DE102013002311A1 - RB-Rotationskolbenmotor - Google Patents

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RB HOLDING GmbH
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RB HOLDING GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor mit wenigstens einem Rotationskolben zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in wenigstens einer Arbeitskammer sowie ein Verfahren zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in einem Rotationskolbenmotor. Um einen bekannten Rotationskolbenmotor nach obiger Bauart und ein Verfahren zu dessen Betrieb dahingehend zu verbessern, dass eine bessere Leistung und ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rotationskolbenmotor wenigstens einen Rotationskolben mit wenigstens einem rotierbar gelagerten Rotationskörper und wenigstens einem gegenüber dem Rotationskörper bewegbaren Dichtungsabschnitt zur Abdichtung der wenigstens einen Arbeitskammer umfasst. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst der Rotationskolbenmotor ein Gehäuse, das wenigstens einen Schmierstoffkanal zur Zufuhr von Schmierstoff zu dem Rotationskolben und/oder zur Abfuhr von Schmierstoff von dem Rotationskolben aufweist. Der dritte Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in einem Rotationskolbenmotor, wobei das Arbeitsgas durch einen Rotationskolben in einer ersten Arbeitskammer verdichtet wird und zur Zündung in eine zweite Arbeitskammer überführt wird, wobei das Arbeitsgas in der zweiten Arbeitskammer mit Kraftstoff beaufschlagt und/oder weiter verdichtet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor mit wenigstens einem Rotationskolben zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in wenigstens einer Arbeitskammer sowie ein Verfahren zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in einem Rotationskolbenmotor.
  • Ein ähnlicher Rotationskolbenmotor und ein Verfahren zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in einem Rotationskolbenmotor ist bspw. aus der DE 10 2011 109 966 bekannt.
  • Ein solcher Rotationskolbenmotor zur Verdichtung und Expansion eines Arbeitsgases umfasst wenigstens einen Arbeitskolben, um dessen Rotationsachse i. d. R. mehrere Arbeitskammern ausgebildet und rotierbar sind, in denen das Arbeitsgas verdichtet, ggf. gezündet und nach der Zündung entspannt wird, wobei die Arbeitskammern in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Arbeitskolbens hintereinander angeordnet sein können. Zudem weist ein solcher Rotationskolbenmotor i. d. R. wenigstens einen Hilfskolben mit einer zu dem Arbeitskolben komplementären Geometrie auf, der dichtend an dem Arbeitskolben abwälzt, so dass wenigstens eine Arbeitskammer mit variablem Volumen zur Verdichtung und Expansion des Arbeitsgases gebildet wird.
  • Im Gegensatz zu einem Hubkolbenmotor klassischer Bauart laufen alle Arbeitstakte (Ansaugen, Verdichten, Zünden, Entspannen) des Rotationskolbenmotors während der Rotation des Rotationskolbens ab, ohne dass der Rotationskolben seine Bewegungsrichtung ändert. Dabei können in verschiedenen Arbeitskammern auch verschiedene Arbeitstakte gleichzeitig stattfinden. Die Explosionsenergie des gezündeten Arbeitsgases wirkt vorzugsweise direkt in Umfangsrichtung auf den Arbeitskolben, der auch die Verdichtung des Arbeitsgases übernimmt. Wie bei einer Fluggasturbine wird die Explosionsenergie des gezündeten Arbeitsgases somit direkt zum Antrieb des Verdichters bzw. zur Verdichtung des Arbeitsgases genutzt, so dass sich in der Theorie ein besonders hoher Wirkungsgrad des Rotationskolbenmotors ergibt.
  • Bekannte Probleme von Rotationskolbenmotoren sind jedoch die Kompressionsdruckverluste durch vergleichsweise lange Gasführungswege und Abdichtungsprobleme der Arbeitskammern in der Verdichtungs- und Expansionsstufe, die Wärmeausdehnung des Gehäuses und der Rotationskolben, insbesondere durch die großen Reibungsflächen und hohen Drehzahlen, die Fliehkräfte und Trägheit des Arbeitsgases mit nachteiligen Auswirkungen auf den Gasfluss und die Vermischung des Luft-Kraftstoff-Gemisches vor der Zündung, der Öleinlauf in die Arbeitskammern im Betriebs- oder Ruhezustand, die Steuerbarkeit der Zündung durch schnell drehenden Kolben, insbesondere bei unterschiedlichen Drehzahlen (Lastwechsel). Dadurch sinken der Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit des Rotationskolbenmotors. Aus diesen Gründen konnte sich der Rotationskolbenmotor trotz der zahlreichen Vorteile gegenüber den Hubkolbenmotoren in der Praxis bislang nicht durchsetzen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen bekannten Rotationskolbenmotor nach obiger Bauart und ein Verfahren zu dessen Betrieb dahingehend zu verbessern, dass eine bessere Leistung und ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden. Dabei spielt die Flexibilität bei der Ausführbarkeit und die Anpassungsmöglichkeit an die verschiedensten Gegebenheiten und Erwartungen eine Rolle, insbesondere um den verschiedensten Anwendungsbereichen gerecht zu werden. Im Fokus der Entwicklung stehen u. a. die Verwendbarkeit unterschiedlicher Treibstoffe (Benzin, Diesel, Wasserstoff, etc), als Fremd- und als Selbstzünder, die Steuerungsmöglichkeit bzw. Einstellbarkeit mindestens in gleicher Weise wie beim Hubkolbenmotor (Gaseinlass, Zündzeitpunkt, Gasauslass, Gasmenge, Volumen, Zündkammer, etc.), die Nutzbarkeit als gleichlaufender Motor z. B. für Generatoren, Blockheizkraftwerke und Werkzeugmaschinen, ebenso wie zum Antrieb von Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugen. Die Konstruktion soll möglichst einfach aufgebaut sein.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch Einzellösungen (Aspekte), die schon für sich genommen, aber insbesondere in ihrer Zusammenwirkung, einen Rotationskolbenmotor sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb mit verbesserter Leistung und höherem Wirkungsgrad ermöglichen, wobei die Einzellösungen sowohl einzeln als auch in Kombination beansprucht werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch den Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1 zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in wenigstens einer Arbeitskammer, umfassend wenigstens einen Rotationskolben mit wenigstens einem rotierbar gelagerten Rotationskörper und wenigstens einem gegenüber dem Rotationskörper bewegbaren Dichtungsabschnitt zur Abdichtung der wenigstens einen Arbeitskammer. Durch den gegenüber dem Rotationskörper bewegbaren Dichtungsabschnitt können Dichtspalte zwischen den stehenden und rotierenden Teilen des Rotationskolbenmotors bspw. aufgrund thermischer Materialausdehnungen in jedem Betriebszustand des Rotationskolbenmotors besser verschlossen und abgedichtet werden, so dass die Druck- und Kraftstoffverluste in der Verdichtungs- und Expansionsstufe sinken und der Wirkungsgrad bzw. die Wirtschaftlichkeit des Rotationskolbenmotors steigt.
  • Zur besseren Verständlichkeit der beschriebenen und beanspruchten Erfindung werden vorab noch einige Begriffe geklärt:
    Die Begriffe axial, radial und Umfangsrichtung beziehen sich jeweils auf die Rotationsachse des jeweils in Rede stehenden Rotationskolbens. Als axiale Richtung wird eine Richtung entlang oder parallel zu der Rotationsachse des jeweiligen Rotationskolbens bezeichnet. Als radiale Richtung bezeichnet man dagegen eine Richtung senkrecht zu der besagten Rotationsachse. Die Umfangsrichtung verläuft entlang des Umfangs eines beliebigen Kreises, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse liegt.
  • Der erste Aspekt der Erfindung befasst sich, wie zuvor erwähnt wurde, vorwiegend mit der Abdichtung der Arbeitskammern zwischen den stehenden und rotierenden Teilen des Rotationskolbenmotors. Der Begriff Dichtfläche bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung die Fläche eines stehenden oder rotierenden Teils des Rotationskolbenmotors, die einer entsprechenden Fläche eines stehenden oder rotierenden Teils des Rotationskolbenmotors – dem sogenannten Dichtungspartner – dicht gegenübersteht, um ein Austreten des Arbeitsgases über den Dichtspalt zwischen den Dichtflächen zu verhindern. Im vorliegenden Fall gibt es Dichtungen zwischen stehenden und rotierenden Teilen des Rotationskolbenmotors (Arbeitskolben oder Hilfskolben gegenüber dem Gehäuse) wie auch Dichtungen zwischen rotierenden Teilen des Rotationskolbenmotors untereinander (Arbeitskolben gegenüber Hilfskolben).
  • Es kann von Vorteil sein, wenn der wenigstens eine Rotationskolben wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
    • – Der Rotationskolben ist unter Beibehaltung der Abdichtung der wenigstens einen Arbeitskammer um eine Rotationsachse rotierbar.
    • – Wenigstens ein Rotationskolben ist ein Arbeitskolben zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases, um dessen Rotationsachse die wenigstens eine Arbeitskammer ausgebildet ist und/oder rotiert, wobei vorzugsweise wenigstens zwei Arbeitskammern in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Arbeitskolbens hintereinander angeordnet sind.
    • – Wenigstens ein Rotationskolben ist ein Hilfskolben, der eine zu dem Arbeitskolben komplementäre Geometrie aufweist, um dichtend gegenüber dem Arbeitskolben abzuwälzen, vorzugsweise um wenigstens eine Arbeitskammer mit variablem Volumen zu bilden.
  • Es kann sich aber auch als nützlich erweisen, wenn der wenigstens eine Rotationskörper wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
    • – Der Rotationskörper umfasst wenigstens eine Dichtfläche, die die wenigstens eine Arbeitskammer während der Rotationsbewegung zumindest zeitweise abdichtet, wobei die Dichtfläche vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung vom Rotationskörper abweist.
    • – Der Rotationskörper umfasst wenigstens eine Aufnahme zur Bildung der wenigstens einen Arbeitskammer.
    • – Der Rotationskörper umfasst eine verstellbare Geometrie, so dass das Volumen wenigstens einer Aufnahme zur Bildung der wenigstens einen Arbeitskammer veränderbar ist.
    • – Der Rotationskörper umfasst wenigstens zwei Aufnahmen zur Bildung jeweils einer Arbeitskammer, wobei die Aufnahmen vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Aufnahmen vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung unterschiedlich dimensioniert sind.
    • – Der Rotationskörper umfasst wenigstens einen gegenüber der wenigstens einen Arbeitskammer abgedichteten Hohlraum.
  • Es kann sich aber auch als praktisch erweisen, wenn der wenigstens eine Dichtungsabschnitt wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
    • – Der Dichtungsabschnitt umfasst wenigstens eine Dichtfläche, die vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung vom Dichtungsabschnitt abweist, wobei die Dichtfläche vorzugweise als rotationssymmetrische Fläche oder als Abschnitt davon ausgebildet ist, wobei die Dichtfläche bevorzugt die Form eines Zylindermantels und/oder eines Kegelmantels und/oder eines Kugelmantels oder einer Kreisscheibe oder zumindest eines Abschnitts davon aufweist.
    • – Der Dichtungsabschnitt umfasst an einer Dichtfläche wenigstens eine vorzugsweise linienförmige Dichtlippe, die in Richtung eines Dichtungspartners vorsteht, wobei die Dichtlippe vorzugsweise in Umfangsrichtung wellenförmig oder sinusförmig verläuft, wobei die wellenförmige oder sinusförmige Dichtlippe um den Umfang des Rotationskolbens einen Phasenwinkel von wenigstens 180° zurücklegt.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist zumindest abschnittsweise an einem axialen und/oder radialen Ende des Rotationskörpers angeordnet, wobei der Dichtungsabschnitt den Rotationskörper vorzugsweise in axialer Richtung übergreift und sich zumindest abschnittsweise entlang beider axialer Enden des Rotationskörpers erstreckt.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist zwischen einem ersten Zustand, in welchem eine Dichtfläche des Dichtungsabschnitts bündig mit oder im Abstand zu einer Dichtfläche des Rotationskörpers und/oder mit einer Dichtfläche eines anderen Dichtungsabschnitts abschließt, und einem zweiten Zustand, in welchem die Dichtfläche des Dichtungsabschnitts in Richtung eines Dichtungspartners weiter über die Dichtfläche des Rotationskörpers und/oder über die Dichtfläche eines anderen Dichtungsabschnitts hervorsteht, reversibel überführbar.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist entlang einer Linie in einer die Rotationsachse des Rotationskolbens einschließenden Ebene gegenüber dem Rotationskörper bewegbar, vorzugsweise entlang oder parallel zu der Rotationsachse des Rotationskolbens und/oder radial und/oder im spitzen Winkel zu der Rotationsachse des Rotationskolbens.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist lediglich entlang einer, vorzugsweise geraden, Linie gegenüber dem Rotationskörper bewegbar, während alle anderen Bewegungen des Dichtungsabschnitts gegenüber dem Rotationskörper gesperrt sind.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist unter Beibehaltung der Abdichtung der wenigstens einen Arbeitskammer relativ zu wenigstens einem weiteren Dichtungsabschnitt und/oder zu dem Rotationskörper bewegbar.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist verschieblich am Rotationskörper geführt.
