contact with the tread 632.
  • High pressure gas from this chamber is discharged in the direction of the arrow through an outlet duct 636 with valve 637.
  • a second chamber 630'.632 ' is provided symmetrically on the upper side of the piston 606, which works alternately with the chamber 630.632 described first when the piston 606 rotates.
  • the sealing elements 535 and 635 which have very large dimensions in relation to the crank radius, form a considerable peripheral part of the piston 506 and 606. These sealing elements 535, 635 are therefore rigid with Surfaces connected to the piston are formed and can only seal against their mating surface with a gap seal.
  • FIG. 29 shows a section of the lower part of FIG. 21 in a variant.
  • the same reference numerals are used as in FIG. 21. .
  • sealing strips 745 are resiliently mounted in the surface of the sealing element 535, namely three sealing strips in the example shown.
  • the sealing strips 745 are resiliently mounted in such a way that they protrude slightly above the surface of the sealing element 535 and come into good sealing contact with the running surface 530, while the intermediate surface areas of the sealing element 535 remain in the gap distance.
  • the sealing strips 745 come into engagement one after the other during rotation, namely when the piston 506 rotates clockwise, first the sealing strip adjacent to the low-pressure inlet duct 516, and lastly the sealing strip adjacent to the stationary sealing strip 531 in FIG. 29.
  • a compression chamber can be created that has a very large volume, but can still compress very high.
  • a corresponding design with the arrangement of a plurality of sealing strips in the sealing element 635 is also possible in the embodiment of FIG. 28.

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Abstract

A piston machine which can be used as an expansion engine, suction pump or compressor for compressible media has a piston (6) borne on crankpins (5) of at least two identical, synchronous-angle-coupled crankshafts (2) fitted so as to rotate and perpendicular to the parallel walls (9). The chamber surfaces are fully shaped as running surfaces (11, 14, 18) at the ends of which are fitted sealing components (12, 13, 19), and the high-pressure gas channel (17, 20) opens near the sealing component fitted at the end of the running surface of the peripheral wall.

Description

Kolbenmaschine Piston machine
Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.The invention relates to a piston machine of the type mentioned in the preamble of claim 1.
Eine solche Kolbenmaschine ist aus der US-PS 18 64 699 bekannt. Die die Arbeitskammern begrenzenden Kammerflächen an der Um- fangswand und am Kolben sind bei dieser Konstruktion jeweils aus mit einem Dichtelement in Form einer Dichtleiste in Eingriff ste¬ henden zylinderabschnittförmigen Laufflächen und aus größeren ebenen Flächen zusammengesetzt. Bei Eingriff der Dichtleisten er¬ geben sich Kammern mit sehr großen Flächen, die im wesentlichen von den ebenen Flächenteilen bestimmt sind. Die Konstruktion äh¬ nelt einer Hubkolbemnaschine ohne Pleuelstange.Such a piston machine is known from US-PS 18 64 699. In this construction, the chamber surfaces delimiting the working chambers on the circumferential wall and on the piston are each composed of cylinder-section-shaped treads which are in engagement with a sealing element in the form of a sealing strip, and of larger flat surfaces. When the sealing strips engage, chambers with very large surfaces result, which are essentially determined by the flat surface parts. The design resembles a reciprocating piston machine without a connecting rod.
Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist das wegen der Verwendung als Dampfmaschine angestrebte sehr große Verhältnis von Kammeroberfläche zu Kammervolumen, das für die Verwen¬ dung als Brennkraftmaschine oder Kompressor thermodynamisch außerordentlich ungünstig wirkt. Nachteilig ist bei dieser Konstruk¬ tion auch der Verlauf der auf den Kolben wirkenden Kraft bei un- terschiedlichen Kurbelwinkeln. Da sich die Kolbenfläche bei unter¬ schiedlichen Kurbelwinkeln nur wenig ändert, bleibt die auf den Kolben wirkende Kraft fast konstant. Dies ist sowohl bei Verwen¬ dung als Brennkraftmaschine als auch insbesondere bei der Ver¬ wendung als Kompressor ungünstig, da die Kolbenbelastung extrem hoch wird. Ferner nachteilig ist der Winkel, in dem die resultie¬ rende auf den Kolben wirkende Kraft an der Kurbelwelle angreift. Günstig wären Winkel im Bereich 90°, die bei geringen Lagerbelastungen hohes Drehmoment erzielen. Bei der bekannten Konstruktion verläuft dieser Kraftangriffswinkel aber stets im we¬ sentlichen senkrecht zu der größeren ebenen Fläche des Kolbens. Die Verhältnisse ähneln denen bei einem Hubkolben, bei dem die Kraft nur über einen sehr kleinen Kurbelwinkelbereich unter gün¬ stigem Angriffswinkel auf die Kurbel übertragen werden kann.A disadvantage of this known construction is the very large ratio of chamber surface to chamber volume sought because of its use as a steam engine, which has an extremely unfavorable thermodynamic effect for use as an internal combustion engine or compressor. A disadvantage of this construction is the course of the force acting on the piston when the different crank angles. Since the piston surface changes only slightly at different crank angles, the force acting on the piston remains almost constant. This is disadvantageous both when used as an internal combustion engine and, in particular, when used as a compressor, since the piston load becomes extremely high. Another disadvantage is the angle at which the resulting force acting on the piston acts on the crankshaft. Angles in the range of 90 °, which achieve high torque with low bearing loads, would be favorable. In the known construction, however, this angle of force always runs essentially perpendicular to the larger flat surface of the piston. The conditions are similar to those in the case of a reciprocating piston in which the force can be transmitted to the crank only over a very small crank angle range under a favorable angle of attack.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kol¬ benmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die thermo¬ dynamisch und hinsichtlich des Kraftverlaufes und des Kraftan¬ griffswinkels verbesserbar ist.The object of the present invention is to provide a piston machine of the type mentioned at the outset, which is thermodynamic and can be improved with regard to the force profile and the force attack angle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved with the features of the characterizing part of claim 1.
Bei dieser Konstruktion läuft bei kleiner werdender Kammer das die Kammer begrenzende Dichtelement des Kolbens über das die Kammer begrenzende Dichtelement der Umfangswand. Wenn die Kammer mit ihrem Volumen gegen Null läuft, laufen also auch ihre Oberflächen gegen Null. Daraus resultiert ein im wesentlichen kon¬ stantes Verhältnis von Kammeroberfläche zu Kammervolumen mit sehr guten thermodynamischen Eigenschaften, insbesondere hin¬ sichtlich der Wärmeverluste an den Oberflächen bei kleinem Kam¬ mervolumen, also bei maximaler Kompression. Es resultiert hieraus auch eine im wesentlichen konstante in den Kolben eingeleitete Kraft, da bei zunehmendem Kompressionsdruck die belastete Kol¬ benfläche immer kleiner wird. Überlastungen der Maschine auch bei höchster Kompression werden vermieden. Es lassen sich extrem hoch verdichtende Brennkraftmaschinen oder Kompressoren ver- wirklichen. Die auf den Kolben resultierende Kraft steht im we¬ sentlichen senkrecht zur jeweiligen Verbindungslinie der die Kam¬ mer begrenzenden Dichtelemente. Diese ändert ihren Winkel der¬ art, daß die Richtung der resultierenden Kraft über einen sehr großen Kurbelwinkelbereich im wesentlichen senkrecht zur Kurbel steht, und zwar insbesondere bei größerem Kammervolumen. Dar¬ aus resultiert ein sehr ruhiger, gleichförmiger Lauf und bei Brenn¬ kraftmaschinen ein hohes Drehmoment. Durch die kompaktere Ausbildung der gebildeten Arbeitskammern wird außerdem eine kompaktere Ausbildung der Kolbenmaschine ermöglicht. Diese Vorteile addieren sich zu den gattungsgemäßen Vorteilen dieser Konstruktionsart, die aufgrund des Parallelrotationsprinzipes schwingungsarm läuft und aufgrund der Möglichkeit der kompakten Anordnung mehrerer Kammern eine hohe Leistungsdichte und gün¬ stige Baukosten ermöglicht. Da ein komplettes Arbeitsspiel nur etwa 180° Kurbelwellenwinkel benötigt, die Kolbenmaschine also nach dem Eintaktprinzip arbeitet, ergibt sich die gegenüber anderen Motorsystemen erhöhte Leistungsdichte. Die Kolbenmaschine ist je nach Ausbildung als Saugpumpe, z.B. Vakuumpumpe, Kompressor oder als Expansionsmaschine verwendbar. Als Expansionsmaschine kann sie mit äußerer Verbrennung, z.B. als Dampfmaschine, oder mit innerer Verbrennung als Otto- oder Dieselmotor verwendet werden. Wie im folgenden näher ausgeführt, zeichnet sich diese Grundkonstruktion ferner durch überraschend vielseitige Variati- ons- und Kombinationsmöglichkeiten aus, die eine große Zahl sehr unterschiedlicher, individuellen Anforderungen angepaßter Varian¬ ten von Kolbenmaschinen ermöglichen.In this construction, when the chamber becomes smaller, the sealing element of the piston delimiting the chamber runs over the sealing element of the peripheral wall delimiting the chamber. If the chamber runs with its volume towards zero, its surfaces also run towards zero. This results in an essentially constant ratio of chamber surface to chamber volume with very good thermodynamic properties, in particular with regard to the heat losses at the surfaces with a small chamber volume, that is to say with maximum compression. This also results in an essentially constant force which is introduced into the piston, since with increasing compression pressure the loaded piston surface becomes smaller and smaller. Overloading the machine even with the highest compression is avoided. Extremely high compression internal combustion engines or compressors can be real. The force resulting on the piston is essentially perpendicular to the respective connecting line of the sealing elements delimiting the chamber. This changes its angle in such a way that the direction of the resulting force is essentially perpendicular to the crank over a very large crank angle range, in particular with a larger chamber volume. This results in very smooth, uniform running and high torque in internal combustion engines. The more compact design of the working chambers formed also enables a more compact design of the piston machine. These advantages add up to the generic advantages of this type of construction, which runs with low vibrations due to the parallel rotation principle and, due to the possibility of the compact arrangement of several chambers, enables a high power density and inexpensive construction costs. Since a complete work cycle only requires around 180 ° crankshaft angle, i.e. the piston machine works according to the single-stroke principle, this results in an increased power density compared to other engine systems. Depending on the design, the piston machine can be used as a suction pump, for example a vacuum pump, compressor or as an expansion machine. As an expansion machine, it can be used with external combustion, for example as a steam engine, or with internal combustion as a gasoline or diesel engine. As explained in more detail below, this basic construction is furthermore distinguished by surprisingly versatile variation and combination options which enable a large number of very different, individually adapted variants of piston machines.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Diese Konstruktionsmöglichkeit erlaubt bei zylinderförmigen Laufflächen und zylinderförmigen Oberflächen der Dichtelemente besonders einfache Herstellbarkeit. Die vergrößerte Oberfläche der Dichtele¬ mente führt unter anderem auch zu geringerem Verschleiß.The features of claim 2 are advantageously provided. This design option permits particularly simple manufacture with cylindrical running surfaces and cylindrical surfaces of the sealing elements. The enlarged surface of the sealing elements also leads to less wear, among other things.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Die Variationsmöglichkeiten bei den Oberflächen der Dichtelemente sind überraschend vielfältig. Die Oberfläche eines Dichtelementes kann sehr klein sein, so daß das Dichtelement immer nahezu auf derselben Linie an seiner Gegenlauffläche anliegt. Die Oberflächen können vergrößert werden. Dann ergibt sich eine verbesserte, weil über die Oberfläche des Dichtelementes verteilte Laufabnutzung. Da bei vergrößerter Oberfläche des Dichtelementes sich die Gegenlauffläche entsprechend vergrößert, resultiert auch eine größere Kammer. Die Oberflächen der Dichtelemente können nach Anspruch 2 in ihrem Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein, je¬ doch sind auch andere gebogene Oberflächenausbildungen, insbe¬ sondere elliptische Formen möglich. Die bei Parallelrotation ab¬ fahrbaren Gegenlaufflächen eines solchen Dichtelementes weichen dann entsprechend der Exzentrizität der Oberfläche des Dichtele¬ mentes von der Kreisform ab. Ist die Oberfläche des Dichtelemen¬ tes elliptisch, so ist auch die Gegenlauffläche elliptisch. Auf diese Weise sind vielfältige Kammerausbildungen möglich, die dem indi¬ viduellen Zweck anpaßbar sind, beispielsweise als Expansionskam¬ mer, als Pumpenkammer oder als Kammer eines Niederdruck- bzw. Hochdruckkompressors. Die zu beiden Seiten eine Kammer begren¬ zenden Dichtelemente können von unterschiedlicher Größe oder auch von unterschiedlicher Formgebung sein. Beispielsweise kann eine Kammer so ausgebildet sein, daß sie auf einer Seite von einer sehr kleinen Dichtleiste mit Kreisquerschnittsoberfläche begrenzt wird, deren Gegenlauffläche im Querschnitt kreisförmig mit einem Radius ausgebildet ist, der nur etwas größer ist als der Kurbelra¬ dius. Die Dichtleiste auf der anderen Seite der Kammer kann ellip¬ tisch mit sehr großen Abmessungen ausgebildet sein und läuft auf einer elliptischen Gegenlauffläche, die nur unwesentlich größer ist als die Oberfläche des Dichtelementes. Auf diese Weise lassen sich eine große Vielzahl sehr unterschiedlicher Kammern ausbilden, die unterschiedlichen Zwecken angepaßt sind.The features of claim 3 are advantageously provided. The possible variations in the surfaces of the sealing elements are surprisingly diverse. The surface of a sealing element can be very small, so that the sealing element is always almost on the same line on its counter surface. The surfaces can be enlarged. Then there is an improved barrel wear because it is distributed over the surface of the sealing element. Since the counter surface increases with a larger surface area of the sealing element, a larger chamber also results. The surfaces of the sealing elements can be circular in cross-section, but other curved surface configurations, in particular elliptical shapes, are also possible. The mating surfaces of such a sealing element that can be moved in parallel rotation then deviate from the circular shape in accordance with the eccentricity of the surface of the sealing element. If the surface of the sealing element is elliptical, the mating surface is also elliptical. In this way, a variety of chamber designs are possible, which can be adapted to the individual purpose, for example as an expansion chamber, as a pump chamber or as a chamber of a low-pressure or high-pressure compressor. The sealing elements delimiting a chamber on both sides can be of different sizes or also of different shapes. For example, a chamber can be designed in such a way that it is delimited on one side by a very small sealing strip with a circular cross-sectional surface, the counter surface of which is circular in cross section with a radius that is only slightly larger than the crank radius. The sealing strip on the other side of the chamber can be elliptical with very large dimensions and runs on an elliptical counter-running surface which is only slightly larger than the surface of the sealing element. In this way, a large number of very different chambers can be formed, which are adapted to different purposes.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Die Dichtelemente können mit ihrer Symmetrieebene parallel zur Sym¬ metrieebene der ihr benachbarten Lauffläche liegen, von dieser Winkelstellung aber auch abweichen. Sind sie, wie in Anspruch 4 angegeben, nach außen gekippt angeordnet, so ergibt sich eine Verlängerung der Gegenlauffläche und somit ein größeres maxima¬ les Kammervolumen bzw. ein größeres Kompressionsverhältnis.The features of claim 4 are advantageously provided. With their plane of symmetry, the sealing elements can lie parallel to the plane of symmetry of the tread adjacent to them, but can also deviate from this angular position. If, as stated in claim 4, they are arranged tilted outwards, then one results Extension of the counter surface and thus a larger maximum chamber volume or a larger compression ratio.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Eine solches im Querschnitt mit gezahnter Oberfläche versehenes Dicht¬ element ergibt bei Undichtigkeiten, z.B. bei Abheben des Dichte¬ lementes, einen Spalt höheren Durchströmungswiderstandes, also eine höhere Gasdichtigkeit. Diese beruht auf gasdynamischen Ef¬ fekten beim Durchströmen des Spaltes, der auf dem Durchströ¬ mungsweg abwechselnd unterschiedliche Breite hat, was zu Turbu¬ lenzen und somit zu erhöhtem Strömungswiderstand führt.The features of claim 5 are advantageously provided. Such a sealing element provided with a toothed surface in cross section results in the event of leaks, e.g. when the sealing element is lifted off, a gap with higher flow resistance, ie a higher gas tightness. This is based on gas-dynamic effects when flowing through the gap, which alternately has different widths on the flow path, which leads to turbulence and thus to increased flow resistance.
Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 6 vorgese¬ hen. Die Abdichtung der Kammern kann über Dichtelemente erfol¬ gen, die als starre integrale Teile des Kolbens bzw. des Motorge¬ häuses ausgebildet sind. Dann können die Dichtelemente unter Be¬ rücksichtigung der Fertigungstoleranzen aber nur in einem Spaltab¬ stand zu ihrer Gegenlauffläche geführt werden, woraus sich Un¬ dichtigkeiten ergeben, die beispielsweise den maximalen Kompres¬ sionsdruck einer Kompressionskammer begrenzen. Für Nieder¬ druckkompressoren kann dies aber ausreichen. Durch die Ausbil¬ dung der Dichtelemente als abgefederte Dichtleisten, wie dies aus dem Motorenbau allgemein bekannt ist, lassen sich höhere Dichtig¬ keitswerte und somit höhere Kompressionsdrücke erreichen.The features of claim 6 are also advantageous. The chambers can be sealed by means of sealing elements which are designed as rigid integral parts of the piston or of the engine housing. Then, taking into account the manufacturing tolerances, the sealing elements can only be guided to their mating surface at a gap distance, which results in leaks which, for example, limit the maximum compression pressure of a compression chamber. However, this can be sufficient for low-pressure compressors. By designing the sealing elements as spring-loaded sealing strips, as is generally known from engine construction, higher sealing values and thus higher compression pressures can be achieved.
Dabei sind vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 7 vorgesehen. Hiermit wird erreicht, daß die Dichtleisten allein oder zusätzlich zu Federkraft vom Gasdruck in der Kammer rückwärtig beaufschlagt werden. Die Dichtkraft der Dichtleisten hängt damit vom Kammer¬ druck ab und ist somit ständig dem erforderlichen Maß angepaßt.The features of claim 7 are advantageously provided. This ensures that the sealing strips alone or in addition to spring force are acted upon by the gas pressure in the chamber to the rear. The sealing force of the sealing strips thus depends on the chamber pressure and is therefore constantly adapted to the required dimension.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 8 vorgesehen. Auf diese Weise kann das Springen bzw. Rattern der Dichtleisten besser unterdrückt werden.The features of claim 8 are advantageously provided. In this way, the jumping or rattling of the sealing strips can be better suppressed.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 9 vorgesehen. Aus der benachbarten druckbeaufschlagten Kammer können unter Hochdruck stehende Gase unter den pilzförmig verbreiterten Teil der Dichtleiste greifen, um eine den Andruck erhöhende Kraftkom¬ ponente auf die Dichtleiste auszuüben. Dadurch werden die Dicht¬ leisten mit erhöhtem Andruck, und zwar abhängig vom abzu¬ dichtenden Gasdruck angepreßt, wodurch ihre Dichtigkeit verbes¬ sert wird.The features of claim 9 are advantageously provided. From the adjacent pressurized chamber can under High-pressure gases reach under the mushroom-shaped part of the sealing strip in order to exert a force component increasing the pressure on the sealing strip. As a result, the sealing strips are pressed with increased pressure, depending on the gas pressure to be sealed, as a result of which their tightness is improved.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 10 vorgesehen. Überraschenderweise ergibt sich aus der Parallelrotation des Kol¬ bens diese Möglichkeit eine am Kolben vorgesehene Lauffläche gleichzeitig mit zwei benachbarten Laufflächen der Umfangswand in Eingriff zu bringen. Es werden also gleichzeitig mit beiden Lauf¬ flächen der Umfangswand Kammern ausgebildet, von denen je nach Laufrichtung die eine als Kompressionskammer und die andere als Expansionskammer arbeitet. Hierdurch ergibt sich z.B. die Mög¬ lichkeit, eine selbstkomprimierende Brennkraftmaschine zu schaf¬ fen, bei der stets die eine Kammer Luft komprimiert, die nach ex¬ terner oder interner Gemischbildung in der anderen Kammer ver¬ brannt werden kann. Die bei einer solchen Brennkraftmaschine vorgesehene Trennung zwischen Kompressionskammer und Expan¬ sionskammer ergibt kühltechnische Vorteile mit besseren Teilwir¬ kungsgraden des Motors. Nach Ende der Expansion öffnet sich der Brennraum, und die heißen Gase werden sofort mit Frischluft in den Niederdruckauslaß geblasen. Durch diesen Spülvorgang werden die Restkohlenwasserstoffe nachverbrannt, so daß die Schadstoffe¬ mission erheblich geringer ist als bei anderen Verbrennungsmoto¬ ren. Die Expansionskammer kann auch als Saugpumpe, z.B. als Vakuumpumpe verwendet werden. Es entsteht eine Kolbenma¬ schine, bei der die Kompressionskammer Druckluft liefert, während die Expansionskammer als Vakuumpumpe arbeitet. Eine solche Kolbenmaschine kann bei bestimmten Fertigungsprozessen vorteil¬ haft sein, bei denen gleichzeitig Druckluft und Vakuum erforderlich ist.The features of claim 10 are advantageously provided. Surprisingly, the parallel rotation of the piston results in the possibility of simultaneously engaging a running surface provided on the piston with two adjacent running surfaces of the peripheral wall. Thus, chambers are formed simultaneously with both running surfaces of the peripheral wall, one of which, depending on the running direction, works as a compression chamber and the other as an expansion chamber. This results in e.g. the possibility of creating a self-compressing internal combustion engine in which one chamber always compresses air, which can be burned in the other chamber after external or internal mixture formation. The separation between the compression chamber and expansion chamber provided in such an internal combustion engine results in cooling advantages with better partial efficiency levels of the engine. After the expansion has ended, the combustion chamber opens and the hot gases are immediately blown into the low-pressure outlet with fresh air. The residual hydrocarbons are re-burned by this flushing process, so that the pollutant emission is considerably lower than with other combustion engines. The expansion chamber can also be used as a suction pump, e.g. can be used as a vacuum pump. The result is a piston machine in which the compression chamber supplies compressed air, while the expansion chamber works as a vacuum pump. Such a piston machine can be advantageous in certain manufacturing processes in which compressed air and vacuum are required at the same time.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 11 vorgesehen. In weitgehend beliebigen, im wesentlichen nur vom Platzbedarf be¬ stimmten Winkeln können über den Umfang eines größeren Motors verteilt mehrere Kammeranordnungen vorgesehen sein, jeweils mit einer am Kolben vorgesehenen Lauffläche und ein oder zwei an der Umfangswand vorgesehenen Laufflächen. Damit läßt sich bei¬ spielsweise ein Kompressor mit mehreren parallel arbeitenden Kammern oder eine Brennkraftmaschine mit mehreren Expansions¬ kammern oder mit einer beispielsweise gleichen Anzahl von Expan- sions- und Kompressionskammern vorsehen. Eine nur beispiels¬ weise hervorgehobene interessante Möglichkeit besteht in der Vor¬ sehung eines selbstangetriebenen Kompressors mit beispielsweise einer als Brennkraftmaschine arbeitenden Expansionskammer und mehreren von dieser angetriebenen Kompressionskammern.The features of claim 11 are advantageously provided. At largely any angle, essentially determined only by the space required, can extend over the circumference of a larger motor distributed several chamber arrangements can be provided, each with a tread provided on the piston and one or two treads provided on the peripheral wall. Thus, for example, a compressor with several chambers working in parallel or an internal combustion engine with several expansion chambers or with, for example, the same number of expansion and compression chambers can be provided. An interesting possibility highlighted only as an example is the provision of a self-propelled compressor with, for example, an expansion chamber operating as an internal combustion engine and a plurality of compression chambers driven by the latter.
Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 12 vorge¬ sehen. Auf diese Weise läßt sich in beispielsweise von Wankelmo¬ toren her bekannter Weise durch Mehrscheibenausbildung der Ma¬ schine die Leistung entsprechend der Anzahl paralleler Scheiben erhöhen. Durch Winkelversatz der Kurbeln und/oder Winkelversatz der Laufflächen in den Scheiben läßt sich der Gleichförmigkeitsgrad der Maschine verbessern und lassen sich Möglichkeiten schaffen, bei Ausbildung als Brennkraftmaschine unter Ausnutzung des Win¬ kelversatzes zwischen den Scheiben Kompressionskammern der einen Scheibe unmittelbar, und zwar ohne Druckzwischenspeiche- rung, Expansionskammern der anderen Scheibe beaufschlagen zu lassen.The features of claim 12 are also advantageous. In this way, in a manner known, for example, from Wankel motors, by designing the machine with multiple disks, the output can be increased in accordance with the number of parallel disks. By means of angular offset of the cranks and / or angular offset of the treads in the disks, the degree of uniformity of the machine can be improved and possibilities can be created in the case of training as an internal combustion engine using the angular misalignment between the disks compression chambers of the one disk directly, without pressure intermediate storage. tion to let expansion chambers act on the other pane.
Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 13 vorge¬ sehen. Bei dem gattungsgemäßen Konstruktionsprinzip, bei dem die Kammern stets nur entweder als Kompressionskammer oder als Ex¬ pansionskammer arbeiten, sind in den Hochdruckkanälen stets Ven¬ tile erforderlich. Diese können vorteilhaft als synchron zum Kol¬ benlauf gesteuerte Ventile ausgebildet sein, beispielsweise in Form von Hubventilen oder in Form von Drehschiebern.The features of claim 13 are also advantageous. With the generic design principle, in which the chambers always work only as either a compression chamber or an expansion chamber, valves are always required in the high-pressure channels. These can advantageously be designed as valves controlled in synchronism with the piston travel, for example in the form of globe valves or in the form of rotary valves.
Vorteilhaft können die Ventile von Kompressionskammern gemäß Anspruch 14 auch als Einwegventile, beispielsweise als fe¬ derbelastete Flatterventile ausgebildet sein, wobei ihre Federbela¬ stung den gewünschten Maximaldruck vorgibt. Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 15 vorgesehen. Die gemeinsame Lagerung zweier Kurbelwellen am Kolben ergibt be¬ reits eine Winkelsynchronisierung, die aber sehr spielempfindlich ist und zum Verklemmen führen kann. Die Spielabhängigkeit hängt aber von der Anzahl der Kurbelwellen ab, so daß bei mehr als zwei Kurbelwellen diese Synchronisierung allein ausreichen kann. Eine vollständig exakte Synchronisierung ergibt sich bei äußerer Koppe¬ lung der Kurbelwellen über Getriebesätze, so daß dann zwei Kur¬ belwellen zur Lagerung eines Kolbens ausreichen, ohne daß Klemmgefahr besteht.Advantageously, the valves of compression chambers can also be designed as one-way valves, for example as spring-loaded flap valves, their spring load stipulating the desired maximum pressure. The features of claim 15 are advantageously provided. The joint mounting of two crankshafts on the piston already results in an angle synchronization, which is very sensitive to play and can lead to jamming. The game dependency depends on the number of crankshafts, so that this synchronization alone can be sufficient with more than two crankshafts. A completely exact synchronization results when the crankshafts are externally coupled via gear sets, so that two crankshafts are then sufficient to support a piston without there being a risk of jamming.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 16 vorgesehen. Ein derartig gestalteter Kolben wird bei seiner Bewegung durch Kontakt mit dem im Laufraum befindlichen Gas gekühlt. Der Kolben kann zu diesem Zweck mit Rippen oder mit von Gas durchspülten Durchbrechungen versehen sein.The features of claim 16 are advantageously provided. A piston of this type is cooled as it moves by contact with the gas in the barrel. For this purpose, the piston can be provided with ribs or with openings flushed with gas.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 17 vorgesehen. Bei dieser Konstruktionsweise wird der Wärmeübergang aus den insbe¬ sondere bei einer Brennkraftmaschine oder bei einem hochverdich¬ teten Kompressor stark wärmebelasteten Kammern bzw. dem Lauf¬ raum zu den Lagern behindert, so daß die Lager kühl bleiben und die Möglichkeit gegeben ist, die Lager in einfacher Ausführung, ohne Kühlung, beispielsweise mit Dauerschmierung auszubilden. Die den Wärmedurchgang behindernden Teile können als Teile mit langem Weg und zwischengeschalteter Kühlung, z. B. Luftrippen, ausgebildet sein oder mit wärmeisolierenden Zwischenschichten.The features of claim 17 are advantageously provided. With this design, the heat transfer from the chambers, which are particularly heat-loaded in the case of an internal combustion engine or in the case of a highly compressed compressor, or the running space to the bearings is hindered, so that the bearings remain cool and there is the possibility of storing the bearings in simple design, without cooling, for example with permanent lubrication. The parts that hinder heat transfer can be used as parts with a long path and intermediate cooling, e.g. B. air ribs, be formed or with heat-insulating intermediate layers.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 18 vorgesehen. Da der Kolben auf mindestens zwei Kurbeln gelagert ist, reicht eine einseitige Lagerung unter Umständen aus und führt zu wesentlicher Konstruktionsvereinfachung und kompakterer Ausbildung der Ma¬ schine.The features of claim 18 are advantageously provided. Since the piston is supported on at least two cranks, one-sided mounting may be sufficient and leads to a significant simplification of construction and a more compact design of the machine.
In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schema¬ tisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 im Schnitt in der Achse einer der Kurbelwellen gemäßThe invention is shown, for example and schematically, in the drawings. Show it: Fig. 1 in section along the axis of one of the crankshafts
Linie 1 - 1 in Fig. 2 eine erfindungsgemäße Zweischeibenbrennkraftmaschine ,Line 1 - 1 in Fig. 2 is a two-disc internal combustion engine according to the invention,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2 - 2 in Fig. 1,2 shows a section along line 2 - 2 in FIG. 1,
Fig. 3 - 9 Darstellungen gemäß Fig. 2 in aufeinanderfolgenden Winkelstellungen des Kolbens,3 - 9 representations according to FIG. 2 in successive angular positions of the piston,
Fig. 10 - 15 in Ansicht entsprechend Fig. 2 unterschiedliche Kol¬ benvarianten verschiedener Ausführungsformen,10 - 15 in the view corresponding to FIG. 2 different piston variants of different embodiments,
Fig. 16 eine zur Verdeutlichung vergrößerte Darstellung des oberen Teiles der Fig. 2,16 is an enlarged illustration of the upper part of FIG. 2 for clarification,
Fig. 17 eine Darstellung entsprechend Fig. 16 einer Ausfüh¬ rungsvariante mit unterschiedlich großen Dichtleisten,17 shows a representation corresponding to FIG. 16 of an embodiment variant with sealing strips of different sizes,
Fig. 18 eine Darstellung entsprechend Fig. 17 mit schrägge¬ stellter Dichtleiste,18 shows a representation corresponding to FIG. 17 with an inclined sealing strip,
Fig. 19 einen schematischen Schnitt durch eine Dichtleiste mit gezahnter Oberfläche in Anlage an ihrer Gegenlaufflä¬ che,19 shows a schematic section through a sealing strip with a toothed surface in contact with its mating surface,
Fig. 20 einen Schnitt in Schnittrichtung der Fig. 1 durch eineFig. 20 shows a section in the cutting direction of Fig. 1 by a
Ausführungsvariante einer Kolbenmaschine mit einem eine Kammeranordnung aufweisenden Laufraum und thermischer Isolierung zu den Kurbelwellenlagern,Design variant of a piston machine with a running chamber having a chamber arrangement and thermal insulation to the crankshaft bearings,
Fig. 21 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 durch eine Kolben- maschine mit zwei kleineren und einer sehr großen Kammer,21 shows a section corresponding to FIG. 2 through a piston machine with two smaller and one very large chamber,
Fig. 22 - 27 Darstellungen gemäß Fig. 2 in aufeinanderfolgenden Winkelstellungen des Kolbens, Fig. 28 im Schnitt gemäß Fig. 2 eine weitere Variante einer22-27 representations according to FIG. 2 in successive angular positions of the piston, 28 in section according to FIG. 2 a further variant of a
Kolbenmaschine mit zylinderförmigen und elliptischen Laufflächen undPiston machine with cylindrical and elliptical running surfaces and
Fig. 29 eine Darstellung des unteren Teiles der Fig. 21 in ei¬ ner Variante mit mehreren Dichtleisten.29 shows a representation of the lower part of FIG. 21 in a variant with several sealing strips.
