DE2342393A1

DE2342393A1 - Motor

Info

Publication number: DE2342393A1
Application number: DE19732342393
Authority: DE
Inventors: Benjamin F Williams
Original assignee: BENWILCO Inc
Current assignee: BENWILCO Inc
Priority date: 1972-09-25
Filing date: 1973-08-20
Publication date: 1974-04-04
Also published as: DE2342393B2; CA988858A; AR199221A1; FR2200889A5; ZA735217B; AU5878273A; BR7306440D0; GB1394972A; US3780709A; JPS4970017A; AU464352B2; ES418162A1; JPS5134046B2; BE803870A; IT996116B

Description

B 1038

PATENTANWÄLTE

Dr. - Ing. HANS RUSCHKE
Dipl. - Ing. OLAF RUSCHKE

Dip''.-.'ng.KANS E. RUSCHKE

1 BERLIN 33■
Außuste-Viiitoria-.Straße $§

Henwilco , Inc., Douglas / Arizona (V.St.v.A.)

Motor

Gegenstand der .Erfindung sind Motore und insbesondere Brennkraftrotationsmotore.

Es wird immer erwünschter und notwendiger, das Volumen und den komplizierten Aufbau von Brennkraftmotoren zu vermindern, während deren Leistung zuverlässig und befriedigend abgegeben wird.

Das zurzeit am besten bekannte Beispiel für Brennkraftrotationsmotoren stellt der Wankelmotor dar. Die Erfindung bedeutet eine Verbesserung gegenüber dem durch den Wankelmotor dargestellten Stand der Technik dar wegen der einfacheren Herstellung und Arbeitsweise, ohne dass Leistung verlorengeht.

Beispielsweise stellen der Eotor und der Ständer nach der Erfindung im wesentlichen echte kreisrund-zylindrische Körper in koaxialer Anordnung dar. Bei dem Wankelmotor weist der Ständer eine 8-förmige Form auf und der mit diesem zusammenwirkende Rotor die Form eines Dreiecks, wobei der Rotor sich zum Teil in einer nicht-koaxialen Bewegungsbahn bewegt. Der Rotor und der Ständer nach der Erfindung sind daher leichter herzustellen mit normalen

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Werkzeugmaschinen und weisen eine bessere Rotationsbalanz auf.

Außerdem ist der erfindungsgemäße Rotor zum iiotG., wodurch die innere Kühlung des Motors gefördert wird, ferner wird die Leistung für die Kompression ohne Getriebe direkt auf die Hauptwelle des Motors übertragen, und weiterhin entfällt durch die Funktion der Kanalwandungen die Notwendigkeit, gesonderte Nocken vorsehen zu müssen. Des weiteren erfolgt keine radiale Beschleunigung der Bauteile bei einer sehr kleinen axialen Beschleunigung*

Sie Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 eine Seitenansicht eines Motors nach der Erfindung, wobei gewisse Teile in der Zeichnung weggelassen wurden,

Fig«2 eine Ansicht eines Bndgehäuses oder Ständerkappe,

Fig,3 eine Innenansicht des Gehäuses oder Ständerkappe nach der Fig.2,

Fig*4 eine Seitenansicht des Gehäuses oder der Ständerkappe nach der Fig·2,

Fig· 5 ein Querschnitt durch die Ständerkappe nach der Linie 5-5 in der Fig,3,

Fig·6 ein Querschnitt durch den Motor nach der Linie 6-6 in der Fig,1,

Fig#7 eine Abwicklung des Umfanges des Rotors und die

Fig»8-19 sind Abwicklungen, die in schematischer Darstellung die Beziehungen zwischen dem Ständer und dem Rotor in willkürlich gewählten und auf einander folgenden Stellungen der relativen Drehung zeigen·

Der Motor nach der Erfindung kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden und weist eine mechanische Beziehung zu der Pumpe auf, die in der von der Artmelder in eingereichten und noch schwebenden Patentanmeldung

offenbart ist. Der erfindungsgemäße Motor kann unter Kraftstoffeinspritzung nach Art eines Dieselmotors oder unter Ansaugen des