    • – Der Dichtungsabschnitt dichtet die wenigstens eine Arbeitskammer in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung ab.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist gegenüber dem Rotationskörper federnd vorgespannt, wobei die federnde Vorspannung den Dichtungsabschnitt und den Rotationskörper vorzugweise auseinander drückt oder zusammen zieht.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist derart ausgebildet, dass er bei Rotation des Rotationskolbens durch die Zentrifugalkraft bewegbar ist, wobei der Dichtungsabschnitt vorzugweise durch die Zentrifugalkraft von der Rotationsachse des Rotationskolbens beabstandet wird.
    • – Der Dichtungsabschnitt weist an wenigstens einem Ende, vorzugsweise an einem in Drehrichtung des Rotationskolbens vorderen Ende eine Fase auf, um ein Eindringen des Dichtungsabschnitts in eine Komplementärgeometrie eines Dichtungspartners zu erleichtern.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist im Wesentlichen ein rotationssymmetrisches Bauteil oder ein Abschnitt davon, wobei der Dichtungsabschnitt vorzugsweise kreissegmentförmig, ringsegmentförmig oder bogenförmig ausgebildet ist.
    • – Der Dichtungsabschnitt bildet eine Außenkante des Rotationskolbens.
    • – Der Dichtungsabschnitt ist in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung formschlüssig an dem Rotationskörper festgelegt.
    • – Der Dichtungsabschnitt besteht aus einem hitzebeständigen Material, vorzugweise Keramik.
    • – Der Dichtungsabschnitt besteht aus einem duktilen Material, vorzugweise Kupfer.
    • – Der Dichtungsabschnitt besteht aus einem porösen Material.
    • – Der Dichtungsabschnitt besteht aus einem Material, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Gehäuse und/oder wenigstens ein weiterer Rotationskolben.
    • – Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte sind in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung benachbart und/oder überlappend angeordnet.
    • – Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte bilden gemeinsam eine durchgehende oder geschlossene oder in sich geschlossene Dichtung.
    • – Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte sind unter Beibehaltung einer durchgehenden oder geschlossenen oder in sich geschlossenen Dichtung relativ zueinander bewegbar.
    • – Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte sind identisch oder symmetrisch oder komplementär zueinander ausgebildet.
    • – Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte sind paarweise an entgegengesetzten axialen Enden des Rotationskörpers angeordnet.
    • – Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte sind gegeneinander federnd vorgespannt, wobei die federnde Vorspannung die Dichtungsabschnitte vorzugweise auseinander drückt oder zusammen zieht.
  • Durch wenigstens einen nach den vorstehenden Merkmalen ausgebildeten Dichtungsabschnitt kann in jedem Betriebszustand des Rotationskolbenmotors eine verbesserte Abdichtung der Arbeitskammer sichergestellt werden, wobei der Dichtungsabschnitt besonders gut auf die Eigenschaften der jeweiligen Dichtungspartner im Hinblick auf Materialien und Konturen abgestimmt werden kann.
  • Zudem kann es sinnvoll sein, wenn der Rotationskolbenmotor ein Gehäuse aufweist, welches wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
    • – Das Gehäuse umfasst wenigstens einen Einlass, um ein Arbeitsgas in die Arbeitskammer einzulassen.
    • – Das Gehäuse umfasst wenigstens einen Auslass, um ein Arbeitsgas aus der Arbeitskammer abzulassen.
    • – Das Gehäuse ist zumindest abschnittsweise spiegelsymmetrisch aufgebaut, vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, die durch die Rotationsachsen zweier Rotationskolben aufgespannt wird.
    • – Das Gehäuse umfasst mindestens zwei Teile, vorzugsweise mindestens zwei im Wesentlichen spiegelsymmetrische Teile, bevorzugt mindestens zwei identische Teile, um den Rotationskolben an unterschiedlichen Seiten seines Umfangs abzudecken.
    • – Das Gehäuse ist im Wesentlichen in einer Ebene, die durch die Rotationsachsen zweier Rotationskolben aufgespannt wird, oder in einer dazu parallelen Ebene, geteilt.
  • Ein Gehäuse gemäß den vorstehenden Merkmalen ist leicht herstellbar, kompakt und montierbar sowie, im Falle eines erforderlichen Zugriffs auf die rotierenden Bauteile des Rotationskolbenmotors, auch wieder demontierbar.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs formulierte Aufgabe gelöst durch den Rotationskolbenmotor nach Anspruch 6, vorzugsweise in Verbindung mit wenigstens einer der vorangehenden Ausführungen, zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in wenigstens einer Arbeitskammer, mit einem Gehäuse und mit wenigstens einem rotierbar im Gehäuse gelagerten Rotationskolben, wobei das Gehäuse wenigstens einen Schmierstoffkanal zur Zufuhr von Schmierstoff zu dem Rotationskolben und/oder zur Abfuhr von Schmierstoff von dem Rotationskolben aufweist. Durch eine Druckumlaufschmierung über den Schmierstoffkanal kann in jedem Betriebszustand des Rotationskolbenmotors eine bessere Abdichtung der Arbeitskammer sichergestellt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung erfüllt der Schmierstoffkanal wenigstens eine der folgenden Anforderungen:
    • – Der Schmierstoffkanal führt den Schmierstoff von dem Rotationskolben in einen Schmierstoffbehälter ab.
    • – Der Schmierstoffkanal ist derart ausgebildet, dass der Schmierstoff sich im Schmierstoffbehälter sammelt.
    • – Der Schmierstoffkanal verläuft um den Rotationskolben und/oder um die Arbeitskammer herum.
    • – Der Schmierstoffkanal ist derart konstruiert, dass der Schmierstoff durch Adhäsion an der Schmierstoffkanalwand haftet.
    • – Der Schmierstoffkanal ist derart konstruiert, dass der Schmierstoff durch die Gewichtskraft abläuft.
    • – Der Schmierstoffkanal verläuft zumindest abschnittsweise innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses–
    • – Der Schmierstoffkanal weist in einem Scheitelpunkt oberhalb des Rotationskolbens einen kleineren Krümmungsradius auf als der größte Radius des Rotationskolbens, wobei der Schmierstoffkanal unterhalb des Scheitelpunkts vorzugsweise einen größeren Krümmungsradius aufweist als der größte Radius des Rotationskolbens.
    • – Der Schmierstoffkanal weist wenigstens eine Verzweigung auf.
    • – Der Schmierstoffkanal umfasst wenigstens eine Schmierstoffzuleitung zur Zufuhr von Schmierstoff zu dem Rotationskolben, vorzugsweise zu wenigstens einer Lagerstelle Rotationskolbens und/oder zu wenigstens einer Dichtfläche des Rotationskolbens.
    • – Der Schmierstoffkanal ist Teil eines Schmierstoffkreislaufs, vorzugsweise eines geschlossenen Schmierstoffkreislaufs, wobei der von dem Rotationskolben abgeführte Schmierstoff vorzugsweise gereinigt und dem Rotationskolben wieder zugeführt wird.
  • Der Schmierstoffkanal nach den vorstehenden Merkmalen kann den erforderlichen Schmierstoff gut über die zu schmierenden Kontaktflächen verteilen und den überflüssigen Schmierstoff zuverlässig abführen.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der Schmierstoffkanal wenigstens einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme von Schmierstoff von dem Rotationskolben auf, wobei der Aufnahmeabschnitt wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
    • – Der Aufnahmeabschnitt öffnet sich zum Rotationskolben hin, vorzugsweise zu wenigstens einer Lagerstelle des Rotationskolbens und/oder zu wenigstens einer Dichtfläche des Rotationskolbens.
    • – Der Aufnahmeabschnitt verläuft zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung des Rotationskolbens.
    • – Der Aufnahmeabschnitt ist radial außerhalb und axial innerhalb des Rotationskolbens, oder radial innerhalb und axial außerhalb des Rotationskolbens angeordnet.
    • – Der Aufnahmeabschnitt ist derart ausgebildet, dass er den durch Zentrifugalkraft vom Rotationskolben abgeworfenen Schmierstoff aufnimmt.
    • – Der Aufnahmeabschnitt umfasst wenigstens zwei parallele Rillen, die durch wenigstens einen Wandabschnitt voneinander getrennt sind, wobei sich der Wandabschnitt vorzugsweise im Querschnitt gesehen von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende verjüngt oder erweitert, und/oder wobei der Wandabschnitt im Querschnitt gesehen zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende konkav ausgebildet ist, wobei der Wandabschnitt bevorzugt im Querschnitt gesehen am distalen Ende ein pfeilförmiges Profil aufweist, dessen Spitze von dem proximalen Ende des Wandabschnitts abweist.
    • – Der Aufnahmeabschnitt umfasst wenigstens zwei parallele Rillen, die vorzugsweise tiefer als breit sind.
    • – Der Aufnahmeabschnitt umfasst eine Rückflusssperre, die ein Austreten des bereits aufgenommenen Schmierstoffs verhindert.
    • – Der Aufnahmeabschnitt ist zur Aufnahme eines dem Rotationskolben durch Druckumlaufschmierung zugeführten Schmierstoffs im Betriebszustand und im Ruhezustand ausgelegt.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs formulierte Aufgabe ebenfalls gelöst durch das Verfahren zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in einem Rotationskolbenmotor, vorzugsweise in einem Rotationskolbenmotor nach wenigstens einer der vorangehenden Ausführungen, wobei das Arbeitsgas durch einen Rotationskolben in einer ersten Arbeitskammer verdichtet wird und zur Zündung in eine zweite Arbeitskammer überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas in der zweiten Arbeitskammer mit Kraftstoff beaufschlagt und/oder weiter verdichtet wird.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst:
    • – Das verdichtete Arbeitsgas wird durch den Rotationskolben und/oder durch das Gehäuse des Rotationskolbenmotors, vorzugsweise radial nach innen, aus der ersten Arbeitskammer in die zweite Arbeitskammer überführt.
    • – Der Kraftstoff wird vor und/oder während und/oder nach der weiteren Verdichtung in die zweite Arbeitskammer eingespritzt.
    • – Das Arbeitsgas wird in der zweiten Arbeitskammer durch wenigstens einen Hubkolben weiter verdichtet, wobei der Hubkolben vorzugsweise pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder mechanisch, bevorzugt von einer mit der Rotationskolbenbewegung gekoppelten Nocken- oder Exzenterwelle, angetrieben wird, wobei der Hubkolben und der Rotationskolben besonders bevorzugt mit gleicher Drehzahl laufen.
    • – Das Arbeitsgas wird bereits im verdichteten Zustand in die erste Arbeitskammer eingebracht, wobei die Verdichtung vorzugsweise durch einen Turbolader erfolgt.
    • – Das Arbeitsgas wird in der zweiten Arbeitskammer durch Beaufschlagung mit Kraftstoff und/oder durch weitere Verdichtung zur Zündung gebracht.
    • – Das gezündete Arbeitsgas wird durch den Rotationskolben und/oder durch das Gehäuse des Rotationskolbenmotors, vorzugsweise radial nach außen, aus der zweiten Arbeitskammer in die erste Arbeitskammer überführt.
  • Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren im Detail beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Es zeigen:
  • 1 schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 1a eine schematische perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit teilweise geöffnetem Gehäuse; 1b eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors gemäß 1a senkrecht zu den Rotationsachsen der Rotationskolben; 1c alternative Ausgestaltungen von Aufnahmeabschnitten eines Schmierstoffkanals zur Aufnahme von Schmierstoff; 1d schematische Ansichten des Verlaufs des Schmierstoffkanals und des Aufnahmeabschnitts im Verhältnis zum Rotationskolben, von dem der Schmierstoff abzuleiten ist; 1e eine schematische Seitenansicht eines als Hilfskolben ausgebildeten Rotationskolbens während der Rotation, wobei der durch Zentrifugalkraft bzw. Fliehkraft abgeworfene Schmierstoff schematisch durch Tropfen dargestellt ist; 1f eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit einem teilweise geöffneten Gehäuse, das in einer die Rotationsachsen der Rotationskolben einschließenden Ebene getrennt ist und 1g eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors zur Darstellung des Zusammenwirkens der einzelnen Komponenten.
  • 2 schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 2a eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors senkrecht zu den Rotationsachsen der Rotationskolben in der bestimmungsgemäßen Einbauposition; und 2b den Rotationskolbenmotor aus 2a in einer Schräglage, in welcher der Rotationskolbenmotor gegenüber der bestimmungsgemäßen Einbauposition um eine zu den Rotationsachsen parallele Achse um den Winkel α geneigt ist.
  • 3 schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 3a eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors senkrecht zu den Rotationsachsen der Rotationskolben; und 3b eine schematische Teilschnittansicht des Rotationskolbenmotors aus 3a entlang der Rotationsachse des oberen Hilfskolbens zur Darstellung des Verlaufs des Schmierstoffkanals.
  • 4 schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 4a eine schematische perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit einem teilweise geöffneten Gehäuse; 4b eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors senkrecht zu den Rotationsachsen der Rotationskolben; und 4c eine schematische Teilschnittansicht des Rotationskolbenmotors aus 4b entlang der Rotationsachse des oberen Hilfskolbens zur Darstellung des Verlaufs des Schmierstoffkanals.
  • 5 schematische Ansichten der Rotationskolben eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 5a eine Seitenansicht der Rotationskolben; 5b die Rotationskolben mit Dichtungsabschnitten in Vorderansicht in einem ersten Zustand, in welchem Dichtflächen der Dichtungsabschnitte und des Rotationskörpers an den Hilfskolben im Abstand zueinander verlaufen; und 5c den oberen Hilfskolben mit Dichtungsabschnitten in vergrößerter Einzeldarstellung und in einer Vorderansicht in einem zweiten Zustand, in welchem die Dichtflächen der Dichtungsabschnitte an den Hilfskolben in axialer Richtung weiter über die Dichtflächen des Rotationskörpers hervorstehen.
  • 6 schematische Ansichten eines als Arbeitskolben ausgebildeten Rotationskolben des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 6a den Rotationskolben mit Dichtungsabschnitten in Seitenansicht in einem ersten Zustand, in welchem Dichtflächen des Dichtungsabschnitts und des Rotationskörpers bündig zueinander verlaufen; 6b den Rotationskolben mit Dichtungsabschnitten in Seitenansicht in einem zweiten Zustand, in welchem eine Dichtfläche des Dichtungsabschnitts über eine Dichtfläche des Rotationskörpers in radialer Richtung hervorsteht.
  • 7 schematische Ansichten eines als Arbeitskolben ausgebildeten Rotationskolbens des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 7a den Arbeitskolben mit Dichtungsabschnitten in Seitenansicht und einer vergrößerten Seitenansicht eines Details; 7b den Arbeitskolben mit Dichtungsabschnitten in Vorderansicht in einem ersten Zustand, in welchem Dichtflächen des Dichtungsabschnitts und des Rotationskörpers bündig zueinander verlaufen; und 7c den Rotationskolben mit Dichtungsabschnitten in Vorderansicht und einer vergrößerten Vorderansicht eines Details in einem zweiten Zustand, in welchem die Dichtflächen des Dichtungsabschnitts über die Dichtflächen des Rotationskörpers in radialer Richtung hervorsteht; und 7d eine Vorderansicht eines Rotationskolbens mit mehreren Reihen von Dichtungsabschnitten in einem ersten Zustand in vergrößerter Einzeldarstellung.
  • 8 verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Arbeitsschritten; insbesondere 8a eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors zur Veranschaulichung der Arbeitstakte in einem Hubkolbensystem bzw. in der Expansionsstufe (System A); 8b eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit freigelegten Rotationskolben; 8c eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors zur Erläuterung der Arbeitstakte in einem Rotationskolbensystem bzw. in der Verdichtungsstufe (System B); und 8d–f vereinfachte und reduzierte Ansichten basierend auf den 8a–c.
  • 9 verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors in verschiedenen Arbeitsschritten; insbesondere 9a eine vereinfachte schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors zur Erläuterung der Arbeitstakte im Hubkolbensystem bzw. in der Expansionsstufe (System A); und 9b eine schematische Vorderansicht des Rotationskolbenmotors aus 9a zur Erläuterung der Arbeitstakte im Rotationskolbensystem bzw. in der Verdichtungsstufe (System B).
  • 10 verschiedene Ansichten einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors aus 9; wobei 10a und 10b im Wesentlichen auf 9a und 9b basieren.
  • 11 schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit innen liegendem Hubkolbensystem zur Veranschaulichung verschiedener Antriebskonzepte für den Hubkolben; insbesondere 11a ein Hubkolbensystem mit pneumatischem oder hydraulischen Antrieb, wobei die Hubkolbenbewegung von der Rotationsbewegung des Arbeitskolbens entkoppelt ist; 11b ein Hubkolbensystem mit Kurbelantrieb und Pleuelverbindung zur Rotationsachse des Arbeitskolbens; und 11c ein Hubkolbensystem mit Nockenantrieb und zwei endseitigen Zündkammern.
  • 12 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit innen liegendem Hubkolbensystem mit Nockenantrieb und einer endseitigen Zündkammer, wobei der Hubkolben mechanisch über die als Nockenwelle ausgebildete Achse des Arbeitskolbens angetrieben wird.
  • 13 eine erste chronologische Serie von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verdichtung und Entspannung eines Arbeitsgases in dem erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 13a den Arbeitskolben beim Verschließen des Gasauslasses der Zündkammer, 13b den Hubkolben beim Ansaugen des Arbeitsgases von System B in die Zündkammer und den Arbeitskolben beim Ansaugen von Luft in die Arbeitskammer von System A; 13c den Arbeitskolben beim Verschließen des Gaseinlasses der Zündkammer und beim Ansaugen von Luft in die Arbeitskammer von System A; und 13d den Hubkolben beim Verdichten des Arbeitsgases in der Zündkammer von System B.
  • 14 eine an die erste Serie anschließende zweite chronologische Serie von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verdichtung und Entspannung eines Arbeitsgases in dem erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 14a den Hubkolben beim Sperren des Gaseinlasses der Zündkammer bei gleichzeitiger Zündung durch Einspritzung oder Fremdzündung sowie den Arbeitskolben beim Sperren der Ansaugöffnung der Arbeitskammer von System A; 14b den Arbeitskolben beim Öffnen des Gasauslasses der Zündkammer zum Ablassen des Arbeitsgases in die Arbeitskammer sowie den Hubkolben beim Verdrängen der Restgase aus der Zündkammer und beim Sperren des Gasrückflusses in die Zündkammer zur Vermeidung von Druck auf die Kolbenoberseite und zur Entlastung des Hubsystems (z. B. über die Nocke); 14c den Arbeitskolben beim Öffnen des Gaseinlasses der Zündkammer zur Schockspülung durch vorkomprimierte Luft aus System A aufgrund der Kolbenform sowie beim Expandieren des Arbeitsgases in der rotierenden Arbeitskammer zum Antrieb der Arbeitsachse; und 14d den Arbeitskolben 4 beim Öffnen des Gasauslasses zum Ausstoß der Verbrennungsgase.
  • 15 eine an die zweite Serie anschließende dritte chronologische Serie von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verdichtung und Entspannung eines Arbeitsgases in dem erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung; insbesondere 15a den Arbeitskolben beim Verschließen des Gasauslasses der Zündkammer, beim Ausstoß der Verbrennungsgase aus der ersten Arbeitskammer sowie beim Ansaugen von Luft in die zweite Arbeitskammer; 15b den Hubkolben beim Ansaugen des Arbeitsgases in die Zündkammer; 15c den Rotationskolben beim Sperren des Gasauslasses der ersten Arbeitskammer, beim Öffnen zur Kammer des unteren Hilfskolbens zum Ablassen der Restgase in das Gehäuse sowie beim Verschließen des Gaseinlasses der Zündkammer; und 15d den Hubkolben beim Verdichten des Arbeitsgases.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Im Rahmen der Beschreibung werden für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet und, soweit möglich, auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet.
  • Erstes Ausführungsbeispiel – Schmierstoffkanal/Aufnahmeabschnitt (Fig. 1)
  • 1 zeigt schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 zur Verdichtung und Entspannung eines Arbeitsgases nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Der Rotationskolbenmotor 1 arbeitet nach dem oben beschriebenen Verfahrensprinzip zur Verdichtung und Expansion eines Arbeitsgases, und umfasst einen Arbeitskolben 4, um dessen Rotationsachse 40 Arbeitskammern 2 ausgebildet und rotierbar sind, um das Arbeitsgas zu verdichten, ggf. zu zünden und nach der Zündung zu entspannen. Die Arbeitskammern 2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in axialer Richtung und in Umfangsrichtung des Arbeitskolbens 4 beabstandet bzw. hintereinander angeordnet. Der Arbeitskolben 4 umfasst einen rotierbar im Gehäuse 5 gelagerten Rotationskörper 41 mit zwei Aufnahmen 43 zur Bildung jeweils einer Arbeitskammer 2. Jeder der beiden Hilfskolben 3 umfasst zwei gemeinsam rotierbar im Gehäuse 5 gelagerte Rotationskörper 31, 34 mit einer auf die Wälzgeometrie des Arbeitskolbens 4 abgestimmten Wälzgeometrie, um dichtend gegenüber dem Arbeitskolben 4 und dem Gehäuse 5 abzuwälzen.
  • Das Arbeitsgas wird in bekannter Weise durch einen Einlass (51) in die Arbeitskammern 2 eingeführt und durch Rotation des Arbeitskolbens 4 verdichtet, ggf. gezündet und nach der Zündung in den Arbeitskammern 2 entspannt. Zur Beaufschlagung mit Kraftstoff und zur Zündung kann das Arbeitsgas durch einen Kanal (nicht dargestellt) aus der Verdichtungsstufe in die Expansionsstufe überführt werden. Das Arbeitsgas kann aber auch in einer der Arbeitskammern 2 gezündet werden.
  • Das Gehäuse 5 weist einen Schmierstoffkanal 6 zur Zufuhr und Abfuhr von Schmierstoff S zu dem bzw. von dem oberen Hilfskolben 3 auf. Zur Druckumlaufschmierung der Lagerstellen 38 und der axialen Dichtflächen des Rotationskolbens 3 mit Schmierstoff S können mehrere Schmierstoffzuleitungen 65 (1f) durch das Gehäuse 5 verlaufen.
  • Der Schmierstoffkanal 6 führt den Schmierstoff S von den oberen und unteren Hilfskolben 3 in einen Schmierstoffbehälter ab und verläuft dabei, wie in 1d dargestellt, um den oberen (und unteren) Hilfskolben 3 sowie, wie in 1b dargestellt, um die Arbeitskammer 2 herum. Der Schmierstoffkanal 6 ist derart konstruiert, dass der durch Zentrifugalkraft von den oberen und unteren Hilfskolben 3 abgeworfene Schmierstoff S zunächst durch Adhäsion an der Schmierstoffkanalwand haftet und dann durch die Gewichtskraft in einen Sammelbehälter (nicht dargestellt) am Boden des Rotationskolbenmotors 1 abgeführt wird. Der Schmierstoffkanal 6 kann dabei abschnittsweise innerhalb und abschnittsweise außerhalb des Gehäuses 5 verlaufen.
