DE2547592A1 - Kuehlanordnung bei einer aussenachsigen rotationskolben-brennkraftmaschine mit kaemmeingriff - Google Patents

Description

Patentanwälte ,

Dipl.-Ing. W.Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt am Main Staufenstrasse

In Sachen:

Svenska Rotor Maskiner

Aktiebolag

S-1o4 65 Stockholm /Schweden

Kühlanordnung bei einer außenachsigen Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff.

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung bei einer außenachsigen Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff zwischen zwei Rotoren, von denen ein jeder aus einem Nabenteil mit daran über die gesamte Nabenlänge radial ansetzenden speicherartigen Flügeln besteht und im Nabenteil ein einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal enthaltendes Kanalsystem für Kühlflüssigkeit aufweist.

Bei Rotoren von komplizierter Gestalt, insbesondere solchen, die mit einer Anzahl sich von einem zentralen Nabenteil radial erstreckenden verhältnismäßig dünnen Speichen ist es ein Problem, die durch das Nabenteil in die Speichen oder Flügel gelangende und von dort wieder zurückgeführte Kühlflüssigkeit zur Erzielung einer ausreichenden Kühlung der Speichen oder Flügel umzuwälzen. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Rotors ist der einer Brennkraftmaschine der Art mit zwei im Kämmeingriff stehenden Rotoren, von denen der eine mit von Zwischenräumen getrennten Rippen und der andere mit von Nutenstegen getrennten Nuten versehen ist (GB-PS 1 172 828). Bei einer solchen Maschine bilden die

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Rippen bzw. Nutenstege der Rotoren die obenerwähnten Flügel oder Speichen.

Bis heute war es erforderlich, die Rotoren mit einem komplizierten System von Kühlkanälen zu versehen, durch welche Kühlflüssigkeit mittels einer Pumpe umgewälzt wird. Wie diese Kühlsysteir.e auch immer ausgebildet wurden, es ergaben sich Schwierigkeiten dahingehend, Taschen mit stillstehender Flüssigkeit zu vermeiden, die zu unzureichender Kühlung bestimmter Abschnitte der Rotorflügel führten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die solche Taschen vermeidet und demzufolge wirksamer bei gleichzeitiger Einfachheit und geringen Herstellungskosten ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens der eine der beiden Rotoren in jedem Flügel mindestens einen radial verlaufenden Kanal enthält, dessen inneres Ende an den Einlaßkanal angeschlossen ist und dessen äußeres Ende mit einem an den Auslaßkanal angeschlossenen radialen Rücklaufkanal verbunden ist, welcher zwischen dem Radialkanal und einer im Betrieb erwärmten Oberfläche des zu kühlenden Flügels angeordnet ist.

Da ein jeder Rücklaufkanal zwischen einem Radialkanal und einer Flanke des zu kühlenden Flügels angeordnet ist, so .daß die von der Flanke zur Kühlflüssigkeit zu übertragende Wärme nur der Flüssigkeit in den dazwischen liegenden Kanal zugeführt wird, kommt diese Flüssigkeit in dem dazwischen liegenden Kanal auf eine höhere Temperatur als diejenige im Radialkanal, und demzufolge wird die Flüssigkeitsdichte in diesen beiden Kanälen etwas unterschiedlich· Die auf die Flüssigkeit während der Drehung des Rotors

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einwirkende Zentrifugalkraft wird dann verschieden in den beiden Kanälen, was zu einer selbsttätigen Umwälzung der Kühlflüssigkeit von dem zentralen Kanalsystem nach außen durch den Satz von Radialkanälen und nach einwärts zurück zum zentralen Kanalsystem durch den Satz dazwischen liegender Kanäle führt. Ferner ist, je höher die Temperatur der Flankenfläche ist, umso höher der Dichtenunterschied zwischen den Flüssigkeiten in den beiden Kanälen, und demzufolge steigt die Strömungsgeschwindigkeit für die radiale Umwälzung, was bedeutet, daß das Vermögen zur automatischen Kühlung mit zunehmender Wärmezufuhr steigt, so daß die Temperatur der Flügelflanken unabhängig von dem Ausmaß der der Rotoroberfläche zugeführten Wärme praktisch dieselbe bleibt.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Absperrotor einer im übrigen strichpunktiert angedeuteten Rotationskolben-Brennkraftmaschine ,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Einzelheit aus Fig.1 mit einem Rotorflügel und

Fig. 3 einen Längsschnitt zu der Einzelheit nach Fig.2.

