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Gegenstand der Erfindung ist ein Rotationskolbenmotor bei dem ein oder mehrere frei laufende Kolben durch die Zentrifugalkraft in einem drehenden Rotor in einer ovalen Innenbahn eines Gehäuses gezwungen wird eine Hubbewegung von und zum Mittelpunkt im Rotor ausführen.
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Es sind eine Vielzahl von unterschiedlich konstruierten Verbrennungsmotoren bekannt die durch Zündvorrichtungen ein Gas-Luftgemisch (Brenngas) entzünden. Diese Verbrennungsmotoren werden meistens mit einer Kurbelwelle gesteuert. Es sind aber auch andere Konstruktionen bekannt, wie der Kreiskolbenmotor, bei dem ein entsprechend ausgeformter Kolben die Verbrennungszyklen bestimmen.
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Es sind auch Motoren bekannt bei denen freilaufende Kolben in einer ovalen Kreislaufbahn um ein Zentrum kreisen, und somit den Hub erzeugen. Diese Motoren benötigen zum Teil aufwendige Ventile und Schieber zur Steuerung des Lade- und Entladevorgangs des Kraftstoffgemisches, wie in der
DE 41 05 960 C2 beschrieben. An zwei Seiten sind Ein- und Ausgänge für das Kraftstoffluftgemisch angeordnet, was Nachteile beim montieren von Zusatzaggregaten und Abdichtungsprobleme zwischen Gehäuse und Rotor mit sich bringen. Die Ausführungen benötigen außerhalb des Brennraums eine angebrachte Zündkerze, was eine verzögerte Verbrennung mit vermehrten Abgasen zur Folge hat.
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Ferner gibt es Motorenentwicklungen, wie etwa von Atkinson in
US 367496 oder Miller in
US 2,817322 beschrieben, die durch eine Ventilsteuerung oder einen veränderten Kurbeltrieb, Vorteile beim Wirkungsgrad durch ungleiche Hubbewegungen der Kolben erzielen, jedoch ist der Nachteil, dass sie eine aufwendige mechanische Bauweise aufweisen (
DE 10 2020 100 311 A1 ).
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Auch in der deutschen Patentanmeldung P.A.
465202 vom 06.08.1959 ist eine Rotationsmaschine, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Anzahl radialer oder ungefähr radialer Zylinder, die sternförmig um eine zentrale Achse verlegt sind und dessen Kolben über Druckrollen auf den Zylinderkreis umgebende Kurvenringe einwirken beschrieben. An den Kolben sind mittelbar oder unmittelbar Führungsrollen angeordnet, welche mit an dem Gehäuse vorgesehener Führungsflächen zusammenwirken, die sich parallel zu den Kolbenlängsflächen erstrecken.
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In dem Dokument OS 39 07 307 A1 wurde ein Rotationsmotor beschrieben. Die Erfindung betrifft hier einen Fliehkolben-Rotationsmotor mit mindestens zwei Zylindern und darin reziprok bewegbaren Kolben, Verbrennungsluft-Einlassventilen bzw. -Kanälen, wobei jedes der zwei Zylinder in ein und derselben Längsachse angeordnet ist. Die Zylinder sind in endgegeneinander gerichteter Anordnung und mit ihrem jeweiligen Kolbenfuß radial auswärts gerichtet in einem scheibenförmigen runden Drehkörper, durch dessen Mittelpunkt die gemeinsame Längsachse der Zylinder verläuft. Die Ein- und Auslassventile bzw. -Kanäle im Bereich des Zylinderkopfes an der Drehkörper-Nabe angebracht sind und die Kolbenfüße beider Zylinder gegeben falls mittels Laufrädern auf einer elliptischen Lagerbahn innerhalb des Motorgehäuses geführt werden, deren Unterschied zwischen dem kleinsten und größten Ellipsendurchmesser dem Kolbenhub der Zylinder entspricht.
