DE19812853A1 - Epi- und Hypozylkloidische Drehkolbenmaschine mit Rollen oder Rollensegmente als Dichtmodule - Google Patents

Abstract

Drehkolbenmaschinen, kurz DKM genannt, dessen Drehkolben-Außenform von gestreckten Epi- oder Hypozykloiden mit einer beliebigen Zykloidenstrahllänge a abgeleitet und um einen bestimmten Radius b verkleinert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkolben mittels einer Exzenterwelle, die die gleiche Exzentrizität e haben, oder mittels eines Planetengetriebens so geführt und gesteuert wird, daß er sich zu einer, zwei, drei oder noch mehreren Dichtrollen mit dem Durchmesser d = 2b, die mit dem gleichen Abstandsmaß a vom Mitelpunkt der DKM vorzugsweise im feststehenden Gehäuse auf Wellen rollend, in Führungsschalen gleitend oder in Führungsschuhen hydrostatisch gelagert sind, erfindungsgemäß abrollen, wodurch sehr geringe Reibverluste erzielt werden. Wird kein Abrollen zwischen Drehkolben und Dichtelementen gewünscht, wie es z. B. beim Verbrennungsmotor von Vorteil ist, so können in Anwandlung als Dichtmodule bei gleicher Form des Drehkolbens auch nur Rollensegmente verwendet werden, die im stehenden Gehäuse fest montiert oder in Nuten gleitend geführt sind und mittels mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Kräften an den Drehkolben angedrückt werden. Hierbei werden grundsätzlich zwei verschiedene Systeme angewandt, wobei sich im ersten Fall der Drehkolben mit einem ganz bestimmten Drehzahlverhältnis zur Exzenterwelle in entgegengesetzter Drehrichtung dreht, diese DKM ist besonders gut für sehr hohe Drücke geeignet, wie sie z. B. bei Verbrennungsmotor, ...

Description

1.0 Allgemeines, Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Drehkolbenmaschinen (kurz DKM genannt) zu schaffen, bei denen die Dichtelemente Rollen sind, die sich bei Drehung des Kolbens auf dessen Mantelfläche abrollen, wodurch sehr geringe Reibverluste erzielt werden. Damit die Dichtrollen, die als Voll- oder Hohlrol­ len ausgebildet sind, in Extremfällen nicht klemmen und zur ungleichmäßigen Abnutzung gelangen, können sie bei Bedarf mit einer Minimaldrehzahl über Freiläufe von außen zwangsläufig angetrieben werden (ohne Abbildung).

Die bisher bekannten Drehkolbenmaschinen, worunter auch der sogenannte Wankelmotor fällt, ha­ ben den großen Nachteil, daß die Dichtelemente vorzugsweise im Drehkolben untergebracht sind, wodurch hohe Fliehkräfte und somit auch hohe Reibverluste entstehen. Außerdem kann der Berüh­ rungswinkel zwischen Dichtleisten und Hüllkurven sehr gering werden, siehe hierzu Beschreibung unter Abschnitt 4.4, wodurch die Dichtleisten mit dem Winkel µ (siehe Abb. 5.2) spitz ausgeführt wer­ den müssen, was leicht zum Verklemmen und somit zum Fressen zwischen Dichtleiste und Drehkol­ ben oder Gehäuse führt. Dieses trifft auch für bekannte Drehkolbenmaschinen zu, bei denen die Dichtleisten im feststehenden Gehäuse untergebracht sind.

Auf Zeichng. Bl. 1 ist in den Abb. 1.1 u. 1.2 so eine neue DKM schematisch in den Schnitten A-A u. B-B aufgezeichnet, wobei ein Drehkolben DK, der die Form einer Niere hat, genaue Beschreibung siehe Abs. 5.2, mittels einer Exzenterwelle EW so geführt und gesteuert wird, daß er die beiden Dicht­ rollen DR1 u. DR2, die hier als hohle Keramikrollen ausgebildet und über die beiden getrennten Druckölanschlüsse OE hydrostatisch gelagert sind, ständig berührt. Die Dichtrollen können dabei di­ direkt im Gehäuse, oder auch in Gleitschuhen GS (siehe Abb. 1.2 obere Hälfte), die sich bei Abnutzung leicht auswechseln oder nachstellen lassen, geführt werden. Diese Drehkolbenmaschine ist hier als Kompressor (Luftverdichter) dargestellt, wobei die Luft automatisch über je zwei Einlaßventile, z. B. EV1 u. EV2 wechselwirkend angesaugt und über je zwei Auslaßventile (hier AV3 u. AV4) ausgedrückt wird, wenn der Drehkolben mit gleicher Geschwindigkeit, jedoch in entgegengesetzter Drehrichtung wie die Exzenterwelle angetrieben wird.

Neben der hydrostatischen Lagerung können die Dichtrollen DR jedoch auch gleitend oder rollend mittels Nadellagem NL auf Führungswellen FW, wie in Abb. 1.3 u. 1.4 dargestellt, gelagert werden. Wird eine Führungswelle in zwei gegenüberliegende Exzenterbuchsen EB geführt, wie in Abb. 1.13 dargestellt, so können die Anpreßkräfte der Dichtrollen an den Drehkolben genau von außen einge­ stellt, bzw. bei Abnutzung nachgestellt werden.

Eine andere interessante Lösung zeigen die Abb. 1.5 bis 1.7, wobei die hohle Dichtrolle DR zwischen zwei durchgehenden Führungsrollen FR1 u. FR2 so geführt wird, daß sie sich leicht verformt und so­ mit eine bestimmte Anpreßkraft zwischen ihr und dem Drehkolben erzeugt. Wird eine Führungsrolle, z. B. FR1, wie im vorhergehenden Abschnitt für die Dichtrolle beschrieben, auch mittels zwei gegen­ überliegenden Exzenterbuchsen EB gelagert, so kann die Verformung und somit die Anpreßkräfte von außen ein- bzw. nachgestellt werden. Anstelle der durchgehenden Führungsrollen können auch nadelgelagerte DIN-Kurvenrollen KR, wie in Abb. 1.6 dargestellt, zur Anwendung kommen.

Wird kein Abrollen zwischen Drehkolben und Dichtrollen gewünscht, so können in Abwandlung als Dichtelemente bei gleichen Formen der Drehkolben auch nur Rollensegmente verwendet werden. Diese Dichtleisten DL werden in Nuten des Gehäuses geführt und können je nach Bedarfsfall wie in Abb. 1.9 und in der linken Seite von Abb. 1.8 dargestellt, mittels Schrauben SH und einer Zwischen­ platte 2P zum Abstimmen fest verschraubt oder aber wie in Abb. 1.10 über Druckfedern DF ange­ drückt, bzw. wie in Abb. 1.11 mittels Drucköl OE an den Drehkolben mit einstellbaren Drücken ange­ preßt werden.

Diese zweite Variante bewirkt, daß durch das Gleiten der Berührungslinien einmal auf der gesamten Mantelfläche des Drehkolbens und zum anderen auf einem kleinen Kreissegment der Dichtleiste Fremdkörperpartikel, wie sie z. B. beim Verbrennungsmotor entstehen, abgeschabt werden. Verstärkt wird dieser Vorgang noch, wenn die Dichtleisten mit kleinen parallelen Nuten versehen werden, wie in Abb. 1.12 vergrößert dargestellt.

Um diese gewünschten technischen Neuerungen, Rollen oder Rollsegmente als Dichtelemente bei Drehkolbenmaschinen zu verwirklichen, sind ganz neue Formen von Drehkolben und Gehäuse nö­ tig. In den folgenden Abschnitten werden mehrere Lösungen aufgezeigt. Hierzu ist es notwendig zu­ nächst die einzelnen Kreiskurven, die sogenannten Zykloiden und dann die Beziehung zueinander kurz aufzuzeigen, um Ergebnisse über die Verwendbarkeit dieser Kurven für technische Maschinen, den Dreh- oder Rotationskolbenmaschinen, zu bekommen. Auf geometrische und mathematische Beweise soll hier weitgehendst verzichtet werden, damit einmal der Rahmen einer Patentanmeldung nicht überschritten wird und zum anderen kann hier auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen wer­ den, in der jedoch z. T. nur unvollständig das Zusammenwirken der verschiedenen Zykloiden unter­ einander beschrieben wird.

Außerdem soll aus den gleichen Gründen bei dieser Patentbeschreibung nur Drehkolbenmaschinen in Betracht kommen, bei denen die Dichtrollen bzw. Rollensegmente im feststehenden Gehäuse an­ geordnet sind. Hierbei werden hauptsächlich zwei verschiedene Systeme untersucht. Bei dem ersten System dreht sich der Drehkolben in einem bestimmten Drehzahlverhältnis zur Exzenterwelle in ent­ gegengesetzter Drehrichtung, wobei sehr hohe Drücke erzeugt werden können und im zweiten Fall sind die Drehrichtungen von Exzenterwelle und Drehkolben gleich, wobei jedoch nur kleine bis mitt­ lere Drücke verarbeitet werden können. Andere Systeme, bei denen z. B. die Dichtrollen im drehen­ den Kolben untergebracht sind, oder bei denen der Drehkolben sich an der Gehäusewand abwälzt, sollen in externen Patentanmeldungen beschrieben und geschützt werden.

2.0 Die Zykloiden

Nach dem 1. Bildungsgesetz (1. BG), siehe Dubbel, entstehen Epizykloiden (EZ), wenn man einen Punkt P auf einem bewegten Kreis (Rollkreis RK) mit dem Radius r betrachtet, der sich außen auf einem festen Kreis (Festkreis FK) mit dem Radius r, 2r, 3r usw. abrollt, und Hypozykloiden, wenn sich der Rollkreis mit dem Radius r innen auf einem Festkreis mit dem Radius 2r; 3r; 4r usw. ab­ wälzt. Das 2. BG, doppelte Erzeugung von zyklischen Kurven, kann auch im Dubbel oder in ander­ en Fachbüchem nachgelesen werden, soll hier aber nicht weiter betrachtet werden.

Daneben gibt es noch ein 3. BG für zyklische Kurven, deren Gesetzmäßigkeit von dem einen End­ punkt P einer Geraden mit einer Länge l bestimmt wird, die sich mit dem anderen Endpunkt, E auf einem Kreis, dem sogenannten Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e und mit einem bestimmten Geschwindigkeitsverhältnis zum Exzenterpunkt sich um diesen in gleicher oder entgegengesetz­ ter Richtung dreht. Mit diesem 3. BG lassen sich Zykloiden viel einfacher aufzeichnen und die Bewe­ gungsabläufe leichter beschreiben.

2.1 Die einspitzige (einbogige) Epizykloide EZ1

Auf Zeichng. Bl. 2 ist in Abb. 2.1 eine einspitzige (einbogige) Epizykloide EZ1 dargestellt, die nach dem 1. BG dadurch entsteht, wenn man einen beliebigen Punkt P auf dem Rollkreis RK mit dem Radius r betrachtet, der sich auf dem Festkreis FK mit dem gleichen Radius r abrollt. Nach einen beliebigen Abrollwinkel α hat sich der Mittelpunkt des Rollkreises von M_RK0 nach M_RK1 und die Gerade P₀-M_RK0 nach P₁-M_RK1 bewegt, wobei der Drehwinkel dieser Geraden β = 2α beträg. P₁ ist somit ein Punkt der EZ1.

Diese EZ1 entsteht aber auch nach dem 3. Bildungsgesetz (3. BG) durch den einen Endpunkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = 2r, wenn der andere Endpunkt E auf einem Exzenterkreis EK, der bei der einspitzigen EZ1 gleich dem Festkreis FK ist (r = e), so geführt wird, daß die Drehgeschwindigkeit dieser Geraden halb so groß ist wie die des Exzenterpunktes E und die Drehrichtungen gleich sind, z. B. rechts im Uhrzeigersinn. Als Beweis dient das Parallelogramm M_EZ1-M_RK1-P₁-E₁, wobei der Winkel β = 2α ist.

Nach zwei vollen Umdrehungen des Exzenterpunktes E um den Mittelpunkt M_EZ1 hat sich die Gera­ de P-E von ihrer Ausgangslage P₀-E₀ ausgehend, einmal gedreht und der Endpunkt P dabei eine vollständige, einspitzige Epizykloide erzeugt.

Verlängert man die Gerade P₁-E₁ mit der Länge l = 2r um das Doppelte bis zum Punkt G2', so ent­ spricht diese Gerade G1'-G2' mit der Länge g = 4r der Verbindungslinie zweier gegenüberliegender (um 180° versetzter) Rollkreis RK₁ u. RK₂ und der Punkt P₂ = G2' ist somit auch ein Punkt P der EZ1.

Wird also die Gerade G1-G2, die mathematisch gesehen eine zweispitzige Hypozykloide HZ2 ist, siehe hierzu Beschreibung unter Abs. 3.1, mit ihrem Halbierungspunkt G auf dem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e um den Mittelpunkt M_EZ1 so geführt, daß ihre Drehgeschwindigkeit γ genau die Hälfte der des Exzenterpunktes beträgt (δ = 1/2γ bzw. γ = 2δ) und die Drehrichtungen gleich sind, z. B. rechts im Uhrzeigersinn, so berühren die beiden Endpunkte G1 u. G2 immer die Mantellinie der EZ1 und sie geht immer durch die Wengespitze W.

Die gesamte Innenfläche der EZ1 wird also durch die Gerade G1-G2 in der waagerechten Aus­ gangslage zunächst in zwei gleichgroße Teilflächen geteilt. Beim Weiterdrehen dieser Geraden mit­ tels eines Exzenters bildet sich zwischen ihr und der Kurvenlinie der EZ1 und den beiden Punkten W u. G2' eine dritte Fläche, deren Inhalt immer größer wird, nach 270° Drehwinkel seinen größten Wert erhält und nach weiteren 270° (insgesamt 540° = 1 1/2 Umdr.) wieder zu Null wird. Der Exzen­ terpunkt E hat dabei drei volle Umdrehungen ausgeführt, siehe hierzu auch Beschreibg in Abs. 6.1.