Die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte Maschine hat ein Gehäuse t mit einer Arbeitskammer, die sich aus zwei achsparallelen und einander längs zweier gerader Linien schneidenden und von Stirnwänden abgeschlossenen Bohrungen 2,3 zusammensetzt. Das Gehäuse 1 ist mit kombinierten Einlaß- und Spülauslaßkanälen 4 sowie Abgasöffnungen 5 und 6 in den Mantelwänden der einander schneidenden Bohrungen 2,3 versehen und enthält eine Brennstoffeinspritzdüse 7. Ferner

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ist je eine Zündkerze 8 in etwas eingesenkter Stellung in jeder der drei Scheitelbereiche eines Leistungsrotors 9 angeordnet, der im Gehäuse 1 mit den Wandungen der Bohrung 2 dichtend zusammenwirkt.

Weiterhin befindet sich im Gehäuse 1 ein Absperrotor 1o, der dichtend mit den Wandungen der Bohrung 3 und dem Leistungsrotor 9 in bekannter Weise (GB-PS 1 392 174) zusammenwirkt. Der Absperrotor 1o enthält fünf Nuten 12 mit dazwischen liegenden Stegen 14, die sich über die volle Länge des Rotors erstrecken. Wie besser aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist der Absperrotor 1o mit einer zentralen Axialbohrung 16 versehen, in die ein koaxiales Rohr 18 eingesetzt ist. Kühlflüssigkeit wird in herkömmlicher Weise dem Rohr 18 zugeführt und aus der Bohrung 16 außerhalb des Rohrs 18 wieder abgeleitet. Jeder Nutensteg 14 des Rotors enthält ferner mit axialem Abstand fünf Bohrungen 2o, die sich von der Zentralbohrung 16 radial nach auswärts erstrecken. In jeder Radialbohrung 2o ist ein Rohr 22 eingesetzt und stützt sich mit dem äußeren Ende gegen den Boden der Bohrung 2o, während sein inneres Ende das zentrale Rohr durchdringt und an diesem befestigt ist. Das äußere Ende des Rohrs 22 ist ferner mit Schlitzen 24 versehen, welche eine Verbindung zwischen dem Rohr 22 und der umgebenden Bohrung herstellen.

Die innere Bohrung des Rotors 1o geht auf folgende Weise vonstatten: Die Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder öl wird dem zentralen Rohr 18 von einer äußeren (nicht gezeigten) Kühlflüssigkeitsquelle zugeführt und füllt das gesamte Kanalsystem, bestehend aus dem zentralen Rohr 18, den radialen Rohren 22, den radialen Bohrungen 2o und der zentralen Bohrung 16 an, und wird schließlich von der zentralen Bohrung 16 über einen (nicht gezeigten) Kühler zurück zur

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Flüssigkeitsquelle geleitet. Während des Betriebs der Maschine wird der Rotor 1o fortgesetzt mit hoher Drehzahl gedreht, während gleichzeitig die Flanken und der Scheitel eines jeden Nutenstegs 14 der hohen Temperatur des die Maschine durchströmenden Arbeitsmediums ausgesetzt sind. Aufgrund der Zentrifugalkräfte wird die Kühlflüssigkeit durch die radialen Rohre 22 und die Radialbohrungen 2o nach auswärts gedrückt. Die von der Oberfläche des Nutenstegs 14 aus dem heißen Arbeitsmedium aufgenommene Wärme wird durch den Körper eines jeden Stegs 14 der Innenfläche der Radialbohrung 2o zugeleitet und von dort an die diese Oberfläche innerhalb der Bohrung 2o berührende Flüssigkeit. Die Flüssigkeit in der Bohrung 2o außerhalb des Rohrs 22 nimmt auf diese Weise eine höhere Temperatur an als die Flüssigkeit innerhalb des Rohrs 22. Aufgrund dieser Temperaturdifferenz wird die Dichte der Flüssigkeit außerhalb des Rohrs 22 geringer als diejenige der Flüssigkeit innerhalb des Rohrs 22. Folglich bleiben die auf die Flüssigkeiten außerhalb und innerhalb der Bohrung 22 einwirkenden Zentrifugalkräfte nicht langer mehr gleich, sondern die auf die Flüssigkeit außerhalb des Rohrs 22 einwirkende Zentrifugalkraft nimmt gegenüber der Zentrifugalkraft innerhalb des Rohrs 22 ab, was zu einer Zwangsströmung nach außen innerhalb des Rohrs 22 und nach innen außerhalb des Rohrs 22 führt. Mit anderen Worten, es wird eine automatische Umwälzung der Kühlflüssigkeit durch das radiale Kanalsystem erhalten.

