Stand der TechnikState of the art
Drehkolbenmotoren (DKM) sind zig-fach auf die verschiedenste Art dokumentiert wie patentiert, (s. vergleichend Zchng. 1, 5). Interessant ist, wie vielfach beschrieben, der deutlich bessere Abbau der Drücke aus dem heißen Gasdruck auf radial umkreisende Kolben einwirkend und damit durch eine fast ständig mit maximalen Hebelarm an der Drehachse (1a) angreifenden Druckkraft aus der Gasdruckkurve. Damit wird nahezu der maximal höchste Drehmomentenertrag über den gesamten Drehwinkel des Brennraumes (13) erreicht. Der meist kreisrunde Arbeitsrotor (AR, 1) verfügt dabei über einen oder mehrere Kolben (5) und es gibt eine oder mehrere Brennräume (13) mit geraden, kreisrunden oder radial bekannten klothoidenähnlichen Konfigurationen der äußeren Umlaufbahn, natürlich in Abhängigkeit der Anzahl der Brennräume (13), die bei großen Durchmessern durchaus mit mehr als einem oder zwei (hier in der beispielhaften Zeichnung dargestellt, nur systembezeichnend) vorgesehen werden können. Die Kompression wird separat auf gleicher Welle neben dem AR (1) beid- oder einseitig angeordnet oder an einer weiteren Welle parallel in gleicher Drehebene, wobei die passgenaue Kompressionszuarbeit dann mittels synchron laufender Zahnräder oder Zahnriemen bewerkstelligt wird. Bei einem Einsatz eines Klappkolbens (5) ist allerdings die Erzeugung der notwendigen Kompression der Verbrennungsluft auch im AR (1) unter dem Klappkolben (5) möglich Die Kompressionsüberleitung aus diesem oder speziellen Kompressionsrotoren, Zchng. 3, 4, erfolgt mittels den Gegebenheiten angepassten möglichst kurzen Überleitungslösungen mit oder ohne Ventilen, je nach Notwendigkeit bzw. der gewollt erforderlichen Systemsteuerung mittels einer elektronischen oder mechanischen Vorrichtung. Und doch sind bis heute keine dieser Motorenlösungen am Markt zu finden. Das liegt hauptsächlich an den durchaus vorhandenen Dichtungsproblemen in fast allen der bis heute vorgelegten Konzepte. Mit dieser Patentschrift werden Lösungen vorgelegt, die so oder ähnlich bestimmt sind, diese Probleme zu lösen oder aber zu mindestens in hohem Maße einzuschränken, so daß gemeint wird, diese konstruktiv in Teilen bekannte Lösung mit Einsatz der hier vorgelegten zusätzlichen Lösungen endlich zum Einsatz bringen zu können. Dabei kann sich der Patentanspruch im wesentlichen nur auf eine Neuerung in der Konstruktion beziehen, die die Dichtungsprobleme gravierend einschränkt. Siehe Lösungserklärungen wie Ansprüche.Rotary piston engines (DKM) are documented in a dozen different ways in a variety of ways, such as patented (see comparative figures 1, 5). It is interesting, as often described, the significantly better reduction of the pressures from the hot gas pressure acting on radially orbiting pistons and thus by an almost constantly with maximum lever arm on the axis of rotation ( 1a ) acting pressure force from the gas pressure curve. Thus, almost the maximum maximum torque output over the entire rotational angle of the combustion chamber ( 13 ) reached. The most circular working rotor (AR, 1 ) has one or more pistons ( 5 ) and there are one or more combustion chambers ( 13 ) with straight, circular or radially known clothoid-like configurations of the outer orbit, of course depending on the number of combustion chambers ( 13 ), which can be provided with large diameters certainly with more than one or two (shown here in the exemplary drawing, only systemic). Compression is done separately on the same wave next to the AR ( 1 ) Beid- or arranged on one side or on another shaft parallel in the same plane of rotation, the custom-fit Kompressionszuarbeit is accomplished by synchronously running gears or timing belt. When using a folding piston ( 5 ) is, however, the generation of the necessary compression of the combustion air in the AR ( 1 ) under the folding piston ( 5 ) The compression transfer from this or special compression rotors, drawing 3, 4, takes place by means of the circumstances adapted as short as possible transfer solutions with or without valves, depending on the need or intentionally required system control by means of an electronic or mechanical device. And yet, none of these engine solutions can be found on the market today. This is mainly due to the existing sealing problems in almost all of the concepts presented to date. With this patent solutions are presented, which are so or similar determined to solve these problems or at least to a large extent limit, so that it is meant to finally bring this structurally known in parts solution using the additional solutions presented here to use can. In this case, the claim can essentially relate only to an innovation in the construction, which severely limits the sealing problems. See solution statements like claims.
Aufgabenstellung und LösungTask and solution
Seitenscheiben links wie rechts des Rotors und mit diesem fest verbunden Durch den Einsatz von einer jeweils links wie rechts mit dem Rotor (AR, 1) fest verbundenen kreisrunden Scheibe (2), die mit größerem Durchmesser als der Drehrotor plus mindestens der Höhe des Brennraumes (13) ausgelegt sein soll, wird der in einem oder mehreren Brennräumen (13) aus- wie einfahrende Klappkolben (5) seitlich dichtend nur auf eine translatorische Bewegung hin belastet und nicht mit hohen Drehzahlen (m/sec) radial an der Motorgehäusewand schleifend herumgeführt. Das löst die Beanspruchung der seitlichen Dichtung (14) gravierend. Zchng. 1, 5, 6.Side windows left and right of the rotor and firmly connected to it By the use of a left as right with the rotor (AR, 1 ) firmly connected circular disc ( 2 ), which are larger in diameter than the rotary engine plus at least the height of the combustion chamber ( 13 ) is designed in one or more combustion chambers ( 13 ) retracting folding pistons ( 5 ) loaded laterally sealing only on a translational movement and not at high speeds (m / sec) radially around the motor housing wall grinding. This releases the stress of the lateral seal ( 14 ) serious. Drawing 1, 5, 6.
