DE19733617A1 - Wechselrichtungsdrehkolbenverbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um die chemische Energie eines Kraftstoffes in eine rotierende Bewegung umzuwandeln, ist es bisher üblich, einen zylindrischen Kolben in einem umschließenden Zylinder hin- und herzutreiben und mit Hilfe einer Kurbelwelle aus dieser translatorischen Bewegung eine Rotation zu erzeugen. Da hierbei die Kraft während eines großen Teils der Bewegung gegen die Achse wirkt, entsteht prinzipiell ein beachtlicher Energieverlust.

Bei Drehkolbenmotoren nach Art des Wankelmotors entsteht zwar direkt eine Drehbewegung, aber beim Arbeitstakt wirkt der Kolben wie ein zweiseitiger Hebel, bei dem ein Teil der Kraft nach hinten geht und damit den Wirkungsgrad negativ beeinflußt.

Der von uns entwickelte Flügelkolbenmotor (Patentanmeldung vom 7.1.1997 amtliches Aktenzeichen 197 00 250.1), bei dem sich zwei kreisausschnittförmige Kolben in einem Zylinder abwechselnd bewegen, behebt diese Nachteile. Die wechselnde Verriegelung der Kolben mit dem Zylinder und mit der Achse stellt aber ein Problem dar.

Aufgabe der Erfindung "Werimo" ist es, gleich eine rotierende Bewegung zu erhalten und diese Bewegung auf die Antriebsachse zu übertragen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Vorteile der Erfindung sind:

• - die symmetrische Massenverteilung bei der Rotation des propellerartigen Kolbens
• - geringe Baumaße
• - großes Drehmoment
• - es ereignen sich alle Takte gleichzeitig, bei nur einem Motor
• - Mehrzylinderbauweise wird überflüssig
• - keine dauerhaft kraftschlüssige Verbindung zwischen Kolben und angetriebener Achse, so daß deren Geschwindigkeiten verschieden sein können.

Beispielbeschreibung der Patentanmeldung

Ein Ausführungsbeispiel des Wechselrichtungsdrehkolbenverbrennungsmotors ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1: Schnitt eines WERIMO senkrecht zur Antriebsachse;

Fig. 2: Schnitt eines WERIMO parallel zur Antriebsachse;

Fig. 3-4: zwei von vier Situationen eines laufenden WERIMO;

Fig. 5: Detailzeichung des Achsenmitnehmers.

Das Gehäuse des WERIMO (Fig. 1-A, Fig. 2-A) entspricht in der Form etwa einem Autoreifen, aus dem zwei gegenüberliegende Stücke (Fig. 1-B) herausgeschnitten sind. Die Schnittflächen (Fig. 1-C) sind durch Deckel verschlossen. An Stelle der Felge schließt sich nach innen an das Gehäuse der ringförmige Kolbenträger (Fig. 1-D) an. Dieser umschließt wiederum zentrale Achsen (Fig. 1-E, Fig. 2-E), die die Bewegungsenergie von dem Kolbenträger übernehmen und an das Getriebe weitergeben. Die eine dieser Achsen liegt in der Verlängerung der anderen (Fig. 2-E1, E2). Sie treffen sich in der Mitte des "Autoreifens" (Fig. 2-F). Der Innenraum des verbliebenen "Autoreifens" bildet die Verbrennungsräume (Fig. 1-G). Diese haben die Form eines gekrümmten Zylinders. Weil diese Form so schwer zu beschreiben ist, soll folgender bekannte Gegenstand zur Veranschaulichung herangezogen werden: Ein Fleischwurstring, aus dem zwei gegenüberliegende Stücke herausgeschnitten sind, sieht aus wie die Verbrennungsräume des WERIMO.

In dem Gehäuse befindet sich der Propellerkolben (Fig. 1-H). Er besteht aus zwei Teilkolben, die starr miteinander verbunden sind, weil sie beide um 180 Grad entgegengesetzt auf dem Kolbenträger sitzen (Fig. 1-H1, H2). Da diese Form an einen zweiflügeligen Propeller erinnert, haben wir diesen Begriff gewählt. Der drehbar gelagerte Kolbenträger ist zu den Verbrennungsräumen so ausgebildet, daß ein runder Querschnitt entsteht. Er umschließt beide Achsen. Die eine Achse dreht sich in Uhrzeigerrichtung und die andere umgekehrt. Der Propellerkolben dreht sich hin und her, weil die Teilkolben in den beiden Verbrennungsräumen auch hin- und hergetrieben werden.

Diese beiden Räume werden durch die Teilkolben noch einmal unterteilt, so daß vier Räume existieren (Fig. 3-I, J, K, L), in denen sich die Takte von Verbrennungsmotoren (ansaugen, verdichten, arbeiten, ausstoßen) ereignen. Die Teilkolben sind zweiseitig wirkende Kolben, bei denen sich vorne und hinten je einer dieser Vorgänge ereignet. Weil 4 Räume zur Verfügung stehen, können sich alle 4 Vorgänge gleichzeitig ereignen.

