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Rotationskolbenmotor Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor
mit einem Gehäuse, dessen Innenraum einen ovalähnlichen Querschnitt hat und das
an einer Längsseite des Ovals mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung und
an der gegenüberliegenden Längsseite mit einer Zünd- bzw. Einspritzvorrichtung versehen
ist, und mit einem im Gehäuse umlaufenden und mit dessen Innenfläche je einen sichelförmigen
Ansaug- und Verdichtungsraum bzw. Verbrennungs- und Auspuffraum bildenden Rotationskolben,
in dem durch seine Oberfläche ragende, gegen die Innenfläche des Gehäuses gedrückte
und gegen diese abgedichtete Schieber gelagert sind.
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Derartige Rotationskolbenmotoren sind beispielsweise aus der DT-PS
596 625 und der FR-PS 769 228 bekannt. Die im Rotationskolben gelagerten Schieber
sind in diesen Fällen als ebene Schieberplatten ausgebildet, die radial in Schlitzen
im Kolben gelagert sind und durch Federn nach außen gedrückt werden, so daß sie
mit ihren äußeren Kanten an der Innenfläche des Gehäuses schleifen. Die durch die
Federn bewirkte Andruckkraft wird bei höheren Drehzahlen durch die auf die Schieberplatten
einwirkende Fliehkraft verstärkt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß derartige
plattenförmige Schieber, die in Schlitzen des Kolbens gelagert und geführt sind,
unter Einwirkung der tangential zur Kolbenoberfläche auf die aus dem Kolben herausragenden
Teile der Schieber wirkenden Gasdruckkräfte mit ihrer auf der Seite
des
gerade niedrigeren Gasdruckes befindlichen Fläche so stark gegen die zugehörige
Lagerfläche bzw. Kante des Führungsschlitzes gedrückt werden, daß trotz allen Aufwandes
hinsichtlich der Schmierung dieser Gleitflächen sehr starke Abnutzungserscheinungen
auftreten, die nach relativ kurzer Betriebszeit zum Fressen und Festklemmen der
Schieber im Kolben führen. Außerdem kommt es bei der Einwärtsbewegung der Schieber
in den Kolben zum Fressen der Schieberaußenkanten an der Gehäuseinnenseite.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung dieser Nachteile
durch eine zweckmäßigere Ausbildung und Lagerung der Schieber, bei welcher keine
unerwünscht hohen Kräfte auftreten, die zu einem Fressen oder Klemmen der Schieber
im Kolben und am Gehäuse führen können.
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Diese Aufgabe wird bei einem Rotationskolbenmotor der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schieber kreisbogenförmig ausgebildet
und an ihren inneren Enden mit im Inneren des Rotationskolbens parallel zu dessen
Achse gelagerten Schwinghebeln verbunden sind.
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Durch diese Form der Schieber und ihre Lagerung werden die Gasdruckkräfte
nicht mehr auf die Schlitzenden übertragen, sondern vielmehr von den Schwinghebellagern
aufgenommen und auf den Drehkolben übertragen. Die Wandung des Drehkolbens ist daher
wesentlich weniger beansprucht, so daß der Drehkolben erheblich leichter ausgebildet
werden kann (Material- und Gewichtsersparnis).
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An den Abdichtungsstellen treten praktisch nicht nur keine Abnutzungserscheinungen
mehr auf, sondern es wird auch die bei den bekannten Motoren an den Lagerflächen
der Schieber in Reibung und Wärme umgesetzte Energie nutzbringend in Rotationsenergie
des Kolbens umgesetzt. Ferner sind die Druckkräfte zwischen
Schieber
und Gehäuse wesentlich niedriger, so daß auch dort kein Fressen mehr auftritt. Auch
können die Schieber ohne weiteres länger ausgebildet werden als bei den bekannten
Drehkolbenmotoren, weil die innere Lagerfläche im Kolben entfällt und gegebenenfalls
auch die Motorwelle den Kolben nicht zu durchsetzen braucht, sondern zweiteilig
an seinen Endflächen angesetzt sein kann, so daß im Inneren des Drehkolbens mehr
Raum verfügbar ist.
