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Rotationsmechanismus Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsmechanismus
zur Anwendung in Verbrennungsmotoren, Kompressoren, Pumpen und ähnlichem.
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Herkömmliche Motoren sind für gewöhnlich im Verhältnis zu ihrer Leistung
groß.
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Ziel der Erfindung ist es, einen Rotationsmechanismus mit geringerer
Größe und hohem Schubgewicht zu schaffen.
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Dieses Ziel wird durch einen Rotationsmechanismus der eingangs erwähnten
Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß er zwei koaxiale Rotoren, deren jeder
einen oder mehrere, in gleicher Anzahl vorhandene und radial von ihm ausgehende
Flügel aufweist, wobei jeder Flügel des einen Rotors mit einem entsprechenden Flügel
des anderen Rotors paarweise zusammenwirkend zum Umlauf in einer gegebenen Ebene
vorgesehen ist, und ein Gehäuse die Flügel umschließt, welches mindestens je eine
Einlaßöffnung, und je eine Auslaßöffnung für Strömungsmittel sowie eine Einrichtung
zum Verbinden der beiden Rotoren aufweist, wodurch bei Drehung des einen Rotors
der andere Rotor gegenüber dem ersten Rotor sich hin- und herbewegt und auf diese
Weise über eine Einlaßöffnung ein Strömungsmittel in einen Raum zwischen die Flügel
eines der zusammenwirkenden Flügelpaare einführbar und danach über eine Auslaßöffnung
wieder ausgestoßbar ist, umfaßt.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben und näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 schematische Darstellungen A, B und C eines erfindungsgemäßen
Verbrennungsmotors zur Illustration seines Arbeitszyklus, Fig. 2 eine perspektivische,
schematische Darstellung in auseinandergezogener Anordnung des Verbrennungsmotors
und seines Getriebes, Fig. 3 einen Längsschnitt durch Motor und Getriebe, Fig. 4
einen Längsschnitt durch einen Teil des in Fig. 3 dargestellten
Motors
mit einer anderen Ausführung der Getriebeteile, Fig. 5 einen Schnitt entlang Linie
5-5 von Fig. 3 mit gestrichelter Andeutung der relativen Lage der von den zwei Wellen
radial ausgehenden Flügel, Fig. 6 einen Schnitt entlang Linie 6-6 von Fig. 3, das
ein Flügelpaar in der Nähe einer Zündkerze darstellt, und Fig. 7 eine perspektivische
Darstellung einer Blattfeder, die erforderlich ist, um die Dichtungen der Flügel
in Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses zu halten.
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Fig. 1 stellt den erfindungsgemäßen Rotationsmechanismus dar, der
zur Verwendung als Verbrennungsmotor ausgelegt ist. Diese Darstellung zeigt einen
Motor 10 mit zwei Rotoren 11 und 12, von denen jeder vier ineinandergreifende und
in gleichem Abstand zueinander angeordnete Flügel 13, 15, 17, 19 bzw. 14, 16, 18,
20 aufweist, die ein Gehäuse 21 umschließt, zwei Zündkerzen 22 und 23, die im Gehäuse
21 einander im wesentlichen diametral gegenüberliegen, sowie eine Hauptwelle 37,
die nur am Rotor 11 befestigt ist. Das Gehäuse 21 ist mit zwei Einlaßöffnungen 25
und 26 und zwei Auslaßöffnungen 27 und 28 versehen, die jeweils einander diametral
gegenüberliegen und jede beliebige, geeignete Form haben können, d.h. in einer Seitenwandung
oder der zylindrischen Wandung des Gehäuses 21 angebracht sein können. Die Rotoren
11 und 12 sind außerdem mit Luftkanälen 29 ausgestattet, die mit der Atmosphäre
in Verbindung stehen.
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Der Motor 10 ist mit einer Einrichtung versehen, von der ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel im folgenden beschrieben wird und die den Rotor 12 veranlaßt,
im Verhältnis zum Rotor 11 eine
Hin- und Herbewegung auszuführen,
während dieser sich, wie Fig. 1 zeigt, entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Der Rotor
12 vollführt vier Hin- und Herbewegungen bei jeder vollen Umdrehung des Rotors 11.
