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Drehkolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenbrennkraftmaschine
mit einem feststehenden zylindrischen äußeren Gehäuse, einem exzentrisch in diesem
gelagerten hohlzylinderförmigen Kolbenläufer, der mittels an seinem Umfang drehbar
angeordnete Gleitsegmente eine Mehrzahl von in den Segmenten radial gleitbaren FlÜgeln
fÜhrt, deren äußere Enden an der Gebäuseinnenseite und deren innere Enden ihit der
Außenseite einer konzentrisch zum Gehäuse angeordneten Nabe anliegen, so daß an
beiden Seiten des Kolbenläufers eine der Anzahl der FlÜgel entsprechende Anzahl
von volumenveränderlichen äußeren und. inneren Knmmern entsteht.
Es
sind bereits Drehkolbenkraftmaschinen dieser Bauart zur Verwendung als Dampfkraftmaschine
vorgeschlagen worden, die aur mit zwei Flügeln arbeiten. Durch die Verwendung eines
hohlzylindrischen oder topffÖrmigen Kolbenläufers, der im Gehäuse exzentrisch gelagert
ist, entstehen dabei zwei sichelförmige Räume, die durch die beiden Flügel in
Kammern unterteilt werden können. Einer dieser sichelförmigen Räume liegt
zwischen der Gehäuseinnenwand und der Außenfläche des Kolbenläufers, während der
zweite sich zwischen Kolbenläuferinnenfläche und einem mittleren Achsbolzen erstreckt.
Bei dieser bekannten Drehkolbenkraftmaschine sind die sichelförmigen Räume durch
die beiden Flügel in je zwei Kammern unterteilt, die bei-einer Umdrehung des Kolbenläufera
ihr Volumen zwischen zwei Grenzwerten verändern. Dabei wird der Reißdampf zunächst
in das innere sichelförmige System in eine dann gerade kleinstmÖglichstes Volumen
aufweisende Kammer
geleitet und leistet dort eine Arbeit, indem er .bei seiner
Entspannung und Abkühlung das Volumen der Kammer vergrößert.-Über ein geeignetes
System von überströmkanälen im.-Kolbenläufer und im Gehäuse wird der Dampf
dann ins äußere sichelfÖrmige System geleitet und leistet dort ebenfalls durch weiteres
Entspannen und Abkühlen Arbeit. Diese Drehkolbenmaschine arbeitet also zweistufig
mit einem inneren Hochdruckaystem und einem äußeren Niederdruckajetem. Ebenso wie
die Kolbendampfmaschine sind die Drehkolbendampfnaschinen durch die Entwicklung
der Dampfturbinen Überholt worden, so daß sie heute keine Bedeutung mehr haben.
Wegen der heute beherrschbaren Schwierigkeiten,
die bei der Abdichtung
bewegter ebener Flächen bei wechselnden Temperaturen gegeneinander auftreten, haben
sich Drebkolbenmaschinen als Dampfnaschinen bisher nicht durchsetzen können. Vor
allen durch die Entwicklung des Wankelmotors, der eine Drebkolbenbreunkraftaaschine
von allerdings ganz anderen Aufbau darstellt, sind die oben erwähnten Abdichtungsproblene
heute beherrschbar geworden. Beim Wankelmotor hat der Kolbenläufer in-Querschnitt
die Form einen Dreiecke mit konvexen Seiten. Er bewegt sich in einen Gehäuse, dessen
Innenraum eine ovale, in der Mitte leicht eingeschnürte Kurve (Epitrochoide). bildet.