Anhand der Fig. 1, 2 und 3 sowie insbesondere der vergrößerten Darstellung der Fig. 16 wird zunächst die Grundkonstruktion des dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es handelt sich dabei um eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse 1, das aus Grün¬ den der zeichnerischen Vereinfachung einstückig dargestellt ist, das in praktischer Ausführung aber zu Montagezwecken mehrstückig, beispielsweise scheibenartig geteilt auszuführen ist. In dem Gehäuse sind zwei parallele identische Kurbelwellen 2, 2' gelagert, von denen die Kurbelwelle 2' in Fig. 3 sichtbar ist. Die Kurbelwellen durchsetzen zwei scheibenartig hintereinander angeordnete Lauf¬ räume 3, 3', von denen der Laufraum 3 im Schnitt der Fig. 2 ge¬ öffnet zu sehen ist.1, 2 and 3 and in particular the enlarged representation of FIG. 16, the basic construction of the illustrated embodiment is first explained. It is an internal combustion engine with a housing 1, which is shown in one piece for the sake of simplification of the drawing, but which in a practical embodiment has to be made in several pieces, for example, in a disk-like manner, for assembly purposes. Two parallel, identical crankshafts 2, 2 'are mounted in the housing, of which the crankshaft 2' is visible in FIG. 3. The crankshafts pass through two disk spaces 3, 3 'arranged one behind the other in the manner of disks, of which the barrel space 3 can be seen opened in the section of FIG. 2.
Die Kurbelwellen 2, 2' weisen in jedem Laufraum Kurbeln 4 auf, auf deren Kurbelzapfen 5 in jedem der Laufräume 3, 3' ein Kolben 6, 6' gelagert ist.The crankshafts 2, 2 'have cranks 4 in each running space, on the crank pin 5 of which a piston 6, 6' is mounted in each of the running spaces 3, 3 '.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die Kurbelwellen 2, 2' hinsichtlich ihrer Kurbeln für den dargestellten Kolben 6 identisch ausgebildet, und zwar insbesondere mit gleichem Kurbelradius und auch mit identi¬ scher Winkelstellung. Die Kurbelwellen laufen also winkelsynchron um. Dazu sind an einem oder beiden Kurbelwellenenden entspre¬ chende, mit Zahnrädern versehene Getriebesätze 7, 7' vorgesehen. Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß die Kurbelwelle 2 an ihrem am Ge¬ triebesatz 7 liegenden Ende die Stirnwand des Gehäuses 1 durch¬ setzt und. dort eine beispielsweise vorgesehene Triebscheibe 8 trägt. Der Getriebesatz 7' treibt eine Abtriebswelle 8'. Die Fig. 2 bis 9 zeigen, daß durch die Lagerung des Kolbens 6 auf den Kurbelzapfen 5 der beiden winkelsynchron gekoppelten Kur¬ belwellen 2, 2' der Kolben eine Umlaufbahn ausführt, die, wie in mehreren aufeinanderfolgenden Umlaufphasen in den Fig. 2 bis 9 dargestellt, als Parallelrotation bezeichnet werden kann. Der Kol¬ ben steht in allen Winkelstellungen der Kurbelwellen parallel zu seinen übrigen Stellungen. Jeder Punkt des Kolbens vollführt dabei eine Rotation mit dem Radius der Kurbeln 4, jedoch jeweils um einen eigenen Mittelpunkt. Es können daher auch mehr als zwei Kurbelwellen zur Lagerung eines Kolbens dienen, wie Fig. 13 in einer Ausführungsvariante eines Kolbens zeigt, der auf den Kurbel¬ zapfen dreier winkelsynchron gekoppelter Kurbelwellen läuft.As shown in FIG. 2, the crankshafts 2, 2 'are identical in terms of their cranks for the piston 6 shown, in particular with the same crank radius and also with an identical angular position. The crankshafts therefore rotate in synchronism with the angle. For this purpose, corresponding gear sets 7, 7 'are provided on one or both crankshaft ends. It can be seen from FIG. 1 that the crankshaft 2 passes through the end wall of the housing 1 at its end lying on the gear set 7 and. there carries a drive pulley 8 provided for example. The gear set 7 'drives an output shaft 8'. 2 to 9 show that by the bearing of the piston 6 on the crank pin 5 of the two angularly synchronized crank shafts 2, 2 ', the piston executes an orbit which, as in several successive orbital phases in FIGS. 2 to 9 shown, can be referred to as parallel rotation. The piston is parallel to its other positions in all angular positions of the crankshafts. Each point of the piston rotates with the radius of the cranks 4, but in each case around its own center. Therefore, more than two crankshafts can also be used to support a piston, as shown in FIG. 13 in an embodiment variant of a piston which runs on the crank pin of three crankshafts which are coupled in an angularly synchronous manner.
Anhand von Fig. 2 wird zunächst die Konstruktion weiter erläutert. Der Laufraum 3 ist von Parallelflächen 9, die senkrecht zu den Kurbelwellen 2, 2' stehen, sowie von einer Umfangswand 10 be¬ grenzt, welche überall senkrecht zu den Parallelwänden 9 steht.The construction is first further explained with reference to FIG. 2. The running space 3 is delimited by parallel surfaces 9, which are perpendicular to the crankshafts 2, 2 ', and by a peripheral wall 10, which is perpendicular to the parallel walls 9 everywhere.
In der Umfangswand 10 ist eine Lauffläche 11 vorgesehen, die in Form eines Halbzylinders ausgebildet ist im Schnitt der Fig. 2, also halbkreisförmig. An einer Stelle des Kolbens 6 ist als Dichtelement eine Dichtleiste 12 angeordnet, die bei der Parallelrotation des Kol¬ bens 6, wie dies die Fig. 2 bis 9 zeigen, einen Kreis beschreibt, auf dessen oberer Hälfte sie in Kontakt mit der Lauffläche 11 gleitet.In the peripheral wall 10, a tread 11 is provided, which is designed in the form of a half cylinder in the section of FIG. 2, that is to say semicircular. At one point of the piston 6, a sealing strip 12 is arranged as a sealing element, which, when the piston 6 rotates in parallel, as shown in FIGS. 2 to 9, describes a circle, on the upper half of which it slides in contact with the running surface 11 .
An dem in Fig. 2 rechts gelegenen Ende der Lauffläche 11 ist an der Umfangswand 10 als weiteres Dichtelement eine Dichtleiste 13 angeordnet. Dieser zugeordnet ist eine Lauffläche 14 im Kolben 6, die ebenfalls Halbzylinderform aufweist mit demselben Radius der Lauffläche 11. Zieht man gedachte Verbindungslinien durch die Endpunkte der Lauffläche 11 sowie durch die Endpunkte der Lauf¬ fläche 14 und vergleicht diese Verbindungslinien in den Umlauf¬ phasen der Fig. 2 bis 9, so ist zu erkennen, daß diese Verbindungs¬ linien stets zueinander parallel stehen.At the right end of the tread 11 in FIG. 2, a sealing strip 13 is arranged on the peripheral wall 10 as a further sealing element. Associated with this is a running surface 14 in the piston 6, which likewise has a semi-cylindrical shape with the same radius of the running surface 11. Draw imaginary connecting lines through the end points of the running surface 11 and through the end points of the running surface 14 and compare these connecting lines in the phases of the circulation 2 to 9, it can be seen that these connecting lines are always parallel to one another.
Durch Vergleich der aufeinanderfolgenden Phasen der Fig. 2 bis 9 sieht man ferner, daß in der Kurbelwinkelstellung der Fig. 8 gleichzeitig die Dichtleiste 12 des Kolbens 6 mit dem in den Figu¬ ren links liegenden Beginn der Lauffläche 11 der Umfangswand in Eingriff kommt und die Dichtleiste 13 mit der am Kolben ausgebil¬ deten Lauffläche 14 in Eingriff gelangt. Die Dichtleisten 12, 13 gleiten sodann (Fig. 9, 2, 3) an ihren Gegenlaufflächen 11, 14 bis zum jeweils gegenüberliegenden Ende der Lauffläche, bis sie, wie Fig. 4 zeigt, aneinander laufen. Sodann gelangen die Dichtflächen außer Eingriff, wie die Fig. 5 bis 7 zeigen. Bei Fig. 8 beginnt ein erneuter Eingriff.By comparing the successive phases of FIGS. 2 to 9, it can also be seen that in the crank angle position of FIG. 8 at the same time the sealing strip 12 of the piston 6 comes into engagement with the start of the running surface 11 of the peripheral wall lying on the left in the figures and the sealing strip 13 comes into engagement with the running surface 14 formed on the piston. The sealing strips 12, 13 then slide (FIGS. 9, 2, 3) on their mating surfaces 11, 14 to the opposite end of the tread until they run against one another, as shown in FIG. 4. The sealing surfaces then come out of engagement, as shown in FIGS. 5 to 7. A new intervention begins in FIG.
Zwischen den Laufflächen 11 und 14 bildet sich also eine allseitig umschlossene Kammer aus, die begrenzt wird von den Parallelflä¬ chen 9 sowie den Laufflächen 11 und 14. Diese Kammer wird von den Dichtleisten 12 und 13 abgedichtet sowie zusätzlich von in den Seitenflächen des Kolbens 6 vorgesehenen kreisförmig angeordne¬ ten Seitendichtstreifen 15, die gegenüber den Parallelflächen 9 ab¬ dichten.A chamber, which is enclosed on all sides, is formed between the running surfaces 11 and 14 and is delimited by the parallel surfaces 9 and the running surfaces 11 and 14. This chamber is sealed by the sealing strips 12 and 13 and additionally by in the side surfaces of the piston 6 provided circularly arranged side sealing strips 15 which seal against the parallel surfaces 9.
Diese durch Eingriff der Laufflächen 11 und 14 gebildete Kammer, die im folgenden als Kammer 11.14 bezeichnet wird, verändert bei Umlauf der Kurbelwellen 2, 2' gemäß Abfolge der Fig. 2 bis 9, also im Uhrzeigersinn, ihr Volumen. In Fig. 7 ist die Kammer 11.14 offen. Sie schließt sich bei Fig. 8 mit maximalem Volumen, das sich errechnet aus dem Abstand der Parallelflächen 9 sowie im wesentlichen einem Kreisquerschnitt mit dem Umlaufradius der Kurbeln 5. Folgt man den Fig. 9, 2, 3 und 4, so sieht man, daß sich die Kammer 11.14 bis im wesentlichen auf Null verkleinert und sodann, wie Fig. 5 zeigt, wieder öffnet, um sich bei Fig. 8 wieder zu schließen.This chamber formed by engagement of the treads 11 and 14, which is referred to below as chamber 11.14, changes its volume when the crankshafts 2, 2 'rotate according to the sequence of FIGS. 2 to 9, that is to say clockwise. In Fig. 7 the chamber 11.14 is open. It closes in Fig. 8 with maximum volume, which is calculated from the distance between the parallel surfaces 9 and essentially a circular cross-section with the radius of rotation of the cranks 5. If you follow Figs. 9, 2, 3 and 4, you can see that the chamber 11.14 is reduced to substantially zero and then, as shown in FIG. 5, opens again in order to close again in FIG. 8.
Bei der Kammer 11.14 handelt es sich bei der dargestellten Um- laufrichtung der Kurbelwellen im Uhrzeigersinn um eine Kompres¬ sionskammer. In geöffneter Stellung (Fig. 5 bis 7) steht sie mit dem Laufraum 3 in Verbindung und kann Gas geringen Druckes auf¬ nehmen, das beispielsweise durch einen Niederdruckeinlaßkanal 16 im Gehäuse 1 zuströmt. Beim Umlauf gemäß den Fig. 8, 9, 2 und 3 wird das Gas in der Kammer 11.14 komprimiert und schließlich durch einen Hochdruckauslaßkanal 17, dessen Öffnung in der Par¬ allelwand in den Fig. 2 bis 9 dargestellt ist, mit stark erhöhtem Druck ausgestoßen.In chamber 11.14, the direction of rotation of the crankshafts shown clockwise is a compression chamber. In the open position (FIGS. 5 to 7), it is connected to the running space 3 and can absorb gas of low pressure, which flows in, for example, through a low-pressure inlet channel 16 in the housing 1. 8, 9, 2 and 3, the gas in the chamber 11.14 is compressed and finally ejected through a high-pressure outlet channel 17, the opening of which is shown in the parallel wall in FIGS. 2 to 9, at a greatly increased pressure.
Wie die Fig. 2 bis 9 zeigen, ist seitlich neben der bisher beschrie¬ benen Lauffläche 11 in der Umfangswand 10 eine weitere Laufflä¬ che 18 angeordnet, die spiegelsymmetrisch zur Dichtleiste 13 iden¬ tisch mit der Lauffläche 11 ausgebildet ist. Die linken und rechten Endpunkte der Laufflächen 11 und 18 und der gemeinsame mittlere Endpunkt liegen auf einer Linie. An dem der Dichtleiste 12 gegen¬ überliegenden Ende der Lauffläche 14 des Kolbens 6 befindet sich eine weitere identische Dichtleiste 19.As shown in FIGS. 2 to 9, a further tread 18 is arranged laterally next to the previously described tread 11 in the peripheral wall 10, which is mirror-symmetrical to the sealing strip 13 and is identical to the tread 11. The left and right end points of the treads 11 and 18 and the common middle end point lie on a line. At the end of the running surface 14 of the piston 6 opposite the sealing strip 12 there is a further identical sealing strip 19.
Vergleicht man die Umlaufphasen des Kolbens 6 gemäß den Fig. 2 bis 9, so erkennt man, daß immer dann, wenn in der Kammer 11.14 die Dichtleiste 12 auf der Lauffläche 11 läuft und gleichzeitig die Dichtleiste 13 auf der Lauffläche 14 läuft, auch die Dichtleiste 19 in Eingriff mit der Lauffläche 18 auf dieser abläuft. Gleichzeitig zur Kammer 11.14 wird also auch eine bei gleicher Terminologie als Kammer 18.14 bezeichnete Kammer gebildet, die jedoch eine Volumenveränderung in umgekehrter Richtung wie die Kammer 11.14 erfährt. Wenn die Kammer 11.14 beim Umlauf des Kolbens 6 ihr Volumen verringert, wird gleichzeitig bei der Kammer 18.14 das Volumen vergrößert. Die Kammer 18.14 bildet daher eine Ex¬ pansionskammer, die zunächst (Fig. 5 bis 7) geöffnet ist, bei Fig. 8 mit Minimalvolumen beginnt und sodann bis Fig. 4 ihr Volumen zum maximalen Volumen vergrößert, um dann (Fig. 5) zu öffnen und bei Fig. 8 erneut zu schließen.Comparing the orbital phases of the piston 6 according to FIGS. 2 to 9, it can be seen that whenever the sealing strip 12 runs on the running surface 11 in the chamber 11.14 and at the same time the sealing strip 13 runs on the running surface 14, the sealing strip also runs 19 engages with the tread 18 on this. At the same time as chamber 11.14, a chamber is also formed with the same terminology as chamber 18.14, which, however, experiences a volume change in the opposite direction to chamber 11.14. If the chamber 11.14 reduces its volume when the piston 6 rotates, the volume is simultaneously increased in the chamber 18.14. The chamber 18.14 therefore forms an expansion chamber which is initially open (FIGS. 5 to 7), begins with the minimum volume in FIG. 8 and then increases its volume to the maximum volume until FIG. 4, and then closes (FIG. 5) open and close again at Fig. 8.
In der Kammer 18.14 mündet ebenfalls ein Hochdruckeinlaßkanal 20, der im Gegensatz zum Hochdruckauslaßkanal 17 jedoch nicht zum Auslaß komprimier! n Gases, sondern zum Einlaß kompri¬ mierten Gases vorgesehen ist, das beim Arbeitsspiel der Kammer 18.14 entspannt wird.A high-pressure inlet duct 20 also opens into the chamber 18.14, but in contrast to the high-pressure outlet duct 17, it does not compress to the outlet! n gas, but is provided for the inlet of compressed gas, which is relaxed during the working cycle of the chamber 18.14.
Die insoweit beschriebene Konstruktion kann als Brennkraft¬ maschine verwendet werden, die ersichtlich nach dem Eintaktprin- zip arbeitet, da sie für ein komplettes Arbeitsspiel nur 180° Kur¬ belwellenwinkel benötigt.The construction described so far can be used as an internal combustion engine, which can be seen after the single-stroke zip works because it only requires 180 ° crankshaft angle for a complete work cycle.
