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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Kreiskolbenmotor sowie einen Kreiskolbenmotor.
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Ein Kreiskolbenmotor, auch als Kreiskolbenmaschine bezeichnet, ist beispielsweise aus der
DE 101 24 561 A1 bekannt. Der aus der
DE 101 24 561 A1 bekannte Kreiskolbenmotor umfasst ein Gehäuse mit zwei Seitenteilen und einem sandwichartig zwischen den Seitenteilen angeordneten Mittelteil. Das Mittelteil, auch als Läufergehäuse oder Mantelteil bezeichnet, weist eine trochoidenförmige Mantellaufbahn auf und ist axial von einer in den Seitenteilen gelagerten Exzenterwelle durchsetzt.
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Zur Kühlung des Kreiskolbenmotors ist es aus der
DE 101 24 561 A1 bekannt, an einem Seitenteil Kühlkanäle durch Rippen auszubilden, wobei die Kühlkanäle durch einen Deckel abdichtend verschlossen werden.
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US 3,289,647 zeigt ein Kreiskolbenmotor mit mehreren Läufern, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Das Gehäuse umfasst zwei Seitenteile, ein Zwischenelement und zwei Mantelteile, welche jeweils zwischen einem Seitenteil und dem Zwischenelement angeordnet sind. Das Zwischenelement und die Mantelteile weisen jeweils sechs voneinander getrennte, in Umfangsrichtung beabstandete und von einem Kühlmittel in Axialrichtung durchströmbare Sektoren auf. Die Sektoren sind über in den Seitenteilen vorgesehene Umlenkkammern verbunden.
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US 3,743,452 zeigt ein Kühlsystem umfassend eine Pumpvorrichtung mit einem Impeller.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuse für einen Kreiskolbenmotor und einen Kreiskolbenmotor mit einem verbesserten Kühlsystem zu schaffen, wobei das Gehäuse einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gehäuse für einen Kreiskolbenmotor mit mindestens einem Mittelteil, welches zwischen zwei Seitenteilen sandwichartig angeordnet ist, wobei das Mittelteil mindestens zwei voneinander getrennte, in Umfangsrichtung beabstandete und von einem Kühlmittel in Axialrichtung durchströmbare Sektoren aufweist und mindestens ein Seitenteil mindestens eine von einem Kühlmittelstrom in Umfangsrichtung durchströmbare Umlenkkammer aufweist, welche die Sektoren in einer Reihenschaltung verbindet, so dass die Sektoren in Reihe durchströmbar sind, wobei in mindestens einem Sektor eine Turbulatoreinrichtung zur Erzeugung einer turbulenten Strömung vorgesehen ist, und wobei die Turbulatoreinrichtung einen Turbulatoreinsatz umfasst, der in den mindestens einen Sektor ortsfest eingesetzt ist.
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Als Sektor wird dabei im Zusammenhang mit der Erfindung ein in einer Mantelfläche des Mittelteils vorgesehener Kanal bezeichnet, welcher sich über einen Ausschnitt der Mantelfläche in Umfangsrichtung erstreckt.
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Ein Kühlmittel wird dabei sowohl axial als auch in Umfangsrichtung durch das Gehäuse geleitet. Dadurch ist eine gute Verteilung des Kühlmittels an zu kühlende Bereiche des Kreiskolbenmotors erzielbar. Die Sektoren sind dabei auf einfache Weise in einem beispielsweise als Druckgussteil, insbesondere als Aluminiumdruckgussteil, ausgebildeten Mittelteil einbringbar. Das Gehäuse kann sowohl für einen Kreiskolbenmotor mit einer Einläufer-Ausführung als auch für einen Kreiskolbenmotor mit einer Mehrläufer-Ausführung verwendet werden. Bei Mehrläufer-Ausführungen sind mehrere, in Reihe angeordnete Mittelteile vorgesehen, welche durch Zwischenscheiben voneinander getrennt sind. Die Zwischenscheiben weisen in einer Ausgestaltung ebenfalls Sektoren oder Kanäle auf, welche koaxial zu den Sektoren der Mittelteile angeordnet sind. Das Mittelteil und die Seitenteile können jeweils mehrteilig gestaltet sein. Das Mittelteil ist in einer Ausführungsform mit den Seitenteilen über axiale Zugankerschrauben oder dergleichen verschraubt. In anderen Ausführungsformen können die Teile miteinander verschweißt werden.
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Als Reihenschaltung wird im Zusammenhang mit der Erfindung eine Anordnung bezeichnet, bei welcher einzelne Sektoren nacheinander durchströmt werden. Im Unterschied dazu wird im Zusammenhang mit der Erfindung eine Anordnung, bei welcher einzelne Sektoren parallel durchströmt werden, als Parallelschaltung bezeichnet.