2.2 Die zweispitzige (zweibogige) Epizykloide EZ2

Auf Zeichng. Bl. 2 ist in Abb. 2.2 eine zweispitzige (zweibogige) Epizykloide EZ2 dargestellt, die nach dem 1. BG dadurch entsteht, wenn man einen beliebigen Punkt P auf dem Rollkreis RK mit dem Ra­ dius r betrachtet, der sich auf dem Festkreis FK mit dem doppelten Radius 2r abrollt. Nach einem beliebigen Abrollwinkel α hat sich der Mittelpunkt des Rollkreises von M_RK0 nach M_RK1 und die Gerade P₀-M_RK0 nach P₁-M_RK1 bewegt, wobei der gesamte Drehwinkel dieser Geraden β = 3α be­ trägt. P₁ ist somit ein Punkt der EZ2.

Diese EZ2 entsteht aber auch nach dem 3. BG durch den einen Endpunkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = 3r, wenn der andere Endpunkt E auf einem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e so geführt wird, daß die Drehgeschwindigkeit dieser Geraden ein Drittel so groß wie die des Exzenter­ punktes E und die Drehrichtungen gleich sind, z. B. rechts im Uhrzeigersinn. Als Beweis dient das Parallelogramm M_EZ2M_RK1 P₁ E₁, wobei der Winkel β = 3α ist. Nach einer vollständigen Umdrehung (360°) erreicht der Exzenterpunkt E₁ wieder die gleiche Lage, wobei die Gerade E₁ P₁ sich nur um ein Drittel (120°) in die gleiche Drehrichtung weitergedreht und die Lage E₁P₂ erreicht hat. Nach zwei vollen Umdrehungen des Exzenterpunktes E hat die Gerade die Lage E₁P₃ und nach drei vollen Umdrehungen wieder die Ausgangslage erreicht.

Wird nun die einspitzige Epizykloide EZ1 in die zweispitzige EZ2 eingelegt, siehe Punkt-Strich-Linie und mit ihrem Mittelpunkt M_EZ1 auf dem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e um den Mittelpunkt M_EZ2 so geführt, daß die Drehgeschwindigkeit gleich groß, die Drehrichtungen jedoch entgegenge­ setzt sind, siehe hierzu 3. BG für eine HZ2 (Abs. 3.1), so berühren die beiden Wendespitzen W1 u. W2 der EZ2 immer die Mantelfläche der EZ1 und ihre Wendespitze W wandert dabei auf der Geraden W1-W2, sowie der Punkt G auf der Geraden G1-G2.

In Abb. 2.2 ist eine zweite EZ1' (gestrichelte Linie) um den Exzenterpunkt E₁ eingezeichnet, wobei der Drehwinkel γ des Exzenterpunktes E gleich dem gezeichneten Winkel β der feststehenden EZ beträgt. Die gestrichelte EZ1' hat sich dabei um den Winkel δ in entgegengesetzter Richtung ge­ dreht (γ = -δ) und die Wendespitze W ist nach W' und der Punkt G nach G' (gleich E₀) gewandert. Nach einer vollen Umdrehung des Exzenters (Punkt E) hat sich auch die innenliegende EZ1 einmal in entgegengesetzter Richtung gedreht, die Wendespitze W dabei zweimal die Gerade W1-W2 und der Punkt G zweimal die Gerade G1-G2 durchwandert. Außerdem hat jeder andere Punkt dabei eine zweibogige Hypozykloide (Ellipse) beschrieben (siehe Abs. 4.2).

2.3 Die dreispitzige (dreibogige) Epizykloide EZ3

Auf Zeichng. Bl. 2 ist in Abb. 2.3 eine dreispitzige (dreibogige) Epizykloide EZ3 dargestellt, die nach dem 1. BG dadurch entsteht, wenn man einen beliebigen Punkt P auf dem Rollkreis RK mit dem Ra­ dius r betrachtet, der sich auf dem Festkreis FK mit dem dreifachen Radius 3r abrollt. Nach einem beliebigen Abrollwinkel α hat sich der Mittelpunkt des Rollkreises von M_RK0 nach M_RK1 und die Ge­ rade P₀-M_RK0 nach P₁-M_RK1 bewegt, wobei der Drehwinkel dieser Geraden β = 4α beträgt. P₁ ist somit ein Punkt der EZ3.

Diese EZ3 entsteht aber auch nach dem 3. BG durch den einen Endpunkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = 4r, wenn der andere Endpunkt E auf einem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e so geführt wird, daß die Drehgeschwindigkeit dieser Geraden ein Viertel so groß wie die des Exzenter­ punktes E und die Drehrichtungen gleich sind, z. B. rechts im Uhrzeigersinn wie gezeichnet. Als Be­ weis dient das Parallelogramm M_EZ3-M_RK1-P₁-E₁, wobei der Winkel β = 4α ist. Nach einer vollen Umdrehung (360°) erreicht der Exzenterpunkt E₁ wieder die gleiche Lage, wobei die Gerade E₁-P₁ sich nur um ein Viertel gleich 90° in die gleiche Drehrichtung weiter gedreht und die Lage E₁-P₂ er­ reicht hat. Nach vier vollen Umdrehungen des Exzenterpunktes E hat die Gerade wieder die Aus­ gangslage E₁-P₁ erreicht, wobei die um jeweils 90° gedrehten Punkte P3 u. P4 um E₁ mit der Län­ ge l = 4r auch Punkte der EZ3 sind.

Wird nun die zweispitzige Epizykloide EZ2 in die dreispitzige EZ3 eingelegt, siehe Punkt-Strich-Li­ nie, und mit ihrem Mittelpunkt M_EZ2 auf den Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e um den Mittel­ punkt M_EZ3 so geführt, daß ihre Drehgeschwindigkeit δ nur die Hälfte der des Exzenterpunktes E beträgt und die Drehrichtungen entgegengesetzt sind, so berühren die drei Wendespitzen W11, W12 u. W13 der feststehenden EZ3 immer die Mantelfläche der drehenden EZ2 und ihre beiden Punkte G1 u. G2 mit dem Abstandsmaß g = 4r = 4e beschreiben dabei eine dreispitzige Hypozykloide HZ3 mit den drei Spitzen S1, S2 u. S3, siehe hierzu 3. BG für eine HZ3 in Abs. 3.2.

In Abb. 2.3 ist eine zweite EZ2' (gestrichelte Linie) um den Exzenterpunkt E₁ eingezeichnet, wobei der Drehwinkel γ des Exzenterpunktes E gleich dem gezeichneten Winkel β der feststehenden EZ3 beträgt. Die EZ2' hat sich dabei um den Winkel δ = 1/2γ bzw. γ = 2δ in entgegengesetzter Richtung ge­ dreht und ihre beiden Punkte G1 und G2 sind nach G1' u. G2' auf der HZ3 (gepunktete Linie) gewan­ dert. Außerdem haben sich auch die beiden Wendespitzen W1 u. W2 der drehenden EZ2 auf einer um 60° versetzten HZ3' nach W1' u. W2' bewegt. Nach zwei vollen Umdrehungen des Exzenters hat sich die innenliegende EZ2 einmal in entgegengesetzter Richtung um den Exzenterpunkt E gedreht und die beiden Punkte G1 u. G2 dabei je einmal eine dreibogige Hypozykloide (HZ3) beschrieben.

2.4 Die vier- und mehrspitzige Epizykloide EZ4 (EZn).

Die bisher beschriebenen ein-, zwei- u. dreispitzigen Epizykloiden können jeweils um eine Spitze er­ weitert und praktisch bis ins Unendliche fortgesetzt werden, wobei nach dem hier beschriebenen 3. BG eine n-spitzige Epizykloide EZn durch den Punkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = (n+1)e gebildet wird, wenn der Punkt E auf einem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e um den Exzenter­ mittelpunkt M_EK so geführt wird, daß die Drehrichtung gleich und die Drehgeschwindigkeit β des Exzenterpunktes E zur Drehgeschwindigkeit α der Geraden gleich (n+1) ist, also β = (n+1)α. So wird z. B. die vierspitzige Epizykloide (EZ4) durch den Punkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = (n+1)e = 5e gebildet, wenn der Punkt E auf einen Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e so geführt wird, daß die Drehrichtungen gleich und und die Drehgeschwindigkeiten β = (n+1)α = 5α sind.

Ferner kann immer in einer feststehenden Epizykloide mit n-Spitzen eine drehende mit (n-1)-Spitzen eingelegt werden, wenn sie die gleiche Exzentrizität e haben, die Drehrichtungen entgegengesetzt sind und das Drehgeschwindigkeitsverhältnis γ = (n-1)δ ist. So kann z. B. die in Abs. 2.3 beschriebene EZ3 in eine EZ4 mit gleicher Exzentrizität e eingelegt werden, wobei die Drehrichtungen wie vorher beschrieben entgegengesetzt und die Drehgeschwindigkeit γ des Exzenters dreimal so groß wie die der drehenden EZ3 sein muß, γ = 3δ. Die drei Wendepunkte W11, W12 u. W13 der EZ3 beschreiben dabei eine vierspitzige Hypozykloide (HZ4) mit den vier Spitzen S11 bis S14, siehe Abs. 3.3.

3.0 Die Hypozykloiden

In den folgenden Abschnitten soll bewiesen werden, daß das 3. BG auch für Hypozykloiden anwend­ bar ist und daß in jeder n-spitzigen HZ immer eine mit einer Spitze weniger (n-1) eingelegt werden kann, wenn sie die gleiche Exzentrizität e haben. Außerdem wird in Abs. 3.5 beschrieben, daß man in jeder feststehenden Epizykloide auch eine drehende Hypozykloide mit gleicher Exzentrizität einset­ zen kann.

3.1 Die zweispitzige Hypozykloide HZ2

Auf Zeichng. Bl.3 ist in Abb. 3.1 eine zweispitzige Hypozykloide HZ2 dargestellt, die nach dem 1. BG dadurch entsteht, wenn man einen beliebigen Punkt P auf dem Rollkreis RK mit dem Radius r be­ trachtet, der sich innen am Festkreis FK mit dem Radius 2r abrollt. Nach einem beliebigen Abrollwin­ kel α hat sich der Mittelpunkt des Rollkreises von M_RK0 nach M_RK1 und die Gerade P₀-M_RK0 nach P₁ -M_RK1 bewegt, wobei der Abrollwinkel dieser Geraden β = -α beträgt. Der Punkt P1 liegt auf der Geraden G1-G2. Die zweispitzige Hypozykloide ist als eine Gerade mit der Länge g = 4r.

Diese HZ2 entsteht aber auch nach dem 3. BG durch den einen Endpunkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = r, wenn der andere Endpunkt E auf einem Exzenterkreis EK, der in diesem Fall dem Mittelpunktkreis MRK des Rollkreises RK entspricht, mit dem Radius r = e so geführt wird, daß die Drehgeschwindigkeit dieser Geraden genau so groß ist wie die des Exzenterpunktes E und die Dreh­ richtungen entgegengesetzt sind (β = -α). Als Beweis dient das Parallelogramm M_HZ2-M_RK1-P₁-E₁.

Nach einer vollen Umdrehung des Exzenterpunktes E um den Mittelpunkt M_HZ2 hat sich die Gerade P-E, von der Ausgangslage P₀-E₀ ausgehend, auch einmal gedreht und der Endpunkt P dabei zwei­ mal die Gerade G1-G2 erzeugt.

3.2 Die dreispitzige (dreibogige) Hypozykloide HZ3.

Auf Zeichng. Bl. 3 ist in Abb. 3.2 eine dreispitzige (dreibogige) Hypozykloide HZ3 dargestellt, die nach dem 1. BG dadurch entsteht, wenn man einen beliebigen Punkt P auf dem Rollkreis RK mit dem Radius r betrachtet, der sich innen am Festkreis FK mit dem Radius 3r abrollt. Nach einem be­ liebigen Abrollwinkel α hat sich der Mittelpunkt des Rollkreises von M_RK0 nach M_RK1 und die Ge­ rade P₀-M_RK0 nach P₁-M_RK1 bewegt, wobei der Drehwinkel dieser Geraden β = -2α beträgt. P₁ ist somit ein Punkt der HZ3.

Diese HZ3 entsteht aber auch nach dem 3. BG durch den einen Endpunkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = 2r, wenn der andere Endpunkt E auf einem Exzenterkreis EK mit dem Radius e = r so geführt wird, daß die Drehgeschwindigkeit dieser Geraden halb so groß ist wie die des Exzenter­ punktes E (α = 1/2β) und die Drehrichtungen entgegengesetzt sind. Als Beweis dient das Parallelo­ gramm M_HZ3-M_RK1-P₁-E₁, wobei der Winkel β = -2α ist.

Nach zwei vollen Umdrehungen des Exzenterpunktes E um den Mittelpunkt M_HZ3 hat sich die Gera­ de P-E, von der Ausgangslage P₀-E₀ ausgehend, einmal gedreht und der Endpunkt P dabei eine vollständige, dreibogige Hypozykloide mit den drei Spitzen S1, S2 u. S3 erzeugt.