  • Ein Aufnahmeabschnitt 60 zur Aufnahme des durch Zentrifugalkraft abgeworfenen Schmierstoffs S erstreckt sich radial außerhalb und axial innerhalb des oberen und unteren Hilfskolbens 3 in Umfangsrichtung und öffnet sich zur Mantelfläche des oberen und unteren Hilfskolbens 3. Der Aufnahmeabschnitt 60 umfasst beispielsweise eine Vielzahl paralleler Rillen 61, die jeweils durch einen Wandabschnitt 62 getrennt und vorzugsweise tiefer als breit sind. Beispielhafte alternative Ausgestaltungen solcher Aufnahmeabschnitte 60 sind im Querschnitt in einer die Rotationsachsen 30, 40 der Rotationskolben 3, 4 schneidenden Ebene in 1c dargestellt. Durch konstruktive Maßnahmen kann im Aufnahmeabschnitt 60, insbesondere an dem oberen Hilfskolben 3, eine Rückflusssperre bewerkstelligt werden, die ein Rückfluss des bereits aufgenommenen Schmierstoffs S aus dem Aufnahmeabschnitt 60 verhindert. Beispielsweise sind die Wandabschnitte 62 des Aufnahmeabschnitts 60 an ihrem distalen Ende in etwa pfeilförmig ausgebildet, wobei die Pfeilspitze vom proximalen Ende abweist. Der durch Zentrifugalkraft vom Rotationskolben 3 abgeworfene Schmierstoff S dringt durch die Zwischenräume zwischen den Wandabschnitten 62 in die Rillen 61 ein und trifft aufgrund der Pfeilspitzen auf geringen Widerstand. Ein Rückfluss des Schmierstoffs S aus dem Aufnahmeabschnitt 60 wird einerseits dadurch verhindert, dass der Schmierstoff S durch Adhäsion an der Wand des Schmierstoffkanals haftet, andererseits dadurch, dass der Schmierstoff S in den pfeilförmig aufgefächerten Enden der Wandabschnitte 62 hängen bleibt und somit nicht auf den direkt unterhalb liegenden Hilfskolben 3 zurücktropfen kann. Durch die Gewichtskraft wird der Schmierstoff S im Schmierstoffkanal 6 in Richtung des Sammelbehälters abgeführt und gesammelt.
  • 1d zeigt schematische Ansichten des Verlaufs des Schmierstoffkanals 6 und des Aufnahmeabschnitts 60 im Verhältnis zum oberen Hilfskolben 3. In einem Scheitelpunkt 63 des Schmierstoffkanals 6, der vorzugsweise oberhalb des oberen Hilfskolbens 3 in einer die Rotationsachsen 30, 40 der Rotationskolben 3, 4 schneidenden Ebene liegt, kann der Krümmungsradius des Schmierstoffkanals 6 kleiner sein als der größte Radius des oberen Hilfskolbens 3. Durch diese Geometrie kann der Abfluss des Schmierstoffs S im Schmierstoffkanal 6 in Richtung des Sammelbehälters durch den Einfluss der Gewichtskraft begünstigt werden. Unterhalb des Scheitelpunkts 63 ist der Krümmungsradius des Schmierstoffkanals 6 dagegen vorzugsweise größer als der größte Radius des oberen Hilfskolbens 3.
  • Zweites Ausführungsbeispiel – Schmierstoffkanal/Rückflusssperre (Fig. 2)
  • Das zweite Ausführungsbeispiel basiert maßgeblich auf dem ersten Ausführungsbeispiel und umfasst neben dessen Merkmalen auch die folgenden:
    Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Schmierstoffkanal 6 sowohl im Scheitelpunkt 63 als auch unterhalb davon einen größeren Krümmungsradius als der größte Radius des oberen Hilfskolbens. Ferner zeigt 2a eine schematische Schnittansicht des Rotationskolbenmotors senkrecht zu den Rotationsachsen der Rotationskolben 3, 4 in der bestimmungsgemäßen Einbauposition und 2b den Rotationskolbenmotor 1 aus 2a in einer Schräglage, in welcher der Rotationskolbenmotor 1 gegenüber der bestimmungsgemäßen Einbauposition um eine zu den Rotationsachsen parallele Achse um den Winkel α geneigt ist. Der Rückfluss des im Schmierstoffkanal 6 aufgenommenen Schmierstoffs S insbesondere zum oberen Hilfskolben 3 wird durch Begrenzungsabschnitte 66, die sich zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung des oberen Hilfskolbens 3 erstrecken, gestoppt. Radial außerhalb der Begrenzungsabschnitte 66 sind Ölsammelbereiche vorgesehen, die das Neigen und Kippen des Rotationskolbenmotors 1 ohne das Rückfließen des Öls an den Hilfskolben 3 ermöglichen.
  • Drittes Ausführungsbeispiel – Schmierstoffkanal/Schmierstoffzuleitung Variante A (Fig. 5)
  • Das dritte Ausführungsbeispiel basiert maßgeblich auf dem zweiten Ausführungsbeispiel und umfasst neben dessen Merkmalen auch die folgenden:
    Nach dem dritten Ausführungsbeispiel umfasst der Schmierstoffkanal 6 mehrere durch das Gehäuse 5 verlaufende Schmierstoffzuleitungen 65a zur Druckumlaufschmierung der Lagerstellen 38 und der axialen Dichtflächen des Rotationskolbens 3 mit Schmierstoff S. Die Schmierstoffzuleitungen 65a verteilen den Schmierstoff S über die axialen Dichtflächen des Rotationskolbens 3. Der von den axialen Dichtflächen des Rotationskolbens 3 abfließende Schmierstoff S wird in Kanalabschnitten 65b, die bogenförmig radial innerhalb und axial außerhalb des oberen Hilfskolbens 3 sowie oberhalb der Lagerstellen 38 verlaufen, aufgefangen und den Lagerstellen 38 des Rotationskolbens 3 zugeführt. Der von den Lagerstellen 38 des Rotationskolbens 3 abfließende Schmierstoff S wird in Kanalabschnitten 65c, die bogenförmig radial innerhalb und axial außerhalb des oberen Hilfskolbens 3 unterhalb der Lagerstellen 38 verlaufen, aufgefangen. Der überschüssige Schmierstoff S wird direkt über den Schmierstoffkanal 6, in den die bogenförmigen Kanalabschnitte 65b, 65c über Verzweigungen 64 münden, in den Sammelbehälter abgeführt, ggf. gefiltert und über die Schmierstoffzuleitungen 65 wieder zugeführt. Dadurch kann ein in sich geschlossener Schmierstoffkreislauf bewerkstelligt werden.
  • Viertes Ausführungsbeispiel – Schmierstoffkanal/Schmierstoffzuleitung Variante B (Fig. 4)
  • Das vierte Ausführungsbeispiel basiert maßgeblich auf dem dritten Ausführungsbeispiel und umfasst neben dessen Merkmalen auch die folgenden:
    Abweichend vom dritten Ausführungsbeispiel wird der Schmierstoff von den axialen Dichtflächen des Rotationskolbens 3 über die oberen Kanalabschnitten 65b – ohne den Umweg über die Lagerstellen 38 des Rotationskolbens 3 – direkt in den Schmierstoffkanal 6 geleitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass jeweils nur unverbrauchter Schmierstoff an die Lagerstellen 38 des Rotationskolbens 3 gelangt. Die Kanalabschnitte 65b, 65c sind derart konstruiert, dass der Schmierstoff S unter dem Einfluss der Gewichtskraft von den axialen Dichtflächen und den Lagerstellen 38 des Rotationskolbens 3 in die Kanalabschnitte 65b, 65c abfließt und von dort über die Verzweigungen 64 in den Schmierstoffkanal 6 und schließlich in den Sammelbehälter gelangt.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel – Axiale Arbeitskammerabdichtung (Fig. 5)
  • Das fünfte Ausführungsbeispiel basiert maßgeblich auf dem ersten Ausführungsbeispiel und umfasst neben dessen Merkmalen auch die folgenden:
    5 zeigt schematische Ansichten der Rotationskolben 3, 4 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1. Jeder der beiden Hilfskolben 3 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 umfasst zwei gemeinsam rotierbar im Gehäuse 5 gelagerte Rotationskörper 31, 34, wobei an jedem Rotationskörper 31, 34 bewegbare Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 zur Abdichtung der Arbeitskammern 2 angebracht sind. Durch diese Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 kann der Hilfskolben 3 die Abdichtung der Arbeitskammer 2 auch bei Rotation um seine Rotationsachse 30 beibehalten.
  • Jeder Rotationskörper 31, 34 umfasst einen gegenüber der Arbeitskammer 2 abgedichteten Hohlraum 37 sowie in axialer Richtung, in radialer Richtung und in Umfangsrichtung vom Rotationskörper 31, 34, 41 abweisende Dichtflächen 31a/b/c, 34a/b/c, die die Arbeitskammer 2 während der Rotationsbewegung des Rotationskörpers 31, 34 zeitweise abdichten.
  • Die beiden Dichtungsabschnitte 32, 33 an einem der Rotationskörper 31 sind symmetrisch zueinander ausgebildet und sind paarweise an entgegengesetzten axialen Enden des Rotationskörpers 31 angeordnet, wo die Dichtungsabschnitte 32, 33 verzahnt und in Umfangsrichtung formschlüssig mit komplementären Konturen des Rotationskörpers 31 zusammenwirken und unter Beibehaltung einer durchgehenden Dichtung axial von dem Rotationskörper 31 weg und zu dem Rotationskörpers 31 hin verschoben werden können. Die Dichtungsabschnitte 32, 33 sind jeweils gegenüber dem Rotationskörper 31, 34 federnd vorgespannt, wobei die federnde Vorspannung jeden der Dichtungsabschnitte 32, 33 von dem Rotationskörper 31 abstößt. Wie in 5a im vergrößerten Detail beispielhaft dargestellt ist, umfasst der Dichtungsabschnitt 32 an seiner axialen Dichtfläche 32b eine linienförmige Dichtlippe 32d, die in Richtung des Arbeitskolbens 4 vorsteht und in Umfangsrichtung sinusförmig verläuft. Durch die Wellenform wird ein sog. Einfressen des Dichtungsabschnitts 32 in den Dichtungspartner 4 verhindert, da die Dichtlippe nicht immer an derselben Stelle mit dem Dichtungspartner 4 zusammenwirkt, sondern der Kontaktpunkt in radialer Richtung mäandert. Im Ergebnis kann der Verschleiß des Dichtungsabschnitts 32 wie auch der Abrieb am Arbeitskolben 4 verringert werden. Vorzugsweise weisen alle Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 derartige Dichtlippen 32d. Die Dichtlippen 32d sind vorzugsweise lediglich Grate, die über die jeweilige Dichtfläche 32b hervorstehen, aber einstückig mit dem jeweiligen Dichtungsabschnitt 32 verbunden sind und aus dessen Material bestehen.
  • Die beiden Dichtungsabschnitte 35, 36 sind hingegen komplementär zueinander ausgebildet und paarweise an den entgegengesetzten axialen Enden des Rotationskörpers 34 angeordnet, wobei die Dichtungsabschnitte 35, 36 verzahnt und in Umfangsrichtung formschlüssig ineinandergreifen und unter Beibehaltung einer durchgehenden Dichtung axial auseinander und gegeneinander verschoben werden können. Die Dichtungsabschnitte 35, 36 sind gegeneinander federnd vorgespannt, wobei die federnde Vorspannung die Dichtungsabschnitte 35, 36 auseinander drängt.
  • Die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 umfassen ebenfalls verschiedene Dichtflächen 32a/b/c, 33a/b/c, 35a/b/c, 36a/b/c, die in axialer Richtung, in radialer Richtung und in Umfangsrichtung vom Dichtungsabschnitt 32, 33, 35, 36 abweisen. Die in radialer Richtung vom Dichtungsabschnitt 32, 33, 35, 36 abweisenden Dichtflächen 32a, 33a, 35a, 36a weisen vorzugsweise die Form eines Zylindermantelabschnitts auf, während die in axialer Richtung vom Dichtungsabschnitt 32, 33, 35, 36 abweisenden Dichtflächen 32b, 33b, 35b, 36b vorzugsweise in der Form von Kreis- oder Ringsegmenten ausgebildet sind.
  • Um die Arbeitskammer 2 in axialer Richtung abzudichten, sind die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 zwischen einem ersten Zustand, in welchem die jeweilige Dichtfläche 32b, 33b, 35b, 36b des Dichtungsabschnitts 32, 33, 35, 36 bündig mit oder im Abstand zu einer benachbarten Dichtfläche 31b, 34b des Rotationskörpers 3 abschließt, und einem zweiten Zustand, in welchem die Dichtfläche 32b, 33b, 35b, 36b weiter in Richtung des Gehäuses 5 oder des Arbeitskolbens 4 als Dichtungspartner über die Dichtfläche 31b, 34b des Rotationskörpers 31, 34 hervorsteht, reversibel überführbar. Unter Beibehaltung der Abdichtung der Arbeitskammer 2 ist jeder Dichtungsabschnitt 32, 33, 35, 36 lediglich parallel zur Rotationsachse 30 des Rotationskolbens 3 gegenüber dem Rotationskörper 31, 34, 41 bewegbar, während alle anderen Bewegungsfreiheitsgrade des Dichtungsabschnitts 32, 33, 35, 36 gegenüber dem Rotationskörper 31, 34 gesperrt und blockiert sind. Die Bewegung des Dichtungsabschnitts 32, 33, 35, 36 gegenüber dem Rotationskörper 31, 34 kann dabei z. B. vergrößerte Spaltmaße aufgrund einer wärmebedingten Materialausdehnung kompensieren.