In der Kammer 11.14 wird durch den Niederdruckeinlaßkanal 16 einströmende Luft eingeschlossen, komprimiert und durch den Hochdruckauslaßkanal 17 einem nicht dargestellten Druckspeicher zugeführt. Aus diesem wird die komprimierte Luft durch den Hochdruckeinlaßkanal 20 zu einem Zeitpunkt geringen Kammer¬ volumens der Kammer 18.14 oder durch den Hochdruckeinlaßkanal 20' der Kammer 18'.14' zugeführt und dort zur Explosion ge¬ bracht. Dazu wird Brennmittel, z.B. Benzin oder Dieselkraftstoff mit nicht dargestellten Einspritzeinrichtungen zugeführt, z.B. in Form einer Saugrohreinspritzung in den Hochdruckeinlaßkanal oder in Form einer Direkteinspritzung direkt in die Kammer. Es kann in der dargestellten Stufenbohrung 21 eine Zündkerze oder Einspritz¬ düse angeordnet sein. Nach Expansion und Öffnen der Kammer 18.14 kann das verbrannte Gas aus einem dem Niederdruckeinla߬ kanal 16 gegenüberliegenden Niederdruckauslaßkanal 22 entwei¬ chen.Air flowing in through the low-pressure inlet duct 16 is enclosed in the chamber 11.14, compressed and fed through the high-pressure outlet duct 17 to a pressure accumulator (not shown). From this, the compressed air is fed through the high-pressure inlet channel 20 to the chamber 18.14 at a point in time when the chamber volume is small or through the high-pressure inlet channel 20 'to the chamber 18'.14', where it is exploded. For this purpose, fuel, e.g. Petrol or diesel fuel supplied with injectors, not shown, e.g. in the form of an intake manifold injection into the high-pressure inlet duct or in the form of a direct injection directly into the chamber. A spark plug or injection nozzle can be arranged in the stepped bore 21 shown. After expansion and opening of the chamber 18.14, the burned gas can escape from a low-pressure outlet channel 22 opposite the low-pressure inlet channel 16.
Abweichend von der in Fig. 2 dargestellten Anordnung kann bei¬ spielsweise in einer einfacheren Ausführung die Expansionskammer 18.14 und die Kompressionskammer 11 M4' weggelassen werden. Es sind dann immer noch eine Kompressionskammer 11.14 und eine Expansionskammer 18 '.14' vorhanden, die in der zuvor be¬ schriebenen Weise zusammenarbeiten können.Deviating from the arrangement shown in FIG. 2, the expansion chamber 18.14 and the compression chamber 11 M4 'can be omitted, for example in a simpler embodiment. There is then still a compression chamber 11.14 and an expansion chamber 18 '.14', which can work together in the manner described above.
Die Brennkraftmaschine kann auch nach dem Dieselprinzip ar¬ beiten. Dann ist in der Stufenbohrung 21 eine Einspritzdüse vorzu¬ sehen, die komprimiert der Kammer 18.14 zugeführter Luft zum Zeitpunkt geringen Kammervolumens Brennstoff einspritzt. Da mit den dargestellten Kammern 11.14 und 18.14 sehr große Volumen¬ veränderungen erreichbar sind, kann mit der Kammer 11.14 ohne weiteres Luft auf den erforderlichen Druck von beispielsweise 30 - 60 bar gebracht werden. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Hochdruckkanäle 17 und 20 in un¬ mittelbarer Umgebung der zwischen den Kammern 11.14 und 18.14 liegenden, an der Umfangswand 10 vorgesehenen Dichtleiste 13 angeordnet, also im Bereich jeweils minimalen Kammervolumens. Die Niederdruckkanäle 16 und 22, die zum Einlaß und Auslaß die¬ nen, liegen gegenüber jeweils in dem Bereich, in dem die zugehöri¬ gen Kammern 11.14 und 18.14 Gas aufnehmen bzw. abgeben sol¬ len. Durch die Rotation des Kolbens 6 im Uhrzeigersinne wird eine Spülung vom Niederdruckeinlaßkanal 16 zum Niederdruckausla߬ kanal 22 begünstigt, so daß Vermischungen von Frisch- und Abgas vermieden werden.The internal combustion engine can also operate on the diesel principle. An injection nozzle is then to be seen in the stepped bore 21, which injects compressed air supplied to the chamber 18.14 at the time when the chamber volume is small. Since very large volume changes can be achieved with the chambers 11.14 and 18.14 shown, the chamber 11.14 can be used to bring the air to the required pressure of 30-60 bar, for example. As shown in FIG. 2, the high-pressure channels 17 and 20 are arranged in the immediate vicinity of the sealing strip 13 provided between the chambers 11.14 and 18.14 and provided on the peripheral wall 10, that is to say in the area of the minimum chamber volume. The low-pressure channels 16 and 22, which serve for the inlet and outlet, lie opposite each other in the area in which the associated chambers 11.14 and 18.14 are to receive or release gas. The rotation of the piston 6 in the clockwise direction favors purging from the low-pressure inlet duct 16 to the low-pressure outlet duct 22, so that mixing of fresh and exhaust gases is avoided.
Die Hochdruckkanäle 17 und 20 müssen Ventile aufweisen, die im Falle der Kompressionskammer 11.14 bei maximaler Kompression zum Auslaß des hochgespannten Gases geöffnet und im Falle der Expansionskammer 18.14 nach Einlaß des hochgespannten Gases schließen müssen. Es können dazu synchron zum Umlauf der Kur¬ belwellen 2, 2' gesteuerte Ventile vorgesehen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 1 Drehschieber 23, 23' die vom jeweiligen Getriebesatz 7, 7' synchron zu den Kurbelwellen ange¬ trieben sind und die Hochdruckkanäle, die im Schnitt der Fig. 1 nicht zu sehen sind, steuern. Im Falle einer Kompressionskammer können dazu auch jeweils in Gasrichtung durchlässige Einwegven¬ tile vorgesehen sein, die beispielsweise als federbelastete Flatter¬ ventile ausgebildet sind.The high-pressure channels 17 and 20 must have valves which, in the case of the compression chamber 11.14, must be opened at maximum compression for the outlet of the high-pressure gas and, in the case of the expansion chamber 18.14, must close after the high-pressure gas has been admitted. For this purpose, valves controlled in synchronism with the rotation of the crankshafts 2, 2 'can be provided. In the illustrated embodiment, FIG. 1 shows rotary valves 23, 23 'which are driven by the respective gear set 7, 7' synchronously with the crankshafts and which control the high-pressure channels, which cannot be seen in the section of FIG. 1. In the case of a compression chamber, one-way valves which are permeable in the gas direction can also be provided for this purpose, which are designed, for example, as spring-loaded flutter valves.
Anhand der Fig. 3 und insbesondere Fig. 16 sollen die Dichtleisten 12, 13 und 19 in ihrem Aufbau beschrieben werden. Sie sind im wesentlichen identisch ausgebildet und werden am Beispiel der Dichtleiste 13 im einzelnen beschrieben.The structure of the sealing strips 12, 13 and 19 will be described with reference to FIG. 3 and in particular FIG. 16. They are essentially identical and are described in detail using the example of the sealing strip 13.
Die Dichtleiste 13 besitzt eine im Querschnitt kreisförmige Oberflä¬ che 24, deren Mittelpunkt 25 auf einem Radius zum Mittelpunkt 26 der Lauffläche 11 steht, der dem Radius der Kurbeln 5 der Kurbel¬ wellen 2, 2' entspricht. Der Radius der Oberfläche 24 der Dichtlei¬ ste 13, bezogen auf ihren Mittelpunkt 25, muß zum Umlaufradius der Kurbeln 5 addiert werden, um den Radius der Lauffläche 11, bezogen auf ihren Mittelpunkt 26, zu ergeben. Der Radius der Lauffläche 14 des Kolbens ist identisch mit dem der Lauffläche 11. Das gleiche gilt für die bereits beschriebene Lauffläche 18. Beim Gleiten der Dichtleisten auf ihren jeweiligen Gegenlaufflächen, also Dichtleiste 12 auf Gegenlauffläche 11, Dichtleiste 13 auf Gegen¬ lauffläche 14 und Dichtleiste 19 auf Gegenlauffläche 18, sieht man im Ablauf der Fig. 2 bis 9, daß die Dichtleisten mit sich ständig ändernder Anlagelinie an den Gegenlaufflächen ablaufen, die sich jeweils als Hüllkurve des Umlaufes einer Dichtleiste bei Parallelro¬ tation des Kolbens 6 ergeben.The sealing strip 13 has a surface 24 which is circular in cross section, the center 25 of which is on a radius to the center 26 of the running surface 11 which corresponds to the radius of the cranks 5 of the crankshafts 2, 2 '. The radius of the surface 24 of the sealing strip 13, based on its center point 25, must be added to the circumferential radius of the cranks 5 to the radius of the tread 11, based on their center point 26. The radius of the running surface 14 of the piston is identical to that of the running surface 11. The same applies to the already described running surface 18. When the sealing strips slide on their respective counter-running surfaces, ie sealing strip 12 on counter-running surface 11, sealing strip 13 on counter-running surface 14 and sealing strip 19 on mating surface 18, one can see in the sequence of FIGS. 2 to 9 that the sealing strips run with a constantly changing contact line on the mating surfaces, which each result as an envelope curve of the rotation of a sealing strip with parallel rotation of the piston 6.
Die untereinander im wesentlichen identisch ausgebildeten Dichtlei¬ sten 12, 13 und 19 sind, wie in Fig. 3 und 16 am Beispiel der Dichtleiste 13 erläutert, mit einem Schieber 27 in einer Schiebefüh¬ rung verschiebbar gelagert und bilden an ihrem der Oberfläche 14 gegenüberliegenden Ende einen Kolben 28 aus, der in einem Zylin¬ der mit Räumen 29 und 30 gleitet. In beiden Räumen 29 und 30 sind den Kolben 28 von oben und unten beaufschlagende Federn vorgesehen (in Fig. 16 schematisch mit Wellenlinien angedeutet), die die Dichtleiste in definierter Mittelstellung halten. Der außer¬ halb des Kolbens 28 gelegene Raum 30 kann in bevorzugter Ausführungsform mit einer nicht dargestellten Bohrung mit einer der benachbarten Kammern verbunden sein, um von dieser mit Hochdruckgas beaufschlagt zu werden, welches die Dichtleiste mit zusätzlicher Vorspannung zur dichtenden Anlage an ihre Lauffläche drückt. In Fig. 17 ist eine solche Bohrung 100 gestrichelt darge¬ stellt. Sie dient zur Gasbeaufschlagung der Dichtleiste 120.The sealing strips 12, 13 and 19, which are essentially identical to one another, are, as explained in FIGS. 3 and 16 using the example of the sealing strip 13, slidably mounted with a slide 27 in a sliding guide and form at their end opposite the surface 14 a piston 28 which slides in a cylinder with spaces 29 and 30. In both rooms 29 and 30 springs are applied to the piston 28 from above and below (indicated schematically in FIG. 16 with wavy lines) which hold the sealing strip in a defined central position. In a preferred embodiment, the space 30 located outside the piston 28 can be connected to one of the adjacent chambers with a bore, not shown, in order to be acted upon by this with high-pressure gas, which presses the sealing strip against its running surface with additional preload for the sealing contact. Such a bore 100 is shown in dashed lines in FIG. 17. It serves to pressurize the sealing strip 120.
Die insoweit beschriebene Konstruktion ist als Brennkraftmaschine mit Kompressionskammer 11.14 und Expansionskammer 18.14 lauffähig. In den Fig. 1 bis 9 ist jedoch ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem diese Kammeranordnung doppelt in symmetri¬ scher Lage zu den Kurbelwellen 2, 2' vorgesehen ist. Symmetrisch gegenüberliegend zu den Kurbelwellen 2, 2' sind zu den bereits er¬ läuterten Kammern 11.14 und 18.14 zwei Kammern vorgesehen, die mit identischen Bezugszeichen, jeweils mit Beistrich versehen, bezeichnet sind. Die Lage der Laufflächen 11' und 18' ist, wie Fig. 2 zeigt, gegenüber den Laufflächen 11 und 18 vertauscht, da ent¬ sprechend der Umlaufrichtung des Kolbens 6 im Uhrzeigersinn die Kammer 11 '.14' eine Kompressionskammer entsprechend der Kammer 11.14 ist, während die Kammer 18 '.14' eine Expansions¬ kammer ist. Entsprechend ist auch die Lage der zu- und abführen¬ den Niederdruckkanäle 16', 22' sowie der Hochdruckkanäle 17'und 20' vertauscht.The construction described so far can run as an internal combustion engine with compression chamber 11.14 and expansion chamber 18.14. 1 to 9, however, an embodiment is shown in which this chamber arrangement is provided twice in the symmetrical position with respect to the crankshafts 2, 2 '. Symmetrically opposite to the crankshafts 2, 2 ', two chambers are provided for the already explained chambers 11.14 and 18.14, which are identified by identical reference numerals, each with a comma. The position of the treads 11 'and 18' is, as Fig. 2 shows, exchanged with respect to the running surfaces 11 and 18, since the chamber 11 '.14' is a compression chamber corresponding to the chamber 11.14, corresponding to the direction of rotation of the piston 6, while the chamber 18 '.14' is an expansion chamber . Accordingly, the position of the supply and discharge low-pressure channels 16 ', 22' and the high-pressure channels 17 'and 20' is reversed.
Die insgesamt in den Fig. 1 bis 9 dargestellte Konstruktion bildet also eine Brennkraftmaschine aus, die pro Scheibe zwei Kompressi¬ onskammern und zwei Expansionskammern, insgesamt also vier Kompressions- und vier Expansionskammern aufweist. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Kurbeln 4 der Kurbelwellen in den Laufräumen 3 und 3' zueinander winkelversetzt. Die Kolben 6, 6' laufen also mit Phasenversatz. Dadurch ist beispielsweise erreichbar, daß die Kompressionskammern der einen Scheibe zu einem Zeitpunkt Hochdruckgas abgeben, in dem die Expansionskammern der ande¬ ren Scheibe Hochdruckgas benötigen.The construction shown overall in FIGS. 1 to 9 thus forms an internal combustion engine which has two compression chambers and two expansion chambers per disk, that is to say a total of four compression and four expansion chambers. 1 shows, the cranks 4 of the crankshafts in the running spaces 3 and 3 'are angularly offset from one another. The pistons 6, 6 'thus run with a phase shift. This makes it possible, for example, for the compression chambers of the one disc to release high-pressure gas at a point in time in which the expansion chambers of the other disc require high-pressure gas.
In nicht dargestellter Ausführung kann eine Brennkraftmaschine auch mehr als die zwei dargestellten Scheiben aufweisen.In an embodiment not shown, an internal combustion engine can also have more than the two disks shown.
In nicht dargestellter Ausführung kann auch in einer Scheibe bei¬ spielsweise nur eine Doppelkammeranordnung mit Kammern 11.14 und 18.14 vorgesehen sein. Ein entsprechender Kolben mit nur ei¬ ner Lauffläche 14 ist in Fig. 10 dargestellt. In weiter vereinfachter Ausführung kann für den in Fig. 10 dargestellten Kolben mit nur einer Lauffläche 14 auch nur eine Gegenlauffläche, beispielsweise die Lauffläche 11 in der Umfangswand 10 vorgesehen sein. Es han¬ delt sich dann um einen reinen Kompressor, der fremd angetrieben werden muß und der pro Scheibe nur eine Kompressionskammer aufweist. In entsprechender Ausführung, wie in Fig. 2 gezeigt, kann ein solcher reiner Kompressor pro Scheibe auch zwei Kom¬ pressionskammern (jedoch keine Expansionskammern) aufweisen.In an embodiment not shown, only one double-chamber arrangement with chambers 11.14 and 18.14 can also be provided in a pane, for example. A corresponding piston with only one running surface 14 is shown in FIG. 10. In a further simplified embodiment, for the piston shown in FIG. 10 with only one running surface 14, only one counter running surface, for example the running surface 11, can be provided in the peripheral wall 10. It is then a pure compressor which has to be driven externally and which has only one compression chamber per disc. In a corresponding embodiment, as shown in FIG. 2, such a pure compressor can also have two compression chambers per disc (but no expansion chambers).
In anderer Ausführungsform können beispielsweise in einer Scheibe nur Expansionskammern und in einer anderen Scheibe nur Kom- pressionskammern vorgesehen sein. Wie diese wenigen Beispiele zeigen, bietet die Erfindung einen erheblichen Variationsspielraum.In another embodiment, for example, only expansion chambers can be in one pane and only com- ponents in another pane. compression chambers may be provided. As these few examples show, the invention offers considerable scope for variation.