Seitliche Dichtleiste am Kolben zur seitlichen DichtscheibeLateral sealing strip on the piston to the lateral sealing disc
Neben all den vielen bekannten Dichtungen wie Dichtungsleisten, gerade, geschlängelt usw., ist hier am Kolbenrand (14a) auch eine spezielle Dichtleiste (14) vorstellbar, die den Kolben (5) seitlich umfasst, Zchng. 6, unten. Damit kann sie ein oder mehrere Male mit Stegen in den Kolbenrand (14a) greifend und zusätzlich über die der Verbrennung zugewandten Wandung des Kolbens (5) greifend von außen durch den Verbrennungsdruck gegen die Wandung gepresst für nahezu eine vollständige Abdichtung sorgen. Diese Dichtleiste (14) kann dann ebenfalls zwei oder mehr Nocken auf dem der Scheibe (2) zugewandten seitlichen Kolbenrand (5b) haben. Dabei macht diese trotzdem noch lose aber federn- oder gasdruckgestützte am Kolben (5) positionierte Dichtleiste (14) die translatorische Auf- und Abbewegung an der glatten Wand der Seitenscheibe (2) mit, s. Zchng. 1 u. 6. Durch die weiter unten beschriebene Ölversorgung aller Dichtungen wird auch diese Dichtung (14) mittels der ständigen translatorischen Hin- wie Herbewegung des Kolbens leicht mit Öl versorgt, wobei zusätzlich feinste Ölkanäle für diese notwendige Schmierung dienen können.In addition to all the many known seals such as sealing strips, straight, tortuous, etc., here at the piston edge ( 14a ) also a special sealing strip ( 14 ) conceivable that the piston ( 5 ) laterally, Figure 6, below. So she can one or more times with webs in the piston edge ( 14a ) and additionally via the combustion-facing wall of the piston ( 5 ) gripping externally by the combustion pressure against the wall pressed for almost a complete seal. This sealing strip ( 14 ) can then also two or more cams on the disc ( 2 ) facing lateral edge of the piston ( 5b ) to have. This still makes it loose but spring or gas pressure supported on the piston ( 5 ) positioned sealing strip ( 14 ) the translational up and down movement on the smooth wall of the side window ( 2 ) with, s. Drawing 1 u. 6. Through the oil supply of all seals described below, this seal ( 14 ) is easily supplied with oil by means of the constant translational reciprocation of the piston, whereby additionally the finest oil passages can serve for this necessary lubrication.
Obere Dichtung am Kolbenkopf (5e) an der radialen wie tangentialen Umlauffläche der äußeren Brennraumbegrenzung (13a)Upper seal on the piston head ( 5e ) on the radial and tangential circulation surface of the outer combustion chamber boundary ( 13a )
Die Dichtarbeit an dieser kritischen Stelle, wo eine maximale Umlaufgeschwindigkeit zusätzlich für einen eventuell hohen zentrifugalen Anpressdruck sorgt, werden hier folgende Lösungen vorgestellt. Ein grundsätzlicher Vorteil ergibt sich aus der vorgestellten Lösung eines durch einen weitgehend mit Kreisbögen bzw. Klothoiden oder ähnlichen Übergängen zwischen verschiedenen Kreisbogensegmenten zusammengestellten radialen Umlaufs für die obere/n Kolbenkante(n). Bei einer derartigen Lösung, s. Zchng. 1 u. 2, ist der abzudeckende Spreizwinkel für die Dichtlösung am Kolbenkopf (5e) < ca. +30°. (Gegenüber der Situation im Wankel-Motor, zwischen ca. –60° über 0° bis +60°, ein großer Vorzug. Wobei diese Wankel-Lösung nicht mit der hier vorgestellten zu vergleichen ist – es müßte also bei Wankel von negativer bis positiver verläßlicher Dichtarbeit an der kreisend bewegten Arbeitsbegrenzung des Brennraumes gesprochen werden! Die eingetretenen Probleme sind bekannt, wobei den Forschungsergebnissen hoher Zoll eingeräumt sein muß.) Das ist bekannt. Neben den bekannten Dichtleistenlösungen wird hier vorgestellt:
Trichterförmige Druckumleitung (17) des Verbrennungsdruckes gegen die Druckrichtung aus der Verbrennung gegen den Kolben (5). Am Klappkolben (5e), wie auch bei den translatorisch sich bewegenden Seiten des Kolbens einsetzbar, ist eine breite Trompetenöffnung (17) so an der dem Verbrennungsraum zugewandten Kolbenfläche (5) zu verjüngen, dass eine umgekehrte trompetenartige Druckführung nach einer nahezu 180° beschreibenden Umlenkung des auf den Kolben einwirkenden Gasdruckes direkt am Kolbenkopf (5e) oder Seitenscheibenwand (2) endend dort gegen die allgemeine Gasdruckrichtung austritt. Damit wird direkt am Kolbenkopf (5e) oder Seitenscheibe (2) nahezu eine 0-Druck-Situation des Gasdruckes erreicht. Dann kann zusätzlich mit einer Wirbelnuttechnik oder Rolle oder ähnlich über eine oder mehr Nuten des übrigens vor der Gasdruckwand fortlaufenden Kolbens (5) am Kolbenkopf (5e) zur Umhüllung hin die Dichtarbeit erhöht werden, s. Zchng. 