  • Die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 weisen an ihrem in Drehrichtung vorderen Ende Fasen 35d, 36d auf, um beim Abwälzen ein Eindringen des Dichtungsabschnitts 32, 33, 35, 36 in eine entsprechende komplementäre Geometrie des Arbeitskolbens 4 als Dichtungspartner zu erleichtern.
  • Die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36, 42 bestehen vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material wie Keramik, aus einem duktilen Material wie Kupfer oder aus einem porösen Material, wobei das Material jedes Dichtungsabschnitts 32, 33, 35, 36 vorzugsweise den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Gehäuse 5 und/oder der Arbeitskolben 4, so dass thermisch bedingte Materialspannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten verhindert werden können oder zumindest verringert werden.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel – Radiale Arbeitskammerabdichtung Variante A (Fig. 6)
  • Das sechste Ausführungsbeispiel basiert maßgeblich auf dem ersten Ausführungsbeispiel und umfasst neben dessen Merkmale auch die folgenden:
    Jeder Arbeitskolben 4 umfasst einen rotierbar im Gehäuse 5 gelagerten Rotationskörper 41 mit einem im Wesentlichen zylindrischen Mittelteil 4a und zwei kreisscheibenförmigen axialen Seitenteilen 4b, an deren axialen Endseiten jeweils eine Vielzahl bewegbarer Dichtungsabschnitte 42 zur Abdichtung der Arbeitskammern 2 angebracht sind. Die Dichtungsabschnitte 42 sind im Wesentlichen identisch und kreissegmentförmig oder ringsegmentförmig ausgebildet und in zwei axial benachbarten Reihen, die in Umfangsrichtung um etwa eine halbe Umfangslänge eines Dichtungsabschnitts 42 versetzt sind, an der äußeren Umfangskante des Arbeitskolbens 4 angeordnet. Die Dichtungsabschnitte 42 sind demnach in Umfangsrichtung benachbart und in axialer Richtung überlappend angeordnet, wobei die Dichtungsabschnitte 42 an beiden axialen Enden des Rotationskörpers 41 eine durchgehende und in Umfangsrichtung geschlossene, axial endseitige Dichtung der Arbeitskammer 2 bilden. Alle Dichtungsabschnitte 42 sind unter Beibehaltung der in sich geschlossenen Dichtung relativ zueinander bewegbar. Durch diese Dichtungsabschnitte 42 kann der Arbeitskolben 4 die Abdichtung der Arbeitskammer 2 auch bei Rotation um seine Rotationsachse 40 beibehalten.
  • Radial außerhalb des zylindrischen Mittelteils 4a und axial innerhalb der kreisscheibenförmigen Seitenteile 4b sind zwei Aufnahmen 43 zur Bildung jeweils einer Arbeitskammer 2 in Umfangsrichtung des Rotationskörpers 41 hintereinander angeordnet und durch Schieber 44 getrennt, wobei die Schieber 44 eine auf die Wälzgeometrie der zugehörigen Hilfskolben (nicht dargestellt) abgestimmte Wälzgeometrie bzw. Evolventengeometrie aufweisen, um dichtend gegenüber den Hilfskolben und dem Gehäuse (nicht dargestellt) abzuwälzen. Die Geometrie des Rotationskörpers 41 ist beispielsweise durch Veränderung der axialen Länge bzw. durch Beabstandung der beiden axialen Seitenteile 4b derart verstellbar, dass das Volumen der Aufnahmen 43 zur Bildung der Arbeitskammern 2 verändert werden kann. Die Geometrie der Hilfskolben ist dann dementsprechend anzupassen.
  • Der Rotationskörper 41 umfasst Dichtflächen 41a/b/c, die in axialer Richtung, in radialer Richtung und in Umfangsrichtung vom Rotationskörper 41 abweisen und die in den Aufnahmen 43 gebildeten Arbeitskammern 2 während der Rotationsbewegung des Rotationskörpers 41 nach außen abdichten. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Dichtung für den Arbeitskolben 4. Die einzelnen Dichtungsabschnitte 42 sind bei Rotation des Arbeitskolben 4 durch die Zentrifugalkraft in radialer Richtung bewegbar und werden mit steigender Drehzahl zunehmend von der Rotationsachse 40 des Arbeitskolbens 4 beabstandet.
  • Die Dichtungsabschnitte 42 sind federnd in Richtung des Rotationskörpers 41 vorgespannt, wobei die federnde Vorspannung die Dichtungsabschnitte 42 in Richtung des Rotationskörpers 41, d. h. entgegen der durch die Zentrifugalkraft bewirkten Auslenkung, zieht.
  • Zusammenfassen wird die Erhöhung des Wirkungsgrads im fünften und sechsten Ausführungsbeispiel durch besonders geformte Arbeitskolben 4 mit innen liegenden Ausnehmungen 43 zur Bildung der Arbeitskammern 2, die Fliehkraftdichtung durch die radial bewegbaren Dichtungsabschnitte 42 am Rotationskörper 41 des Arbeitskolbens 4, und die komplementäre geformten Hilfskolben 3 mit den seitlichen und in axialer Richtung bewegbaren Dichtungsabschnitten 32, 33, 35, 36 an den Rotationskörpern 31, 34 bewerkstelligt. Die Form der Arbeitskolben 4 mit den im Kolbenvolumen liegenden Arbeitskammern 2 ermöglicht eine Fliehkraftdichtung mit evtl. federnd vorgespannten Dichtungsabschnitten 42, die den Arbeitskolben 4 an beiden axialen Enden in Umfangsrichtung in sich geschlossen gegenüber dem Gehäuse 5 abdichtet. Dadurch wird eine axiale Abdichtung zum Gehäuse 5 nicht mehr benötigt. Mehrere Reihen versetzt zueinander angeordneter Dichtungsabschnitte 42 wirken aufgrund der größeren Fläche gegenüber einer einzelnen Reihe einem schnellen Verschleiß entgegen und bilden eine Labyrinthdichtung, die das Arbeitsgas schwerer entweichen lässt, auch wenn sich die Dichtungsabschnitte 42 in radialer Richtung verschieben und damit Spalte zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten Dichtungsabschnitten 42 entstehen. Der Arbeitskolben 4 hat seitlich keine Berührung mit dem Gehäuse 5, wodurch keine Reibungswärme erzeugt wird. Zudem kann er sich ausdehnen ohne an dem Gehäuse 5 festzufahren.
  • Die innen laufenden Hilfskolben 3 sind mit seitlichen Dichtungsabschnitten 32, 33, 35, 36 gelagert, so dass eine seitliche Abdichtung zum Arbeitskolben 4 erfolgt. Diese Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 können federnd gelagert sein und können ebenfalls die Fliehkraft nutzen, wenn eine Bewegungskomponente in radialer Richtung möglich ist. Die Berührung zur Seitenwand erfolgt über die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36. Die Rotationskörpern 31, 34 des Hilfskolbens 3 können entsprechend materialsparend und leichter geformt werden.
  • Siebtes Ausführungsbeispiel – Radiale Arbeitskammerabdichtung Variante B
  • Das siebte Ausführungsbeispiel basiert maßgeblich auf dem sechsten Ausführungsbeispiel und umfasst neben dessen Merkmalen auch die folgenden:
    An den beiden kreisscheibenförmigen axialen Seitenteilen 4b des Arbeitskolbens 4 sind außenseitig jeweils eine Vielzahl bewegbarer Dichtungsabschnitte 42 zur Abdichtung der Arbeitskammern 2 angebracht. Die Dichtungsabschnitte 42 sind im Wesentlichen identisch und kreissegmentförmig oder ringsegmentförmig ausgebildet und in lediglich einer Reihe an der äußeren Umfangskante des Arbeitskolbens 4 angeordnet. Die einzelnen Dichtungsabschnitte 42 sind demnach lediglich in Umfangsrichtung benachbart angeordnet. Die beiden Dichtungsabschnitte 42, die einen Schieber 44 in Umfangsrichtung überlappen, sind in axialer Richtung durch ein Verbindungsteil 42d unmittelbar miteinander verbunden, wobei das Verbindungsteil 42d die axialen Seitenteile 4b des Arbeitskolbens 4 durchbricht und den Kamm des Schiebers 44 in radialer Richtung bildet. Dieses Verbindungsteil 42d wird mit der durch Zentrifugalkraft verursachten Auslenkung der Dichtungsabschnitte 42 in radialer Richtung ausgelenkt, wobei die maximale Auslenkung der Dichtungsabschnitte 42 in radialer Richtung durch die maximal mögliche Eintauchtiefe des Schiebers 44 bzw. des Verbindungsteils 42d in die Komplementärgeometrie des Dichtungspartners bzw. des Hilfskolbens 3 begrenzt wird. Dadurch wird die Auslenkung der über das Verbindungsteil 42d verbundenen Dichtungsabschnitte 42 selbsttätig reguliert, wobei die maximale Auslenkung auch auf die übrigen Dichtungsabschnitte übertragen werden kann.
  • Wie das vergrößerte Detail in 7c beispielhaft zeigt, umfasst auch der Dichtungsabschnitt 42 an seiner radialen Dichtfläche 42a eine linienförmige Dichtlippe 42e, die in Richtung des Gehäuses 5 vorsteht und in Umfangsrichtung sinusförmig verläuft. Im Ergebnis wird auch bei der radial beweglichen Fliehkraftdichtung durch die Wellenform ein Einfressen des Dichtungsabschnitts 42 in den Dichtungspartner verhindert, da der Kontaktpunkt der Dichtlippe 42e zum Gehäuse 5 in axialer Richtung mäandert und somit nicht stets dieselben Stellen überstreicht. Folglich kann der Verschleiß des Dichtungsabschnitts 42 und der Abrieb am Gehäuse 5 reduziert werden. Vorzugsweise weisen alle Dichtungsabschnitte 42 derartige Dichtlippen 42e auf, wobei die Dichtlippen 42e der in Umfangsrichtung und/oder der in axialer Richtung benachbarten Dichtungsabschnitte 42 vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein in Umfangsrichtung kontinuierliches und in sich geschlossenes Wellenmuster ergibt. Die Dichtlippen 42e sind als Grate aus dem Material des jeweiligen Dichtungsabschnitts 42 ausgebildet und einstückig mit diesem verbunden, um über die Dichtungsfläche 42a in Richtung des Dichtungspartners 5 hervorzustehen.
  • Achtes Ausführungsbeispiel – Rotationskolbenmotor mit Hubkolben mit antizyklischer (nicht linearer) auf- und Abwärtsbewegung (Fig. 8 bis Fig. 15)
  • Das achte Ausführungsbeispiel basiert maßgeblich auf den vorangehenden Ausführungsbeispiel und umfasst neben deren Merkmalen auch eine im Gehäuse 5 in Umfangsrichtung verstellbare Steuerkonsole 7, die u. a. aus der DE 10 2011 109 966 bekannt ist. Die Steuerkonsole 7 umfasst einen Zylinder mit einem in dem Zylinder oszillierenden Hubkolben 71, an dessen Enden zwei Zündkammern 70 ausgebildet sind, die jeweils durch einen Zündkammereinlass 74 befüllt und durch einen Zündkammerauslass 74 wieder entleert werden. Das in den Zündkammern 70 enthaltene oder erzeugte Arbeitsgas ist ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, dass durch Selbstzündung oder Fremdzündung, z. B. über jeweils eine Zündkerze 72, zur Explosion gebracht werden kann.
  • Die Steuerung des Hubkolbens 71 erfolgt durch eine Nockenwelle bzw. die Rotationsachse 40 des Arbeitskolbens mit speziell geformter Nocke 75 mit oder ohne Pleuelverbindung, oder durch ein pneumatisches oder ein hydraulisches Hubsystem. Die Vorteile der Ausführungsform ergeben sich dadurch, dass gegenüber nur einem Hilfskolben 3 bei einer Umdrehung alle vier Arbeitstakte ermöglicht werden und die Arbeitskammer 2 zum Durchspülen der Zündkammer 70 genutzt werden kann.
