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Drehkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine brehkolbenmaschine,
bei welcher ein hohizylindrisches Gehäuse mit einem darin laufenden hohlzylindrischen
Drehkolben bzw. Rotor kombiniert ist.
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Dem als Wankelmotor bezeichneten bekannten Kreiskolbenmotor haften
verschiedene Mängel an. Beispielsweise ist die Drehbewegung des dreiflächigen Kreiskolbens
instabil, wenn er bei seiner Drehung eine Epitrochoidkurve beschreibt, die um drei
Scheitelpunkte als die Schwenkpunkte längs der doppelbogenförmigen Innenwandfläche
des Gehäuses herum zentriert ist, und dabei Drehmoment an der Abtriebswelle erzeugt.
Da zudem der auf die Innenwandfläche des Gehäuses einwirkende Druck ungleichmäßig
verteilt ist, wird ein welliger Abrieb in Porm der sogenannten "Rattermarken" hervorgerufen.
Da der Rotor nicht unmittelbar durch eine tragende Welle im Gehäuse gehalten wird,
ist es unmöglich, eine Kreiskolbenmaschine großer Leistung zu konstruieren, da ihr
Aufbau so kompliziert ist, daß sie sich nicht ohne weiteres realisieren läßt.
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Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber in erster Linie die Schaffung
einer verbesserten Drehkolberomaschine, welche die vorgenannten Mängel der herkömmlichen
Vrehkolbenmaschinen vermeidet und die so ausgelegt ist, daß sich der zylindrische
Rotor konzentrisch im zylindrischen Gehäuse befindet, wobei die zentrale Abtriebswelle
die Gehäuse-Seitenwände durchsetzt und in diesen gelagert ist, der Rotor sich stabil
zu drehen vermag und der auf die Gehäuse-Innenwandfläche einwirkende Druck gleichmäßig
verteilt ist, so daß die "Rattermarken" kaum jemals auftreten.
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Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Drehkolbenmaschine,
bei welcher die Zylinder- bzw. Mantelfläche des Rotors an einer Stelle mit einer
Öffnung versehen ist, wobei die von der einen Seitenkante der Öffnung einwärts ragende
querwand und der kreisbogenförmige Kolbenteil, dessen eines Ende an der gegenüberliegenden
Seitenkante der Öffnung angelenkt ist, den Brennraum bilden, wobei das Öffnen und
Schließen des Kolbenteils über eine Kopplungseinrlchtung in korm eines am Ende einer
zwischen den Seitenwänden des Rotors gelagerten Kurbelwelle sitzenden Ritzels und
eines an der kreisförmigen Innenfläche des Gehäuses ausgebildeten innenzahnrads
geschieht, wodurch ein stabiles Öffnen und Schließen des Kolbenteils gewährleistet
wird.
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Diese Drehkolbenmaschine soll so ausgelegt sein, iß sowohl die Drehbewegung
des Rotors als auch das Öffnen und Schließen des Kolbenteils stabilisiert sind,
so daß der Rotor für größere Leisturg ausgelegt sein kann als bei den herkömmlichen
Dreh- und Krei skolbenmaschinen.
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Weiterhin soll die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine wegen ihrer
vergleichsweise einfachen Konstruktion leicht herzustellen und instandzusetzen und
somit billig in Fertigung und Unterhalt sein.