Kraftstoffes als Ottomotor arbeiten· Für die Zwecke der Beschreibung

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wurde eine verhältnismäßig kleine und den Kraftstoff ansaugende AuBführungsform gewählt· Bei dieser Ausführungsform ist ein Sockel 6 und ein Ständer 7 mit einem in der Mitte gelegenen Gehäuse 8 und mit den Endkappen 9 und 11 vorgesehen, welche Bauteile zusammen eine Umschließung bilden, die im vorliegenden Falle aus einer Anzahl gesonderter Flatten besteht, die von Schrauben

12 zusammengehalten werden und im Innenraum eine kreisrund-zylindrische und sorgfältig bearbeitete Fläche 13 bilden· Die Fläche

13 wird an den Enden durch innere, ebene Seitenflächen 14, 16 an den Endplatten 17» 18 ergänzt und befindet sich im Ständer·

Die Endplatten tragen die Lager 19 und 21, die geeignet erweise im Ständer angebracht sind, und in denen eine Welle 22 um eine Achse 23 drehbar gelagert ist, zu der die Fläche 13 symmetrisch gelegen ist» Sie Welle trägt einen Rotor 26 mit einer kreisrund-zylindrischen Außenseite 27» die einen sehr kleinen Abstand von der Fläche 13 aufweist.

IM den Außenrand des Rotors herum erstrecken sich zwei Kanäle 28 und 291 die zum Teil von der kreisrund-zylindrischen Innenfläche 13 sowie von den Seitenwandungen 31 und 32 und von einer Bodenwandung 33 begrenzt werden, so dass die Kanäle bei jedem radialen Querschnitt im wesentlichen rechtwckig und vorzugsweise quadratisch ausgestaltet sind. Wie insbesondere aus der Fig·7 zu ersehen ist, verlaufen die Kanäle gewunden, da ext versetzte geradlinige Teile aufweisen, die sich über rückwärts gekrümmte Zwischenteile in einander fortsetzen. Die Kanäle verlaufen allgemein parallel zu einander, sind jedoch in bezug auf einander um einige Bogengrade in der Umfangsrichtung versetzt.

Der¹ Ständer enthält zwei ringförmige ebene Platten 36 und 37» die von den Schrauben 12 festgehalten werden, und deren radialen Abmessungen so gewählt sind, dass sie in Hüten 38 und 39 am Rotor eindringen. Diese Platten unterbrechen die Welligkeit oder den gewundenen Verlauf der betreffenden Teile der Kanäle 28 und 29» wie in der Fig»7 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist. '._

Die Platten 36 und 37 sind am Umfang mit Spalten ausgestaltet, wie in der Fig«3 dargestellt, die von gekrümmten Wandungen 47,

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begrenzt werden· In jedem dieser Spalte ist ein Flügel 51 angeordnet, der in der Vorderansicht einen gekrümmten Umriss aufweist, wie in der Fig»3 dargestellt, und der in der Seitenansicht im wesentlichen eben ist. Die Länge eines (jeden Flügels ist so groß bemessen, dass er mit Feinpassung zwischen den Spaltwandungen 47, 48 sitzt, während die Breite des Flügels so bemessen ist, dass er mit Feinpassung in einem der zugehörigen Kanäle 28 oder 29 sitzt· Die Flügel können mit Dichtleisten versehen werden von der Art, die vor einiger Zeit für den Wankelmotor entwickelt worden sind·