  • Charakteristisch für den Rotationskolbenmotor nach dem achten Ausführungsbeispiel sind außerdem die verkürzten Gasführungswege und das hohe Kompressionsverhältnis, das durch das synergetische Zusammenspiel des Rotationskolbensystems mit dem Hubkolbensystem erreicht wird, wodurch die Vorteile beider Systeme besonders vorteilhaft vereint werden. Für die nähere Betrachtung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckdienlich, die Vorgänge und Arbeitsschritte den beiden Systemen A und B zu betrachten, wobei:
    • – System A (8a/d, 9a, 10a, 11–15) das Hubkolbensystem bezeichnet, umfassend die Zündkammer 70 mit einstellbarem Querschnitt (Volumen) und Nachverdichter (Hubkolben 71), und
    • – System B (8c/f, 9b, 10b) das Rotationskolbensystem bezeichnet, umfassend die rotierende Gasladeeinheit zur Druckbeladung der Zündkammer 70 mit Arbeitsgas in Gasströmungsrichtung.
  • Die Vorteile des Hubkolbensystem, insbesondere der Nockenwelle, sind darin zu sehen, dass
    • – die Zündkammer 70 länger durch den Hubkolben 71 geschlossen bleiben kann als bei einer kontinuierlichen Auf- und Abwärtsbewegung einer normalen Kurbelwelle, so dass eine ungewollte Volumenerweiterung, bzw. ein Zurücklaufen des Arbeitsgases verhindert wird;
    • – die Gaseinlässe 73 der Zündkammer 70 verschlossen werden und bleiben können, so dass eine bessere Steuerung erreicht werden kann;
    • – der Verbrennungsdruck seitlich erfolgt und nicht auf den Hubkolben 71 wirkt, wobei der Hubkolben 71 von der Zylinderwand gestützt wird, was das Hubsystem und die Antriebswelle entlastet; und
    • – durch die Form der Nocke 75 eine langsame oder schnelle Bewegung, z. B. zum Komprimieren oder Verschließen ermöglicht werden kann.
  • Die Nocke 75 kann für die kontrollierte Bewegung Richtung Achse federnd gelagert oder über einen Mechanismus geführt werden. Die Darstellungen sind lediglich beispielhaft zu verstehen, um das Prinzip zu zeigen, es sind jedoch auch alternative Hubkolbensteuerungen möglich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verdichtung und Entspannung eines Arbeitsgases, das nachstehend am Beispiel des Rotationskolbenmotors 1 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die 8 bis 15 beschrieben wird, sieht vor, dass das Arbeitsgas durch den Arbeitskolben 4 in der ersten Arbeitskammer 2 verdichtet wird und zur Zündung in die zweite Arbeitskammer bzw. Zündkammer 70 überführt wird, wobei das Arbeitsgas in der zweiten Arbeitskammer bzw. Zündkammer 70 mit Kraftstoff beaufschlagt und/oder weiter verdichtet wird.
  • Dabei wird als Arbeitsgas bspw. Luft in unverdichtetem Zustand oder bereits im verdichteten Zustand in die erste Arbeitskammer 2 eingebracht. Die Verdichtung des Arbeitsgases vor dem Einbringen in die erste Arbeitskammer 2 kann bspw. durch einen Turbolader erfolgen. In der ersten Arbeitskammer 2 wird das Arbeitsgas durch die Drehung des Arbeitskolbens 4 komprimiert. Der Kraftstoff kann vor, während und/oder nach der weiteren Verdichtung in die zweite Arbeitskammer bzw. Zündkammer 70 eingespritzt werden. Das Arbeitsgas wird in der zweiten Arbeitskammer bzw. Zündkammer 70 durch den Hubkolben 71 weiter verdichtet, wobei der Hubkolben 71 wie zuvor erläutert pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch angetrieben sein kann. Alternative Antriebskonzepte für den Hubkolben 71 sind in 11a bis 11c sowie in 12 schematisch dargestellt. Bei einem pneumatischen oder hydraulischen Hubkolbenantrieb kann die Hubkolbenbewegung von der Rotationskolbenbewegung entkoppelt sein. Wird der Hubkolben dagegen mechanisch von einer mit der Rotationskolbenbewegung gekoppelten Nocken- oder Exzenterwelle angetrieben, laufen der Hubkolben 71 und der Rotationskolben 4 vorzugsweise mit gleicher Drehzahl. Dadurch können die Arbeitstakte in der ersten und zweiten Arbeitskammer 2, 70 besser aufeinander abgestimmt werden.
  • 8e bis 8f veranschaulichen schematisch die Vorgänge in beiden Systemen A und B, wobei in insgesamt vier Takten mit zwei Zündungen pro Umdrehung die folgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:
  • System B:
    • A
      Ansaugen des Arbeitsgases durch den Gaseinlass 51 in die Arbeitskammer 2;
      B
      Vorverdichten des Arbeitsgases in der Arbeitskammer 2 durch Rotation des Arbeitskolbens 2;
      C
      Befüllen der Zündkammer 70;
  • System A:
    • D
      Ansaugen des Arbeitsgases durch den Zündkammereinlass 73 in die Zündkammer 70 durch Absenken des Hubkolbens 71 und Vergrößerung des Volumens der Zündkammer 70;
      E
      Verdichten des Gasgemisches in der Zündkammer 70 durch Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 71 und Verringerung des Volumens der Zündkammer 70 (bei äußerer Gemischbildung), ggf. in Verbindung mit dem Einspritzen von Kraftstoff in die Zündkammer 70 (bei innerer Gemischbildung);
      F
      Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches (Selbst- oder Fremdzündung durch die Zündkerze 72);
      G
      Verbrennen und Expandieren des Arbeitsgases aus der Zündkammer 70 durch den Zündkammerauslass in die Arbeitskammer 2; und
      H
      Ausstoßen der Abgase aus der Arbeitskammer;
  • System B (Bei Nutzung eines Turboladers)
    • I
      Nutzung der Abgase von System A
  • 9a und 9b veranschaulichen die Arbeitstakte im Hubkolbensystem (System A) und in dem Rotationskolbensystem (System B). Die Nachverdichtung in System A erfolgt über den in der Zündkammer 70 oszillierenden Hubkolben 71, wobei die innere Gemischbildung über Brennstoffeinsspritzung in die Zündkammer 70 erfolgt. Bei der Selbstzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird das Gemisch bis zur Erreichung des Zündungspunkts komprimiert werden, oder die Kraftstoffeinspritzung erfolgt in das komprimierte Arbeitsgas oder ein bereits komprimiertes Luft-Kraftstoff-Gemisch, bis der Zündungspunkt erreicht ist. Eine Fremdzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfolgt über die Zündkerze 72.
  • In System B werden beim Ansaugen der Luft Gasverluste aufgrund der Leckagen über die Dichtungen in Kauf genommen. Dementsprechend wird die Gasladeeinheit zum Ansaugen und Vorverdichten einer größeren Luftmenge ausgelegt. Die vorverdichtete Luftmenge dient zur Druckbeladung der Zündkammer.
  • Der Kompressionsdruck kann dadurch einstellt und beeinflusst werden, dass bspw. in System A das Volumen der Zündkammer 70 über den Hubkolben 71 verändert wird und/oder in System B das Volumen der Arbeitskammer 2 durch koaxiales Verschieben der Seitenteile (4b) des Arbeitskolbens 4 oder durch Auswechseln des Arbeitskolbens 4 verändert wird, insbesondere wenn der Rotationskörper 41 des Arbeitskolbens 4 nicht einstückig mit der Achse ausgebildet ist.
  • 13 bis 15 zeigen eine chronologische Abfolge von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verdichtung und Entspannung eines Arbeitsgases in dem erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Das Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass in der durch den Rotationskolben gebildeten ersten Arbeitskammer große Luftmengen angesaugt und bereits stark verdichtet werden können, ohne dass Wirkungsverluste durch Kraftstoffleckage entstehen. Der Kraftstoff kann dann dem bereits verdichteten Arbeitsgas in dem geschlossenen Volumen der zweiten Arbeitskammer zugeführt werden, so dass die Gefahr der Kraftstoffleckage verringert wird. Dabei lässt sich ein Selbstzünder verwirklichen, wenn das Arbeitsgas in der zweiten Arbeitskammer durch Beaufschlagung mit Kraftstoff und/oder durch weitere Verdichtung zur Zündung gebracht wird. Die nachträgliche Verdichtung in der zweiten Arbeitskammer sorgt für eine Durchmischung des Luft-Kraftstoff-Gemischs. Alternativ kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch eine Zündkerze gezündet werden.
  • Wenngleich die Ausführungsbeispiele der Erfindung gesondert voneinander beschrieben wurden, so können die im Rahmen der Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbarten Merkmale auch in Kombination miteinander Verwendung finden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Zusammengefasst offenbart die Erfindung diverse vorteilhafte Lösungen und Ausführungsbeispiele für Rotationskolbenmotoren 1 und Pumpen.
  • Gemäß den ersten vier Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das Gehäuse 5 zur Aufnahme von Rotationskolben 3, 4 sowie zum Auffangen und Ableiten von Schmierstoffen S von den Rotationskolben 3, 4 in einen Sammelbehälter oder eine Ölwanne ausgebildet. Die Erfindung nutzt dabei die Zentrifugalkraft der rotierenden Rotationskolben 3, 4, um die auf den Rotationskolben 3, 4 vorhandenen Schmierstoffe, zum Beispiel Öl der Druckumlaufschmierung, abzuwerfen, aufzufangen und über den Schmierstoffkanal 6 im Gehäuse hinter dem Arbeitskolben 4, um den Arbeitskolben 4 herum, oder über Abflussleitungen außerhalb des Gehäuses 5 in die Ölwanne abzuleiten. Dabei fängt ein mit Auffangrillen 61 oder Schlitzen versehener Aufnahmeabschnitt 60 im Gehäuse 5 im Bereich der Hilfskolben 3 herunterlaufendes oder -tropfendes Öl ab und leitet es über den Schmierstoffkanal 6 in die Ölwanne. Dadurch wird der Arbeitskolben 4 weniger mit Ölresten kontaminiert und die Arbeitskammern 2 in der Verdichtungs- und in der Expansionsstufe vor dem Volllaufen mit Öl geschützt (vgl. Ölschlaggefahr beim Hubkolben). Insbesondere bei der vorgesehenen Druckumlaufschmierung sind höhere Drücke und größere Ölmengen möglich, was eine konstantere und sicherere Schmierung bei hohen Drehzahlen ermöglicht.
  • Der Aufnahmeabschnitt 60 mit Ölfangrillen 61 im Kreisbogenbereich des Gehäuseabschnitts zur Aufnahme des Hilfskolbens 3 begünstigt die Anhaftung des Öls durch Adhäsionskraft und leitet das an die Gehäusewand spritzende Öl kontrolliert an der Gehäusewand entlang in den Sammelbehälter ab. Dadurch wird ein effizientes Ölabflusssystem bewerkstelligt. Auffangleisten und/oder Vertiefungen im seitlichen Bereich des über dem Arbeitskolben 4 liegenden Hilfskolbens 3 führen herunter laufendes oder -tropfendes Öl (z. B. der Gleitlager) ab und leiten es in den Sammelbehälter weiter. Auch hierdurch wird der Arbeitskolben 4 weniger mit Ölresten kontaminiert und die Arbeitskammern 2 in der Verdichtungs- und in der Expansionsstufe vor dem Volllaufen mit Öl geschützt. Überschüssiges Öl ist bei einem Hubkolbenmotor ursächlich für den sog. Ölschlag sowie für schlechte Verbrennung. Bei der Druckumlaufschmierung sind höhere Drücke und größere Ölmengen möglich, was eine konstantere und sicherere Schmierung bei hohen Drehzahlen ermöglicht. Da der Hilfskolben 3 das darüber liegende Gehäuse 5 nicht berührt, ist keine Schmierung erforderlich. Daraus resultieren geringere Probleme mit Reibung, Wärmeausdehnung und Passung. Der Schmierstoffkanal 6 ist dazu ausgelegt, das abtropfende Öl im Ruhezustand wie auch im Betriebszustand kontrolliert abzuleiten, und eine größere Aufnahmefläche für das abgeschleuderte Öl zu schaffen.