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Durch Versetzung der Kolbenachse gegen die Gehäusemitte lassen sich
die beiden sichelförmigen Räume (Ansaug- und Verdichtungsraum bzw. Verbrennungs-
und Auspuffraum) ungleich groß machen so daß sich in konstruktiv einfacher Weise
das Verdichtungsverhältnis wählen läßt.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angeführt.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen
Rotationskolbenmotor; Fig. 2 einen Teilschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten
Motor in Pfeilrichtung A gesehen; und Fig. 3 einen Teilschnitt - in einer zum Schnitt
gemäß Fig. 2 senkrechten Ebene - durch den in Fig. 1 dargestellten Motor in Pfeilrichtung
B gesehen.
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Der in Fig. 1 dargestellte Schnitt zeigt ein Gehäuse 1, dessen Innenfläche
2 einen ovalen Querschnitt hat. An der einen Längsseite ist eine Einlaßöffnung 3
und eine Auslaßöffnung 4 vorgesehen, während an der gegenüberliegenden Längsseite
eine Zündkerze 5 angeordnet ist. Das Gehäuse ist weiterhin mit Kühl kanälen 6 für
eine Kühlflüssigkeit versehen. Alternativ kann das Gehäuse im Falle einer Luftkühlung
auch auf seiner Außenseite verrippt sein. An den beiderseitigen Berührungsstellen
der Innenfläche 2 des Gehäuses mit dem Rotationskolben 10 sind jeweils Dichtleisten
7 vorgesehen, die mit Führungsstiften 8 und Federn 9 im Gehäuse geführt und gegen
den Rotationskolben 10 gedrückt werden.
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Der Rotationskolben 10 ist mit seiner Welle 11, welche gleichzeitig
die Abtriebswelle des Motors ist, in Lagern 12 in den seitlichen Gehäusedeckeln
gelagert. Durch die Oberfläche des Rotationskolbens ragen Schieber 15, die kreisbogenförmig
ausgebildet sind und im Inneren des Rotationskolbens mit Schwinghebeln 16 verbunden
sind. Die Schwinghebel 16 sind ihrerseits in Lagern 17 im Inneren des Rotationskolbens
10 gelagert, so daß die an der Innenfläche 2 des Gehäuses gleitenden Schieber 15
sich auf einer Kreisbahn vom Radius der Länge des Schwinghebels 16 bewegen, wenn
sich der Rotationskolben 10 im Gehäuse 1 dreht.
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Damit die Schieber 15 auch bei niedrigen Drehzahlen an der Innenfläche
2 des Gehäuses 1 anliegen, werden die Schwinghebel 16 durch Federn 19 nach außen
gedrückt, die gemäß Fig. 3 als dey Lagerzapfen 18 der Schwinghebel 16 umgebende
Wickelfedern ausgebildet sein können. Bei höheren Drehzahlen wird die Federkraft
durch die Zentrifugalkraft unterstützt. An der Durchtrittsstelle der Schieber 15
durch die Oberfläche des Rotationskolbens 10 sind Dichtungen 20 vorgesehen, welche
die beiden zwischen Kolben 10 und Gehäuse 1 gebildeten sichelförmigen Räume 13 (Ansaug-
und Verdichtungsraum) und 14 (Verbrennungs-und Auspuffraum) gegen das Innere des
Rotationskolbens abdichten. Ebenso sind die Schieber 15 mit seitlichen Dichtungen
21 versehen, und auch der Rotationskolben 10 ist mit seitlichen Dichtungen 22 gegen
die Gehäusedeckel abgedichtet.