Der Ablauf sieht so aus, daß bei Bewegung des Propellerkolbens im Raum I etwa angesaugt wird. Gleichzeitig wird in Raum J verdichtet, in Raum K wird gearbeitet und schließlich in Raum L wird ausgestoßen (Fig. 3). Angetrieben wird der Vorgang durch den Arbeitsvorgang in Raum C. Dabei wird ebenfalls die eine Antriebsachse mitgenommen. Ein Teil der Energie wird genutzt, um in Raum B zu verdichten. Um Energieverlust zu vermeiden, sind in den Deckeln (oder auf den Kolben oder auf beiden) Federn oder elastische Körper nach dem Klick- Klack-Prinzip (Fig. 4-M) angebracht, die beim Zusammenschlagen die Bewegungsrichtung des Propellerkolbens relativ verlustlos umkehren. Wenn der Propellerkolben seine Bewegungsrichtung gewechselt hat, wird in Raum J gearbeitet, in Raum K ausgestoßen, in Raum L angesaugt und in Raum I verdichtet (Fig. 4). Da die Bewegungsrichtung des Propellerkolbens sich geändert hat, wird nun die andere Antriebsachse mitgenommen und zwar in die andere Richtung. Wenn der Propellerkolben sich auf diese Art vier mal hin- und herbewegt hat, ist der Motor wieder in seiner Ausgangsstellung angelangt. Bei jedem dieser Vorgänge wird gearbeitet. Die Gaszu- und Abführung erfolgt durch Ventile, die in den Deckeln der Verbrennungsräume eingebaut sind. Insgesamt sind vier Deckel vorhanden, so daß mindestens vier Einlaß- und vier Auslaßventile benötigt werden. Um den Füllungsgrad der Verbrennungsräume zu erhöhen, können mehr Ventile vorhanden sein. Die Ventile werden durch zwei Nockenwellen betätigt, die so angebracht sind, daß sie jeweils die Ventile von zwei Verbrennungsräumen steuern können (Ventile, Gaszu- und -abführungsrohre und Nockenwellen sind nicht dargestellt, sondern in (Fig. 1-N) ist lediglich der Raum markiert, wo sie sich befinden.).

Es wäre auch denkbar, die Gaszu- und -abführung durch Schlitze zu bewerkstelligen, die außen entlang der Verbrennungsräume angebracht sind, und die durch rotierende Ringe, die ebenfalls Schlitze enthalten, zu verschließen sind.

Der WERIMO ist sowohl als Selbstzünder baubar, als auch mit Zündkerzen, die ebenfalls in den vier Deckeln der Verbrennungsräume angebracht sein sollen (Zündkerzen sind in den Figuren nicht dargestellt).

Die Übertragung der Bewegung von den Kolbenträgern auf die Antriebswellen funktioniert mit beweglichen Feststellern, die nur in einer Richtung wirken. In dem Kolbenträgerring sitzt nach innen zur Antriebsachse hin ein oder mehrere Mitnehmerzähne (Fig. 1-O, Fig. 5), der sich so um seine Halterung (Fig. 5-Q) bewegen kann, daß er entweder ganz in dem Kolbenträger liegt oder aus diesem herausragt und in Zähne der Antriebswelle (sind in den Figuren nicht eingezeichnet) greift. Ersteres soll sein, wenn sich der Propellerkolben in eine Richtung dreht und letzteres bei der folgenden umgekehrten Bewegung. Der Kolbenträger enthält in zwei Ebenen entgegengesetzt wirkende Mitnehmerzähne (Fig. 2-R). Die eine Ebene dient somit dazu, die eine Antriebsachse mitzunehmen und die andere nimmt die andere Achse mit, allerdings in die andere Drehrichtung.

Die Bewegung des Mitnehmerzahnes in die Ausbuchtung des Kolbenträgerringes oder in die Zähne der Antriebswelle funktioniert dadurch, daß der Schwerpunkt des Zahnes (Fig. 5-P) von seinem Drehpunkt zur Antriebsachse hin liegt. Angenommen, der Zahn hat die Antriebsachse gerade mitgenommen, und der Propellerkolben ändert nun seine Drehrichtung, so wird der Zahn durch seine Massenträgheit in die Ausbuchtung des Kolbenträgers bewegt. Das wird unterstützt durch die Zähne der Antriebswelle, die sich ja weiterdreht. Diese Zähne sind so geformt, daß sie den Mitnehmerzahn sofort wegdrücken, wenn sich die Antriebswelle schneller dreht, als der Propellerkolben. Ist nun die Gegenbewegung zu Ende, wird der Mitnehmerzahn durch seine Massenträgheit anders herum geworfen und greift wieder in die Antriebsachse und treibt sie vorwärts. Wegen der Größe der auftretenden Kräfte und wegen der Symmetrie der Bewegung (Gleichlauf, Abnutzung) ist davon auszugehen, daß mehrere Mitnehmerzähne in jeder Ebene zweckmäßig sind.