Da die Kanäle einen gewundenen Verlauf aufweisen nach Art einer Schlangenlinie, so werden die Flügel 51 bei der Drehung des Rotors seitlich hin- und hergeschwenkt mit einer wesentlichen axialen Komponente. Jede der Endkappen 9 und 11, die an der Innenseite so bearbeitet ist, dass sie eine Fortsetzung der kreisrundzylindrischen Innenseite 13 bildet, ist mit zwei Ausnehmungen 52 versehen, die die benachbarten hin- und herschwingenden Flügel 51 aufnahmen. Jeder Flügel füllt den zugehörigen Spalt an der Platte 36 oder 37 und ebenso den Querschnitt des Kanals 28 oder 29 aus, so dass die verschiedenen Taschen 42, 43 und 44, 46 von den anderen Taschen isoliert und getrennt werden, wenn der Rotor sich dreht. Das Volumen einer Jeden Tasche zwischen den geneigten Wandungen 31 und dem angrenzenden Flügel 5I wird beim Umlauf des Rotors kleiner und größer.

Dieses veränderbare Volumen der Taschen wird zum Einleiten einer zeitlich bestimmten Strömung eines Kraftstoffes in eine der Taschen ausgenutzt. Aus diesem Grunde ist an jeder Endkappe ein Einlasskanal 56 vorgesehen, der die Fläche 13 an einer bestimmten Stelle des Umfanges des Ständers durchstößt und axial genügend lang ist, um für den Kanal oder die Taschen an beiden Seiten der Platte 36 zugänglich zu sein. Da bei der beschriebenen Anordnung am Umfang mehrere Taschen am Rotor vorgesehen sind, so sind auch beide entgegengesetzte Endkappen 9 und 11 mit diametral angeordneten Einlasskanälen 56 versehen. Diese werden geeigneterweise durch Verbindungskanäle 57 mit einander verbunden, die zu eines Ansaugverteiler 58 (Fig,1) führen, der nit einem

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Flansch. 59 versehen ist, an dem ein nicht dargestellte herkömmlicher Vergaser angebracht ist· SpIl dieser Motor als Dieselmotor arbeiten, so wird der Vergaser weggelassen und durch einen einfachen Luftfilter erseteit. Der Einlasskanal 56 ist symmetrisch zu beiden Flügeln im Kanal 28 und fast unmittelbar angrenzend an die Stromabseite (in der Drehrichtung) angeordnet, wie in der Fig»8 durch den Pfeil 61 dargestellt ist ο

Ferner sind Mittel zum Ablassen des verbrauchten Gases aus dem Motor vorgesehen. An den Enden eines Rotordurehmessers sind an den Endkappen 9 und 11 Auslasskanäle 62 vorgesehen, die an der Stromauf seite und an einen der Flügel 51 unmittelbar angrenzend angeordnet sind, und die für die vom Kanal 29 gebildeten Taschen zugänglich sind. Die Auslasskanäle 62 an den Endkappen führen zu Auspuffrohren 63, die direkt mit der Umgebungsluft oder mit einer nicht dargestellten Auspuffvorrichtung in Verbindung stehen.

Die Erfindung sieht B/dttel vor, mit denen komprimiertes Kraftstoffgemisch aus den Taschen in einer der Kanäle 28 aufgenommen wird, das gezündet und in die Taschen des anderen Kanals 29 geleitet wird, welche Vorgänge in der ordnungsgemäßen Eeihenfolge stattfinden. Aus diesem Grunde ist jede Kappe 9 und 11 mit zwei Brennkammern 66 und 67 versehen, die axial jedoch geneigt verlaufen, so dass eine öffnung 68 an dem einen Ende in einen der Kanäle 28 an der einen Seite der Platte 36 führt, während die öffnung 69 am anderen Ende zum Kanal 29 an der entsprechenden Seite der Platte 37 im Kanal 29 führt. Ebenso führt die öffnung 71 der anderen Brennkammer 67 zu den Taschen an der anderen Seite der Platte 36 im Kanal 28 und vereinigt sich mit einer öffnung 72, die in die Taschen an der anderen Seite der Platte 37 im Kanal 29 führt. Die Brennkammern verlaufen geneigt, derart, dass bei einer Herstellung einer Verbindung einer der öffnungen 68 und 7Ί ^mi"t einer betreffenden Tasche, die anderen Öffnungen 69 oder 72 von der St ander fläche 13 geschlossen werden.

