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Rotationsmotor insbesondere für eine Brennkraftmaschine Die erfindung
bezieht sich auf Rotationsmotore und insbesondere auf eine neue Konstruktion, die
hauptsächlich für Brennkraftmaschinen vorgesehen ist, die aber bei geeigneter Modifikation
für Pum-pen verwendbar ist.
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Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen,
wie auf einfache Weise ein Rotationsmotor der vorstehend bezeichneten Art geschaffen
werden kann.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe erfindungsgemäß durch
einen Rotationsmotor mit einer Ringkammer zwischen einer Außenwand und einer Innenwand
und mit zumindest zwei Schaufeln bzw. Flügeln in dieser Kammer, wobei ferner Binrichtungen
vorgesehen sind, die die Flügel bzw. Schaufeln veranlassen,
bei
ihrer Drehung durch die Kammer eine Schwingung relativ zueinander auszuführen, so
daß ein Zwischenraum zwischen benachbarten Seiten der Flügel bzw. Schaufeln im Volumen
abwechselnd größer und kleiner wird, wenn die betreffenden Flügel bzw. Schaufeln
sich durch die Kammer bewegen. Ferner sind Einrichtungen mit einer Öffnung in der
Innenwand vorgesehen, die zum einleiten bzw. Ansaugen eines Fluids in den genannten
Zwischenraum dient, wenn dieser sich vergrößert.
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Schließlich sind Einrichtungen mit einer Öffnung in der äußeren Zylinderwand
vorgesehen, die eine Abgabe bzw. einen Auslaß bewirken, wenn der genannte Zwischenraum
verkleinert wird.
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In zweckmäßiger Weise sind die genannten Öffnungen so angeordnet,
daß sie von den sich drehenden Flügeln bzw. Schaufeln bedeckt bzw. nicht bedeckt
werden. Die Flügel bzw. Schaufeln können derart miteinander verbunden sein, daß
sie eine Vielzahl von Schwingbewegungsperioden je Drehperiode in der Kammer ausführen;
demgemäß kann eine Vielzahl von Binlaß- und Auslaßöffnungen der zuvor erwähnten
Öffnungen in Intervallen um die betreffenden Wände herum vorgesehen sein.
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Der Motor eignet sich vorzugsweise für den Betrieb als Brennkraftmaschine,
und zwar entweder als Benzinmotor oder als Dieselmotor. Dabei können Einrichtungen
vorgesehen sein, die eine Zündung des Inhalts des genannten Zwischenraums bewirken.
Da vorzugsweise mehr als ein AnsaugzyBlus und Auslaßzyklus je Umlauf der Flügel
bzw. Schaufeln in der Kammer auftritt, sind vorzugsweise Einrichtungen vorgesehen,
die eine entsprechende Vielzahl von Zündtakten zwischen einem Ansaugtakt und einem
Auslaßtakt bereitstellen.
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Bei einer bevorzugten Ausfüiirungsform der Erfindung sind zwei Sätze
von Schaufeln in der Kammer vorgesehen. Die Schaufeln jedes Satzes von Schaufeln
sind dabei an einem entsprechenden Träger (wie einer Nabe) fest angebracht. Die
beiden Sätze von Schaufeln sind dabei derart ineinandergefügt, daß eine Vielzahl
von Zwischenräumen gebildet ist, deren jeder zwischen zwei benachbarten Schaufeln
liegt. Durch diese Konstruktion ist eine Vielzahl von Verbrennungskammern gebildet,
die einen gemeinsamen Satz von Einlaß- und Auslaßöffnungen in den Wänden der Hauptkammer
und einen gemeinsamen Satz von Zündeinrichtungen verwenden können. Demgemäß können
viele Leistungstakte je Umlaufperiode der Schaufelsätze und damit je Umlaufperiode
der mit jenen Sätzen verbundenen Wellen erzielt werden.
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Vorzugsweise ist jede der beiden Schaufeln oder jeder der beiden Schaufelsätze
auf einer entsprechenden Nabe angebracht, die koaxial zu der genannten Kammer drehbar
ist, wobei eine mit einer Nabe fest verbundene Welle sich axial zu der Kammer durch
die andere Nabe erstreckt.
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Die beiden Schaufeln oder Schaufelsätze können durch ein Verbindungsglied
miteinander verbunden sein, welches ein exzentrisch gelagertes Getriebezahnrad enthält,
das in einem zweiten Zahnrad kämmtt dessen mittleres Umfangsprofil einem einem Kreis
überlagerten Zykloid entspricht. Vorzugsweise umfaßt das Verbindungsglied bzw. die
Verbindung zwei exzentrisch gelagerte Zahnräder, die jeweils mit einem entsprechenden
zweiten Zahnrad kämmen. Jedes kämmende Zahnradpaar wurde dabei die entsprechende
Schaufel oder den
entsprechenden Schaufelsatz mit einer gemeinsamen
Welle verbinden.