Verlängert man die Gerade P₀-E₀ um das Doppelte bis G2, so entspricht diese Gerade der zweispit­ zigen HZ2 mit der Länge g = 4r (Abb. 3.1) und teilt die HZ3 in zwei gleichgroße Flächen. Wird diese Gerade mit ihrem Halbierungspunkt E auf dem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e um den Mittel­ punkt M_HZ3 so geführt, daß ihre Drehgeschwindigkeit δ nur die Hälfte der des Exzenterpunktes E beträgt und die Drehrichtungen entgegengesetzt sind (δ = 1/2γ bzw. γ = -2δ),so berühren die beiden Endpunkte G1 u. G2 der HZ2 immer die Mantellinie der HZ3.

In Abb. 3.2 ist im Punkt E₁ eine zweite Gerade HZ2' eingezeichnet, wobei der Drehwinkel γ des Ex­ zenterpunktes E gleich dem gezeichneten Winkel β der feststehenden HZ3 beträgt. Die HZ2' hat sich dabei in entgegengesetzter Richtung um den Winkel δ gedreht, der den gleichen Wert wie α hat. Somit ist der vorher nach dem 3. BG beschriebene Punkt P₁ der feststehenden HZ3 gleich dem Endpunkt G1' der drehenden HZ2' und ihr zweiter Endpunkt G2' gleich dem Punkt P₂. Außerdem berührt die Gerade HZ2' im Punkt B die HZ3, sie ist also eine Tangente und teilt somit die Gesamt­ fläche in drei Teilflächen.

3.3 Die vierspitzige (vierbogige) Hypozykloide HZ4.

Auf Zeichng. Bl. 3 ist in Abb. 3.3 eine vierspitzige (vierbogige) Hypozykloide HZ4 dargestellt, die nach dem 1. BG dadurch entsteht, wenn man einen beliebigen Punkt P auf dem Rollkreis RK mit dem Radius r betrachtet, der sich innen am Festkreis FK mit dem Radius 4r abrollt. Nach einem be­ liebigen Abrollwinkel α hat sich der Mittelpunkt des Rollkreises von M_RK0 nach M_RK1 und die Gera­ de P₀-M_RK0 nach P₁-M_RK1 bewegt, wobei der Abrollwinkel dieser Geraden β = -3α beträgt. P₁ ist somit ein Punkt der HZ4.

Diese HZ4 entsteht aber auch nach dem 3. BG durch den einen Endpunkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = 3r, wenn der andere Endpunkt E auf einem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e so geführt wird, daß die Drehgeschwindigkeit dieser Geraden genau ein Drittel so groß ist wie die des Exzenterpunktes E und die Drehrichtungen entgegengesetzt sind. Als Beweis dient das Parallelo­ gramm M_EZ4-M_RK1-P₁-E₁, wobei der Winkel β = -3α ist. Nach einer vollen Umdrehung (β = 360°) er­ reicht der Exzenterpunkt E₁ wieder die gleiche Lage, wobei die Gerade E₁-P₁ sich nur um ein Drittel (α = 120°) in die entgegengesetzte Drehrichtung weiter gedreht und die Lage E₁-P₂ erreicht hat. P₂ ist somit auch ein Punkt der EZ4. Nach drei vollen Umdrehungen des Exzenterpunktes E hat die Ge­ rade wieder die Ausgangslage E₁-P₁ erreicht, wobei der Punkt P eine vollständige vierbogige Hypo­ zykloide mit den vier Spitzen S11, S12, S13 u. S14 gebildet hat.

Wird nun die dreispitzige Hypozykloide HZ3 in die vierspitzige HZ4 eingelegt (siehe Punkt-Strich-Li­ nie), und mit ihrem Mittelpunkt M_HZ3 auf dem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e um den Mittel­ punkt M_HZ4 so geführt, daß ihre Drehgeschwindigkeit δ nur ein Drittel des Exzenterpunktes E be­ trägt und die Drehrichtungen entgegengesetzt sind, so berühren die drei Spitzen S1, S2 u. S3 der HZ3 immer die Mantellinie der HZ4.

In Abb. 3.3 ist eine zweite HZ3' (gestrichelte Linie) um den Exzenterpunkt E₁ eingezeichnet, wobei der Drehwinkel γ des Exzenterpunktes E gleich dem gezeichneten Winkel β der feststehenden HZ4 beträgt. Die HZ3' hat sich dabei in entgegengesetzter Richtung um den Winkel δ gedreht, der den gleichen Wert wie α hat. Somit ist der vorher nach dem 3. BG beschriebene Punkt P1 der EZ4 gleich der Spitze S1' der drehenden HZ3'. Das gleiche gilt für die Punkte P2 u. P3, wobei P2 = S2' und P3 = S3' ist. Außerdem berührt die innenliegende HZ3' mit ihrem Bogen zwischen den Spitzen S1' u. S2' im Berührungspunkt B den Bogen der äußeren HZ4 zwischen ihren Spitzen S11 u. S14.

3.4 Die fünf- u. mehrspitzigen Hypozykloiden (HZn)

Die bisher beschriebenen zwei-, drei- und vierspitzigen Hypozykloiden können jeweils um eine Spitze erweitert werden und praktisch bis ins Unendliche fortgesetzt werden, wobei nach dem hier beschrie­ benen 3. BG eine n-spitzige Hypozykloide HZn durch den Punkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = (n-1)e gebildet und wenn der Punkt E auf einem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e so geführt wird, daß die Drehrichtungen entgegengesetzt und die Drehgeschwindigkeiten β des Exzenterpunk­ tes E zur Drehgeschwindigkeit α, der Geraden, gleich n-1 ist, also β = (n-1)α sind. So wird z. B. die fünfspitzige Epizykloide durch den Punkt P einer Geraden P-E mit der Länge l = (5-1)e = 4e gebildet, wenn der andere Punkt E auf einen Exzenterkreis mit dem Radius e = r so geführt wird, daß die Dreh­ richtungen entgegengesetzt und die Drehgeschwindigkeiten β = (5-1)α = 4α sind.

Ferner kann immer in einer feststehenden Hypozykloide mit n-Spitzen eine drehende mit (n-1)-Spit­ zen eingelegt werden, wenn sie die gleiche Exzentrizität e haben, die Drehrichtungen entgegenge­ setzt sind das Drehgeschwindigkeitsverhältnis γ = (n-1)δ ist. So kann z. B. die in Abs. 3.3 beschriebene HZ4 in eine HZ5 mit gleicher Exzentrizität e eingelegt werden, wobei die Drehrichtungen wie vorher angegeben entgegengesetzt sind und die Drehgeschwindigkeit γ des Exzenters viermal so groß wie die der drehenden HZ4 sein muß, γ = 4δ. Außerdem berührt immer ein Bogen der inneren Hypo­ zykloide den Bogen der äußeren, die dem Exzenterpunkt E zugewendet ist.

3.5 Die Kombination von Epi- und Hypozykloiden.

In den Abschnitten 2.2, 2.3 und 2.4 wurden spitze Epizykloiden mit gleicher Exzentrizität e beschrie­ ben, in denen sich immer eine Epizykloide mit einer Spitze weniger (n-1) einlegen ließ, wobei die Drehrichtungen des Exzenterpunktes und die der drehenden Zykloide entgegengesetzt sind. Das gleiche gilt auch für die in den Abschnitten 3.2, 3.3 und 3.4 beschriebenen Hypozykloiden. Es gibt jedoch noch eine dritte Möglichkeit und zwar die Kombination von Epi- und Hypozykloiden.

In Abb. 3.4 (Zeichng. Bl. 3) ist eine zweispitzige Epizykloide EZ2 (Beschreibung siehe Abs. 2.2) darge­ stellt, in der eine dreispitzige Hypozykloide HZ3 (Beschreibung siehe Abs. 3.2) mit gleicher Exzentri­ zität e eingelegt ist. Wird nun die innenliegende HZ3 mit ihrem Mittelpunkt M_HZ3 auf dem Exzenter­ kreis EK mit dem Radius e = r um den Mittelpunkt M_EZ2 so geführt, daß dieDrehrichtungen gleich sind, z. B. rechts im Uhrzeigersinn, und die Drehgeschwindigkeit des Exzenterpunktes E = M_HZ3 drei­ mal so groß ist wie die der HZ3 (γ = 3δ), so berühren ihre drei Spitzen PS1, PS2 u. PS3 immer die zwei Bögen der EZ2. Ferner berühren die beiden Spitzen W1 u. W2 immer zwei Bögen der dre­ henden HZ3 (siehe gestrichelte HZ3'), außer in den Wendepunkten, wo eine Spitze der HZ3 mit einer Spitze der EZ2 kongurent ist.

Bei dieser dritten Kombination können die Spitzen der feststehenden E2 und die der drehenden HZ immer um eine Spitze erweitert und praktisch bis ins Unendliche fortgesetzt werden. so kann z. B. in eine dreispitzige Epizykloide EZ3 (siehe Beschreibung in Abs. 2.3) eine vierspitzige Hypozykloide HZ4 (siehe Beschreibung in Abs. 3.3) eingesetzt werden, wobei jedoch das Drehgeschwindigkeitsver­ hältnis viermal so groß ist (γ = 4δ).

Die Kombination zwischen einer einspitzigen EZ1 mit der Exzentrizität e und einer zweispitzigen HZ2, die mathematisch gesehen eine Gerade mit der Länge h = 4e ist (siehe Beschreibung in Abs. 3.1), wurde bereits in Abs. 2.1 beschrieben und in Abb. 2.1 dargestellt.

4.0 Die gestreckten Zykloiden

Mit den spitzen Zykloiden lassen sich wunderbar Flächenänderungen verwirklichen, wenn die dre­ hende innenliegende Zykloide immer auf einen Exzenterkreis mit dem Radius r = e geführt wird, wie in den Abs. 2.1 bis 2.4 und 3.1 bis 3.5 beschrieben. Sie sind jedoch für technische Maschinen nur be­ dingt verwendbar, da es schwierig ist, spitze Dichtungen mit geringem Verschleiß herzustellen. Bes­ sere Möglichkeiten bieten hier die gestreckten Zykloiden, die ja nach dem 1. BG dadurch entstehen, wenn man einen Punkt P_a betrachtet, der sich innerhalb des abrollenden Kreises RK befindet, siehe hierzu Beschreibung im Dubbel oder in anderen Fachbüchern. Die gestreckten Zykloiden sollen in den folgenden Beschreibungen immer mit dem kleinen Buchstaben a (z. B. HZ3a) gekennzeichnet werden.

4.1 Die gestreckten Epizykloiden EZ..a

Auf Zeichng. Bl. 4 ist in Abb. 4.1 eine einspitzige (einbogige) Epizykloide EZ1, wie in Abs. 2.1 beschrie­ ben und eine größere EZ1' teilweise dargestellt (gestrichelte Linie), die nach dem 1. BG dadurch ent­ steht, wenn man einen beliebigen Punkt P' auf dem Rollkreis RK' mit dem Radius r' betrachtet, der sich auf dem Festkreis FK' mit dem gleichen Radius r' abrollt. Eine gestreckte Epizykloide entsteht ja bekanntlich dadurch, daß ein Punkt P_a innerhalb des abrollenden Kreises betrachtet wird. In Abb. 4.1 ist so eine gestreckte Epizykloide EZ1a mit der Speichenlänge e, die dem Radius r der ursprüng­ lichen spitzen EZ1 entspricht (r = e), aufgezeichnet. Nach einem beliebigen Abrollwinkel α hat sich der Mittelpunkt des Rollkreises von M'_RK0 nach M'_RK1 und der Punkt Pa von Pa₀ nach Pa₁ bewegt und es entsteht das Parallelogramm M_EZ1-M'_RK1-Pa₁-E₁ mit den Seiten e u. a und den Winkeln α und β, wobei β = 2α ist.

Hieraus läßt sich das 3. BG für eine einbogige, gestreckte Epizykloide ableiten. Wird also die Zykloi­ denlänge l = 2e = 2r der ursprünglich spitzen EZ1 um ein beliebiges Maß c auf die Gesamtlänge a, auch Zykloidenstrahllänge genannt, verlängert und mit dem einen Endpunkt E auf einen Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e so geführt, daß die Drehgeschwindigkeit dieser Geraden halb so groß ist wie die des Exzenterpunktes E (α = 1/2β bzw. β = 2α) und die Drehrichtungen gleich sind, so beschreibt der zweite Endpunkt P_a des Zykloidenstrahls immer eine gestreckte, einbogige Epizykloide (EZ1a) mit der gleichen Exzentrizität e.

Verlängert man den Zykloidenstrahl E₁-Pa₁ mit der Länge a um das Doppelte bis zum Punkt K_a1, so entspricht diese Gerade Pa₁-Ka₁ der Verbindungslinie zweier um 180° versetzter Rollkreise RK₁' u. RK₂', und der Punkt Ka₁ ist somit auch ein Punkt der EZ1a. Außerdem geht diese Gerade immer durch die feststehende Wendespitze W der EZ1.

Das vorher beschriebene 3. BG gilt auch für die zweibogige, gestreckte Epizykloide EZ2a mit der Zy­ kloidenstrahllänge a, wobei der Winkel β = 3α ist, wie in Abb. 7.1 auf Zeichng. Bl. 7, bzw. für die drei­ bogige, gestreckte Epizykloide EZ3a, wobei der Winkel β = 4α ist, wie in Abb. 8.1 auf Zeichng. Bl. 8 dargestellt. Diese Gesetzmäßigkeit kann beliebig fortgesetzt werden, wobei der Winkel β = (n+1)α bei n-Bogen sein muß. Nach diesem 3. BG lassen sich gestreckte Epizykloiden mit beliebig vielen Punkten, wie in Abb. 4.1, 6.1, 7.1 u. 8.1 dargestellt, sehr leicht aufzeichnen.

