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Drehkolbenbrennkraftmaschine mit im Gehäuse festen Widerlagern und
mit einer umlaufenden Trommel mit drehbaren Gliedern Die Erfindung betrifft eine
Drehkolbenbren:nkraftmaschine mit einem kreisrunden, mit festen Widerlagern versehenem
Gehäuse und mit einer zentrisch darin umlaufenden Trommel, in der, auf den Umfang
gleichmäßig verteilst, Drehglieder angebracht sind, die auf dem Gehäuse innen abrollen
und zum Abwälzen über die festen Widerlager Ausnehmungen aufweisen, wobei sich in
den Drehgliedern durch Kurvenbahnen zwangläufig gesteuerte Schieber mit rechteckigem
Querschnitt (Prismensch:ieber) bewegen, welche die Au.s,nehmungen im Zusammenwirken
mit den festen Widerlagern öffnen und schließen (ausfüllen).
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Weiterhin betrifft die Erfindung Prismen,schieber, welche im Drehglied
gleichzeitig als Saug- und Verdichtungskolben angeordnet sind.
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In Weiterentwicklung d'es Erfindungsgedankens wird noch vorgeschlagen,
daß die Abdichtung aller rechtwinkligen Organe durch winkelgefederte, rechtwinklige
Schenkelkeile erfolgt, welche auch bei zunehmendem Verschleiß winkeldichtend wirken.
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Schließlich wird erfindungsgemäß noch in Vorschlag gebracht, daß die
Steuerung der an sich bekannten Stichflammenselbstzündung dadurch erfolgt, daß die
sich drehende Trommel mit ihren Kanälen in Verbindung mit den Kanälen des stehenden
Gehäuses als Flachschieber wirkt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verbrennungskraftmaschine mit
geringem Gewicht und hoher Leistung, die mittels Selbstzündung alle flüssigen und
gasförmigen Brennstoffe verarbeitet.
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Es sind Drehkolbenbrennkraftmaschinen mit festen Widerlagern am Gehäuse
und einer umlaufenden Trommel mit Drehgliedern bekannt, bei denen die Drehglieder
Ausnehmungen aufweisen, in die die Widerlager eingreifen. Bei dieser Anordnung sind
jedoch »schädliche Räume« vorhanden, die den Wirkungsgrad der Maschine beeinträchtigen.
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Um nun eine hohe Leistung der erfindungsgemäßen Drehkolbenbrennkraftmaschine
bei geringem Gewicht zu erreichen, ist es notwendig, diesen »schädlichen Raum« im
entscheidenden Zeitpunkt zu vermeiden und die Ausnehmungen gegen den Verbrennungsraum
zu verschließen oder, wie es im Erfindungsgegenstand geschieht, auszufüllen. Auch
muß auf zusätzliche Verdichtungs- und Ladeorgane verzichtet und der vorhandene Ringraum
durch mehrere Widerlager und Drehglieder in möglichst viele Arbeitsräume unterteilt
werden, um viele Kraftimpulse bei einer Umdrehung zu erreichen.
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Bei einer bekannten Drehkolbenmaschine wird diese Ausnehmung mittels
Schließorganen, welche durch Gelenkhebel, die sich in Verbindung mit der exzentrischen
Achse des Drehgliedes bewegen, nach dem Passieren des Widerlagers gegen den Verbrennungsraum
abgeschlossen und dadurch der »schädliche Raum« vermieden. Diese Art des Verschließens
hat aber noch folgende Mängel und Nachteile aufzuweisen: 1. Der Mechanismus dieser
Schließorgane bringt es mit sich, daß diese die Ausnenmung nach dem Passieren des
Widerlagers ein wenig zu spät schließen, so daß der Verbrennungsraum im entscheidenden
Zeitpunkt noch verhältnismäßig groß ausfällt, obwohl der »schädliche Raum« verkleinert
wird.
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2. Die wenig robuste Ausführung dieser Schließorgane mit ihrem komplizierten
Mechanismus hat keine lange Lebensdauer und arbeitet verhältnismäßig geräuschvoll,
da sie stoßende und schlagende Bewegungen unter hohen Drücken und hohen thermischen
Verhältnissen ausführen.
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Gegenüber diesem weist der Erfindungsgegenstand folgenden technischen
Fortschritt durch neue wesentliche Merkmale auf: Die Ausnehmung im Drehglied wird
nicht gegen den Verbrennungsraum abgedichtet, sondern durch robuste Prismenschieber
so rechtzeitig ausgefüllt, daß der Verbrennungsraum im Verdichtungs- und Zündzeitpunkt,
unterstützt durch die geeignete Form des Widerlagers, so klein gehalten werden kann,
daß die gewünschte Verdichtung als Voraussetzung für viertaktgleichwertige Kraftimpulse
erreicht werden kann. Die Bewegung dieser ausfüllenden Pri.smenschieber ist gering
und wird mittels Kurvenbahnen gesteuert.
