DE1551109A1 - Roll- oder Waelzkolbenmechanismus - Google Patents
Roll- oder WaelzkolbenmechanismusInfo
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Description
n, ,Di 0Y1AiTr, 1000 --"-■-* 2 8 SeD 1966
tWeerornnwi lobyrinth MOnchm 1551109
T«l»foni ή IS 10
foitiAedücontoi MOfldwn Π7078
General Electric Company Schenectady, II.Y. / V.St.A.
Roll- oder Wälzkolbenmechanismus
Die Erfindung besieht sich auf einen Roll- oder Wälzkolbenmeohanismus
und insbesondere auf eine mit positiver Verdrängung arbeitende Maschine, bei der die sich bewegenden
Teile eine im wesentlichen reine Roll- oder Wälzbewegung
ausführen.
Zum Zwecke der Erläuterung soll die Erfindung in ihrer
Anwendung auf eine Rotationsbrennkraftmaschine beschrieben
werden. Der gleiche Grundmechanismus kann jedoch auch als Gaskompressor, Flüssigkeitspumpe oder pneumatischer
oder hydraulischer Motor verwendet werden und der Ausdruck "Maschine" soll derartige Vorrichtungen umfassen.
Die bekannten Kolbenmotoren, wie sie in Automobilen und dergleichen verwendet werden^ sind bezüglich der Drehzahl
bei größeren Ausführungen wegen der Trägheit der hin- und herbawegliohen Teile begrenzt» Bei einem derartigen Motor
003808/06·';',
müasjgn
I I \J \J
müssen die Kolben beschle'.inigt und ab^ebrer^t werden
und im oberen und unteren Totpunkt dos Hubes abgestoppt
werden. Weiterhin bringen die Kurbelv/ellenteile Dreh—
zahlbegrenzungen mit aich, da es sehr jchwieri,; int,
diese abzugleichen. Dicae Kurbel\.'ell"n öind in Hehrzylindermotoren
tjana speziell unä kompliziert ?:e formt. Dau-.ircli
und wird die obere Drehzahl der Motoren uio Leiatun;;, din
e abgeben künnen, begrenzt. Ea nei ferner beitritt,
daß der Raum, in welche;: die ilurbolv/olle den liotors arbeitet
und w Icher als Kurl-ilv/ellen^ehüuse bezeichnet wird,
nicht zur Erzeugung von Leistung ver-./^nde t \;'-rdon k-inn,
3odaü ea ει ei. hi i-rbei um einen verlorenen Rauiri handelt.
In den letzten Jahren v/ur.ien veruai iedene Drehkolbenma:jchinen
entv/ickelt. Der bekannte Wankel-Motor int ein Hauptbeispiel
für eine Drehkolbenmaschine. Bei den Drehkolbenmaschinen
tritt einn erhebliche Schwierigkeit aui"-. Obwohl
diese Drehkolbenmaschine die Hin- i;ni Herbewegung ausrjcheiiet
iand eine kontinuierliche Drehung v/ie bei einor Gasturbine
oriiiö.^licht, treten bei derartigen DrehkDlbenmaachinen
Lichtungscroblene auf und zv;ar v/cgen der rJ-leit- oder
Reibungabewegung dea üioh drehenden Kolbens in aeinem Zylinder.·
Es iju bekanxit, daß der Kolben ein mehrseitiger
Kolben ist, der in einem Zylinderarbeitet, der aus gebotenen Abschnitten 3usa:..n:engesetzt ist. Es tritt eine kontinuierliche
Grleitwirkung der Enden des Kolbens an der Zylinderwendung auf. Dies findet auch in derji Bereich
00S808/0674
statt»
BAD
I JU I I WO
— 'j —
nt.att, u"v rich bein Koirpreo--.ion.i^yr.lu» unter oine.M
houf'i; Druci: befindet und bein iäxransn onszyklus unter
Γ;ο;1 in,i-im^rη nit hohr™. Bruok und hoher Temperntnr. Dier;
äot riii rjühwerv/ie 'eh-ieo Hindernii; für die Anvondunf: der
bekannten Drol-kclVchKaHchincn in ic-v PraxiB« Zunütslioh
vpifjon .iio i.iit ::.(M:rrron Seiten ve^nehenen Kolben und
dir nylindorauubuciit'.inj koine 3t?<2.-.iarlkonfiduration auf,
sondern sind mit koiri] lexen Kurven und HrüiairAin.^en V( r:;eh-on,
lie üu So'v,'icri,.:i:--:it 02: rei Jcr i>rr;tollung und bei
un;: führr-n»
Der i>rfindunß lic ;t die Aufgabe ~u ;runde, einei; Drehkolbermrclianisinus
nit positiver Verdrängung zu schaffen, bei
Vielehen die llauptkoriponeiiten in allen Teilen des Zyklus
einer Roll- oder V/Ülsbewef-unp durchführen, wobei bei der
Ilasoliine ein zylindrischer Drehkolten oder zylindrische
Drehkolben innerhalb eines Zylinders während des gesamten Betriebszyklus verwendet werden, sodaß lediglich eine
Roll— oder Wälzbewegung auftritt.
