DE10243711A1

DE10243711A1 - Drehkolbenmaschine als Pumpe, Motor und dergleichen

Info

Publication number: DE10243711A1
Application number: DE2002143711
Authority: DE
Inventors: Walter Krein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-01-15

Abstract

Drehkolbenmaschine als Pumpe oder Motor, mit einem als Ringraum zwischen einem Zentralkörper (1) und einem Ringkörper (3) gebildeten Arbeitsraum (2), wobei Zentralkörper und Ringkörper sich relativ zueinander drehen und eines dieser Teile eine Anzahl von radial in den Arbeitsraum hineinragenden und diesen durchsetzenden Kolbenelementen (32) aufweist und dem anderen Teil eine gleiche Anzahl Trennräder (4, 5) zugeordnet ist, die ebenfalls radial in den Arbeitsraum hineinragen und diesen durchsetzen und eine radiale Aussparung (42, 52) aufweisen, so daß bei synchroner Drehbewegung jedes Trennrads mit der Relativdrehung zwischen Zentralkörper und Ringkörper das Kolbenelement jeweils nach Art der Zahnabwälztechnik in die radiale Öffnung eines Trennrads eingreifend dieses während seiner relativen Umlaufbewegung passiert, und mit der Verwendung der Maschine entsprechender Anordnung von Arbeitsmitteleinlaß- und -auslaßöffnungen (14, 15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine, die zum Einsatz als Gas- oder Flüssigkeitspumpe, als Pneumatik- oder Hydraulikmotor, als Wandler oder als Brennkraftmotor ausgebildet werden kann.
Bei einer Drehkolbenmaschine führt bekanntlich das den Kolben verkörpernde Bauteil eine kontinuierliche Drehbewegung aus. Das hat gegenüber hin- und hergehenden Kolben den Vorteil, daß der Kolben während seines Bewegungszyklus nicht ständig beschleunigt und verzögert werden muß, wie das bei einem ständig seine Bewegungsrichtung umkehrende "hin- und hergehende" Kolben der Fall ist. Gleichermaßen bekannt ist aber auch das Problem der Kammerabdichtung bei Drehkolbenmaschinen. Bei Pumpen oder Hydraulikmotoren oder dergleichen ist das Problem vergleichsweise klein, da es dort auf eine gewisse Leckage und einen gewissen Schlupf in den meisten Anwendungsfällen nicht ankommt. Bei Brennkraftmaschinen ist das Problem allerdings gravierend und von hoher Relevanz, was auch ursächlich dafür ist, das der bekannte Wankelmotor sich letztlich nicht durchsetzen konnte. Beim Wankelmotor kommt auch noch hinzu, daß die Drehbewegung des Kolbens exzentrisch verläuft.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehkolbenmaschine zu entwerfen, die bei zentrischem Umlauf des Drehkolbenteils eine bessere Abdichtung der Kammern ermöglicht und damit bessere Betriebseigenschaften gewährleistet.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine so verbesserte Drehkolbenmaschine auch als Brennkraftmotor auszugestalten.

Noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Drehkolbenmaschine noch dahingehend weiterzubilden, daß das Kammervolumen veränderlich ist und sich dadurch weitere Einsatzgebiete erschließen.

Die genannte grundsätzliche Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebene Anordnung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere zur Lösung der angegebenen weiteren Teilaufgaben, sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine ist der "Zylinder", genauer gesagt, der Arbeitsraum, durch einen Ringraum zwischen einer radial inneren Wand und einer radial äußeren Wand gebildet. Der oder die Kolben ist bzw. sind jeweils durch einen "Zahn" gebildet, der von der umlaufenden äußeren Ringwand radial zur feststehenden inneren Ringwand vorspringt oder alternativ von der umlaufenden inneren Ringwand zu der feststehenden äußeren Ringwand vorspringt. Mindestens ein "Trennrad" ragt jeweils mit einem Segment von der feststehenden Ringwand her in den Ringraum hinein und wirkt mit seinem Umfang dichtend mit der umlaufenden Ringwand zusammen und unterbricht daher den ringförmigen Arbeitsraum an mindestens einer Stelle von dessen Umfang. Das Trennrad läuft synchron mit der den Kolbenzahn bzw. die Kolbenzähne tragenden umlaufenden Ringwand um und weist an ihrem Umfang eine Aussparung auf, in welche der bzw. jeder Kolbenzahn beim Vorbeipassieren während seines Umlaufs eintaucht, wobei das Zusammenwirken des bzw. jedes Kolbenzahns mit der Öffnung des Trennrads ähnlich wie beim Eingriff des Zahns eines Zahnrads mit der Zahnlücke eines damit kämmenden Zahnrads erfolgt.

