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Technisches Umfeld
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Die Erfindung betrifft einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor bestehend aus einem innerhalb eines feststehenden Gehäuses exzentrisch zur Mittellinie des Gehäuses um eine zu dieser Mittellinie parallelen Zylinderblockdrehachse drehbar gelagerten Zylinderblock, in dem in parallelen, senkrecht zur Zylinderblockdrehachse angeordneten Ebenen mindestens zwei Zylinder angeordnet sind.
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Stand der Technik
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Verbrennungsmotoren, die in unterschiedlicher Ausgestaltung flüssige oder gasförmige Medien zur Erzeugung von Rotationsenergie nutzen, sind sowohl als Hubkolbenmotoren als auch als Rotationsmotoren (Wankel-Prinzip) aus dem Stand der Technik seit langem bekannt.
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Die Motoren nach dem Wankel-Prinzip haben dabei den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu Hubkolbenmotoren keinen Kurbeltrieb zur Umwandlung einer Hubbewegung in eine Drehbewegung benötigen, vielmehr wird die Motorrotation unmittelbar durch die Verbrennung erzeugt, in dem die Verbrennungsgase in den Verbrennungskammern auf den drehenden Kolben und die Gehäusewandung wirken.
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Aufgrund der notwendigen Umwandlung einer Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung besitzen Hubkolbenmotoren beträchtliche mechanische Reibungsverluste infolge der Wirkung von Seitenkräften, die die Kolben an die diese umgebenden Zylinderwände andrücken. Da außerdem bei Hubkolbenmotoren in aller Regel für die Lagerung der Kurbelwelle als auch der Kolben Gleitlager verwendet werden, die üblichen Wälzlagern sowohl in der Lebensdauer als auch in der Reibungsarmut unterlegen sind, ergibt sich für Hubkolbenmotoren ein entsprechen niedriger Wirkungsgrad.
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Die am Markt befindlichen Rotationsmotoren nach dem Wankel-Prinzip vermeiden durch das Fehlen einer Umsetzung einer translatorischen in eine rotatorische Bewegung die oben geschilderten Hubkolbenmotorennachteile. Der neue Rotationskolben-Verbrennungsmotor vereint die Bauprinzipien von Rotations- und Hubkolbenmotoren und soll die traditionellen Hubkolbenmotoren mit einem Schubkurbelgetriebe ersetzen.
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Neben Rotationsmotoren nach dem Wankel-Prinzip sind aber auch andere Rotationskolben-Verbrennungsmotoren bekannt, beispielsweise aus der
US 7 421 986 B2 . Dort ist ein Rotationskolben-Verbrennungsmotor offenbart, bestehend aus einem innerhalb eines beweglichen Gehäuses exzentrisch zur Gehäusemittellinie um eine zu dieser Mittellinie parallelen Zylinderblockdrehachse drehbar gelagerten Zylinderblock, in dem in parallelen, senkrecht zur Zylinderblockdrehachse angeordneten Zylinderebenen mindestens zwei Zylinder angeordnet sind, in welchen sich längs verschieblich je mindestens ein Kolben befindet, wobei sich die Kolben jeweils mittels eines Übertragungsgliedes, welches sich über den Außenumfang des Zylinderblocks hinaus erstreckt, an der Gehäuseinnenwandung des Gehäuses abstützt und wobei der Zylinderblock eine Drehwelle zur Abnahme eines Drehmomentes aufweist.
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Darüberhinaus offenbart die
DE 25 21 461 A1 einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor, bei dem sich Kolbenschuhe jeweils mittels eines Übertragungsgliedes an der Gehäuseinnenwandung eines Gehäuses gleitend abstützen.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist von daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor bereitzustellen, welcher einfach und kostengünstig herstellbar ist, dabei wartungs- und reibungsarm arbeitet sowie ggf. die Möglichkeit bietet, auf einfache Weise den Kolbenraum des Rotationskolben-Verbrennungsmotors zu verändern.