Gemäß der Erfindung ist ein Roll- oder Wälzkolbenmechanismus vorgesehen, der einen Block aufweist, in dem ein Zylinder
angewordnet ist, wobei ein zylindrischer Kolben von kleinerem Durchmesser als der Zylinder exzentrisch
innerhalb des Zylinders derart montiert ist, daß dieser eine zusammengesetzte Drehung sowohl um die Achse des
Zylinders als auch um seine eigene Achse durchführt, die
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gegenüber * BAD ORiQWAL
gegenüber der Achse do3 Zylindern versetzt ist, wobei ein
sich drohendes Dichtunraglied sich in einem im wesentlicher
Tosten -Uirifaii.jiabereich dos Zylinders befindet und wobei
dieses nich drehende Dichtungsglied zu allen Zeiten mit
den Zylinder in Roll- oder Abwälzkontakt steht und wobei
der Umfang des Zylinders eine Umfangsdiskontinuität aufw
int, damit das sich drehende Dichtungsglied sich aus dem Zylinder heraus bewegen kann und wobei zusätzliche
Einrichtungen mit dem sich d rehenden Dichtungsglied zusammenwirken,
um eine strömung durch diese Diskontinuität
zu vornindern und v/obei die Exzentrizität und die Drehrichtung
des Kolbens ura die versetzte Achse derart sind,
daß ein Roll- od«-·:1 Abwälzkontakt zwischen den Kolben und
dem Umfang des Zylinders erzeugt wird, v/obei sich die Linie des Roll- oder Abwälzkontaktea fortschreitend um
den Umfang und über die Diskontinuität in einer festen Richtung dreht, sodaß ein fluides Medium, welches hinter
den Kolben v/ährend eineB Zyklus der Rollkontaktlinie eingefüllt wird, sich während des nächsten Zyklus der Roll-'
kontaktlinse vor den Kolben befindet und wobei im Zylinder
ein Einlaß vorgesehen ist, um ein fluides Medium hinter den Kolben einzugeben und ein Auslaß, um daa fluide
Hedium vor den Kolben abzugeben«
Der Blockkann einen zweiten Zylinder haben, wobei ein zweiter zylindrischer Kolben in diesen zweiten Zylinder
angeordnet ist und wobei dieser zweite Zylinder eine Dia-
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BAD OBlG5NAL
kontinuität aufweist, die? mit der Diakontinuität des era ten
Zylinders fluchtet, wobei sich dae sich drehende Dichtungsglied in Abwälzkontakt mit beiden Kolben zu allen Zeiten
in den fluchtenden Diskontinuitäten befindet und wobei
der Einlaß für den orυten Zylinder vorgesehen ist und der
Aus-laß für den zweiten Zylinder, und wobei der erste und der zweite Kolben und das sich drehende Dichtungsglied
derart miteinander verbunden sind, da.o diese Teile eine richtige Phasenlage aufrecht erhalten und wobei ein gesteuertes
Ventil vorgesehen ist, daait ein komprimiertes
fluides Medium am Ende des Kompres3ionszyklus des ersten
Kolbens in den sv/eiten Zylinder bei Beginn des Leistungshubes des zweiten Zylinders eintreten· kann und wobei
Zündeinrichtungen für den zweiten Zylinder vorgesehen sind und wobei für den zweiten Kolben eine Leistungsabnahmeeinrichtung
vorgesehen ist.
Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert wt?rden. Es zeigen:
Mg. 1 eine perspektivische Ansicht, welche die Hauptelemente der Roll- oder "-'/älzkolbenmaschine zeigt,
Fig. 2 eine sohematische Darstellung, welche die Kolben
"bei Beginn des Kompressionshubes zeigt,
Fig. 3 eine ähnliche schematische Darstellung, welche die
Kolben in einer Stellung nach einer Drehung um zeigt, 00980870674
glg.4
BAD ORIGINAL
- ο —
Fig. 4 eine ähnliche Darstellung, welche die Kolben nach einer Drehung um 130° unu am Ende dec Koiapreanionohüben
zei.;t,
Fig· 5 eine ähnliche Darstellung, welche die Li teil un;; nach
einer Drehung der Teile um 225° soi.;:t, v;obei in
dieser Lare d^r V^rbrennungshub beginnt,
Fig. ό pine ähnliche Larateilung, v/elühe die Teile nach
einer Drehung um 270 während dra Arbeit 3hu.be a
zeigt,
Fi^, 7 eine ochematiachG Darstoliung, v/elche die Verbindungen
2'winchen den Kolben und der Wälzdichtung
darstellt, die nur Lei a tungs abnähme verwendet v;cr
den kr.nn,
?ig. 8 eine der ?ig. 7 entsprechende Darstellung, v/elche
die Verwendung von Zahnrädern für die Verbindung und für die Leistungsabnähme zeigt und
Pig. 9 eine auaeinaniergezogene perspektivische Darstellung
der Teile, wobei eine Anzahl von Wälzkclbensasohinen
nebeneinander vorgesehen iot, die miteinander verbunden sind, um eine Hehrkolbenmaachine
zu bilden«
Es
009808/067A
BAD ORIGINAL
En α·"! nuerst aui' !''ig. 1 Beirat .tenoner». Fi;. 1 ist eine
allgemeine Anni-ht, die (ion Aufbau einor V/rilakolbennia3chine
irri.;t. Jie Maschine weist einen Block 10 auf, der den
:i blichen Motorblock bildet. Um Raun fir die die Lei α tune
abgebenden Kolben zu schaffen, v/r-ärt der I-Iotorblock ein
Paar benachbarte Zylin-.rr 12 und 14 auf und swar etwa in
der V/eine, win er; bei üiliehen I-iotoren der Pail ist« Z11Hi
Zwecke drr Beseureii:un.; vui angenonanen, da..· aer Zylinder
12 der Leistung- oder Arlei tüsylinder- ist. E.; sei bemerkt,
da;> die Zylinder parallele Ilittellinien 16 und. 18 ini Block
haben. Die Cylinder imter.t'oliciden üicli ,ieaoch erheblich
von den IJylindern bei üblichen liotoren und swar dadurch
da.? eine öffnung 20 Ev.'i.'ohen den Sylinlcrn vorhanden ioto
Auf diese Weise ist eine Verlinuun^ sv/iachen den Zylindern
durch diese öffnung 20 her jes teilt. Ec sei boric riet, daß
die Tiefenabmesnung der Zylinder groii oder gering sein
kann, d.h. die Zylinder können flach oder tief sein und die Zjrlinder müssen lediglich tief genug sein, un die sieh bewegenden
Teile aufnehmen zu könnnen und swar in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung. Die Zyllndertiefe kann
dem Koltendurchmesser entsprechen. Es sei bemeritj daß,
wenn die Haschine als Kompressor verwendet wird, diese lediglich einen einzelnen Zylinder 14 aufweist. Das
komprimierte Gas oder das unter Druck stehende fluide Medium wird durch die Öffnung 20 abgegeben, wie es noch erläutert
werden soll.