6 Dabei kann der Kolben (5) an dieser Stelle an der äußersten druckabgewandten Nut oder an der Rolle etc. gering mit Öl versorgt werden, da der Kolben im Inneren des Rotors (1) mit Öl versorgt wie gekühlt wird, damit würde auch bei einem frei den Zentrifugalkräften überlassenem Kolben (5) eine geringe Schmierung an dieser Stelle zur Verfügung stehen.The sealing work at this critical point, where a maximum rotational speed additionally provides for a possibly high centrifugal contact pressure, the following solutions are presented here. A fundamental advantage results from the proposed solution of a radial circulation for the upper piston edge (s), which is composed largely by circular arcs or clothoids or similar transitions between different circular arc segments. In such a solution, s. Drawing 1 u. 2, is the spread angle to be covered for the sealing solution on the piston head ( 5e ) <approx. + 30 °. (Compared to the situation in the Wankel engine, between about -60 ° over 0 ° to + 60 °, a great advantage.While this Wankel solution is not to be compared with the presented here - it would therefore be at Wankel from negative to positive Reliable sealing work on the circular moving work limitation of Brennraumes be spoken! The problems that have arisen are known, and the results of the research must be given high tariffs.) This is well known. In addition to the known sealing strip solutions, the following is presented here:
Funnel-shaped pressure redirection ( 17 ) of the combustion pressure against the pressure direction from the combustion against the piston ( 5 ). At the folding piston ( 5e ), as well as in the translatorisch moving sides of the piston used, is a wide trumpet opening ( 17 ) on the combustion chamber facing piston surface ( 5 ), that an inverted trumpet-like pressure guide after a nearly 180 ° descriptive deflection of the gas pressure acting on the piston directly on the piston head ( 5e ) or side wall ( 2 ) ends there against the general gas pressure direction exits. This is done directly on the piston head ( 5e ) or side window ( 2 ) reaches almost a 0-pressure situation of the gas pressure. Then, in addition, by means of a whirling technique or roller or the like, similar to one or more grooves of the other, in front of the gas pressure wall of the continuous piston ( 5 ) on the piston head ( 5e ) to the envelope towards the sealing work can be increased, s. Fig. 6 The piston ( 5 ) at this point at the outermost pressure-facing groove or on the roller, etc. are supplied with low oil, since the piston in the interior of the rotor ( 1 ) is supplied with oil as is cooled, so even with a centrifugal forces free piston ( 5 ) a little lubrication at this point are available.
Zwangsgesteuerter Kolben (12) mit beweglicher Dichtlippe (19)Positively controlled piston ( 12 ) with movable sealing lip ( 19 )
Die mit rotierenden Seitenscheiben (2) ermöglichen durch ihre Begrenzung des Brennraumes (13) zum Gehäuseinnenraum (23), dass durch die Seitenscheibe (2) Aggregate in diesen Zwischenraum (23) zum Außengehäuse (3) des Motors geführt werden. Diese Möglichkeit erlaubt es mit einfachen Mitteln z. B. eine Zwangsführung (12) des Klappkolbens (5) in einer Kurvenbahn (12) am Außengehäuse (3) oder mittels ähnlicher Vorrichtungen z. B. synchrones oder asynchronisches Planetenzahnrad (33) mit Pleuel (34) zum Klappkolben (5) um ein fest stehendes Polzahnrad (32) in Abhängigkeit der Brennraumumhüllung (13a) mit einer geringen aber präzisen Distanz umfahrend für ihr Auf und Ab zu steuern, s. Zchg. 1, 2 u. 5. Das erhöht zwar die Zahl der bewegten Teile in diesem eigentlich mit wenigen Teilen erstellbaren Motors deutlich, ergibt aber einen Steuerungsvorteil. Eine bewegliche Nase, Lippe (21), kann dann die Restdichtarbeit übernehmen, wobei neben der Zentrifugalkraft z. B. die oben bezeichnete „Trichterförmige Druckumleitung” (17) für stetiges Anliegen der Lippe (3) sorgen würde. Mit der Lippenlänge kann der gewünschte Andruck druckabhängig bestimmt werden. (Die Zchng. 5 u. 6 hierzu deuten nur die Systematik an, ohne Maßstab.) Da der Gehäuseinnenraum (23) mit Öl geführt wird, ist eine notwendige Schmierung derartiger bewegter Konstruktionen hier gegeben.The with rotating side windows ( 2 ) allow by their limitation of the combustion chamber ( 13 ) to the housing interior ( 23 ) that through the side window ( 2 ) Aggregates in this gap ( 23 ) to the outer housing ( 3 ) of the motor. This possibility allows simple means z. B. a forced operation ( 12 ) of the folding piston ( 5 ) in a curved path ( 12 ) on the outer housing ( 3 ) or by means of similar devices z. B. synchronous or asynchronous planetary gear ( 33 ) with connecting rod ( 34 ) to the folding piston ( 5 ) around a stationary pole gear ( 32 ) depending on the combustion chamber envelope ( 13a ) with a small but precise distance driving around for her ups and downs, s. Zchg. 1, 2 u. 5. Although this significantly increases the number of moving parts in this engine, which can actually be produced with just a few parts, it gives a control advantage. A moving nose, lip ( 21 ), then can take over the residual sealing work, in addition to the centrifugal force z. B. the above-mentioned "funnel-shaped pressure redirection" ( 17 ) for constant concern of the lip ( 3 ). With the lip length of the desired pressure can be determined pressure-dependent. (The figures 5 and 6 for this only indicate the systematics, without scale.) Since the housing interior ( 23 ) is guided with oil, a necessary lubrication of such moving structures is given here.