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Als Kühlmittel ist beispielsweise ein Öl verwendbar, welche in der Regel nur unter geringem Druck steht.
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Durch Erzeugen einer turbulenten Strömung in dem Sektor kann eine Wärmeabfuhr verbessert werden. Dabei können Turbulatoreinrichtungen in allen Sektoren oder nur in bestimmten Sektoren, in welchen eine gute Wärmeabfuhr besonders kritisch ist, vorgesehen sein.
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Der Turbulatoreinsatz in einer Ausgestaltungsform in den Sektor kraftschlüssig eingeklemmt. In anderen Ausgestaltungen erfolgt ein Einsetzen stoff- und/oder formschlüssig. Durch einen Turbulatoreinsatz ist es möglich, die Sektoren mit im Wesentlichen glatten Wandungen in einem Druckgussteil auszuformen, wobei zur Erzeugung turbulenter Strömungen in einen oder mehrere Sektor(en) des Druckgussteils entsprechenden Turbulatoreinsätze eingesetzt werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist eines der Seitenteile, vorzugsweise das hintere Seitenteil, eine Einlass- und eine Auslassöffnung zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Kühlmittels auf. Als vorderes Seitenteil wird dabei im Zusammenhang mit der Erfindung das abtriebsseitige Seitenteil bezeichnet. Als hinteres oder endseitiges Seitenteil wird dagegen das getriebeseitige Seitenteil bezeichnet, an welchem ein Ritzel eines sogenannten Synchrongetriebes für eine Verwirklichung eines Bewegungsablaufes eines Kolbens des Kreiskolbenmotors vorgesehen ist. Vorzugsweise ist eine Ölpumpe oder dergleichen an der Getriebeseite angeordnet, so dass die Anordnung der Einlassöffnung und der Auslassöffnung an dem hinteren Seitenteil vorteilhaft für eine Kühlmittelführung ist. In einer weiteren Ausführungsform weist das Mittelteil zu diesem Zweck eine gerade Anzahl an Sektoren auf, vorzugsweise mindestens vier Sektoren, wobei benachbarte Sektoren durch Umlenkkammern verbunden sind, so dass die benachbarten Sektoren gegenläufig von dem Kühlmittel durchströmbar sind. Durch eine derartige Verbindung von Sektoren und Umlenkkammern wird das Gehäuse in Reihe hin und her durchströmt. Ein Verlauf eines Kühlmittelstroms ist dabei „schnürsenkelartig”.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden mindestens zwei Sektoren parallel durchströmt. Die Sektoren münden in und/oder entspringen von einer gemeinsamen Umlenkkammer. Dadurch ist es möglich, für verschiedene Sektoren unterschiedliche Querschnitte vorzusehen, wobei durch Parallelschalten der Sektoren eine mittlere Durchflussgeschwindigkeit im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Dadurch kann auch berücksichtigt werden, dass an einer Wandung des Mittelteils Anschlussstellen für eine Einspritzdüse, eine Zündkerze und dergleichen vorgesehen sind, welche in der Regel die Sektoren nicht schneiden sollen. Aufgrund dieser Anschlussstellen ist es teilweise notwendig, diese Sektoren mit geringeren Durchflussquerschnitten zu gestalten, als andere Sektoren.
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In einer Weiterbildung des Gehäuses ist die Einlassöffnung im Bereich eines Auslassflansches angeordnet. Im Bereich des Auslassflansches sind besonders hohe Temperaturen zu erwarten, so dass hier eine gute Kühlung notwendig ist. Der Auslassflansch ist üblicherweise an dem Mantel- oder Mittelteil des Gehäuses vorgesehen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Turbulatoreinsatz spiralförmig mit mindestens einer Windung gestaltet. Derartige Turbulatoreinsätze lassen sich einfach und kostengünstig herstellen, wobei eine gute Verwirbelung erzielt wird. Die Strömung wird durch den spiralförmigen Turbulatoreinsatz auf eine schraubenförmige Bahn gezwungen und dadurch verwirbelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Turbulatoreinsatz aus einem Material wie beispielsweise Blech oder Kunststoffmaterial gefertigt, welches eine gewisse Elastizität aufweist. Ein derartiger Turbulatoreinsatz ist durch leichtes Verformen auf einfache Weise in einen Sektor einsetzbar, wobei aufgrund der Elastizität der Turbulatoreinsatz bei Wegfall einer Verformungskraft in seine ursprüngliche Form zurückkehrt und so in dem Sektor ortsfest gesichert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist mindestens ein Seitenteil einen Grundkörper mit mindestens einer Umlenkkammer und einen mit dem Grundkörper verbindbaren, die Umlenkkammer flüssigkeitsdicht schließenden Deckel auf. In anderen Worten ist das Seitenteil mehrteilig, insbesondere zweiteilig. Dadurch ist eine einfache Fertigung als Druckgussteil möglich, wobei auf komplizierte Gussformen und/oder eine Verwendung von Druckgusskernen verzichtet werden kann.
