DE2027109A1

DE2027109A1 - Rotationskolbenmotor

Info

Publication number: DE2027109A1
Application number: DE19702027109
Authority: DE
Inventors: der Anmelder P ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-06-03
Filing date: 1970-06-03
Publication date: 1971-12-16
Also published as: DE2027109B2; AT322289B; SE371249B; GB1349073A; ES391803A1; US3724428A; BE767830A; FR2095819A5; JPS554921B1; NL7107303A; CH539773A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolbenmotor. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Brennkraftmaschine so auszubilden, daß bei verhältnismäßig kleiner Bauweise eine hohe Leistung bei hohes Brennstoff verdichten möglich wird.

Die Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß in einen kreisförmigea Ringzylinder ein umlaufender, die Abtriebswelle treibender, vornehmlich bogenzylindrischer Kolben und ein diesem mit sich änderndem Abstand nachlaufender Gegenkolben vorhanden sind und daß eine selbsttätige Vorrichtung zum Einstellen des Abstände« zwischen Kolben und Gegenkolben vorgesehen ist, wobei der auf dem Kolbenumfang sich ändernde Abstand zwischen den Kolben unterschiedlich große Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeite- und Ausstoßräume bestimmt.

Durch den kreisförmigen Ringzylinder und die darin umlaufenden bogenzylin-

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drisch gestalteten Kolben und Gegenkolben ergibt sieh eine äußerst einfache Konstruktion und eine leicht zu beherrschende und überschaubare Betriebsweise des Motors.

Beim Umlaufen des Kolbens und des nachlaufenden Gegsnkoibsns werden die durch den Abstand der beiden Kolben bedingten Kammsrη stetig entlang de» Umfangeβ des Ringzylinders verlagert. Dabei bewirkt die Vorrichtung zum Einstellen dea Abstände· zwischen daκ Kolben eine Änderung der K&mmergröße. Die Steuervorrichtung ist so wirksam, dafl die Kammer heim Ansaugen am größten ist und während des anschließendem Verdichten« kleiner wird, ua ihren Kleinstwert anzunehmen, sobald sie siaii an d«r Zündungsstelle befindet. Hier, wo die größte Verdichtung vornaadem ist, erfolgt dann die Zündung. Die sich ausdehnenden Gase bewirken eine Vergrößerung des Abstaades zwischen den Kolben, die Entstehung eiaes Nutssdrehm®»@ntee am Treibkolben und nach kurzem Winkelweg dan Aaaatoöea der Brenngase und auf dem weiteren Umlaufweg von Kolben und Gegenkolben das Vergrößern der Kammer und das Ansaugen des Kraftstoffes in diese Kamner· W@mn die K©lboa d©n Ana&ugbereieh auf ihrem Umlaufweg verlassen haben, wird der gegenseitige Abstand der Kolben verringert, so daß der Kraftstoff verdichtet wirde Im Zündbereich ist der gegenseitige Kolbenabstand am g@riagst®n_t 00 daß hier die höchste Verdichtung vorhanden ist« Mit dem Zändvörgaag wiederholt sieh das Arbeitsspiel*

Zur Fortleitung der Drehkr&ii vom Tnibbolbca ®at die Antriebswelle und zu deren eigenen Lagerung sowie zum Einbau $.®z Kelben-Abst&nds-Steuervorrichtung empfiehlt es sieh, die Ausbildung «to au treffen^ daß in des vom Bingxylinder umschlessenen Bann ein» hohl® Ksreissefesib« vffirgeeelien ist, deren Stirnseiten im Zentrum in die Abtrieb stelle äbergeiien und daß der Treibkolben fest mit des* hohlen Kreissehsib® verbunden ist und daß außerhalb des Hohlraumes in der Kreiaeefeeiise k©azsata*is©fe zu dieser Lagerecheiben vorgesehen sind, welche drehb@wegiiish an Eingxjlinder Abgestützt sind und die Abtriebswell« lagernd anfnehs^n ηηά daß sehlieSlieh in den Hohlraum der Kreisseheibe wesentlich« Teil* der Stenervorrisatnag zum Einstellen des Abstande· swischen den Kolbaa aatergsfcr&clit aiaäo iüaastig iat es dabei, wenn die hohle Kreiascheibe mittels zweier dssjisli Giss BiBtsESEtail von-

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einander, ia Abstand gehaltener Scheiben gebildet wird, wobei das Diatanzteil feat ait dea Kolben und feat aiit den Scheiben verbunden ist.