Es
009808/0674
Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Der Block 10 iat als Wandung dargestellt, wobei diese Wandung die Konfiguration
zeigt, die verwendet v/erden kann. Um eine Leistung zu entwickeln ist in jedem Zylinder ein Kolben 22 und 24 mit
kleinem Durchmesser angeordnet. Jeder Kolben ist derart angeordnet, daß dieser exzentrisch um den inneren Umfang seines
Zylinders rollen kann. Es können geeignete Kolbenringe 25 verwendet werden, und ea ist klar, daß wegen der geringen
Gleitgeschwin-ligkeit eine gute Dichtung erreicht wird.
Die HiLten der Kolben liegen bei 26 und 28. Die Exzentrizität
oder die Kurbelarme der Kolben in ihren Zylindern sind die Momentenarme 30 und 32, die von den Zylindermitten
ausgehen. Zum Zwecke der Erläuterung sei bemerkt, daß die Kolben derart gestaltet sind, daß sie, wie durch die
Pfeile dargestellt, in einer Richtung entgegengesetzt zur TJhrseigerrichtung rollen und auf diese Weise bev/egen 3ie
sich in Uhrzeigerrichtung, um den inneren Umfang der entsprechenden
Zylinder. Es ist klar, daß die Drehung auch entgegengesetzt sein kann. \'!enn die Kolben rollen, so beschreiben
die Kurbel- oder Momentenarme 30 und 32 einen
Kreis in der dargestellten Richtung, um die Zylindermitten 16 und 18.
Um einen Teil der Vorbindungsöffnung 20 zwischen den Zylindern
abzudichten, ist eine Dichtungsrolle 34 vorgesehen, die vorzugsweise wie dargestellt, einen Radius hat,
der gleich dem Radius der Exzentrizität der Kolben in den
009808/0674 Zylindern
BAD ORIGINAL
Zylindern iat, der durch die Kurbelarme 30 und 32 bestirnt
wird. Die Teile sind derart ausgelegt und angeordnet, daß die Dichtungsrolle 34 teilweise die Öffnung 20 in der Mitte
führt und sich in Rollkontakt mit jedem Kolben 22 und 24 zu allen Zeiten befindet. Die Dichtuncarolle 34 beschreibt
dann einen vollständigen Kreis in ihrer Bewegungbahn,
wenn die Kolben um die Umfange ihrer Zylinder rollen.
Zu keiner Zeit ist irgend ein Gleitkontakt vorhanden, der eine Reibung erzeugen könnte.
Um eine abgestimmte oder synchronisierte oder gesteuerte
Verbindung vom Zylinder 14 zum Arbeitszylinder 12 für einen noch zu beschreibenden Zweck zu schaffen, kann irgend
eine geeignete Ventileinriohtting 36 in der öffnung zwischen
der Dichtungsrolle 34 und den Block 10 vorgesehen sein. Das Ventil kann im Block 10 durch irgend eine geeignete
Drehvorrichtung, beispielsweise mittels eines Gliedes 38 angeordnet sein, sodaß sich das Ventil pendelartig um
das Glied 38 verschwenken kann. Irgend ein freier Raum
40 kann im Block vorgesehen sein, damit der Schaft des Ventiles sich unbehindert bewegen kann» Bs Ϊ3Ϊ klar, daß
der Blook 10 ein dünnes leichtes Gehäuse sein kann, wie ea schematisch dargestellt ist. Das Ventil 36 ist derart
geschaltet, daß ea in richtiger Weise mit den Rollkolben zusammenarbeitet, wie es noch erläutert werden soll. Irgend
ein Verbindungs ge stange, welches schematiscli bei 41
gezeigt ist, kann vorgesehen sein, um in üblicher Weise
den richtigen Ventilbetrieb sicherzustellen.