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Lösung der Aufgabe
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Die geschilderte Aufgabe wird durch die Merkmalskombination eines Rotationskolben-Verbrennungsmotors gemäß der technischen Lehre des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungswesentlich dabei ist es, dass der Rotationskolben-Verbrennungsmotor, bestehend aus einem innerhalb eines feststehenden Gehäuses, exzentrisch zur Mittellinie des Gehäuses um eine zu dieser Mittellinie parallelen Zylinderblockdrehachse drehbar gelagerten Zylinderblock, in dem in parallelen, senkrecht zur Zylinderblockdrehachse angeordneten Ebenen mindestens zwei Zylinder angeordnet sind dadurch gekennzeichnet ist, dass sich in jedem Zylinder längs verschieblich je mindestens ein Kolben befindet, wobei sich die Kolben jeweils mittels eines Übertragungsgliedes, welches sich über den Außenumfang des Zylinderblocks hinaus erstreckt, an der Innenwandung des Gehäuses gleitend abstützt und wobei der Zylinderblock eine Drehwelle zur Abnahme eines Drehmomentes aufweist und das Übertragungsglied jedes Zylinders an einem separaten Gehäusebereich sich gleitend abstützt, wobei die Gehäusebereiche zueinander einzeln verschieblich und innerhalb eines Gehäuserahmens verschieblich sind.
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Durch die Verschieblichkeit der Gehäusebereiche lassen sich die Kolbenräume jedes Zylinders individuell variieren, so dass eine feinfühlige Drehmomentabgabe erreicht werden kann.
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Der geschilderte Aufbau des Motors ist gegenüber herkömmlichen Konstruktionen klar und übersichtlich, wobei die einzelnen Bauteile des Motors kostengünstig gefertigt werden können.
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Besondere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich zusätzlich zu der technischen Lehre des Anspruches 1 aus den darauf rückbezogenen Unteransprüchen.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das jedem Kolben zugeordnete Übertragungsglied aus einer am Kolben fest angeordneten Stange besteht, an deren dem Kolben abgewandten freien Ende sich eine Lagervorrichtung zum Abrollen an der Innenwandung des Gehäuses befindet.
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Die Lagervorrichtung kann dabei kostengünstig als den Zylinderblock umgreifendes Wälzlager ausgebildet sein, dessen Innenring mittels einer Befestigungsbaugruppe mit den Stangen und dessen Außenring fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich mittels der besonders vorteilhaften Wälzlager in Montage und Preis kostengünstige Ausführungen des erfindungsgemäßen Rotationskolben-Verbrennungsmotors herstellen, wobei der Einsatz der Wälzlager insbesondere unter dem Gesichtspunkt einer Vermeidung von Reibungsverlusten vorteilhaft ist.
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Für die Funktion des Rotationskolben-Verbrennungsmotors kann es darüber hinaus vorteilhaft sein, wenn der Zylinderblock im Gehäuserahmen mittels einer Wälzlagervorrichtung drehbar festgelegt ist. Die Wälzlagervorrichtung nimmt dabei die am Zylinderblock befindliche Drehwelle drehbar auf, so dass eine unmittelbare Drehmomentabnahme im Zylinderblock möglich ist.
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Der Gesamtaufbau des Rotationskolben-Verbrennungsmotors ist so ausgelegt, dass die innerhalb des Zylinderblockes angeordneten Kolben sowohl durch Verbrennungsgase als auch durch Druckfluide, wie beispielsweise Druckluft, beaufschlagt werden können.
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Figurenbeschreibung
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beiden beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Rotationskolben-Verbrennungsmotor in Frontansicht und
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2 eine schematische Schnittdarstellung der Seitenansicht auf den Rotationskolben-Verbrennungsmotor der 1 entsprechend des Pfeiles A.