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Bei den bekannten Drehkolbenmaschinen werden der Ansang- und Verdichtungsvorgang
entweder in die Ringräume verlegt, oder es werden zusätzliche
Lade-
bzw. Verdichtnrigskammern benötigt. Dies aber bedingt ein ungünstiges Verhältnis
von »Leistung zu Gewicht«.
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Demgegenüber liegt der technische Fortschritt beim Erfindungsgegenstä.nd
. darin, daß die bereits genannten, die Ausnehmung ausfüllenden Prismenschieber
gleichzeitig auch den Ansaug- und Verdichtungsvorgang bewerkstelligen, so daß der
unterteilte Ringraum nur als reiner Arbeitsraum zur Verfügung steht und daher sehr
viele Kraftimpulse bei einer Umdrehung entstehen können.
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Als Abdichtungen für rechtwinklige bzw. rechteckige Organe sind gerade,
federnde Keile bzw. Leisten bekannt, deren Enden in den Winkeln entweder überlappt
oder in Fugen zusammenstoßen.
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Diese Art der Abdichtung ist nicht absolut winkeldicht, da die Federung
der geraden Keile oder Leisten zwar auf die gerade Fläche, aber niemals auf den
auch abzudichtenden Winkel wirkt, auch wenn die Enden dieser Keile über- oder ineinanderlaufen.
Eine saubere Passung wird zwar diese Winkelundichtheit mildern, doch bei-zunehmendem
Verschleiß werden die Winkel nicht mehr ausreichend dicht.
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Demgegenüber liegt der technische Fortschritt beim Erfindungsgegenstand
darin, daß als wesentlich neue Merkmale alle rechtwinkligen Organe nicht mehr durch
gerade, sondern durch rechtwinklige Schenkelkeile, die in der Geraden ineinanderlaufend
zusammenstoßen, abgedichtet werden. Da die Federung auf beide Schenkel wirkt, wird
jeder Winkel hier so ausgefüllt, daß auch beim zunehmenden Verschleiß diese Abdichtung
»winkeldichtend« wirkt.
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Auch die »Stichflammenselbstzündung« ist bei Drehkolbenmaschinen bereits
bekannt. Eine so arbeitende, bekannte Maschine hat einen sichelförmigen Arbeitsraum,
welcher durch mehrere Prismenschieber, die im Gehäuse exzentrisch gelagert sind,
unterteilt wird. Die Steuerung dieser »Stichflammenselbtzündung« ist hier unvollkommen,
da im Zeitpunkt der Zündung aus dem rechten oberen Verbrennungsraum die Stichflamme
durch einen Kanal in den linken Raum schlägt. In diesem Raum befindet sich verdichtetes
Gemisch. Bei der Entzündung desselben arbeitet der Verbrennungsdruck zum Teil entgegengesetzt
der Drehrichtung und wirkt sich hemmend auf den Lauf der Maschine aus. Die Maschine
wird trotzdem arbeiten, da rechts mehrere Verbrennungsräume mit ihrer Kraft überwiegen,
obwohl auch in diesen Räumen der Verbrennungsdruck nach beiden Seiten der Drehrichtung
wirkt, nur daß in Drehrichtung eine größere Druckfläche des Prismenschiebers vorhanden
ist.
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Demgegenüber weist der Erfindungsgegenstand folgendes Merkmal auf:
Da hier bei einer Umdrehung dreißig Zündungen stattfinden und also dreißig verschiedene
Verbrennungsphasen vom Zündzeitpunkt bis zum Auslassen vorhanden sind, ist es möglich,
die' »Stichflarnmenzündung« so zu steuern, daß von einem Verbrennungsraum, welcher
sich im günstigsten Verbrennungszeitpunkt, kurz nach der Zündung (wo der Verbrennungsdruck
am größten ist), befindet, eine Verbindung durch einen Flachschieber mit einem Raum,
welcher im Zündzeitpunkt steht, hergestellt wird, so daß durch das starke Druckgefälle
von diesem Verbrennungsraum eine Stichflamme nach dem zu zündenden Raum durch einen
Kanal gedrückt wird, welche so intensiv zündet, daß selbst schwer zu zündende Treibstoffe
zur Entzündung gelangen, ohne die unerwünscht hohen .»Dieseldrücke« anwenden zu
müssen. Die 'Steuerung dieser Zündurig erfolgt durch Kanäle in der Trommel und im
Gehäuse,, die zusammen als Flachschieber arbeiten. Die Drehkolbenbrennkraftmaschine
nach der Erfindung ist ein selbstzündender »Mitteldruckmotor«, der nur zum Anlassen
Glüh- oder Zündkerzen braucht und mit allen flüssigen und gasförmigen Brennstoffen
arbeiten kann.