Die beiden Antriebsachsen können durch ein Getriebe aneinandergekoppelt werden. Dieses Getriebe kann außerhalb des Motores liegen oder auch im Inneren der Antriebsachsen. Die Kopplung der Achsen durch ein innenliegendes Getriebe könnte so aussehen, daß die eine Achse innen hohl ist und die andere Achse verjüngt in den Hohlraum ragt. Zwischen den beiden Achsen laufen Zahnräder, die von der Seite her festgehalten werden müssen.

Durch Vergrößerung des Radius des Kolbenträgerringes steigt das Drehmoment und der Hubraum. Der Hubraum läßt sich durch Veränderung des Mittelpunktswinkels für den Kreisringausschnitt der Verbrennungsräume variieren oder durch Veränderung des gebogenen Zylinderraumes.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung durch Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwei starr miteinander verbundene Teilkolben, die auf einem ringförmigen Kolbenträger sitzen, in zwei gegenüberliegenden teilringförmigen Verbrennungsräumen hin- und herbewegen. Diese Verbrennungsräume sind durch ein entsprechendes Gehäuse umschlossen und an beiden Enden durch Deckel verschlossen, in denen sich je ein oder mehrere Ein- und Auslaßventile befinden. Die Kolbenträger sind drehbar um zwei Antriebsachsen, deren eine in der Verlängerung der anderen liegt und die sich entgegengesetzt drehen. Sie treffen sich in der Mitte des Kolbenträgerringes. Durch die beiden Kolben werden die beiden Verbrennungsräume in vier Räume geteilt, in denen jeweils die Verbrennungsmotorvorgänge (ansaugen, verdichten, arbeiten, ausstoßen) ablaufen. Durch die vier Räume finden die vier Vorgänge gleichzeitig statt. Die Zündung des Gasgemisches erfolgt durch Zündkerze oder Selbstzündung. Durch Veränderung der Mittelpunktswinkel der Verbrennungsräume läßt sich das Volumen der Verbrennungsräume bei etwa gleichem Außenmaß verändern. Durch Vergrößerung des Radius der Antriebsachse läßt sich das Drehmoment ändern.

2. Vorrichtung zum Übertragen der Kraft, die nach Anspruch 1 erzeugt wird, auf die Antriebsachsen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kolbenträgern Mitnehmerzähne liegen, die entweder in dem Kolbenträger verschwinden oder die in Zähne der Antriebsachsen greifen und sie mitnehmen. Die Mitnehmerzähne bewegen sich durch ihre Massenträgheit bei jeder Änderung der Drehrichtung der Kolbenträger. Das wird erreicht durch geeignete Wahl des Schwerpunktes der Mitnehmerzähne. Der Schwerpunkt muß vom Drehpunkt der Zähne aus zur Mitte der Antriebsachse hin liegen. Die Mitnehmerzähne müssen in dem Kolbenträgerring in zwei Ebenen liegen und umgekehrt wirken, damit bei einer Drehrichtung die eine Antriebsachse und bei der anderen Drehrichtung die andere Antriebsachse mitgenommen wird.

3. Vorrichtung zum Koppeln der Kraft, die nach Anspruch 1 erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen durch ein Getriebe miteinander verbunden werden. Dieses Getriebe muß die Drehrichtung der beiden Achsen angleichen, was dadurch geschieht, daß z. B. an jeder Achse ein Zahnrad ist. Außen davon sitzt eine Achse mit zwei Zahnräder. Eines greift direkt in ein Zahnrad einer Antriebswelle, während zur Drehrichtungsumkehr zwischen dem zweiten Außenzahnrad und dem der zweiten Antriebsachse ein weiteres Zahnrad angebracht ist.

Da die Antriebsachse einen großen Durchmesser hat, kann das eben beschriebene Getriebe auch in der Antriebsachse untergebracht werden. Dabei könnte die eine Antriebsachse mit geringerem Durchmesser durch die andere verlaufen, und die Kaftübertragung könnte durch ein Planetengetriebe erfolgen, wobei die Planetenräder von außen festgehalten werden müssen.

4. Vorrichtung zur Gaszu- und -abführung für Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Verbrennung benötigte Gas durch Schlitze ein-/ausgelassen werden kann, die außen in den Verbrennungsräumen sind und die durch sich drehende Ringe, die ebenfalls Schlitze enthalten, geschlossen oder geöffnet werden.