Dieser automatische Zwangsumlauf läßt sich auf verschiedenem Wege ausnützen:

Der einfachste Weg ist, sich vollständig auf diese Wirkung zu stützen, was bedeutet, daß keine Umwälzpumpe für die Flüssigkeit erforderlich ist.

In den meisten Fällen jedoch wird eine Umwälzpumpe benötigt,

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um den Kühlflüssigkeitsstrom gegenüber den Strömungsverlusten im System einschließlich dem Kühler, der anderenfalls beträchtlich größer sein müßte, zu beschleunigen. In einem solchen Pumpenumlaufsystem ist die automatische Umlaufwirkung von außerordentlicher Bedeutung, nicht nur wegen der damit verbundenen Verminderung der benötigten PumpenIeistung, sondern in erster Linie, weil dadurch eine solche Flüssigkeitsverteilung stattfindet, daß mehr Flüssigkeit jenen Teilen des Rotors zugeführt wird, an denen die Temperatur höher ist als an denjenigen Teilen, wo die Temperatur niedriger ist. Die Kühlwirkung wird somit innerhalb des Rotors dergestalt ausgeführt, daß nicht nur die verschiedenen Nutstege 14 auf angenähert derselben Temperatur gehalten werden, sondern auch die verschiedenen axialen Abschnitte eines jeden Rotors praktisch auf derselben Temperatur gehalten werden. Mit anderen Worten, die Erfindung liefert die Garantie, daß kein Teil ohne das Risiko, daß ein anderer Teil auf eine unerwünschte niedrige Temperatur abgekühlt wird und sich dadurch die Kühlverluste der Maschine nachteilig erhöhen, überhitzt wird.

Bei Verwendung eines Zwangsumlaufsystems mit Pumpe kann eine Bypassverbindung zwischen dem zentralen Rohr 18 und der umschließenden Bohrung 16 von Vorteil zur Verminderung der Kühlwirkung bei Teillast der Maschine sein, und wenn die Kühlflüssigkeit axial durch den Rotor 1o von einem Einlaß an einem Ende und einem Auslaß am anderen Ende strömt, kann das zentrale Rohr 18 vollständig weggelassen werden. Einer oder beide Rotoren 9, 1o können mit Mitteln zur Rotorkühlung versehen sein. Wenn die Zwischenräume zwischen der Bohrung und der benachbarten Oberfläche des Nutenstegs 14 gemäß Fig. 1 nicht zu klein sind, ist es möglich, die Bohrung 2o an die Stelle der Radialkanäle 22 zu setzen und einen jeden Nutensteg 14 mit radialen Rücklaufbohrungen auf entgegen-

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gesetzten Seiten einer jeden Bohrung 2o in unmittelbarer Nachbarschaft der Außenflächen der Nutenstege 14 zu versehen» wobei die äußeren Enden einer jeden Bohrung 2o und die benachbarten Rücklaufkanäle über geeignete Kanäle, die in Umfangsrichtung verlaufen, verbunden sind·

Patentansprüche /

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Kühlanordnung bei einer außenachsigen Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kämmeingriff zwischen zwei Rotoren,
von denen ein jeder aus einem Nabenteil mit daran über die
gesamte Nabenlänge radial ansetzenden speichenartigen Flügeln besteht und im Nabenteil ein einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal enthaltendes Kanalsystem für Kühlflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens der eine der beiden Rotoren (1o) in jedem Flügel

(14) mindestens einen radial verlaufenden Kanal (22) enthält, dessen inneres Ende an den Einlaßkanal (18) angeschlossen
ist und dessen äußeres Ende mit einem an den Auslaßkanal
(18-16) angeschlossenen radialen Rücklaufkanal (2o -22) verbunden ist, welcher zwischen dem Radialkanal (22) und einer
im Betrieb erwärmten Oberfläche des zu kühlenden Flügels
(14) angeordnet ist.

2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der radiale Rücklaufkanal und
der Radialkanal von einem Hohlraum (2o) innerhalb des Flügels (14) bzw. einem radial in diesen eingesetzten Rohr (22) gebildet sind, welche sich von der Einlaßleitung (18) zum radial äußeren Ende des Hohlraums (2o) erstreckt.

3. Kühlanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum von einer den
Rohreinsatz (22) mit Rädialabstand umschließenden Bohrung
(2o) gebildet ist.

4. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Flügel (14) mit mehreren im Axialabstand angeordneten Radialkanälen (22) bzw. Rücklaufkanälen (2o-22) versehen ist.

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