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In einer Weiterbildung ist die mindestens eine Umlenkkammer an dem Grundkörper durch zwei radial verlaufende Rippen und zwei in Radialrichtung beabstandete ringförmige Wandteile begrenzt. Eine derartige Begrenzung der Umlenkkammer ist auf einfache Weise realisierbar, wobei eine gute Umlenkung des Kühlmittels in Umfangsrichtung erzielt wird. Zusätzlich können dabei Rippen genutzt werden, welche für eine Gehäuseversteifung vorgesehen sind.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch einen Kreiskolbenmotor mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet. Als Teil eines Ausführungsbeispiels beschriebene oder dargestellte Merkmale können ebenso in einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu erhalten.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Gehäuses;
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2 eine perspektivische Sicht auf ein hinteres Seitenteil des Gehäuses gemäß 1;
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3 eine Strömungsführung durch ein Gehäuse;
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4 einen Turbulatoreinsatz für einen Sektor und
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5 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kreiskolbenmotor mit Turbulatoreinsätzen.
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1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Gehäuse 1 für einen Kreiskolbenmotor einer Einläuferausführung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung. Das dargestellte Gehäuse 1 umfasst ein hinteres Seitenteil 2, ein vorderes Seitenteil 3 und ein zwischen den Seitenteilen 2, 3 angeordnetes Mantel- oder Mittelteil 4.
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2 zeigt eine perspektivische Sicht auf das hintere Seitenteil 2 des Gehäuse 1 gemäß 1.
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Das Mittelteil 4 weist mehrere, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zehn, voneinander getrennte, in Umfangsrichtung U beabstandete und von einem durch Pfeile dargestellten Kühlmittelstrom K in Axialrichtung A durchströmbare Sektoren 401 bis 410 auf. An dem vorderen Seitenteil 3 sind von dem Kühlmittelstrom K in Umfangsrichtung U durchströmbare, in 1 sichtbare Umlenkkammern 30, 31 vorgesehen, welche die Sektoren 401 bis 410 verbinden. An dem hinteren Seitenteil 2 sind Umlenkkammern 21, 22 vorgesehen, welche in 2 sichtbar sind.
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Das hintere Seitenteil 2 weist eine Einlassöffnung 20 auf, durch welche ein Kühlmittel von einer nicht dargestellten Pumpe bekannter Bauart zugeführt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einlassöffnung 20 im Bereich eines an dem Mittelteil 4 vorgesehenen Auslassflansches 41 für einen Brennstoff angeordnet. In diesem Bereich ist eine thermische Belastung ohne Kühlung besonders hoch.
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Das Kühlmittel durchströmt – wie durch den Kühlmittelstrom K dargestellt – das Mittelteil 4 in axialer Richtung zum vorderen Seitenteil 3 durch einen ersten Sektor 401, wird an dem Seitenteil 3 umgelenkt und strömt durch einen zweiten Sektor 402 in entgegengesetzter Richtung durch das Mittelteil 4 zum hinteren Seitenteil 2 zurück, wird dort wiederum umgelenkt und strömt wieder zurück durch einen dritten Sektor 403 zum vorderen Seitenteil 3. Dieser Vorgang wiederholt sich über die Sektoren 404 bis 406. Die Sektoren 407 und 408 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel durchströmt. Hierfür ist die Umlenkkammer 22 in Umfangsrichtung U länger gestaltet, als die zuvor durchströmten Umlenkkammern 21. Die Sektoren 407, 408 münden in der gemeinsamen Umlenkkammer 31, welche sich ebenfalls über einen größeren Bereich in Umfangsrichtung U erstreckt und aus welcher wieder zwei parallel durchströmte Sektoren 409, 410 abzweigen.
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3 zeigt schematisch das Prinzip der Strömungsführung.