00 9 8 08/0674
ι oo ι iua
Zur Abdichtung weiut da« Ventil 36 einon vileitkontaktkopf
42 auf, dor derart gciOrn.': iJt, ia.- .iiojer aiii* der Dichtungswalze
34 reitet, um die öffnung von einen Zylinder zum anderen wahrend eines upesiollen Teiles dos Arbeitszyklus
abzuschließen. Zur Vereinfaohun,: drr Jarstellum;
int da:; 7on:il lediglich uchematirch narben te Lit. Dor
Kontaktkopf 42 kann jedoch derart ,leuta^tot nein, da^ unser
einen gewissen Teil der Oifnun.; füllt, um das Volumen
herabsuaetzen und um einen maximalen Wirkung α/jrad der
komprimierten Charge verwenden zu können· Die Diohtun.;nrolie
34 kann zentral der C-ffnuni·" 20 angeordnet aein und
ist deshalb kleiner ala die öi'fnung, 3odaß daa Ventil 36
durch dan Gestänge 41 gegen die Mchtunrsvmlze vorgespannt
sein kam. Bine ähnliche Dichtung 46, die in ähnlicher V/eise
mittels Einrichtungen 44 montiert und vorgespannt 3ein
kann, iat auf der anderen äeite der liiehtungsrolle angeordnet
und liegt vorzugsweise zu allen Zeiten ge;-;en die Dichtungsrolle
34 an und schließt den Rent der Verbindungsöffnung
20 zwischen den Zylindern ab. Bei einer Betrieb3weiue
des Arbeitszyliniers, die ;:ur Erläuterun-j beschrieben/./erden
3oll, hält die Dichtung 46 den Kontakt mit der Dichtungsrolle 34 zu allen Zeiten aufrecht irrid dadurch wird
die Dichtung 45 vor- und zurückvez*3chv/enkt, wenn die Dichtungsrolle
34 ihre Kreisbewegung bei einer Drehung der Kolben 22 und 24 durch einen Arbeitszyklus durchführt.
Um leistung zu entwickeln, ist wenigstens eine Einlaßöffnung
009808/0674 43
48 vox* cpsehen, di<~>
in iilock angeordnet int und die mit dem
Uraranj eines -3er Zylinder in Verbindung steht, ■"beispielsweise
mit den Umfang dc« "ylindrrn 14, wie on dar/'e.; eilt
int. In gleicher //eine int wenigstens eine Austrittuöffnung
50 ii.i Block vorgesehen, die mit dan Arbeitszylinder
12 in Verbindung stellt. Beide öffnungen sind iia Llock im
wesentlichen su beiden Seiten des tresteuerten Ventils 36
angeordnet, wie es in Figo 2 gezeigt ist»
Da die Fhasenbe si ellung swi-schen den sich drehenden Teilen
genau ntimaen muß, sind noch zu beschreibende Einrichtungen vorgesehen, v/elche die Kolben und die Dichtun^srolle
verbinden, damit sich diese Teile gemeinsam drehen« An dieser Stelle genügt es 'jedoch, darauf hinzuweisen, daii
sich diese Teile cusa:.:r.en in abge;.-ti:::'.:ter oder synchronisierter
Besiehung drehen.
Zum Zν/ecke der Erläuterung des Betriebes der Maschine kann
folgender Vergleich vorgenommen v/erden. Es kann angenommen werden, daß der Kolben 24 einen Kompressor und der Kolben
22 eine Turbine in einen G-asturbinen-zyklus bildet und
diese Kolben fuhren eine Drehung um die Hittellinien 18'
und 16 in Richtung des Uhrzeigerdrehsinnes durch.
Es sollen zuerst die Fig. 2 und der Kolben 24 betrachtet werden. Ss kann angenommen werden, daß ein brennbares Gemisch,
v/ie beispielsweise ein Brennstoff-Iiuftgemisch durch
009808/0674
die
BM)
die Öffnung 48 eingeführt worden int und nunmehr auf der
linken Seite des Kolbens 24 im Komprennionaraum 52 eingeschlossen
ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet aich der Kolben 22 an seinem unteren
Totpunkt des Expansions- oder Arbeitshubes. E3 kann selbstverständlich auch reine Luft eingeführt v/erden, wobei
dann Brennstoff eingespritzt wird und wobei dann eine Korapre3sionszündung stattfindet. Es sei bemerkt, daß die
Gestaltung des Einlasses des fluiden Mediums derart ist, daiS Gase, wie beispielsweise Luft oder ein Brennstoff-Luftgemisch
eingeführt werden können und Flüssigkeiten, wenn der beschriebene Mechanismus als Pumpe verwendet
wird«
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 soll der Kompressionshub
beschrieben v/erden. Die Fig. 3 zeigt die Kolben und die Dichtungsrolle nach einer 90°-Drehung und es ist zu erkennen,
daß das Kompressionsvolumen 52 schnell und beträchtlich abgenommen hat. Die Teile nehmen die dargestellte
Lage ein und das Ventil 36 und die Dichtung 46 sind um ihre Schv/enksteilen herum verschwenkt, damit diese
Teile in Kontakt mit der Dichtungsrolle 34 verbleiben, die sich in die dargestellte Lage bewegt hat. Es sei bemerkt,
daß die Bewegung der Teile aus der in Fig., 2 dargestellten Lage in die in Fig. 3 dargestellte Lage unter
einer reinen Roll- oder Abwälzbewegung «ftd zwischen den
Kolben, deren Zylindern und der Dichtungsrolle stattge-
009806/0674 funden
BAD ORIGINAL
funden hat. Ea tritt keine Gleitbewegung zwischen den
Haupttoilon auf und ca ist lediglich eine Gleitbewegung
zwiGchen den Ringen und dem Ventil 36 und der Dichtung
46 und der Dichtungsrolle vorhanden. Dieae Gleitbewegung kann in einfacher und leichter Weise beherrscht werden.
