-
Be schreibung zum Patentgesuch betreffend: '2Drehkolbenmaschine" Die
Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine, etwa eine Brennkraftmaschine,
un c insbesondere auf eine Drehkolbenmaschine, deren Antriebskraft angeleitet wird
von Druck, der auf Flügelkolben ausgeübt wird, welche axial innerhalb eines Zylinders
umlaufen, während sie relativ zueinander beschleunigt und verzögert werden und damit
eine Relativbewegung zueinander durchführen. Die Drehkolbenmaschine gemäß der ErfiSdung
kann jedoch genauso auch als Pumpe oder als Dampfmaschine verwendet werden.
-
Es sind Maschinen bekannt mit zwei Paaren von Flügeln, die axial
umlaufen und relativ zueinander beschleunigt bzw.
-
verzögert werden. Bisher wurde für die Relativbewegung zwischen den
Flügeln dadurch gesorgt, daß ein Getriebe mit einem Kurbelarm vorgesehen wurde,
doch ergibt sich damit nicht eine harmonische Abfolge, und die Paare von Flügeln
kommen zum Stillstand während jedes Umlaufs, was zu einer Rüttelaktion führt mit
hohen Materialbelastungen.
-
Andere bekannte Kolbenmaschinen weisen einen niedrigen Wirkungsgrad
auf und unterliegen Schwingungen infolge Hin-und Hergehens der Kolben. Darüber hinausführen
die Ventilanordnungen zu Komplikationen und weiterer Wirkungsgradverr ingerung.
-
Epitrochoiden-Drehkolbenmaschinen haben den Nachteil hoher Rotorspitzengeschwindigkeiten
und niedrigen Drehmoments bei niedriger Drehzahl.
-
Bei bekannten Drehflügelkolbenmaschinen, bei denen einer oder beide
Flügelkolben phasenverschoben sind, erzeugten die Phasenverschiebungsmittel eine
prinzipiell nicht harmonische Bewegung mitrd Folge hoher innerer Materialbelastung
auf die Flügelkolben. Zusätzlich wurden die Flügelkolben zu einem totalen augenblicklichen
Anhalten relativ zum Maschinengehäuse bei Beginn jeden Phasenzyklus gebracht, so
daß das wünschenswerte Merkmal kontinuierlicher Drehung vernachlässigt wurde.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Drehflügel kolbenmaschinen
zu uerbessern, indem harmonische Phasenmittel eingesetzt werden und eine einfache
und stabile Konstruktion vorsehen wird. Die Flügelkolben sind derart mit Phasenbeeinflussungsmitteln
gekoppelt, daß sie kontinuierlich umlaufen, und zwar in harmonischer Abfolge, so
daß die inneren Materialbelastungen minimal gehalten werden und auch die Phasenmittel
eine einfache und stabile Struktur aufweisen. Die Drehkolbenmaschine als ganzes
ist axial vollständig ausbalanciert und relativ vibrationsfrei, weisßt verbesserte
Leistungsabgabe und erhöhtes Drehmoment, bezogen auf die Gesamtabmessungen, auf,
und ist einfach und leicht herstellbar..
-
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den beigefügten Patentansprüchen.
Zwar war die Maschine ursprünglich als Brennkraftmaschine konzipiert und wird im
folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen auch als solche beschrieben,
doch kann sie auch mit unter Druck gesetztem Fluid, etwa außerhalb außerhalb erzeugten
Dampf, betrieben werden, oder kann als Pumpe arbeiten.
-
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt und in halbschWematischer Darstellung
eine Maschine gemäß der Erfindung, Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig.
1 zur Erläuterung der Einlaß-und Auslaßöffnungen, Fig. 3 ist ein ähnlicher Schnitt,
gemäß dem die Maschine als Pumpe dargestellt ist oder als eine Arbeitsmaschine,
die mit äußerlich erzeugtem Druckfluid arbeitet, und Fig. 4, 5, 6 und 7 sind Diagramme
zur Darstellung der Arbeitsweise der Maschine in den vier Stufen eines Zyklus.
-
Gemäß Fig. 1 besitzt das zylindrische Maschinengehäuse eine Innenwandung
1 zur Begrenzung der Verbrennungskammer, einen Kühlmediumumlaufraum 2 sowie eine
Außenwandung 3, welche den Raum 2 abschließt. Das zylindrische Gehäuse hat doppelwandige
Endplatten 4, welche die Stirnenden des Gehäuses schließen
und einen
RaUm definieren für weiteren Umlauf des Kühlmediums und eine Abstützung bilden für
die Lager, in denen die Flügelkolbenwellen 8 gelagert sind. Das Kühlmedium zirkuliert
demr gemäß um die gesamte Verbrennungskammer, würde dann, was hier nichtldargestellt
ist, da an sich bekannt, gekühlt und in den Raum 2 zurückgeführt werden, wofür die
Mittel dem Fachmann geläufig sind.