Die drei Ecken des Kolbens berühren bei der Drehung stets die Wand den Gehäuses,
so daß drei periodisch kleiner bzw. größer werdende abgeschlossene, um 1200 versetzte
Arbeiteräume entstehen. In jeden dieser Arbeiteräume läuft während einer Umdrehung
des Kolbenläufers ein Viertakt-Otto-Prozeß ab. Trotz'des einfach erscheinenden Prinzips
hat dieser Motor eine Reihe von Nachteileng die komplizierten Formen der
Gebäuseinnenwand (Epitrochoide) und den Kolbenläufers erfordern neu zu entwickelnde
Werkzeugnaschinen, mit denen diese Formen mit der notwendigen Genauigkeit erzeugt
werden.können. Die Produktion eines solchen Motors erfordert also einen ungewöhnlich
hoben Investitionsaufwand. Außerdem treten auch Schwierigkeiten bei der Kühlung
den Kolbenläufers auf, und als weiterer Nachteil muß es angesehen werden, daß die
Kraftübertragung von Kolbenläufer auf die Antriebewelle über eine Zehn adatufe
erfolgen muß. Deshalb sind auch Drehkolbenbrennkraftmaschinen anderer Bauarten vorgeschlagen
worden, die diese Schwierigkeiten
zu vermeiden versuchen. So ist
eine zweiflügelige Drehkolbenbrennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen'worden,
die einen Viertakt-Otto-Prozeß durchführen soll. Zu diesem Zweck sind die durch
die beiden Flügel entstehenden Kammern in eine Saugkammer und eine Arbeitskammer
aufgeteilt. Das Überströmen von der einen in die andere Kammer und die Zündung
des verdichteten Luft-Brennstoffgemisches findet in Kanälen eines zwischen dem Gehäuse
und den eigentlichen Arbeiteräumen umlaufenden, sehr kompliziert gebauten Ringschiebers
statt. Der abgewickelte Ringschieber h#t einen kammartigen Querschnitt mit Durchbrüchen
zwischen einzelnen der kamm-
artigen Erhebungen. Dadurch wird die Gaawechselsteuerung
dieses Motors kompliziert und aufwendig, zumal zum Schluß des eigentlichen Arbeitstakts
noch zusätzlich komprimierte Luft zur Erzeugung einer Nachverbrennung in die Arbeitskammer
eingeblasen werden muß. Eine Vereinfachung gegenüber dem schlitzgesteuerten Wankelmotor
wird durch eine solche Ausgestaltung nicht erreicht. Demgegenüber ist es die Aufgabe
der Erfindung unter Verzeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Maschinen,
eine Drehkolbenbrennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die zur
Erzielung eines möglichst gleichmäßigen Drehmomente bei jeder Umdrehung der Abtriebswelle
und zur Erzielung eines möglichst geringen Ungleichförmigkeitsgrades der Maschine
mit einer Mehrzahl von Flügeln, d.h. einer Mehrzahl von Arbeitskammern, arbeitet
und deren Bauteile sämtlich mit Üblichen Werkzeugmaschinen-herstell- und bearbeitbar
sind, so daß die Drehkolbenbrennkraftmaschine
ohne größere Investitionen
des Herstellers oder des Werkstattbetriebes hergestellt und iiberholt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die äußeren Kammern die Verbrennungsräume
der Drehkolbenbrennkraftmaschine bilden und die die Kammern begrenzenden Flügel
dadurch in ihrer radialen Richtung festgelegt sind, daß sie an ihren inneren Enden
mit einem oder mehreren, vorzugsweise zwei, kreiaringfÖrmigen Lagerteilen versehen
sind, wobei die kreisringförmigen Lagerteile axial so zueinander versetzt sind,
daß sie eine aus einzelnen Lagerringen bestehende zylinderförmige Nabe bilden, die
auf,einer Lagerbuchse, einem Lagerbolzen oder dergl. gefÜhrt ist. In einer vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen., daß die inneren Kammern einen
Vorverdichter für die äußeren Kammern bilden, wobei das Ansaugen und ÜberstrÖmen
des-Luftbrennstoffgemisches und das Auspuffen des verbrannten Gemisches von den-mit
Gehäuseschlitzen zusammenwirkenden FlÜgeln gesteuert wird. Eine andere vorteilhafte
Bauform ist so ausgebildet, daß der Vorverdichter ein seitlich der Drehkolbenbrennkraftmaschine
angeordneter Drehkolbenverdichter von im wesentlichen gleicher Bauart wie die Drehkolbenbrennkraftmaschine
ist. Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise
beschrieben-, In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt
entlang der Linie 1-1
in Fig. 2 durch eine erfindungsgemäße Drehkolbenverbrennungsmaschine;
Fig. 2 einen Längischnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 eine Seitenansicht
eines erfindungsgemäßen-Flügels; Fig. 4 eine Vorderansicht eines erfindungegemäßen
Flügels; Fis. 5 drei Ansichten eines Gleitsegments fÜr die schwenkbare verschiebliche
Lagerung der Flügel; Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie
6-6
in Fig. 7 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Drehkolbenverbrennungsmaschine; Fig. 7 einen Längsschnitt entlang der Linie
7-7
in Fig. 6; und Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie
8-8
in Fig. 7.
