DE2152517A1

DE2152517A1 - Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2152517A1
Application number: DE19712152517
Authority: DE
Inventors: Przybylski Zdislaw Ryszard
Original assignee: PRZYBYLSKI ZDISLAW RYSZARD
Current assignee: PRZYBYLSKI ZDISLAW RYSZARD
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1971-10-21
Publication date: 1972-04-27
Also published as: FR2113141A5; CA951645A; DE2152517C3; US3780710A; DE2152517B2; GB1367955A

Description

DR. O. DITTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FÜNBR DIPL. ING. P. STRBHL

DA-5108

21.1ο.1971 Zdzis/aw Ryszard Przybylski

Rotation^ojLbemasohine

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit zwei oder mehreren Rotoren und vielfacher Ausnutzung des Arbeitsvolumens, der als Antriebsquelle bestimmt ist, insbesondere in Fällen, in denen sehr kleine Dimensionen und ein geringes Gewicht gefordert werden.

In der technischen Literatur und in der Patentliteratur kann man Beschreibungen zahlreicher Rotationsmotoren finden, die in verschiedenen Hinsichten dem nachstehend beschriebenen ähnlich sind. Es handelt sich um einen Motor, versehen mit einem Rotor mit radialen Vorsprüngen (Kolben) oder Schaufeln, die meistens mittels eines Zahnradgetriebes mit drehbaren Dichtungselementen, sogenannten drehbaren Schützen oder Zündungsläufern gekuppelt sind, in denen sich entsprechende Aussparungen (Kammern) befinden, die zur Aufnahme der RotorvorSprünge dienen. In allen diesen Rotationsmotoren haben der Rotor und die drehbaren Schützen die Gestalt eines Kreiszylinders.

Die Rotorvorsprünge sind auf der Aussenseite der zylinderförraigen Oberfläche des Rotors angebracht,

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während die Aussparungen der drehbaren Schützen 3ich innerhalb der zylinderförmigen Oberfläche dieser Schützen befinden. Sowohl der Rotor als auch die um ihn herum befindlichen Schützen sind in einem entsprechend gestalteten Gehäuse angebracht und verbleiben iip Verhältnis zueinander als auch zu diesem Gehäuse in möglichst dichter Zusammenarbeit·

Die Nutzeigenschaften der erwähnten Motore und die Möglichkeiten ihrer Anwendung sind eng.verbunden mit den Aufgaben, die die konstruktiven Grundelemente des gegebenen Motors erfüllen und folgen diese aus dessen wesentlichen Konstruktionseigenschaften. Insbesondere hängen diese Eigenschaften von der Anordnung und Gestaltung der Eintritts- und Austrittskanäle für den Arbeitsstoff, der Gestalt der Rotorvorsprünge und der Aussparungen der drehbaren Schiit— " zen, der Anzahl dieser Vorsprunge und Aussparungen, sowie der Anzahl der drehbaren Schützen ab. Nicht ohne Bedeutung sind auch andere Konstruktionseinzelheiten, wie: Abdichtungen der Arbeitsvolumen, Art der ICraftstoffzuführung, Art der Zündung, Kühlung usw.

In der Mehrzahl bekannter Verbrennungsmotors dlieser Art sind alle Rotorvorsprünge Universalkolben mit zweiseitiger Wirkung. Jeder solcher Kolben saugt mit seiner hinteren Seite den Arbeitsstoff an, und

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gleichzeitig verdichtet er mit seiner Vorderseite den vom vorherigen Kolben angesaugten Kraftstoff« Im nächsten Volumen ist zwischen den drehbaren Schützen die Hinterseite de3-oelben Kolbens der Einwirkung der expandierenden Gase unterworfen, während die Vorderseite die Verbrennungsgase hinausdräckt.

Eine 3olche Universalität aller Kolben iet sicherlich ein Vorteil, verursacht aber auch viele ungünstige Folgen. Zum Beispiel ist die Druckdifferenz zwischen der Vorderseite und der Hinterseite jedes Kolbens in jedem Falle maximal, was bedeutende Leckverluste verursacht. Die einzelnen Arbeitsspiele des Motors wieäerholen sich stets in den selben Arbeitavolumen zwischen den drehbaren Schützen, wodurch eine sehr ungleichmössige Warroebelastung des Motorgehäuses und der drehbaren Schützen erlangt wird. Dies fuhrt zu bedeutenden thermischen Deformationen und zur Verschlechterung der Dichtung der Arbeitsvolumen und infiLgedessen zur Senkung der Lei-

etungsfahigkeit und der Lebensdauer des Motors.

Jede zweite Schütze ist mit Verbrennungskammern versehen. Infolgedessen werden die Dichtungsschutzen verhältnismässife wenig erwärmt, dagegen sind die Schützen mit den Verbrennungskammern sehr

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heisa. Was schlimmer ist, besteht keine Möglichkeit einer ökonomischem Kühlung dieser Schützen. Die zulässige thermische Belastung der letzteren schränkt die Einheitsleietung und das Einheits gewicht des Motors bedeutend ein. Aussordem ist die mechanische Belastung der -drehbaren Schützen, deren Lager und der sie mit der Rotorwelle kuppelnt den Zahnräder ungleichmäßig,. Dies alles bewirkt,

dass die Lebensdauer eines solchen Motors nicht allzu lang sein kann.

Die Eintritts- und Austrittskanäle des Arbeitsstoffes befinden sich in der Regel im Motorgehäuse und sind entweder an dessen Umfang oder auch an dessen Stirnflachen angeordnet. Infolgedessen werden eie mehr oder weniger von den Rotorvorsprüngen oder von den beweglichen Schützen verdeckt, und oft sind sie ganz geschlossen. Dies verursacht verschiedener Art Verluste in den Eintrittsund Austrittskanfilen und senkt die Leistungsfähigkeit des Motors. Selbst in denjenigen Fällen,- in denen die erwähnten Kanäle teilweise im Rotor angebracht worden sind, wurden sie nicht richtig gestaltet. Im Anschluss daran sind die hydraulischen Verluste in diesen Kanälen verhaltnismässig gross.

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Soweit es sich um die Gestalt der Rotorvorsprünge und die vcn ihr zu einem gewissen Grade abhängige Gestalt der Aussparungen der drehbaren Schütze handelt, werden die verschiedensten Kombinationen geradliniger , kreisförmiger, zykloldaler, epizykloldaler und hypozykloldaler Profile angewandt· Die Gestaltung dieser Elemente entscheidet nicht nur Über die Leichtigkeit ihrer Ausfuhrung, sondern übt auch in verschiedenen Richtungen Einfluss auf die Grosse des totalen Arbeitsvolumens des Motors,den Charakter des Saug- und Auolassprozesses, die Wiederholbarkeit der in den einzelnen Arbeitsvolumen, entstehenden Prozesse, die Güte der gegenseitigen Abdichtung usw. aus. Jeder bekannte Rotatiönsmotor hat in dieser Hinsicht vorteilhafte Kennzeichen und gleichzeitig auch gewisse Nachteile.

Was die Anzahl der RotorvorSprünge, die Anzahl der drehbaren Schützen und die Anzahl dtr Aussparungen in diesen Schützen betrifft, ist diese Anzahl in bekannten Rotationsmotoren sehr verschieden. Mögliche Kombinationen bestehen sehr viele, was nicht nur von formeller Bedeutung ist. Von der Anzahl der genannten Elemente hängen ihre Dimensionen ab. Die Anzahl bedingt in gewissen Grenzen die Anordnung und die Gestaltung der Eintritts- und der Austrittskanäle.