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Wesentliche Elemente des erfindungsgemäßen Rotationskolben-Verbrennungsmotors sind ein innerhalb eines Gehäuses 2 angeordneter Zylinderblock 1 sowie ein das Gehäuse 2 umschließender Gehäuserahmen 15. Das Gehäuse 2 ist dabei innerhalb des Gehäuserahmens 15 verschieblich entsprechend des Doppelpfeiles P in 1 sowie der Pfeile P1 und P2 in der 2 angeordnet.
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Der innerhalb des Gehäuses 2, welches wiederum in einem Gehäuserahmen 15 beweglich angeordnet ist, drehbar gelagerte Zylinderblock 1 besitzt in seinem Inneren zwei einzelne Zylinder 7.1 und 7.2, welche parallel beabstandet, in senkrecht zur Zylinderblockdrehachse 3 angeordneten Zylinderebenen 5 und 6 befindlich sind. Zur Verdeutlichung in den Figuren sind alle einem der beiden Zylinder zugeordneten Bauteile mit den nachgeordneten Bezeichnungen „.1” und „.2” gekennzeichnet.
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Wie aus der 1 deutlich wird, dreht sich der Zylinderblock 1 um die Zylinderblockdrehachse 3, die gegenüber einer Gehäusemittellinie 4 des Gehäuses 2 seitlich verschoben ist, so dass sich eine exzentrische Drehbewegung des Zylinderblockes 1 gegenüber dem Gehäuse 2 ergibt. Der Zylinder 7.1 besteht ebenso wie der in der 1 nicht ersichtliche Zylinder 7.2 aus einem Kolben 8.1, an dem ein Übertragungsglied 9.1 festgelegt ist, mit Hilfe dessen eine Verbindung zwischen dem Kolben 8.1 und der Gehäuseinnenwandung 11 des Gehäuses 2 hergestellt ist.
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Das Übertragungsglied 9.1 besteht dabei aus einer Stange 10.1, an deren dem Kolben 8.1 abgewandten freien Ende eine Befestigungsbaugruppe angeordnet ist, welches eine gleitende Bewegung der Stange 10.1 entlang der Gehäuseinnenwandung 11 des Gehäuses 2 ermöglicht. Die Befestigungsbaugruppe besteht dabei aus einem Befestigungselement 19.1, welches dabei an dem Wälzlagerinnenring 13.1 des Wälzlagers 12.1 fest angeordnet ist. Zwischen dem Befestigungselement 19.1, 19.2 und der Stange 10.1, 10.2 befindet sich ein Lager 24.1, 24.2, durch welches eine Winkelbewegung zwischen Stange 10.1 und den Wälzlagern 12.1, 12.2 ermöglicht wird. Der Wälzlagerinnenring 13.1 sowie der Wälzlageraußenring 14.1 bilden zusammen mit dem Wälzkörper das Wälzlager 12.1, mit dem die Gehäuseinnenwandung 11 des Gehäuses 2 ausgekleidet ist. Durch das Wälzlager 12.1 ist eine Drehung des Zylinderblockes 1 innerhalb des Gehäuses 2 möglich.
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Wie aus der 1 ergänzend ersichtlich ist, ist die Stange 10.1 im Zylinderblock mittels einer Linearführung 18.1 translatorisch gelagert. Wird der der Stange 10.1 gegenüber liegende Kobenraum 20.1 beispielsweise durch die Zündung eines brennbaren Gemisches durch die schematisch dargestellte Zündkerze 23 mit Druckgas beaufschlagt, so verschiebt sich der Kolben 8.1. Dadurch, dass sich die Stange 10.1 durch das Druckgas beaufschlagt am Wälzlagerinnenring 13.1 abstützt, ist die Möglichkeit gegeben, dass durch die eingesetzte Druckenergie der Kolben von einer oberen Ruhestellung in eine untere Ruhestellung wandert, wobei sich eine Drehbewegung des Zylinderblockes 1 relativ zum Gehäuse 2 bzw. zum Gehäuserahmen 15 ergibt. Diese Drehbewegung kann durch die Drehwelle 16, welche nach außen durch eine Öffnung des Gehäuserahmens 15 vorsteht, abgenommen werden.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist der Zylinderblock 1 mittels der Drehwelle 16 durch ein Wälzlager 21 drehbar im Gehäuserahmen 15 festgelegt. An der gegenüber liegenden Seite ist der Zylinderblock 1 mit einem Ansatz in einem Lager 22 drehbar aufgenommen. Die Lager 21 und 22 sind zur Vermeidung von Reibungsverlusten als Wälzlager ausgeführt.