Die Drehung schreitet weiter fort und es findet eine schnelle Kompression statt, wobei die Drehung in die in Fig.
dargestellte lage erfolgt, wobei die Teile in Fig. 4 nach einer Drehung um 180° dargestellt sind. ?ig. 4 stellt
praktisch das Ende des Kompressionshubea dar. Zu dieser
Zeit haben sich die Kolben zu den oberen Seiten der Zylinder bewegt und wie dargestellt, wird das Ventil 36 durch
da3 Gestänge 41 geöffnet, sodaß das komprimierte fluide
Medium im Raum 52 durch die öffnung 20 unter der steuernden Wirkung des Ventils 36 in den Zylinder 12 gelangen
kann» In dieser Stellung befindet sich die Dichtung3rolle ebenfalls am oberen Punkt ihrer Kreisbahn.
In Fig. 5 sind die nächst?n 45° der Drehung dargestellt
und die feile haben die dort.dargestellte lage eingenommen.
Es aei an dieser Stelle bemerkt, daß ein in geeignetem
Weise gestalteter Kontaktkopf 42 das Volumen des
komprimierten Mediums im Zylinder 14 stark herabsetzt. Es aei ferner bemerkt, daß im wesentlichen das gesamte
komprimierte fluide Medium in den Arbeitszylinder 12 abgegeben wurde und daß das Ventil 36 geschlossen ist, um
009808/0674
"ibbTIUS
daf3 komprimierte fluide Medium im Zylinder 12 zu halten.
Der Zylinder 14 iat vollständig mit einer frischen
Charge gefüllt, die komprimiert v/erden ooll und eo beginnt
der ilinlaiihub, nachdem der Kolben 24 über die Öffnung 48
hinweggegangen ist und diese geöffnet hat. Dieses findet
beim Konpreaüionshub statt» In dieac'iu Augenblick \·ι±τά die
komprimierte Charge 56 gezündet. Fallt; die Charge Luft
ist, kann mittels einer Einrichtung 54 Brennstoff eingespritzt v/erden und die Einrichtung 54 kann eine Brennstoffdüse
sein, die für eine Konpresoionszündung verwendet
wird. J?all3 die Charge ein Brennstoff- Luf tger.iisch ist,
3 0 wird diese Charge mittels einer Einrichtung 54 gezündet,
die beispielsweise eine Zündkerze nein kann. In beiden
Fällen ist die Einrichtung 54 eine Zündeinrichtung,
da dieae eine Verbrennung auslöst.
Wenn, die Verbrennung begonnen hat, so beginnt im Zylinder
12 der Arbeitshub des Kolbens 22 und der Kolben 22 setzt seine reine Roll- oder Abv/älzbewegung um den inneren Umfang
des Zylinders 12 fort und zwar in die nächste in Fig. ό dargestellte lage, bei der eine Drehung um 270°
stattgefunden hat. Ss ist zu erkennen, daß an dieser Stelle des Zyklus der Hebelarm 30 beim ..bwärtsrollen des Kolbens
22 die maximale Leistung entwiekelt. Es sei bemerkt,
daß eine große Kolbenfläche schnell den Verbrennungsgasen ausgesetzt wird und daß der Hub des Kolbenarmes 30 verhältnismäßig
kurz ist. Die hierbei entstehende Druckkraft
009808/0674
«■■■■■■■
fcAD
wird durch alle Kräfte entwickelt, die auf den Kolben einwir3:en,
wobei die Resultante R dieser KrLifte durch die Mitte 26 des Kolbens 22 hindurchgeht, um dan Moment am
Kurbelarm zu erzeugen, üino cro:;e Kraft oder Leintung kann
durch einen kur:;r>n Abwälzhub der, Arbeit π kolben π 22 entwickelt
v/erden.
Die Teile setzen ihre reine Abwälzbewegung zum nächsten
Punkt im Zyklus fort, wobei sich die Teile wieder iη die in Fig. 2 dargestellte Lage hinein bewegen und eine Drehung
um 360° durchgeführt haben. Su dieseu Zeitpunkt hat sich die Abwälzkontaktstelle des Kolbens 24 an der Ein-Iai3offnung
48 vorbei bewegt, sodaß eine neue Charge komprimiert wird und der Raum hinter der Abwälzkontaktstelle
wird mit fluidem Medium gefüllt, welches anschließend bei der nächsten Drehung des Kolbens komprimiert
wird. In gleicher Vfeise hat der Kolben 22 seinen Arbeitshub beendet und es findet ein Ablassen durch die AblaßÖffnung
50 statt, sobald die Abwälzkontaktstelle an der Öffnung 50 vorbeigegangen ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt
der Kolben 22 seine Aufwärtsbewegung in Vorbereitung zur Aufnahme der nächsten komprimierten Charge über das geschaltete
Ventil vom Zylinder 14, wenn der Kolben 22 seine oberste Stellung erreicht, wie es im wesentlichen in Figo
4 gezeigt ist. Wie Fig. 5 zeigt, werden Abgase aus dem Raum 57 abgegeben, der dem Raum 56 gegenüber liegt, wobei
dieser Raum zwischen den Ülbwälzkontaktoberflächen
0098OJ3/0674
·> 5« BAD
zwischen dem Kolben 22 und dein Zylinder 12 und dem Kolben
22 und der Dichtung rolle 34 liegt, wie es in Pig. 5 gezeigt
ist.