4.2 die gestreckten Hypozykloiden HZ..a

Die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie bei den Epizykloiden bestehen auch bei den Hypozykloiden, je­ doch mit dem entscheidenden Unterschied, daß die Drehrichtungen vom Zykloidenstrahl und vom Exzenterpunkt entgegengesetzt sind. Dieses soll an der dreibogigen, gestreckten Hypozykloide HZ3a bewiesen werden.

Auf Zeichng. Bl. 4 ist in Abb. 4.2 eine dreispitzige (dreibogige) HZ3, wie in Abs. 3.2 beschrieben, und eine größere HZ3' (γestrichelte Linie) dargestellt, die nach dem 1. BG dadurch entsteht, wenn man einen beliebigen Punkt P' auf dem Rollkreis RK' mit dem Radius r' betrachtet, der sich innen am Festkreis FK' mit dem Radius 3r' abrollt. Durch den innerhalb des abrollenden Kreises RK' liegenden Punkt P_a mit der Speichenlänge e, die dem Radius r der ursprünglichen, spitzen HZ3 entspricht (r = e), wird die gestreckte, dreibogige Hypozykloide HZ3a gebildet. Nach einem beliebigen Abrollwin­ kel α hat sich der Mittelpunkt M'_RK0 nach M'_RK1 und der Punkt Pa von Pa₀ nach Pa₁ bewegt und es entsteht das Parallelogramm M_HZ3-M'_RK1-Pa₁-E₁ mit den Seiten e u. a und den Winkeln α u. β, wobei ihre Richtungen von der Nulllage ausgehend jedoch entgegengesetzt sind, also β = -2a.

Hieraus läßt sich das 3. BG für eine dreibogige, gestreckte Hypozykloide ableiten. Wird die Zykloiden­ länge l = 2e = 2r der ursprünglich spitzen HZ3 um ein beliebiges Maß c auf die Zykloidenstrahllänge a verlängert und mit dem einen Endpunkt E auf einem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e so ge­ führt daß ihre Drehgeschwindigkeit halb so groß ist wie die des Exzenterpunktes E und die Drehrich­ tungen entgegengesetzt sind (β = -2α), so beschreibt der zweite Endpunkt Pa dieser Geraden immer eine dreibogige, gestreckte Hypozykloide (HZ3a) mit der gleichen Exzentrizität e.

Verlängert man den Zykloidenstrahl E₁-Pa₁ um das doppelte Maß a bis zum Punkt Ha₁, so ent­ spricht diese Gerade Pa₁-Ha₁ der Verbindungslinie zweier um 180° versetzter Rollkreise RK'₁ u. RK'₂ und der Punkt Ha₁ ist somit auch ein Punkt der HZ3a. Außerdem berührt diese Gerade immer in einem wandernden Berührungspunkt B, siehe hierzu auch Abb. 3.2, die ursprüngliche HZ3.

Das vorher beschriebene 3. BG für eine HZ3a kann beliebig fortgesetzt werden, wobei eine n-bogige gestreckte Hypozykloide (HZna) dadurch entsteht, wenn ein Zykloidenstrahl mit der Länge a größer (n-1)e auf einen Exzenterkreis mit dem Radius e so geführt wird, daß die Drehrichtungen entgegen­ gesetzt sind und der Winkel β = - (n-1)α ist.

Eine Ausnahme hinsichtlich der Benennung bildet hier die zweibogige, gestreckte Hypozykloide (HZ2a), die in der Fachliteratur immer als Ellipse bezeichnet wird. Da sie für technische Maschinen sehr interessant ist, soll hier näher auf sie eingegangen werden.

Auf Zeichng. Bl. 9 ist in Abb. 9.1 eine zweispitzige HZ2 dargestellt, die wie in Abs. 3.1 beschrieben, ei­ ne Gerade mit der Länge g = 4r = 4e ist. Nach dem 1. BG entsteht die hier dargestellte HZ2a (Ellipse) dadurch, wenn man den Punkt Pa mit der Speichenlänge e = r betrachtet, der sich innerhalb des Roll­ kreises RK' mit dem Radius r' befindet und der sich innen an dem Festkreis FK' mit dem Radius 2r' abrollt, siehe gestrichelte Linie in Abb. 9.1. Nach einem beliebigen Abrollwinkel α hat sich der Mittel­ punkt des Rollkreises von M'_RK0 nach M'_RK1 und der Punkt Pa von Pa₀ nach Pa₁ bewegt und es entsteht das Parallelogramm M_HZ2-M'_RK1-Pa₁-E₁ mit den Seiten e u. a und den gleichgroßen Win­ keln α u. β, wobei die Richtungen, von der Ausgangslage ausgehend, entgegengesetzt sind (β = -α).

Hieraus läßt sich auch das 3. BG für eine gestreckte, zweibogige HZ2a (Ellipse) ableiten. Wird die Zykloidenlänge l = r = e, die mit ihrem Punkt P die Gerade G1-G2 beschreitet, um ein beliebiges Maß c auf die Zykloidenstrahllänge a verlängert und mit dem einen Endpunkt E auf einem Exzenterkreis EK mit dem Radius r = e so geführt, daß ihre Drehgeschwindigkeit gleichgroß ist wie die des Exzenter­ punktes E und die Drehrichtungen entgegengesetzt sind (β = -α), so beschreibt der zweite Endpunkt Pa dieser Geraden immer eine gestreckte, zweibogige Hypozykloide (Ellipse) mit der gleichen Exzen­ trizität e. Der hier verwendete Buchstabe e für die maximale Exzentrizität der Ellipse vom Mittel­ punktkreis MPK aus ist nicht identisch mit der in der Fachliteratur verwendete gleiche Buchstabe e für die lineare Exzentrizität, hier mit j bezeichnet, die das Abstandsmaß der Brennpunkte J vom Mittel­ punkt der Ellipse angibt, siehe Dubbel oder andere Fachbücher.

4.3 Die gestreckte, zweibogige Hypozykloide HZ2a als Drehkolben

Auf Zeichng. B1.5 ist in Abb. 5.1 eine gestreckte, zweibogige Hypozykloide HZ2a (Ellipse), wie vor­ her beschrieben, zunächst in einer gestreckten, einbogigen Epizykloide EZ1a mit der gleichen Ex­ zentrizität e und der gleichen Zykloidenstrahllänge a eingelegt (waagerechte Lage), wobei die beiden Höchstpunkte H1 u. H3 der HZ2a den Höchstpunkt K1 und den Tiefstpunkt K2 der EZ1a berühren. Wird nun die HZ2a mit ihrem Mittelpunkt M_HZ2 auf dem Exzenterkreis EK so geführt, daß sie sich um 90° und der Exzenterpunkt E um 180° gedreht hat, siehe Strich-Punkt-Linie in Abb. 4.3, so über­ schneidet sie die Kurvenform der außenliegenden EZ1a rechts neben den beiden Schnittpunkten H1' u. H2' erheblich, siehe senkrecht gestrichelte Überschnitte UES1. Um diese Überschnitte zu vermei­ den, muß bei Einhaltung der innenliegenden HZ2a die Kurvenform der außenliegenden EZ1a zwi­ schen dem Höchstpunkt K1 und dem Tiefstpunkt K2 auf eine EZ1g vergrößert werden (siehe gestri­ chelte Linie), oder aber bei Einhaltung der äußeren EZ1a die Kurvenform der innenliegenden HZ2a zwischen den vier Punkten H1-H2-H3-H4 auf eine HZ2k verkleinert werden (gepunktete Linie). Diese Drehkolben- Maschine hat sich in der Praxis nur bedingt bewährt, da die beiden mit dem Win­ kel µ ausgeführten Spitzen des Drehkolbens einem schnellen Verschleiß unterliegen. Auch konstuk­ tive Maßnahmen mit Dichtleisten DL1 u. DL2 aus verschleißfesten Materialien wie Hartmetall oder Keramik sind keine ideale Lösungen, da durch die entstehenden hohen Fliehkräfte die innere Ge­ häusewand einem großen Verschleiß unterworfen ist.

Ähnliche Überschnitte UES2 entstehen auch, wenn die HZ2a in eine gestreckte, dreibogige Hypozy­ kloide HZ3a mit der gleichen Zykloidenstrahllänge a und der gleichen Exzentrizität e eingelegt und gedreht wird, siehe waagerecht schraffierte Flächen in Abb. 4.3. Auch hier muß entweder die innen­ liegende HZ2a, wie vorher beschrieben, verkleinert, oder aber die außenliegende HZ3a zwischen den sechs Punkten H11 bis H16 auf die gestrichelt dargestellte HZ3g vergrößert werden, damit keine Überschnitte entstehen.

Die vorher beschriebenen zyklischen Kurven können jeweils um einen Bogen erweitert und praktisch unendlich fortgeführt werden, wobei die entstehenden Überschnitte durch die gleichen Maßnahmen beseitigt werden müssen. Im folgenden Abschnitt soll dieses an zwei Beispielen, in denen die au­ ßenliegende Gehäuseform eine EZ2a und der innenliegenden Drehkolben eine EZ1a bzw. eine HZ3a ist, genauer erläutert werden.

4.4 Die gestreckte, zweibogige Epizykloide EZ2a als Gehäuseform

Auf Zeichng. Bl. 5 ist in Abb. 5.2 eine gestreckte, zweibogige Epizykloide EZ2a als Außenkurve dar­ gestellt, in der sich zunächst eine gestreckte, einbogige Epizykloide EZ1a dreht (Strich-Punkt-Punkt­ Linie). Auch hier entstehen zwischen den beiden Kurvenformen Überschnitte, siehe senkrecht gestri­ chelte Flächen UES3, die einmal durch Verkleinem der innenliegenden EZ1a zwischen dem Höchst­ punkt K1 und dem Tiefstpunkt K2, oder aber durch Vergrößern der außenliegenden EZ2a zwischen den beiden Höchst- und Tiefstpunkten K11 bis K14 zu der Kurvenform EZ2g, vermieden werden kann.

Überschnitte UES4, siehe waagerecht schraffierte Flächen, entstehen auch, wenn in der gleichen EZ2a eine gestreckte, dreibogige Hypozykloide HZ3a eingelegt und mit ihrem Mittelpunkt M_HZ3 auf den Exzenterkreis EK so geführt wird, daß die Drehgeschwindigkeit des Exzenterpunktes dreimal so groß ist wie die der drehenden HZ3 und die Drehrichtungen gleich sind.

Wird nun die Form der äußeren EZ2a beibehalten und die Kurven der innenliegenden HZ3a zwi­ schen den sechs Wendepunkten H11 bis H16 verkleinert, damit keine Überschnitte entstehen, so erhält man die gepunktet dargestellte Kurvenform HZ3k, die dem Drehkolben des bekannten Wan­ kelmotors entspricht. Diese Kurve ist in Abb. 4.4 um 30° gedreht noch einmal gezeichnet, siehe HZ3k' (Strich-Punkt-Linie), wobei die drei Berührungspunkte H11, H13 u. H15 nach H11', H13' u. H15' auf der EZ2a gewandert sind und der Mittelpunkt M_HZ3 hat sich auf dem Exzenterkreis um 90° nach M'_HZ3 gedreht.

Der vorher beschriebene Wankelmotor hat jedoch den großen Nachteil, daß die drei Dichtleisten DL1, DL2 u. DL3 im rotierenden Kolben untergebracht sein müssen und somit großen Fliehkräften ausgesetzt sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Berührungswinkel zwischen den Dicht­ leisten und der Gehäusewand viel kleiner als 90° werden können, siehe Winkel µ in Abb. 4.4, was leicht zum Verklemmen und somit zum Fressen führt.

Wird dagegen, wie vorher beschrieben, die epi- bzw. hypozykloidische Kurvenform für den Drehkol­ ben beibehalten, so können die beiden Dichtleisten DL4 u. DL5 im feststehenden Gehäuse unterge­ bracht werden. Aber auch diese Ausführung hat den Nachteil, daß die Berührungswinkel viel kleiner als 90° werden können, siehe Winkel µ' in Abb. 4.4, was auch leicht zum Verklemmen und somit zum Fressen führt.

Für diese Patentanmeldung sollen nur Drehkolbenformen verwendet werden, die von gestreckten Epi- oder Hypozykloiden abgeleitet und deren Dichtelemente (auch Dichtmodule genannt) Rollen bzw. Rollensegmente sind. In den folgenden Abschnitten werden einige technisch brauchbare Varianten von diesen neuen Drehkolben-Maschinen aufgezeichnet und genau beschrieben.

5.0 Drehkolbenmaschinen mit epizykloidischen Drehkolben (DKM-EZ...)

In den folgenden Abschnitten werden Drehkolbenmaschinen beschrieben, deren Drehkolbenform (Mantelkurven) von gestreckten Epizykloiden abgeleitet und um einen bestimmten Radius b verklei­ nert sind. Diese Drehkolbenmaschinen, kurz DKM-EZ..b genannt, müssen jedoch mit Ein- und Aus­ laßventile versehen werden, ähnlich wie bei den Hubkolbenmaschinen und sind darum für besonders hohe Drücke geeignet.

5.1 Drehkolbenmaschinen mit einem einbogigen, epizykloidischen Drehkolben (DKM-EZ1)

Auf Zeichng. Bl. 6 ist in Abb. 6.1 nach dem 3. BG eine einspitzige Epizykloide EZ1 mit der Zykloiden­ länge l = 2e (siehe Beschreibung in Abs. 2.1) sowie eine gestreckte, einbogige EZ1a mit der Zykloiden­ strahllänge a und gleicher Exzentrizität e dargestellt. Wird diese Epizykloide um einen bestimmten Radius b verkleinert, so erhält man die gewünschte Kurvenform EZ1b für einen Drehkolben, kurz DK-EZ1 genannt.