Kreisrunde Seitenscheibenranddichtung (15, 15a) gegen GehäuseCircular side window edge seal ( 15 . 15a ) against housing
Mit mehreren freien drehenden kreisrunden berührungsfreien Wirbeldichtungen (15) in der Seitenscheibe (2) an ihrer äußeren Begrenzung oder dem umschließenden Gehäuse (3), s. Zchng. 1 u. 5, lässt sich der Druck eingrenzen, um dann z. B. an der Außenseite der Scheibe (2) mit ebenfalls kreisrunden schleifenden aber ölunterstützten Dichtung/en (15a) vollständig oder gar allein durch diese schleifende ölgestützte Lösung gedichtet zu sein. Der Zwischenraum (23) zwischen der drehenden Seitenscheibe (2) und dem Gehäuse (3) ist ölbegleitet ähnlich dem des Kolbenmotor und damit die Dichtung (15a). Auch die innere Dichtarbeit im Bereich von 0° (s. Zchng. 5: 0° und 180°) an den zwischen den Seitenscheiben (2) herabgezogenen Brennraumbegrenzung (13a), beim Durchgang des Kolbens (5) hinein in den Brennraum (13) läßt sich ähnlich gar allein mit ölgestützten Dichtungen (15a) bewerkstelligen, weil hier Öl anzutreffen ist, s. Zchng. 5.With several free rotating circular non-contact vortex seals ( 15 ) in the side window ( 2 ) at its outer boundary or the enclosing housing ( 3 ), s. Drawing 1 u. 5, the pressure can be limited, then z. B. on the outside of the disc ( 2 ) with likewise circular grinding but oil-supported seal (s) ( 15a ) completely or even by itself sealed by this abrasive oil-based solution. The gap ( 23 ) between the rotating side window ( 2 ) and the housing ( 3 ) is oil-accompanied similar to that of the piston engine and thus the seal ( 15a ). Also the inner sealing work in the range of 0 ° (see teeth 5: 0 ° and 180 °) at the between the side windows ( 2 ) drawn down combustion chamber boundary ( 13a ), during the passage of the piston ( 5 ) into the combustion chamber ( 13 ) can be similarly alone with oil-based seals ( 15a ), because there is oil, s. Drawing 5.
Dichtung bei 0° und 180°Seal at 0 ° and 180 °
Nach Durchlauf des Kolbens (5) an der Abgasführung (8) hinüber in den Brennraum (13) ist die Trennung der beiden Bereiche mit in den früheren Patenten bekannten Lösungen natürlich zu bewerkstelligen (Schleifender Schieber, federgestützte Lippe, flacher Klappkolben am Gehäuse, usw.). Hier wird eine Lösung unter Einsatz der „Trichterförmigen Druckumleitung” (17) in einem zwangsgeführten senkrecht zum Rotor (1) ausgerichteten Schieber (6) oder Segmentkolben (4) neben anderen allgemein bekannten, wie den vor erwähnten angeführt, Zchng. 1 u. 5. Dabei kann mit zwangsgeführten Kolben (5 u. 6 wie 4) ein berührungsfreier Wechsel des Kolbenumlaufs nach der Abgaszone (8) in die Ladezone am Beginn des Brennraumes (13) derart erreicht werden, dass beide beweglichen Teile bewußt um einige mm getrennt sind, da im Bereich 0°/180° nichts passiert und erst kurz danach der Kolben (5) an die Brennraumbegrenzung (13a) einmal wie der Schieber (6 oder 4) an den AR (1) dichtend herangeführt werden muss. Darüber hinaus läßt sich mit diesem Vorgehen eine frühere und damit höhere Aufweitung des Brennraumes (13) erreichen, um damit gleich am Anfang der Verbrennung deren höchste Drücke über einen möglichst weit ausgefahrenen Kolben in Drehmoment umwandeln zu können.After passing the piston ( 5 ) at the exhaust system ( 8th ) over into the combustion chamber ( 13 ), the separation of the two areas of course with known in the earlier patent solutions (grinder slide, spring-assisted lip, flat folding piston on the housing, etc.). Here is a solution using the "funnel-shaped pressure redirection" ( 17 ) in a positively guided perpendicular to the rotor ( 1 ) aligned slide ( 6 ) or segment pistons ( 4 ) in addition to other well-known, as mentioned before, Zchng. 1 u. 5. With positively driven pistons ( 5 u. 6 as 4 ) a non-contact change of the piston circulation to the exhaust zone ( 8th ) in the loading zone at the beginning of the combustion chamber ( 13 ) are achieved so that both moving parts are deliberately separated by a few mm, as in the range 0 ° / 180 ° nothing happens and only shortly thereafter the piston ( 5 ) to the combustion chamber boundary ( 13a ) once like the slider ( 6 or 4 ) to the AR ( 1 ) must be brought in sealing. In addition, with this procedure, an earlier and thus higher expansion of the combustion chamber ( 13 ) in order to be able to convert their highest pressures into torque at the very beginning of combustion via a piston that has been extended as far as possible.
Seitenscheibe (2) als Schwungmasse, Träger für Elektrolösungen, Träger für Aggregate wie Nocken u. ä. zur Systemsteuerung Side window ( 2 ) As a flywheel, carrier for electric solutions, carriers for aggregates such as cams u. Ä. to the system control
Die beiden Seitenscheiben (2) werden mit einer gewissen Breite/Masse ausgeführt werden müssen, um den Belastungen zu den Dichtungsanforderungen wie Systemführungen auch konstruktionsmäßig zu genügen. Das kommt dieser Motorenlösung sehr zugute. Der sich drehende Rotor (1) erhält damit deutlich mehr außenliegende Masse, die sich wiederum als drehendes Massenträgheitsmoment positiv auf den Umlauf auswirkt. Mit einer am Außenrand positionierten geraden Verlängerung oder winkeligen Verbreiterung (16) der Seitenscheibe (2) lassen sich diesen Effekt noch verstärkend elektrotechnische Lösungen durch den Einbau von Magneten (25) vorsehen, hier beispielhaft dargestellt, Zchng. 5 links oben. Am Gehäuse läßt sich dann z. B. ein Wicklungsring (26) vorsehen, oder umgekehrt, womit sich eine Elektromotoren- oder/und Generatorlösung bietet. So kann auf einen Anlasser wie eine Lichtmaschine verzichtet werden, wobei außerdem die Nutzung des Elektromotors für reine Elektrofahrt – also ohne Verbrennung durch Bindung der Kolben (5) am Rotor (1) – wie in einem Gemischtbetrieb als auch nur für Ladebetrieb während reiner Verbrennungsarbeit erfolgen kann. Durch die Bindung der Kolben (5) im Rotor (1) bei reinem Elektrofahrbetrieb bedarf es keiner Entkoppelung der beiden Systeme, Verbrennungsarbeit oder/und Elektroantrieb.The two side windows ( 2 ) will have to be designed with a certain width / mass in order to also meet the design requirements of the seals to the sealing requirements such as system guides. That benefits this engine solution very much. The rotating rotor ( 1 ) thus receives significantly more external mass, which in turn has a positive effect on the circulation as a rotating mass moment of inertia. With a straight extension or angled widening positioned at the outer edge ( 16 ) of the side window ( 2 ), this effect can be amplified electrotechnical solutions by the incorporation of magnets ( 25 ), shown here by way of example, Fig. 5 top left. On the case can then z. B. a winding ring ( 26 ), or vice versa, which provides an electric motor and / or generator solution. So can be dispensed with a starter like an alternator, and also the use of the electric motor for pure electric travel - ie without combustion by binding the piston ( 5 ) on the rotor ( 1 ) - as can be done in a mixed operation as well as only for charging operation during pure combustion work. By the binding of the pistons ( 5 ) in the rotor ( 1 ) in pure electric driving operation, there is no decoupling of the two systems, combustion work and / or electric drive.
