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Drehkolbenbrennkraftmaschine
An bekannten Drehkolbenbrennkraftmaschinen gibt es solche, deren elliptische Kolben in fest- stehenden Gehäusen rotieren. Die Verbrennungs- kammern werden durch Wände gebildet, die durch im Zylinder angeordnete radial gerichtete
Führungen mittels Federn gegen den rotierenden elliptischen Kolben gedrückt werden. Die am
Umfang des Kolbens vorgesehene Zündkammer bringt nacheinander das in den einzelnen Kammern komprimierte Gemisch zur Entzündung.
Bei dieser Maschine wird wohl durch Kreuz- gelenkverbindung des scheibenförmigen Kolbens ein Reiben an den Seitenwänden des Gehäuses verhindert, doch lässt sich im Betrieb durch die
Erwärmung der Maschine keine dauernde Ab- dichtung der einzelnen Kammern mittels der mit
Federdruck angedrückten Wände erreichen. Die
Zündung mit nur einer Zündvorrichtung lässt sowohl Glühfehlzündungen als auch Vor- zündungen durch Reste verbrannter Gase in der Zündkammer und Überleiten der Verbrennungsgase in die nächste Verbrennungskammer erwarten.
Eine andere Ausführung zeigt einen exzentrisch zur Zylinderachse gelagerten, mit dem Zylinder rotierenden Kolben. Der Zylinder rotiert gasdicht in einer feststehenden, mit Ein-, Auslassund Zündschlitzen versehenen Büchse, die im feststehenden, mit den nötigen Überleitungskammern sowie Ein- und Auslassöffnungen versehenen, zweiteiligen Gehäuse untergebracht ist.
Der in der gasdichten Büchse rotierende Zylinder erfährt durch die Erwärmung im Innern eine Ausdehnung, die nach kurzem Betrieb trotz bester Schmierung zum Festlaufen führen kann.
Die ungleiche Ausdehnung von Kolbentrommel und der Zylinder-Innenwand erhöht den Anpressdruck, die durch die ungleichen Umfänge beider Bestandteile auftretende Relativbewegung führt zum Verreiben der Zylinder-und Kolbenwand, zu schwerem Lauf der Maschine und in der Folge zu Kompressionsverlusten.
Eine dritte Konstruktion sucht die durch die Wärmeausdehnungen bedingten Mängel vonDrehkolbenbrennkraftmaschinen durch zwei vom angesaugten Gasgemisch bzw. von den verbrannten Gasen umspülte Thermostaten zu beheben. Diese betätigen eine zum rotierenden Gehäuse exzentrisch gelagerte Büchse, wodurch eine von den auftretenden Wärmeausdehnungen unabhängige
Gasabdichtung zwischen dem zylindrischen
Kolbenmantel und dem mitrotierenden Zylinder erzielt werden soll.
Um tatsächlich ein gasdichtes Abdichten von
Kolben und Zylinder zu erreichen, müssen diese sich von Anfang an unter Druck abwälzen. Die bei jeder Umdrehung auftretende Relativbewegung zusammen mit der Erwärmung dürfte zu raschem
Verschleiss, schwerem Lauf der Maschine, zum
Verreiben und in der Folge zu Kompressions- verlusten sowie Fehlzündungen führen.
Die angeführten Mängel der bekannten Dreh- kolbenbrennkraftmaschinen, bei welchen die ein- zelnen Brennkammern durch den im feststehenden
Gehäuse mittels Exzenter bewegten Kolben und durch eine Anzahl am Umfange gleichmässig ver- teilter und in drehbaren Nüssen des Kolbens ver- schiebbaren und abdichtenden Trennwänden gebildet werden, werden dadurch vermieden, dass erfindungsgemäss die Trennwände mit dem Gehäuse fest verbunden sind und jede durch dieselben gebildete Kammer eine eigene Zündvorrichtung und eigene Ein-und Auslassorgane für Luft bzw. Brennstoff und die Verbrennungsgase aufweist. Bei den durch den exzentrisch umlaufenden Kolben herbeigeführten Volums- änderungen der einzelnen Kammern wird eine Berührung des Kolbens mit der Zylinderinnenwand vermieden.