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Bekannt ist auch ein Fluid-Rotationsmotor mit Außenverbrennung. Er wird beschrieben in dem Dokument OS 10 2009 057 125 A1. Der Fluid-Rotationsmotor mit Außenverbrennung besitzt mindestens einen innerhalb eines feststehenden Gehäuses exzentrisch zur Gehäusemittelachse um eine zu der Gehäusemittelachse drehbar gelagerten Rotor. An diesem ist sternförmig eine Anzahl von Zylindern angeordnet. Wobei innerhalb der Zylinder jeweils eine zur Rotormittelachse gerichteter verschiebbarer Kolben mit daran festgelegter, zur Außenseite des Rotors gerichteter translatorisch verschiebbare Stange befindet, die sich an ihrem freien, aus dem Zylinder nach außen herausragenden Ende an einer Führungsbahn des den Rotor umgebenden Gehäuses abstützt, so dass die Enden der Stangen eine Drehbewegung auf der Führungsbahn des Gehäuses ausführen.
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Nachteilig ist an den bekannten Verbrennungsmotoren, wie Hubkolbenmotoren oder Rotationskolbenmotoren, dass Hubkolbenmotoren einen aufwendigen Kurbel- und Ventiltrieb besitzen. Bei Rotationskolbenmotoren ist eine aufwendige Abdichtung der Brennräume und deren ungünstige Gestaltung, die zu einem höheren Verbrauch an Kraftstoff und vermehrten Abgasen führt.
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Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen Motor zu entwickeln, der die Nachteile vermeidet und die Vorteile dieser Motoren nutzt, indem auf ein aufwendiger Kurbel- und Ventiltrieb verzichtet wird und ohne einer aufwendigen Abdichtung der Brennräume.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptschutzanspruches des Radialkolbenmotors gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Durch die Erfindung wurde das Problem dadurch gelöst, dass in einem Gehäuse, dessen Innenwand eine ovale oder andere nicht runde Form hat, ein Rotor sich um eine feststehende Achse dreht. Die feststehende Achse hat zwei Kanäle, ein Kanal für die Zufuhr des Brenngases(Gas/Luft-Gemisch) und einen Kanal für die Abfuhr der Verbrennungsgase nach außen. Die mit dem Gehäuse verbundene Achse dient gleichzeitig als Gleitlager für den Rotor.
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Im Rotor befindet sich mindestens eine Bohrung, wobei es vorteilhaft ist, wenn mehrere Bohrungen immer gegenüberliegend in radialer Richtung angeordnet sind, in der sich jeweils frei in radialer Richtung bewegliche Kolben befinden. Der oder die Kolben sind am Kolbenfuß mit Gleitelementen versehen, damit eine möglichst geringe Reibung zwischen den Gleitelementen und der Innenwand des Gehäuses auftritt. Die Gleitelemente bestehen aus Metall oder Kunststoff oder aus einer Kombination von Beiden, um eine geringe Reibung an der Gehäuseinnenwand zu erreichen. Die Gleitelemente haben eine geeignete Form an der Stirnfläche, so dass diese auf einem an der ovalen Außenwand befindlichen Ölfilm schwimmen.
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Erfindungsgemäß kann als Alternative zum Ölfilm auch ein flexibles Kugellager eingebaut werden, bei dem die Kugeln lose oder in einem flexiblen Kugelkäfig, vorzugsweise aus Kunststoff fixiert sind und die mit mindestens einem flexiblen dünnen Ring, vorzugsweise aus Federstahl, aber auch aus anderen Materialien, wie Kunststoff oder andere Metalllegierungen, abgedeckt sind und damit den oder die Kolben an der Innenwand des Gehäuses abstützen.
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In jeder Brennkammern ist mindestens eine Zündkerze zur Zündung des Brenngas (Gas/Luft-Gemisch) angeordnet.
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Mit der Drehung des Rotors im Gehäuse werden die oder der Kolben ab einer bestimmten Drehzahl durch die Zentrifugalkraft mehr oder weniger kräftig an die ovale Innenwand des Gehäuses gepresst und beschreiben zwangsweise ebenfalls dadurch eine ovale oder ähnliche Umlaufbahn, die zwei Hübe in radialer Richtung innerhalb einer vollständigen Umdrehung des Rotors um die Achse bewirken.