Es i3t zu erkennen, daß die beiden Kolben sich im Gleichlauf
drehen und dauernd auf daa fluide Kedium einwirken und bei jeder Umdrehung einen Arbeitshub entv/ickeln und
dal? die Dichtung 34 sich an den Kolben abwälzt, wobei das gesteuerte Ventil 36 die Verbindung und damit die Übertragung
des fluiden Mediums zv/ischen den Zylindern
steuert.
Um eine Leistung au3 der beschriebenen Wälzkolbenmaschine entnehmen zu können, ist es von Bedeutung, daß die beiden
Kolben und die Dichtum srolle die richtige Phasenlage aufrechterhalten.
Um diese PhaaenbeZiehung sicherzustellen,
ist, wie in Fig. 7 dargestellt, in der die Teile gestrichelt gezeichnet sind, ein geeignetes Gestänge 58 vorgesehen,
welches mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. Dieses Gestänge 58 kann die drei Teile, die beiden Kolben
und die Dichtungsrolle, exzentrisch außerhalb des Blockes 10 über Wellen 59 verbinden, sodaß alle Teile sich gemeinsam
in der gleichen synchronisierten Beziehung drehen. Die Wellen sind deutlich in Pig» 1 zu erkennen. Die Anordnung
ist ähnlich aufgebaut wie das Pleuelgestänge bei einer Lokomotive und neben dem Gestänge 58 kann ein zweites
Gestänge 60 in Tandemanordnung vorgesehen sein, wobei
009808/067 4 dieaea
BAD ORIGINAL
dieses Gestänge 60 auf der anderen. Seite des Blockes 10
angeordnet ist und phasenverschoben arbeitet, um einen besseren Abgleich zu erzielen. Durch dieses Aufbau kann
die Maschine niemals am Totpunkt stehen bleiben. Dies geht eindeutig aus Pig. 7 hervor. Die leistung kann von
den Wellen abgenommen und auf die Phasengestänge übertragen werden, und kann von dort wiederum entnommen werden.
Selbstverständlich kann auch der Zapfen 62, der das Gestänge mit den Kolben verbindet, verwendet v/erden, um ein
nicht dargestelltes Gewicht zu tragen, um die Kolben ab-ι
augleichen» damit ein dynamischer Abgleich erzielt werden
kann. Lager 63 nelimen die Teile drehbar auf.
Anstelle der Verbindungsgestänge 58 und 60 können Zahnräder
64» die allgemein in Pig. 8 dargestellt sind, mit Zwischenrädern
65, verwendet werden, welche die Rolle und die Kolben miteinander verbindet. Der Vorteil der Zahnradverbindung
ist der, daß die leistung direkt von den Zahnrädern abgenommen werden kann, da sich diese lediglich drehen und
nicht hin- und herbewegen^ wie es die Gestänge tun. Ein Abgleich wird bei Zahnrädern vereinfacht und das Totpunktproblem
der Gestänge wird ausgeschaltet.
Im Falle einer einer einzelnen Wälzkolbenmaschine, wie sie
in den Fig. 1 "bis β dargestellt ist, findet ein Leistungsoder Arbeitshub bei jeder Umdrehung statt. ITm eine größere
Leistung zu entwickeln, und um eine kompakte Maschine zu
009808/0674 schaffen.
schaffen, kann eine Anzahl von Manchinenbaugruppen, wie
sie soeben beschrieben wurde, nebeneinander angeordnet -..•erden, wie es in Fig. 9 geseilt ist. Ea können soviel
Kaschinenbaugruppen, wie jewün.jcht, nebeneinander angeordnet
werden, um die erforderliche Leistung zu erreichen. Bei eine:;i derartigen Aufbau wird eine Verbindungseinrichtung, wie beispielsweise ein Zapfen 66 vorgesehen,
der 3ich auf der Mittellinie 16 dreht, um diese mit einem ähnlichen Zapfen an der benachbarten Maschine
au verbinden, und um zuia Zv;ecke einen besseren Abgleiches,
eine phasenverschoben Besiehung zwischen diesen Kasohinen
herzustellen, wie es oaheinatisch durch die gestrichelte
Verbindungslinie in Pig. J gezeigt ist. Ea int klar, daß
durch eine geeignete Anordnung der Teile ein Arbeitshub bei jeder halben Umdrehung in Fall von zwei Maschinen
erzeugt werden kann oder bei jeder Drittelumdrehung im
Pail von drei Maschinen uni so weiter. Die Leistung kann
außerhalb der Maschinen 'lurch eine Anordnung abgenommen
werden, wie sie in den Fig. 7 oder 8 dargestellt ist.
ist klar, da3 bei den beschriebenen Motor durch eine
geeignete Abänderung ein Arbeitshub in jedem Kolben durchgeführt v/erden kann und zwar dadurch, daß die Einlaß- und
Ausla3öffnungen in jedem Zylinder verdoppelt vH"den und daß
ein geeigneterweise geschaltetes Ventil, welches dem Ventil 36 entspricht, anstelle der Dichtung 46 vorgesehen wird.