So kann beispielsweise ein Kompressor mit Eigenantrieb derart ausgebildet sein, daß beispielsweise in den in Fig. 1 dargestellten zwei Scheiben nur in einer Scheibe eine Expansionskammer vorge¬ sehen ist, die den Kompressor nach dem Brennkraftprinzip antreibt, jede Scheibe aber zwei Kompressionskammern aufweist. Wie Be¬ rechnungen zeigen, reicht eine Expansionskammer zum Antrieb von vier Kompressionskammern aus.For example, a self-propelled compressor can be designed such that, for example, in the two disks shown in FIG. 1, only one disk has an expansion chamber which drives the compressor according to the internal combustion principle, but each disk has two compression chambers. As calculations show, one expansion chamber is sufficient to drive four compression chambers.
Am Umfang eines Laufraumes können auch mehr als zwei Kam¬ meranordnungen vorgesehen sein, die jeweils entweder aus einer Expansionskammer oder einer Kompressionskammer oder einer Expansions- und einer Kompressionskammer bestehen können. Dies zeigen die Darstellungen der Figuren 10 bis 15.More than two chamber arrangements can also be provided on the circumference of a running space, each of which can consist of either an expansion chamber or a compression chamber or an expansion and a compression chamber. This is shown by the illustrations in FIGS. 10 to 15.
Fig. 10 zeigt einen Kolben mit nur einer Lauffläche 14, mit dem eine Einfach- oder Doppelkammeranordnung vorsehbar ist. Fig. 13 zeigt einen Kolben mit drei Laufflächen für drei derartige Kamme¬ ranordnungen. Fig. 11 zeigt zum Vergleich den in den Fig. 1 bis 9 beschriebenen Kolben für zwei derartige Kammeranordnungen.10 shows a piston with only one running surface 14, with which a single or double chamber arrangement can be provided. 13 shows a piston with three running surfaces for three such chamber arrangements. For comparison, FIG. 11 shows the piston described in FIGS. 1 to 9 for two such chamber arrangements.
Fig. 12 zeigt einen Kolben mit zwei Laufflächen, die jedoch, wenn man mit Fig. 11 vergleicht, schräg zur Verbindungslinie der Kur¬ belwellen angeordnet sind. Die Fig. 14 und 15 zeigen auf, daß ohne weiteres größere Zahlen von Kammeranordnungen möglich sind. Die geometrischen Verhältnisse müssen lediglich vom Platzbedarf her berücksichtigt werden. Die Parallelrotationsbewegung des Kol¬ bens macht eine weitgehend beliebig große Anzahl von Kammeran¬ ordnungen pro Kolben möglich.FIG. 12 shows a piston with two running surfaces, which, however, when compared with FIG. 11, are arranged obliquely to the connecting line of the crankshafts. 14 and 15 show that larger numbers of chamber arrangements are easily possible. The geometric conditions only need to be taken into account in terms of space requirements. The parallel rotation movement of the piston makes a largely arbitrarily large number of chamber arrangements possible per piston.
Bei der Ausführungsform der Fig. 12 ist noch zu beachten, daß bei dieser die von den Laufflächen 14, 14' des Kolbens auf die Kurbel¬ zapfen 5 ausgeübten Kräfte in anderem Winkel als bei der Ausfüh¬ rungsform der Fig. 2 bis 9 und 11 einwirken. Dies kann auch auf andere Weise erreicht werden. So kann bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die Kam¬ meranordnung mit den Kammern 11.14 und 18.14 zur Verbin¬ dungslinie der Kurbelwellen 2, 2' schräg gekippt angeordnet sein. Die Verbindungslinie der Dichtleisten 12 und 19 des Kolbens 6 liegt dann also schräg zur Verbindungslinie der Kurbelwellen 2, 2'. Entsprechend sind die Laufflächen 11 und 14 derart schräg gekippt anzuordnen, daß die Verbindungslinie ihrer Endpunkte parallel zur Verbindungslinie der Dichtleisten 12 und 19 des Kolbens 6 steht. Auch auf diese Weise läßt sich die Einleitung der in den Kammern entstehenden Kräfte in die Kurbeln unter optimierten Winkeln ge¬ stalten.In the embodiment of FIG. 12, it should also be noted that the forces exerted by the running surfaces 14, 14 'of the piston on the crank pin 5 at a different angle than in the embodiment of FIGS. 2 to 9 and 11 act. This can also be achieved in other ways. Thus, in the embodiment shown in FIG. 2, the chamber arrangement with the chambers 11.14 and 18.14 can be arranged inclined at an angle to the connecting line of the crankshafts 2, 2 '. The connecting line of the sealing strips 12 and 19 of the piston 6 is then at an angle to the connecting line of the crankshafts 2, 2 '. Correspondingly, the running surfaces 11 and 14 are to be arranged tilted at an angle such that the connecting line of their end points is parallel to the connecting line of the sealing strips 12 and 19 of the piston 6. In this way, too, the introduction of the forces arising in the chambers into the cranks can be designed at optimized angles.
Derselbe Effekt günstigerer Krafteinleitung in die Kurbeln läßt sich auch durch Vergrößerung des Kurbelwellenabstandes bei ansonsten gleichbleibender Geometrie der Kammern erreichen.The same effect of more favorable introduction of force into the cranks can also be achieved by increasing the distance between the crankshafts while maintaining the geometry of the chambers.
Fig. 17 zeigt eine Ausführungsvariante, deren Unterschiede zur vorbeschriebenen Konstruktion im Vergleich mit Fig. 16 zu erken¬ nen sind. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.FIG. 17 shows an embodiment variant whose differences from the construction described above can be seen in comparison with FIG. 16. The same parts are provided with the same reference numerals.
Abweichend von der in Fig. 16 dargestellten Ausführungsform ist die am linken Ende der Lauffläche 14 des Kolbens 6 sitzende Dichtleiste 120 stark vergrößert, wie der Vergleich mit der Dicht¬ leiste 12 der Konstruktion gemäß Fig. 16 zeigt. Im Ausführungsbei¬ spiel ist sie in ihrem Radius, also in ihren Gesamtabmessungen, verdoppelt.Deviating from the embodiment shown in FIG. 16, the sealing strip 120 seated at the left end of the running surface 14 of the piston 6 is greatly enlarged, as the comparison with the sealing strip 12 of the construction according to FIG. 16 shows. In the exemplary embodiment, it is doubled in its radius, that is to say in its overall dimensions.
Entsprechend ist die linke stationäre Lauffläche 110 gegenüber der gestrichelt dargestellten Lauffläche 11, die derjenigen der Kon¬ struktion der Fig. 16 entspricht, vergrößert. Der Mittelpunkt der ursprünglichen Lauffläche 11 lag bei 26. Der Mittelpunkt der neuen Lauffläche 110 liegt bei 260. Ersichtlich ist die Vergrößerung nach links asymetrisch, wie die seitliche Verschiebung der Mittelpunkte 26 bzw. 260 zeigt. Dies ergibt sich daraus, daß die Dichtleiste 120 nicht nur in ihrem Radius verdoppelt, sondern auch entsprechend mit ihrem Mittelpunkt von 25 nach 250 seitlich versetzt ist. Daraus ergibt sich eine Form der neuen Lauffläche 110, die nach links und oben erweitert ist, am rechten Ende zur Dichtleiste 13 hin aber in die ursprüngliche Lauffläche 11 übergeht.Correspondingly, the left stationary tread 110 is enlarged compared to the tread 11 shown in dashed lines, which corresponds to that of the construction in FIG. 16. The center point of the original tread 11 was at 26. The center point of the new tread 110 was at 260. The magnification to the left is clearly asymmetrical, as the lateral shift of the center points 26 and 260 shows. This results from the fact that the sealing strip 120 is not only doubled in its radius, but is also offset laterally with its center from 25 to 250. Out of it this results in a shape of the new tread 110, which is widened to the left and up, but merges at the right end towards the sealing strip 13 into the original tread 11.
Ansonsten ist die Konstruktion völlig unverändert, also insbeson¬ dere hinsichtlich der gesamten Geometrie der Kurbelwellen, des Kolbens 6, dessen Lauffläche 14 und der Lauffläche 18 der rechts gelegenen stationären Kammer 18.14.Otherwise, the construction is completely unchanged, in particular with regard to the entire geometry of the crankshafts, the piston 6, its running surface 14 and the running surface 18 of the stationary chamber 18.14 on the right.
Die neu gebildete vergrößerte Kammer 110.14 zeichnet sich gegen¬ über der ursprünglichen Konstruktion gemäß Fig. 16 durch ein um im Ausführungsbeispiel 25 % vergrößertes maximales Volumen und entsprechend vergrößertes maximales Kompressionsverhältnis aus. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Gesamtkonstruktion un¬ verändert. Der Ablauf in den einzelnen Phasen entsprechend den Fig. 2 bis 9 ist unverändert.The newly formed enlarged chamber 110.14 is distinguished from the original construction according to FIG. 16 by a maximum volume increased by 25% in the exemplary embodiment and a correspondingly increased maximum compression ratio. Otherwise the mode of operation of the overall construction remains unchanged. The sequence in the individual phases according to FIGS. 2 to 9 is unchanged.
Die vergrößerte Dichtleiste 120 kann auch mit anderen Maßen ab¬ weichend von den Dichtleisten 13 und 19 gestaltet sein, beispiels¬ weise noch größer oder etwas kleiner. Die neue Lauffläche 110 ist in ihrem Umfang entsprechend anzupassen.The enlarged sealing strip 120 can also be designed with other dimensions different from the sealing strips 13 and 19, for example even larger or somewhat smaller. The size of the new tread 110 must be adjusted accordingly.
Mit dieser Konstruktion ist es möglich, ohne Veränderung der son¬ stigen Geometrie bei der Doppelkammeranordnung 18.14, 110.14 die beiden Kammern unterschiedlich groß zu gestalten. Sieht man die Anordnung spiegelsymmetrisch rechts/links vertauscht vor, also mit vergrößerter Dichtleiste 19, so wäre die rechte Kammer größer als die linke. Es ist natürlich auch möglich, beide Dichtleisten 120 und 19 des Kolbens 6 abweichend von der an der Umfangswand 10 stationär vorgesehenen Dichtleiste 13 auszubilden, entweder beide gleich oder auch untereinander unterschiedlich. Dann würde die Dichtfläche 14 des Kolbens unverändert bleiben. Beide stationären Dichtflächen 11 und 18 wären aber entsprechend zu verändern.With this construction it is possible to make the two chambers of different sizes without changing the other geometry in the double-chamber arrangement 18.14, 110.14. If one sees the arrangement mirror-symmetrically right / left interchanged, ie with an enlarged sealing strip 19, the right chamber would be larger than the left. It is of course also possible to design both sealing strips 120 and 19 of the piston 6 differently from the sealing strip 13 provided stationary on the peripheral wall 10, either both the same or different from one another. Then the sealing surface 14 of the piston would remain unchanged. Both stationary sealing surfaces 11 and 18 would have to be changed accordingly.
Fig. 18 zeigt eine Variante der Konstruktion der Fig. 17 in gleicher Darstellung. Übereinstimmende Teile sind mit denselben Bezugs¬ zeichen versehen. Die Bezugszeichen geänderter Teile wurden ebenfalls beibehalten, jedoch mit einem Beistrich versehen.Fig. 18 shows a variant of the construction of Fig. 17 in the same representation. Corresponding parts are provided with the same reference symbols. The reference numbers of changed parts have been changed also retained, but with a comma.
Wie man sofort sieht, bezieht sich die Änderung auf die am linken Ende der Kammer 110'.14, also am linken Ende der Lauffläche 14 des Kolbens 6 gelegene Dichtleiste 120'.As can be seen immediately, the change relates to the sealing strip 120 'located at the left end of the chamber 110'.14, that is to say at the left end of the running surface 14 of the piston 6.
Betrachtet man zum Vergleich noch einmal die vergrößerte Dicht¬ leiste 120 der Fig. 17, so sieht man, daß diese ebenso wie die am rechten Ende der Lauffläche 14 des Kolbens gelegene Dichtleiste 25 mit ihrer Symmetrieebene genau parallel zur Symmetrieebene der ihr benachbarten Lauffläche 14 liegt. Daraus ergibt sich, wie Fig. 17 zeigt, ein maximaler Umfangswinkel der Gegenlauffläche 110 der Kammer von etwa 180° . Auch bei der gestrichelt dargestellten kleineren Dichtleiste 12 kann die entsprechende kleinere Gegenlauf¬ fläche 11 nur über etwa 180° befahren werden. Dadurch ist die maximale Kammergröße, die in Fig. 17 dargestellt ist, beschränkt.If one looks at the enlarged sealing strip 120 of FIG. 17 again for comparison, it can be seen that this sealing strip 25, like the sealing strip 25 located at the right end of the running surface 14 of the piston, lies exactly parallel to the plane of symmetry of the neighboring running surface 14 with its plane of symmetry . As shown in FIG. 17, this results in a maximum circumferential angle of the counter surface 110 of the chamber of approximately 180 °. In the case of the smaller sealing strip 12 shown in dashed lines, the corresponding smaller counter-running surface 11 can only be traveled over about 180 °. This limits the maximum chamber size shown in FIG. 17.
In Fig. 18 ist dargestellt, daß dort die vergrößerte Dichtleiste 120' mit ihrer strichpunktiert dargestellten Symmetrieebene unter einem Schrägwinkel a gegenüber der ebenfalls mit strichpunktierter Linie dargestellten Symmetrieebene der ihr benachbarten Lauffläche 14 angeordnet ist. Zusätzlich ergibt der Vergleich mit Fig. 17, daß die Kreissektoroberfläche der Dichtleiste 120' über einen etwas größe¬ ren Winkelbereich ausgebildet ist. Damit ergibt sich die Möglich¬ keit, die Dichtleiste 120' über einen ebenfalls um a vergrößerten Winkelbereich über 180° hinaus in Anlage an der entsprechend verlängerten Gegenlauffläche 110' zu führen. Dadurch kann das maximale Kammervolumen, wie der Vergleich der Fig. 17 und 18 zeigt, noch einmal erheblich vergrößert werden ohne Änderung der Kurbelwellen.18 shows that the enlarged sealing strip 120 'with its dash-dotted plane of symmetry is arranged at an oblique angle a with respect to the plane of symmetry of the adjacent tread 14, which is also shown with a dash-dotted line. In addition, the comparison with FIG. 17 shows that the circular sector surface of the sealing strip 120 'is formed over a somewhat larger angular range. This results in the possibility of guiding the sealing strip 120 'over an angular range likewise enlarged by a beyond 180 ° in contact with the correspondingly lengthened counter-running surface 110'. As a result, the maximum chamber volume, as the comparison of FIGS. 17 and 18 shows, can be increased considerably again without changing the crankshafts.
Insbesondere kann, wie Fig. 18 zeigt, wiederum die linke Kammer 110'.14 stark vergrößert werden, während die rechte Kammer 18.14 klein gehalten ist, da bei ihr die Dichtleiste 25 unter 90° an¬ geordnet ist und außerdem eine wesentlich kleinere Oberfläche ihres Kreissektors aufweist. In Fig. 18 ist innerhalb der vergrößerten Dichtleiste 120' auch die kleinere Dichtleiste 12' unter demselben Winkel dargestellt (gestrichelt). Auch hier ergibt sich durch die andere Winkela¬ nordnung eine entsprechend vergrößerte Gegenlauffläche 11' mit entsprechender Kammervergrößerung.In particular, as shown in FIG. 18, the left-hand chamber 110'.14 can again be greatly enlarged, while the right-hand chamber 18.14 is kept small, since it has the sealing strip 25 arranged at 90 ° and also a substantially smaller surface area of it Circular sector. 18, the smaller sealing strip 12 'is also shown (dashed) within the enlarged sealing strip 120' at the same angle. Here, too, the other angular arrangement results in a correspondingly enlarged counter-running surface 11 'with a corresponding chamber enlargement.