-
Zylindrische, geschlossene Endgehäuse 5 sind an den Endplatten 4
befestigt und enthalten Schmiermittel, das erforderlich ist für die Phaseneinrichtungen
und zusätzliche Abstützung für die Wellen 8 ergeben.
-
Die Leistungserzeugenden Umlauf- und Phasenschiebemittel bestehen
aus einem diametral einander entgegensetzten liegenden Satz von Flügelkolben 6,
die mittels Verschraubung 7 an den axialen Wellen 8 befestigt sind. Die Wellen 8
erstrecken sich durch die Endplatten 4 und zu den Lagern in den Endgehäusen 5. Fest
verbunden mit den Endplatten 4 ist ein Hauptkegelzahnrad 9.Auf einem starr mit dem
Ringgehäuse 10 verbundenen Lager ist ein Gelenkstangenrad 11 mit Planetenkegelverzahnung
gelagert, wobei das Zahnverhältnis bezüglich des Hauptkegelzahnrades 9 eins zu zwei
beträgt. Die Kegelverzahnung bildet die äußere Hälfte und ein Gelenkstangenlagerrahmen
die innere Hälfte dieses Bauteils.
-
Die Gelenkstange 12 ist mit ihrem Wellenabschnitt innerhalb des Radlagers
befindlich, während ihr flacher, zylindrischer Abschnitt sich innerhalb eines Schlitzes
befindet, der sich axial durch die Flügelkolbenwelle 8 erstreckt. Die Gelenkstange
wird an ihrem Platz gehalten durch einen Lagerzapfen 13, dessen Achse sich in dem
geomettischen Schnitt der Sätze von Kegelverzahnungen 9 bzw.
-
11 befindet.
-
Das Ringgehäuse 10 weist eine Umfangsringverzahnung auf und ist über
diese verbunden mit einem identischen Ringgehäuse und Phasenschiebemitteln, bestehend
aus Kegelverzahnung und Gelenkstange, und auf diese Weise auch verbunden mit dem
Flügelkolben am anderen Ende der Maschine, zu welchem Zweck eine äußere Welle 15
mit entsprechenden Verzahnungen 14 vorgesehen ist. Diese Welle findet sich in einem
Hilfsgehäuse 16 und ist auch in diesem gelagert. Diese Welle läßt die beiden identischen
Phasenschieber zusammenwirken und damit die Maschine arbeiten.
-
Beide Flügelkolben und Phasenschieber sind identisch mit der Ausnahme,
daß am einen Ende die Kolbenflügel 900 versetzt sind gegenüber der Achse des Planetenkegelgetriebes,
während sie am anderen Ende parallel zu diesem liegen.
-
Die Welle 15 dient als Abtriebswelle und kann verwendet werden als
Bestandteil eines Ubertragungsgetriebes, wie es üblicherweise bei solchen Maschinen
angewandt wird.
-
Gemäß Fig. 2 ist eine Einlaßöffnung 17 vorgesehen, die sich durch
die Doppelwandung des zylindrischen Gehäuses erstreckt, und zündfähiges Gemisch
wird mittels an sich bekannter Einrichtungen zugeführt.
-
Eine Zündeinrichtung 18 ist in entsprechendem Radialabstand von der
Einlaßöffnung 17 angeordnet. Die Zündeinrichtung 18 kann eine Zündkerze sein oder
eine Brennstoffeinspritzeinrichtung oder Glühkapsel für Kompressionszündung. Die
Zündeinrichtung als solche ist an sich bekannt.
-
d Eine Auslaßöffnung 19 ist in entsprechendem Radialabstand von der
Zündeinrichtung angeordnet und liegt etwa radial im gleichen Abstand wie die Einlaßöffnung.
Die üblichen Abgasreinigunainrichtungen können an die Auslaßöffnung 19 angeschlossen
werden.
-
Die Flügel 6 der Kolben sind mit Schlitzen und entsprechenden Dichtungen
20 längs ihrer Seiten und ihres gebogenen äußeren Endes versehen, welche Dichtungen
austauschbar sind und als Gasabdichtung zwischen den Arbeitskammern dienen, die
zwischen den Flügeln gebildet werden. Die Dichtungen werden gegen die zylindrische
Wandung der Verbrennungskammer gedrückt, wie auch gegen die Endwandungen durch Federn
bzw. Zentrifugalkraft, die herrührt von dem kontinuierlichen Umlauf der Flügelkolben.