Ein Gestänge 41 kann das Ventil 36 oder zusätzliche Ventile,
009808/0674
wenn
6AD ORIGINAL
wenn sie verwendet worden, steuern und das Gestänge 41
kann su3a,.,nen mit den 7/iilzkolben und der Dich -.ungsrolle
betrieben v/erden, v;ie es ocheiriatinch durch gestrichelte
Linien dart-:;e-atcj.lt ist und swir entweder von den Zahnrädern
64 bei der Darstellung ir. 'Fir.* β oder von den
Pleuelgestängen 5ö und 60, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.
Dadurch -wird die synchrone Besiehung in an sich "bekannter
Weise sichergestellt. Der Block 10 kann die üblichen Kühl- und Schraiermlttelkanäle aufweisen.
Die Roll- oder Wälzkorbenmaschine v/eist keine gleitenden
oder aneinander reibenden Teile auf, mit Ausnahme der Kolbenringe, die eine geringe Gleitgeschwindirkeit haben
und der Ventile, die auf der Dichtungarolle 54 gleiten. Diese Reibung kann in leichter Weise beherrscht werden
und alle wesentlichen sich bewegenden Teile führen lediglich eine reine Abwälz- oder Rollbewegung aus. Weiterhin
bestehen die Teile ans kreisförmigen Gliedern, die
in einfacher Weise hergestellt werden können, sodaß es nicht erforderlich ist, unübliche und schwer herzustellende
Formen zu verwenden. Die Haschine kann wegen ihrer
reinen exzentrischen Abwälzbewegung mit höheren Drehzahlen
arbeiten und dadurch kann eine größere leistung mit einem geringeren Gewicht und in einem kleineren Volumen
der Maschine entwickelt werden. Eine Änderung der Exzentrizität verändert das Kompressionsverhältnis und eine
Änderung der Tiefe der Kolben und Zylinder verändert die
009808/06 7 4 Leistung.
badoriq>nal
~ 20 -
Leistung. Die Oberfläche, die den Leistungahub aufgesetzt
ist, ist wegen der kreisförmigen Kolbenoberfläche des Kolbens
22 in Bezug auf dessen Größe 3ehr groii und der Hub
den Kurbelarmes 30 iot sehr klein. Durch die reine Abwälzung
v/erden Dichtungsprobleine ausgeschaltet und es findet eine Zündung pro Umdrehung statt, um einen weicheren Betrieb zu erhalten, als er bei Viertaktkolbenmaschinen
möglich ist. Die Arbeitsweise ist wesentlich einfacher' als bei bisher bekannten Drehkolbenmaschinen. Es ist kein
Kurbelwellenraum vorhanden, der praktisch einen vergeudeten Raum darstellt und die Maschinen können zusammengesetzt
werden und phasenverschoben betrieben werden, sodaß die Maschinensätze vollständig dynamisch abgeglichen
sind. Die Leietungspulse pro Umdrehung werden erhöht und
zwar in Abhängigkeit von der Anzahl von Maschinensätzen, die miteinander verbunden werden.
Palis der beschriebene allgemeine Y/älzkolbenmeohanismus
über Wellen 59 oder über die Zapfen 66 oder übere andere Antriebsmittel angetrieben wird, so kann dieser Mechanismus
als Kompressor oder Pumpe verwendet v/erden, wobei die Ventile etwas abgeändert werden. Beispielsweise werden die
Öffnungen 48 und 50 zu beiden Seiten der Zylinder verdoppelt und das Ventil 36 wird geschlossen gehalten. Beispielsweise
kann, wie es in Mg. 7 gestrichelt dargestellt ist, eine Öffnung 68 für den Zylinder 14 vorgesehen sein, die
druckgesteuert ist und die bei einer Kompression geöffnet
009808/0674 . wird#
BAD ORIQiNAL
wird. Eine gleiche öffnung kann auch im Zylinder 12 vorgesehen sein.
Wenn das Ventil 36 geschlossen gehalten wird, so kann der
Kolben 24 ein fluidea Medium durch die öffnung 68 pumpen, wenn diese während der Kompression geöffnet wird und die
gleiche Wirkung kann im Zylinder 12 stattfinden* Bs ist auch möglich, den Mechanismus als Tandemmaschine, Pumpe
oder Kompressor zu betreiben, und zwar in der V/eise, daß man den Auslaß des ersten Zylinders mit dem Einlaß des
zweiten Zylinders verbindet. Wenn die Wälzkolbenmaschine
mit einem fluiden Medium oder einem Gas unter hohem Druck gespeist wird, so kann diese Maschine als Flüssigkeitsmotor arbeiten» Es ist also festzustellen, daö der gleiche,
Grundabwälzmechanismus bei einer geringen Abänderung des Ventiles zu einer anderen Maschine wird, wobei diese
Maschine im Definitionsbereioh des Begriffes Wälz- oder
Rollkolbenmaschine liegt.