Fig. 19 zeigt im Schnitt eine Dichtleiste 300, die in ihrer Grund¬ konstruktion der Ausführung der Dichtleisten 12 oder 120 ent¬ spricht. Ihre Oberfläche ist jedoch gerippt ausgebildet, wobei diese Rippungen sich in Längsrichtung der Dichtleiste 300 erstrecken und mehr oder weniger fein bei entsprechender Rippenanzahl ausgebil¬ det sein können. Die Dichtleiste 300 läuft an ihrer Gegenlauffläche 301.19 shows in section a sealing strip 300 which corresponds in its basic construction to the design of the sealing strips 12 or 120. However, their surface is ribbed, these ribs extending in the longitudinal direction of the sealing strip 300 and being more or less fine with a corresponding number of ribs. The sealing strip 300 runs on its counter surface 301.
Im dargestellten Fall befindet sich links von der Dichtleiste 300 eine Kammer höheren Druckes. Bei Undichtigkeiten, beispielsweise beim Abheben der Dichtleiste 300 von der Gegenlauffläche 301, strömt also Gas in Richtung der dargestellten Pfeile durch einen Spalt zwischen der Dichtleiste 300 und der Gegenlauffläche 301 hindurch. Dadurch kommt es zu Kompressionsverlusten.In the case shown, a chamber of higher pressure is located to the left of the sealing strip 300. In the event of leaks, for example when the sealing strip 300 is lifted off the counter-running surface 301, gas flows in the direction of the arrows shown through a gap between the sealing strip 300 and the counter-running surface 301. This leads to loss of compression.
Durch die gerippte Oberfläche der Dichtleiste 300 wird der in Pfeil¬ richtung strömende Leckgasstrom jedoch stark behindert, da er auf¬ grund der gerippten Oberfläche über Täler und Berge der Rippun¬ gen hinweg strömen muß. Es kommt zu Verwirbelungen in den Tälern und somit zu einer Bremsung des Gasstromes, folglich zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes des sich zwischen der Dichtleiste 300 und der Gegenlauffläche 301 bildenden Spaltes. Da¬ durch wird die Dichtigkeit bei abhebender Dichtleiste verbessert.The ribbed surface of the sealing strip 300, however, severely impedes the leakage gas flow flowing in the direction of the arrow, since it has to flow across valleys and mountains of the ribs due to the ribbed surface. Turbulence occurs in the valleys and thus the gas flow is slowed down, consequently increasing the flow resistance of the gap formed between the sealing strip 300 and the counter-running surface 301. This improves the tightness when the sealing strip lifts off.
Zusätzlich oder alternativ kann die Dichtigkeit einer Dichtleiste auch dadurch verbessert werden, und zwar insbesondere auch bei Dichtleisten mit glatter Oberfläche, also beispielsweise der Dicht¬ leiste 120 der Fig. 17, wenn das Abheben auf andere Weise verhin¬ dert wird. Zum Abheben kommt es zumeist, wenn bei Störungen des glatten Laufes die Dichtleiste in ihrer federnden Lagerung schwingt bzw. rattert. Solche Schwingungsbewegungen können durch Stoßdämpfung unterbunden werden. Dazu können in der fe¬ dernden Lagerungsaufnahme einer Dichtleiste stoßdämpfende Ein¬ richtungen vorgesehen sein, z. B. hydraulische Dämpfungseinrich¬ tungen nach Art konventioneller hydraulischer Kolbenstoßdämpfer.Additionally or alternatively, the tightness of a sealing strip can also be improved, in particular also in the case of sealing strips with a smooth surface, that is to say, for example, the sealing strip 120 of FIG. 17 if the lifting off is prevented in another way. Lifting usually occurs when the sealing strip vibrates or rattles in its resilient mounting in the event of smooth running malfunctions. Such vibrational movements can can be prevented by shock absorption. For this purpose, shock-absorbing devices can be provided in the resilient bearing seat of a sealing strip, e.g. B. hydraulic damping devices in the manner of conventional hydraulic piston shock absorbers.
Fig. 20 zeigt eine Konstruktionsvariante einer Kolbenmaschine, de¬ ren Grundkonstruktion zunächst im Vergleich mit der Konstruktion gemäß den Fig. 1 und 2 beschrieben wird.20 shows a construction variant of a piston machine, the basic construction of which is first described in comparison with the construction according to FIGS. 1 and 2.
Die in Fig. 20 dargestellte Konstruktion ist im Längsschnitt, also im Schnitt entsprechend Fig. 1 dargestellt. Die Konstruktion weist nur einen Laufraum auf mit einem Kolben 406 mit Lauffläche 414 und Dichtleiste 412 (vergleiche Fig. 2). Am Umfang des Laufraumes ist im Schnitt der Teil einer Lauffläche 418 mit stationärer Dichtleiste 413 erkennbar. Die Kammer ist geöffnet. Der Kolben steht also etwa in der Stellung gemäß Fig. 5. Im Gegensatz zum Kolben der Fig. 1 und 2 bildet der Kolben 406 der Konstruktion der Fig. 20 nur auf seiner Oberseite eine Lauffläche aus (wie der Kolben der Fig. 10). Es sind aber auch alle anderen Kolbenformen, wie z.B. die der Fig. 11 - 15 möglich.The construction shown in FIG. 20 is shown in longitudinal section, that is, in the section corresponding to FIG. 1. The construction has only one running space with a piston 406 with running surface 414 and sealing strip 412 (see FIG. 2). The part of a running surface 418 with a stationary sealing strip 413 can be seen on average around the circumference of the running space. The chamber is open. The piston is therefore approximately in the position according to FIG. 5. In contrast to the piston of FIGS. 1 and 2, the piston 406 of the construction of FIG. 20 only forms a running surface on its upper side (like the piston of FIG. 10). But there are also all other piston shapes, such as 11-15 possible.
Der Kolben 406 läuft zwischen den Parallelwänden 409 des Lauf¬ raumes in einem Gehäuse 401. Dieses weist, jeweils im Abstand zum Laufraum angeordnet, Lagerungen für Kurbelwellen 402 auf, welche über Kurbeln 404 verbundene Kurbelzapfen 405 aufweisen, auf denen der Kolben 406 mit im Abstand angeordneten Teilen ge¬ lagert ist.The piston 406 runs between the parallel walls 409 of the running space in a housing 401. This, arranged at a distance from the running space, has bearings for crankshafts 402 which have crank pins 405 connected via cranks 404 on which the piston 406 is spaced apart arranged parts ge is stored.
Die Konstruktion entspricht im wesentlichen der Grundkonstruktion der Fig. 1 in einscheibiger Ausführung, also mit nur einem Lauf¬ raum und nur einem Kolben. Die Lagerungen der Kurbelwelle im Gehäuse 401 und des Kolbens 406 auf den Kurbelzapfen 405 sind aber jeweils im Abstand zum Laufraum und zum Kolben vorgese¬ hen.The construction corresponds essentially to the basic construction of FIG. 1 in a single-disc design, that is to say with only one running space and only one piston. However, the bearings of the crankshaft in the housing 401 and of the piston 406 on the crank pin 405 are each provided at a distance from the running space and from the piston.
Das Gehäuse 401 weist zwischen dem Laufraum 418, 413, 409 und den Lagerungen auf der Kurbelwelle 402 zwischengeschaltete Teile 420 auf, durch die im Laufraum entstehende Wärme geleitet wer¬ den muß, um zu den Kurbelwellenlagern zu gelangen. Diese Teile 420 können, wie die Fig. 2 zeigt, sehr lang ausgebildet sein, wo¬ durch der Wärmefluß behindert wird. Es können an dieser Stelle Kühleinrichtungen, wie beispielsweise innere Kühlkanäle vorgese¬ hen sein oder zur Luftkühlung dienende Kühlrippen auf der Ober¬ fläche, um auf diese Weise den Wärmeübergang vom Lauf räum zu den Lagern zu verringern. Ferner können die Teile 420 beispiels¬ weise wärmeisolierend ausgebildet sein. Mit einer oder mehrerer dieser Möglichkeiten kann der Wärmeübergang vom wärmebela¬ steten Laufraum zu den Kurbelwellenlagern drastisch verringert werden. Diese können also als einfache Kugellager mit Dauer¬ schmierung vorgesehen sein, die keiner besonderen Kühlung bedür¬ fen, wie dies sonst bei Kurbelwellenlagern von Brenn¬ kraftmaschinen oder Kompressoren aus Wärmebelastungsgründen erforderlich ist.The housing 401 has parts interposed between the running space 418, 413, 409 and the bearings on the crankshaft 402 420, through which heat generated in the running space must be conducted in order to reach the crankshaft bearings. These parts 420, as shown in FIG. 2, can be made very long, as a result of which the heat flow is impeded. Cooling devices, such as, for example, inner cooling channels or cooling fins on the surface which serve for air cooling, can be provided at this point in order to reduce the heat transfer from the running space to the bearings. Furthermore, the parts 420 can be heat-insulating, for example. With one or more of these possibilities, the heat transfer from the heat-stressed running space to the crankshaft bearings can be drastically reduced. These can therefore be provided as simple ball bearings with permanent lubrication, which do not require any special cooling, as is otherwise necessary in crankshaft bearings of internal combustion engines or compressors for reasons of thermal stress.
Diese Überlegungen gelten auch für die Lagerungen des Kolbens 406 auf den Kurbelzapfen 405. Auch hier sind zwischen dem Kol¬ ben 406 und seinen Lagerstellen zwischengeschaltete Teile 421 vor¬ gesehen, durch die die Wärme von wärmebelasteten Kolben 406, also von seiner wärmebelasteten Lauffläche 414 zu den Lagerstellen auf den Kurbelzapfen 405 geleitet wird. Diese zwischengeschalteten Teile 421 können entsprechend wie die Teile 420 des Motorgehäu¬ ses 401 mit Kühleinrichtungen versehen sein, beispielsweise mit luftgekühlten Rippen oder wärmedämmend. Dann können auch Ku¬ gellager auf den Kurbelzapfen 405 ohne übliche Schn-rierrnittelküh- lung vorgesehen sein. Durch Einsparung eines entsprechenden Kühlkreislaufes läßt sich die Motorkonstruktion erheblich vereinfa¬ chen.These considerations also apply to the bearings of the piston 406 on the crank pin 405. Here too, intermediate parts 421 are provided between the piston 406 and its bearing points, through which the heat from heat-loaded pistons 406, ie from its heat-loaded bearing surface 414, is increased the bearings on the crank pin 405 is passed. These intermediate parts 421 can, like the parts 420 of the motor housing 401, be provided with cooling devices, for example with air-cooled ribs or heat-insulating. Then ball bearings can also be provided on the crank pin 405 without the usual cooling means cooling. By saving a corresponding cooling circuit, the engine design can be considerably simplified.
Bei Kolbenmaschinen mit thermisch hoch belasteten Kammern kann natürlich auch auf andere Weise für Wärmeabfuhr Sorge getragen werden, beispielsweise durch Wasserkühlkanäle im Gehäuse in der Nähe der dort vorgesehenen Laufflächen sowie durch Flüssigkeits¬ kühlung des Kolbens, die beispielsweise mit Ölkanälen im Kolben erfolgen kann, die an die beiden Kurbelwellen über die Lager ange- schlössen sind. Es ist aber auch Luftkühlung beim Gehäuse mög¬ lich, beispielsweise durch eine äußere Verrippung. Auch der Kol¬ ben kann mit Gaskühlung allein ausreichend gekühlt werden.In piston machines with thermally highly loaded chambers, heat dissipation can of course also be taken care of in other ways, for example by water cooling channels in the housing in the vicinity of the treads provided there, and by liquid cooling of the piston, which can take place, for example, with oil channels in the piston the two crankshafts via the bearings are locks. However, air cooling in the housing is also possible, for example by means of external ribbing. The piston can also be sufficiently cooled with gas cooling alone.
Betrachtet man beispielsweise in Fig. 2 den dort dargestellten Kol¬ ben 6, so sieht man, daß dieser im Laufraum ständig umläuft und dabei in intensivem Gaskontakt mit dem ständig zuströmenden kühlen Frischgas steht. Wird der Kolben außerhalb seiner Laufflä¬ chen 14 und 14' beispielsweise in seiner Oberfläche stark verrippt, so kann dadurch ausreichende Gaskühlung des Kolbens bewirkt werden. Der Kolben kann auch mit Durchbrechungen versehen werden, beispielsweise (siehe Fig. 2) einer Durchbrechung, die etwa in gedachter Linie zwischen den Öffnungen 16 und 22 des Ge¬ häuses 1 verlaufend im oberen Teil des Kolbens 6 zwischen seiner Lauffläche 14 und den Lagerungen auf den Kurbeln 5 hindurchgeht und die beim Umlauf des Kolbens luftdurchströmt wird.If, for example, in FIG. 2, the piston 6 shown there is seen, it can be seen that it rotates continuously in the running space and is in intensive gas contact with the constantly flowing cool fresh gas. If the piston is heavily ribbed outside its running surfaces 14 and 14 ', for example in its surface, sufficient gas cooling of the piston can be brought about. The piston can also be provided with openings, for example (see FIG. 2) of an opening which runs approximately in the imaginary line between the openings 16 and 22 of the housing 1 in the upper part of the piston 6 between its running surface 14 and the bearings passes through the cranks 5 and which is flowed through by air as the piston rotates.
Anhand von Fig. 20 soll eine weitere Möglichkeit zur Konstrukti¬ onsvereinfachung dargestellt werden. Wird die in der Fig. 20 rechts dargestellte Kurbelwelle 402 komplett weggelassen, so ist der Kol¬ ben 406 gegenüber dem Gehäuse 401 nur noch auf der links darge¬ stellten Kurbelwelle 402 gelagert. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß nach dem Konstruktionsprinzip dieser Kolbenmaschine, wie die Darstellungen der Fig. 10 bis 15 zeigen, der Kolben auf jeder Seite stets auf zwei oder mehr Kurbeln gel ert ist, von denen im Schnitt der Fig. 20 nur eine dargestellt ist. Eine einseitige Lagerung auf zwei oder mehr Kurbeln kann unter Umständen aber zur exakten Lagerung des Kolbens ausreichen, wodurch die Konstruktion we¬ sentlich vereinfacht werden kann.Another possibility for simplifying the construction is to be illustrated with the aid of FIG. 20. If the crankshaft 402 shown on the right in FIG. 20 is completely omitted, the piston 406 is only supported on the crankshaft 402 shown on the left relative to the housing 401. It has to be taken into account that according to the construction principle of this piston machine, as the illustrations in FIGS. 10 to 15 show, the piston on each side is always on two or more cranks, only one of which is shown in the section of FIG. 20 is. A one-sided mounting on two or more cranks can, under certain circumstances, be sufficient for the exact mounting of the piston, as a result of which the construction can be considerably simplified.
Dazu ist aber besser der Abstand zwischen dem Kolben und seiner Lagerung auf dem Kurbelzapfen möglichst kurz zu halten bzw. der Kolben unmittelbar auf dem Kurbelzapfen zu lagern, und es sollte der Kolben ausreichende seitliche Führung an den Parallelflächen seines Laufraumes haben, wie dies die Fig. 1 zeigt. Wird die in Fig. 1 dargestellte Konstruktion in der Schnittlinie 2 - 2 getrennt, so könnte der im auf der linken Seite verbleibenden Teil der Kon- struktion befindliche Kolben 6' auch bei einseitiger Lagerung auf zwei Kurbelwellen mit ausreichend exakter Führung laufen.To do this, it is better to keep the distance between the piston and its bearing on the crank pin as short as possible or to store the piston directly on the crank pin, and the piston should have sufficient lateral guidance on the parallel surfaces of its running space, as shown in FIG. 1 shows. If the construction shown in FIG. 1 is separated in the section line 2-2, the part of the con- Piston 6 'located structurally run even with one-sided bearing on two crankshafts with sufficiently precise guidance.
In den Fig. 1 - 19 sind die Dichtelemente, die eine Kammer be¬ grenzen, stets wesentlich kleiner als der Kurbelradius des Kolbens dargestellt. Bei der Ausfuhrungsform der Fig. 17 haben beispiels¬ weise die Dichtleisten 13 und 19 einen Oberflächenradius, der etwa ein Viertel des Kurbelradius beträgt. Die größere Dichtleiste 120 hat einen Oberflächenradius, der etwa halb so groß ist wie der Kur¬ belradius. Die Dichtleisten sind in den bisher beschriebenen Aus- führungsformen stets abgefedert gelagert, wie dies auch die Fig. 17 zeigt.1 to 19, the sealing elements which delimit a chamber are always shown to be substantially smaller than the crank radius of the piston. In the embodiment of FIG. 17, for example, the sealing strips 13 and 19 have a surface radius which is approximately a quarter of the crank radius. The larger sealing strip 120 has a surface radius that is approximately half the size of the crank radius. In the previously described embodiments, the sealing strips are always spring-loaded, as is also shown in FIG. 17.