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Sie entscheidet mittelbar über die .Virkung und über die fundamentalen Eigenschaften des Motors, und unter anderen ober dessen Einheitsleistung, Drehgeschwindigkeit, Wiederholbarkeit der Arbeitsspiele, CleichmBssigkeit des Drehmomentes, Gr6sse der Querkräfte. Die Wohl einer optimalen Kombination der Anzahl der genannten Elemente hinsichtlich der t Erlangung besonders günstiger Eigenschaften des Motors , natürlich in Verknüpfung mit dan vorher erwähnten Konstruktionseigenschaften, stösst auf grosse Schwierigkeiten. Nicht ohne Grund hat somit jeder der bekannten Rotationsmotore dieser Art neben Vorteilen eine Reihe wesentlicher Nachteile.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der grundsätzlichen Mangel und Unzulänglichkeiten dieser Art Rotationsvorrichtungen, die als. Verbrennungsmotore angewandt werden. Um dieses Ziel zu erlangen, hat man aich die technische Aufgabe gestellt, die unter anderen auf der Differenzierung der gleichen Rolle der Rotorvorsprünge (Kolben), auf der ,Bearbeitung eines effektiven Verfahrens zur Zuführung des Arbeitsstoffes, auf möglichst günstiger Gestaltung der Rotorvorsprünge und der Aussparungen in den drehbaren Schützen , sowie auf der Wahl der am meisten entsprechenden Anzahl aller dieser Elemente

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beruht.

Die Erfindung umfasst eine gewisee Gruppe vor- ■ richtungen, insbesondere von Rotationsverbrennungsmotorsn, die gem&ss der gestellten technischen Aufgabe gelöst v/orden sind. Es wurden in ihnen die Aufgaben der einzelnen Kolben differenziert, indem der. Rotor , nachstehend Kolbenrotor genannt,mit zwei Arten Kolben und zwar: Saug- und Auspresskolben sowie Kraftstoffkompressionskolben versehen worden ist. Die Mündungen der Saugkanüile sind an der Hinterseite (im Verhältnis zur Bewegungsrichtung) der Saug- und Auspresskolben, wahrend die Mündungen der Auspuff kanüle in einer oder in beiden frontalen Deckpletten des Kolbenrotors vorgesehen sind_f und z'Aar dicht vor jedem S^ug- und Auspresskolben.

Die SaugkanUle des Kolbenrotors vereinigen sich zu einem gemeinsamen zentralen Eintritt im vorderen zentralen Teil des Motors, und die Auspuffkanöle vereinigen sich in einem, gegebenenfalls zwei ringförmigen Verbrennungsgfissammlern, von denen einer sich auch im vorderen, aber öusseren Teil des Motors und der andere in des&en mittleren Teil befindet. Alle Kolben haben eine annähernd gleiche aussere Gestalt, die eine Kombination z.B. einer Epizykloide und eines Kreises darstellt.

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Die Anzahl der drehbaren Schützen - weiter Kammeriotor genannt - ist z.B. gleich der Summe aller Kolben, oder grosser oder kleiner um eins als die Summe dieser Kolben. Die Anzahl der Verbrennungskammern, mit denen die Kam.nerrotore ausgerüstet sind, ist vorteilhaft eine ungleiche Zahl. ^ Die Verbrennungskammernhaben im Querschnitt dar

Kammerrotore ein Profil, das eine Kombination, von z.B. Kreisbogen und zwei Abschnitten einer Geraden ist.

Im Gehäuse des Motors können sich entsprechende Kanäle zum Druckausgleich zwischen den Arbeitsvolumen des Motors und dessen Verbrennungskammern,

zum Abfuhren
sowie Kanäle/von besten von Verbrennungsgasen oder

Spülluft aus den Verbrennungskammern befinden. In den zylinderförmigen Oberflächen der Kammerrotore " und des Kolbenrotors sind z.B. entsprechende Nuten einer Labyrinthdichtung vorgesehen. Nicht weniger wesentlich sind euch- die übrigen Konstruktionselemente, die der vollkommen neuen Konstruktion des Motors entsprechend angepasst werden mussten, solche wie: die Anordnung der Zündkerzen und Kraftstoffeinspritzdüsen, Lagerung der Rotore und anderer drehbarer Elemente, Übersetzung der Drehgeschwindigkeit des Kolbenrotors und cer Antriebswelle, Art der eventuellen K¹^uI ie-

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rung der Kompressionastufe, Lösung der Blockierung der alle Rotoren synchronisierenden Zahnräder, Deseitung von Spielen zwischen diesen Zahnrädern, Anordnung der Vorrichtung zur Regulierung der Zündung

Die bearbeitete Lösung ermöglich die Erlangung aussergewöhnlich vorteilhafter Nutzeigenschaften des neuen Motors. Diese Eigenschaften resultieren aus der optimalen Auswahl gleichzeitig aller seiner fundamentalen Konstruktionskennzeichen, sowie derjenigen, die im allgemeinen als zwoitrangig betrachtet werden.

Die funktioneile Einteilung der Kolben in Saug- und Auspresskolben sowie in Kraftstoffkompressionskolben verursacht einige wesentliche Konse- · quenzen. Die erste ist die Eliminierung in hohem Masse des Problems der Leckverluste. Der Druckunterschied zwischen der hinteren und der vorderen Seite der Saug- und Auspresskolben ist stets minimal und überschreitet im allgemeinen nicht mehrere Zehntel einer Atmosphäre. Bei Kraftstoffkompressionskolben kann der Druckunterschied zwar hoch sein, dies dauert jedoch nur eine sehr kurze Zeit. Vor dem. Kolben ist dann der Deginn des Arbeitsspiels und hinter dem Kolben der Anfang der Kompression. Schon bei

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geringer Bewegung dieses Kolbens verringert eich der Druckunterschied bis Null, und dann Ändert sich sein Vorzeichen und steigt bis zu einem Wert, der auftritt, wenn hinter dem Kolben die Expansion der Verbren nungsgase endet und vor dein Kolben die Verdichtung der Luft aufhört, was ebenfalls sehr kurz dauert. Infolge einer solchen Verteilung der Drücke v/erden fc bei der Bewegung des Kraftstoffkompressionskolbens eventuelle Leckerscheinungen sofort abgedrosselt und haben die Tendenz sich zurückzuziehen. Länger anhaltende Druckunterschiede wurden an PlStze verlegt, wo die Abdichtung keine grösseren Schwierigkeiten bietet, d..i. an die Kontaktstelle des zylinderförmigen Teils des Kolbenrotors mit dem zylinderförmigen Teil der Kammerrotore.

Eine zweite Konsequenz der funktionellen 2inteilung 4er Kolben iot die Schaffung vortrefflicher Bedingungen zur natürlichen Kühlung des Motors, Verringerung der thermischen Belastung seiner Kammerrotore und Ausgleich der Temperaturvorteilung im Gehäuse.

Die natürliche Kühlung des Motors und der Ausgleich der Temperaturverteilung in dessen Gehäuse resultiert unter anderen daraus, dass in jedem Arbeitsvolumen zwischen d«n Kammerroioren alle Arbeitsspiele sukzessiv erfolgen: Auspressen, Saugon, Kompression,Arbeit.

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Die Verringerung der thermischen Belastung eier Kammerrotore wurde dadurch erlangt, dass der Prozess der Kraftstoffverbrennung in den Kanuiern aller Katmierrotore erfolgt und nicht wie bei anderen bekannten Rotationsmotoren dieser Art - in jeder zweiten. Dioe führt zu einer zweifach kleineren thermischen Belastung der genannten Rotore bei unveränderter Einheitsleistung, des Motors- oder auch ermöchlicht dies die Erlangung einer zweimal grösoeren Einheitsleistung - ohne daß es erforderlich ist, die thermische Belastung der Xammerrotore zu vergrbssern.

Die dritte Konsequenz der funktionellen Einteilung der Kolben ist öle innere Wärmeregenerierung, die aus der teilweisen Ausnutzung der Wärme der Verbrennungsgase folgt. Möglich ist dies dadurch, dass der Koropressionskolben, auf dessen Hinterseite die hohe Temperatur der Verbrennungsgase kontinuierlich einwirkt, mit seiner Vorderseite die komprimierte Luft im nächsten Volumen intensiv erwSrmt. Ausserdem erfolgt bei zwei oder mehr Kolbenpaaren ei'ne vollkommene Symmetrie der KrSfte vom Druck des Arbeitsstoffes - die auf das Geh8u,se und den Rotor einwirken, wodurch auf die Rotorlager keine Radialkrüfte eiriv.irkon. Dies olles wirkt vorteilhaft auf die Lei-

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stungsfflhi§keit des Motors, seine Einheitsleistung, demnach also auch auf die Dimansionen und das Gewicht, sowie auf dessen Lebensdauer.