Kühlung:Cooling:
Bei einer derart energiedichten Lösung gegenüber dem Kolbenmotor wird der Kühlung hohe Wichtigkeit bei zu messen sein. Das Bauvolumen eines derartigen DKM's ist gegenüber einem Kolbenmotor um einen Faktor > 3 geringer, was sich bei gleicher Leistung deutlich in der Wärmeentwicklung niederschlagen muss.With such an energy-tight solution compared to the piston engine, cooling will be of great importance in measuring. The construction volume of such a DKM's compared to a piston engine by a factor> 3 is lower, which must be clearly reflected in the heat development at the same power.
Luftkühlung:Air cooling:
Luftkühlung ist möglich.Air cooling is possible.
Flüssigkeitsgekühlte Lösung:Liquid cooled solution:
Eine genügende Kühlung des Gehäuses (3) mittels Flüssigkeiten ist in entsprechenden – z. B. auch gegenläufigen – Kühlkanälen einfach zu bewerkstelligen und Stand der Technik. Zur Innenkühlung des AR's (1) bietet sich hier ein innen teilweise offener Durchbruch (7) durch die Scheiben wie den Rotor (1 u 2) an, bei dem sogar der/die Kolben (5) während ihrer Bewegung vom Öl gekühlt werden neben der Wärmemengenabführung aus dem gesamten AR (1). Dazu wird Öl seitlich in diesen teiloffenen Innenraum des AR (1) eingespritzt. Das heiße Öl wird durch die Rotation wieder aus dem AR (1) ausgetragen und kann in einem Pumpensumpf (20) am Boden der Maschine seine Wärme abgeben oder über eine zusätzliche Ölkühlung (Öl-Luft-Tauscher o. ä.) mittels Ölpumpe dorthin transportiert die nötige Temperaturabsenkung erreichen.A sufficient cooling of the housing ( 3 ) by means of liquids is in corresponding -. As well as opposing - cooling channels easy to do and state of the art. For internal cooling of the AR ( 1 ) offers a partially open breakthrough ( 7 ) through the discs like the rotor ( 1 u 2 ), in which even the piston (s) ( 5 ) are cooled by the oil during their movement in addition to the heat quantity removal from the entire AR ( 1 ). For this purpose, oil is laterally in this partially open interior of the AR ( 1 ) injected. The hot oil gets back out of the AR by the rotation 1 ) and can be stored in a pump sump ( 20 ) give off its heat at the bottom of the machine or transport it via an additional oil cooling system (oil-air exchanger or similar) by means of an oil pump to reach the required temperature reduction.
Nutzung der Abwärme über Kühlflüssigkeit/Kältegas zur Umwandlung in einem Kältegasentspanner, hier wahrscheinlich Drehkolbenmaschine, zur DrehmomentenerhöhungUtilization of the waste heat via coolant / cold gas for conversion into a refrigerant gas relaxation device, here probably a rotary piston engine, to increase the torque
Aus Patent DE 10 2004 05 468.1 (gleicher Halter wie Anmelder hier) ist eine Pumpe bzw. Motor bekannt, dessen hervorragende Eigenschaften ähnlich den hier angestrebten entsprechen. Diese Drehkolbenpumpe, DKP, ist besonders geeignet – neben dem Einsatz anderer, z. B. eines Zellenradkompressors mit umgekehrtem Wirkverfahren – die anfallenden Wärmeüberschüsse mittels der Entspannung des heiß gewordenen Kältegases als Wärmezwischenträger ebenfalls in Drehmoment umzuwandeln. Diese DKP – hier als Motor – würde auf der gleichen Achse wie der AR (1) wie evtl. des notwendigen Kompressors (24) arbeiten. Damit kann nahezu alle im Motor eingebrachte Energie (Joule) in Drehmoment umgewandelt werden, wenn das entspannte, also kalte, für diesen Zweck geeignete Kältegas z. B. über Tauschrohre im Pumpensumpf (20) wie dem Gehäuse (3) des Motors beginnend, das Gehäuse (3) kühlend durchlaufend bis über die Abgasführung (8) sich erhitzend dann der DKP o. ä. zugeführt mittels Entspannung in Drehleistung umgewandelt die Arbeitsausbeute an der Welle deutlich erhöht und auf der anderen Seite sich dabei abkühlt. Dann kann der Motor sogar wärmegekapselt werden, um weitere Energieverluste an die Umgebungsluft zu verhindern.From patent DE 10 2004 05 468.1 (same holder as applicant here) a pump or motor is known whose excellent properties similar to those intended here correspond. This rotary lobe pump, DKP, is particularly suitable - in addition to the use of other, eg. B. a cellular compressor with reverse action - the resulting heat surplus by means of the relaxation of the hot refrigerant gas as heat transfer medium also convert into torque. This DKP - here as a motor - would be on the same axis as the AR ( 1 ) as possibly the necessary compressor ( 24 ) work. Thus, almost all introduced in the engine energy (Joule) can be converted into torque when the relaxed, so cold, suitable for this purpose refrigerant gas z. B. via exchange tubes in the pump sump ( 20 ) like the housing ( 3 ) starting the engine, the housing ( 3 ) cooling continuously over the exhaust gas duct ( 8th ) heated then the DKP o. Ä. Supplied by means of relaxation in rotational power converted the work yield at the shaft significantly increased and on the other side cools down. Then the engine can even be heat-sealed to prevent further energy losses to the ambient air.