Ua die Mitnahme dea Gegenkolbena auf dem UmIaufweg dee Treibkolbena und die Änderung dea Abatandea zwischen den Kolben zu bewerkstelligen, wird bei einer bevorzugten Aueführungsfora der Erfindung die Ausbildung ae getroffen, daß der Gegenkolben an einer Gleitschiene befestigt iat» die über ein Gelenk an einen Hebel angeschlossen iat, der über ein weiteres Gelenk ait einer Ireisseheibe verbunden ist, welche drehbeweglich auf eines Exzenter einer Welle gelagert ist, die selbst drehbeweglich in den Lagerscheiben gelagert iat und feat ait einea Bitsei verbunden iat, daa ait einea stillstehenden, tob der Abtriebewelle durchsetzten Gegenritzel in Eingriff steht und daß die Kreisacheibe stirnseitig in kreisförmigen Ausnehaungen in den Seitenwänden der hohlen Kreisscheibe geführt ist·

Wenn die Zähnesahl von Bitzel und Gegenritzel gleich groß ist, dann erfolgt bei einer rollen Uadrehung τβη Kolben und Gegenkolben eine Zündung« Die Zahl der Zündungen auf dea UaIaufweg läßt sieh leicht ändern, iadea daa Übersetzungsverhältnis zwischen Bitzel und Gegenritzel entsprechend gewählt wird·

Daa hohe Verdichtungsverhältnis, welches zwischen 1 : 10 und 1 : 40 liegen kann, wird nicht zuletzt deswegen Beglich, weil der Kolben und der Gegenkolben auf den einander augekehrten Seiten plane, jeweils in einer Ebene einea BadiusTektora liegende Stirnwände aufweisen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht* Es zeigern

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindu&gsge-

aäBen Botationskolbenmotor,

Fig. 2 einem Schnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1, Fig· 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig· I, Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IY in Fig. 1, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie Y-Y in Fig. 1.

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Der treibende Kolben 1 (Fig. 2) ist «1· bogenförmiger Rohrzylinderkolben rotationsbeweglich im Bingsylinder 2 eingebaut. Der Kolben 1 ist feet «it dta ringförmigen Di«tanzβtück 3 verbunden, welche8 einen Schlitz in Ringzylinder 2 BU dessen Mittelpunkt hin durchsetzt. An beiden Seiten des Distansstückes 3 sind Kreisscheiben 4, 4* angeordnet.. Diese Scheiben 4, 4* sind beispielsweise durch Bolzen 5 fest mit den Distanzstück 3 verbunden. Die Scheiben 4, 4* und das ringförmige Dietanzstück 3 bilden eine Kreisseheibe «it dtm Hohlraum 6*

Mit den äußeren Stirnseiten 7, 7* sind die Scheiben 4, 4' fest mit den die Abtriebswelle bildenden Wellenenden 8, 8' verbunden. Diese sind drehbeweglich in den Lagerecheiben 9» 9* gelagert, die gleitbeweglich an den äuSeren Stirnseiten 7» 7* anliegen und über die Kugellager 10, 10' am Ringzylinder 2 abgestützt sind·

Die wellenenden 8, 8¹ durchsetzen frei die stillstehend am Motorgehäuse 11 befestigten, mit den Kitzeln 12, 12* in Eingriff stehenden Gegenritzel 13, 13·. Sie sind im übrigen im Gehäuse 11 gelagert» und auf dem Wellenende 8, über welches die Drehkraftabgabe erfolgt, ist das Schwungrad 14 befestigt.