Jede Brennkammer in jeder Kappe ist mit einer Öffnung 73 zur Aufnahme einer Zündvorrichtung 7^ versehen (Fig.1). Die Welle 22 treibt geeigneterweise eine Zündungswelle 76 an (Fig.1),

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die ihrerseits einen Zeitgeber und einen Verteiler der üblichen Ausführung (nicht dargestellt) antreibt· Bei einem Betrieb des erfindungsgemäßen Motor als Dieselmotor werden die Zündkerzen und der Zeitgeber durch eine Einspritzpumpe ersetzt.

Im Betrieb des Motors laufen einige Funktion zugleich ab, da mehrere Taschen vorgesehen sind. Bei der Beschreibung wird jedoch jeweils nur eine einzige Tasche berücksichtigt, so dass die Vorgänge für eine vollständige Arbeitsfolge verfolgt werden können*

Wie insbesondere aus der Figo8 zu ersehen ist, steht der Eotor in einer Stellung, bei der einer der Flügel 51 an einem der Einlasskanäle 56 den Kanal 28 im wesentlichen in einer Stellung besetzt, in der eine Tasche 42 gebildet wird. Diese Tasche steht mit dem Einlasskanal vollständig in Verbindung. Da der Rotor sich in Richtung des Pfeiles 61 dreht, so erweitert sich die Tasche 42 mit der folge, dass die Tasche durch den Kanal einen Kraftstoff ansaugt. Bei der Weiterbewegung der Tasche nach der Mg· 9 wird die Verbindung des Einlasses 56 mit der Tasche unterbrochen, die nunmehr vom nächstfolgenden Flügel 51 isoliert gehalten wird.

Bei fortgesetzter Bewegung des Rotors wird das Volumen in der Tasche 42 kleiner, und es erfolgt eine Kompression in der Tasche selbst und durch die Öffnung 68 in einer angrenzenden Brennkammer 66, welche öffnung im vorliegenden Falle für die Tasche 42 zugänglich ist. Zugleich wird die andere öffnung 69 der Brennkammer 66 von den angrenzenden Fläche des Rotors gesperrt. Bei fortgesetzter Drehung des Rotors wird daher der Inhalt der Kammer 42 komprimiert und in der Kammer 66 eingeschlossen. Dieser Betriebszustand ist in der Fig.10 dargestellt, die die Tasche 42 genügend weit vorgerückt zeigt, wobei die Öffnung 68 gesperrt und das komprimierte Gemisch vollständig eingeschlossen wird. Die Fig.11 zeigt die Stellung der Bauteile bei einer Absperrung der Tasche 42 von der Brennkammer, nachdem die Tasche von dem komprimierten Inhalt im wesentlichen entleert worden ist, während die Brennkammer 66 mit komprimierten kraftstoffgemisoh gefüllt ist, wobei beide öffnungen 6b und 69 vom Rotor

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gesclilossen gehalten werdene

In diesem Zeitpunkt erfolgt die Zündung des komprimierten Kraftstoffgemisches durch die Zündvorrichtung 74. Die Fig«11 stellt eine Torwegnahme der in der Fig.12 dargestellten Vorgänge dar, wobei die eine der Taschen 44 im Kanal 29 genügend weit vorgerückt ist und die Öffnung 69 freisetzt, während die Öffnung geschlossen bleibt. Dies bedeutet, dass das gezündete Kraftstoffgemisch in die Tasche 44 strömen kann, und da das Gas eine hohe Temperatur und einen hohen Druck als Folge der Verbrennung aufweist, so sucht das Gas sich gegen die Wandungen der Tasche 44 sowie gegen den angrenzenden Flügel 51 auszudehnen., Hierbei wird dem Rotor ein Drehimpuls erteilt.