Durch entsprechende Anordnungen von Ein- und Auslassöffnungen zum Arbeitsraum kann die Drehkolbenmaschine als Pumpe, als Hydraulikmotor oder als Verdichter ausgelegt und betrieben werden.

Durch entsprechende weitere Ausgestaltung kann die Maschine als Brennkraftmaschine ausgebildet werden.

Dabei kann die Maschine mit Drehrichtung im Uhrzeigersinn oder gegen Uhrzeigersinn betrieben werden, je nach Anordnung der Einlaß- und Auslassöffnungen usw..

Der Arbeitsraum kann durch entsprechende Konstruktion axial verschiebbarer Bauteile hinsichtlich seiner axialen Breite und damit hinsichtlich seines Volumens variabel ausgebildet werden. Dadurch können die Betriebseigenschaften der Maschine, zum Beispiel bei Betrieb als Pumpe oder als Hydraulikmotor verändert werden. Auf diese Weise sind Wandleranordnungen mit stufenlos variabler Übersetzung realisierbar.

Die kinematischen Verhältnisse können auch dadurch umgekehrt werden, daß die feststehende und die umlaufende Komponente der Maschine vertauscht werden. Die Anordnung kann also so getroffen sein, daß der "Kolben" stillsteht und der "Zylinder" relativ zum Kolben umläuft.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden schematischen Zeichnungen anhand zweier Ausführungsbeispiele in Gestalt von Brennkraftmaschinen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
1 einen Radialschnitt durch eine Drehkolbenmaschine nach der Erfindung in der Ausbildung als Brennkraftmaschine,
2 einen Axialschnitt durch die Maschine nach 1, und
3 eine schematische Darstellung der Maschine mit variablem Arbeitsraum,
4 einen Radialschnitt durch eine weitere Drehkolben- Maschine nach der Erfindung in der Ausbildung als Brennkraftmaschine, und
5 einen Axialschnitt durch die Maschine nach 4 Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, weist die Maschine einen Zentralkörper 1 auf, der die radial innere Wand 11 eines Ringraums 2 begrenzt, der an seinen axialen Enden durch Stirnwände abgeschlossen ist, wie einstückig mit dem Zentralkörper 1 ausgebildet oder an diesem montiert sein können. Ein äußerer Ringkörper 3 bildet die radial äußere Ringwand 31 des Ringraums 2 und weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel 2 zahnförmige Kolbenelemente 32 auf, die von der Ringwand 31 radial einwärts zur inneren Ringwand 11 hin vorspringen, axial geradlinig in Form einer Rippe am Innenumfang des Ringkörpers 3 verlaufen und im Radialquerschnitt ein Profil ähnlich demjenigen eines Zahns eines Zahnrads haben. Diese Kolbenelemente 32 wirken mit ihrem radial inneren Ende dichtend mit der vom Zentralkörper 1 gebildeten inneren Ringwand 11 zusammen. Der Zentralkörper 1 ist feststehend angeordnet, während der Ringkörper 3 in Pfeilrichtung (im Gegenuhrzeigersinn) umläuft.
In entsprechende axiale Aussparungen des Zentralkörpers 1 ist ein erstes Trennrad 4 und ein zweites Trennrad 5 eingesetzt, die sich axial über die ganze Ausdehnung des Ringraums 2 erstrecken und aus dem Zentralkörper 1 radial nach außen in den Ringraum 2 hinein vorstehen, derart, daß sie mit ihrem Außenumfang 41 bzw. 51 dichtend mit der inneren Ringwand 31 des Ringraums 2 zusammenwirken. Diese beiden Trennräder 4 und 5 unterteilen den Ringraum 2 in zwei halbrunde Kammern 21 und 22. Diese sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel gleich groß, was aber nicht zwingend der Fall sein muß.
Jedes Trennrad 4 und 5 weist an seinem Umfang eine Öffnung 42 bzw. 52 in Gestalt einer Zahnlücke auf, durch welche die Kolbenelemente 32 während ihres Umlaufs beim Passieren des jeweiligen Trennrads jeweils hindurchgeschleust werden. Die Trennräder 4 und 5 laufen dazu in gleichem Drehsinn wie der Ringkörper 3 und damit synchron um so daß ein jeweils synchrones Zusammenspiel von Kolbenelement 32 und Öffnung 42 bzw. 52 beim Durchschleusen des Kolbenelements erreicht wird. Wie 2 zeigt, sitzt auf der betref fenden Welle 43 bzw. 53 des jeweiligen Trennrads 4 bzw. 5 axial außerhalb des Zentralkörpers 1 jeweils ein Zahnrad 44 bzw. 54, das mit einem Innenzahnkranz 33 einer entsprechenden axialen Verlängerung 34 des Ringkörpers 3 in Eingriff steht, wodurch die synchrone Drehbewegung der Trennräder mit dem Ringkörper 3 erzeugt wird.