Zu diesen Betrachtung sei hier auch auf einen gravierenden Nachteil des DKM's hingewiesen. Eine Verbrennung würde in einer Kugel ihre wärmetheoretische Entfaltung/Arbeit – am besten verrichten, das ist aber schwer nutzbar zu machen. Dem kommt ein Kolbenmotor mit einem Hub nahe dem Kolbendurchmesser relativ nahe, womit die Verbrennung nahe einer optimalen abläuft gemessen an der technischen Machbarkeit und trotzdem die Ausbeute gering. Das kann bei einem DKM konstruktionsbedingt in keiner Weise so erreicht werden. Beim Kolbenmotor können wir i. d. R. mit einem Verhältnis Kolbenhub/Kolbendurchmesser von nahe 1:1 ausgehen. Beim DKM liegt das Verhältnis von Brennraumhöhe: -breite:-länge zum Beispiel im Bereich von: 1:2 bis 4:3 bis 8 Damit sind deutlich höhere Oberflächen des Brennraumes gegenüber dem Kolbenmotor vorgegeben, die zwangsläufig einen höheren Wärmeaustausch über die Wandungen hin zur Kühlung bedingen. Auch aus diesem Grunde bietet sich der vor beschriebene technische Mehraufwand einer konsequenten Kältegaskühlung an.For this consideration is pointed out here also to a serious disadvantage of the DKM's. Combustion would best perform its thermo-theoretical unfolding / work in a sphere, but that is difficult to harness. This is a piston engine with a stroke close to the piston diameter relatively close, so that the combustion proceeds close to an optimal measured in terms of technical feasibility and still low the yield. This can not be achieved in any way with a DKM by design. With the piston engine we can i. d. R. go out with a piston stroke / piston diameter ratio of near 1: 1. With the DKM, the ratio of combustion chamber height is: -width: length, for example, in the range from: 1: 2 to 4: 3 to 8 This gives significantly higher surfaces of the combustion chamber compared to the piston engine, which inevitably leads to a higher heat exchange across the walls Cooling condition. Also for this reason, the above-described technical overhead of a consequent cooling gas cooling offers.
Einspritzung, Erhöhung der Effektivität Injection, increasing efficiency
Im Bemühen mit feinster Zerstäubung eine sehr gute Verbrennung in der Verbrennungsarbeit zu erreichen, hat man zu dem Mittel gegriffen, sehr hohe Drücke zu nutzen; s. Pumpe-Düse- oder Common-Rail-Einspritzung (1200 bis 3000 bar), was zu einer deutlich besseren Zerstäubung gegenüber der früher bekannten Einspritzpumpe (mit bis zu 200 bar) führte. Auf Grund der bei einem DKM immer gleichbleibenden Drehung – also auch am 0-Punkt, seines Arbeitsbeginns – wäre eine noch feinere Auflösung des Brennstoffes bei seiner Einleitung zur Brennphase wünschenswert. Das wird neben den benannten Verfahren beispielhaft aufgezeigt, Zchng. 1. Durch die Trennung von Einspritzen, < 200 bar Druck, in eine heiße Vorkammer (10) und einem verzögerten Ausstoßen aus dieser mittels eines Kolbens (10a) zum Zeitpunkt der Überleitung der Kompression (z. B. 35 bar) in den Brennraum (13) wird der Treibstoff vor dem Eindrücken in diesen in der Vorkammer in heißem Abgas vernebelt. Am Beginn des Brennraumes (13) wird eine optimale Vermischung, Verwirbelung der beiden Medien Luft und heißes Gas während gleichzeitigen Einpressens erreicht, was zu einer durchschlagenden Verbrennung führt, deren expandierende Flamme den Kolben (5) durch den Brennraum (13) treibt. Der Kolben (10a) wird in der Vorkammer (10) erst kurz vor Ende der Verbrennungsarbeit zurück gezogen, womit er verbrannte heiße Gase in die Vorkammer (10) einzieht, die das nächste einzuspritzende Brenngut – hier z. B. Diesel – mit mehreren hundert °C schnell verdampfen läßt. Da in diesem Abgas der vorherigen Verbrennung kein Sauerstoff vorhanden ist, kann der Brennstoff nur verdampfen. Eine bessere molekulare Auflösung kann man sich schwerlich wünschen. Erst wenn der Brennstoffdampf mit der frischen Luft (O/Sauerstoff) in dem Überleitungsbereich des Brennraumes (13) verwirbelt wird, kommt es zu einer intensiven Verbrennung, wobei über eine zeitverzögernde Einleitung oder schrittweise die Verbrennung über einen verlängerten Zeitraum erhalten werden kann. Dabei wird neben mechanischem Austreiben der Einsatz einer Ventillösung – z. B. elektronisch gesteuert – von Nöten sein, um mit ihr bedarfsabhängig das Gas in die Brennkammer (13) zu treiben. Bei direkter thermischer Anlagerung der Vorkammer (10) am Brennraum (13) kann bei heißer Maschine evtl. auf das Einziehen von Abgas verzichtet werden. An der dem Brennraum (13) zugewandten Wandung der Vorkammer (10) verdampft der dort eintretende Brennstoff in dem zumal vorhandenen Unterdruck bei geschlossenem Ausgangsventil (10c) nach Zurückziehen des Kolbens (10a). Der Brennstoff verdampft vollständig. Es wird mit dem nächsten Ausschieben und dem zudem eintretenden Luftstrom aus dem Kompressor intensiv vermischend verbrannt. Für den Start bei kalter Maschine wird eine Heizung (10b) in der Vorkammer (10) von Nöten sein. Die einzelnen Lösungsansätze sind beispielhaft aus den angehängten Zeichnungen zu entnehmen.In an effort to achieve a very good combustion in the combustion work with finest atomization, it has resorted to the means to use very high pressures; s. Pump-nozzle or common-rail injection (1200 to 3000 bar), which led to a significantly better atomization compared to the previously known injection pump (up to 200 bar). Due to the constant rotation of a DKM - ie also at the 0-point of its start of operation - an even finer dissolution of the fuel at its initiation to the firing phase would be desirable. This is shown as an example in addition to the named methods, drawing 1. By the separation of injection, <200 bar pressure, in a hot pre-chamber ( 10 ) and a delayed expulsion therefrom by means of a piston ( 10a ) at the time of the transfer of the compression (eg 35 bar) into the combustion chamber ( 13 ) the fuel is nebulized in hot exhaust gas before being pressed into it in the prechamber. At the beginning of the combustion chamber ( 13 ) optimum mixing, turbulence of the two media air and hot gas is achieved during simultaneous pressing, resulting in a resounding combustion, whose expanding flame the piston ( 5 ) through the combustion chamber ( 13 ) drives. The piston ( 10a ) is in the antechamber ( 10 ) pulled back shortly before the end of the combustion work, bringing it hot gas burned in the antechamber ( 10 ), which is the next fuel to be injected - here z. B. diesel - can evaporate quickly with several hundred ° C. Since there is no oxygen in this exhaust gas of the previous combustion, the fuel can only vaporize. A better molecular resolution can hardly be desired. Only when the fuel vapor with the fresh air (O / oxygen) in the transition region of the combustion chamber ( 13 ) is swirled, it comes to an intensive combustion, which can be obtained over a time-delay initiation or stepwise, the combustion over a prolonged period. In addition to mechanical expulsion, the use of a valve solution -. B. electronically controlled - be necessary to demand with her the gas into the combustion chamber ( 13 ) to drive. With direct thermal attachment of the antechamber ( 10 ) at the combustion chamber ( 13 ) may be dispensed with hot exhaust gas possibly on the intake of exhaust gas. At the combustion chamber ( 13 ) facing wall of the antechamber ( 10 ) evaporates the fuel entering there in the existing negative pressure in particular with the outlet valve closed ( 10c ) after retraction of the piston ( 10a ). The fuel evaporates completely. It is incinerated intensively with the next expulsion and the additionally occurring air flow from the compressor. For starting with a cold machine, a heater ( 10b ) in the antechamber ( 10 ) be necessary. The individual approaches can be taken by way of example from the attached drawings.