Durch das Vermeiden eines gasdichten Abwälzens werden die in der Einleitung angeführten Mängel bekannter Drehkolbenbrennkraftmaschinen ausgeschaltet. Das frei feststehende Gehäuse und der exzentrisch umlaufende Kolben, dessen Innenraum für die Umleitung verbrannter Gase nicht verwendet wird, sind gut kühlbar.
Die in der Zeichnung als Beispiel gezeigte Ausführung betrifft eine Maschine mit sechs voneinander unabhängigen Kammern, wobei jede einzelne Kammer nach den bei Brennkraftmaschinen bekannten Prinzipien arbeitet.
Die Fig. 1 und 2 stellen eine mit Luftkühlung im Zweitakt mit sechs Verbrennungskammern und ebensovielen Zündeinrichtungen arbeitende Drehkolbenbrennkraftmaschine, z. B. für den Einbau in ein Kraftrad, dar. Fig. 1 zeigt den Aufriss der Maschine, wobei die obere Hälfte den Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 und die
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untere Hälfte die Ansicht bei abgenommenen Deckel d darstellt. Fig. 2 zeigt den Grundriss der Maschine im Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1.
In Fig. 3 ist eine Altemativausführung des Dichtungsschiebers in Form eines im Kolben der Maschine eingebauten Rundschiebers im Schnitt und in Fig. 4 das Detail einer Ausführung, bei welcher die Trennwände mit dem Kolben fest verbunden sind und die Abdichtung in Form eines aussen am Zylinder der Maschine angeordneten Rundschiebers vorgesehen ist, dargestellt.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Maschine besteht aus einem scheibenförmigen, aussen mit Kühlrippen versehenen Zylinder a, an dem innen gegen dessen Mitte gerichtete, seitlich durch die beiden Böden c und d abgedichtete Trennwände b fest angeordnet sind. An den Trennwänden b bewegen sich radial die Dichtungsschieber i, welche über die aus zwei Zylindersegmenten m gebildeten Nüssen geführt werden. Zwischen den beiden Böden c und d bewegt sich im Zylinder a der scheibenförmige, als Sechskantprisma aus- gebildete Kolben e, in dessen Achse der Ex- zenter f gelagert ist. Der Exzenter f führt durch die Rotation der Exzenterwelle, welche in den
Böden c und d gelagert ist, eine kreisende Be- wegung des Kolbens herbei.
Im zweiteiligen
Kolben e sind auf dessen Sechskantflächen h die Dichtungsschieber i tangential geführt und im Innern des Kolbens e durch die Gleitstücke x gegen Abheben gesichert. Durch diese Anordnung können sich die Dichtungsschieber i mit den
Zylindersegmenten m (Nüsse) an den Trenn- wänden b des Zylinders a radial und längs den
Sechskantflächen h am Kolben e gasdicht bewegen, wodurch sich die Dichtungsschieber i den im Verlauf einer Umdrehung der Exzenterwelle g auftretenden Lageänderungen anpassen können. Im Boden c befinden sich konzentrisch zum Zylinder angeordnet die Einlassöffnungen j und gegenüber im Boden d die Auslassöffnungen k der Kammern 1-6, die mit je einer Zündkerze 1 versehen sind.
Die Bewegung des Kolbens e und die damit zwangsläufig hervorgerufene Bewegung der Dichtungsschieber i steuert nacheinander die Aus-und Einlassöffnungen derart, dass, wenn sich der Kolben e in einer der Kammern 1-6 dem unteren Totpunkt nähert, zuerst die Auslassöffnung k und dann erst die Einlassöffnung j freigegeben wird. Bei weiterer Drehung der Exzenterwelle schliesst der Dichtungsschieber i zunächst die Auslassöffnung k und dann erst die Einlassöffnung j, wodurch erst die Verbrennungsgase entweichen können und später das vorkomprimierte Frischgasgemisch aus der gemeinsamen Vorkammer w in die Kammer eindringen kann.