Die Kolbenelemente 32 bewirken in der im folgenden beschriebenen Weise die Arbeitstakte Ansaugen, Verdichten, Expandieren und Ausstoßen.
Wie in 1 schematisch dargestellt ist, ist der Ringraum 2 mit einer Ansaugöffnung 14 und einer Auslassöffnung 15 versehen. Diese sind der besseren Darstellbarkeit beim Ausführungsbeispiel in der Stirnwand angeordnet dargestellt, sie können aber auch anderweitig angeordnet sein. Die Ansaugöffnung 14 befindet sich, in der durch den Pfeil dargestellten Drehrichtung im Gegenuhrzeigersinn gesehen, am Anfangsbereich der Kammer 21 des Ringraums 2, und die Auslassöffnung 15 befindet sich, wiederum in Drehrichtung gesehen, am Ende der Kammer 22 des Ringraums 2. In jedem Kolbenelement 32 ist eine Kompressions- und Brennkammer 6 gebildet. Diese ist in 1 aus Vereinfachungsgründen nur in dem unten beim Passieren des Trennrads 5 dargestellten Kolbenelement 32 eingezeichnet, beim anderen, oben das Trennrad 4 passierenden Kolbenelement aber gleichermaßen vorhanden. In der Kompressions- und Brennkammer 6 befindet sich ein drehbares Rohrventil 61, das das Öffnen und Schließen einer in Drehrichtung gesehen vorderen schlitzförmigen Öffnung 62 und einer hinteren schlitzförmigen Öffnung 63 steuern. Das Rohrventil ist im Axialschnitt in 2 für beide Kolbenelemente sichtbar und ist jeweils mit einer Welle 64 verbunden, die ein Zahnrad 65 trägt. Das Zahnrad 65 steht mit einem Zentralrad 16 in Eingriff, das mit dem Zentralkörper 1 verbunden ist. Durch die miteinander zusammenwirkenden Zahnräder wird jedes Rohrventil synchron mit der Umlaufbewegung des Ringkörpers 3 funktionsgerecht gesteuert.
Während ihres Umlaufs führen die Kolbenelemente 32 jeweils zwei Arbeitstakte gleichzeitig aus, und zwar zwei Arbeitstakte während des Durchlaufens der Kammer 21 und zwei weitere Arbeitstakte während des Durchlaufens der Kammer 22. Nach dem Austritt aus der Zahnlückenöffnung des Trennrads 5 durchläuft ein Kolbenelement 32 zunächst die Kammer 21. Die Kammer 21 ist dabei mit Luft oder Brennstoff-Luft-Gemisch gefüllt, und zwar aufgrund des Ansaugvorgangs beim Durchlauf des vorangegangenen Kolbenelements. Während das Kolbenelement nun die Kammer 21 durchläuft, ist die Einlassöffnung 62 der Kompressionskammer 6 durch entsprechende Position des Rohrventils 61 während dieser Phase geöffnet und das in Drehrichtung vorderhalb des Kolbenelements zusammengedrückte Luft- oder Gemischvolumen tritt unter gleichzeitiger Kompression in die Kompressionskammer 6 des betreffenden Kolbenelements 32 ein. Die Auslassöffnung 63 der Kompressionskammer 6 ist dabei selbstverständlich verschlossen. Die Verdichtung erfolgt, weil das Trennrad 4 im Zusammenwirken seines Umfangs 41 mit der äußeren Ringwand 31 des Ringraums 2 das in Drehrichtung bzw. Umlaufrichtung des Kolbenelements vordere Ende der Kammer 21 verschließt. Gleichzeitig saugt nach dem Passieren der Ansaugöffnung 14 das betreffende Kolbenelement auf seiner in Umlaufrichtung rückwärtigen Seite Luft bzw. Gemisch an, denn das in Umlaufrichtung rückwärtige Ende der Kammer 21 ist ja durch das Zusammenwirken des Trennrads 5 mit der äußeren Ringwand 31 ebenfalls verschlossen.