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Beim Betrieb wird, wie Ansicht A von Fig. 1 zeigt, ein komprimiertes
LuCt-Treibstoff-Gemisch in den von den Flügeln 13 und 14 bzw. 17 und 18 und dem
Gehäuse 21 umschlossenen Räumen 30 und 31 von Zündkerzen 22 bzw. 23 entzündet, wobei
beide Zündkerzen zur selben Zeit zünden und dabei ein Drehmoment erzeugen. Die Gasexpansion
veranlaßt die Flügel 13 und 14 bzw.
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17 und 18, sich voneinander wegzubewegen, während der Rotor 11 sich
zu der in Ansicht B gezeigten Position bewegt, wobei gleichzeitig durch die Einlaß
öffnungen 25 und 26 das Luft-Treibstoff-Gemisch in die Räume 32 und 33 eingeführt
wird, die durch die Flügel 15 und 16 bzw. 19 und 20 umschlossen sind.
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Die Rotoren 11 und 12 geben bei weiterer Drehung die Räume 30 und
31 den Auslaßöffnungen 27 und 28 frei, durch die das entzündete Gemisch ausströmen
kann, während das eben erwähnte, in die Räume 32 und 33 eingeführte Gemisch den
Zündkerzen 22 und 23 ausgesetzt ist und zwischen den Flügeln 15 und 16 bzw. 19 und
20 komprimiert wird, wie Ansicht C in Fig. 1 zeigt. Daraus ist ersichtlich, daß
jedes Paar zusammenwirkender Flügel sich 0 um 90 dreht, um einen einzelnen Arbeitstakt
zu vollenden; mit anderen Worten, da vier Flügel pro Rotor und zwei Zündkerzen vorhanden
sind, ist eine Umdrehung des Rotors 11 gleich acht Takten. Außerdem ist anzumerken,
daß die Winkelpositionen der Einlaßöffnungen 25 und 26 und der Auslaßöffnungen 27
und 28 den Zeitpunkt der Kraftstoffzufuhr und des Ausstoßens der Verbrennungsgase
beeinflußt, da die Flügel in gleicher Weise wie herkömmliche Scheibenventile arbeiten.
Es können auch Abfa sungen 34 an den radialen Enden der Flügel vorgesehen sein,
um die Zündpunkteinstellung zu verändern und gleichzeitig das komprimierte Luftkraftstoffgemisch
den Zündkerzen zur Zündung freizuhalten. Die Räume zwischen den Flügeln 14 und 15,
16 und
17, 18 und 19, und 20 und 13 sind vorzugsweise dauernd über
die Luftkanäle 29 mit der Atmosphäre in Verbindung.
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Fig. 1 illustriert die Drehung des Motors entgegen dem Uhrzeigersinn.
Bei Umkehrung der Motordrehung werden die Einlaßöffnungen 25 und 26 zu Auslaßöffnungen,
und die Auslaßöffnungen 27 und 28 dementsprechend zu Einlaßöffnungen.
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Das Lurt-Kraftstoffgemisch wird jedoch nicht mehr komprimiert, während
es allgemein den Zündkerzen ausgesetzt ist, sondern zuerst komprimiert und dann
plötzlich, gerade vor der Zündung, der Zündkerze ausgesetzt, wobei diese vorher
über die Luftkanäle 29 mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht. Der in umgekehrter
Richtung arbeitende Motor eignet sich zur Anwendung von Glühkerzen. Die Zündpunkteneinstellung
kann dann so geregelt werden, daß das komprimierte Gemisch den Glühkerzen zum gewünschten
Zündpunkt ausgesetzt ist und nicht kontinuierlich, was leicht Frühzündungen verursacht.
Es kann auch Kraftstoffeinspritzung zur Anwendung kommen.
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In Fig. 2 und 3 ist der Motor 10 kombiniert mit einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel einer Übertragungseinrichtung 36 dargestellt, welche bewirkt,
daß der Rotor 12 bei Drehung des Rotors 11 eine Hin- und Herbewegung vollführt.