  • Das fünfte Ausführungsbeispiel betrifft insbesondere einen Hilfskolben 3 mit Abdichtungsteilen oder Dichtungsabschnitten 32, 33, 35, 36 zur Abdichtung des Hilfskolbens 3 gegenüber den Arbeitskammern 2 des Arbeitskolbens 4. Dieses Ausführungsbeispiel folgt dem Grundprinzip, dass zwei seitlich am oder im Rotationskörper 31, 34 des Hilfskolbens 3 beweglich gelagerte bogenförmige Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 über Federdruck nach außen an den jeweiligen Dichtungspartner, bzw. das Gehäuse 5 oder den Arbeitskolben 4 gedrückt werden. Die gezackte Form soll ein Verdrehen der Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 gegenüber den Rotationskörpern 31, 34 des Hilfskolbens 3 vermeiden und den Schlupf des Gases reduzieren. Zudem bieten die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 eine geringere Reibungsfläche gegenüber dem Gehäuse 5 und dem Arbeitskolben 4. Über die Druckumlaufschmierung nach dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel können die seitlichen Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36 zusätzlich geschmiert werden.
  • Das sechste und siebte Ausführungsbeispiel betrifft im Speziellen einen Arbeitskolben 4 mit Abdichtungsteilen oder Dichtungsabschnitten 42 zur seitlichen Abdichtung der Arbeitskammern 2 gegenüber dem Gehäuse 5. Dieses Ausführungsbeispiel basiert auf dem Grundprinzip, dass seitlich am oder im Rotationskörper 41 des Arbeitskolbens 4 beweglich gelagerte, bogenförmige Dichtungsabschnitte 42 durch die Zentrifugalkraft bei rotierendem Arbeitskolben 4 entgegen einer federnden Vorspannung radial nach außen an das Gehäuse 5 oder den Hilfskolben 3 gedrückt werden. Wiederum kann eine gezackte Form der Dichtungsabschnitte 42 ein Verdrehen gegenüber dem Rotationskörper 41 des Arbeitskolbens 4 vermeiden und den Schlupf des Gases reduzieren. Wenn die Dichtungsabschnitte 42 in mehreren Reihen überlappend angeordnet sind, können die sich bei radialer Auslenkung der Dichtungsabschnitte 42 entstehenden Spalte in den Zwischenräumen durch die überlappenden Dichtungsabschnitte 42 verdeckt und geschlossen werden, so dass noch geringere Druckverluste erzielt werden.
  • Die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36, 42 nach dem fünften bis siebten Ausführungsbeispiel können aus Materialien bestehen, die eine geringere Abnützung oder eine bessere Gleiteigenschaft bieten als die jeweiligen Rotationskolben 3, 4, zum Beispiel Kupfer, Keramik, etc.. Die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36, 42 sind vorzugsweise nur an der Außenkante der Rotationskörper 31, 34, 41 angebracht oder ausgebildet, um die Arbeitskammern 2 besser abzudichten. Alternativ oder zusätzlich können die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36, 42 auch eine Mantelfläche und/oder wenigstens eine axiale Endseite der Rotationskörper 31, 34, 41 abdecken, so dass zum Beispiel eine Art Hitzeschutz gegenüber der Arbeitskammer 2 gebildet wird. In diesem Fall eignet sich Keramik als Werkstoff. Eine weitere Möglichkeit ist die Abschrägung der in Drehrichtung vorderen Enden der Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36, 42, also dort, wo bspw. die männlichen und weiblichen Wälzgeometrien des Hilfskolbens 3 und des Arbeitskolbens 4 aufeinander treffen, damit der männliche Rotationskolben 3, 4 nicht bei Materialausdehnung oder aufgrund von Verschiebung auf die Kante des weiblichen Rotationskolbens 3, 4 aufschlägt. Dadurch ergeben sich die Vorteile einer besseren Abdichtung zu den Seitenwänden der Arbeitskammern 2 auch bei Materialausdehnung. Die Dichtungsabschnitte 32, 33, 35, 36, 42 lassen sich überdies leichter und kostengünstiger austauschen als die Rotationskolben 3, 4. Die Rotationskolben 3, 4 können schmaler ausgeführt werden und in Ergänzung mit den Dichtungsabschnitten 32, 33, 35, 36, 42 flexibler an bestimmte Bedingungen angepasst werden.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich durch beliebige Kombinationen der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rotationskolbenmotor
    2
    Arbeitskammer
    3
    Hilfskolben
    4
    Arbeitskolben
    5
    Gehäuse
    6
    Schmierstoffkanal
    7
    Steuerkonsole
    30
    Rotationsachse-Hilfskolben
    31, 34
    Rotationskörper-Hilfskolben
    31a, 34a
    axiale Dichtflächen-Hilfskolben
    31b, 34b
    radiale Dichtflächen-Hilfskolben
    31c, 34c
    Dichtflächen in Umfangsrichtung-Hilfskolben
    32, 33
    Dichtungsabschnitte-Hilfskolben
    32a, 33a
    radiale Dichtflächen-Dichtungsabschnitt Hilfskolben
    32b, 33b
    axiale Dichtflächen-Dichtungsabschnitt Hilfskolben
    32c, 33c
    Dichtflächen in Umfangsrichtung-Dichtungsabschnitt Hilfskolben
    32d
    Dichtlippe-Dichtungsabschnitt Hilfskolben
    35, 36
    Dichtungsabschnitte-Hilfskolben
    35a, 36a
    radiale Dichtflächen-Dichtungsabschnitt Hilfskolben
    35b, 36b
    axiale Dichtflächen-Dichtungsabschnitt Hilfskolben
    35c, 36c
    Dichtflächen in Umfangsrichtung-Dichtungsabschnitt Hilfskolben
    35d, 36d
    Fasen-Dichtungsabschnitt Hilfskolben
    37
    Hohlraum-Hilfskolben
    40
    Rotationsachse-Arbeitskolben
    41
    Rotationskörper-Arbeitskolben
    41a
    radiale Dichtflächen-Arbeitskolben
    41b
    axiale Dichtflächen-Arbeitskolben
    41c
    Dichtflächen in Umfangsrichtung-Arbeitskolben
    42
    Dichtungsabschnitte-Arbeitskolben
    42a
    radiale Dichtflächen-Dichtungsabschnitt Arbeitskolben
    42b
    axiale Dichtflächen-Dichtungsabschnitt Arbeitskolben
    42c
    Dichtflächen in Umfangsrichtung-Dichtungsabschnitt Arbeitskolben
    42d
    Verbindungsabschnitt-Dichtungsabschnitt Arbeitskolben
    42e
    Dichtlippe-Dichtungsabschnitt Arbeitskolben
    43
    Aufnahme-Arbeitskolben
    44
    Schieber-Arbeitskolben
    51
    Gaseinlass-Gehäuse
    52
    Gasauslass-Gehäuse
    60
    Aufnahmeabschnitt-Schmierstoffkanal
    61
    Rille-Schmierstoffkanal
    62
    Wandabschnitte-Schmierstoffkanal
    63
    Scheitelpunkt-Schmierstoffkanal
    64
    Verzweigung-Schmierstoffkanal
    65
    Schmierstoffzuleitung-Schmierstoffkanal
    65a
    Kanalabschnitte-Schmierstoffkanal
    65b
    Kanalabschnitte-Schmierstoffkanal
    65c
    Kanalabschnitte-Schmierstoffkanal
    66
    Begrenzungsabschnitt-Schmierstoffkanal
    70
    Zündkammer
    71
    Hubkolben
    72
    Zündkerze
    73
    Einlass Zündkammer
    74
    Auslass Zündkammer
    75
    Exzenter/Nocke
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011109966 [0002, 0067]

Claims (10)

  1. Rotationskolbenmotor (1) zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in wenigstens einer Arbeitskammer (2), umfassend wenigstens einen Rotationskolben (3, 4) mit wenigstens einem rotierbar gelagerten Rotationskörper (31, 34) und wenigstens einem gegenüber dem Rotationskörper (31, 34, 41) bewegbaren Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) zur Abdichtung der wenigstens einen Arbeitskammer (2).
  2. Rotationskolbenmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Rotationskolben (3, 4) wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Der Rotationskolben (3, 4) ist unter Beibehaltung der Abdichtung der wenigstens einen Arbeitskammer (2) um eine Rotationsachse (30, 40) rotierbar. b. Wenigstens ein Rotationskolben (3, 4) ist ein Arbeitskolben (4) zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases, um dessen Rotationsachse (30, 40) die wenigstens eine Arbeitskammer (2) ausgebildet ist und/oder rotiert, wobei vorzugsweise wenigstens zwei Arbeitskammern (2) in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Arbeitskolbens (4) hintereinander angeordnet sind. c. Wenigstens ein Rotationskolben (3, 4) ist ein Hilfskolben (3), der eine zu dem Arbeitskolben (4) komplementäre Geometrie aufweist, um dichtend gegenüber dem Arbeitskolben (4) abzuwälzen, vorzugsweise um wenigstens eine Arbeitskammer (2) mit variablem Volumen zu bilden.
  3. Rotationskolbenmotor (1) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Rotationskörper (31, 34, 41) wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Der Rotationskörper (31, 34, 41) umfasst wenigstens eine Dichtfläche (31a/b/c, 34a/b/c, 41a/b/c), die die wenigstens eine Arbeitskammer (2) während der Rotationsbewegung zumindest zeitweise abdichtet, wobei die Dichtfläche (31a/b/c, 34a/b/c, 41a/b/c) vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung vom Rotationskörper (31, 34, 41) abweist. b. Der Rotationskörper (41) umfasst wenigstens eine Aufnahme (43) zur Bildung der wenigstens einen Arbeitskammer (2). c. Der Rotationskörper (31, 34, 41) umfasst eine verstellbare Geometrie, so dass das Volumen wenigstens einer Aufnahme (43) zur Bildung der wenigstens einen Arbeitskammer (2) veränderbar ist. d. Der Rotationskörper (31, 34, 41) umfasst wenigstens zwei Aufnahmen (43) zur Bildung jeweils einer Arbeitskammer (2), wobei die Aufnahmen (43) vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Aufnahmen (43) vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung unterschiedlich dimensioniert sind. e. Der Rotationskörper (31, 34, 41) umfasst wenigstens einen gegenüber der wenigstens einen Arbeitskammer (2) abgedichteten Hohlraum (37).