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Mit der Drehung des Rotors um die feststehende Achse werden je nach Stellung des Rotors die zwei Kanäle(Brenngaskanal und Abgaskanal) zwischen Achse mit dem Überleitungskanal des Rotors geöffnet oder geschlossen. Durch den Druck bei der Verbrennung des Brenngases wird der Rotor auf die Achse gedrückt und dichtet zusätzlich gegen die Achse ab.
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Innerhalb einer Drehung des Rotors wird im Abschnitt A das Brenngas (Gas/Luftgemisch) angesaugt und in Abschnitt B des Brenngas (Gas/Luftgemisch) komprimiert, in Abschnitt C wird das Brenngas (Gas/Luftgemisch) durch die Zündkerze gezündet und in Abschnitt D wird das verbrannte Gas(Abgas) ausgestoßen.
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Alternativ kann der Drehpunkt des Rotors auch zur ovalen Innenwand des Gehäuses verändert werden, so dass verschiedene Kolbenwege E/F für die Füllung der Zylinder mit BrenngasKraftstoff zu sorgen bzw. den Ausgangsdruck der Abgase zu senken um den Wirkungsgrad zu verbessern. Die Veränderung des Drehpunks kann auch während des Betriebs des Motors durch eine Verstell-Vorrichtung der Achse geschehen.
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Alternativ kann die symmetrische ovale Umlaufkurve für die Kolben unsymmetrisch gestaltet werden, um die Bewegungsabläufe der Kolben verschiedener Kraftstoffe optimal anzupassen.
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So ist die Erfindung nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 Rotationskolbenmotor im Querschnitt
- 2 Rotationskolbenmotor im Längsschnitt
- 3 Schnitt durch den Rotationskolbenmotor mit Drehpunkt des Rotors außerhalb des Mittelpunks der ovalen Innenwand des Gehäuses
- 4 Schnitt des Rotationskolbenmotor mit unsymmetrischer Laufbahn für die Kolben.
- 5 Ölfilm zwischen Kolben und Innenwand des Gehäuses
- 6 Abdichtung der Brennkammer gegen die Achse durch Verbrennungsdruck
- 7 Kolbenabstützung an der Innenwand mit flexiblen Kugellager im Gehäuse
- 8 Flexible Abdeckschichten und Abstützung des Kolbens
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Die 1 zeigt einen Rotationskolbenmotor im Querschnitt. Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine oval geformte Innenwand 2. Im Inneren befindet sich der Rotor 3. Im Rotor 3 sind vier Brennkammern 7 mit daran anschließenden Brennräumen 13 mit den Kolben 4, jeweils zwei radial gegenüberliegend, angeordnet. Die Kolben 4 besitzen an ihrer Außenseite jeweils ein Gleitelement 5, welches auf die Innenseite der ovalen Innenwand 2 des Gehäuses 1 drückt. Im Zentrum des Rotors 3 befindet sich eine feststehende Achse 6, um die sich der Rotor 3 dreht. In der feststehenden Achse sind der Brenngaskanal 10 für das Gasgemisch und der Abgaskanal 11 für die Verbrennungsgase angeordnet. Der Überströmkanal 9 gleitet auf der Achse 3 zur Befüllung bzw. Entleerung der Brennkammer 3 bzw. des Brennraumes 13. Es sind auch die vier Abschnitte A, B, C, D dargestellt, so dass die vier Takte des Ansaugens A des Verbrennungs, der Verdichtung B, der Zündung C und des Ausstoßes D der Verbrennungsgase zu erkennen sind.
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In der 2 ist der Rotationskolbenmotor wie in der dargestellt, nur im Längsschnitt. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich der Rotor 3 mit seinen beiden Kolben 4 mit dem Gleitelement 5, welches an der Innenwand 2 anliegt. An der Achse 6 ist das Gehäuse 1 befestigt, in dessen Inneren der Rotor 3 sich um die Achse 6 dreht. In die Brennkammer 7 ragt jeweils eine Zündkerze 8 hinein, die in dem Rotor 3 befestigt ist. Gut zu erkennen ist der Überströmkanal 9 zwischen der Achse 6 und der Brennkammer 7 im Rotor 3. Auch der Brennstoffkanal 10 bzw. der Abgaskanal 11 in der Achse 3 ist schematisch dargestellt.