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Die erfindungsgemäße Drehkolbeemaschine, bestehend aus einem hohlzylindrischen
Gehäuse und einem darin drehbar geführten hohlzylindrischen Rotor, kennzeichnet
sich dadurch, daß die zentrale Antriebswelle des Rotors die Gehäuse-Seitenwände
durchsetzt und sich zur Außenseite des Gehäuses erstreckt, daß in die eine Seitenwand
des Gehäuses ein Ansaug- und ein Auslaßschlitz eingeschnitten sind, daß die kreisförmige
Innenwandfläche an der anderen Gehäuse-Seitenwand mit einem Innenzahnrad versehen
ist, daß am Oberteil der Gehäuse-Zylinderwand eine Zündkerze angeordnet ist, daß
in der Zylinderwand des Rotors eine Öffnung ausgebildet ist, von deren einer Seitenkante
sich eine Querwand einwärts erstreckt, daß ein kreisbogenförmiger Kolbenteil mit
seiner einen Seite an der gegenüberliegenden Seitenkante der Öffnung angelenkt ist,
wobei der Umriß des Kolbenteils so ausgebildet ist, daß er längs der Flächen beider
Seitenwände sowie der Querwand zu gleiten vermag, wodurch ein durch den Kolbenteil,
die OUuerwand und die Seitenwände des Rotors umschlossener Brennraum festgelegt
wird, daß der Kolbenteil mit einer Kurbelwelle verbunden ist, deren eines Ende die
eine Seitenwand des Rotors durchsetzt und nach außen ragt, wo sie mit einem Ritzel
verbunden ist, das mit dem genannten Innenzahnrad des Gehäuses kämmt, so daß bei
der Drehbewegung des Rotors die Eurbelwelle in Drehung versetzt wird und auf diese
Weise das Öffnen und Schließen des Kolbenteils bewirkt, und daß im Rotor ein durch
einen Ausschnitt in seiner eine Wand des Brennraums festlegenden Seitenwand gebildeter
Ansaug/Auslaßschlitz vorgesehen ist, welcher
in dem Ansaugschlitz
und dem Auslaßschlitz des Gehäuses gegenüberliegende Lage verbringbar ist.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer
Drehkolbenmaschine mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene
perspektivische Darstellung der Drehkolbenmaschine gemäß Fig. 1, von der anderen
Seite her gesehen, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Rotors der Drehkolbenmaschine
gemäß Fig. 1, von der Gegenseite her gesehen, Fig. 4 eine im Längsschnitt gehaltene
Seitenansicht der Drehkolbenmaschine gemäß Fig. 1, Fig. 5 einen Schnitt längs der
Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Darstellung
der Drehkolbenmaschine gemäß Fig. 5, Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des
Kolbenteils der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine und Fig. 8a - h Schnittansichten
zur Veranschaulichung des Arbeitsprinzips der Drehlrolbenmaschine gemäß Fig. 1 bis
6.
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Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung das gesamte Gehäuse
einer erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine, die ein hohlzylindrisches Gehäuse 1
mit einer Zylinderwand 3 und Seitenwänden 4 und 5 aufweist, von denen die Seitenwand
4 mit einem fächerförmigen Ansaugschlitz 7 und einem ähnlich geformten Auslaßschlitz
8 versehen ist. Weiterhin weist die Drehkolbenmaschine eine Abtriebswelie 13 des
noch zu erläuternden Rotors sowie eine Zündkerze 26 auf.
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Gemäß Fig. 2, in welcher das Gehäuse von der Fig. 1 entgegengesetzten
Seite her dargestellt ist, ist die Seitenwand 5 mit einer durchgehenden Lager-Bohrung
6 versehen, während die kreisförmige Innenfläche der Zylinderwand 3 ein Innenzahnrad
10 aufweist, längs dessen Innenseite ein kreisförmiger Ansatz 9 vorgesehen ist.