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Im Unterschied zu dem betrachteten Fall kann zur Verbindung der Schaufeln
oder der Schaufelsätze ein Zahnradträger, ein zur Drehung auf diesem Träger angebrachtes
Planetengetriebe und eine Verbindung vorgesehen sein, die eine Schaufel oder einen
Satz von Schaufeln mit dem Planetengetriebe verbindet.
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Diese Verbindung stellt dabei sicher, daß eine Schwingung einer Schaufel
in bezug auf eine benachbarte Schaufel je vollständigem Umlauf des Planetengetriebes
ausgeführt wird.
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Ferner ist ein feststehender Zahnkranz vorgesehen, mit dem das Planetengetriebe
kämmt. Diese Verbindung kann eine jede chaufelsatz zugeordnete IJelle und für jedes
Planetengetriebe eine doppeL gekröpfte Kurbelwelle bzw. Doppelkurbel oder einen
Exzenter, der das entsprechende Planetengetriebe trägt, und zwei Verbindungsstangen
umfassen, die jeweils von der Kurbelwelle zu dem bunde eines radialen armes hin
verlaufen, deren einer an einer ersten Antriebswelle angebracht ist und deren anderer
an einer anderen Antriebswelle angebracht ist.
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An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in einer Schnittansicht eine Hauptkammer eines IIotors
bzw. einer Maschine gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt in einer Perspektivansicht einen ersten Satz von Schaufeln
des Motors bzw. der Maschine.
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Fig. 3 zeigt in einer Perspektivansicht einen zweiten Satz von Schaufeln
bzw. Flügeln.
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Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht einen Teil des Wfotors bzw. der
Maschine.
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Fig. 5 zeigt einen Teil eines bevorzugten Zahnradvorgeleges für die
Verbindung von Schaufel bzw. Flügelsätzen.
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Der otationsmotor bzw. die Rotatinnsmaschine, bei der es sich im dargestellten
Ausführungsbeispiel um eine Brennkraftmaschine handelt bzw. die bei einer Brennkraftmaschine
angewandt wird, umfaßt -eine ringförmige Hauptkammer 1, die von einer äußeren Zylinderwand
2 und einer inneren Zylinderwand 3 umgeben ist. Um die Kammer sind zwei miteinander
in Eingriff stehende Sätze von Flügeln bzw. Schaufeln drehbar, deren einer Satz
generell mit 4 bezeichnet ist und deren anderer Satz generell mit 5 bezeichnet ist.
Die Schaufeln bzw.
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Flügel befinden sich in einer gleitenden, aber gasdichten Passung
zwischen den Wänden 2 und 3. Zwischen jeweils zwei benachbarten Flügeln bzw. Schaufeln
ist ein Zwischenraum 6 gebildet. Die Schaufelsätze sind durch eine Verbindung bzw.
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eine Verbindungseinrichtung miteinander verbunden, die, wie nachstehend
noch beschrieben werden wird, die betreffenden Schaufelsätze zwingen, eine Schwingung
relativ zueinander bei ihrer Drehung auszuführen. Die relative Schwingung der Schaufelsätze
bewirkt, daß Jeder Zwischenraum 6 in seinem Volumen abwechselnd größer und kleiner
wird, wenn sich die betreffenden Schaufelsätze um die Kammer 1 herumbewegen.
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Die Innenwand 3 weist Öffnungen 7 auf, die Einlaßöffnungen für ein
Fluid bilden, welches in diesem Fall ein Kraftstoff ist, der voneiner Kraftstoffleitung
her geliefert wird, die an einem in der Wand 3 gebildeten Hohlraum 8 angeschlossen
ist.
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Die Außenwand 2 weist Öffnungen 9 auf, die in Umfangsrichtung von
den Öffnungen 7 in der Innenwand versetzt sind und die Auslaßöffnungen darstellen.
Die Lage der Offnungen und der Verbindung der Schaufeln ist so gewählt, daß ein
Sinlaß 7 nacheinander mit jedem Zwischenraum 6 in Verbindung gelangt, wenn dieser
größer wird; dadurch wird das Fluid in den Zwischenraum eingesaugt. Wenn der betreffende
Zwischenraum bzw. Raum sich um die Kammer herum bewegt, wird er kleiner, was zu
einem Kompressionshub bzw. -takt führt. Neben den betrachteten elementen ist eine
Zündeinrichtung vorgesehen, bei der es sich in diesem Fall um eine Zündkerze 10
handelt, die in eine entsprechende Ausnehmung 11 in der Außenwand 2 hineinragt.
Diese Zündkerze wird betrieben, um den Inhalt des betreffenden Raumes zu zünden,
der anschließend in der Größe zunimmt und danach abnimmt, wenn er an der nächsten
Auslaßöffnung 9 vorbeiläuft.
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Je Raum bzw. Zwischenraum sind zwei vollständige Arbeitszyklen vorhanden,
d.h. zwei Leistungstakte und vier Schwingzyklen bzw. -perioden je Umlauf um die
Kammer. Im allgemeinen ist die Anzahl der Leistungstakte gegeben durch das Produkt
der Anzahl an Verbrennungsräumen zwischen den Flügeln bzw.