Bei fortgesetzter Drehung des Rotors nach der Fig.13 übt das Gas die Antriebskraft aus, bis die Tasche 44 den Auslasskanal freizulegen beginnt, so dass das expandierte Gas aus der Tasche 44 durch den Kanal 62 in die Umgebungsluft oder in eine Auspuffvorrichtung strömen kann, wobei der Druck in der Tasche 44 absinkt und diese weitgehend entleert wird, Bei der weiteren Drehung des Rotors wird das Volumen der Tasche 44 wieder kleiner, so dass das Abgas zwangsläufig aus der Tasche durch den Auslass 62 verdrängt wird, wobei der angrenzense stromabseitige Flügel 51 als Sperre wirkt.

Ungefähr zu dieser Zeit, wie aus der Pig.14 zu ersehen ist, vergrößert sich das Volumen der Tasche 43 im Kanal 28 auf der Stromabseite des Flügels 51 und die Tasche gelangt mit dem Einkanal 56 in Verbindung. Infolgedessen saugt die Tasche 43 bei ihrer Ausdehnung Kraftstoffgemisch an. Wie aus der Fig.15 zu ersehen ist, wird die Tasche 43 gegen den nächsten stromabseitigen Flügel 51 immer größer, und sobald die Tasche 43 mit dem Einlass 56 nicht mehr in Verbindung steht, wird das eingeschlossene Kraftstoffgemisch gegen den stromabseitigen Flügel 51 komprimiert· Bei der weiteren Drehung des Rotors gelangt die Tasche 43 mit der öffnung 71 der anderen Brennkammer 67 in Verbindung. Die andere öffnung 72 der Brennkammer 67 wird von der Außenseite des Rotors verschlossen gehalten, so dass das komprimierte Kraftstoff gemisch in der Brennkammer eingeschlossen wird.

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Etwas nach dem in der Fig. 16 dargestellten Zeitpunkt ist die Tasche 43 nach rechts vorgerückt und zwar so weit, dass im wesentlichen das gesamte Kraftstoffgemisch in die Brennkammer 67 hinein verdrängt wird, wobei die gekrümmte rückwärtige Wandung der Tasche 43 auf die Öffnung 71 gleitet und diese sperrt. In diesem Zeitpunkt erfolgt die Zündung des eingeschlossenen Kraftstoffgemisches· Ungefähr zu dieser Zeit überquert eine Tasche 46 im Kanal 29 den. stromauf seit igen Flügel 51 sowie die öffnung 72 und legt diese frei. Das Kraftstoffgemisch dehnt sich dann aus der Brennkammer 67 durch die Öffnung 72 in die Tasche 46 aus und setzt die Ausdehnung fort. Hierbei wird auf den Eotor über die gekrümmte Wandung des Kanals und gegen den rückwärtigen Flügel 51 ein Druck und damit eine Antriebskraft ausgeübt.

Die Expansion setzt sich fort, wie in der Fig.18 dargestellt, bis der Eötor sich bis fast in die in der Fig.19 dargestellte Drehstellung gedreht hat, in der der Eotor die öffnung 72 sperrt. Infolgedessen enthält die Tasche 46 nur das durch den Auslasskanal 62 auszustoßende Gemisch. Bei fortgesetzter Drehung des Rotors wird das Abgas in der Tasche 46 zwangsläufig ausgetrieben, so dass die Tasche leer ist und für die nächste Arbeitsfolge vorbereitet ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird jede der Taschen, wie 42 und 43» im Kanal 28 abwechselnd für den Ansaughub und den Kompressionshub benutzt, während jede der Taschen 44 und 46 im Kanal 29 abwechselnd für den Leistungshub und für den Auspuffhub benutzt wird·

Bei auf einander folgenden Drehungen des Eotors wiederholt jede Tasche ihre Funktion mehrmals. Bei dieser Anordnung stellt der erfindungsgemäße Motor einen Viertaktmotor dar, der nach einem fast reinen Rotationsprinzip arbeitet, wobei nur die Flügel an einer schwingenden oder hin- und hergehenden Bewegung teilnehmen· Bei jeder Drehung werden dem Eotor mehrere Kraftimpulse erteilt, und da der Motor im wesentlichen einen symmetrischen Aufbau aufweist, so werden die Kraftimpulse gleichmäßig erteilt.