Dieser Drehkolben kann durch Verändern der Maße a, b u. e praktisch in unzähligen Varianten mittels eines Schleifstiftes mit dem Durchmesser d = 2b genaustens hergestellt werden, wozu sich in erster Linie Schleifvorrichtungen anbieten, die die epizykloidische Form über Planetengetriebe nach dem 1. oder 3. BG simulieren. Daneben kann dieser Drehkolben, wie auch alle übrigen in den nächsten Ab­ schnitten beschriebenen, auf moderne, X-Y-gesteuerte CNC-Schleifmaschinen ohne Vorrichtungen genaustens hergestellt werden. Beziehend auf die gezeichnete Darstellung in Abb. 5.1 ergeben sich für den Punkt Pa₁ von der Nullage ausgehend die Koordinaten: X = (cos2α)e+(cosα)a und Y = (sin2α)e+(sinα)a, nach denen ein Fertigungsprogramm erstellt werden kann.

Wird nun der vorher beschriebene Drehkolben DK-EZ1 mit seinem Mittelpunkt M_DK auf einen Ex­ zenterkreis EK mit dem gleichen Radius e mittels einer Exzenterwelle oder eines Planetengetriebes so geführt, daß er sich mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, jedoch in entgegengesetzter Drehrich­ tung dreht, so berührt er die beiden Dichtrollen DR1 und DR2 mit dem gleichen Durchmesser d = 2b, die um 180° versetzt und mit dem Abstandsmaß a um den Mittelpunkt M_DKM im feststehenden Ge­ häuse der Drehkolbenmaschine angeordnet sind, ständig (siehe Abb. 6.2).

Die vorher beschriebene Gesetzmäßigkeit von gleicher Drehgeschwindigkeit und entgegengesetzter Drehrichtung für die Führung des Drehkolbens entspricht dem 3. BG für eine zweispitzige HZ2, siehe Abs. 3.1. Demnach beschreibt der Punkt W des Drehkolbens bei gesetzmäßiger Drehung die Gerade W1-W2 und der Punkt G die Gerade G1-G2 mit den Längen g = 4e. Diese beiden Geraden können umgekehrt für eine genaue Führung genutzt werden, wenn der Drehkolben in den beiden Punkten W u. G mit zwei Führungsrollen FR1 und FR2 versehen wird, die in einer seitlich im feststehenden Ge­ häuse angebrachten Kreuznut KNU entlanggleiten. Siehe hierzu die auf Zeichng. Bl. 1 in den Abb. 1.1 u. 1.2 dargestellte DKM-EZ1 (Schnitte A-A u. B-B). Mit dieser Konstruktionsmaßnahme reicht eine einfache Exzenterwelle mit der Exzentrizität e für die Lagerung und Führung des Drehkolbens aus und man kann auf ein teures u. kompliziertes Planetengetriebe verzichten.

Die Gehäuseform (Hüllkurve) HK-EZ2g zwischen den beiden Dichtrollen wird von der äußeren Kur­ venform des Drehkolbens bestimmt, wenn er sich in den beiden Wendepunkten G1 u. G2 befindet bzw. vom drehenden Kolben erzeugt und entspricht einer vergrößerten, zweibogigen Epizykloide.

In Abb. 6.2 ist ein zweiter Drehkolben DK' (Punkt-Strich-Linie) um den Exzenterpunkt E₁ eingezeich­ net, der sich um den Winkel γ rechtsrum (im Uhrzeigersinn) und der Drehkolben um den Winkel δ in entgegengesetzter Richtung gedreht hat, wobei δ = -γ ist. Dabei hat sich der Mittelpunkt G = M_FR1 der Führungsrolle FR1 von Wendepunkt G1 nach G' und der Mittelpunkt W der Führungsrolle FR2 von M_DKM nach W' in der Kreuznut NKU bewegt und es hat sich die Arbeitskammer AK1 gebildet. Bei einer vollen Umdrehung des Kolbens wird das Volumen in den beiden entstehenden Arbeitskam­ mern AK1 u. AK2 je einmal von V = 0 über V_max und wieder bis V = 0 verändert, wobei V_max gleich dem inneren Gehäusevolumen V_DKM minus dem Drehkolbenvolumen V_DK ist.

Diese Volumenveränderungen lassen sich gut für technische Maschinen ausnutzen, wie z. B. als Pumpe oder Verdichter, wobei das zu befördernde Medium vorzugsweise über selbstöffnende Ein- und selbstschließende Auslaßventile (VE u. VA) gesteuert wird, wie auf Zeichng. Bl. 12 in den Abb. 12.1 bis 12.5 in fünf Phasen schematisch dargestellt. Wird dagegen über zwangsläufig gesteuerte Ventile Gase oder Wasserdampf mit hohem Druck eingelassen, so eignet sich diese DKM beson­ ders gut als Gasmotor oder Dampfkraftmaschine.

Da die Mantelflächen des Gehäuses sehr groß sind, lassen sich bei allen Drehkolbenmaschinen für jeden Arbeitsraum vier, sechs oder auch noch mehr Ventilpaare sternförmig oder auch seitlich anord­ nen, wodurch die Strömungsverluste verringert werden.

Als Verbrennungsmotor im Viertaktverfahren ist diese DKM-EZ1 nur bedingt verwendbar, da für den vollständigen Ablauf der vier Arbeitstakte zwei volle Umdrehungen des Drehkolbens notwendig sind. Um einen guten Gleichförmigkeitsgrad zu erzielen, muß eine große Schwungscheibe vorgesehen werden oder es müssen zwei oder auch mehrere Drehkolbenmaschinen parallel nebeneinander angeordnet werden. Die in den folgenden Abschnitten beschriebenen Drehkolbenmaschinen mit drei, vier oder noch mehreren Arbeitskammern sind hierfür besser geeignet.

5.2 Drehkolbenmaschinen mit einem zweibogigen, epizykloidischen Drehkolben (DKM-EZ2)

Auf Zeichng. Bl. 7 ist in Abb. 7.1 nach dem 3. BG eine zweispitzige Epizykloide EZ2 mit der Zykloiden­ länge l = 3r (siehe Beschreibung in Abs. 2.2), sowie eine gestreckte, zweibogige EZ2a mit der Zykloi­ denstrahllänge a und gleicher Exzentrizität e dargestellt. Wird nun diese Epizykloide um einen be­ stimmten Radius b verkleinert, so erhält man die gewünschte Kurvenform EZ2b für einen Drehkol- ben, kurz DK-EZ2 genannt.

Wird nun dieser Drehkolben, der in unzähligen Varianten durch Verändern der Maße a, b und e mit­ tels eines Schleifstiftes mit dem Durchmesser d = 2b genaustens hergestellt werden kann, siehe auch Beschreibung unter Abs. 5.1, mit seinem Mittelpunkt M_EZ2 auf einen Exzenterkreis EK mit dem glei­ chen Radius e mittels einer Exzenterwelle oder eines Planetengetriebes so geführt, daß er sich mit halber Drehgeschwindigkeit in entgegengesetzter Drehrichtung dreht, so berührt er die drei Dicht­ rollen DR1, DR2 u. DR3 mit dem gleichen Durchmesser d = 2b, die um 120° versetzt und mit dem Ab­ standsmaßen a um den Mittelpunkt M_DKM im feststehenden Gehäuse der Drehkolbenmaschine an­ geordnet sind, ständig (siehe Abb. 6.2).

Die vorher beschriebenen Gesetzmäßigkeiten von entgegengesetzter Drehrichtung und halber Dreh­ geschwindigkeit für die Führung des Drehkolbens gegenüber der des Exzenters entspricht dem 3. BG für eine dreispitzige Hypozykloide HZ3, siehe Abs. 3.2. Demnach beschreiben die beiden Punkte G1 u. G2 des Drehkolbens die in Abb. 6.2 gepunktet dargestellte dreispitzige HZ3 mit den drei Spit­ zen S1, S2 u. S3 und jeder Punkt mit einer längeren Zykloidenlänge als l = 2e eine gestreckte, dreibo­ gige HZ3, so z. B. die beiden Punkte H1 u. H2 die gestrichelt dargestellte HZ3h.

Eine zusätzliche äußere Führung des Kolbens, wie bei der DKM-EZ1, in den Wendepunkten S1, S2 u. S3 bei Verwendung einer einfachen Exzenterwelle ist hier nicht notwendig, da dieses von den drei Dichtrollen DR1, DR2 u. DR3 genaustens übernommen wird. Die Steuerung des Drehkolbens mittels eines Planetengetriebes ist nur in Ausnahmefällen von Vorteil. Die Gehäuseform (Hüllkurve) HK-EZ3g zwischen den drei Dichtrollen wird von der äußeren Kurvenform des Drehkolbens be­ stimmt, wenn er sich in den drei Wendepunkten S1, S2 u. S3 befindet, bzw. vom drehenden Kol­ ben erzeugt und entspricht einer vergrößerten, dreibogigen Epizykloide EZ3g.

In Abb. 7.2 ist ein zweiter Drehkolben DK' (Punkt-Strich-Linie) um den Exzenterpunkt E₁ eingezeich­ net, der sich um den Winkel γ rechtsrum (im Uhrzeigersinn) und der Drehkolben um den Winkel δ in entgegengesetzter Richtung gedreht hat (δ = -1/2γ). Die Punkte G1 und G2 sind dabei auf der HZ3 nach G1' und G2' und der Punkt H1 auf der HZ3 h nach H1' gewandert. Bei einer vollen Umdrehung des Drehkolbens, was ja zwei Umdrehungen des Exzenters in entgegengesetzter Drehrichtung ent­ spricht wird das Volumen in den drei Arbeitskammem AK1, AK2 u. AK3 je zweimal von V = 0 über V_max bis wieder V = 0 verändert.

Diese Volumenänderungen lassen sich gut für technische Maschinen ausnutzen, wie z. B als Pumpe, Verdichter, Gasmotor, Dampfkraftmaschine oder auch als Einspritzpumpe für Verbrennungsmotoren, bei denen sehr hohe Drücke erzeugt bzw. verarbeitet werden müssen. Auf Zeichng. Bl. 13 ist in den Abb. 13.1 bis 13.5 diese DKM in fünf Phasen als Verbrennungsmotor im Viertaktverfahren dargestellt, wobei sich der Drehkolben jeweils um 30° weiter gedreht hat. Die drei Arbeitskammern müssen hierzu um die drei Kompressionsräume KR1, KR2 u. KR3 vergrößert werden.

Für den vollständigen Ablauf der vier Arbeitstakte in jeder einzelnen Arbeitskammer: 1.) Frischgas ansaugen; 2.) Frischgas verdichten; 3.) Expansion (Arbeitstakt) und 4.) Abgase ausstoßen, sind nur eine vollständige Umdrehung des Kolbens notwendig, was zwei Umdrehungen der Exzenterwelle entspricht. Damit hat diese Drehkolbenmaschine mit nur einem Drehkolben die Leistungsfähigkeit eines Dreizylinder-Hubkolbenmotors, wobei der Gleichförmigkeitsgrad jedoch bedeutend günstiger und durch den Wegfall der Pleuelstangen etwa 15-20% Energie eingespart werden können. Außer­ dem hat dieser Drehkolben-Verbrennungsmotor etwa nur die Hälfte an Gewicht wie ein vergleichbar­ er Hubkolbenmotor, wodurch in Zukunft die Kraftfahrzeuge entsprechend leichter gebaut werden können, was nochmals eine Einsparung an Energie bedeutet.

Bei Bedarf können auch zwei oder mehr Rotationskolbenmaschinen parallel nebeneinander angeord­ net werden, wobei dann jedoch die Steuerung der Drehkolben über eine zentrale Welle und entspre­ chende Planetenräder einfacher gestaltet werden kann.

5.3 Drehkolbenmaschinen mit drei- u. mehrbogigen epizykloidischen Drehkolben DKM-EZn

Die bisher beschriebenen Drehkolbenmaschinen mit einem ein- und zweibogigen Drehkolben können jeweils um einen Bogen erweitert werden und praktisch bis ins Unendliche fortgesetzt werden, wobei die Anzahl der Dichtrollen und der Arbeitskammem auch immer um je eins ansteigen muß.

Auf Zeichng. Bl. 8 ist in Abb. 8.1 nach dem 3. BG eine dreispitzige Epizykloide EZ3 mit der Zykloiden­ länge l = 4e, und eine gestreckte, dreibogige EZ3a mit der Zykloidenstrahllänge a und gleicher Exzen­ trizität e dargestellt, siehe hierzu auch die Beschreibungen unter Abs. 2.3 und 4.1. Wird nun diese Epizykloide um einen bestimmten Radius b verkleinert, so erhält man die gewünschte Kurvenform EZ3b für einen Drehkolben, kurz DK-EZ3 genannt.

Wird nun dieser Drehkolben, der wie in Abs. 6.1 beschrieben, in unzähligen Varianten hergestellt wer­ den kann, mit seinem Mittelpunkt M_DK auf einen Exzenterkreis EK mit dem gleichen Radius r = e mit­ tels einer Exzenterwelle oder eines Planetengetriebes so geführt, daß seine Drehgeschwindigkeit ge­ nau ein Drittel der des Exzenterpunktes E beträgt und die Drehrichtungen entgegengesetzt sind (δ = -1/3γ), so berührt er die vier Dichtrollen DR1-DR4 mit dem gleichen Durchmesser d = 2b, die um 90° versetzt und mit den Abstandsmaßen a um den Mittelpunkt M_DKM im feststehenden Gehäuse der Drehkolbenmaschine angeordnet sind, ständig (siehe Abb. 7.2). Außerdem beschreiben die drei Punkte G11, G12 u. G13 des Drehkolbens eine vierspitzige Hypozykloide HZ4 mit der Zykloidenlän­ ge l = 3e und mit den vier Spitzen S11- S14 (siehe Abs. 3.3).