Anschließend an den treibenden Kolben 1 ist im Ringzylinder 2 mit veränderbarem Abstand A der Gegenkolben 15 rotationsbeweglich eingebaut. Der Gegenkolben 15 ist an einer ü-förmigen Gleitschiene 16 befestigt, welche mit den Schenkeln 17, 18 die Hohlscheibe 3, 4, 4* gleitbeweglich umgreift. Die Gleitschiene 16 ist über das Gelenk aus dem Zapfen 19 und die Büchse 20 an den Hebel 21 angeschlossen, welcher bei 22 schwenkbeweglich in der Nase am Exzenter 24 gelagert ist· Der Mittelpunkt des kreisringförmig gestaltetem Exzenters 24 liegt bei 25. Der Exzenter 24 ist drehbeweglich auf dem kreisförmig gestalteten Excenter 26 gelagert, der in die Welle 27 zu beiden Stirnseiten übergeht, wobei die Welle 27 in den Lagerscheiben 9, 9* gelagert iat und die Ritsel 12, 12* fest trägt.

Die einander zugekehrten Flachem 28, 29 der Kolben 1 und 15 sind plan gehaltem, webet aie in der Ebene der Radiussektoren verlaufen. In der in

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Fig. 2 gezeigten gegenseitigen Lage der Kolben 1 und 15 ist der Abstand A am geringsten. Der Rauminhalt der durch die Kolben begrenzten Kamaer 30 ist auf seinen Kleinstwert gebracht worden, wobei der in dieser Kammer befindliche Kraftstoff seine höchste Verdichtung aufweist. Wenn dies der Fall ist, also in der in Fig. 2 wiedergegebenen Kolbenstellung, erfolgt Fremd- oder Eigenzündung. Dabei bleibt der Gegenkolben 15 zunächst in seiner eingenommenen Lage, in welcher er von der Steuervorrichtung gehalten wird. Der Treibkolben 1 dagegen wird von den expandierenden Brenngasen in Richtung des Pfeiles B verstellt. Sobald der Treibkolben 1 bei a angekommen ist, können die Brenngase über die Auslaßöffnung 31 ausströmen; sie werden von dem nacheilenden Kolben 15 dann völlig ausgestoßen. Sobald der Treibkolben auf seinem Umlaufweg bei b angekommen ist, wird die Ansaugöffnung 32 freigegeben, so daß in die jetzt verhältnismäßig große Kammer Kraftstoff gesaugt wird. Wenn der Treibkolben 1 auf seinem Umlaufweg bei c angekommen ist, dann wird der Gegenkolben 15 schneller bewegt als der Treibkolben, so daß der Kraftstoff auf den Weg von c nach d verdichtet wird. Sobald sich die Kolben auf der Höhe d befinden, erfolgt die Zündung von neuem, so daß sich das Arbeitsspiel wiederholt»

Die Exzenterscheibe 24 ist in kreisrunden Ausnehmungen 33» 33' in den Scheiben 4, 4* genau passend eingesetzt und kann gleitend in diesen Ausnehmungen sich bewegen. Die Nase 21 iet schmaler gehalten als der gegenseitige Abstand S der Scheiben 4, 4' und ragt in den Hohlraum 6 ein.