Der Motor erzeugt im Betrieb eine ziemlich große Hitze, so dass, wenn gewünscht, eine Wasserkühlung vorgesehen werden kann·

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Bei dem beschriebenen kleinen Motor werden jedoch an den Endkappen 9 und 11 vorzugsweise einige Kühlrippen 81 vorgesehen sowie ferner noch Luftkanäle 82 in den Endplatten des Ständers und Luftkanäle 83 im Eotor. Bin an der Welle 22 angebrachter Ventilator 84 treibt Kühlluft durch den Arbeitsmechanismus.

Patentansprüche

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Claims

Pat entan,Sprüche

Motor, gekennzeichnet durch einen Ständer, der eine zu einer Achse symmetrisch angeordnete kreisrund-zylindrische Innenseite aufweist, durch eine Welle, durch Mittel zum Lagern der Welle im Ständer um die genannt· Achse herum drehbar, durch einen an der Welle befestigten Rotor, durch Mittel am Rotor, die zwei axial gewundene Kanäle am Umfang bilden, die sich zur genannten Fläche öffnen, durch zwei ringförmige ebene Platten, die im Ständer befestigt sind und sich in die Kanäle hineinerstrecken, und die Spaltwandungen aufweisen, die am Umfang Spalte bilden, durch Flügel, die in den Kanälen angeordnet sind, dies· überspannen und in den genannten Spalten gelagert sind und axiale hin- und hergehende Bewegungen ausführen, durch ein Mittel, das einen Einlass bildet, der sich in einen der Kanäle beiderseits der Platt· und nahe an einem der Flügel öffnet, durch ein Mittel« das einen Auslass bildet, der sich in den anderen Kanal beiderseits der in diesem befindlichen Platte und nahe an einen anderen Flügel öffnet, durch ein eine Brennkammer bildendes Mittel, und durch Mittel zum Herstellen von Durchlässen, die aus der Brennkammer zu einer Öffnung am Ständer führen, welche Öffnung von einem der gewundenen Kanäle bei der Drehung des Rotors freigelegt wird, welche Durchlässe zu einer anderen öffnung im Ständer führen, der bei der Drehung des Rotors von dem anderen gewundenen Kanal freigelegt wird·
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Kanäle von den genannten Platten in Taschen unterteilt werden, und dass die genannten öffnungen sich in eine Tasche in einem der Kanäle öffnen und vom Rotor in dem anderen Kanal gesperrt werden·

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5· Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die "genannten Taschen am Umfang in Abständen angeordnet sind.

4-e Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff, der während der drehung des Rotors in eine Tasche in einem Kanal einströmt, in dieser verdichtet, in verdichtetem Zustand in die Brennkammer geleitet und gezündet wird, wonach der Kraftstoff in gezündetem Zustand zu einer anderen Tasche im anderen Kanal geleitet und in dieser . expandiert wird, und der danach aus der anderen Tasche freigesetzt wird.

5· Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Jeder der genannten Flügel in der Ebene einer der betreffenden Platten verschwenkbar gelagert ist.

6· Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor Mittel aufweist, die radiale und sich in die Kanäle öffnende Nuten bilden, und dass die genannten Platten sich in die Nuten hineinerstrecken*

7« Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Flügel von den Seitenwandungen der gewundenen Kanäle bei der Drehung des Rotots axial hin- und hergeschwenkt werden. .

8β Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Flügel mit den Endwandungen im wesentlichen an den Spaltwandungen der genannten Platten anliegen.

9ο Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Zündmittel in der Brennkammer,

10· Motor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Durchlässe und öffnungen an der zylindrischen Innenseite des Standers vorgesehen sind.

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11· ii.otor nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel, die durch den Ständer und den Rotor führende Kanäle bilden, und durch einen an der genannten Welle befestigten Ventilator, der durch die genannten Kanäle eine Luftströmung erzeugt.

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