Abweichend von diesen Ausführungsformen können die Dichtele¬ mente mit wesentlich größeren Oberflächen, verglichen mit dem Kurbelradius, ausgebildet sein, und sie können auch ohne Federung als starre Teile des Kolbens oder der Gehäusewand ausgebildet sein. Dies ist in einem Beispiel in Fig. 21 erläutert.In a departure from these embodiments, the sealing elements can be designed with significantly larger surfaces compared to the crank radius, and they can also be designed as rigid parts of the piston or the housing wall without suspension. This is explained in an example in FIG. 21.
Fig. 21 zeigt im Schnitt quer zu den Kurbelwellen ein Gehäuse 501, in dem auf Kurbelzapfen 505 dreier Kurbelwellen ein Kolben 506 zur Parallelrotation gelagert ist. An der Umfangswand des darge¬ stellten Laufraumes ist eine sehr große Lauffläche 530 ausgebildet, die im Querschnitt die Form eines Kreisabschnittes aufweist und an deren einem Ende eine Dichtleiste 531 kleinen Querschnittes gehäuseseitig angeordnet ist. Am Kolben 506 ist eine als Gegenlauffläche für die Dichtleiste 531 dienende Lauffläche 532 vorgesehen. Diese erstreckt sich von der Ecke am Ort der Dichtleiste 531 bis zu der mit einem Strich 533 markierten Um- fangsstelle, also über knapp 180°. Es schließt ein im Querschnitt kreisförmig ausgebildeter Teil des Kolbens 506 an, und zwar zwi¬ schen dem Markierungsstrich 533 und der Ecke 534. Dieser im Querschnitt kreisförmige Oberflächenteil des Kolbens bildet das Dichtelement 535 aus, das bei der Parallelrotation des Kolbens 506 auf der Lauffläche 530 abläuft, und zwar bei Parallelrotation des Kolbens 506 im Uhrzeigersinne zwischen dem Beginn der Lauffläche 530 bei dem Niederdruckeinlaßkanal 516 bis zum Ende der Lauffläche 530 bei der Dichtleiste 531.FIG. 21 shows a cross section to the crankshafts of a housing 501 in which a piston 506 for parallel rotation is mounted on crank pins 505 of three crankshafts. A very large running surface 530 is formed on the peripheral wall of the running space shown, which has the shape of a circular section in cross-section and on one end of which a sealing strip 531 of small cross-section is arranged on the housing side. A running surface 532 serving as a counter surface for the sealing strip 531 is provided on the piston 506. This extends from the corner at the location of the sealing strip 531 to the circumferential point marked with a line 533, that is to say over almost 180 °. This is followed by a part of the piston 506 which is circular in cross section, namely between the marking line 533 and the corner 534. This surface part of the piston which is circular in cross section forms the sealing element 535 which, when the piston 506 rotates in parallel, on the running surface 530 expires, with parallel rotation of the piston 506 clockwise between the beginning of the Tread 530 at low pressure inlet duct 516 to the end of tread 530 at sealing strip 531.
Es ist hiermit eine Arbeitskammer 530.532 gebildet, die durch die Laufflächen 530 und 532 sowie die Dichtelemente 531 und 535 be¬ grenzt ist. Während der Parallelrotation läuft unter Kammerbildung das Dichtelement 535 auf der Lauffläche 530 ab, während die Dichtleiste 531 auf der Lauffläche 532 abläuft. Es liegen hierbei dieselben Kammerbildungsverhältnisse vor, wie sie bei den vorher¬ gehenden Ausfuhrungsformen beschrieben sind. Im Unterschied dazu ist hier lediglich das Verhältnis der Oberflächen der Dichtele¬ mente sehr groß gewählt, und es weist das Dichtelement 535 einen Oberflächenradius auf, der sein viel größer ist als der Kurbelradius. Außerdem ist bei dieser Ausfαhrungsform das Dichtelement 535 nicht abgefedert. Es kann also nur mit einem spielbedingt erforder¬ lichen Spalt gegenüber seiner Gegenlauffläche 530 abdichten. Die Kammer 530.532 ist also im wesentlichen nur als Niederdruck¬ kompressionskammer verwendbar, weist allerdings ein sehr großes Kammervolumen auf und kann somit zur Kompression großer Luft¬ mengen auf niedrige Drücke verwendet werden.A working chamber 530.532 is hereby formed, which is delimited by the running surfaces 530 and 532 and the sealing elements 531 and 535. During the parallel rotation, the sealing element 535 runs on the running surface 530 while forming a chamber, while the sealing strip 531 runs on the running surface 532. The same chamber formation conditions are present as are described in the previous embodiments. In contrast to this, only the ratio of the surfaces of the sealing elements is chosen to be very large, and the sealing element 535 has a surface radius which is much larger than the crank radius. In addition, the sealing element 535 is not cushioned in this embodiment. It can only seal against its counter surface 530 with a gap required due to play. The chamber 530.532 can therefore essentially only be used as a low-pressure compression chamber, but has a very large chamber volume and can therefore be used to compress large amounts of air to low pressures.
Bei Verwendung dieser Kammer 530.532 als Kompressionskammer kann das komprimierte Gas durch einen Auslaßkanal 536 mit Ventil 537 gewonnen werden.When using this chamber 530.532 as a compression chamber, the compressed gas can be obtained through an outlet channel 536 with valve 537.
Bei der Ausführungsform der Fig. 21 ist die Kammer 530.532 kombiniert mit den beiden Kammern 110.14 und 18.14 der Ausfüh¬ rungsform der Fig. 18. Dazu ist am Kolben 506 die Lauffläche 14 vorgesehen, an deren beiden Enden die Dichtleiten 19 und 120' sit¬ zen. Das Gehäuse 501 bildet hier die Laufflächen 110' sowie 18 aus. Einzelheiten dieser beiden Kammern sind der zeichnerischen Vereinfachung wegen fortgelassen.In the embodiment of FIG. 21, the chamber 530.532 is combined with the two chambers 110.14 and 18.14 of the embodiment in FIG. 18. For this purpose, the tread 14 is provided on the piston 506, on both ends of which the sealing lines 19 and 120 'are seated Zen. The housing 501 forms the running surfaces 110 ′ and 18 here. Details of these two chambers have been omitted for the sake of simplifying the drawing.
Bei entsprechender Konstruktion der Gasführungskanäle, die im einzelnen nicht näher erläutert ist, kann die Kammer 530.532 als Niederdruckkompressionskammer verwendet werden, während das Kammerpaar 110'.14, 18.14 in der oben beschriebenen Weise eine Brennkraftmaschine bildet, die den Kompressor antreibt. Die Nie¬ derdruckkompressionskammer 530.532 kann aber auch als Vor¬ kompressionskammer dienen, wobei das in ihr vorkomprimierte Gas zur Nachkompression in geeigneter Weise der Kompressions¬ kammer 110'.14 zugeführt wird. Es ergäbe sich ein Zweistufen¬ kompressor, der sehr hohe Ausgangsdrücke erreichen kann. Bei Verwendung als fremdgetriebener Kompressor könnte die Expan¬ sionskammer 18.14 entfallen.With a corresponding design of the gas guide channels, which is not explained in detail, the chamber 530.532 can be used as a low-pressure compression chamber, while the chamber pair 110'.14, 18.14 in the manner described above Forms internal combustion engine that drives the compressor. The low-pressure compression chamber 530.532 can, however, also serve as a pre-compression chamber, the gas pre-compressed therein being suitably supplied to the compression chamber 110'.14 for post-compression. The result would be a two-stage compressor that can reach very high outlet pressures. When used as an externally driven compressor, the expansion chamber 18.14 could be omitted.
Fig. 21 zeigt ein weiteres Konstruktionsdetail, das bei Verwendung als Brennkraftmaschine zur Vermeidung von Spülverlusten von großem Vorteil ist. Bei der dargestellten Konstruktion bildet bei der angegebenen Laufrichtung des Kolbens im Uhrzeigersinn die Kam¬ mer 18.14 die Expansionskammer. Nach Öffnen dieser Kammer soll in der in Fig. 21 dargestellten Stellung des Kolbens 506 das verbrannte Abgas die Maschine durch den Niederdruckauslaßkanal 522 verlassen, und zwar nach Möglichkeit, ohne sich mit dem Frischgas des Niederdruckeinlaßkanales 516 zu vermischen. Zu diesem Zweck ist an dem Trennsteg zwischen den Nie¬ derdruckkanälen 516 und 522 eine Lauffläche 540 ausgebildet und an einer Nase 541 des Kolbens 506 ein Dichtelement 542, das wäh¬ rend des kritischen Kurbelwinkelbereiches, bei dem sich die Expan¬ sionskammer 18.14 öffnet, dichtend an der Lauffläche 540 läuft und eine Gasabdichtung zwischen den Niederdruckkanälen 522 und 516 schafft, so daß in diesem kritischen Zeitbereich eine Vermischung von Abgas und Frischgas vermieden wird.21 shows a further construction detail, which is of great advantage when used as an internal combustion engine in order to avoid flushing losses. In the construction shown, the chamber 18.14 forms the expansion chamber in the clockwise direction of movement of the piston. After opening this chamber, in the position of the piston 506 shown in FIG. 21, the burned exhaust gas is to leave the machine through the low-pressure outlet channel 522, if possible without mixing with the fresh gas of the low-pressure inlet channel 516. For this purpose, a running surface 540 is formed on the separating web between the low-pressure channels 516 and 522, and a sealing element 542, which seals during the critical crank angle range at which the expansion chamber 18.14 opens, is formed on a nose 541 of the piston 506 runs on the tread 540 and creates a gas seal between the low-pressure channels 522 and 516, so that mixing of exhaust gas and fresh gas is avoided in this critical time range.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der in Fig. 21 darge¬ stellten Konstruktion sind in den Fig. 22 - 27 mehrere Phasen eines Arbeitstaktes dargestellt. Zur zeichnerischen Vereinfachung sind die Bezugszeichen weggelassen. Diese ergeben sich aus Fig. 21.For a better understanding of the mode of operation of the construction shown in FIG. 21, several phases of a work cycle are shown in FIGS. 22-27. To simplify the drawing, the reference numerals are omitted. These result from FIG. 21.
In der Stellung der Fig. 25 gelangt das große Dichtelement 535 des Kolbens 506 in Eingriff mit der Lauffläche 530 und beginnt, Frischgas im Uhrzeigersinn zu pumpen. In der Winkelstellung ge¬ mäß Fig. 26 schließt sich die große Kammer 530.532 und beginnt mit der Verdichtung über die Stellung der Fig. 27 hin bis zur Stel- lung der Fig. 22 mit Gasauslaß aus dem Auslaßkanal 536. Das Gas wird der Hochdruckkompressionskammer 110 '.14 zugeführt, die sich zu diesem Zeitpunkt gerade geschlossen hat, und von dieser nachverdichtet. Die Hochdruckkompressionskammer 110'.14 erhält aber auch ohne Hilfe der Niederdruckkompressionskammer Frisch¬ gas, so daß die Niederdruckkompressionskammer auch zu anderen Zwecken verwendet werden kann.In the position of FIG. 25, the large sealing element 535 of the piston 506 engages with the tread 530 and begins to pump fresh gas clockwise. In the angular position according to FIG. 26, the large chamber 530.532 closes and begins to compress through the position of FIG. 27 to the position 22 with gas outlet from the outlet channel 536. The gas is fed to the high-pressure compression chamber 110 '.14, which has just closed at this time, and is compressed again by this. The high-pressure compression chamber 110'.14 also receives fresh gas without the help of the low-pressure compression chamber, so that the low-pressure compression chamber can also be used for other purposes.
Die Expansionskammer 18.14 beginnt bei Stellung gemäß Fig. 22 mit der Expansion und expandiert bis zur Stellung der Fig. 24. Jetzt gelangt die Nase 541 mit ihrem Dichtelement 542 in dichtenden Eingriff mit der Lauffläche 540 und sperrt die Niederdruckkanäle 522 und 516 gegeneinander. Bei der nun erfolgenden Öffnung der Expansionskammer 18.14 strömt Abgas als ohne Vermischung mit dem Frischgas aus dem Niederdruckauslaßkanal 522. Das Ausspü¬ len des Abgases wird in den Stellungen gemäß Fig. 25 und Fig. 26 dadurch unterstützt, daß der Kolben mit seinem großen Dichtele¬ ment 535 bereits Frischgas im Uhrzeigersinn umpumpt.22 begins with the expansion according to FIG. 22 and expands to the position shown in FIG. 24. Now the nose 541 with its sealing element 542 comes into sealing engagement with the tread 540 and blocks the low-pressure channels 522 and 516 against one another. When the expansion chamber 18.14 now opens, exhaust gas flows out of the low-pressure outlet channel 522 as without mixing with the fresh gas. The flushing of the exhaust gas is supported in the positions according to FIGS. 25 and 26 in that the piston with its large sealing element pump 535 is already pumping fresh gas clockwise.
In den bisher geschilderten Ausführungsvarianten sind die Dichte¬ lemente bzw. Dichtleisten stets mit im Querschnitt kreisförmigen Oberflächen ausgebildet. Entsprechend ergeben sich die Laufflä¬ chen als beim Parallelrotationsumlauf von diesen Dichtelementen bestrichene im Querschnitt kreisförmige Flächen.In the previously described embodiment variants, the sealing elements or sealing strips are always designed with surfaces which are circular in cross section. Correspondingly, the running surfaces result as surfaces which are circular in cross-section and are covered by these sealing elements during the parallel rotation.
Es sind allerdings auch andere Oberflächenformen möglich, wie insbesondere Kegelschnitte, also z.B. Abschnitte von Kreisen, Ellipsen und Parabeln, aber auch Spiralabschnitte. Die Gegenlauf¬ flächen, die von solchen Dichtelementformen bestrichen werden, sind dabei der Oberflächenform des Dichtelementes ähnlich. Sie ergeben sich in einfacher Konstruktion durch Verlängerung der von einem gemeinsamen Punkt ausgehenden Strahlen um den Kurbel¬ radius über die Oberfläche des Dichtelementes hinaus. Wie bereits an den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen deutlich gewor¬ den, ergeben sich bei kreisförmiger Oberfläche des Dichtelementes im Querschnitt kreisförmige Laufflächen. Bei elliptischer Ober¬ fläche des Dichtelementes ergibt sich eine elliptische Lauffläche. Ein solches Beispiel mit elliptischen Flächen ist in Fig. 28 erläutert.However, other surface shapes are also possible, such as in particular conic sections, for example sections of circles, ellipses and parabolas, but also spiral sections. The mating surfaces that are coated by such sealing element shapes are similar to the surface shape of the sealing element. They result in a simple construction by extending the rays emanating from a common point by the crank radius beyond the surface of the sealing element. As has already become clear from the exemplary embodiments described above, this results in the case of a circular surface of the sealing element treads circular in cross section. An elliptical surface of the sealing element results in an elliptical running surface. Such an example with elliptical surfaces is explained in FIG. 28.
Fig. 28 zeigt einen einfachen Niederdruckkompressor mit zwei symmetrisch angeordneten identischen Kammern.Fig. 28 shows a simple low pressure compressor with two symmetrically arranged identical chambers.
Der Kompressor weist ein Gehäuse 601 auf, in dem auf drei Kur¬ beln 605 ein Kolben 606 im Uhrzeigersinn umläuft. Die Umlauf¬ kurven der Kurbelmittelpunkte sind mit Kreisen dargestellt.The compressor has a housing 601 in which a piston 606 rotates clockwise on three cranks 605. The revolving curves of the crank centers are shown with circles.
An der Unterseite des dargestellten Kolbens bildet dieser mit im Querschnitt elliptischer Oberfläche ein Dichtelement 635 aus, das von dem Markierungsstrich 633 bis zum Markierungsstrich 634 reicht. Es schließt bei 633 eine kreisquerschnittsförmige Lauffläche 632 an. An der Umfangswand des Gehäuses 601 ist eine DichtleisteOn the underside of the piston shown, it forms a sealing element 635 with a cross-sectionally elliptical surface, which extends from the marking line 633 to the marking line 634. It connects to a circular cross-sectional tread 632 at 633. A sealing strip is on the peripheral wall of the housing 601
631 kleinen Kreisquerschnittes angeordnet, die auf der Lauffläche631 small circular cross section arranged on the tread
632 des Kolbens abläuft. An der Umfangswand ist anschließend an die Dichtleiste 631 eine Lauffläche 630 ausgebildet, die von der Dichtleiste 631 bis zu einem Niederdruckeinlaßkanal 616 reicht.632 of the piston expires. On the peripheral wall, a running surface 630 is then formed on the sealing strip 631, which extends from the sealing strip 631 to a low-pressure inlet channel 616.