In Abb. 8.2 ist ein zweiter Drehkolben DK' (Punkt-Strich-Linie) um den Exzenterpunkt E₁ eingezeich­ net, der sich um den Winkel γ rechtsrum (im Uhrzeigersinn) und der Drehkolben um den Winkel δ in entgegengesetzter Richtung gedreht hat (δ = -1/3γ). Die drei Punkte G11, G12 u. G13 haben sich da­ bei nach G11', G12' u. G13' verlagert. Bei einer vollen Umdrehung des Kolbens, was ja drei vollen Umdrehungen der Exzenterwelle in entgegengesetzter Drehrichtung entspricht, wird das Volumen in den vier Arbeitskammem AK1-AK4 je dreimal von V = 0 über V_max bis wieder V = 0 verändert.

Diese Volumenveränderungen lassen sich sehr gut für alle nur denkbaren technischen Maschinen ausnutzen, die sehr hohe Drücke verarbeiten müssen. Am Besten hat sich diese DKM-EZ3 jedoch als Verbrennungsmotor sowohl im Otto- als auch im Dieselverfahren erwiesen. Bei nur einer Umdre­ hung des Kolbens werden in den vier Arbeitsräumen die vier erforderlichen Arbeitstakte, siehe hierzu Abs. 5.2, insgesamt sechsmal ausgeführt, so daß die Leistungsfähigkeit dieser DKM-EZ3 eines Sechszylinder-Hubkolbenmotors entspricht, wobei die Einsparungen an Energie und Gewicht noch größer sind als bei der DKM-EZ2.

Eine weitere Erhöhung der Bögen am Drehkolben, z. B. ein DK-EZ4 mit vier epizykloidischen Bögen und fünf Arbeitskammem, wie am Anfang dieses Abs. beschrieben, ist durchaus möglich, jedoch we­ gen dem immer größer werdenden Umfang und der steigenden Zahl von Ventilen nicht mehr von Vor­ teil. Die Anordnung von zwei parallel laufenden Drehkolbenmaschinen, wie in Abs. 5.2 beschrieben, bieten hier bessere Möglichkeiten.

6.0 Drehkolbenmaschinen mit hypozykloidischen Drehkolben (DKM-HZ)

In den folgenden Abschnitten werden Drehkolbenmaschinen beschrieben, deren Drehkolbenform (Mantelkutve) von Hypozykloiden abgeleitet und um einen bestimmten Radius b verkleinert sind. Diese Drehkolbenmaschinen, kurz DKM-HZ..b genannt, können mit Ein- und Auslaßschlitzen verse­ hen werden, wobei jedoch aus Platzgründen ab der DKM-HZ4 die Verwendung von selbstöffnenden und selbstschließenden Ventilen vorteilhafter ist.

6.1 Drehkolbenmaschinen mit einem zweibogigen, hypozykloidischen Drehkolben (DKM-HZ2)

Auf Zeichng. Bl.9 ist in Abb. 9.1 nach dem 1. u. 3. BG eine zweispitzige Hypozykloide HZ2, die ja eine Gerade mit der Länge g = 4r = 4e ist (siehe Abs. 3.1), sowie eine gestreckte, zweibogige HZ2a mit der Zykloidenstrahllänge a und gleicher Exzentrizität e dargestellt (siehe Abs. 4.2 u.4.3). Wird nun diese Hypozykloide (Ellipse) um einen bestimmten Radius b verkleinert, so erhält man die gewünschte Kurvenform HZ2b für einen Drehkolben, kurz DK-HZ2 genannt.

Wird dieser Drehkolben, der durch Verändern der Maße a, b und e in unzähligen Varianten mittels eines Schleifstiftes mit dem Durchmesser d = 2b nach den Koordinaten für X = cosα(a+e) und für Y = sinα(a-e) auf einer CNC gesteuerten Schleifmaschine genaustens hergestellt werden kann Abs. 5.1, mit seinem Mittelpunkt M_DK auf einen Exzenterkreis EK mit dem gleichen Radius r = e mit­ tels einer Exzenterwelle oder eines Planetengetriebes so geführt, daß er sich mit halber Drehge­ schwindigkeit in gleicher Drehrichtung wie der Exzenterpunkt E dreht, so berührt er die Dichtrolle DR mit dem gleichen Durchmesser d = 2b, die mit dem Abstandsmaß a vom Mittelpunkt M_DKM im feststehenden Gehäuse der Drehkolbenmaschine gelagert ist, ständig (siehe Abb. 9.2).

Die vorher beschriebene Gesetzmäßigkeit von gleicher Drehrichtung und halber Drehgeschwindig­ keit für die Führung des Drehkolbens gegenüber der des Exzenters entspricht dem 3. BG für eine ein­ spitzige Epizykloide EZ1, siehe Abs. 2.1. Demnach beschreiben die beiden Punkte G1 u. G2 des Drehkolbens die in Abb. 9.2 gepunktet dargestellte einspitzige EZ1 und jeder Punkt mit einer größer­ en Zykloidenlänge als l = 2e eine gestreckte, einbogige EZ1, so z. B. die beiden Punkte J1 u. J2 die ge­ strichelt dargestellte EZ1j. Außerdem geht die Gerade G1-G2 immer durch den Wendespitze W der feststehenden EZ1, die auf der Geraden der beiden feststehenden Mittelpunkte M_DR u. M_DKM liegt. Dieser Festpunkt kann zur zusätzlichen Führung genutzt werden, wenn der Drehkolben mit einer Längsnut NU versehen wird, die um eine seitlich im feststehenden Gehäuse angebrachten Füh­ rungsrolle FR entlanggleitet. Mit dieser Konstruktionsmaßnahme reicht eine einfache Exzenterwelle mit der Exzentrizität e für die Lagerung und genauen Führung des Drehkolbens aus und man kann auf ein teures und kompliziertes Planetengetriebe verzichten. Werden dagegen zwei oder mehrere Drehkolbenmaschinen nebeneinander angeordnet, so ist die Steuerung der einzelnen Drehkolben über eine Zentralwelle und Planetenräder einfacher.

Die Gehäuseform (Hüllkurve) HK außerhalb der Dichtrolle wird vom drehenden Kolben erzeugt und entspricht einer vergrößerten, geschwungenen, einbogigen Epizykloide EZ1g.

In Abb. 9.2 ist ein zweiter Drehkolben DK' (Punkt-Strich-Linie) um den Exzenterpunkt E₁ eingezeich­ net, der sich um den Winkel γ rechtsrum (im Uhrzeigersinn) und der Drehkolben um den Winkel δ in gleicher Drehrichtung gedreht hat, wobei γ = 2δ ist. Der Punkt G1 ist dabei nach G1', G2 nach G2' und B2 nach B2' gewandert. Nach einer halben Umdrehung (180°) der Exzenterwelle hat sich der Dreh­ kolben um 90° in gleicher Richtung gedreht und die in Strich-Punkt-Linie dargestellte Lage DK" er­ reicht. Die Punkte G1, G2, B1 u. B2 sind dabei nach G1", G2", B1" u. B2" gewandert.

Von der waagerechten Ausgangstage ausgehend, wo der Drehkolben das gesamte Arbeitsvolumen V_max, wobei V_max gleich dem inneren Gehäusevolumen V_DKM minus dem Drehkolbenvolumen V_DK ist, in zwei gleichgroße Arbeitskammern AK1 u. AK2 aufteilte, hat sich nun eine dritte Arbeits­ kammer AK3 (waagerecht schraffiert) gebildet, deren Volumen nach einem Drehwinkel von δ = 270° den größten Wert erreicht hat und nach einem gesamten Drehwinkel von δ = 540° wieder zu Null ge­ worden ist. Auf Zeichng. Bl.14 ist der Arbeitsablauf dieser DKM schematisch in sechs Phasen darge­ stellt (Abb. 14.1 bis 14.6), wobei sich der Drehkolben jeweils um 30° und die Exzenterwelle jeweils um 60° weitergedreht hat.

Diese Volumenveränderungen lassen sich gut für technische Maschinen ausnutzen. Wird der Dreh­ kolben mittels eines Motors über eine Exzenterwelle angetrieben, so eignet sich diese DKM sehr gut als Pumpe oder Verdichter, wobei die zu befördernden Medien wie Flüssigkeiten, Gase oder auch pulversierte Feststoffe über die im Gehäuse in der Nähe der Dichtrollen angebrachten Ein- und Aus­ laßschlitze (ES u. AS) gesteuert werden. Wird dagegen durch den Einlaßschlitz ES Gase oder Was­ serdampf mit Überdruck eingelassen, so eignet sich diese DKM sehr gut als Gasmotor oder Dampf­ kraftmaschine.

Damit die Reibungsverluste möglichst klein gehalten werden, ist es notwendig, zwischen der Mantel­ fläche des drehenden Kolbens und der Hüllkurve des Gehäuses einen kleinen Spalt zu lassen, wo­ durch geringe Strömungsverluste entstehen. Da diese Strömungsverluste mit zunehmenden Innen­ raumdruck ansteigen, ist diese DKM nur für kleinere bis mittlere Drücke geeignet. Konstruktive Lö­ sungen, wie z. B. die Anbringung von zwei oder auch mehreren Dichtleisten DL im drehenden Kol­ ben, haben sich nur bedingt bewährt, da durch diese Maßnahme die Reibungsverluste stark anstei­ gen. Außerdem müssen die Dichtleisten bei dieser DKM-HZ1 sehr breit ausgeführt werden, da die Berührungspunkte B1 u. B2 (siehe Abb. 9.2) sehr stark auf dem Drehkolben wandern.

6.2 Drehkolbenmaschinen mit einem dreibogigen, hypozykloidischen Drehkolben (DKM-HZ3)

Auf Zeichng. Bl. 10 ist in Abb. 10.1 nach dem 3. BG eine dreispitzige Hypozykloide HZ3 mit der Zykloi­ denlänge l = 2e (siehe Abs. 3.2) sowie eine gestreckte, dreibogige HZ3a mit der Zykloidenstrahllänge a (siehe Abs. 4.2) und gleicher Exzentrizität e dargestellt. Wird nun diese Hypozykloide um einen be­ stimmten Radius b verkleinert, so erhält man die erfindungsgemäß gewünschte Kurvenform HZ3b für einen Drehkolben, kurz DK-HZ3 genannt.

Wird dieser Drehkolben, der in unzähligen Varianten durch Verändern der Maße a, b und e mittels eines Schleifstiftes mit dem Durchmesser d = 2b nach den Koordinaten für Y = sinαa-sin2αe und X = cosαa+cos2αe genaustens auf einer CNC-Schleifmaschine hergestellt werden kann, mit sei­ nem Mittelpunkt M_DK auf einen Exzenterkreis EK mit dem gleichen Radius r = e mittels einer Exzen­ terwelle oder eines Planetengetriebes so geführt, daß er sich mit ein Drittel der Drehgeschwindig­ keit des Exzenters in gleicher Drehrichtung dreht, so berührt er die beiden Dichtrollen DR1 u. DR2 mit dem gleichen Durchmesser d = 2b, die um 180° versetzt und mit dem Abstandsmaß a um den Mittelpunkt M_DKM im feststehenden Gehäuse der Drehkolbenmaschine gelagert sind, ständig, wie in Abb. 10.2 dagestellt.

Die vorher beschriebene Gesetzmäßigkeit von gleicher Drehrichtung und ein Drittel Drehgeschwin­ digkeit für die Führung des Drehkolbens gegenüber der des Exzenters entspricht dem 3. BG für eine zweispitzige Epizykloide EZ2, siehe Abs. 2.2. Demnach beschreiben die drei Wendespitzen S1, S2 u. S3 des Drehkolbens die in Abb. 10.2 gepunktet dargestellte zweispitzige EZ2 und jeder Punkt mit einem längeren Abstandsmaß als l = 3e eine gestreckte, zweibogige EZ2. Außerdem geht die drei­ spitzige HZ3 des Drehkolbens bei gesetzmäßiger Drehung immer durch die beiden Endpunkte G1 und G2 der HZ2, siehe hierzu Abb. 3.2 auf Zeichng. Bl. 3 und die Beschreibung in Abs. 3.2.

Werden in diesen beiden Punkten G1 u. G2, die mit dem Abstandsmaß g = 4e auf der Geraden zwischen den beiden Mittelpunkten M_DR1 u. M_DR2 der Dichtrollen liegt, zwei Führungsrollen FR1 u. FR2 mit einem beliebigen Radius k seitlich im feststehenden Gehäuse der DKM gelagert, so rollen sie sich an der Hüllkurve HK-HZ3k des Drehkolbens DK-HZ3b ab. Diese innere Hüllkurve kann sehr einfach mittels eines Fräsers mit dem gleichen Durchmesser d₁ = 2k zusammen mit der Fertigung der Außenkurve hergestellt werden.

Mit dieser Konstruktionsmaßnahme reicht eine einfache Exzenterwelle mit der Exzentrizität e für die Lagerung und genauen Führung des Drehkolbens aus und man kann auf ein kompliziertes Planeten­ getriebe verzichten. Werden dagegen zwei oder mehrere Drehkolbenmaschinen nebeneinander an­ geordnet, so ist die Steuerung und Führung der einzelnen Drehkolben über eine Zentralwelle und Planetenräder einfacher.

Die Gehäuseform (Hüllkurve) HK zwischen den beiden Dichtrollen DR1 u. DR2 wird vom drehenden Kolben erzeugt und entspricht einer etwas vergrößerten, gestreckten, zweibogigen Epizykloide EZ2g.