Das vorher beschriebene Verfahren zur Projektierung der Eintritts- und Aur-trittskanüle verursacht ebenfalls vorteilhafte Folgen. Vor allem wurde cOs erlangt, was in anderen Verbrennungsmotoren nicht erreicht werden konnte, und zwar: ein

k kontinuierlicher Luftansaugeprozess und ein kontinuierlicher Prozess des Auspressens der Verbrennun^sgase. Die Eintrittskanäle vyie auch die Austr-ittskanfile werden überhaupt nicht geschlosoen. Der Durchfluss hat kontinuierlichen Charakter und wird nur leicht gedrosselt beim Verschieben des Saug- und Auspresskolbens durch die Kammern in den einzelnen Kammerrotoren. Auf diese Weise wurden in einem hohen Masse im Motor diejenigen Verluste liquidiert, die mit den öffnen und Schliessen der

" Siiug- und Druckventile, mit der Beschleunigung dee Arbeitsstoffes beim Zufluss und Abfluss, sowie die Verluste, die mit dem Durchfluss durch Verjüngungen mit kritischer oder nicht viel von ihr geringerer Geschwindigkeit verbunden sind.

Ausserdem wurden die EintrittekanSle ira Kolbenrotor so angeordnet, dass eine erfolgreiche Kühlung dieses Rotors von innen erlangt wird und gleich-

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zeitig eine Vorverdichtung der Luft erfolgt, ehe sie den Arbeitsvolume.n zugeführt wird, d.i. eina leichte Nachladung des Motors. Der Zentraleintritt ist gemäss der Richtung der Hauptachse dee Motors gelegen, und dann verzweigt er sich schon im Kolbenrotor in annfihernd radialen Richtungen, wodurch der Durchfluss wie im Zentrifugalkoiiipressor ist. Die Nachladung ist umso grosser, je höher die Drehzahldes Motors ist. Eine derartige Projektierung der Eingangs- und Ausgangskanöle verbessert vor allem die Leistungsfähigkeit des Motors und dessen Einheitsleistung.

Die beschriebene Gestalt der Kolben wird durch das Kooperationsprinzip mit den Kammerrotoren diktiert sov*ie durch die Leichtigkeit der HeretelJLung, die Möglichkeit der Anbringung von Nuten fur die Labyrinthabdichtung und durch die Schaffung eines genügenden Platzee for die Eintrittskan&le und für die Zündkerzen.

7/as die Verbrennungskammern anbetrifft, ist hier sowohl die Gestalt als auch die Anzahl dieser Kanäle in jedem Kammerrotor zu erwähnen· Die adoptierte Gestalt der Verbrennungskammern (Kombination z.B. eines Hälbkraises und zweier Abschnitte einer Geraden - in ihrem Qusrschnitt) sichert nicht nur

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eine richtige Zusammenarbeit mit den Kolben des Rotors, sondern ermöglicht auch die Srlangung einer höchsten Genauigkeit der Lage der Kanten dieser Kammern sowie eine sshr einfache Losung des Mechanismus zur Regulierung der Vorclichtungsetufe. Eine ungerade Zahl der Verbrennungskammern, insbesondere die Zahl 3, ist von wesentlicher Bedeutung für die richtige Arbeitsweise des Motors. Sie ermöglicht eine Verringerung und den Ausgleich der thermischen Belastung der Kammerrotore, schafft Bedingungen einer ausserordentlich guten Spülung der Verbrennungskammern und sichert auch die am meisten entsprechenden Proportionen der Kammerrotore im Verhältnis zum Kolbenrotor.

Der Kolbenrotor ist mit einer geraden Zahl Kolben versehen, wobei die Kraftstoffkompreasionskolben abwechselnd versetzt mit den 3aug-und Auspresskolben angebracht sind. Die Verbrennung erfolgt somit in jeder zweiten Verbrennungskammer und wiederholt sich in der gleichen Kammer einmal pro zwei Umdrehungen des Kammerrotors. Infolgedessen erfolgt die Verbrennung in entsprechender Reihenfolge in allen Verbrennungskammern und bewirkt eine gleichpiässige ErwBrmung der ,Kammerrotore. Aus jeder Kammer, in der soeben der Verbrennungsprozess erfolgte, werden die

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Reste der Verbrennungsgase hinausgeworfen und danach (bei der zweiten Umdrehung des Kammer rotoro) wird diese Kammer mit kalter Luft gefüllt. Dadurch wird die Kühlung und die Spülung dar Kammer erlangt.

Die genannten Faktoren üben Einfluss ins- · besondere auf die Verlängerung der Lebensdauer des Motors und auf die Verbesserung seiner anderen Leistungen,und unter anderen tragen sie zu einer besseren kompletten Verbrennung unä der Erhöhung der Reinheit der Verbrennungsgase bei.

Die Anzahl der Kammerrotore hängt von der Bestimmung des Motors ab. Von dieser Anzahl ist abhßngig z.B. die Frequenz der einzelnen Arbeitsspiele, die Anzahl der Ausnutzung des geometrischen Arbeitsvolumene des Motors, dessan Einheitsleistung, Dimensionen, Gewicht usw. Zum Beispiel ist bei vier Kamnterrotoren die Wiederholungßzahl der Ausnutzung des geometrischen Arbeitsvolumens des Motors annähernd zweimal grosser als bei. zwei solchen Rotoren. Dies bedeutet, dass bei der gleichen Drehgeschwindigkeit auch die Einheitsleistung des Motors etwa zweimal grosser sein wird. Die Frequenz der Arbeitsspiele pro Umdrehung des Kolbenrotors ist in einem solchen Falle ebenfalls zweimal

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grosser. Dies bedeutet auch ein Drehmoment, demnach also z.B. eine ruhigere Arbeit.

Die" an die beiden frontalen Oberflächen Oes Kolbenrotors befestigten Deckplatten, scheinbar unwichtig, sind von ziemlich wesentlicher Bedeutung in der gesamten Konstruktion des Motors. Vor allem ermöglichen sie die vorher beschriebene Anbringung von AustrittlcanSlen für die Verbrennungsgase, und ™ dann erleichtern sie die Abdichtung der einzelnen

Arbeitsräume sowie die axiale Aufstellung der vielkamnterigen Rotore.

An der Vorder- und Hinterseite eines jeden Kammerrotors kann sich ein Kanal zum entsprechenden Verbinden des entsprechenden Arbeitsvolumans mit dem zylindrischen Sitz dieseß Rotors befinden. Die Kanäle der vorderen Seite der Kammerrotore sichern einen richtigen Verlauf der Luftverdichtungsprozesse P in jedem Arbeitevolumen des Motors. Die Kanäle der

hinteren Seite dieser Rotore sichern dagegen den richtigen Verlauf der Verbrennungsgasexpansions-

prozesse. Möglich ist dies deshalb, dass über jeden dieser KanSle ein Druckausgleich zwischen dem Arbeitsvolumen und der entsprechenden Verbrennungskammer erfolgt, und dies sowohl in der Anfangsverdi chtunespha se - ehe sich die gegebene KammeT mit

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"dem VercHchtungsvolumeii verbindet - als auch in der Expansionsendphase - wenn eine solche Kammer sich von dem Expansdonsvolumen bereits getrennt hat. Hies entscheidet vor Allem über die Cesamtleistungsfähigkeit ties Motors, d.i. auch über den Einheitsverbrauch von Kraftstoff.

Die im mittleren Teil der zylindrischen Sitze der Kanmermotore befindlichen Kanäle können, abhängig vom Erfordernis, offen oder geschlossen sein. Durch diese Kanäle können aus den Verbrennungskammern durch die Zentrifugalkraft aüsgestoßsene Reste von Verbrennungsgasen hinausflieseen, und bei der n'lchsten Umdrehung des Kammerrotors - die Spulluft. Dies bewirkt eine bessere Durchspülung des Wotors und eine intensivere Kühlung, was iin Effekt unter anderem zur Verbesserung der Reinheit der Verbrennungsgase beitragt.

Die übrigen Konstruktionskennzeichen de« Motors sind vielleicht etwas weniger wesentlich, als sie aus rein konstruktiven Rücksichten hervorgehenj

oder auch die Zweckmässigkeit ihrer Anwendung ist mehr unverkennbar - und al3 solche wurden sie mohr oberflSchlich beschrieben oder ganz unterlassen.