Bei der Parallelrotation des Kolbens 606 im Uhrzeigersinne läuft das als Ellipsenabschnitt ausgebildete Dichtelement 635 von der in Fig. 28 dargestellten Winkelstellung, bei der es in ersten Kontakt mit der Lauffläche kommt, bis zum Kontakt mit der Dichtleiste 631 ab und bildet die abdichtende Begrenzung der Kammer 630.632. An ihrem anderen Ende wird diese Kammer durch die Dichtleiste 631 in Kontakt mit der Lauffläche 632 abgedichtet.When the piston 606 rotates in a clockwise direction, the sealing element 635, which is designed as an elliptical section, runs from the angular position shown in FIG. 28, in which it comes into first contact with the running surface, to the contact with the sealing strip 631 and forms the sealing boundary of the chamber 630,632. At its other end, this chamber is sealed by the sealing strip 631 in contact with the tread 632.
Hochdruckgas aus dieser Kammer wird in Pfeilrichtung durch einen Auslaßkanal 636 mit Ventil 637 abgelassen.High pressure gas from this chamber is discharged in the direction of the arrow through an outlet duct 636 with valve 637.
Auf der Oberseite des Kolbens 606 ist symmetrisch eine zweite Kammer 630'.632' vorgesehen, die beim Umlauf des Kolbens 606 abwechselnd mit der zuerst beschriebenen Kammer 630.632 arbei¬ tet. In den Ausführungsformen der Fig. 21 und 28 bilden die Dichtele¬ mente 535 und 635, die im Verhältnis zum Kurbelradius sehr große Abmessungen aufweisen, einen erheblichen Umfangsteil des Kol¬ bens 506 bzw. 606. Diese Dichtelemente 535, 635 sind daher als starr mit dem Kolben verbundene Oberflächen ausgebildet und kön¬ nen nur mit einer Spaltdichtung gegenüber ihrer Gegenlauffläche dichten.A second chamber 630'.632 'is provided symmetrically on the upper side of the piston 606, which works alternately with the chamber 630.632 described first when the piston 606 rotates. In the embodiments of FIGS. 21 and 28, the sealing elements 535 and 635, which have very large dimensions in relation to the crank radius, form a considerable peripheral part of the piston 506 and 606. These sealing elements 535, 635 are therefore rigid with Surfaces connected to the piston are formed and can only seal against their mating surface with a gap seal.
Es wäre natürlich wünschenswert, auch diese Dichtelemente als ab¬ gefederte Dichtleisten auszubilden, die eine bessere Dichtwirkung erzielen. Bei so großen Oberflächen eines Dichtelementes ist dies aber schwierig, wenn auch technisch möglich.It would of course be desirable to also design these sealing elements as spring-loaded sealing strips which achieve a better sealing effect. With such large surfaces of a sealing element, however, this is difficult, even if it is technically possible.
Eine vorteilhafte Lösung dieses Problemes zeigt die Fig. 29, die in einem Ausschnitt den unteren Teil der Fig. 21 in einer Variante zeigt. Es werden dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 21 verwen¬ det. .An advantageous solution to this problem is shown in FIG. 29, which shows a section of the lower part of FIG. 21 in a variant. The same reference numerals are used as in FIG. 21. .
Zur Erreichung einer besseren Abdichtung des kreisbogenförmigen Dichtelementes 535 auf der Lauffläche 530 sind in der Oberfläche des Dichtelementes 535 Dichtleisten 745 federnd gelagert, und zwar im dargestellten Beispiel drei Dichtleisten.In order to achieve a better sealing of the circular-shaped sealing element 535 on the running surface 530, sealing strips 745 are resiliently mounted in the surface of the sealing element 535, namely three sealing strips in the example shown.
Die Dichtleisten 745 sind federnd derart gelagert, daß sie etwas über die Oberfläche des Dichtelementes 535 vorstehen und in gut dichtenden Kontakt mit der Lauffläche 530 gelangen, während die dazwischenliegenden Oberflächenbereiche des Dichtelementes 535 im Spaltabstand bleiben. Die Dichtleisten 745 gelangen beim Um¬ lauf nacheinander in Eingriff, und zwar bei der Parallelrotation des Kolbens 506 im Uhrzeigersinn zunächst die dem Niederdruckein¬ laßkanal 516 benachbarte Dichtleiste, und als letztes die in Fig. 29 der stationären Dichtleiste 531 benachbarte Dichtleiste. Auf diese Weise läßt sich eine Kompressionskammer schaffen, die ein sehr großes Volumen aufweist, trotzdem aber sehr hoch komprimieren kann. Eine entsprechende Ausbildung mit der Anordnung mehrerer Dichtleisten im Dichtelement 635 ist auch bei der Ausfuhrungsform der Fig. 28 möglich. The sealing strips 745 are resiliently mounted in such a way that they protrude slightly above the surface of the sealing element 535 and come into good sealing contact with the running surface 530, while the intermediate surface areas of the sealing element 535 remain in the gap distance. The sealing strips 745 come into engagement one after the other during rotation, namely when the piston 506 rotates clockwise, first the sealing strip adjacent to the low-pressure inlet duct 516, and lastly the sealing strip adjacent to the stationary sealing strip 531 in FIG. 29. In this way, a compression chamber can be created that has a very large volume, but can still compress very high. A corresponding design with the arrangement of a plurality of sealing strips in the sealing element 635 is also possible in the embodiment of FIG. 28.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: PATENT CLAIMS:
1. Kolbenmaschine als Expansionsmaschine, Saugpumpe oder Kompressor für kompressible Medien, mit wenigstens einem Kolben (6, 6'; 406; 506; 606), der in einem von zwei Paral¬ lelwänden (9; 409) und einer diese verbindenden, senkrecht zu den Parallelwänden stehenden Umfangswand (10) gebil¬ deten Lauf räum auf Kurbelzapfen (5; 405; 505; 605) wenig¬ stens zweier identischer, senkrecht zu den Parallelwänden stehend drehbar gelagerter winkelsynchron gekoppelter Kur¬ belwellen (2; 402) gelagert ist, wobei der Kolben an dem in bezug auf die Laufrichtung einen Ende einer an ihm ausge¬ bildeten Kammerfläche und die Umfangswand an dem in be¬ zug auf die Laufrichtung anderen Ende einer an ihr ausgebil¬ deten Kammerfläche jeweils ein lotrecht zu den Par¬ allelwänden ausgerichtetes Dichtelement (12, 13, 19; 120, 13, 19; 120', 13, 19; 300; 412, 413; 531, 535; 631, 635) aufweisen, mit denen sie bei kammerbildendem Eingriff auf Laufflächen (11, 14, 18; 110, 14, 18; 110', 14, 18; 414, 418; 532, 530; 632, 630) aneinander gleiten, die als bei der Parallelrotation der Dichtelemente von diesen abfahrbare Flächen ausgebildet sind, sowie mit einem mit einem Ventil versehenen Hochdruckgaskanal (17, 20; 537; 637), der in der Kammer mündet, und mit wenigstens einem Nieder¬ druckkanal (16, 16", 22, 22'; 516, 522; 616), der außerhalb der Kammer in den Lauf räum mündet, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Kammerflächen vollständig als Laufflächen (11, 14, 18; 110, 14, 18; 110', 14, 18; 414, 418; 532, 530; 632, 630) ausgebildet sind, an deren Enden die Dichtele¬ mente (12, 13, 19; 120, 13, 19; 120', 13, 19; 300; 412, 413;1. Piston machine as an expansion machine, suction pump or compressor for compressible media, with at least one piston (6, 6 ';406;506; 606), which is in one of two parallel walls (9; 409) and one connecting them, perpendicular to the parallel wall standing peripheral wall (10) formed running space on crank pin (5; 405; 505; 605) at least two identical angularly synchronized crankshafts (2; 402), rotatably mounted perpendicular to the parallel walls, is mounted, whereby the piston on the one end of a chamber surface formed on it in relation to the running direction and the peripheral wall on the other end of a chamber surface formed on it in relation to the running direction each have a sealing element aligned perpendicular to the parallel walls ( 12, 13, 19; 120, 13, 19; 120 ', 13, 19; 300; 412, 413; 531, 535; 631, 635) with which they act on chamber surfaces (11, 14, 18; 110, 14, 18; 110 ', 14, 18; 414, 4 18; 532, 530; 632, 630), which are designed as surfaces which can be moved away from them during the parallel rotation of the sealing elements, and with a high-pressure gas channel (17, 20; 537; 637), which opens into the chamber, and with at least one low-pressure channel (16, 16 ", 22, 22 '; 516, 522; 616), which is outside the chamber opens into the barrel, characterized gekenn¬ characterized in that the chamber surfaces completely as treads (11, 14, 18; 110, 14, 18; 110 ', 14, 18; 414, 418; 532, 530; 632, 630 ) are formed, at the ends of which the sealing elements (12, 13, 19; 120, 13, 19; 120 ', 13, 19; 300; 412, 413;
531, 535; 631, 635) angeordnet sind, wobei der Hoch¬ druckgaskanal (17, 20; 537; 637) jeweils in der Nähe der am Ende der Lauffläche (11, 18; 110, 18; 110', 18; 418; 530; 630) der Umfangswand (10) vorgesehenen Dichtelemente (13; 413; 531; 631) mündet.531, 535; 631, 635) are arranged, the high-pressure gas channel (17, 20; 537; 637) in each case near the end of the tread (11, 18; 110, 18; 110 ', 18; 418; 530; 630) the peripheral wall (10) provided sealing elements (13; 413; 531; 631) opens.
2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Dichtelemente (12, 120) zum Gleiteingriff be¬ stimmte Oberflächen aufweisen, die im Querschnitt kreissek- torförmig ausgebildet sind mit einem Mittelpunkt (25; 250) des Kreissektors, der im Abstand des Kurbelradius zur Zylinderachse (26; 260) der Gegenlauffläche (11, 110) liegt, wobei der Radius der Gegenlauffläche (10, 110) gleich dem Kurbelradius zuzüglich dem Radius der Oberfläche (24) des Dichtelementes (12, 120) beträgt.2. Piston machine according to claim 1, characterized gekennzeich¬ net that the sealing elements (12, 120) for sliding engagement have certain surfaces that are circular sector-shaped in cross-section with a center (25; 250) of the circular sector, which is at a distance of the crank radius to the cylinder axis (26; 260) of the counter surface (11, 110), the radius of the counter surface (10, 110) being equal to the crank radius plus the radius of the surface (24) of the sealing element (12, 120).
3. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Oberflächen der Dichtelemente (120, 13, 19; 531, 535; 631, 635) unterschiedlich sind bei entspre¬ chend angepaßter Form ihrer Gegenlaufflächen (110, 14, 18;3. Piston machine according to claim 2, characterized gekenn¬ characterized in that the surfaces of the sealing elements (120, 13, 19; 531, 535; 631, 635) are different with a correspondingly adapted shape of their counter surfaces (110, 14, 18;
532, 530; 632, 630).532, 530; 632, 630).
4. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da¬ durch gekennzeichnet, daß wenigstens eines (12', 120') der am Kolben (6) angeordneten Dichtelemente (12', 120', 19) mit der Symmetrieebene ihrer seiner Oberfläche in einem Winkel α größer als 0° zu der Symmetrieebene der ihr be¬ nachbarten Lauffläche (14) steht, wobei seine Gegenlaufflä¬ che (11', 110') entsprechend verlängert ist.4. Piston machine according to one of claims 2 or 3, da¬ characterized in that at least one (12 ', 120') of the piston (6) arranged sealing elements (12 ', 120', 19) with the plane of symmetry of its surface in is at an angle α greater than 0 ° to the plane of symmetry of the running surface (14) adjacent to it, its counter-running surface (11 ', 110') being correspondingly extended.
5. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Dichte- lemente (300) mit einer achsparallel verlaufenden Zahnung versehen sind.5. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the surfaces of the density elements (300) are provided with an axially parallel toothing.
6. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (12, 13, 19) als abgefedert gelagerte Dichtleisten (12, 13, 19; 120) ausgebildet sind.6. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing elements (12, 13, 19) are designed as spring-mounted sealing strips (12, 13, 19; 120).
7. Kolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Dichtleisten mit einem Kolben (28) in als Zylin¬ der (29, 30) dienenden Nuten geführt sind, die über Kanäle mit der zugehörigen Lauffläche (11, 18) in Verbindung ste¬ hen.7. Piston machine according to claim 6, characterized gekennzeich¬ net that the sealing strips with a piston (28) in Zylin¬ der (29, 30) serving grooves are guided, which via channels with the associated tread (11, 18) in connection stand.
8. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7. da¬ durch gekennzeichnet, daß die Lagerungen der Dichtleisten mit stoßdämpfenden Einrichtungen versehen sind.8. Piston machine according to one of claims 6 or 7. da¬ characterized in that the bearings of the sealing strips are provided with shock-absorbing devices.
9. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten (12, 13, 19; 120) im wesentlichen pilzförmig verbreitert gegenüber ihrem in der Lauffläche geführten Teil (27) ausgebildet sind.9. Piston machine according to one of claims 6 to 8, characterized in that the sealing strips (12, 13, 19; 120) are widened substantially mushroom-shaped relative to their part (27) guided in the tread.
10. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang (10) des Lauf¬ raumes (3, 3') zwei Laufflächen (11, 18) mit gemeinsamem mittleren Dichtelement (13) vorgesehen sind, die mit einer an beiden Enden mit Dichtelementen (12, 19) versehenen Lauffläche (14) des Kolbens (6) zwei benachbarte Kammern (11.14, 18.14) bilden, von denen beim Kolbenumlauf gleich¬ zeitig die eine als Kompressionskammer (11.14) und die an¬ dere als Expansionskammer (18.14) arbeitet.10. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that on the circumference (10) of the running space (3, 3 ') two running surfaces (11, 18) with a common central sealing element (13) are provided, which with one on both Ends of the piston (6) provided with sealing elements (12, 19) on the running surface (14) form two adjacent chambers (11.14, 18.14), one of which simultaneously functions as a compression chamber (11.14) and the other as an expansion chamber (11.14) when the piston rotates. 18.14) works.
11. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang beabstandet mehrere Kammeranordnungen (11.14, 18.14 sowie 11 '.14', 18 '.14') vorgesehen sind. 11. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of chamber arrangements (11.14, 18.14 and 11 '.14', 18 '.14') are provided spaced over the circumference.
12. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in parallelen Laufräumen (3, 3') auf denselben Kurbelwellen (2, 2') mit gegebenenfalls zwischen den Laufräumen winkelversetzten Kurbeln (5) und/oder Laufflächen Kolben (6, 6') vorgesehen sind.12. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that in parallel running spaces (3, 3 ') on the same crankshafts (2, 2') with cranks (5) and / or running surfaces pistons (6, 6 ') are provided.
13. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (23, 23') synchron zum Kolbenlauf gesteuert ist.13. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the valve (23, 23 ') is controlled synchronously with the piston run.
14. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einer Kompressi¬ onskammer als Einwegventil ausgebildet ist.14. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the valve of a compression chamber is designed as a one-way valve.
15. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellen (2, 2') durch Getriebesätze (7, 7') gekoppelt sind.15. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the crankshafts (2, 2 ') are coupled by gear sets (7, 7').
16. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) außerhalb sei¬ ner Lauffläche (14) mit einer Oberflächengestaltung versehen ist, die bei seiner Bewegung den Luftkontakt verbessert.16. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (6) outside of its tread (14) is provided with a surface design which improves the air contact during its movement.
17. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager der Kurbelwellen (402) gegenüber dem Kolben (406) und den stationären Tei¬ len (418) des Laufraumes über den Wärmedurchgang behin¬ dernde Teile (421, 420) verbunden sind.17. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the bearings of the crankshafts (402) with respect to the piston (406) and the stationary Tei¬ len (418) of the running space over the heat transfer obstructing parts (421, 420) connected are.
18. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben nur einseitig gela¬ gert ist. 18. Piston machine according to one of the preceding claims, characterized in that the piston is only supported on one side.
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