  4. Rotationskolbenmotor (1) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) umfasst wenigstens eine Dichtfläche (32a/b/c, 33a/b/c, 35a/b/c, 36a/b/c, 42a/b/c), die vorzugsweise in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung vom Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) abweist, wobei die Dichtfläche (32a/b/c, 33a/b/c, 35a/b/c, 36a/b/c, 42a/b/c) vorzugweise als rotationssymmetrische Fläche oder als Abschnitt davon ausgebildet ist, wobei die Dichtfläche (32a/b/c, 33a/b/c, 35a/b/c, 36a/b/c, 42a/b/c) bevorzugt die Form eines Zylindermantels und/oder eines Kegelmantels und/oder eines Kugelmantels oder einer Kreisscheibe oder zumindest eines Abschnitts davon aufweist. b. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) umfasst an einer Dichtfläche (32a/b/c, 33a/b/c, 35a/b/c, 36a/b/c, 42a/b/c) wenigstens eine vorzugsweise linienförmige Dichtlippe (32d, 42e), die in Richtung eines Dichtungspartners (4, 5) vorsteht, wobei die Dichtlippe (32d, 42e) vorzugsweise in Umfangsrichtung wellenförmig oder sinusförmig verläuft, wobei die wellenförmige oder sinusförmige Dichtlippe (32d, 42e) um den Umfang des Rotationskolbens einen Phasenwinkel von wenigstens 180° zurücklegt. c. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist zumindest abschnittsweise an einem axialen und/oder radialen Ende des Rotationskörpers (31, 34) angeordnet, wobei der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) den Rotationskörper (31, 34) vorzugsweise in axialer Richtung übergreift und sich zumindest abschnittsweise entlang beider axialer Enden des Rotationskörpers (31, 34) erstreckt. d. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist zwischen einem ersten Zustand, in welchem eine Dichtfläche (32b, 33b, 35b, 36b, 42b) des Dichtungsabschnitts (32, 33, 35, 36, 42) bündig mit oder im Abstand zu einer Dichtfläche (31b, 34b, 41b) des Rotationskörpers (3) und/oder mit einer Dichtfläche eines anderen Dichtungsabschnitts (32, 33, 35, 36, 41) abschließt, und einem zweiten Zustand, in welchem die Dichtfläche (32b, 33b, 35b, 36b, 42b) des Dichtungsabschnitts (32, 33, 35, 36, 42) weiter in Richtung eines Dichtungspartners (4, 5) über die Dichtfläche (31b, 34b, 41b) des Rotationskörpers (31, 34, 41) und/oder über die Dichtfläche eines anderen Dichtungsabschnitts hervorsteht, reversibel überführbar. e. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist entlang einer Linie in einer die Rotationsachse (30, 40) des Rotationskolbens (3, 4) einschließenden Ebene gegenüber dem Rotationskörper (31, 34, 41) bewegbar, vorzugsweise entlang oder parallel zu der Rotationsachse (30, 40) des Rotationskolbens (3, 4) und/oder radial und/oder im spitzen Winkel zu der Rotationsachse (30, 40) des Rotationskolbens (3, 4). f. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist lediglich entlang einer vorzugsweise geraden Linie gegenüber dem Rotationskörper (31, 34, 41) bewegbar, während alle anderen Bewegungen des Dichtungsabschnitts (32, 33, 35, 36, 42) gegenüber dem Rotationskörper (31, 34, 41) gesperrt sind. g. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist unter Beibehaltung der Abdichtung der wenigstens einen Arbeitskammer (2) relativ zu wenigstens einem weiteren Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) und/oder zu dem Rotationskörper (31, 34, 41) bewegbar. h. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist verschieblich am Rotationskörper (31, 34, 41) geführt. i. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) dichtet die wenigstens eine Arbeitskammer (2) in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung ab. j. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist gegenüber dem Rotationskörper (31, 34, 41) federnd vorgespannt, wobei die federnde Vorspannung den Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) und den Rotationskörper (31, 34, 41) vorzugweise auseinander drückt oder zusammen zieht. k. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist derart ausgebildet, dass er bei Rotation des Rotationskolbens (3, 4) durch die Zentrifugalkraft bewegbar, wobei der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) vorzugweise durch die Zentrifugalkraft von der Rotationsachse (30, 40) des Rotationskolbens (3, 4) beabstandet wird. l. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) weist an wenigstens einem Ende, vorzugsweise an einem in Drehrichtung des Rotationskolbens (3, 4) vorderen Ende, eine Fase (35d, 36d) auf, um ein Eindringen des Dichtungsabschnitts (32, 33, 35, 36, 42) in eine Komplementärgeometrie eines Dichtungspartners (4, 5) zu erleichtern. m. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist im Wesentlichen ein rotationssymmetrisches Bauteil oder ein Abschnitt davon, wobei der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) vorzugsweise kreissegmentförmig, ringsegmentförmig oder bogenförmig ausgebildet ist. n. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) bildet eine Außenkante des Rotationskolbens (3, 4). o. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) ist in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung formschlüssig an dem Rotationskörper (31, 34, 41) festgelegt. p. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) besteht aus einem hitzebeständigen Material, vorzugweise Keramik. q. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) besteht aus einem duktilen Material, vorzugweise Kupfer. r. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) besteht aus einem porösen Material. s. Der Dichtungsabschnitt (32, 33, 35, 36, 42) besteht aus einem Material, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Gehäuse (5) und/oder wenigstens ein weiterer Rotationskolben (3, 4). t. Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte (32, 33, 35, 36, 42) sind in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung benachbart und/oder überlappend angeordnet. u. Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte (32, 33, 35, 36, 42) bilden gemeinsam eine durchgehende oder geschlossene oder in sich geschlossene Dichtung. v. Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte (32, 33, 35, 36, 42) sind unter Beibehaltung einer durchgehenden oder geschlossenen oder in sich geschlossenen Dichtung relativ zueinander bewegbar. w. Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte (32, 33, 35, 36, 42) sind identisch oder symmetrisch oder komplementär zueinander ausgebildet. x. Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte (32, 33, 35, 36, 42) sind paarweise an entgegen gesetzten axialen Enden des Rotationskörpers (31, 34, 41) angeordnet. y. Wenigstens zwei Dichtungsabschnitte (32, 33, 35, 36, 42) sind gegeneinander federnd vorgespannt, wobei die federnde Vorspannung die Dichtungsabschnitte (32, 33, 35, 36, 42) vorzugweise auseinander drückt oder zusammen zieht.
  5. Rotationskolbenmotor (1) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolbenmotor (1) ein Gehäuse (5) aufweist, welches wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Das Gehäuse (5) umfasst wenigstens einen Einlass, um ein Arbeitsgas in die Arbeitskammer (2) einzulassen. b. Das Gehäuse (5) umfasst wenigstens einen Auslass, um ein Arbeitsgas aus der Arbeitskammer (2) abzulassen. c. Das Gehäuse (5) ist zumindest abschnittsweise spiegelsymmetrisch aufgebaut, vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, die durch die Rotationsachsen (30, 40) zweier Rotationskolben (3, 4) definiert wird. d. Das Gehäuse (5) umfasst mindestens zwei Teile, vorzugsweise mindestens zwei im Wesentlichen spiegelsymmetrische Teile, bevorzugt mindestens zwei identische Teile, um den Rotationskolben (3, 4) an unterschiedlichen Seiten seines Umfangs abzudecken. e. Das Gehäuse (5) ist im Wesentlichen in einer Ebene, die durch die Rotationsachsen (30, 40) zweier Rotationskolben (3, 4) aufgespannt wird, oder in einer dazu parallelen Ebene, geteilt.
  6. Rotationskolbenmotor (1), vorzugsweise nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in wenigstens einer Arbeitskammer (2), mit einem Gehäuse (5) und mit wenigstens einem rotierbar im Gehäuse (5) gelagerten Rotationskolben (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) wenigstens einen Schmierstoffkanal (6) zur Zufuhr von Schmierstoff (S) zu dem Rotationskolben (3, 4) und/oder zur Abfuhr von Schmierstoff (S) von dem Rotationskolben (3, 4) aufweist.
  7. Rotationskolbenmotor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffkanal (6) wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Der Schmierstoffkanal (6) führt den Schmierstoff (S) von dem Rotationskolben (3, 4) in einen Schmierstoffbehälter ab. b. Der Schmierstoffkanal (6) ist derart ausgebildet, dass der Schmierstoff (2) sich im Schmierstoffbehälter sammelt. c. Der Schmierstoffkanal (6) verläuft um den Rotationskolben (3, 4) und/oder um die Arbeitskammer (2) herum. d. Der Schmierstoffkanal (6) ist derart konstruiert, dass der Schmierstoff (S) durch Adhäsion an der Schmierstoffkanalwand haftet. e. Der Schmierstoffkanal (6) ist derart konstruiert, dass der Schmierstoff (S) durch die Gewichtskraft abläuft. f. Der Schmierstoffkanal (6) verläuft zumindest abschnittsweise innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses (5). g. Der Schmierstoffkanal (6) weist in einem Scheitelpunkt (63) oberhalb des Rotationskolbens (3, 4) einen kleineren Krümmungsradius auf als der größte Radius des Rotationskolbens (3, 4), wobei der Schmierstoffkanal (6) unterhalb des Scheitelpunkts (63) vorzugsweise einen größeren Krümmungsradius aufweist als der größte Radius des Rotationskolbens (3, 4). h. Der Schmierstoffkanal (6) weist wenigstens eine Verzweigung (64) auf. i. Der Schmierstoffkanal (6) umfasst wenigstens eine Schmierstoffzuleitung (65) zur Zufuhr von Schmierstoff (S) zu dem Rotationskolben (3, 4), vorzugsweise zu wenigstens einer Lagerstelle (38) des Rotationskolbens (3, 4) und/oder zu wenigstens einer Dichtfläche des Rotationskolbens (3, 4). j. Der Schmierstoffkanal (6) ist Teil eines Schmierstoffkreislaufs, vorzugsweise eines geschlossenen Schmierstoffkreislaufs, wobei der von dem Rotationskolben (3, 4) abgeführte Schmierstoff (S) vorzugsweise gereinigt und dem Rotationskolben (3, 4) wieder zugeführt wird.
  8. Rotationskolbenmotor (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffkanal (6) wenigstens einen Aufnahmeabschnitt (60) zur Aufnahme von Schmierstoff (S) von dem Rotationskolben (3, 4) aufweist, wobei der Aufnahmeabschnitt (60) wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Der Aufnahmeabschnitt (60) öffnet sich zum Rotationskolben (3) hin, vorzugsweise zu wenigstens einer Lagerstelle (38) des Rotationskolbens (3, 4) und/oder zu wenigstens einer Dichtfläche des Rotationskolbens (3, 4). b. Der Aufnahmeabschnitt (60) verläuft zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung des Rotationskolbens (3, 4). c. Der Aufnahmeabschnitt (60) ist radial außerhalb und axial innerhalb des Rotationskolbens (3, 4), oder radial innerhalb und axial außerhalb des Rotationskolbens (3, 4) angeordnet. d. Der Aufnahmeabschnitt (60) ist derart ausgebildet, dass er den durch Zentrifugalkraft vom Rotationskolben (3, 4) abgeworfenen Schmierstoff aufnimmt. e. Der Aufnahmeabschnitt (60) umfasst wenigstens zwei parallele Rillen (61), die durch wenigstens einen Wandabschnitt (62) voneinander getrennt sind, wobei sich der Wandabschnitt (62) vorzugsweise im Querschnitt gesehen von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende verjüngt oder erweitert, und/oder wobei der Wandabschnitt (62) im Querschnitt gesehen zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende konkav ausgebildet ist, wobei der Wandabschnitt (62) bevorzugt im Querschnitt gesehen am distalen Ende ein pfeilförmiges Profil aufweist, dessen Spitze von dem proximalen Ende des Wandabschnitts (62) abweist. f. Der Aufnahmeabschnitt (60) umfasst wenigstens zwei parallele Rillen (61), die vorzugsweise tiefer als breit sind. g. Der Aufnahmeabschnitt (60) umfasst eine Rückflusssperre, die ein Austreten des bereits aufgenommenen Schmierstoffs (S) verhindert. h. Der Aufnahmeabschnitt (60) ist zur Aufnahme eines dem Rotationskolben (3) durch Druckumlaufschmierung zugeführten Schmierstoffs (S) im Betriebszustand und im Ruhezustand ausgelegt.
  9. Verfahren zur Verdichtung und/oder Entspannung eines Arbeitsgases in einem Rotationskolbenmotor (1), vorzugsweise in einem Rotationskolbenmotor (1) nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Arbeitsgas durch einen Rotationskolben (3, 4) in einer ersten Arbeitskammer (2) verdichtet wird und zur Zündung in eine zweite Arbeitskammer überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgas in der zweiten Arbeitskammer mit Kraftstoff beaufschlagt und/oder weiter verdichtet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst: a. Das verdichtete Arbeitsgas wird durch den Rotationskolben (3, 4) und/oder durch das Gehäuse (5) des Rotationskolbenmotors (1), vorzugsweise radial nach innen, aus der ersten Arbeitskammer (2) in die zweite Arbeitskammer überführt. b. Der Kraftstoff wird vor und/oder während und/oder nach der weiteren Verdichtung in die zweite Arbeitskammer eingespritzt. c. Das Arbeitsgas wird in der zweiten Arbeitskammer durch wenigstens einen Hubkolben weiter verdichtet, wobei der Hubkolben vorzugsweise pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder mechanisch, bevorzugt von einer mit der Rotationskolbenbewegung gekoppelten Nocken- oder Exzenterwelle, angetrieben wird, wobei der Hubkolben und der Rotationskolben besonders bevorzugt mit gleicher Drehzahl laufen. d. Das Arbeitsgas wird bereits im verdichteten Zustand in die erste Arbeitskammer (2) eingebracht, wobei die Verdichtung vorzugsweise durch einen Turbolader erfolgt. e. Das Arbeitsgas wird in der zweiten Arbeitskammer durch Beaufschlagung mit Kraftstoff und/oder durch weitere Verdichtung zur Zündung gebracht. f. Das gezündete Arbeitsgas wird durch den Rotationskolben (3, 4) und/oder durch das Gehäuse (5) des Rotationskolbenmotors (1), vorzugsweise radial nach außen, aus der zweiten Arbeitskammer in die Arbeitskammer (2) überführt.
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