Rotor 11 ist an dem einen Ende 41 einer Hauptwelle 37 befestigt und liegt diesem
benachbart, während Rotor 12 an dem einen Ende 42 der Gegenwelle 38 befestigt ist
und diesem benachbart ist.
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Die Gegenwelle 38 ist mit einem axialen Loch versehen, das so groß
und so geformt ist, daß es die Hauptwelle 37 aufnehmen kann und diese zusammen mit
der Gegenwelle drehbar ist.
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Die Flügel jedes der Rotoren gehen axial von den Nabenteilen 39 und
40 der Rotoren 11 und 12 aus, so daß beim Ineinanderpassen der Wellen die Flügel
jedes der Rotoren ineinandergreifen und auf derselben Rotationsebene liegen. Das
Gehäuse 21,
das aus zwei oder mehreren Teilen bestehen kann, umgibt
die Flügel und bietet auf den Seiten Stützlager für die Haupt- und die Gegenwelle,
die an einer Seite durch das Gehäuse hindlrchgehen.
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Das andere Ende 43 der Gegenwelle 38 ist an einem radialen Armteil
44 ungefähr an dessen Mittelpunkt befestigt. Nach dem Zusammenbau der zwei Wellen
37 und 38 wird ein feststehender Arm 45 ungefähr an seinem Mittelpunkt an der Hauptwelle
befestigt, und zwar an einer Stelle zwischen dem radialen Armteil 44 und dem anderen
Ende 46 der Hauptwelle 37. Der feststehende Arm 45 erstreckt sich von der Hauptwelle
nach außen und weist an jedem seiner Enden einen Zapfen 47 auf, der drehbar und
im wesentlichen parallel zu der Hauptwelle ausgerichtet angebracht ist. An einem
Ende jedes Zapfens ist ein Exzenter 48 befestigt, und am anderen Ende ein Ritzel
49, das drehbar ist und mit einem Stirnrad 52 in Eingriff steht. Das Stirnrad 52
ist an einem Plattenteil 50 befestigt, das seinerseits am Getriebegehäuse 51 angebracht
ist, wobei das Stirnrad 52 koaxial auf die Wellen 37 und 38 ausgerichtet ist. Wenn
also die Hauptwelle 37 sich dreht, drehen sich die Ritzel 49 umlaufend um das Stirnrad
52. Das Übersetzungsverhältnis ist vorzugsweise, wie im Beispiel dargestellt, 1
zu 4. Jeder Exzenter 48 trägt ein Pleuel 53, dessen kleineres Ende dreh/schwenkbar
mit einem Ende des radialen Armteils 44 der Gegenwelle 38 verbunden ist.
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Bei Drehung der Hauptwelle 37 bewirken der Exzenter 48 und das Ritzel
49, daß sich die Gegenwelle 38 im Verhältnis zur Hauptwell 37 hin- und herbewegt,
und ebenso die Flügel des Rotors 12 gegenüber dem Rotor 11. Bei einem oben angegebenen
Übersetzungsverhältnis von 1 zu 4 bewegt sich der Rotor 12 viermal pro voller Umdrehung
vom Rotor 11 hin und her.
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Das in Fig. 2 dargestellte Getriebe 36 kann durch ein einfaches Getriebe
mit nur einem Exzenter 48 und einem Ritzel 49 ersetzt werden. Die dargestellte,
kompliziertere Version mit zwei umlaufenden Kurbelmechanismen kann statisch ausbalanciert
sein und als Schwungrad dienen. Das Umlaufgetriebe kann ep-izykloid oder hypozykloid
sein und befindet sich in einem öldichten Gehäuse zur Aufnahme des Schmiermittels
zur Spritzschmierung oder zur Preßölschmierung.