Die Glüh- oder Zündkerzen wurden z.Q. in den Kraftstoffkoinpressionskolben de8halb angebracht,

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um die Regulierung der Zündvorellung in beliebig weiten Grenzen zu ermöglichen. Der Zutritt zu diesen Kerzen ist bei der gegebenen Kon3truktionslB sung des Motors leicht, und gleichzeitig kann die Konstruktion und die Anordnung der Zündvorrichtung einfach sein·

Die Anordnung der Kraftstoffeinspritzdüsen

^ im Motorgehäuse, in der Nähe der Kanten der Durchdringung der zylindrischen Sitze der Kammerrotore mit dem zylindrischen Sitz des Kolbenrotora diktiert die Möglichkeit der Erlangung einer genügend lange andauernden Brennstoffeinspritzung in der Zeit eines jeden Luftverdichtungszyklus in den Arbeitsvolumen dea Motors. Es geht um die volle Ausnutzung der Vorzüge^der unmittelbaren zeitlich eingestellten Kraftstoffeinspritzung. Bei gerader Zahl der Kammern in jedem Kammerrotor kann eine " kontinuierliche Brennstoffeinspritzung zum zentralen Lufteintritt in den Motor oder Vergacerspeisung angewandt werden. .

Das Verfahren zum Blockieren der Zahnr&der auf den Zapfen der ,Komnierrotore wurde vorgeeehen vor allem für Bedingungen der Einzelfertigung des Motors, oder seines Prototyps oder für Produktionabedingungen mi't nicht voller Austauschbarkeit der Teile.

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BAD OBtQiNAU

Das nachstehend beschriebene Verfahren zur. Verminderung der Drehgeschwindigkeit de3 Motors durch Anwendung eines Zahnrades mit Innenverzahnung, das gleichzeitig mit allen Zahnradern der Kammerrotore kümint, ist besonders bequem für Traktionsanwendungen des Motors sov/ie in allen Fällen, in denen kleine Dimensionen und ein niedriges Gewicht gefordert werden. Die zwischen der Drehgeschwindigkeit des Kolbenrotors und der Antriebswelle des Motors erreichbaren Übersetzungen betragen: 3^ 2,5 j 2 j 1 und andere. Die Anwendung der erfindungsge massen Lösung ermöglicht auch die Eliminierung eventueller Spiele im Getriebe, das die Umdrehung der Kammerrotore und deo Kolbenrotors synchronisiert.

Die Art der Lagerung des Kolbenrotors und der Kammerrotore wurde bestmöglichder ganzen Konstruktion des neuen Motors angepasst. Die auslegerartige Unterstützung des Kolbenrotors in den Wälzlagern ist durch technologische und Montagerücksichten und auch durch die Möglichkeit der Erlangung einer langandauernden und zuverlässigen Arbeit des Motors diktiert. Die gleichen Rücksichten sprachen für eine beidseitige Unterstützung der Kammerrotore z.B. in Gleitlagern, die gesondert in Durchgangsftffnungen des Motorgehäuses montiert werden.

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Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Gründe, wurde das Motorgehäuse als ein Einzelteil projektiert, was unzweifelhaft dessen grossen Vorteil darstellt. In den als Beispiel angeführten Lösungen ist es technologisch ausserordentlieh einfach und zur Produktion in grossen Serien angepasst. Die zylindrischen Sitze der Kammerrotoren haben § einen unveränderlichen Durchmesser auf der ganzen Breite des Gehäuses und können aus einer Befestigung zusammen mit dem zylindrischen Sitz des Kolbenrotors hergestellt werden. Kühlung des Gahäuses - abhängig von der Anwendung des Motors: mittels Luft oder Flüssigkeit. Die letztere eignet sich mehr für Traktionsanwendungen. In Fällen, in denen eine hohe Einheitsleistung des Motors gefordert wird, also bei Abnahme einer grossen V/Srmemenge bei kleinem Volumen des Motors, ist ein Flüesigkeitskühlsystem in geschlossenem Kreislauf mit Verdampfung vorgese-

Spalt-, Labyrinth- und öffnungsäichtung der Arbeitskammerη dee Motors wurde aus mehreren Gründen eingeführt. Es geht um Vergrösserung der maximalen Umdrehungen des Motors und was daraus folgt dercen Einheitsleistung und vor allem eine bedeutende Verringerung der Gleitreibung und ausdrückliche

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Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit des Motors. Abdichtungen dieser Art erfordern auch keine intensive Schmierung, wodurch der Ölverbrauch atari: gesenkt wird. Die Verbrennung des Schmieröle ist ebenfalls beschrönkt, wodurch intensive Bildung von Ölkohle nicht auftritt und reinere Verbrennungsgase erlangt werden«

Die Wirksamkeit dieser Art Abdichtungen scheint genügend zu sein infolge der bereits teilweise erwähnten Eigenschaften des neuen Motors,und zwar: nicht allzu hohe und symmetrische thermische Belastung der fundamentalen Elemente des Motors, einfache Drehbewegung seines Rotors bei deren bedeutender Drehgeschwindigkeit, geringe und kurz andauernde Druckunterschiede an beiden Seiten eines jeden Kolbens, sowie verhältnismassig geringe oder in gewissen Folie keine mechanische Belastung von Ga3kräften und Inertion. Bei gewissen Anwendungen können die vorgeschlagenen Gleitabdichtungen zweckmfissig sein. Dies betrifft insbesondere solche Falle, in denen die Drehgeschwindigkeit des Kolbenmotors verhfiltnismassig gering sein muss, demnach also auch solche Motoren, in denen der Dieselumlauf realisiert werden soll.

Die Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung 209818/0727

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der Verdichtungastufe wurde mit dem Gedanken an eine Prufungüversion de« Motors o<ier fur die Fälle, in denen Mehrkraftstoff (polyfuel)erforderlich iat, projektiert.

Allgemein genommen,, hat der Rotationsverbrennungsmotor in der Lösung, die z.B. mit einem vier-r kolbenrotor und mit vier dreikSmmerigen Rotoren versehen ist,, im Vergleich mit anderen Motoren dieser Art - eine Reihe von Vorteilen. Vor allem unterscheidet er sich durch eine auon-ehmend einfache und sehr kompakte Konstruktion sowie durch geringe Dimensionen. Bei einer Drehgeschwindigkeit von 10.000 UmörehAlin. kann seine Sinheitsleistung 4C0-800 PS/Liter betragen. Das Sinheitsgewicht kann gleich C,4 - 1,0 kg/PS sein. Ein entsprechend projektierter und richtig ausgeführter Motor öieser Art wird eine hohe effektive Leistungsfähigkeit einer Gröasenordnung von 0,4 - 0,5 und einen kleinen Kraftstoffverbrauch - in den Grenzen von 0,12 - 1,16 kg/P3 3t. aufweisen. Bereich der Drehgeschwindigkeit ca. 3.OCO 20.000 Umdreh./Min. - ohne Gleitdichtungen, mit Gleitdichtuh^en: 500 - 8.COO UimJreh./Min. Leistungsbesten: 10 - 10.COC PS. Der Motor wird sich durch eine ruhige und gleichinflssige Arbeit sowie durch eine hohe Arbeitszuverlässigkeit· unterscheiden.

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Ausserdeta wire! der Motor, wie es acheint, gute Antrlebseigenscliaften haben, elso solche Eigenschaften wie: leichte Inbetriebsetzung und Arretierung, eine verhol tnismassig, günstige Traktionscharakterist Jk, Möglichkeit -einer schnellen Beschleunigung und Verlangsamung. Der Motor unterscheidet sich durch einen weiten Bereich der Regulierung von Leistungsfähigkeit und Drehmoment infolge der Möglichkeit der Ausschaltung aus der Arbeit beliebiger Xammerirotoren. Ein interessantes Kennzeichen dieses Motors ist auch der Um&t&nd, dass et z.B. mit leichtem Kraftstoff oder mit Erdgas gespeist werden kann oder kann er euch in Vielkraftstoffversion (polyfuel) auf leichte Weise gebaut werden. Schliesslich ist dieβ ein Motor, der sich nicht nur durch verhältnismüssig niedrig» Herstellungskosten - infolge der einfachen und technologischen Konstruktion, aber vor allem durch niedrige Betriebskosten auezeichnen wird. In der vorgeschlagenen Lösung ist die Periode des Motoreinfahrans.nicht erforderlich^ die Lebensdauer

vielmals ISnger als bei anderen bekannten Rotationsmotoren. Übersicht und Überholung können bis zum Minimum beschränkt werden.