Während das Kolbenelement 32 das Trennrad 4 passiert, verschließt das Rohrventil 61 die Einlassöffnung 62 und öffnet die Auslassöffnung 63. Sodann findet die Zündung statt, gegebenenfalls das Einspritzen von Kraftstoff, falls nur Luft, aber kein Gemisch angesaugt worden ist. Während das Kolbenelement 32 nach Passieren des Trennrads 8 in die Kammer 22 eintritt, wobei die Auslassöffnung 63 der Kompressions- und Brennkammer 6 geöffnet, die Einlassöffnung 62 aber geschlossen ist, tritt der nach Zündung und Verbrennung in der Kompressions- und Brennkammer aufgebaute Druck der Brenngase durch die Auslassöffnung 63 in den hinterhalb des Kolbenelements 32 befindlichen Raum der Kammer 22 aus und erzeugt Schub auf das Kolbenelement. Gleichzeitig schiebt das Kolbenelement aus dem in Umlaufrichtung vorderhalb desselben befindlichen Raums der Kammer 22 die darin befindlichen, vom voranlaufenden Kolbenelement hinterlassenen Brenngase durch den Auslaß 15 aus. Im Bereich des Passierens des Trennrads 5 durch das Kolbenelement 32 vollzieht sich wieder das Umschalten des Rohrventils 61, das die Auslassöffnung 63 verschließt und die Einlassöffnung 62 öffnet, und mit dem Austritt des Kolbenelements 32 aus dem Trennrad 5 beginnt der Zyklus von neuem.
Bei der dargestellten Ausführungsform werden die 4 Arbeitstakte Ansaugen, Verdichten, Expandieren und Ausstoßen bei jeder Halbdrehung des Ringkörpers 3 ausgeführt. Vorzugsweise sind, wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel mindestens zwei Kolbenelemente und zwei Trennräder vorhanden. Bei größeren Maschinen könnten auch mehr, nämlich beispielsweise jeweils 4 oder 6 Kolbenelemente und Trennräder vorgesehen sein. Die Ansaug- und Auslassöffnungen können dann ständig offen sein; Ventile und Steuerung sind überflüssig. Theoretisch könnte der Motor auch mit nur einem Kolbenelement und einem Trennrad realisiert werden, wobei dann jedoch 2 Umdrehungen pro Arbeitszyklus notwendig wären und auch gesteuerte Ventile für Einlaß- und Auslassöffnung erforderlich wären.
Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Maschine vorteilhaft, weil wegen des zentrischen Umlaufs der beweglichen Teile nur wenig Wechselkräfte und damit ein sehr ruhiger Lauf erzielt wird. Dadurch kann die Drehzahl des Motors im Vergleich zu einem Kurbelwellenmotor auf ein Mehrfaches gesteigert werden, was es wiederum ermöglicht, die Abdichtung des Überdrucks im Expansionsbereich im Vergleich mit den Bedürfnissen eines Kurbelwellenmotors zu minimieren. Wegen des Rundlaufs des umlaufenden Teils kann dieses auch mit mehr Masse behaftet sein, was vorteilhaft für Haltbarkeit, Kühlung und Schwungmasse ist. Wegen des gleichmäßigen Rundlaufs ist auch die Verwendung von hitzebeständigen Materialien wie beispielsweise Keramik möglich.
Wie schon eingangs angedeutet, kann die Kinematik auch umgekehrt werden, das heißt der Zentralkörper könnte mit den Kolbenelementen, die dann nach außen ragen, ausgebildet sein und umlaufen, während der Ringkörper stillsteht. Die Trennräder würden dann von außen her durch den Ringkörper in die Ringkammer hineinragen.
Im Ausführungsbeispiel ist die kompliziertere Variante der Ausbildung der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine als Brennkraftmotor dargestellt und beschrieben worden. Zur Verwendung als Pumpe, Verdichter oder Hydraulikmotor entfällt die Kompressions- und Brennkammer 6 in jedem Kolbenelement 32. Stattdessen hat jede Kammer 21 und 22 an dem in Umlaufrichtung der Kolbenelemente hinteren Ende eine Einlassöffnung analog der Öffnung 14 und am vorderen Ende eine Auslassöffnung. Die Auslassöffnung könnte auch im Kolbenelement gebildet sein. Bei einem solchen Einsatz ist auch eine Ausbildung einer erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine mit nur einem Trennrad und einem Kolbenelement sinnvoll und möglich, da es bei solchen Verwendungen nur die beiden Takte Ansaugen und Ausstoßen gibt, die stets von jedem oder dem Kolbenelement beim Durchlaufen des Ringraums 2 bzw. einer Ringraumkammer ausgeführt werden.
Wie dem Fachmann auch ohne weiteres einsichtig ist, kann durch entsprechende spiegelbildliche Anordnung von Einlaß- und Auslassöffnungen ein Betrieb mit umgekehrter Drehrichtung erreicht werden.