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Um eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Kolbenräume 20.1 bzw. 20.2 der Zylinder 7.1 und 7.2 herbeiführen zu können, besitzt der erfindungsgemäße – Rotationskolben-Verbrennungsmotor die Möglichkeit einer Verschiebung des Gehäuses 2 in Richtung des Doppelpfeiles P (siehe 1) relativ zum Gehäuserahmen 15.
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Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Energiebilanz des Rotationskolben-Verbrennungsmotors durch Variierung der Kolbenräume 20.1 und 20.2 besteht darin, dass das Gehäuse 2 aus zwei relativ zueinander verschieblichen Gehäusebereichen 17.1 und 17.2 besteht. Somit sind die Gehäusebereiche 17.1 und 17.2 auch gegenüber dem Gehäuserahmen 15 verschieblich.
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Durch die Loskoppelung der Gehäusebereiche 17.1 und 17.2 voneinander kann somit jeweils der Kolbenraum 20.1 bzw. 20.2 individuell vergrößert und verkleinert werden. Damit ist eine feinfühlige Kraftdosierung des Rotationskolben-Verbrennungsmotors möglich.
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Selbstverständlich ist es denkbar, den dargestellten Rotationskolben-Verbrennungsmotor mit weiteren Zylindern 7.3, 7.4 ... zu ergänzen. Mit einer derartigen Ergänzung verlässt man selbstverständlich nicht die erfindungsgemäße Merkmalskombination des offenbarten Rotationskolben-Verbrennungsmotors. Es bleibt somit festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Konstruktion einen in Herstellung und Aufbau einfachen Rotationskolben-Verbrennungsmotor bereitstellt, der aufgrund seiner speziellen Konstruktion und der eingesetzten Wälzlager ein hohes Maß an Reibungsarmut aufweist. Darüber hinaus ist bei dem erfindungsgemäßen Rotationskolben-Verbrennungsmotor die Möglichkeit der Regulierung der Größe des Kolbenraumes der einzelnen Zylinder möglich, so dass sich auch die Möglichkeit ergibt, einzelne Zylinder bei einem geringeren geforderten Leistungsniveau abzuschalten, indem für diesen Zylinder durch Verstellung eines der Gehäusebereiche eine Übereinstimmung zwischen Zylinderblockdrehachse und Gehäusemittellinie herbeigeführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderblock
- 2
- Gehäuse
- 3
- Zylinderblockdrehachse
- 4
- Gehäusemittellinie
- 5
- Zylinderebene I
- 6
- Zylinderebene II
- 7.1
- Zylinder
- 7.2
- Zylinder
- 8.1
- Kolben
- 8.2
- Kolben
- 9.1
- Übertragungsglied
- 9.2
- Übertragungsglied
- 10.1
- Stange
- 10.2
- Stange
- 11
- Gehäuseinnenwandung
- 12.1
- Wälzlager
- 12.2
- Wälzlager
- 13.1
- Wälzlagerinnenring
- 13.2
- Wälzlagerinnenring
- 14.1
- Wälzlageraußenring
- 14.2
- Wälzlageraußenring
- 15
- Gehäuserahmen
- 16
- Drehwelle
- 17.1
- Gehäusebereich I
- 17.2
- Gehäusebereich II
- 18.1
- Linearführung
- 18.2
- Linearführung
- 19.1
- Befestigungselement
- 19.2
- Befestigungselement
- 20.1
- Kolbenraum
- 20.2
- Kolbenraum
- 21
- Lager
- 22
- Lager
- 23
- Zündkerze
- 24.1
- Lager
- 24.2
- Lager