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Außerdem ist bei allen bekannten Verbrennungskraftmaschinen der Inhalt
des Verbrennungsraumes stets gleich dem des Ansaugraumes. Bei Kolbenmaschinen z.
B. ist der Ansaug- und Verbrennungshub der gleiche, so daß am Ende des Verbrennungstaktes
der Verbrennungsdruck noch nicht vollständig entspannt ist und noch Arbeit leisten
könnte, wenn dieser Hub verlängert werden könnte. Dieses läßt die Kurbelwelle aber
nicht zu, so daß hier der noch verhältnismäßig große Überdruck zwangläufig unausgenutzt,
daher unwirtschaftlich und sehr geräuschvoll ins Freie gelangt.
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Demgegenüber liegt beim Erfindungsgegenstand der wirtschaftliche Vorteil
darin, daß der Verbrennungsraum größer als der Ansaugraum ist und der vorhandene
Verbrennungsdruck sich daher fast vollständig entspannt und Arbeit leisten kann,
ehe derselbe (auch geräuschärmer) ins Freie gelangt.
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Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnung näher beschrieben und erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt
durch eine erfindungsgemäße Drehkolbenbrennkraftmaschine entlang der Schnittlinie
I-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1, Fig.
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, Fig.4 einen Teilschnitt entlang
der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 einen Teilschnitt entlang der Linie V-V
in Fig. 2, Fig. 6 bis 9 eine erfindungsgemäße Abdichtung für den Prismenschieber,
Fig. 10 und 11 die Steuerung des Ansaugvorganges (Fig. 11 als Schema) und
Fig.12 im Schema die Steuerung der »Stichflammenselbstzündung«.
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Aus Fig. 1 der Zeichnung geht hervor, daß sich in dem kreisrunden
Gehäuse 1, welches innen mit Zähnen 2 versehen ist, welche in gleichen Abständen
von sechs Widerlagern 3 unterbrochen werden, eine Trommel 4 dreht.
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Am Umfang dieser Trommel sind fünf Drehglieder 5 auf Kugellagern 6
(Fig. 2) so gelagert, daß sich dieselben mit ihren Zähnen 7 innen am Gehäuse abwälzen.
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Diese Drehglieder haben Ausnehmungen 8, damit sie sich über die feststehenden
Widerlager 3 wälzen können. In diesen Ausnehmungen 8 werden Prismenschieber 9 geführt,
welche in Längsrichtung beiderseits Lagerzapfen 10 (Fig. 2) besitzen. Diese ragen
durch die Schlitze 11 (Fig. 2 und 4) hervor und sind in Kugellagern 12 (Fig. 2 und
5) gelagert. Diese werden in der Kurvenbahn 13 (Fig. 5) geführt, welche in der Trommel
zu beiden Seiten eingearbeitet ist.
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Dreht sich die Trommel in Pfeilrichtung, so steuert die Kurvenbahn
die Prismenschieber derart, daß dieselben beim Abwälzen der Drehglieder über die
Widerlager die Ausnehmungen 8 freigeben, und zwar so weit, daß das Widerlager 3
in den Ausnehmungen 8 der Drehglieder 5 Platz findet. Die Prismenschieber werden
in dem Drehglied zwangläufig hin-und
hergeführt und nicht unmittelbar
vom Widerlager 3 gedrückt, so daß keine Reibung zwischen Prismenschieber und Widerlager
entsteht. Durch diese Bewegung der Prismenschieber entsteht außerdem der Ansaug-
und Verdichtungsraum 14.
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Beim Weiterdrehen verläßt das Widerlager die Ausnehmung. Der Prismenschieber
wird nach außen gesteuert (die Ausnehmung 8 wird ausgefüllt), der Raum 14 (Fig.
1, unten rechts) wird größer und saugt durch die jetzt hergestellte Verbindung Bohrung
15, Drehschieber 16, Saugkanal 17 (Fig. 3 und 11) und' Saugöffnung 18 Frischluft
(bei Einspritzung) bzw. Brennstoffgemisch an. Die Verbindung des Ansaugweges wird
folgendermaßen hergestellt: Die Bohrung 15 befindet sich in der Achse 19 des Drehgliedes
5 und arbeitet als Drehschieber mit den Öffnungen 16 (Fig. 2) in Verbindung mit
dem Saugkanal 17 (Fig. 10) in der Trommel. Diese dreht sich dicht an der Innenseite
des Gehäuses (Fig. 2 -Flachschieber) und verbindet Saugkanal 17 mit Saugöffnung
18 (Fig. 11), an welcher der Frischluftfilter bzw. Vergaser angeschlossen wird.