3 zeigt schematisch, wie die Maschine für einen variablen Arbeitsraum ausgebildet werden kann. Der Zentralkörper 1 bildet die radial innere Begrenzung des Arbeitsraums und mit nur einer radial über die innere Ringwand 11 überstehenden Stirnwand 17 nur eine seitliche Begrenzung des Ringraums 2, während der Ringkörper 3 mit seiner äußeren Ringwand 31 die äußere Begrenzung und zugleich mit einer über diese radial einwärts vorstehenden Stirnwand 37 die andere seitliche Begrenzung des Arbeitsraums bildet. Dabei ist die Stirnwand 37 nicht starr mit dem Ringkörper 17 verbunden, sondern ist (in Gestalt von zwischen den beiden Kolbenelementen 32 verlaufenden Segmenten) axial verschieblich, so daß dadurch die axiale Breite des Ringraums 2 und somit des Arbeitsraums verändert wird. Mit dieser Stirnwand 37 werden die Trennräder 4 und 5 jeweils axial verschoben, was dadurch ermöglicht wird, daß die Stirnwand 17 des Zentralkörpers 1 entsprechende Aussparungen 18 aufweist und die Trennräder 4 und 5 entsprechend verschieblich angeordnet sind.
Auf diese Weise kann bei Ausbildung der erfindungsgemäßen Maschine als Pumpe das Fördervolumen pro Umdrehung und beim Einsatz der Maschine als Hydraulikmotor bei gleicher Fördermenge pro Zeiteinheit die Drehzahl verändert werden. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Maschine als Komponente einer Wandleranordnung kann damit das Übersetzungsverhältnis verändert werden. Bei einer Brennkraftmaschine kann die Leistung verändert werden.
Weitere Abwandlungen der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine sind bei allen Anwendungsarten auch hinsichtlich der Einlässe und Auslässe für das Arbeitsmittel möglich. Beim Ausführungsbeispiel sind, der einfacheren Darstellung halber, die Ansaugöffnung (Arbeitsmitteleinlaß) 14 und die Auspufföffnung (Arbeitsmittelauslaß) 15 in einer Seitenwand des Arbeitsraums 2 angeordnet. Bei Verwendung der Maschine als Pumpe oder Hydraulikmotor kann auch der Arbeitsmitteleinlaß oder der Arbeitsmittelauslaß an der Rückseite bzw. der Vorderseite jedes Kolbenelements angeordnet sein, während nur die andere Arbeitsmittelöffnung, also Arbeitsmittelauslaß bzw. Arbeitsmitteleinlaß, in einer der Arbeitsraumwände gebildet ist.
Die 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Drehkolbenmaschine nach der Erfindung in ihrer Anwendung als Brennkraftmaschine. Gleiche bzw. entsprechende Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in den 1 und 2.
Während bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 der Zentralkörper 1 feststeht und damit auch die Achsen 43 und 53 der Trennräder 4 und 5 Ortsfest sind, also nur die Trennräder selbst um ihre Achse umlaufen, und der Ringkörper 3 umläuft und dadurch mit seinen "Zähnen" 32 als Kolben wirkt, sind die Verhältnisse bei dem Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 umgekehrt. Dort steht der Ringkörper 3 fest, und der Zentralkörper 1 läuft um, so dass auch die beiden Trennräder 4 und 5 nicht nur um ihre Achsen 43 und 53 umlaufen, sondern eine Umlaufbewegung innerhalb des Ringkörpers 3 ausführen.
Auch Einlaß und Auslaß in den Arbeitsraum ist beim Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 von demjenigen nach den 1 und 2 verschieden. In beiden Fällen sind Auslaß und Einlaß feststehend angeordnet. Bei der Ausführungsform nach den 1 und 2 befindet sich Ansaugöffnung 14 und Auspufföffnung 15 im Zentralkörper, der feststeht, und die Kolbenelemente 32 laufen relativ dazu um. Bei der Ausführungsform nach den 4 und 5 sind Ansaugöffnung 14 und Auspufföffnung 15 am stillstehenden Ringkörper 3 angeordnet, und die "Zähne" 32 des Ringkörpers 3 stehen folglich mit Bezug auf Ansaugöffnung 14 und Auspufföffnung 15 beim Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 still. Dieser Sachverhalt bedingt über die Vertauschung der feststehenden und umlaufenden Bauteile hinaus weitere konstruktive Änderungen, die nachstehend erläutert werden.
Die Ausführungsform nach den 4 und 5 ermöglicht nicht nur feststehende Ansaug und Auspufföffnungen, sondern auch feststehende Zündorgane, was bei der Ausführungsform nach den 1 und 2 nicht der Fall ist, da dort die Zündung ja in der Kompressionskammer 6 erfolgen muß, die in einem der beiden Kolbenelemente 32 untergebracht ist.