Wenn die Zündung in der in Fig. 2 gezeigten Lage der Kolben 1 und 15 erfolgt, wird auf den Gegenkolben 15 eine hohe Druckkraft in Gegenrichtung des Pfeiles B ausgeübt. Infolgedessen entsteht am Zapfen 19 eine durch den Mittelpunkt der Gelenkstelle 22 führende Kraft P, die bestrebt ist, den Hebel 23, 24 um den Hittelpunkt 35 der Antriebswelle 8 zu verdrehen, was unmöglich ist, weil der Exzenter 26 außermittig im Hebel 24 sich befindet. Es entsteht im Mittelpunkt 34 eine im Gegendrehsinn zur Kraft P wirksame Kraft R um den Mittelpunkt 35· Aus den Drehmomenten der Kräfte P und B um den Mittelpunkt 35 resultiert ein Restdrehmoment in Richtung der Kraft Il um den Mittelpunkt 35. Dies hat zur Folge, daß die in Gegenrichtung des Pfeiles B an der Kolbenfläche 29 bei der Zündung angreifend· Kraft

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keine Nutzkraftminderung bewirkt. Es entsteht außerdem eine Kraft V, die außermittig vom Kittelpunkt 35 nach oben gerichtet ist. Diese Kraft V ist bestrebt, das System im Gegenzeigersinn zu verdrehen. Es wirkt also bei der Zündung aufgrund des Kraftangriffes an der Kolbenfläche 29 auch •in· in Nutckraftdrehrichtung wirksame Kraft V. Der Gegenkolben 15 bleibt bei der Zündung zunächst nahezu in Ruhe, so daß der Treibkolben 1 unter Vergrößerung der Kammer 30 in Bichtung des Pfeiles B verstellt wird. Auf seinem Umlaufweg in Bichtung des Pfeiles B nimmt der Treibkolben die Seheiben 4, 4¹ und damit den in deren Ausnehmungen 33» 33' geführten Exzenter 24 mit. Demzufolge wird die Achse 34 der Welle 27 auf einem Kreisbogen K am Abstand T gegenüber der Achse 35 der Abtriebewelle 8 bewegt. Dabei rollt das Bitzel 12 an Gegenritzel 13 ab, so daß der Exzenter 26 verdreht und damit der Hebel 24 mit seiner Nase 23 und der Gelenkstell· verschwenkt wird, was sieh in einer Änderung des Abstandes A der Kolben und 15 auswirkt, und zwar derart, daß der Gegenkolben von der Zündstelle d bis zur Stell· e, wo das Verdichten beginnt, geringfügig langsamer läuft als der Treibkolben, daß er aber dann von c ab bis d rascher läuft als der Treibkolb«n_f so daß der Abstand A von der Züadstelle bei d bis zur Stell· e größer wird, dann aber von c bis d kleiner wird.

Die Zahl der Zündungen bei einer Umdrehung der Kolben hängt vom Übersetzungsverhältnis der Verzahnung v©n Bitssl 12 und Gegoaritzel 13 ab. Die Ausbildung kann ohne weiteres bo gewählt werden, ά&Β auf einer Umdrehung zwei oder mehr Zündungen erfolgen. Voraussetzung hierfür ist, daß ein ganzzahliges Übersetzungsverhältnis gewählt wird.

Das Ausstoßen und Ansaugen kann u. U. auch über Ventile oder Schieber gesteuert werden.

Im Treibkolben 1 kann gegebenenfalls ein® Zündkerze oder eine Einspritzdüse angebracht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor werden wie beim Hubkolbenmotor zylinderförmige Kolben verwendet. Die einzelnen faki@ eines Arbeitespieles erfolgen jedoch nicht wie bein Hubkolbenm©t@? im gleichen Baum,

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rielaehr wird jede· Takt eine eigene Kaauaer zugewiesen, die mm UmIaufweg an unterschiedlichen Stellen mittels de« Kolben· and Gegenkolben· and de· Ringzjlinder· gebildet wird.

Mit den erfindungagemäBen Metor kann ein hohe· Verdichtungarerhältnia erzielt werden, welche· zudem änderbar iet, indem der Ibatand A eiageatellt werden kana« Trotz Verwendung ähnlicher Kolben wie bei« Hubkolbenmotor kann eis Yerklenaea τοη Treib- und Gegenkolben bein erfindangageak'Sen Motor nicht eintreten· Die Umdrehungazahl läßt aich rerhältniamäeig hoch wählen. Bei kleinen ibaeaaungen wird eine rerhältniMäßig hohe Leistung erzielt. Der Wirkungsgrad liegt rerhältniamäeig hoch.