Abschlussbetrachtungfinal consideration
Die hier in den Zeichnungen beispielhaft gewählte Konstruktion eines Drehkolbenmotors ist mit 2 Brennkammern und 3 angelegten Klappkolben (5) dargestellt. Somit ergeben sich 6 Verbrennungen/Umdrehung. Das ergibt einen nahezu gleichbleibenden Drehmomentenverlauf an der Welle, womit ein weitgehend ruhiger Lauf erreicht wird. Die notwendige Kompression (24) ist hier auf gleicher Welle neben dem AR (1) vorgesehen, für jede Brennkammer (13) ein Kompressor (24, 35) und arbeitet ähnlich einem Zellenradkompressor (24) mit ebenfalls drei 120° versetzten Schiebekolben (36) oder z. B. angelehnt an das Patent DE 10 2004 005 468.1 eventuell gar mit einer Einrotorenvariante (35) mit einem im Kreismittelpunkt zentrierten Kolben (29) und einem um die halbe Kolbenhöhe versetzten kreisrunden Führungsrotor (28) mit Wellenachse des den Kolben führenden Rotors, Zchg. 4. Für diese Lösung muß die Drehzahl des Kompressors an den Verbrennungstakt angepasst werden, also 3-fach schnell drehen, wenn eine Brennkammer (13) versorgt werden soll. Das bedingt, dass für zwei Brennkammern hier je 1 Kompressor vorgehalten werden, also zwei. Dabei wird die Luft in Zchng. 4 durch die hohle Achswelle (31) eingesogen, um in dem Kompressor (35) der notwendigen Verdichtung unterworfen zu sein, womit z. B. für einen Dieselbetrieb dann die notwendige Temperaturerhöhung erreicht wird, die nach der Überleitung über geeignete Kanallösungen für den Selbstzündvorgang von Nöten ist. Wie oben beschrieben, ist eine Anordnung des Kompressionsrotors (24, 35) ebenfalls in gleicher Rotationsebene wie der des Arbeitsrotors aus Gründen eines evtl. notwendigen technischen Erfordernisses gegeben wobei der Umlauf mittels Zahnrad oder über Zahnriemen auf den Überleitungszeitpunkt synchron gesteuert erfolgt. Darüber hinaus kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn ein DKM mehr in einem niedrigeren Drehmodus gegenüber dem Kolbenmotor betrieben wird. Eine hohe Umlaufgeschwindigkeit schlägt sich einmal ganz besonders auf die Kolbenkopfführung (5e) an der Brennraumbegrenzung (13) nieder, wenn man an die Frage nach dem Verschleiß und den daraus sich ergebenden Konsequenzen denkt. Zum Anderen ist die Verbrennungsarbeit am Kolben bei einer immer mit gleicher Umlaufgeschwindigkeit sich drehenden Maschine natürlich dann besser wirksam, wenn der Kolben an ihr lastend vorangetrieben werden muß – das kann dann nicht geschehen, wenn der Kolben nahezu vor ihr „wegläuft”.The exemplary construction of a rotary piston engine chosen here in the drawings is with 2 combustion chambers and 3 applied folding pistons ( 5 ). This results in 6 burns / revolution. This results in an almost constant torque curve on the shaft, whereby a largely quiet running is achieved. The necessary compression ( 24 ) is here on the same wave next to the AR ( 1 ), for each combustion chamber ( 13 ) a compressor ( 24 . 35 ) and works similar to a cellular wheel compressor ( 24 ) also with three 120 ° offset sliding piston ( 36 ) or z. B. based on the patent DE 10 2004 005 468.1 possibly even with a single rotor variant ( 35 ) with a piston centered in the center of the circle ( 29 ) and a circular guide rotor offset by half the piston height ( 28 4) For this solution, the speed of the compressor must be adapted to the combustion cycle, that is to rotate 3 times fast when a combustion chamber ( 13 ) should be supplied. This requires that for each of two combustion chambers here 1 compressor be kept, so two. In this case, the air in Zchng. 4 by the hollow axle shaft ( 31 ) is sucked in to the compressor ( 35 ) to be subjected to the necessary compaction, which z. B. for a diesel operation then the necessary increase in temperature is reached, which is necessary after the transfer of suitable channel solutions for the auto-ignition. As described above, an arrangement of the compression rotor ( 24 . 35 ) Also given in the same plane of rotation as that of the working rotor for reasons of a possibly necessary technical requirement whereby the circulation takes place synchronously controlled by means of a toothed belt or toothed belt on the transfer timing. Moreover, it may prove advantageous if a DKM is operated more in a lower rotational mode than the piston engine. A high rotational speed is particularly striking on the piston head guide ( 5e ) at the combustion chamber boundary ( 13 ), when one thinks of the question of wear and its consequences. On the other hand, the combustion work on the piston at a always rotating at the same rotational speed machine, of course, better effective when the piston must be driven on her last - that can not be done when the piston almost "runs away" in front of her.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
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DKMDKM
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DrehkolbenmotorRotary engine
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KRKR
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Kompressionsrotorcompression rotor
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RR
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Druckresultierende an Kolben (5)Pressure Resulting on Pistons ( 5 )
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11
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AR ArbeitsrotorAR working rotor
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1a1a
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RotormittelpunktRotor center
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22
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Seitenscheibeside window
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2a2a
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Außenrand ScheibeOuter rim disc
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33