Während bei der Ausführungsform nach den 1 und 2 die zahnförmigen Elemente des Ringkörpers 3 dort als Kolbenelemente 32 bezeichnet, die Kolbenfunktion wahrnehmen, gilt es für diese zahnförmigen Elemente 32 des feststehenden Ringkörpers 3 bei der Ausführungsform nach den 4 und 5 nicht, weshalb hier diese Elemente nicht als Kolbenelemente, sondern als "Zähne" 32 bezeichnet werden. Ihre konstruktive Form ist gleich, aber ihre Funktion ist anders. Denn bei der Ausführungsform nach den 4 und 5 nehmen die "Zähne" 32 die Trennfunktion zwischen den beiden Kammern 21 und 22 des Arbeitsraums 2 wahr, während die Räder 4 und 5, die beim Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 diese Trennfunktion wahrnehmen und deshalb als Trennräder bezeichnet wurden, nunmehr die Kolbenfunktion wahrnehmen und bei der Ausführungsform nach den 4 und 5 daher besser als Kolbenräder zu bezeichnen sind.
Die Kompressionskammer 6 ist in dem in der Zeichnung obenliegenden "Zahn" 32 gebildet. Sie ist, was in 4 nicht sichtbar ist, aber aus 5 im einzelnen hervorgeht, axial geteilt in eine Kammer 6A und eine Kammer 6B. Dementsprechend sind auch 2 Rohrventile 61A und 61B vorhanden, welche die Unterteilung der Kammern 6A und 6B vornehmen. Jeder Kompressionskammer 6A und 6B ist eine Zündkerze 7A bzw. 7B zugeordnet. In 4 ist widerum nur eine Zündkerze 7 sichtbar. Die Unterteilung von Kompressionskammer und Rohrventil ist notwendig, da die Maschine eine Viertaktmaschine ist. Die Funktion wird nachstehend erläutert. Dabei ist noch anzumerken, dass das doppelte Rohrventil natürlich als ein gemeinsames drehbares Bauteil ausgebildet ist, das sich einheitlich dreht, aber entsprechend winkelversetzte Öffnungen hat, und eine Trennwand zwischen den beiden Rohrventilen bewirkt die Trennung der Kompressionskammern 6A und 6B. Auch bei der Ausführungsform nach den 1 und 2 sind zwei Rohrventile 61 vorhanden, aber diese sind in beiden Kolbenelementen 32 angeordnet. Bei der Ausführungsform nach den 4 und 5 müssen beiden in demselben "Zahn" 32 angeordnet sein, der Ansaugöffnung 14 und Auspufföffnung 15 gegenüberliegt. Der zweite "Zahn" 32, der keine Kompressionskammer enthält, liegt, wie 4 ausweist, zwischen Ansaugöffnung 14 und Auspufföffnung 15.
Die Funktion ist nun folgendermaßen: Die beiden Kolbenräder 4 und 5 der Ausführungsform nach den 4 und 5 durchlaufen während des Umlaufs des Zentralkörpers 1 jeweils die Arbeitsraumkammern 21 und 22. Die eine Kompressionskammer 6A mit dem Rohrventiltei1 61A ist dem einen Kolbenrad 4 zugeordnet, die andere Kompressionskammer 6B mit dem Rohrventilteil 61B ist dem anderen Kolbenrad 5 zugeordnet.
Es sei nun das Kolbenrad 4 betrachtet. Dieses hat in 4 bereits den in der Zeichnung unteren "Zahn" 32 sowie auch die Ansaugöffnung 14 passiert. Es durchläuft gerade die Arbeitsraumkammer 21 und bewerkstelligt das Ansaugen in den in Umlaufrichtung (gemäß Pfeil) hinterhalb des Kolbenrad 4 liegenden Teil der Kammer 21 und die Kompression des Luftvolumens im vorderhalb des Kolbenrads 4 liegenden Teils der Kammer 21 in die zugeordnete Kompressionskammer 6A hinein. Das während dieser Phase zur Kammer 21 hin offene Rohrventil 61A schaltet im Augenblick des Passierens durch das Kolbenrad 4 um und öffnet dann in die Arbeitsraumkammer 22 hinein, zugleich erfolgen Kraftstoffeinspritzung und Zündung durch die Zündkerze 7A, so dass die nun erfolgende Expansion das sich weiterbewegende Kolbenrad 4 schiebt und dieses gleichzeitig in Drehrichtung vor sich her das Gasvolumen in der Kammer 22 durch den Auspuff 15 ausschiebt.
Das andere Kolbenrad 5 vollzieht denselben Zyklus, allerdings in Zusammenarbeit mit der Kompressionskammer 6B und dem zweiten Rohrventil 61B. Von den beiden Rohrventilen 61A und 61B ist also jeweils eines zur Kammer 21 hin offen und das andere zur Kammer 22 hin offen, entsprechend dem vorbeschriebenen Zyklus des jeweils zugeordneten Kolbenrads 4 bzw. 5.