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Der in Fig. 3 dargestellte Schnitt zeigt eine Ausbildung der Schwinghebel
16 mit einem zu einem Doppelschenkel unterteilten Schenkel. Zwischen den beiden
Hälften des Doppelschenkels sind zwei Wickelfedern 19 angeordnet, so daß im Falle
des Bruches einer Feder immer noch die zweite wirksam bleibt. Die Enden der Wickelfedern
19 können statt in der dargestellten Weise langgezogen zu sein auch abgewinkelt
und in Bohrungen der Schwinghebel und des Rotationskolbens verankert sein.
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Im Betrieb des Motors wird durch die'Einlaßöffnung 3 Luft oder ein
Luftbrennstoffgemisch angesaugt, wenn der Rotationskolben 10 sich in Pfeilrichtung
dreht. Der Ansaugraum a zwischen der Innenfläche 2 des Gehäuses und der Oberfläche
des Rotationskolbens 10 wird dabei durch die in Fig. 1 links dargestellte Dichtleiste
7 und den links oben dargestellten Schieber 15 begrenzt. Bei weiterer Drehung des
Rotationskolbens geht der Ansaugraum a in den Verdichtungsraum b über, der zwischen
den beiden in Fig. 1 oben dargestellten Schiebern 15 gebildet wird.
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Der Verdichtungsraum b geht bei weiterer Drehung des Kolbens 10 in
den verkleinerten Verdichtungsraum b' über, von dem durch
einen
in der Oberfläche des Rotationskolbens 10 vorgesehenen Uberströmkanal 23 das verdichtete
Gemisch in den Verbrennungsraum c überströmt.
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Hier wird das Gemisch durch die Zündkerze 5 gezündet, oder im Falle
eines Einspritzmotors wird der verdichteten Luft der Kraftstoff unter Druck zugeführt,
so daß durch die nun erfolgende Verbrennung eine Volumenausdehnung erfolgt, deren
Druck auf die in der Figur linke Fläche des rechts unten dargestellten Schiebers
15 einwirkt und von dieser Fläche auf den Lagerzapfen 18 und über die Lager 17 auf
den Rotationskolben 10 übertragen wird. Infolge der Übertragung des Verbrennungsdrucks
auf das Lager 17, 18 wird eine übermäßige Beanspruchung der Rückseite (in Fig. 1
die linke Seite) des Schiebers 15 (rechts unten in Fig. 1) und der dieser Fläche
gegenüberliegenden Durchtrittskante vermieden, so daß der Schieber nicht fressen
kann.
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Auch ist die Beanspruchung der Dichtungen 20 zwischen Schieber 15
und Drehkolben 10 entsprechend gering. Bei der Ausdehnung des ursprünglich kleinen
Verbrennungsraums c zum vergrößerten Verbrennungsraum c' während des Arbeitstaktes
wird also dem Rotationskolben 10 ein Drehimpuls erteilt. Bei weiterer Drehung verkleinert
sich der Verbrennungsraum c' zum Auspuffraum d, aus dem das verbrennte Gemisch durch
die Auslaßöffnung 4 ausgestoßen wird.
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Infolge der Schwinghebellagerung der Schieber 15 werden die Gasdruckkräfte
auf den Rotationskolben praktisch ohne Beanspruchung der Durchtrittsstellen der
Schieber durch den Kolben übertragen. Auf diese Weise treten weder Schmierprobleme
noch Abnutzungserscheinungen an dieser Stelle und zwischen Schieber und Gehäuseinnenwand
auf, welche bei den bisher bekannten Rotationskolbenmotoren einen in der Praxis
brauchbaren Betrieb verhindert haben. Vielmehr werden die Gasdruckkräfte ohne Beanspruchung
dieser kritischen Stellen sowohl der Schieber als
auch des Rotationskolbens
als auch der Gehäuseinnenfläche über die Schwinghebel 16 und deren Lagerung 17,
18 problemlos auf den Rotationskolben übertragen.