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Dadurch dass die Umlenkkammern 22, 31 wie in 1 und 2 erkennbar sich über einen größeren Bereich in Umfangsrichtung U erstrecken und in diesem Bereich zwei Sektoren 407, 408 bzw. 409, 410 parallel durchströmt werden, wird berücksichtigt, dass in diesem Bereich Durchtritts-Querschnitte der Sektoren 408 bis 410 um eine Größe einer Einspritzdüse 42 und einer Zündkerze 43 kleiner zu wählen sind. Durch die Parallelschaltung der Sektoren 407, 408 bzw. 409, 410 kann ein Abstand von Schraubstellen 5 zur Verschraubung des Gehäuses 1 mittels Zugankerschrauben oder dergleichen als Teilungsabstand für die Sektoren 401 bis 410 beibehalten werden. In anderen Ausgestaltungen werden die Sektoren 407, 408 bzw. 409, 410 jeweils als gemeinsame Kanäle ausgebildet.
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Nach axialem Durchströmen der Sektoren 409, 410 tritt das Kühlmittel an einer Austrittsöffnung 23 aus dem hinteren Seitenteil 2 aus und läuft beispielsweise zurück zu einem nicht dargestellten Kühlmittelbehälter.
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Wie in den 1 und 2 weiter erkennbar, weisen die Seitenteile 2, 3 radiale Rippen 24, 32 auf, durch welche das Gehäuse 1 versteift wird. Erfindungsgemäß werden diese Rippen 24, 32 als Trennwände zur Bildung der Umlenkkammern 21, 22 und 30, 31 in den Seitenteilen 2 bzw. 3 genutzt. Die durch die Rippen 24, 32 und in Umfangsrichtung verlaufende Wandteile gebildeten offenen Kammern 21, 22 und 30, 31 werden durch nicht dargestellte Deckel flüssigkeitsdicht verschlossen.
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Die Sektoren 401 bis 410 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen Bereich des Mittelteils 4 beschränkt, welcher aufgrund der hohen thermischen Belastung auch als heißer Bogen bezeichnet wird. In dem kalten Bogen ist in der Regel keine Kühlung notwendig. Es ist jedoch denkbar, die Sektoren über den gesamten Umfang des Mittelteils 4 zu verteilen.
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Um in den thermisch stark belasteten Zonen eine Kühlung weiter zu verbessern, sind erfindungsgemäß in den Sektoren 401 bis 410 zumindest teilweise Turbulatoreinrichtungen vorgesehen, durch welche eine erzwungene turbulente Strömung erzielt wird. Die Turbulatoreinrichtungen umfassen einen Turbulatoreinsatz.
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4 zeigt schematisch einen spiralförmig gedrehten Turbulatoreinsatz 6 und eine entsprechende Strömungsführung K. Der Turbulatoreinsatz ist beispielsweise aus Kunststoff oder Blech oder einem anderen, elastisch verformbaren Material und unter Spannung in einen Sektor 401 bis 410 gemäß 1 und 2 einsetzbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Turbulatoreinsatz 6 aus einem Blechstück mit rechteckförmiger Grundfläche geformt, wobei kurze Ränder 60 des Blechstücks um ca. 180° zueinander verdrillt sind. Die Länge der kurzen Kanten 60 ist dabei im Wesentlichen gleich einem Durchmesser eines Sektors, in welchen der Turbulatoreinsatz 6 eingesetzt werden soll. Wie in 4 erkennbar, wird der Kühlmittelstrom K durch die Windung des Turbulatoreinsatz 6 auf eine schraubenförmige Bahn gezwungen.
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5 zeigt schematisch eine Ansicht von der Getriebeseite auf einen Kreiskolbenmotor 7 mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse 1, wobei eine hintere Seitenscheibe 2 gemäß 1 und 2 entfernt ist, so dass ein Kolben 8 sichtbar ist. Das Mittelteil 4 weist – wie oben beschrieben – in einer Mantelfläche im Bereich des heißen Bogens und im Bereich der in 5 nicht dargestellten Zündkerze Sektoren 401 bis 410 auf. In den thermisch am höchsten belasteten Bereich des Mittelgehäuses 4 im heißen Bogen sind in den Sektoren 403 bis 407 Turbulatoreinsätze 6 gemäß 4 eingesetzt. Dadurch wird in diesem Bereich eine turbulente Strömung erzwungen und damit eine Wärmeabfuhr in den kritischen Bereichen verbessert.
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Wie in 5 erkennbar, sind die Sektoren 401 bis 410 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils an den Verschraubungsstellen 5 voneinander getrennt.
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Durch das erfindungsgemäße Gehäuse 1 ist eine vorteilhafte Durchflussführung des Kühlmittels sowie die vorteilhafte Durchflussmengenverteilung möglich. Außerdem ergeben sich durch die erfindungsgemäße Ausführung der Seitenteile 2, 3 mit separaten, nicht dargestellten Deckeln Vorteile für eine einfache und kostengünstige Herstellung z. B. als Aluminium-Druckguss.