Der Gegenstand der Erfindung tat an Hand von AusfÖhrungsbeispielen in den. anliegenden Zeichnungen

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gezeigt, in denen die einzelnen Figuren wie folgt veranschaulichen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Motor mit einem Vierkolbenro'tor und vier dreikämmerigen Rotoren, längs der Linie B-B in Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Motor längs der
Linia A-A in Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt des Motors ohne Untersetzungsgetriebe und mit einer Vorrichtung zur stufenlosen Regulierung der Verdichtung (bis zur Symmetrieachse gezeigt);

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen dreikämmerigen
Rotor längs der Linie A-A in Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Motor mit einem Zweikolbenrotor und einem Einkammmerrotor;

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Motor mit einem Zweikolbenmotor und zwei Einkammerrotoren;

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Motor mit einem Zweikolbenrotor und drei Einkammerrotoren;

Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Motor mit einem Vierkolbenrotor und drei dreikämmerigen Rotoren;

Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Motor mit einem Vierkolbenrotor und vier dreikämmerigen Rotoren;

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Motor mit einem Vierkolbenrotor und fünf dreikämmerigen Rotoren;

Fig. 11 radiale und stirnseitige Dichtungen des Kolben-

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rotors; .

Fig. 12 Dichtungen der zylindrischen Rotorflächen; und

Fig. 13 Dichtungen der Stirnflächen der Kammerrotore und Dichtungen zwischen den Kolben und den Kanten der Verbrennungskammern.

Eine erfindungsgemässe Rotationskolbenmaschine ist im folgenden in der Ausführung eines Verbrennungsmotors mit einen Vierkolbenrotor und vier dreikämmerigen Rotoren anhand von Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Im zentralen Teil des Gehäuses 1 befinden sich ein Vierkolben-Rotor 2 und um ihn herum vier dreikämmerige Rotore 3» die über ein Zahnrad 4 und vier Zahnräder 5 mit dem Rotor 2 kinematisch gekuppelt sind. Die Innenfläche des Gehäuses 1 bilden fünf einander durchdringende parallele Kreiszylinder verschiedener Grosse, wobei ein grösserer zentraler Kreiszylinder der Sitz 6 des Vierkolbenrotors 2 ist, während die übrigen vier kleineren Kreiszylinder die Sitze 7 der dreikämmerigen Rotore 3 bilden. Der Rotor 2, der auf seiner zylindrischen Oberfläche mit zwei Ansaug- und Ausstosskolben 8 und zwei Kraftstoff-Kompressionskolben 9 und an seinen Stirnflächen mit Deckplatten 10 und 11 versehen ist, ist in Lagern 12 und 13 im Gehäuse 1 auslegerartig gelagert. Die Kolben 8 und 9 sind in dem Rotor 2 schwalbenschwanzartig angebracht und sind so ausgebildet, dass in der zur Achse des Rotors 2 senkrechten Ebene das Profil ihrer vorderen und hinteren Flächen (bezogen auf die Bewegungsrichtung der Kolben) eine Epizykloide ist. Das Profil der Aussen-

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fläche der Kolben, die der eingebauten Seite gegenüber liegt, ist dagegen kreisförmig und mit entsprechend gestalteten Dichtungsnuten 14 versehen. In der hinteren Oberfläche der Ansaug- und Ausstosskolben 8 befindet sich der Austritt eines Ansaugkanals 15.

Diese Kanäle 15 führen zu einem gemeinsamen zentralen Einlass 16 innerhalb des Vierkolben-Rotors 2. An der Vorderseite jedes Kolbens 8 befindet sich in der Deck-

™ platte 10 des Rotors 2 ein Austrittskanal 17 für Verbrennungsgase, der zu einem ringförmigen Sammelkanal 18 im Gehäuse 1 führt. Die beiden Kompressionskolben 9 sind mit Glüh- oder Zündkerzen 19 versehen, deren Achsen parallel zur Achse des Rotors 2 verlaufen.In den Deckplatten 10 und 11 des Rotors 2 sind Labyrinthdichtungen 20 und 21 vorgesehen; in seinem vorderen Teil ist der Rotor 2 mit einer Labyrithdichtung 22 und hinten mit Gleitdichtungen 23 versehen. Auf der Seite des zentralen Einlasses 16 ist der Rotor 2 durch einen ringförmigen Einsatz 24 geschlossen. Die Rotore 2 sind in ihren zylinderförmigen Oberflächen jeweils mit drei identischen Verbrennungskammern 25 versehen. Jede dieser Kammern hat in der zur Achse der Rotore 3 senkrechten Ebene ein Profil, das eine Kombination z.B. eines Halbkreises und zweier Geraden-Abschnitte darstellt und das an die Gestalt der Kolben 8 und 9 so angepasst ist, dass bei der Zusammenarbeit mit diesen Kolben die beiden Kanten jeder Verbrennungskammer 25 auf der vorderen bzw. der hinteren Oberfläche der Kolben 8 und 9 gleiten. ₂0.98ί8/0727

Alle Rotore 3 sind beiderseits mittels Zapfen 26 und 27 in Gleitlagern 28 und 29 gelagert. Diese Lager können in entsprechender axialer Lage derart ausgestaltet sein, dass die Rotore 3 an ihren Stirnseiten entsprechend dicht geschlossen sind. Jeder Rotor 3 kann mit einer Vorrichtung zum Regulieren der Verdichtung versehen sein (geraäss der Variante nach Fig. 3 und 4), die Einlagen 30 mit linsenförmigem Querschnitt, eine diese Einlagen zu einem Ganzen vereinigende Auflage 31 und eine auf dem Zapfen 26 aufgebrachte Hülse 32 umfasst.

Diese Zapfen haben längliche Aussparungen 33, die Vertiefungen der Verbrennungskamraern 25 bilden. Die Einlagen 30 sind an die erwähnten Aussparungen 33, an Öffnungen 34 in den Auflagen 31 und auch an die Innenflächen der Hülsai32 dicht angepasst. Die Einlagen 30 sind in Axialrichtung der Rotore 3 mittels Lager 35 verschiebbar. In den Zylinderflächen der Rotore 3 befinden sich ausserhalb der Verbrennungskammern 25 Längsnuten einer Labyrinthdichtung 36.

Zwischen den Rotoren 3 sind im Gehäuse 1 Kanäle 37 und 38 vorgesehen, die den zylinderförmigen Sitz 6 des Vierkolben-Rotors 2 mit den zylinderförmigen Sitzen 7 der dreikämmerigen Rotore 3 verbinden. Diese Kanäle sind zum Druckausgleich zwischen jeweiligen Arbeitsräumen 39 und den jeweiligen Verbrennungskammern 25 bestimmt .

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Im Gehäuse 1 befinden sich ferner vier Kanäle 40 zum Abführen der Reste der Verbrennungsgase und der SpUlluft aus den jeweiligen Verbrennungskammern 25. Im Umfangsteil des Gehäuses 1 sind ausserdem vier Kraftstoff einspritzdusen 41 angebracht, und an der Seite des" zentralen Einlasses 16 im vorderen Teil dieses Gehäuses befindet sich eine Zündeinstellvorrichtung 42. Diese Vorrichtung ist mit einem Kommutator 43 versehen, der mittels einer Verbindungswelle 44 mit dem Rotor 2 verbunden P ist, wobei das Gehäuse 45 des Kommutators 43 mit seinen Bürsten 46 in eine entsprechende Winkellage einstellbar ist.

Die Zahnräder 5 der vier Rotore 3> die an den Zapfen 27 drehbar angebracht sind, werden mittels Muttern 47 an die Stirnflächen von Auflagen 48, die auf Einlasselementen 49 angebracht sind, gedrückt und mittels passender Schrauben 50 in bestimmten Winkellagen bezüglich der Auflagen 48 festgestellt.