Aus 5 ist noch ein Adapter 8 ersichtlich, der das Kuppeln zweier solcher Maschinenblöcke erlaubt, wobei die beiden Bohrungen 81 und 82 die Wellen 43 und 53 aufnehmen, welche, da sie mit dem Zentralkörper 1 umlaufen, den Adapter 8 bei dieser Drehbewegung mitnehmen, und die Öffnung 83 nimmt den Wellenansatz 17, der mit dem Zentralkörper 1 drehfest verbunden ist, des nächstfolgenden Maschinenblocks auf und dreht diesen mit. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist zwischen Öffnung 83 und Wellenzapfen 17 beispielsweise durch Nut/Feder-Verbindung oder Keilverzahnung oder dergl. eine formschlüssige drehfeste Verbindung hergestellt.

Claims

Drehkolbenmaschine mit einem ringförmigen Arbeitsraum (2), der durch eine radial innere Ringwand (11), eine radial äußere Ringwand (30), und beiderseitige axiale Stirnwände begrenzt ist, die an einem Zentralkörper (1) und einem diesen umschließenden Ringkörper (3) gebildet sind, und mit einer Anzahl von Kolbenelementen (32), die an einem der beiden Teile Zentralkörper (1) und Ringkörper (3) gebildet sind und von diesem radial in den Arbeitsraum hineinragen und diesen radial durchsetzen und den Arbeitsraum (2) bei Relativdrehung zwischen Zentralkörper (1) und Ringkörper (3) durchlaufen, weiter mit einer der Anzahl der Kolbenelemente (32) entsprechenden Anzahl von Trennrädern (4, 5), die dem anderen, nicht die Kolbenelemente (32) aufweisenden Teil zugeordnet sind und von diesem aus in den ringförmigen Arbeitsraum (2) hineinragen und diesen durchsetzen sowie mit ihrem Umfang dichtend mit der gegenüberliegenden Ringwand (31) des Arbeitsraums zusammenwirken, wobei jedes Kolbenelement (32) mit einem Zahnprofil ausgebildet ist und jedes Trennrad (4, 5) eine radiale Öffnung mit zahnabwälztechnisch zum Zahnprofil der Kolbenelemente (32) komplementärem Öffnungsprofil aufweist und jedes Trennrad (4, 5) pro Relativdrehung zwischen Zentralkörper (1) und Ringkörper (3) eine der Anzahl der Kolbenelemente (32) entsprechende Anzahl von Umdrehungen macht und bei jeder Umdrehung ein Kolbenelement (32) durch Eingriff mit der Radialöffnung (42, 52) das jeweilige Trennrad passiert, und mit einer der Verwendung der Maschine als Pumpe, Hydraulikmotor oder Brenn kraftmaschine entsprechenden Anordnung von Einlässen (14) und Auslässen (15) in den bzw. aus dem Arbeitsraum (2).
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, wobei die Trennräder (4, 5) über ein Zahnradgetriebe mit dem die Kolbenelemente (32) aufweisenden Teil (3) verbunden sind.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, mit volumenveränderlichem Arbeitsraum (2), wobei die radial innere Ringwand (11) und eine Seitenwand (17) des Arbeitsraums (2) durch den Zentralkörper (1) und die radial äußere Ringwand (31) und die andere Seitenwand (37) durch den Ringkörper (3) gebildet sind, wobei weiter die von dem die Kolbenelemente (32) aufweisenden Teil (3) gebildete Seitenwand (37) des Arbeitsraums (2) axial mit Bezug auf das übrige Teil (3) im Sinne einer Veränderung der axialen Breite des Arbeitsraums (2) axial verschiebbar ist, und wobei die Trennräder (4, 5) in entsprechenden axialen Aussparungen (18) des sie aufnehmenden Teils (1) ebenfalls axial synchron und gleichsinnig mit der beweglichen Seitenwand (37) des Arbeitsraums (2) verschiebbar sind.
Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Verwendung als Pumpe oder Hydraulikmotor, wobei mindestens ein Kolbenelement (32) und ein Trennrad (4, 5) vorgesehen ist und demzufolge der Arbeitsraum (2) mindestens eine Kammer (21, 22) enthält, und wobei jeder Kammer ein Arbeitsmitteleinlaß und ein Arbeitsmittelauslaß zugeordnet ist.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, wobei der Arbeitsmitteleinlaß jeweils in einer der Arbeitsraumwände angeordnet ist und, bezogen auf die Bewegungsrichtung des Kolbenelements, der Arbeitsmitteleinlaß sich am hinteren Ende und der Arbeitsmittelauslaß am vorderen Ende jeder Kammer des Arbeitsraums befindet.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, wobei der Arbeitsmitteleinlaß sich im, bezogen auf die Bewegungsrichtung des Kolbenelements, hinteren Bereich jeder Kammer in einer der Arbeitsraumwände angeordnet und der Arbeitsmittelauslaß im Kolbenelement an dessen in Bewegungsrichtung vorderer Seite angeordnet ist.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 4, wobei der Arbeitsmitteleinlaß am Kolbenelement an dessen in Bewegungsrichtung rückwärtiger Seite angeordnet und der Arbeitsmittelauslaß jeder Kammer in dem, bezogen auf die Bewegungsrichtung des Kolbenelements, vorderen Bereich der Kammer in einer der Arbeitsraumwände angeordnet ist.
Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Brennkraftmaschine, wobei eine geradzahlige Anzahl von mindestens zwei Kolbenelementen (32) und Trennrädern (4, 5) vorgesehen ist und der Arbeitsraum (2) eine entsprechende Anzahl von ringsegmentförmigen Kammern (21, 22) umfasst, und wobei innerhalb jedes Kolbenelements (32) eine Kompressions- und Brennkammer (6) gebildet ist, der eine an der Kolbenelementvorderseite angeordnete Einlaßöffnung (62) und eine an der Kolbenelementrückseite angeordnete Auslassöffnung (63) zugeordnet ist, und wobei ein Ventilelement (61) das Öffnen und Schließen von Einlassöffnung und Auslassöffnung synchron mit der Kolbenelementbewegung steuert, und wobei von den in Kolbenelementbewegungsrichtung paarweise aufeinanderfolgenden Kammern (21, 22) des Arbeitsraums (2) der ersten Kammer (21) jedes Kammerpaars eine Ansaugöffnung (14) und der zweiten Kammer (22) jedes Kammerpaars eine Auspufföffnung (15) zugeordnet ist.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 8, wobei die Ansaugöffnung (14) jeweils an dem in Kolbenelementbewegungsrichtung hinteren Kammerende in einer der Arbeitsraumwände und die Auspufföffnung (15) an dem vorderen Kammerende in einer der Ar beitsraumwände angeordnet ist.
Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei zur Steuerung der Einlassöffnung (62) und der Auslassöffnung (63) der Kompressions- und Brennkammer (6) in jedem Kolbenelement (32) ein Rohrventil (61) dient, das über eine Welle (64) und ein Zahnradgetriebe (16, 65) synchron mit der Relativdrehbewegung zwischen Zentralkörper (1) und Ringkörper (3) betätigt wird.
Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Trennkraftmaschine, wobei eine geradzahlige Anzahl von mindestens zwei Kolbenelementen (32) und Trennrädern (4, 5) vorgesehen ist und der Arbeitsraum (2) eine entsprechende Anzahl von ringsegmentförmigen Kammern (21, 22) umfaßt, wobei weiter pro Arbeitsraumkammerpaar eine Ansaugöffnung (14) und eine Auspufföffnung (15) jeweils im Ringkörper (3) gebildet sind und die Ansaugöffnung (14), in Richtung der relativen Umlaufbewegung der Trennräder (4, 5) relativ zum Ringkörper (3) gesehen, hinter einem Kolbenelement (32) und der Auspufföffnung vor demselben Kolbenelement (32) angeordnet ist und im nächstfolgenden Kolbenelement ein Kompressions- und Brennkammerpaar (6A, 6B) axial nebeneinander gebildet ist, von welchem jede einzelne Kompressions- und Brennkammer (6) funktionsmäßig einem Trennrad eines Trennradpaars (4, 5) zugeordnet ist sowie eine an der Kolbenelementvorderseite angeordnete Einlassöffnung (62) und eine an der Kolbenelementrückseite angeordnete Auslassöffnung (63) aufweist sowie mit einem Ventilelement (61A, 61B) ausgestattet ist, welches das Öffnen und Schließen von Einlassöffnung und Auslassöffnung synchron mit der Relativbewegung zwischen Kolbenelement und zugeordnetem Trennrad steuert.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 11, wobei der Ringkörper (3) feststehend angeordnet ist und der Zentralkörper (1) mit den Trennrädern (4, 5) umläuft, und wobei die "Kolbenelemente" (32) als Trennelemente zwischen den Arbeitsraum kammern (21, 22) dienen und die "Trennräder" (4, 5) Kolbenfunktion ausüben.
Drehkolbenmaschine nach Anspruch 11 oder 12, mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten "Kolbenelementen" (32), zwei Arbeitsraumkammern (21, 22), und zwei diametral gegenüberliegend angeordneten "Trennrädern" (4, 5).
Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei mindestens zwei gleichartige Maschineneinheiten axial mittels eines Adapters (8) kuppelbar sind, wobei der Adapter diametral gegenüberliegende Bohrungen (81, 82) zur Aufnahme jeweils einer der verlängerten Wellen (43, 53) der "Trennräder" (4, 5) und ein zentrales formschlüssiges Kupplungselement (83) zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit einem Gegenelement eines mit dem Zentralkörper (1) der anzukuppelnden Maschineneinheit drehfest verbundenen Wellenzapfens (17).