In der folgenden Beschreibung der in den Figuren dargestellten
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Drehkolbenverbrennungsmaschine sind für
gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet. In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform
der erfindungegemäßen Drehkolbenbrennkraftmaschine gezeigt.
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Im Gehäusedeckel 22 eines zylindrischen Gehäuses 21 ist die mit einem
hohlzylinder- oder topffÖrmigen Kolben' läufer 20 eine Einheit bildende Abtriebswelle.24
exzentrisch zur Gehäusemittelachse gelagert. Die Exzentrizität ist bei e gezeigt.
Sechs Flügel 25 sind' mittels der Gleitsegmente 26 in am Umfang des
Kolbenläufers 20 vorgesehenen Bohrungen längsverBehieblich und in einem bestimmten
Bereich schwenkbar geführt.
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Die FlÜgel 25 werden durch einen am Gehäusedeckel
23
angeordneten Lagerbolzen 27, auf dem ein Lager 28
sitzt, zusammengehalten.
Dadurch können sich die Flügel
auf den Lagerbolzen 27 zwar
drehen, sind aber in radialer Richtung festgelegt. Die Lagerteile 49 der einzelnen
Flügel 25 sind so bemessen und gegeneinander versetzt, daß sie zusammengesteckt
werden können und in ihrer Gesamtheit eine hohlzylindrische Nabe ergeben. Der Abstand
von der Mitte des Lagerteils bis zum Flügelende entspricht im wesentlichen
den
Gehäuseradius. Die mit dem Kolbenläufer 20 ins Gehäuse 21 eingeschobenen
FlÜgel sitzen also zentrisch in Gehäuse 21 und stützen sich Über-den Bolzen
27 am Gebäusedeckel und damit am Gehäuse ab. Durch die exzentrii3che Lagerung
des Kolbenläufers 20 entstehen zwei durch die Flügel 25 in Einzelkammern
unterteilte, in Querschnitt sichelförmige Systeme. Die Kammern des Inneren Systems
sind mit Ig die des äußeren mit A bezeichnet. Dreht sich der Kolbenläufer
209 dann verändern in jeden System die Kammern I und A ihr Volumen während
einer Umdrehung einmal zwischen einem kleinsten und einem größten Grenzwert. Diese
Volunenveränderlichkeit der Kammern ist die Voraussetzung für einen Betrieb der
Maschine sowohl als Verdichter wie auch als Kraftmaschine. Die Kammern Ides inneren
Systems dienen als Anseug-und VorvordiebteroZeten. Über einen passend geformten
Ausgangestutzen 31 saugt.das innere System auf der Seite, auf der sich seine
Kammern I während der Um-
drehung erweitern, Luft-Brennstoffgemisch aus einem
Vergaser oder, bei Einspritzbetrieb, reine Luft an. Das auf der Seite der sich verkleinernden
Kammern I verdichtende Luft-Brennstoffgemisch wird über-einen
geeigneten
ÜberstrÖmkanal 30a, dessen Gehäuse bei 30
gezeigt ist, und Einlaßschlitze
39 im Gehäuse 21 zur Saugseite des äußeren Systems gepreßt. Dort fÜllt das
Luft-Brennstoffgemisch die sich verkleinernden Kammern A des äußeren
Systems. Das Brennstoff-Luftgemisch wird weiter verdichtet und wird, wenn die Kammer
A ihr geringstes Volumen hat, mittels der ZÜndkerze 35 gezünddt. Die
Explosion in der sich dann wieder erweiternden Kammer bewirkt Arbeiteabgabe Über
die FlÜgel 25 auf den Kolbenläufer 20.