-
Ein Betriebszyklus der Maschine wird unter Bezugnahme auf die Figuren
4, 5, 6 und 7 beschrieben. In Fig. 4 hat der Phasenschieber die mit ihm verbundenen
Kolbenflügel 22 vollständig in Drehrichtung nach vorn versetzt, und der Phasenschieber
23 am anderen Ende der Verbrennungskammer hat seine Kolbenflügel 24 vollständig
verzögert. Die Arbeitskammern, die zwischen den Kolbenflügeln gebildet werden innerhalb
der Verbrennungskammer durchlaufen die folgenden Funktionszyklen. Die Kammer A ist
mit komprimiertem zündfähigem Gemisch gefüllt und in der Position, durch die Zündeinrichtung
25 gezündet zu werden. Die Kammer B hat ihren Expansionsarbeitsgang infolge der
Kräfte der verbrennenden Gase beendet und öffnet sich in Richtung des Auslasses
26. Die Kammer C beginnt zu expandieren und frisches zündfähiges Gemisch durch die
Einlaßöffnung 27 anzusaugen. Die Kammer D beginnt ihre Füllung an zündfähigem Gemisch
zu komprimieren.
-
Fig. 5 zeigt die relativenPositionen der Arbeitskammer, nachdem die
Phasenverschieber radial um 900 umgelaufen sind.
-
Die Kammer D hat sich verkleinert und ist weitergewandert bis unter
die Zündeinrichtung 25, und auch die anderen Kammern sind entsprechend zum nächstfolgenden
Verbrennungszyklussegment fortgeschritten.
-
Die Figuren 6 und 7 zeigen, daß bei einem vollen Umlauf der Phasenschieber
die Kolbenflügel beide umlaufen und eine Phasenverschiebung durchmachen, derart,
daß alle vier Arbeitskammern die vier Segmente eines Arbeitszyklus bei einem Verbrennungsmotor
nach dem Otto-Prinzip durchlaufen. Jeder Satz von Kolbenflügeln wird zweimal während
jedes Umlaufs der Phasenschieber phasenverschoben infolge des Zahnzahlverhältnisses
zwischen Planetenkegelrad und Hauptkegelrad. Die Kolbenflügel dienen auch als ihre
eigenen Ventile.
-
Die Arbeitsleistung des expandierenden Fluids zwischen den Flügelkolben
wird in eine Drehbewegung umgesetzt durch die Phasenschiebermechanismen. Wenn der
vordere Kolbenflügel einer Kammer einem Schub ausgesetzt wird, überträgt die mit
ihr starr verbundene Welle das Drehmoment auf die mit ihr verbundene Gelenkstange.
Die Gelenkstange ihrerseits überträgt das Drehmoment auf die Planetenkegelradverzahnung
derart, daß das Planetenkegelrad bezüglich des Hauptkegelrades in Drehung versetzt
wird. Das Planetenkegelrad seinerseits treibt das über sein Lager mit ihm verbundene
Ring gehäuse an, welches über die mit ihm verbundene Ringverzahnung und die äußeren
Verzahnungen und die Welle den Phasenschieber am anderen Ende der Verbrennungskammer
antreibt. Der zweite Phasenschieber läßt seinen Flügelkolben weiterdrehen, wenn
dieser auch relativ zu dem voranlaufenden Flügel verlangsamt wird.
-
Die Drehmomentdifferenz zwischen dem vorderen Flügel und dem verzögerten
Flügel läßt die Maschine umlaufen und wird bewirkt durch die Zunahme der Hebelarmlänge,
die auftritt, wenn die Gelenkstange eines Phasenschiebers weiter weg von seinem
Hauptkegelrad positioniert ist als wenn sie sich ihm nähert.
-
Der Winkel zwischen der Gelenkstange und der Achse des Planetenrades
bestimmt den Grad der Beschleunigung und Verzögerung der jeweils zugeordneten Kolbenflügel.
Der eingeschlossene Winkel muß kleiner sein als 530, damit die Flügelkolben kontinuierlich
im Umlauf relativ zur festen Verbrennungskammer vorgeschoben werden.
-
Fig. 3 illustriert die öffnungsanordnung, wenn die Maschine als Druckfluidmaschine
oder als Pumpe arbeitet. Vier öffnungen 30, 31, 32, 33 sind vorgesehen, wobei die
öffnungen abwechselnd Einlässe und Auslässe darstellen.
-
- Patentansprüche -