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schaufeln und der Hälfte der Anzahl an Perioden relativer Schwingung
der Schaufeln je Umlauf um die Kammer. Diese beiden Zahlen sind unabhängig. Die
Anzahl an Öffnungen und Zündeinrichtungen wird durch die Anzahl möglicher Leistungstakte
bestimmt.
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In Fig. 2 ist eine Anordnung von Flügeln bzw. Schaufeln 4 gezeigt,
die regelmäßig um eine Hohlnabe 12 am sunde einer Hohlwelle 13 angebracht sind.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung der
Flügel bzw. Schaufeln 5, die regelmäßig
um eine Nabe 14 am sunde einer zelle 15 angebracht sind.
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Fig. 4 zeigt eine übliche Schnittansicht des rotors bzw.
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der Maschine, wobei gewisse Merkmale, wie die Schaufeln, weggelassen
sind. Die Kammer 1 ist von der Außenwand 2 eines halbgeschlossenen Zylinders 16
begrenzt, der eine Grundseite 17 aufweist, von der ein zylindrischer Mittelabsatz
18 absteht. Die Naben 14 und 12 sind zwischen den Stirnwänden 19 des Absatzes 18
und einer Stirnplatte 20 vorgesehen, welche den Zylinder 16 abschließt. Die Innengrenze
der Kammer wird durch eine Wand gebildet, die zum Teil durch den Absatz und zum
'Teil durch die Naben gebildet ist. Die ellen 15 und 13 vermögen sich unabhängig
voneinander frei zu drehen, und zwar die eine Welle in der anderen Welle. Die Wellen
sind in der Platte 20 gelagert. Vom Umfang der Platte 20 erstreckt sich eine zylindrische
Wand 21 zu einer weiteren Platte 22 hin, um einen zylindrischen Zwischenraum 23
zu begrenzen, der eine Verbindung bzw. Verbindungseinrichtung für die Wellen 13
und 15 umgibt. Die lljelle 13 trägt ein Zahnrad 24, mit welchem ein auf einer Welle
26 exzentrisch gelagertes Zahnrad 25 kämmt. Die Welle 26 trägt ferner ein weiteres,
gewissermaßen phasenverschobenes exzentrisch gelagertes Zahnrad 27, welches mit
einem von der Welle 15 getragenen Zahnrad 28 kämmt. Das Zahnrad 28 ist mit einem
mit ihm zusammenhängenden Bund 29 versehen, durch den die Welle 15 in einer in der
Platte 22 befindlichen Ausnehmung 30 gelagert ist. Die Welle 26 ist in einer Buchse
31 gelagert, die mit der Platte 22 zusammenhängt, und außerdem ist die Welle 26
in einem von der Wand 21 abstehenden Ansatz 32 gelagert.
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In Fig. 5 sind die beiden Zahnräder 24 und 25 veranschaulicht; die
Zahnräder 28 und 27 sind ähnlich. Das Zahnrad 25 ist so angeordnet, daß es sich
(mit der Welle 26) um eine Achse 33 dreht, die von der geometrischen Achse 34 des
betreffenden Zahnrads bei diesem Ausführungsbeispiel um die Hälfte des mittleren
Zahnradradius versetzt ist. Das Zahnrad 24 weist ein mittleres Profil auf, das einer
einem Kreis überlagerten Zykloidenkurve entspricht; das betreffende Zahnrad 24 dreht
sich um die Achse 35 eines solchen Kreises. Das Zahnrad 24 eist vier konvexe Böden
von 280 auf, zwischen denen vier konkave Bögen von 620 liegen. Bei dieser Auszührungsform
liegt die Rotationsachse 33 des Zahnrades 25 halbwegs zwischen der geometrischen
Achse 34 und dem Umfang des Zahnrads. Das Zahnrad 25 führt je Umlauf des Zahnrades
24 vier Umläufe aus. Bei dieser Ausführungsform dient die Welle 26 als Dreh-Leistungsabgabeelement.
Line einfache, hier nicht dargestellte Zeitsteuereinrichtung für die Zündung der
Zündeinrichtungen kann z.B. durch eine ockenwelle gesteuert werden, die zur Ausführung
einer Drehung mit oder durch die Welle 26 verbunden ist.
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Wird die Maschine bzw. der Motor als Pumpe benutzt, so würde die Welle
26 durch einen Motor angetrieben werden, und die Zündeinrichtungen bzw. Zündkerzen
10 würden wegfallen.
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Im allgemeinen kann irgendeine Anzahl von Flügel bzw.
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Schaufelpaaren vorgesehen sein.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung
sich für die Anwendung in einem Dieselmotor eignet.
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In diesem Fall würden Dieselkraftstoff-Einspritzeinrichtungeii die
Stelle der Zündeinrichtungen einnehmen.