Die Anbringung von zusätzlichen Dichtleisten DL im Drehkolben zur Erhöhung der Innenraumdrücke ist hier viel günstiger als bei der DKM-HZ2, da die Berührungspunkte entsprechend den kleineren Krümmungsradien, die von der gewählten Zykliodenstrahllänge a abhängig sind, auf diesen nur ge­ ringfügig wandern, und somit viel schmäler ausgeführt werden können. Außerdem sind hier die ge­ ometrischen Verhältnisse auch viel günstiger als bei der DKM (Wankelmotor), der in Abs. 4.4 be­ schieben wurde, wo die Dichtleisten spitz ausgeführt werden mußten.

In Abb. 10.2 ist ein zweiter Drehkolben DK' (Punkt-Strich-Linie) mit seinem Miielpunkt M'_DK um den Exzenterpunkt E₁ eingezeichnet, der sich um den Winkel γ rechtsrum (im Uhrzeigersinn) und der Drehkolben um den Winkel δ in gleicher Drehrichtung gedreht hat, wobei γ = 3δ ist. Die drei Wende­ spitzen S1, S2 u. S3 der HZ3 des Drehkolbens sind dabei auf der feststehenden EZ2 nach S1', S2' u. S3' gewandert.

Von der waagerechten Ausgangslage ausgehend, wo der Drehkolben das gesamte Arbeitsvolumen V_ges (gleich Gehäuse- minus Drehkolbenvolumen) in die Arbeitskammem AK1 bis AK4 teilt, hat sich nun eine fünfte Arbeitskammer AK5 (waagerecht schraffiert) gebildet, deren Volumen nach ei­ nem Drehwinkel von 150° den größten Wert erreicht hat und nach 300° wieder zu Null geworden ist. Nach einem Drehwinkel von 60° bildet sich immer abwechselnd hinter jeder Dichtrolle eine neue Ar­ beitskammer, während gleichzeitig eine verschwindet, so daß sich bei einer vollen Umdrehung des Drehkolbens insgesamt sechs Arbeitskammern bilden und sechs auch wieder zu Null werden.

Diese Volumenänderungen lassen sich gut für technische Maschinen wie bei der DKM-HZ2 ausnut­ zen, wobei jedoch neben den beiden Dichtrollen je zwei Ein- u. Auslaßschlitze ES1, ES2 u. AS1, AS2 notwendig werden. Die Ein- u. Auslaßschlitze müssen hier jedoch so schmal ausgeführt werden, daß sie in der maximalen Volumenlage noch gleichzeitig vom Drehkolben, siehe DK' in Abb. 10.2, abge­ deckt werden, damit kein Rückfluß des Mediums möglich ist. Bessere Möglichkeiten bieten hier selbstöffnende und selbstschließende Ventile, wie im folgenden Abschnitt beschrieben.

6.3 Drehkolbenmaschinen mit vier (n-) bogigen, hypozykloidischen Drehkolben DKM-HZ4 (n)

Die bisher beschriebenen Drehkolbenmaschinen mit einem zwei- und dreibogigen hypozykloidischen Drehkolben können jeweils um einen Bogen erweitert werden, wobei die Anzahl der Dichtrollen im­ mer um eins weniger sein muß als Bögen am Drehkolben (n-1).

Auf Zeichng. Bl. 11 ist nach dem 3. BG eine vierspitzige Hypozykloide HZ4 mit der Zykloidenlänge l = 3e (siehe Abs. 3.3), sowie eine gestreckte, vierbogige HZ4a mit der Zykloidenstrahllänge a und gleicher Exzentrizität e dargestellt. Verkleinert man diese Hypozykloide um einen bestimmten Radius b, so er­ hält man die gewünschte Kurvenform HZ4b für einen Drehkolben, kurz DK-HZ4 (n) genannt. Wird nun dieser Drehkolben, der nach den Koordinaten für Y = sinαa-sin(n-1)αe und X = cosαa+­ cos(n-1)αe sehr leicht auf einer CNC-Maschine mittels eines Fräsers oder eines Schleifstiftes mit dem Durchmesser d = 2b hergestellt werden kann, mit seinem Mittelpunkt M_DK auf einem Exzenter­ kreis EK mit dem gleichen Radius e durch eine Exzenterwelle oder ein Planetengetriebe so geführt, daß er sich mit ein Viertel (1/n) der Drehgeschwindigkeit des Exzenters in gleicher Drehrichtung dreht, so berührt er die drei (n-1) Dichtrollen DR1-DR3 mit dem gleichen Durchmesser d = 2b, die um 120° (360°/n-1) versetzt und mit dem Abstandsmaß a um den Mittelpunkt M_DKM im feststehenden Gehäuse der DKM gelagert sind, ständig (siehe Abb. 11.2). Außerdem beschreiben die vier (n) Spit­ zen S11-S14 des Drehkolbens eine dreispitzige EZ3 mit den drei Wendespitzen W11, W12 u. W13, siehe Abs. 2.3 und jeder Punkt auf dem Drehkolben mit einem größeren Abstandsmaß als l = 3e be­ schreibt demnach eine gestreckte, dreibogige Epizykloide.

Eine zusätzliche äußere Führung des Drehkolbens mittels Führungsrollen wie bei der DKM-HZ3 ist ist hier nicht notwendig, da dieses von den drei Dichtrollen genaustens übernommen wird. Die Ge­ häuseform (Hüllkurve) HK zwischen den drei Dichtrollen DR1, DR2 u. DR3 wird vom drehenden Kol­ ben erzeugt und entspricht einer etwas vergrößerten, gestreckten, dreibogigen Epizykloide EZ3g.

In Abb. 11.2 ist ein zweiter Drehkolben DK' (Punkt-Strich-Linie) mit seinem Mittelpunkt M'_DK um den Exzenterpunkt E₁ eingezeichnet, wobei sich der Drehkolben um den Winkel δ und der Exzenter um den Winkel γ = 4δ in gleicher Drehrichtung gedreht haben.

Von der Ausgangslage ausgehend, wo sechs Arbeitskammem AK1-AK6 vorhanden sind, das Volu­ men der Arbeitskammer AK2 geht gegen Null und das von AK5 vergrößert sich von Null aus, bildet sich nun hinter der Dichtrolle DR1 eine siebte Arbeitskammer AK7, die sich beim Weiterdrehen ständig vergrößert, siehe hierzu den in fünf Phasen (Abb. 15.1-15.5) auf Zeichng. Bl. 15 dagestellten Arbeitsablauf, und nach einen Drehwinkel von δ = 105° (180°(2n-1)/n²-n), was einem Exzenter-Dreh­ winkel von γ = 420° entspricht, sein größtes Volumen (V_max) erreicht hat und nach einem weiteren Drehwinkel von δ = 105° (δ_ges = 210°) wieder zu Null geworden ist. Nach einem Drehwinkel von δ = 30° = 360°/n(n-1) bildet sich also hinter einer der drei (n-1) Dichtrollen immer eine neue Arbeitskammer, während gleichzeitig eine verschwindet, so daß sich bei einer vollen Umdrehung des Drehkolbens 12 (n²-n) neue Arbeitskammern bilden und auch genau so viele wieder zu Null werden.

Bei dieser DKM-HZ4 ist die Anbringung von Ein- und Auslaßschlitzen neben den Dichtrollen wie bei der HZ2 oder HZ3 nur noch bedingt möglich, da die Ein- und Auslaßschlitze der gleichen Arbeitskam­ mer aus Platzmangel in der maximalen Volumenlage, siehe hierzu Abb. 15.5, vom Drehkolben nicht mehr gleichzeitig abgedeckt werden können, um einen kurzzeitigen Rückfluß des Mediums zu ver­ hindern. Werden dagegen neben den Dichtrollen drei selbstöffnende Einlaßventile EV1-EV3, sowie drei selbstschließende Außlaßventile AV1-AV3 (siehe Abb. 11.2) angeordnet, so lassen sich die vor­ her beschriebenen Volumenänderungen für die Verwendung als Pumpe oder Verdichter sehr gut ausnutzen. Werden dagegen die Ein- und Auslaßventile zwangsläufig mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch gesteuert, so eignet sich diese DKM auch gut als Dampfkraftmaschine oder Gasmotor, wenn der Drehkolben zusätzlich mit vier Dichtleisten DL versehen wird, die die ho­ hen Drücke zulassen, siehe hierzu ausführliche Beschreibung in Abs. 6.2. Eine weitere Erhöhung der Bögen am Drehkolben, z. B. ein DK-HZ5 mit fünf hypozykloidischen Bögen und mit vier Dichtrollen im Gehäuse sind durchaus möglich, jedoch wegen dem immer größer werdenden Umfang der DKM, der steigenden Zahl von Ventilen und vorallem wegen der enorm wachsenden Zahl von Arbeitskam­ mern pro Umdrehung des Kolbens, so sind es hier bereits zwanzig, technisch nicht mehr von Vorteil. Außerdem ist das System ab vier Rollen überbestimmt und es muß mindestens eine Rolle elastisch angedrückt werden.

Die Verwendung aller Drehkolbenmaschinen mit hypozykloidischen Drehkolben DKM-HZ.. als Ver­ brennungsmotor nach dem Otto- oder Dieselverfahren ist nur bedingt möglich, da die Anbringung von Kompressionsräumen wegen den wandernden Arbeitskammem nur schwer zu verwirklichen ist. Bessere Möglichkeiten bieten hier neue Verfahren, bei denen die Verbrennung des Kraftstoffs außer­ halb des Motors stattfindet, wie im folgenden Abschnitt beschrieben.

7.0 Der JURA-Drehkolben-Energie-Sparmotor (JURA-DK-ESM).

Auf Zeichng. Bl. 16 ist in den Abb. 16.1 (Schnitt A-A) und 16.2 (Schnitt B-B) ein Drehkolbenmotor in serienfertiger Konstruktion dargestellt, bei dem noch größere Energie-Einsparungen erzielt werden können als z. B. beim Verbrennungsmotor, wie er in Abs. 5.2 beschrieben wurde.

Hierbei handelt es sich um ein neues Verfahren, bei dem die Verbrennung des Kraftstoffes, also die Energie-Umwandlung, außerhalb des Motors explosionsartig oder auch kontinuierlich stattfindet. Für dieses Verfahren hat sich ganz besonders vorteilhaft die DKM-EZ2 erwiesen, dessen Drehkolben wie in Abs. 5.2 beschrieben, von einer zweibogigen Epizykloide abgeleitet ist und mittels einer Exzenter­ welle EW so gesteuert und geführt wird, daß er sich an den drei hohlen Dichtrollen DR1, DR2 u.DR3, die aus verschleißfestem Keramik hergestellt sind und in feststehenden Gleithülsen GH oder in be­ weglichen Gleitschuhen GS hydrostatisch gelagert sind, reibungsarm abrollt. Die drei Einlaß-Ventile EV1-EV3 und die drei Auslaß-Ventile AV1-AV3 werden bei dieser Ausführung über hydraulische Kol­ ben HK1-HK6 mittels Steuerscheiben oder eines Rechners (Computer) elektronisch so gesteuert, daß je nach vorhandener Drehzahl die günstigsten Öffnungspunkte bestimmt und die Öffnungszei­ ten der Ventile eingestellt werden können und somit der geringste Energie-Verbrauch bei jeder ge­ wünschten Leistung erzielt wird.

Bei diesem Verfahren können die verbrauchten Gase, Dämpfe oder auch Flüssigkeiten über Kon­ densatoren und Wärmetauschern geleitet und nach der Energie-Aufladung durch die Einlaß-Ventile wieder dem Motor zugeführt werden. Bedingt durch die abrollenden Dichtmodule und der damit er­ findungsgemäß erzielbaren niedrigen Reibverluste genügen schon geringe Druck- oder Tempera­ turunterschiede, um diesen Motor energiesparend betreiben zu können. Diese Vorteile haben sich auch bei der Verwendung als sogenannte Wärmepumpen herausgestellt, bei denen sich jedoch die Drehkolbenmaschinen mit hypozykloidischen Kolben (DKM-HZ..) am günstigsten bewährt haben.

8.0 Schlußbetrachtung.

Die in den vorhergehenden Abschnitten beschriebenen neuen Drehkolbenmaschinen mit von Epi- oder Hypozykloiden abgeleiteten Drehkolben und mit Rollen oder Rollensegmenten als Dichtmodule im feststehendem Gehäuse lassen sich in unzähligen Varianten einfach und preisgünstig herstellen und sind für alle nur denkbaren technischen Aufgaben sehr gut ausnutzbar, wobei der Wirkungsgrad viel höher und das Gewicht viel kleiner ist als bei vergleichbaren Hubkolbenmaschinen. Auch sind die Nachteile der bisher bekannten Drehkolbenmaschinen weitgehends beseitigt worden. Die Ver­ wendung von einfachen Exzenterwellen an Stelle von komplizierten Planeten-Getrieben für alle be­ schriebenen Varianten als An- bzw. Abtrieb ist von großem Vorteil.

Die seitliche Abdichtung der Drehkolben kann mittels bekannten Spaltddichtungen mit hydraulischen Gegendruck reibungsarm vorgenommen werden oder mit umlaufenden Dichtprofilen aus neuen Werkstoffen wie Keramik oder Kunststoff, die reibungsarm und selbstschmierend sind.

In weiteren externen Patentanmeldungen sollen weitere Drehkolbenmaschinen, wie z. B. mit wandern­ den Berührungspunkten zwischen Drehkolben und Gehäuse, (siehe Abs. 3.2 u. 3.3), sowie mit Dicht­ rollen im Drehkolben, beschrieben und geschützt werden, die wegen des umfangreichen Materials hier nicht verwirklicht werden konnten.