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Da immer der in Drehrichtung vorn liegende FlÜgel einer
Kammer eine größere Fläche als der die Kammer hinten begrenzende Flügel hat,
wirkt der Explosionsdruck so, daß der Kolbenläufer in die gewünschte Richtung gedreht
wird. Sobald der in Drehrichtung vorn liegende Flügel 25 einer
Kam er die Auslaßachlitze 37 überfahren hat, kann das verbrannte Brennstoff-Luftgemisch
dieser Ummer A abströmen. Da die erfindungsgemäße Drehkolbenkraftmaschine
im Zweitaktverfahren arbeitet, d.h. für Ausschieben der verbrannten Ladung und Ansaugen
des frischen Brennstoff-Luftgemisches keine eigenen Arbeitstakte vorsieht, folgt
im Anschluß an den Auspuffvorgang ein Spülvorgang, bei dem das Über die Einlaßschlitze
39 einetrömende Luft-Brennstoffgemisch die Kammer von den Abgasresten
freispült, indem sie diese Über die Spülschlitze 38 hinausdrängt. Zur Intensivierung
dieses Vorganges ist der Auspuffstutzen hier so ausgebildet, daß die Geschwindigkeit
äer Auspuffgase strahlpumpenartig zur Abeaugung der Restgase und gleichzeitig zur
Beschleunigung des Spülvorganges verwendet wird. Der Auspuffstutzen wird deshalb
im folgenden SpÜlvorgangbeschleuniger 33
genannt.
Bei dieser
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkolbenverbrennungsmaschine ist der Kolbenläufer
20 mittels der nachstellbaren Lager 32 fliegend gelager#. Eine Nachstellvorrichtung
für die Lager ist bei 40 und 41 angedeutet. Es ist'jedoch auch möglich, den Kolbenläufer
beidseitig zu lagern; er muß dann n ur demontierbar'sein, um den Flügelsatz einschieben
zu können. Die Kammern des inneren Systems können dann allerdings nicht mehr als
Vorverdichtersystem verwendet werden. Die Abdichtung der Kammern gegeneinander erfolgt
durch in die FlÜgel eingelegte federnd angedrÜckte Dichtelemente, wie sie beispielsweise
an den Kanten des Dreiecksläufers des Wankelmotors Verwendung finden. Die Abdichtung
der Kammern I und A
beider Systeme gegeneinander erfolgt durch kreisabschnittsförmige,
in eine Nut des Kolbenläufers 20 eingelegte, federnd oder vom Gasdruck an den Gehäusedeckeln
22 und 23 angepreßte Dichtelemente. Bei 46 sind diese Dichtelemente gezeigt.
Bei 47 ist ein in eine Kreisringnut des Gehäusedeckels 23 eingelegtes Dichtelement
gezeigt, welches die Kammern I des inneren Systems nach innen-abdichtet. Auch die
Gleitsegmente 26 haben gleichzeitig Dichtungsaufgaben und sind deshalb zweiteilig
ineinandergreifend ausgebildet. Eine Feder 52 drückt die beiden Teile axial
nach außen, so daß deren Stirnflächen einerseits anden Stirnwänden der Bohrungen
im Kolbenläufer 20 und andererseits am Gehäusedeckel 23 anliegen. Diese zweiteilige
Ausbildung der Gleitsegmente ist in Fig. 5
gezeigt.
In Fig.
3 und 4 ist die Seitenansicht und Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Flügels
25 gezeigt. In Fig. 3
ist außerdem noch ein weggebrochener Teil des
Kolbenläufers 20 gezeigt, in dem zur Abdichtung zwischen den Kammern I des inneren
Systeme und den Kammern A des äußeren Systems an den Gleitsegmenten anliegeffde
Dichtelemente 53 dargestellt sind. Die Nuten fÜr die in die Flügel einzulegenden
Dichtelemente sind in Fig. 4 nur schematisch mit strichpunktierten Linien angedeutet.
Der FlÜgel 25 besteht aus dem im wesentlichen rechteckigen FlÜgelteil
50 und den kreiaringfÖrmigen Lagerteilen 49, von denen hier zwei gezeigt
sind. Bei grÖßerer Breite des Kolbenläufers kann der Flügel auch mehr als zwei Lagerringe
haben. Die Lagerteile 49 der Flügel 25 eines kompletten Flügelsatzes müssen,
verglichen mit den anderen Flügeln, so versetzt sein, daß sie ineinandergesteckt
und mittels beispielsweise einer Buchse 45 (Fig. 7) zusammengehalten werden
kÖnnen. .In Fig. 6 und 7 ist ein Quer- und ein Längsschnitt einer
anderen AusfÜhrungeform der erfindungsgemäßen Drehkolbenbrennkraftmaschine dargestellt.