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In Fig. 3, 5 und 6 sind der Motor 10 und das Getriebe 36 im Detail
dargestellt. Die Hauptwelle 37 ist an ihrem einen Ende 41 mit dem Nabenteil 39 versehen,
der auf der Welle in geeigneter Weise befestigt ist, z.B. durch Aufschrumpfen oder
Formen aus einem Stück mit der Welle. Die Flügel von Rotor 11, von denen der Flügel
13 in Fig. 3 und 6 gezeigt wird, sind in einem Längsschlitz 54 im Nabenteil 39 angebracht
und durch Schweißen befestigt (siehe Fig. 6). Die Gegenwelle 38 ist an ihrem einen
Ende mit einem Nabenteil 40 versehen, der einstükkig mit der Welle ist und an dem
die Flügel von Rotor 12 auf ähnliche Weise angebracht sind. In der Bohrung 56 der
Gegenwelle 38 befinden sich Lager 55, in denen die Hauptwelle 37 drehbar gelagert
ist. Die Baugruppe der beiden Rotoren 11 und 12 ist auch mit einer Lager- und Dichtungsscheibe
57 zwischen benachbarten und aneinander vorübergleitenden Oberflächen der Nabenteile
39 und 40 versehen. Die Rotoren 11 und 12 sind vom Gehäuse 21 umschlossen, das eine
zylindrische Bohrung 58 aufweist und an dessen Enden Seitenplatten 59 und 60 angebracht
sind, wobei die zylindrische Bohrung 58 an und zwischen den Seitenplatten durch
Schraubmuttern 61 festgeschraubt ist. In den Seitenplatten 59 bzw. 6o sind koaxial
Löcher 62 bzw. 63 ausgebildet, um in SPielpassung einen Muffenteil 64 des Rotors
11 und einen Muffenteil 65 der Gegenwelle 38 aufzunehmen.
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Die Lagergehäuse 66 und 67 sind koaxial durch eine Schweißverbindung
oder ähnliches an einer Außenfläche der Seitenplatten
59 bzw. 60
angebracht. Die Lagergehäuse 66 und 67 und die Muffenteile 64 und 65 sind so ausgebildet,
daß sie zwischen sich im Festsitz Rollenlager 68 und 69 aufnehmen können.
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Das Lagergehäuse 66 ist außerdem mit einer Öldichtung 70 und einer
Seitenkappe 71 versehen.
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Das Ende 43 der Gegenwelle 38, das durch die Seitenplatte 60 ragt,
steckt in einer Bohrung 73, welche im radialen Armteil 44 in der Mitte zwischen
dessen Enden ausgebildet ist, und ist an diesem mit Hilfe von Federn 72 oder anderen
geeigneten Mitteln befestigt. Der feststehende Arm 45 der Hauptwelle trägt, wie
schon beschrieben, an seinen Enden Lager 74, die drehbar die Zapfen 47 lagern, welche
ihrerseits mit den Ritzeln 49 und den Exzentern 48 verbunden sind. Das Umlaufgetriebe
befindet sich im Getriebegehäuse 51, das an einem Ende 76 an die Seitenplatte 60
des Motorgehäuses befestigt ist. Das Getriebegehäuse 51 ist mit einer Seitenabdeckung
77 versehen, welche abdichtend mit einem am Gehäuse befestigten Flansch 78 verbunden
ist und ein koaxial ausgebildetes Loch aufweist, das in Spielpassung die Hauptwelle
37 und eine Ölabdichtung 79 aufnimmt. Am äußeren Ende 46 der Hauptwelle 37 ist ein
Schwungrad 85 mit einem Startmotor-Drehkranz 84 befestigt. Das Getriebegehäuse 51
ist zum Teil mit Ö1 gefüllt, um eine Spritzschmierung der Getriebeteile zu ermöglichen,
-Zu diesem Zweck ist am Umfang der Hauptwelle 37 eine spiralenförmige Rille 80 ausgebildet,
damit das Öl leichter zum Lager 55, zum Scheibenlager 57 und über den Kanal 81 zum
Lager 68 der Hauptwelle gelangen kann. Außerdem ist ein Kanal 82 vorgesehen, damit
die Seite 83 des Rotors 12 ebenfalls ausreichend geölt wird.