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Fig. 9 veranschaulicht den zylindrischen Drebkolben bzw. Rotor 2,
der eine Zylinderwand 14 sowie Seitenwände 11 und 12 aufweist. Die Abtriebswelle
13 durchsetzt beide Seitenwände 11 und 12 und ist an diesen befestigt. In der Zylinderwand
14 ist durch einen Ausschnitt eine rechteckige Öffnung festgelegt, um deren Umfang
herum ein Dichtglied 16 angeordnet ist. Der Innenaufbau des Rotors 2 ist aus den
Fig. 4 usw. ersichtlich. An der einen Seitenkante der rechteckigen Öffnung ist eine
radial verlaufende, gekrümmte Querwand 15 vorgesehen, während die andere Seite der
Öffnung mittels eines Stifts 20 mit dem einen Ende eines Kolbenglieds 19 verbunden
ist, dessen Oberfläche kreisbogenförmig ausgebildet ist und die gleiche Krümmung
besitzt wie die Oberfläche des Rotors 2. Drei Seiten dieser gekrümmten Fläche des
Kolbenglieds 19 sind mit einem Dichtglied 25 versehen, das so ausgebildet ist, daß
sein an der Stirnseite des Kolbenglieds angebrachter Abschnitt in Gleitberührung
mit der Fläche der Querwand
steht, während seine an den Kolbenglied-Flanken
befestigten Abschnitte an den Innenflächen der Seitenwände 11 und 12 des Rotors
2 entlanggleiten. Die Seitenwand 11 des Rotors 2 ist mit einem fächerförmigen Ansaug/Auslaßschlitz
24 versehen, dessen Form derjenigen des Ansaugschlitzes 7 und des Aus laßschlitzes
8 des Gehäuses 1 entspricht und der in dem dem Bewegungsbereich des Kolbentaeiis
19 entsprechenden Abschnitt der Seitenwand angeordnet und von einem Dichtglied 22
umgeben ist. Der Kolbenteil 19 ist mittels einer Pleuelstange 21 mit einer Kurbelwelle
17 verbunden, die im Inneren des Rotors 2 drehbar gelagert ist. Das eine k½de der
Kurbelwelle 17 durchsetzt die Seitenwand 12 des Rotors 2 zu dessen Außenseite hin
und trägt am äußersten Ende ein Ritzel 28. Dieses Ritzel 18 wird bei der Drehung
eines Ritzels 28 über ein koaxial angeordnetes Ritzel 27 in Drehung versetzt.
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Der Einbauzustand des Rotors 2 Lm Gehäuse 1 ist in den Sig.
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4 usw. veranschaulicht. Die Abtriebswelle 13 des Rotors 2 ragt über
die Seitenwände 4 +nd 5 des Gehäuses 1 nach augen, und das Ritzel 28 kämmt mit dem
Innenzahnrad 10 des Gehäuses 1. bas Zähnezahlverhältnis zwischen Ritzel 18 und Innenzahnrad
10 ist so gewählt, daß sich die R1rrbe1welle 17 bei jeder Halbumdrehung des Rotors
2 einmal dreht und dabei einen Hub des Kolbenteils 19 bewirkt. Genauer gesagt, wird
beim einen Hub des Kolbenteils 19 während der ersten Halbumdrehung des rotors 2
der Ansaug-und Verdichtungstakt durchgetührt, während beim nächsten Hub des Kolbenteils
19 bei der nacKsten Halbumdrehung desHotors 2 Verbrennungls- und Auspufftakt erfolgen.
Wenn der in das Gehause 1 eingebaute Rotor 2 auf die gleiche Weise wie bei herkömmlichen
Drehkolbenmaschinen in Drehung versetzt wird, drehen sich die (unmittelbar bzw.
mittelbar) mit dem an der Innenfläche der Zylinderwand 3 des Gehäuses 1 vorgesehenen
Innenzahnrad 10
kämmenden Ritzel 28, 27 und 18 zusammen mit dem
Rotor 2, während sie sich auf ihren an der Außenseite der Seitenwand 12 des Rotors
2 befindlichen Achsen drehen, wobei die das Ritzel 18 tragende Kurbelwelle 17 in
Drehung versetzt wird und dabei den Kolbenteil 19 über die Pleuelstange 21 um den
Stift 20 herum einwärts und auswärts schwingen läßt. Bei der Einwärtsbewegung des
Kolbenteils 19 bilden dessen Fläche, die Querwand, die Innenfläche der Seitenwände
sowie die gewölbte Innenfläche des Gehäuses den Brennraum 23.