Bei dieser Bauart ist mit der eigentlichen Kraftmaschine D ein bauartgleicher
Verdichter V zusammengebaut. Der Verdichter V Übernimmt hier die Aufgabe der Kammern
I des inneren Systems der bei den Fig. 1 und 2 besebriebenen AusfÜhrungsform,
d.h. im Verdichter erfolgt die Vorverdfehtung des Brennstoff-Luftgezisches' bzw.
der-Luft. Durch die Wahl eines Verdichters, der im wesentlichen die gleichen Bauteile
wie die Kraftmaschine hat, ergeben
sich Vorteile bezüglich der
Bearbeitung der Einzelaggregate und der treatzteii11agerhaltung. Außerdem gestattet
die Gleichartigkeit der Maschinen die direkte Kopplung der Kolbenlaufer 20, 201
von Kraftmaschine D
und Verdichter V. In Fig. 7 ist diese Lopplung
der Kolbenläufer durch die Schrauben 62 angedeutet. Selbstverständlich könnte
aber auch ein Verdichter anderer Bauirt, z.B. ein Rootes-Gebläse, verwendet werden.
Die kreiaringförnigen Lagerteile 49 werden hier sowohl bei der Kraftmaschine
D als auch bei dem Verdichter V durch je eine Buchse 45 zusammengehalten
und zentriert. Die Flügel 25 stÜtzen sich also gegenseitig in Gehäuse 21
ab. Die Buchee 45 dreht sich beim Umlauf der Flügel mitg läßt aber gewisse Relativdrehungen
der Lagerteile 49 gegeneinander zu. Der Arbeitsablauf in der Kraftmaschine
D ist identisch mit dem bei der Beschreibung der Fig. 1 und 2 beschriebenen
Arbeitaablauf in den Kammern A des äußeren Systems. In Kolbenläufer 20 der
Kraftmaschine D sind Zündmulden 58 vorgesehen, in denen die Zündung
des Luft-Brennstoffganisches eingeleitet wird. Zu diesem Zweck sind in Fig.
7 zwei Zündkerzen 35 gezeigt, die entweder beide gleichzeitig in jeder
Kammer zÜnden (Doppelzündung) oder vorzugsweise abwechselnd in jeweils einer anderen
Kammer zünden. Die zweite Verfahrensweise setzt die Häufigkeit der Zündvorgänge
der Einzelzündkerze auf die Hälfte herab. Dadurch wird die ZUndkerzenle#enadauer
erhöht und-die Zündanlage selbst in Aufbau einfacher. Die Zündkerzen 35 sind
hier einpolig mit einer Mittelelektrode
dargestellt. Die zweite
als auswechselbare Leiste ausgebildete Elektrode 59 liegt in der ZÜndmulde
und wird während des SpÜl- und Verdichtungsvorganges vom Luft-Brennstoffgemisch
gekühlt. In Fig. 8 ist ein Querschnitt des Verdichters V gezeigt, aus dem
hervorgeht, daß der Verdichter denselben Aufbau wie die Kraftmaschite
D hat. Über einen Ausgangsstutzen 31' wird das Luft-Brennstoffgemisch
angesaugt und in den Überströmkanal 30a', dessen Gehäuse mit 30' bezeichnet
ist, gefördert. Der Überströmkanal 30al wird zu den in Fig. 6 und
7 gezeigten #Einlaßschlitzen 39 der Kraftmaschine D gefÜhrt.
Der Verdichter V kann in seiner Breitenerstreckung größer als die Kraftmaschine
D ausgeführt sein. Mittels der dadurch erhöhten Fördermenge kann einerseits
der SpÜlvorgang verstärkt und andererseits ein Auf- oder Überladeeffekt in den Arbeitskammern
erreicht werden, Die Anzahl der ZÜndungen je Umdrehung beträgt bei der dargestellten
Ausführung mit zwei abwechselnd zÜndenden Zündkerzen drei Zündungen pro Zündkerze
und Umdrehung.