Bei Annäherung an das nächste Widerlager wird wieder ein Prismenschieber nach innen
geführt. Das angesaugte Gemisch wird nun verdichtet (Fig. 1) und am Ende der Verdichtung
in einen Verbrennungsraum 20 (Fig. 1, unten rechts) zwischen Widerlager und Drehglied
gedrückt. Das Verdichtungsverhältnis beträgt etwa 7 : 1.
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Die Steuerung des Verdichtungsvorganges ist folgendermaßen: Die Achse
21 (Fig. 2, linke Seite des Drehgliedes) ist mit Bohrungen 22 versehen und als Drehschieber
23 ausgebildet. Dieser stellt die Verbindung mit dem Verdichtungskanal 24, welcher
in der linken Trommelseite untergebracht ist, her. Dieser mündet direkt in den Verbrennungsraum
20 (Fig. 1). Hier wird dieses verdichtete Gemisch durch Stichflammenselbstzündung
gezündet (Fig.12). Durch den Expansionsdruck wird das Drehglied vom feststehenden
Widerlager fortgedrückt, und die Maschine wird in drehende Bewegung gesetzt (Fig.
1).
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Die verbrannten Gase können sich jetzt 1 : 12 ausdehnen, gelangen
ohne größeren Überdruck durch die Auslaßöffnung 25 (Fig. 1) ins Freie und werden
von dem folgenden Drehglied restlos ausgeschoben. Die sechs Widerlager und fünf
Drehglieder, welche vorhanden sind, ergeben bei einer Umdrehung 5 - 6 gleich dreißig
Kraftimpulse, welche den Kraftimpulsen eines Viertakters entsprechen; also je 12°
ein Arbeitstakt. Das entspricht den Kraftimpulsen eines 60zylindrigen Viertaktmotors.
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Die Zündung erfolgt mittels der bekannten Stichflammenselbstzündung
über Zündkanäle 26 und 27 (Fig. 12) im rechten Teil des Gehäuses. Die durchbohrte
Trommelwand gleitet seitlich dicht am Gehäuse, wirkt hier als Flachschieber und
verbindet jeweils beim Zündzeitpunkt zwei Verbrennungsräume.
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Die Stichflamme wandert vom Verbrennungsraum 20 mit fortgeschrittener
Verbrennung (Fig. 1, unten links) durch den kurzen Kana127 in der Trommel (Fig.
1), langer Zündkanal 26 im Gehäuse (Fig. 12), wieder kurzer Kanal 27 in den
Verbrennungraum 20 (Fig. 1, unten rechts). Von dem feuergebenden Verbrennungsraum
ist ein starkes Druckgefälle nach dem zu zündenden Raum vorhanden (s. auch Fig.
12).
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Zum Anlassen sind zwei Zünd- oder Glühkerzen 28 vorgesehen.
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Die Abdichtung des Verbrennungsraumes erfolgt einmal durch die Verzahnung
der Drehglieder mit dem Innengehäuse. Seitlich werden außerdem die Drehglieder durch
die federnden Sprengringe 29 (Fig.2 und 4) abgedichtet. Das Gehäuse und die Widerlager
werden nach innen und nach der Seite gegen die sich drehende Trommel mittels der
Dichtungselemente 30 (Fig. 1 und 2) abgeschlossen. Diese werden durch die Federn
31 (Fig. 1 und 2) leicht angedrückt und wirken durch ihre Teilung und geschlossene
Winkelschenkel »winkeldichtend«. Es wirkt also jeder Winkel nach jeder Seite federnd,
und so ist eine rechteckige Abdichtung gewährleistet.
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Die Prismenschieber selbst werden durch die Dichtungselemente 32 (Fig.
1) winkeldicht gehalten. Ein kompletter rechteckiger Dichtungssatz (Fig. 6 bis 9)
besteht aus vier einzelnen Schenkelteilen, deren Enden in Fugen ineinanderlaufen
und durch die Federn 33 gegen jeden Winkel leicht angedrückt werden. Praktisch wirken
dieselben wie »rechteckige Kolbenringe«. Der kreisrunde Raum der Trommel, in welcher
sich. das Drehglied dreht, wird durch die anfedernden Dichtungselemente 34 des Prismenschiebers
abgedichtet, daß Verbrennungs- und Auslaßraum getrennt bleiben.