Patentansprüche
009808/0674
BAD OBlQiNAL
Claims (1)
- Patentansprüche1-/HoIl- oder Wälzkolbenmechanismu3 rat einem Block, in dein ^c Zylinder angeordnet sind und mit einem zylindrischen Kolben von kleinerem Durchmesser ala deu Zylinderdurchie33er, der exzentrisch innerhalb des Zylindern angeordnet iat, UEi eine zusammengesetzte Drehung 3ov/ohl um die Zylindei'acli3e al3 auch um jeine eigene Achse durchzuführen, die ^egenüter der Zylinderachse veraetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine 3ich drehende Dichtung (34) in einen im wesentlichen festen Umfangabereich des Zylinders (H) angeordnet i3t und in Abwülzkontakt mit den Kolben (24) zu allen Zeiten steht, daß der Umfang des Zylinders eine Umfangsdiskontinuität (20) aufweist, damit sich die sich drehende Dichtung (34) aus dem Zylinder (14) herausbewegen kann, da3 zusätzliche Einrichtungen (36, 46) vorgesehen sind, die mit der Drehdiohtung (34) zu3annenarbeiten, um eine Strömung durch die Diskontinuität (20) hindurch zu verhindern, daß die Exzentrizität und die Drehrichtungen des Kolbens (24) um die versetzten Achsen (28, 18) derart sind, daß ein Abwälzkontakt zwischen dem Kolben (24) und dem Umfang des Zylinders (14) geschaffen wird, wobei die Linie des Abwälzkontaktes sich progressiv um den Umfang herum und über die Diskontinuität hinweg in einer festen Richtung dreht, sodaß ein fluides Medium, welches während eines Umlaufzyklus der Abwälzkontaktlinie hinter den Kolben009808/0674eingeführt8AD ORIGINALeingeführt wird vor den; Kolben, während des n/ichnten Umlauf svklus dor nächsten Abv/Ulzkontaktlinie lie:;t und daß ein Einlaß (48) zur Einführung eines fluiden KeäiuiBS hinter den Kolben und ein AuslaiB (68) zürn Ablaß des fluiden l-Iodiums vor den Kolben iu Zylinder (H) vorgesehen sind.2« Hechanis-Eiua nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebseingang vorgesehen ist, um den Kolben anzutreibenβ3. Mechanismus nacli Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Zylinder und -ein zweiter zylindrischer Kolben (12, 22) vorgesehen sind, daß der erste und zv;eite zylindrische Kolben (24, 22) miteinander verbunden sind, un die richtige Phasenbeziehung zwischen den Kolben aufrecht zu erhalten und daß der Auslaß (68) des ersten Zylinders (H) mit den Einlaß (48) des zweiten Zylinders (12) verbunden ist.4. Hechanismus nach Anspruch 1, bei welchem der Block einen zweiten Zylinder aufweist, in dem ein zweiter zylindrischer Kolben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zweite Zylinder (12) eine Diskontinuität (20) aufweist, die mit der Diskontinuität des ersten-Zylinders fluchtet, daß die Drehdiuhtung (34) in Abwälzkontakt mit beiden Kolben (24, 22) zu allen Zeiten in den Dis-00980870674kontmuitaten.■-■■■■rwA BADkontinuitäten (20j_ steht, daß der Einlaß (48) mit dem ersten Zylinder (14) vorgesehen ist, dai3 der Auslaß (50) für den zweiten Zylinder (12) vorgesehen ist, daß der erste und der zweite Kolben (22, 24) und die Drehdichtung (34) miteinander verbunden oind (60, 64), um die richtige Phaaenbeziehung aufrecht zu erhalten, daß ein synchronisiertes Ventil (36) vorgesehen ist, damit das komprimierte fluide Medium am Ende des Kompreesionshubes dea ersten Kolbens (24) in den zweiten Zylinder (12) bei Beginn des Arbeitshubes des zweiten Kolbens (22) eintreten kann, daß eine Zündeinrichtung (54) für den zweiten Zylinder (12) vorgesehen ist und daß Leistungsabnahmeeinrichtungen (59» 60, 62, 64) für den zweiten Kolben (22) vorgesehen sind.5. Meohanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß daa synchronisierte Ventil (36) in den Diskontinuitäten (20) der beiden Zylinder (t4, 12) angeordnet ist und dais das komprimierte fluide Medium durch diese Diskontinuitäten (20) hindurch strömt.6. Mechanismus nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgespannte Dichtung (44, 46) gegen die Drehdichtung (34) anliegt, daß diese Dichtung an einem Drehteil (38) im Block 10 montiert ist und daß da3 eynchronisierte Ventil (36) mit einem Gleitkontaktkopf (42) ausg erüstet ist, der an der Drehdichtung (34) gleitet,0 09808/0674 und8AD ORIGINALund daß das synchronisierte Ventil (36) an einer zweiten Dreheinriohttmg (38) im Block (10) montiert ist.7. Mechanismus nach einem der Ansprüche 4» 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolben (-22, 24) und die Drehdichtung (34) durch Zahnräder (64) miteinander verbunden sind, um die richtige Phasenbeziehung aufrecht au erhalten.8. Mechanismus nach einem der Ansprüche 4> 5, 6 oder 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (54) die für den zweiten Zylinder (12) vorgesehen ist, eine Brennstoffdüae aufweist.9. Mechanismus nach einem der Ansprüche 4, 5» 6 oder 7 $ dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (54), die für den zweiten Zylinder (12) vorgesehen ist, eine Zündkerze ist und daß da3 fluide Medium, welches in den Einlaß (48) des ersten Zylinders (14) eintritt, brennbar ist.00980870674
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