Die Arbeitsweise des Motors ist folgende : Die Exzenterwelle g des Motors dreht sich im Sinne des Pfeiles (Fig. 1). Die Verdichtung des Gasgemisches hat gerade in der Kammer 1 ihren Höchstwert erreicht, wobei durch den Funken der zugehörigen Zündkerze das Gemisch zur Entzündung gekommen ist. Nach einer Drehung der
Exzenterwelle g um 600 erreicht die Kammer 1 den Zustand der Kammer 2, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Nach einer Drehung um weitere 60 erreicht Kammer 1 den gezeichneten Zustand der
Kammer 3, wobei der Schieber i die Auspuff- öffnung k bereits freigegeben hat, während die
Einlassöffnung noch verschlossen bleibt. Nach weiteren 60 hat die Kammer 1 den dargestellten
Zustand der Kammer 4 erreicht, wobei Auspuff- und Einlassöffnungen freigegeben wurden.
Nach einer abermaligen Drehung der Exzenterwelle um 600 hat Kammer 1 den dargestellten Zustand der Kammer 5 erreicht ; die Auspufföffnung ist bereits gesperrt, während die Einlassöffnung j vom Schieber i noch freigegeben ist. Nachdem sich die Exzenterwelle wieder um 60'dreht, hat die Kammer 1 den dargestellten Zustand der Kammer 6 erreicht ; Einlass-und Auspuff- öffnung sind verschlossen. Bei weiterer Drehung der Exzenterwelle wiederholt sich der Vorgang in der Kammer 1 in der geschilderten Weise.
In den übrigen Kammern 2-6 sind die Vorgänge gleich, nur entsprechend in der Phase verschoben.
Um eine gute Durchspülung der Verbrennungskammern mit dem Gasgemisch zu erreichen, wird dieses in der gemeinsamen Vorkammer w durch einen Zentrifugallader oder sonstigen Verdichter vorkomprimiert.
Der in Fig. 3 gezeigte Kolben n ist zylinderförmig. Als Dichtungselement dient der Zylinderschieber o, der über die beiden Zylindersegmente r längs der Wand a bewegt wird. Ähnlich wie in Fig. 1 kann auch der Zylinderschieber o als Steuer- element dienen.
In Fig. 4 sind die zur Begrenzung der Verbrennungskammern notwendigen Wände s am Kolben angeordnet, während der beispielsweise als Rundschieber ausgebildete Dichtungsschieber u in den Zylinder v verlegt ist. Auch bei dieser Ausführung kann Dichtungsschieber u als Steuer- element ausgebildet werden.
Das gezeigte Anwendungsbeispiel der Drehkolbenbrennkraftmaschine ist analog sowohl auf Viertaktmaschinen mit Ventil-oder Schiebersteuerung als auch als Pressgasmaschine, Flüssigkits-und Gaspumpe anwendbar. Wahlweise könnten diese Maschinen auch derart ausgeführt werden, dass sich bei feststehender Exzenterwelle, Zylinder und Kolben um diese drehen. Diese Ausführung erübrigt die Anbringung eines Gegengewichtes zum Kolben. Die Masse des Zylinders und des Kolbens dient dann als Schwungmasse, eine z. B. im Kleinflugzeugbau vorteilhaft anwendbare Anordnung. Eine Kombination der als alternativ gedachten Ausführungen nach Fig. 3 und 4 gibt die Möglichkeit, beispielsweise den im Kolben bewegten Rundschieber als Steuerelement für das Gasgemisch, den im Zylinder angebrachten Rundschieber als Steuerelement für den Auslass der Verbrennungsgase zu verwenden.
Analog Fig. 4 kann als Dichtungsschieber auch ein Flachschieber ähnlich des am Kolben e in Fig. 1 angebrachten Schiebers i verwendet werden. Schliesslich können Flachund Rundschieber kombiniert verwendet werden.