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Gehäusecasing
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3a3a
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Außengehäuse innenOuter housing inside
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44
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DichtsegmentkolbenSealing segment piston
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55
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Klappkolben, KolbenFolding piston, piston
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5a5a
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Drehverankerungrotation anchor
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5b5b
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Kolbenrand KlappkolbenPiston edge folding piston
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5c5c
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AngriffsmittelpunktAttack center
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5d5d
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Unterseite KlappkolbenBottom hinged piston
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5e5e
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Kolbenkopfpiston head
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66
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Dichtkolben bei 0° und 180°Sealing piston at 0 ° and 180 °
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77
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Höhlung im Rotor/Kühlung, ÖlversorgungCavity in the rotor / cooling, oil supply
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88th
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AuspuffExhaust
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99
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Einspritzunginjection
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1010
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Vorkammerantechamber
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10a10a
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VorkammerkolbenVorkammerkolben
-
10b10b
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Heizungheater
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10c10c
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Ventil, DrehventilValve, rotary valve
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1111
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Öleinspritzung, Kühlung in RotorhöhlungOil injection, cooling in the rotor cavity
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1212
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Kurvenbahn/Zwangsführung für KolbenCam track / forced guidance for pistons
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1313
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Brennraumcombustion chamber
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13a13a
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Brennraumbegrenzung außenCombustion chamber outside
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1414
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Dichtleiste am KolbenSealing strip on the piston
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1515
-
Dichtstege, berührungsfreiSealing webs, non-contact
-
15a15a
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schleifende ölunterstützte Dichtunggrinding oil-backed seal
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1616
-
Halterung MagnetBracket magnet
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16a16a
-
Magnet an GehäuseMagnet on housing
-
16b16b
-
Magnet an ScheibeMagnet to disk
-
1717
-
Trichterförmige DruckumleitungFunnel-shaped pressure redirection
-
1818
-
Hohlraum unter Klappkolben (5)Cavity under folding piston ( 5 )
-
18a18a
-
axiale Luftzufuhraxial air supply
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1919
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Spaltgap
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2020
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Pumpensumpfsump
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2121
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Lippelip
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2222
-
Kolbenfixierung, seitlichPiston fixing, lateral
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2323
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GehäuseinnenraumHousing interior
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2424
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Kompressor, ZellenradkompressorCompressor, cellular wheel compressor
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2727
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Außenkreis KammerOuter circle chamber
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2828
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Führungsrotor mit HohlachseGuide rotor with hollow axle
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2929
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Kompressionskolbencompression piston
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3030
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Pendelführung KolbenPendulum guide piston
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3131
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Luftzugang durch HohlachseAir access through hollow axle
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3232
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Polradflywheel
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3333
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Planetenrad mit KurbeltriebPlanetary wheel with crank mechanism
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3434
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Pleuel zum KlappkolbenConnecting rod to the folding piston
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3535
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ZellenradkompressorZellenradkompressor
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3636
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Schiebekolben im RotorSliding pistons in the rotor
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3737
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Rotorrotor
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3939
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Luftzufuhrair supply
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3939
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Überleitung KompressionReconciliation compression
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 10200405468 [0012] DE 10200405468 [0012]
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DE 102004005468 [0015] DE 102004005468 [0015]