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Im folgenden ist die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine
anhand der Fig. 8a bis 8h näher erläutert.
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Fig. 8a und 8b veranschaulichen den Ansaugtakt für das Gasgemisch,
Fig. 8c und 8d zeigen den Verdichtungstakt, Fig. 8e und 8f den Verbrennungstakt
und Fig. 8g und 8h den Auspufftakt.
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Die gestrichelte Linie um die Pleuelstange 17 herum gibt jeweils deren
Stellungen an.
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Gemäß Fig. 8a stimmt der Ansaugschlitz-7 des Gehäuses 1 mit dem Ansaug/Auslaßschlitz
24 des Rotors 2 überein, während der Kolbenteil 19 durch die Pleuelstange 21 nach
innen gezogen ist.
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Nachdem das Gasgemisch über die Schlitze 7 und 24 in den so gebildeten
Brennraum 23 hinein angesaugt worden ist, verdreht sich der Rotor 2 in die Stellung
gemaß Fig. 8b, in welcher der Ansaugtakt abgeschlossen ist. Sobald sich der Rotor
2 über die Stellung gemäß Fig. 8b hinausbewegt, bewegt sich der Kolbenteil 19 entgegengesetzt
zur Richtung gemäß Fig. 8a nach außen, wobei das im Brennraum 23 befindliche Gasgemisch
bei der Weiterdrehung des Rotors 2 gemäß den folgenden Fig. 8c und 8d durch den
Kolbenteil 19 verdichtet wird, worauf der Verdichtungstakt abgeschlossen ist.
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Wenn der Rotor 2 iiber die Stellung gemäß Fig. 8d hinausläuft, wird
die Zündkerze 26 betätigt, so daß sie das derart verdichtete Gasgemisch entzündet.
Infolge der durch die Verbrennung dieses Gasgemisches erzeugten Explosionskraft
wird dem Rotor 2 ein gemäß den Figuren im Uhrzeigersinn gerichteter Drehimpuls verliehen,
so daß er sich in die in Fig. 8f dargestellte Richtung weiterbewegt, während sich
der Kolbenteil 19 gleichzeitig einwärts verlagert. Hierauf ist der Verbrennungs
takt abgeschlossen.
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Wenn sich der Rotor 2 über die Stellung gemäß Fig. 8f hinausbewegt,
kommt der Schlitz 24 des Rotors 2 in Ausrichtung auf den Auslaßschlitz 8 des Gehäuses
1 und verlagert sich gleichzeitig der Kolbenteil 19 entgegengesetzt zur vorherigen
Richtung auswärts, so daß er das im Brennraum 23 befindliche Verbrennungsgas über
die Schlitze 24 und 8 nach außen verdrängt.
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Sobald sich der Kolbenteil 19 gemäß Fig. 8h am weitesten nach außen
verlagert hat, ist der Auspufftakt abgeschlossen.
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Bei der vorstehend dargestelltan Ausführungsform ist der Rotor 2
mit einem einzigen Kolbenglied 19 versehen. Durch zusätzliche Anordnung eines weiteren,
ähnlichen Kolbenglieds symmetrisch zam ersten Kolbenglied kanrs das Aufnshmevolumen
des Brennraums verdoppelt werden. Außerdem erfolgen dabei je Rotorumdrehung zwei
Verbrennungstakte, wodurch sich erhöhte Abtriebsle stwng und stabilisiertere Drehmomentabgabe
ergeben.
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Auch bei dieser Abwandlung brauchen im Gehäuse 1 keine zusätzlichen
Ansaug- und Auslaßschlitze 7 bzw. 8 vorgesehen zu sein und braucht auch nur eine
einzige Zündkerze 26 vorhanden zu sein.
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Obgleich vorstehend zur Erläuterung bevorzugte Ausführungs formen
der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann selbstverständlich
zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung
verlassen wird.