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Fig. 4 stellt den Motor 10 mit einer anderen Ausführung der Getriebeanordnung
86 dar, mit der die Gesamtlänge der Maschine verkürzbar ist. Der Hauptunterschied
besteht darin, daß das Stirnrad direkt an der Seitenplatte 60 des Motors angebracht
ist
und die Ritzel 49 und Exzenter 48 aus einem Stück geformt und drehbar auf Zapfen
87 angebracht sind, welche feststehend an den Enden des feststehenden Armes 45 der
Hauptwelle befestigt sind. Außerdem kann das größere Ende der Pleuel 53 als Zapfenlager
ausgebildet sein, in welchem der Exzenter drehbar gelagert ist.
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Fig. 3, 4 und 6 stellen zusammen ein Paar zusammenwirkender Flügel
13 und 14 dar, wobei die restlichen Paare des Motors 10 im wesentlichen gleich sind.
Jeder Flügel ist an seinen radialen Enden 91 bzw. 92 mit Längsrillen 89 bzw. 90
versehen und an seinen axialen Enden 95 und 96 mit radialen Rillen 93 und 94 zur
Aufnahme mehrerer sich überlappender Dichtungselemente und Vorspannfedern. Vorzugsweise
ist jede Rille 90, 93 und 94 derart ausgebildet, daß sie ein Paar von Dichtungselementen
98 und 99 sowie eine Blattfeder 100 aufnehmen kann, welche die Dichtungselemente
in abdichtenden Kontakt mit den Nabenteilen des Rotors und den Innenwandungen des
Motorgehäuses bringt. Die axialen Rillen 89 hingegen sind so groß ausgebildet, daß
sie drei ähnliche Dichtungselemente 101, 102 und 103 (siehe Fig. 6) aufnehmen können,
von denen jedes gegen die zylindrische Wandung 58 des Motors hin mittels eines Blattfeder-Fingers
104 der Blattfeder 115 gespannt ist, wie Fig. 7 zeigt. Das zusätzlich in den axialen
Rillen 89 vorhandene Dichtungselement 101 dient vorzugsweise zur Aufrechterhaltung
einer ausreichenden Abdichtung, da die Dichtungselemente in dieser Rille 89 von
der Wandung 58 des Motore häuses weg gespannt werden, wenn die Gleitfläche 114 jedes
Elementes dem Arbeitsdruck des Motors ausgesetzt ist, wenn sie an der Aussparung
105 der Zündkerze vorübergleitet. Darüber hinaus sind Ringdichtungen 106 in den
Seitenplatten 59 des Gehäuses vorgesehen, die zusammen mit der Dichtungsscheibe
57 eine gasdichte Abdichtung zwischen den Nabenteilen 39 und 40 des Rotors bzw.
den Seitenplatten 59 und 60 bilden.
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Aus Fig. 3, 4 und 6 ist ersichtlich, daß die Aussparung 105 für die
Zündkerzen eine längliche Form aufweist, wobei ihre minimalen Abmessungen quer zu
den Abmessungen bei Rotation des Rotors sind, um eine Abdichtung zwischen den zusammenwirkenden
Flügelpaaren und der Wandung 58 des Motorgehäuses während des Komprimierens und
Zündens zu bilden. Außerdem kann ein Teil 107 jedes Flügels abgefast sein, um den
Zündpunkt verstellen zu können, während das komprimierte Luft-Kraftstoffgemisch,
welches sich zwischen zusammenwirkenden Flügeln befindet, weiter der Zündkerze ausgesetzt
bleibt. Ebenso können Seitenteile 108 jedes Flügels abgefast sein, um eine Regelung
der Ausstoßzeit der Verbrennungsgase zu gestatten. Die abgefasten Teile 107 haben
eine ähnliche Auswirkung auf die Kraftstoffzufuhr.
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Das obige Ausführungsbeispiel ist mit Bezugnahme auf einen Verbrennungsmotor
beschrieben worden, der Fachmann erkennt jedoch leicht, daß der Rotationsmechanismus
ohne weiteres auch als Kompressor oder Pumpe angewendet werden kann, wenn das Zündungssystem
beseitigt wird, die Einlaß- und Auslaßventile entsprechend geändert werden und zum
Antrieb der Hauptwelle 37 ein Antriebsmechanismus vorgesehen wird.