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Claims

Patentansprüche

ί l7\Rotationakolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß in einen kreisför- ^—-^migen Ringzylinder (2) ein umlaufender, die Abtriebewelle (8, 8¹) treibender, rornehmlich bogenzylindrischer Kolben (l) und ein diese» ■it sich änderndes Abstand (A) nachlaufender Gegenkolben (15) vorhanden sind und daß eine selbsttätige Vorrichtung zum Einstellen des Abstand·» (a) zwischen dem Kolben (l) und dem Gegenkolben (15) vorgesehen ist, wobei der auf dem Kolbenumlaufweg sich ändernde Abstand (a) zwischen den Kolben (l, 15) unterschiedlich große Ansaug-, Verdichtung*-, Arbeite- und Ausstoßkammern (30) bestimmt.

2« Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Ringzylinder (2) umschlossenen Raum eine hohle Kreisscheibe vorgesehen ist, deren Stirnseiten (7, 7') in Zentrum in die Abtriebswelle (8, 8') übergehen und daß der treibende Kolben (l) fest mit der hohlen Kreisscheibe (4, 4') verbunden ist und daß außerhalb des Hohlraumes (6) in der Kreisacheibe konzentrisch zu dieser Lagerscheiben (9, 9¹) vorhanden sind, welche drehbeweglich am Ringzylinder (2) abgestützt sind und die Abtriebswelle (8, 8¹) lagernd aufnehmen und daß in dta Hohlraum (6) der Kreisacheibe (4, 4¹) wesentliche Teile der Vorrichtung zum Einstellen des Abständes (a) zwischen Kolben (l) und Gegenkolben (15) untergebracht sind,

3. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Kreisacheibe mittels zweier durch ein ringförmiges Distanzteil (3) voneinander im Abstand (S) gehaltener Scheiben (4, 4¹) gebildet ist, wobei das Diatanzteil (3) fest mit dem Kolben (l) und fest mit den Scheiben (4, 4') verbunden ist.

4· Rotationskolbenmotor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkolben (15) an einer Gleitachiene (l6) befeatigt ist, die über ein Gelenk (19, 20) an einem

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Hebel (21) angeschlossen ist, der über ein weiteres Gelenk (22) mit einer Kreisscheibe (24) verbunden ist, ve1ehe drehbeweglich auf einen Exzenter (26) einer Welle (27) gelagert ist, die selbst drehbeweglich in den Lagerscheiben (lO, 10') gelagert und fest ait einem Bitzel (l2, 12') verbunden ist, das axt einea stillstehenden, τοη der Abtriebswelle (8, 8') durchsetzten Gegenritzel (13) in Eingriff steht, und daß die Kreisscheibe (24) stirnseitig in kreisförmigen Ausnehiiungen (33» 33') in den Seitenwänden (4, 4') der hohlen Kreisscheibe geführt ist.

5. Rotationskolbenmotor nach einea oder aehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl von Bitzel (12) und Gegenritzel (13) gleich groß ist»

6. Rotationskolbenmotor nach einem oder aehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl von Bitzel (12) und Gegenritzel (13) in einea ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen*

7. Rotationskolbenmotor nach einem oder aehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fremdzündung die Zündkerzen im Ringzylinder angeordnet sind.

8. Rotationskolbenmotor nach einem oder aehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fremdzündung die Zündkerze im Kolben (l) bzw· ia Gegenkolben (13) untergebracht ist·

9* Rotationskolbenmotor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ia Kolben (l) bzw· ia Gegenkolben (15) Einspritzdüsen vorgesehen sind.

10. Rotationskolbenmotor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (l) und der Gegenkolben (15) auf den einander zugekehrten Flächen (28, 29) plan gehalten sind. -

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Le e rs e ι te