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Die 3 zeigt den Rotationskolbenmotor im Schnitt mit Drehpunkt des Rotors 3 außerhalb des Mittelpunkts der ovalen Innenwand 3 des Gehäuses 1. Innerhalb des Gehäuses 1 mit seiner ovalen Innenwand 2 ist der Rotor 3 auf der Achse 6 angeordnet, die im Mittelpunkt des Gehäuses 1 sich befindet. Es sind auch dargestellt der Kolben 4 mit dem Gleitelement 5. Seitlich an der Brennkammer 7 ist die Zündkerze 8 angeordnet. Gut zu erkennen ist auch der Kolbenhub im Brennraum 13. Dargestellt ist einmal der Kolben 4 in exponierten Stellung E und in der Grundstellung F. Gleichfalls ist eine Achsversetzung G dargestellt.
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In der 4 ist ein Schnitt des Rotationskolbenmotors mit unsymmetrischer Laufbahn für die Kolben 4 dargestellt. Zu sehen ist wieder das Gehäuse 1 mit der Innenwand 2 und dem anliegenden Kolben 4. Dargestellt ist hier einmal im Schnitt die unterschiedliche Form Innenwände 2 mit seiner Distanz I der Ovalführung.
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Die 5 zeigt einen Rotationskolbenmotor mit einem Ölfilm 14 zwischen dem Gleitelement 5 dem Kolben 4 und der ovalen Innenwand 2.
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In der 6 ist dargestellt die Abdichtung der Brennkammer 7 gegen die Achse 6. Dabei zeigt sich, dass bei einer Zündung des Brenngases die Kräfte in den Richtungen, einmal gegen die Innenwand 2, aber auch auf die Achse 6 drücken, da sich das Gleitelement 5 auf die Innenwand 2 drückt und sich abstützt. Hier dargestellt ist auch die Kolbenachse 13.
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In der 7 ist die Kolbenabstützung an der Innenwand 2 mit einem flexiblen Kugellager 15 dargestellt. Dabei ist wieder zu erkennen die Achse 6 und der Kolben 4 mit seinem Kugellagergleitelement 18. Die Kugeln 16 sind an der Innenwand 2 des Gehäuses 1 angeordnet und an der Seite zum Kugellagergleitelement 18 befindet sich die flexible Deckschicht 17.
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In der 8 sind die flexiblen Abdeckschicht 17 und die Kugeln 16 dargestellt. Gut zu sehen ist auch die Achse 6 mit dem Rotor 3. Im Rotor 3 befindet sich der Kolben 4. auf dem das Kugellagergleitelement 18 sitzt. Auch das Gehäuse 1 ist zu erkennen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Innenwand
- 3
- Rotor
- 4
- Kolben
- 5
- Gleitelement
- 6
- Achse
- 7
- Brennkammer
- 8
- Zündkerze
- 9
- Überströmkanal
- 10
- Brenngaskanal
- 11
- Abgaskanal
- 12
- Kolbenachse
- 13
- Brennraum
- 14
- Ölfilm
- 15
- Kugellager
- 16
- Kugel
- 17
- Deckschicht
- 18
- Kugellagergleitelement
- A
- Ansaugsegment
- B
- Verdichtungssegment
- C
- Verbrennungssegment
- D
- Ausstoßsegment
- E
- Kolbenhub
- F
- Kolbengrundstellung
- I
- Distanz der Vollführung
- G
- Achsversetzung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4105960 C2 [0003]
- US 367496 A [0004]
- US 2817322 A [0004]
- DE 102020100311 A1 [0004]
- DE 465202 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- OS 39 07 307 A1 [0006]
- OS 10 2009 057 125 A1 [0007]