Das Gehäuse 1 des Motors besteht aus nur einem Teil, wird mit Flüssigkeit gekühlt und ist so gestaltet, dass die zylinderförmigen Sitze 7 der Rotore 3 mit konstantem Durchmesser in diesem Gehäuse und in dem ringförmigen Einsatz 24 ausgeführt sind, der den zylindrischen Sitz 6 des Rotors 2 abschliesst. Ein das Zahnrad 4 und die vier Zab&räder 5 enthaltender Raum 51 des Gehäuses 1 ist mittels eines Stirndeckels 52 mit dem Lager 13 und einer Diötit^ßg 53 verschlossen. In diesem Raum kann

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auch ein Zahnrad 55 mit Innenverzahnung vorhanden sein, das gleichzeitig mit allen Zahnrädern 5 der Rotore 3 kämmt und auf der Abtriebswelle 56 des Motors frei drehbar gelagert ist. Die Welle 56 ist über Lager 58 drehbar um die Welle 57 des Rotors 2 gelagert und gegenüber dieser mittels einer Dichtung 59 abgedichtet. In dem Stirndeckel 52 befinden sich die Anschlüsse für Anlasser, Einspritzvorrichtung, Ölpumpe, Wasserpumpe, Ventilator, gegebenenfalls Zündvorrichtung und ähnliche Einrichtungen. Die zusätzlichen Einrichtungen des Motors werden mittels eines Zahnrades 60 angetrieben, das an der Abtriebswelle 56 angeformt ist und mit den Zahnrädern 61 in Eingriff steht.

Andere Bauformen des erfindungsgemässen Rotationsverbrennungsmotors sind in Fig. 5 bis 10 gezeigt. Diese Varianten sind dem Motor nach Fig. 1 bis 4 dem Prinzip nach ähnlichj sie unterscheiden sich lediglich in der Anzahl der Kolben 8 und 9 an dem Rotor 2, der Anzahl an Kammerrotoren 3 und an Verbrennungskammern 25, mit denen diese Rotore ausgestattet sind, im Verhältnis der Durchmesser der Rotore 3 zu dem des Rotors 2, in der Grosse der Ansaugkanäle 15 und der Austrittskanäle 17» in der Anzahl der Kraftstoff-Einspritzdüsen 41, der Anzahl der Glühoder Zündkerzen 19 und dergl.

Der Bau eines Motors mit Gleitdichtungen nach Fig. 11 bis 13 erfordert keine eingehende Beschreibung. Die radialen Dichtungen der Kolben 8 und 9 oder nur der Kolben 9 bestehen Jeweils aus einer, zwei oder mehreren

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flachen Leisten 62, die in Nuten längs den Scheiteln der Kolben angeordnet sind. Die Länge dieser Leisten 62 ist grosser als die Breite des Rotors 2. Die Stirnabdichtungen des Rotors 2 bestehen aus Gleitringen 63, die in Nuten am Umfang der frontalen Deckplatten 11 und 12 des Rotors 2 eingesetzt sind.

Die Dichtungen der zylinderförmigen Oberflächen des Rotors 2 bilden flache Leisten 64, die in Nuten längs der Erzeugenden der zylinderförmigen Oberfläche des Rotors 2 untergebracht sind. Die Länge der erwähnten Leisten 64 ist grosser als die Breite des Rotors 2, und die Enden dieser Leisten greifen in Öffnungen in den Deckplatten 1o und 11 des Rotors 2 ein.

Die Dichtungen der Kolben 8 und 9» insbesondere der Kolben 9 gegenüber den Kanten der Verbrennungskammern 25 bestehen aus schwenkbaren Einlagen 65, die in den einzelnen Verbrennungskammern 25 angebracht sind. Die Einlagen sind so gestaltet, dass die bei Drehung der Rotore 3 entstehende Zentrifugalkraft die mit den Kolben 8 und 9 zusammenarbeitenden Kanten der Einlagen 65 nach aussen drängt, während der in den Verbrennungskammern 25 herrschende entsprechend hohe Druck das Andrücken dieser nach aussen gedrängten Einlagen 65 an die Kolben 8 und 9 bewirkt. Die frontalen Dichtungen der Rotore 3 bilden radiale elastische Dichtungselemente 66, die in entsprechende Nuten in den Stirnflächen der Rotore 3 eingebettet sind und auf die Zapfen 26 und 27 aufgesetzt sind.

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In den Rotoren 3 und gegebenenfalls im Rotor 2
können zusätzlich Kanäle 69 vorgesehen sein» die zum
Kühlen der Rotore z.B. mit Drucköl bestimmt sind.

Die Y/irkungsweise des Rotationsverbrennungsmotors ist aus der obigen Beschreibung der Lösungsbeispiele ersichtlich. In allen Lösungen bewirkt die Drehung des
Rotors 2, dass sich alle Arbeitsräume 39 des Motors an der Hinterseite der Kolben 8 und 9 vergrössern, während die
Räume an der Vorderseite dieser Kolben kleiner werden. Infolgedessen saugt der zentrale Einlass 16 Luft an, die
dann beim Passieren der Ansaugkanäle 15 leicht komprimiert und in die Arbeitsräume gepresst wird, die sich an der Hinterseite der Ansaug- und Ausstosskolben 8 befinden. Gleichzeitig drückt die Vorderseite dieser Kolben 8 die vorher
durch die Kompressionskolben 9 verdichteten und dann expandierten Verbrennungsgase hinaus. Diese Verbrennungsgase strömen durch die Kanäle 17 in der frontalen Deckplatte
10 des Rotors 2 in den ringförmigen Sammelkanal 18 und
werden von dort durch Kanäle 54 nach aussen abgeführt.

Die in die Arbeitsräume eingesaugte Luft wird von den Kompressionskolben 9 verdichtet. Gegen Ende der Kompression, ehe noch die Kolben 9 in die entsprechenden Verbrennungskammern 25 der Rotore 3 eintauchen, erfolgt mittels der Einspritzdüsen 41 die Kraftstoffeinspritzung.
Sind die Kolben 9 dann in die Verbrennungskammern 25 ganz
eingetaucht, so werden die Glüh- oder Zündkerzen 19 in den Kolben 9 gezündet.

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Der auf die Hinterseite eines jeden Kolbens 9 einwirkende hohe Druck der Verbrennungsgase bewirkt die Drehung des Rotors 2, wodurch die an der Hinterseite der Kolben 9 gelegenen Arbeitsräume grosser werden und die Verbrennungsgase expandieren. Gleichzeitig verdichtet die Vorderseite dieser Kompressionskolben 9 die vorher von den Ansaug- und Ausstosskolben 8 angesaugte Luft. Alle Arbeitsspiele erfolgen im Motor gleichzeitig und in allen Arbeitsräumen 39.

Die Wirkungsweise des Motors ist sehr harmonisch. In allen Arbeitsräumen 39 saugen die Kolben 8 an ihrer Hinterseite die Luft an und stossen gleichzeitig mit ihrer Vorderseite die vorher expandierten Verbrennungsgase aus, während die Kolben 9 mit ihrer Hinterseite die Reaktion der Verbrennungsgase übernehmen und gleichzeitig mit ihrer Vorderseite die vorher angesaugte Luft komprimieren. Der Ansaug-, Verdichtungs-, Expansions- und Ausstossprozess erfolgt kontinuierlich und dauert 1/4 Umdrehung des

' Rotors 2.

Die auf beiden Seiten eines jeden Kolbens 8, 9 gelegenen Arbeitsräume trennen in jedem Moment die Labyrinth- Dichtungen 14 der Aussenflache der Kolben, die entlang der Innenfläche des Sitzes 6 des Rotors 2 gleiten, oder eine der Erzeugenden der Verbrennungskammern 25 der Rotore 3, die entlang den hinteren oder vorderen Flächen der Kolben 8, 9 gleiten. Der Motor arbeitet als Viertaktmotor.