Inhaltsverzeichnis A) Patentbeschreibung

1.0 Allgemeines, Ziel der Erfindung Bl. 1+2
2.0 Die Zykloiden Bl. 3
2.1 Die einspitzige (einbogige) Epizykloide EZ1 Bl. 3+4
2.2 Die zweispitzige (zweibogige) Epizykliode EZ2 Bl. 4+5
2.3 Die dreispitzige (dreibogige) Epizykloide EZ3 Bl. 5
2.4 Die vier- und mehrspitzige (vier- und mehrbogige) Epizyklide EZ4 (EZn) Bl. 6
3.0 Die Hypozykloiden BL6
3.1 Die zweispitzige (zweibogige) Hypozykloide HZ2 Bl. 6+7
3.2 Die dreispitzige (dreibogige) Hypozykloide HZ3 Bl. 7
3.3 Die vierspitzige (vierbogige) Hypozykloide HZ4 Bl. 8
3.4 Die fünf- und mehrspitzige (fünf und mehrbogige) Hypozykloide HZ5 (HZn) Bl. 8+9
3.5 Die Kombination von Epi- und Hypozykloiden Bl. 10
4.0 Die gestreckten Zykloiden Bl. 10
4.1 Die gestreckten Epizykloiden EZ..a Bl. 10+11
4.2 Die gestreckten Hypozykloiden HZ..a Bl. 11+12
4.3 Die gestreckte, zweibogige Hypozykloide HZ2a als Drehkolben Bl. 12+13
4.4 Die gestreckte, zweibogige Epizykloide als Gehäuseform Bl. 13+14
5.0 Drehkolbenmaschinen mit epizykloidischen Drehkolben Bl. 14
5.1 DKM mit einem einbogigen, epizykloidischen Drehkolben (DKM-EZ1) Bl. 15+16
5.2 DKM mit einem zweibogigen, epizykloidischen Drehkolben (DKM-EZ2) B1. 16+17
5.3 DKM mit drei- und mehrbogigen, epizykloidischen Drehkolben (DKM-EZn) Bl. 17+18
6.0 Drehkolbenmaschinen mit Hypozyklodischen Drehkolben (DKM-HZ..) Bl. 18
6.1 DKM mit einem zweibogigen hypozykloidischen Drehkolben (DKM-HZ2) Bl. 18+19+20
6.2 DKM mit einem dreibogigem hypozykloidischen Drehkolben (DKM-HZ3) Bl. 20+21+22
6.3 DKM mit einem vier- (n-)bogigen hypozykloidischen Drehkolben (DKM-HZn) Bl. 22+23
7.0 Der JURA-Drehkolben-Energie-Sparmotor (JURA-DK-ESM) Bl. 23+24
8.0 Schlußbetrachtung Bl. 24

B) Patentansprüche

1-10 Patentansprüche Bl. 1+2+3
C) Zusammenfassung (Kurzbeschreibung) Bl. 1
D) Zeichnungen (insgesamt 58 Abbildungen) B1. 1-16

Claims (10)

1. Drehkolbenmaschinen mit Drehkolben, dessen Außenform von gestreckten Epi- oder Hypozykloiden abgeleitet und um einen bestimmten Radius b verkleinert sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie mittels einer Exzenterwelle oder eines Planetengetriebes so geführt und gesteuert werden, daß sie sich an einer, zwei, drei oder noch mehreren Dichtrollen mit den Durchmesser d = 2b, die vorzugs­ weise im feststehenden Gehäuse direkt oder in Führungsschuhen gleitend, rollend oder hydrostatisch gelagert sind, abrollen, wodurch sehr geringe Reibverluste erzielt werden. Die Dichtrollen können auch als Hohlrollen ausgebildet sein und so zwischen zwei Führungsrollen geführt werden, daß sie sich leicht verformen und somit bestimmte Anpreßkräfte auf den Drehkolben erzeugen. Wird eine Führungsrolle auf einen Exzenterbolzen gelagert, so können diese Anpreßkräfte von außen genau eingestellt bzw. bei Abnutzung nachgestellt werden.

2. Drehkolbenmaschinen mit gleicher Drehkolbenform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente, auch Dichtmodule genannt, in Abwandlung aus Rollensegmente bestehen, die im stehenden Gehäuse fest montiert oder in Nuten gleitend geführt und mittels mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Kräften an den Drehkolben angedrückt werden, wodurch ein Gleiten zwischen der gesamten Außemform des Drehkolbens und einem bestimmten Kreissegment der Dichtleisten entsteht. Dieses Gleiten bewirkt, das Fremdköperpartikel, wie sie z. B. beim Verbren­ nungsmotor entstehen, abgeschabt werden, wobei dieser Vorgang durch das Anbringen von kleinen Nuten in den Dichtleisten noch verstärkt werden kann.

3. Drehkolbenmaschinen nach Anspruch 1 und 2, kurz DKM-EZ1 genannt, mit einem Drehkolben, des­ sen Außenform von einer einbogigen, gestreckten Epizykloide mit der Zykloidenstrahllänge a und der Exzentrizität e abgeleitet und um einen bestimmten Radius b verkleinert ist, dadurch gekennzeichnet, daß er mit seinem Mittelpunkt auf einer Exzenterwelle mit der gleichen Exzentrizität e gelagert und so geführt wird, daß er sich mit gleicher Drehgeschwindigkeit in entgegengesetzter Drehrichtung dreht und dabei zwei Dichtrollen mit dem Durchmesser d = 2b, die um 180° versetzt und mit dem Abstands­ maß a um dem Mittelpunkt der DKM angeordnet sind, ständig berührt, wobei zwischen den Dichtrollen und der inneren Gehäuseform (Hüllkurven) zwei Arbeitskammern entstehen, deren Volumen sich bei einer Umdrehung des Kolbens je einmal von V = 0 über V_max bis wieder V = 0 verändert. Hierbei wird für die genaue Führung des Drehkolbens zwei seitlich an ihm angeordnete Führungsrollen mit dem Abstandsmaß l = 2e verwendet, die in einer seitlich im feststehenden Deckel angebrachten Kreuznut entlanggleiten.

4. Drehkolbenmaschinen nach Anspruch 1 und 2, kurz DKM-EZ2 (EZn) genannt, mit einem Drehkolben, dessen Außenform von einer zweibogigen (n-bogigen), gestreckten Epizykloide mit der Zykloiden­ strahllänge a und der Exzentrizität e abgeleitet und um einen bestimmten Radius b verkleinert ist, dadurch gekennzeichnet, daß er mit seinem Mittelpunkt M_DK auf einer im Gehäuse angeordneten Exzenterwelle mit der gleichen Exzentrizität e gelagert ist und so geführt wird, daß er sich mit halber (1/n) Drehgeschwindigkeit in entgegengesetzter Drehrichtung dreht und dabei drei (n+1)Dichtrollen mit dem Durchmesser d = 2b, die um 120° versetzt und mit dem Abstandsmaß a um den Mittelpunkt der DKM angeordnet sind, ständig berührt, wobei zwischen den Dichtrollen drei (n+1) Arbeitskam­ mern gebildet werden, deren Volumen sich bei einer Umdrehung des Drehkolbens je zweimal (n-mal) von V = 0 über V_max bis wieder V = 0 verändert, wobei eine zusätzliche seitliche Führung des Drehkol­ bens mittels Führungsrollen, wie bei der DKM-EZ1 nicht notwendig ist, da diesen von den drei Dicht­ rollen genaustens übernommen wird und ab vier Rollen mindestens eine (n-2) elastisch mittels einer Druckfeder oder hydraulisch angedrückt werden müssen, da sonst das System überbestimmt ist.

5. Drehkolbenmaschinen nach Anspruch 3 und 4 mit epizykloidischen Drehkolben, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Umfang der DKM und auch seitlich für jede Arbeitskammer ein, zwei oder auch mehrere Ein- und Auslaßventile angeordnet sind, die bei Verwendung als Pumpe oder Verdichter selbstöffnend und selbstschließend ausgeführt sein können und bei Verwendung als Motor (z. B. Ver­ brennungsmotor) zwangsläufig (mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch) gesteuert werden müssen.

6. Drehkolbenmaschinen nach Anspruch 1 und 2, kurz DKM-HZ2 genannt, mit einem Drehkolben, des­ sen Außenform von einer zweibogigen, gestreckten Hypozykloide (Ellipse) mit der Zykloidenstrahl­ länge a und der Exzentrizität e abgeleitet und um einen bestimmten Radius b verkleinert ist, dadurch gekennzeichnet, daß er mit seinem Mittelpunkt M_DK auf einer im Gehäuse angeordneten Exzenter­ welle mit der gleichen Exzentrizität e gelagert ist und so geführt wird, daß er sich mit halber Dreh­ geschwindigkeit in gleicher Drehrichtung dreht und dabei eine Dichtrolle mit dem Durchmesser d = 2b, die mit dem Abstandsmaß a vom Mittelpunkt der DKM angeordnet ist, ständig berührt, wobei zwischen der Dichtolle, der inneren Gehäuseform (Hüllkurve) der DKM und dem drehenden Kolben immer wieder eine neue Arbeitskammer gebildet wird, deren Volumen nach einem Drehwinkel von 270° den größten Wert erreicht hat und nach 540° wieder zu Null geworden ist. Hierbei reicht für die genaue Führung des Drehkolbens eine seitlich im feststehenden Gehäuse auf der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkt der DKM und der Dichtrolle im Abstandsmaß von l = e angeordneten Fest­ rolle, die sich in einer im Drehkolben in Längsrichtung angebrachten Nut mit der Länge g = 4e abrollt.

7. Drehkolbenmaschinen nach Anspruch 1, 2 und 6, kurz DKM-HZ3 (HZn) genannt, mit einem Drehkol­ ben, dessen Außenform von einer dreibogigen (n-bogigen), gestreckten Hypozykloide mit der Zykloi­ denstrahllänge a und der Exzentrizität e abgeleitet und um einen bestimmten Radius b verkleinert ist, dadurch gekennzeichnet, daß er mit seinem Mittelpunkt M_DK auf einer im Gehäuse angeordneten Ex­ zenterwelle mit der gleichen Exzentrizität e gelagert ist und so geführt wird, daß er sich mit ein Drittel (1/n) Drehgeschwindigkeit in gleicher Drehrichtung dreht und dabei zwei (n-1) Dichtrollen mit dem Durchmesser d = 2b die um 180° (360°/n-1) versetzt und mit dem Abstandsmaß a um den Mittelpunkt der DKM angeordnet sind, ständig berührt, wobei zwischen den Dichtrollen, den inneren zwei (n-1) Gehäuseformen (Hüllkurven) der DKM und dem drehenden Kolben immer wieder nach einem Dreh­ winkel von 60° (360°/n (n-1)) eine neue Arbeitskammer gebildet wird, dessen Volumen nach einem Drehwinkel von 150° (180°(2n-1)/n²-n) seinen größten Werte erreicht hat und nach dem doppelten Winkel wieder zu Null geworden ist. Hier reicht bei der HZ3 für die genaue Führung des Drehkolbens zwei seitlich im feststehenden Gehäuse auf der Verbindungslinie zwischen den beiden Dichtrollen im Abstandsmaß von g = 4e angeordneten Festrollen mit dem Durchmesser d₁ = 2k, die sich an der Kur­ venform einer dreispitzigen und um den Radius k vergrößerten Hypozykloide mit der gleichen Exzen­ trizität e im Drehkolben abrollen, aus und ab der HZ4 auf diese zusätzliche Führung ganz verzichtet werden kann, da dieses von den drei Dichtrollen genaustens übernommen wird, wobei ab vier Rollen das System überbestimmt ist und mindestens eine Rolle, bzw. (n-4) Rollen elastisch mittels Druckfe­ den oder hydraulisch angedrückt werden müssen.

8. Drehkolbenmaschinen nach Anspruch 6 und 7 mit hypozyklidischen Drehkolben, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Umfang der DKM oder auch seitlich pro Dichtrolle (Dichtmodul) je ein Ein- und Auslaßschlitz vorgesehen ist, oder aber je nach Verwendungszweck auch selbstöffnende und selbst­ schließende bzw. zwangsläufig gesteuerte Ein- und Auslaßventile angeordnet sein können und daß der Drehkolben zur Erhöhung der Innenraumdrücke an den Krümmungsradien zusätzlich mit Dicht­ leisten (Dichtmodulen) ausgestattet werden kann.

9. Drehkolbenmaschinen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Exzenter­ welle für die genaue Führung und Steuerung der Drehkolben auch Planetengetriebe verwendet wer­ den können, die vor allem bei der parallelen Anordnung von zwei oder auch mehreren Maschinen nebeneinander von Vorteil sind.

10. Drehkolbenmaschinen nach Anspruch 1 bis 9 mit von Epi- oder Hypozykloiden abgeleiteten Dreh­ kolben und mit Rollen oder Rollensegmente als Dicht- und Führungsmodule zur Verwendung als Energie-Sparmotor, kurz JURA-DK-ESM, oder als Energie-Wäemepumpe, kurz JURA-DK-EWP ge­ nannt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Kraftstoffes bzw. die Energie-Umwand­ lung kontinuierlich außerhalb des Motors (Pumpe) stattfindet und die Ein- und Auslaßventile mittels hydraulisch betätigter Kolben, siehe Zeichng. Bl. 16, oder mittels elektrisch angetriebener Verstell- Einheiten drehzahlabhängig entsprechend der gewünschten Leistungsabgabe über Steuerschei­ ben oder über einen Rechner (Computer) elektronisch gesteuert werden, wobei wegen den erfin­ dungsgemäß sehr geringen Reibverlusten bereits geringe Wärme- oder Druckunterschiede aus­ reichen, um mit diesen neuen Verfahren den Drehkolben-Motor bzw. die Drehkolben-Wärmepumpe energiesparend betreiben zu können.