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Auf zwei Umdrehungen des Vierkolbenrotors entfallen 16 volle Viertaktprozesse, wodurch die Wirkungsweise dieses Motors, soweit es sich um die Frequenz der Arbeitszyklen handelt, mit der Wirkungsweise eines 16-Zylinder-Viertaktmotors verglichen werden kann. Die Pulsation des Drehmomentes ist mit derjenigen eines 8-Zylinder-Viertaktmotors vergleichbar. Im Laufe der erwähnten zwei Umdrehungen des Vierkolbenrotors erfolgt eine vierfache Ausnutzung der Arbeitsräume des Motors, wodurch er - was das Arbeitsvolumen betrifft - mit einem Viertakt-Kolbenmotor mit viermal grosserem Hubvolumen vergleichbar ist. Die Wirkungsweise der wenigen wesentlichen Elemente des Motors ist unmittelbar aus den Zeichnungen und der Beschreibung ersichtlich.

Die Wirkungsweise des Motors mit einem Zweikolbenrotor 2 und einem Rotor 3 mit nur einer Kammer (Fig.5) ist der Wirkungsweise eines Einzylinder-Viertaktmotors ähnlich. Der Ausnutzungsfaktor des Arbeitsvolumens im Laufe einer Umdrehung des Zweikolbenrotors 2 beträgt 1/2.

Die Wirkungsweise des Motors mit Zweikolbenrotor 2 und zwei Einkammerrotoren 3 (Fig. 6) entspricht derjenigen eines Zweizylinder-Viertaktmotors mit um 180° versetzten Kurbeln. Der Ausnutzungsfaktor des Arbeitsvolumens pro Umdrehung des Zweikolbenrotors 2 ist 1.

- Die V/irkungsweise des Motors mit einem Zweikolbenr rotor 2 und drei Einkammerrotoren 3 (Fig. 7) entspricht derjenigen eines Dreizylinder-Viertaktmotors mit um je

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120° versetzten Kurbeln, mit dem Unterschied, dass der Saug- und Auspuffzyklus im Verhältnis zum Arbeits- und Verdichtungszyklus um 60° verschoben ist. Der Ausnutzungsfaktor des Arbeitsvolumens'pro Umdrehung des Zweikolbenrotors 2 ist 3/2.

Die Wirkungsweise des Motors mit einem Vierkolbenrotor 2 und drei dreikämmerigen Rotoren 3 (Fig. 8) ist soweit es sich um die Frequenz der Arbeitszyklen handelt derjenigen eines Zwölfzylinder-Viertaktmotors mit um je 60° versetzten Kurbeln ähnlich. Ausnutzungsfaktor des Arbeitsvolumens pro Umdrehung des Vierkolbenrotors 2 ist 3/2.

Die Wirkungsweise des Motors mit einem Vierkolbenrotor 2 und vier Rotoren 3 (Fig. 9) ist, wie vorher beschrieben, ähnlich derjenigen eines Sechzehnzylinder-Viertaktmotors mit um je 90° verstellten Kurbeln. Ausnutzungsfaktor des Arbeitsvolumens pro Umdrehung des Vierkolbenrotors 2 ist 2.

w Die Wirkungsweise des Motors mit einem Vierkolbenrotor 2 und fünf dreikämmerigen Rotoren 3 (Fig. 10) entspricht derjenigen eines Zwanzigzylinder-Viertaktmotors mit um je 36° versetzten Kurbeln, mit dem Unterschied, dass der Ansaug- und Ausstosszyklus im Verhältnis zum Arbeite- und Verdichtungszyklus um 18° verschoben ist. Der Ausnutzungsfaktor des Arbeitsvolumens pro Umdrehung des Vierkolbenrotors 2 beträgt 5/2.

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Die Arbeitsweise des Motors mit Gleitdichtungen (Fig. 11 - 13) erfordert keine besondere Beschreibung.

Die beschriebenen Beispiele für konstruktionsmässige Lösungen der erfindungsgemässen Rotationskolbenmaschine umfassen natürlich nicht alle möglichen Einzelheiten und Varianten, die im Wesen der Erfindung liegen.

Die erfindungsgemässe Rotationskolbenmaschine kann z.B. als selbstantreibender Rotationsverbrennungs-Gaskompressor arbeiten. In einem solchen Falle ist es vorteilhaft, z.B. einen Motor mit einem Vierkolbenrotor und vier dreikämmerigen Rotoren anzuwenden, von denen zwei gegenüberliegende Rotoren die Kammerrotoren eines Rotationskompressors und die beiden übrigen Rotoren die Kammerrotore eines Rotationsverbrennungsmotors bilden.

Die erfindungsgemässe Rotationskolbenmaschine kann auch als Gebläse, Kompressor oder Pumpe und auch als hydraulischer, Dampf- oder Gasmotor Anwendung finden. In die-

sen Fällen ist der Kolbenrotor am Umfang nur mit Kolben ausgerüstet, die mit Eingangs- und Ausgangskanälen ver sehen sind. Die Wirkungsweise einer solchen Vorrichtung erfordert keine besondere Beschreibung. Es ist lediglich zu erwähnen, dass die Drehrichtung des Kolbenrotors zur Anwendung der Vorrichtung als Gebläse, Kompressor oder Pumpe gegenüber dem Falle eines hydraulischen, Dampfoder Gasmotors entgegengesetzt ist. Die Durchflussrichtung des Arbeitsstoffes ist für die genannten Anwendungen natürlich ebenfalls entgegengesetzt.

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Claims

Patentansprüche

1. Rotationskolbenmaschine mit einem Kolbenrotor, der kinematisch mit wenigstens einem Kammerrotor zusammenarbeitet und mit diesem über ein Synchrongetriebe gekuppelt ist, wobei diese Rotore in zylinderförmigen Sitzen mit parallelen Achsen und sich im Gehäuse durchdringenden Mantelflächen gelagert sind, dadurch gekennzeichnet , dass der Kolbenrotor (2) am Umfang mit wenigstens einem Paar von Kolben (8,9) versehen

fe ist, wobei mindestens einer der Kolben jedes Paares mit Eintritts- und Austrittskanälen (15»17) versehen ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass jeweils einer (8) der Kolben jedes Kolbenpaares mit Eintritts- und Austrittskanälen (15,17) und der andere (9) mit einer Zündeinrichtung (19) versehen ist.

3· Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Eintrittskanäle (15) einen im Kolbenrotor (2) zentral angeordneten Einlass (16) mit der in Bewegungsrichtung hinteren Fläche des betreffenden Ansaug- und Ausstosskolbens (8) verbinden, während die Austrittskanäle (17) an der Vorderfläche des Kolbens (8) münden.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Austrittskanäle (17) durch mindestens eine stirnseitige Deckplatte (10) des Kolbenrotors

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(2) führen und mit mindestens einem ringförmigen Sammelkanal (8) verbunden sind.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Kolben (8,9) annähernd die gleiche äussere Gestalt haben, wobei die vorderen und hinteren Flächen jedes Kolbens in einer zur Achse des Kolbenrotors (2) senkrechten Ebene z.B. ein epizykloidenförmiges Profil aufweisen und die seitliche Umfangsfläche jedes Kolbens ein dem zylinderförmigen Sitz

(6) des Kolbenrotors angepasstes Profil hat.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Kammerrotore (3) mit Kammern (25) versehen sind, deren Profil in einer zur Achse dieser Rotore senkrechten Ebene eine Kombination von z.B. einem Kreisbogen und zwei Geraden-Abschnitten ist und dass der Abstand zwischen den beiden Kanten jeder Kammer dicht an die Breite der Kolbon (8,9) angepasst ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Anzahl der Kammerrotore (3) gleich ist: oder siUi um eines unterscheidet von der Summe aller Kolbon (8,9) und dass die Anzahl der Kamüiorn (25)»wit denen die Kammerrotore (3) versehen sind, eine ungerade Zahl ist.

B. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch f e kennzeichnet , dass der Kolbenrotor (2) mittels zwei stirnseitigen Deckplatten (10,11) verschlossen

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ist, deren Durchmesser dem Aussendurchmesser des Kolbenrotors gleich ist.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen den Kammerrotoren (3) im Gehäuse (1) des Motors Kanäle (37, 38) vorgesehen sind, die die zylindrischen Sitze (7) der Kammerrotore mit dem zylindrischen Sitz (6) des Kolbenrotors (2) in der Nähe der durch die Durchdringung der Mantelflächen gebildeten Kanten verbinden, wodurch ein Druckausgleich zwischen den Arbeitskammern (39) des Motors und den mit diesen bei Drehung der Kammerrotore periodisch zusammenarbeitenden Kammern (25) erfolgt, \robei die Breite der Kanäle gemessen in Umfangsrichtung kleiner ist als die Breite der Kolben.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass im Gehäuse verschliessbare Kanäle (40) vorgesehen sind, die die- zylinderförmigen Sitze (7) der Kammerrotore (3) mit der Umgebung verbinden und an Stellen angeordnet sind, an denen die Innenflächen der Sitze am weiteten von der Hauptsymrßetrieachse des Motors entfernt sind.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 1u, dadurch gekennzeichne t , üas- di ^; Zündeinrichtungen (19) parallel zur Achse dss ΚοΓ: enrotorr (':) innerhalb der Reaktions-Kompressions-Kolben (9) an£c-br\-. : sind und mit den äusseren Umfangsflächen der Kolben in Verbindung stehen..

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ORIGINAL

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12. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet , dass im Gehäuse (1) wenigstens eine Kraftstoffeinspritzdüse (41) in der Nähe der Stelle angeordnet ist, an der der zylindrische Sitz (7) eines Kammerrotors (3) in den zylindrischen Sitz (6) des Kolbenrotors (2) auf der Abflußseite des Arbeitsstoffes übergeht.

13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ebenso viele Einspritzdüsen (41) wie Kammerrotore (3) vorgesehen sind.

14. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet , dass im Vorderteil des Gehäuses (1) in der Symmetrieachse des Kolbenrotors (2) eine Zündeinstellungsvorrichtung (42) mit einem Kommutator (43) vorgesehen ist, der über eine Welle (44) mit dem Kolbenrotor verbunden ist und dessen Gehäuse (45) mit seinen Bürsten (46) auf die jeweiligen Winkellagen einstellbar ist.

15. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , dass jeder Kammerrotor (3) mit einem Zahnrad (5) versehen ist, welches in seiner Winkellage einstellbar z.B. am Zapfen (27) des betreffenden Rotors angebracht ist, wobei es mittels einer Lagermutter (47) an die Stirnoberfläche der Auflage (48) angedrückt wird, die drehfest z.B. mit Hilfe eines Einlasselements (49) auf dem Zapfen aufgesetzt und in seine Win-

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kellage bezüglich der Auflage z.B. mittels angepasster Schrauben (50) blockiert ist.

16. Maschine nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet , dass ein Zahnrad (54) mit Innenverzahnung z.B. schwenkbar mit der Maschinenwelle (56) verbunden ißt, das in alle Zahnräder (5) der Kammerrotore (3) gleichzeitig eingreift,und dass die Drehgeschwindigkeit der Welle hächstens gleich ist der Drehgeschwindigkeit

des Kolbenrotors (2).
w

17. Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet , dass der Kolbenrotor (2) auslegerartig in Wälzlagern (12,13) gelagert und an der Seite des zentralen Einlasses (16) mittels eines ringförmigen Einsatzes (24) abgeschlossen ist, und dass die Kammerrotore (3) beiderseits mittels Zapfen (26,27) in herausnehmbaren Gleitlagern (28,29) abgestützt sind, die die Kammern (25) der Kammerrotore (3) an deren Stirnflä-

. chen dicht verschliessen.

18. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet , dass das Gehäuse (1) aus einem einzigen Teil besteht,mit Flüssigkeit oder Luft gekühlt und so gestaltet ist, dass die zylinderförmigen Sitze (7) der Kammerrotore (3) konstanten Durchmesser haben und als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind und zusammen mit dem zylinderförmigen Sitz (6) des Kolbenrotors (2) herstellbar sind.

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rf

19. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet , dass an den zylindrischen Flächen der Kammerrotore (3) und gegebenenfalls an der zylindrischen Fläche des Kolbenrotors (2) zu den Achsen dieser Rotore parallele Labyrinthdichtungsnuten (36) vorhanden sind und dass an den Stirnflächen der Rotore

(3) oder an den stirnseitigen Innenflächen der Gleitlager (28,29) flache Vertiefungen (67 oder 68) vorgesehen sind, die die Aufgabe multidirektionaler Labyrinthdichtungen erfüllen. i

20. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet , dass das Verhältnis des Durchmessers des Kolbenrotors (2) zu dem der Kammerrotore (3) so gewählt ist, dass die zylindrischen Flächen dieser Elemente im wesentlichen gleiche Umfangsgeschwindigkeit haben.

21. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da durch gekennzeichnet , dass die Anzahl der Kammerrotore (3) wenigstens um «ins gjrBsser oder kleiner ist als die Summe aller Kolben (6 und 9), und dass in Jedem Kammerrotor ein bis vier Kammern (25) vorgesehen sind.

22. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet , dass jeder Keamerrotor (3) »it einer Vorrichtung zum Regulieren der Verdichtung ausgerüstet ist, die aus Einlagen (30) mit lin- «•nfömigem Querschnitt, einer die Einlagen 2u»a«aenf»ee*n-

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den Auflage (31) und einer auf dem Zapfen (26) des betreffenden Kammerrotors aufgesetzten Hülse (32) besteht, und dass die Zapfen längliche Vertiefungen (33) aufweisen, die Verlängerungen der Kammern (25) bilden, wobei die Einlagen (30) an diese Vertiefungen, an Öffnungen in den Auflagen und an. die Innenflächen der Hülsen dicht angepasst und durch Lager (35) in axialer Richtung der Kammerrotore verschiebbar sind.

23. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens einige der Kolben (8,9) mit radialen Gleitdichtungen versehen sind» die wenigstens aus einer flachen Leiste (62) bestehen, welche in längs der Scheitel dieser Kolben verlaufenden Nuten angebracht sind und deren Länge grosser ist als die Breite den Kolbenrotors (2), so dass beide Enden dieser Leisten bei Drehung des Kolbenrotors an den Innenflächen des zylindrischen Sitzes (6) gleiten.

24. Haschine nach einem der Ansprüche β bis 23, dadurch gekennzeichnet , das« die stirnseitigen Deckplatten (11,12) des Kolbenmotor« (2) Jeweils mit Mindestens einer Ümfangsnut versehen sind, die elastische Gleitringe (63) enthalten, welche bei der Drehung des Kolbenrotors «n den Innenflächen d·* zylindrischen Sitzes (6) gleiten.

25. Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 24, dadurch gekennzeichnet , das« der Kolbonrotor

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(2) mit flachen Leisten (64) versehen ist, die in längs der Erzeugenden der zylindrischen Oberfläche dieses Rotors verlaufenden Nuten angeordnet sind und die durch die Zentrifugalkraft an die zylindrischen Oberflächen der Kammerrotore (3) angedrückt werden, wobei die Länge der Leisten grosser ist als die Breite des Kolbenrotors und die Enden dieser Leisten in nicht durchgehenden Öffnungen in den Deckplatten (10,11) des Kolbenrotors hineinreichen.

26. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet , dass jeder Kammerrotor (3) in seinen Kairoern (25) mit verschwenkbaren Einlagen (65) versehen ist, die unter de« Einfluss des Druckes von Gasen an die vordere und hintere Oberfläche der Kolben (8,9) angedrückt werden.

27. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet , dass die Kammerrotore

(3) mit elastischen stirnseitigen Abdichtungen (66) versehen sind, die in peripheren und radialen Nuten der Stirnflächen dieser Rotore angeordnet und vorteilhafterweise auf den Zapfen (26,27) der Kammerrotore angebracht sind.

28. Maschine nach eines der Ansprüche 1 bis 27t dadurch gekennzeichnet , dass in den Kammerrotoren (3) und gegebenenfalls im Kolbenrotor (2) Kühlkanäle (69) vorgesehen sind.

29. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass nur in einigen

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der Kammerrotore (3) Kraftstoffverbrennung auftritt, wodurch der Motor als selbstantreibender Rotationsverbrennungskompressor arbeiten kann.

30. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass im Gehäuse (1) Glüh- oder Zündkerzen (19) angebracht sind.

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