DE2429376A1 - Parallelachsige drehkolbenmaschine als universalmotor - Google Patents

Description

• Parallelachsige Drehkolbenmaschine als Universalmotor Schon in der Hauptanmeldung wurde hervorgehoben, daß der Erfindungsgegenstand sehr wandlungsfähig ist und sich deshalb für die Optimierung zahlreicher Anwendungsfälle ganz besonders eignet. Dies gilt bereits dann, wenn die Verbindungslinien der vier Rotationszentren ein Quadrat bilden und infolgedes sen zu kongruenten Kolbenläuferkonturen Anlaß geben. Schon unter dieser Voraussetzung sind unen@lich viele Länglichkeitsgrade und somit Verdichtungsverhältnisse realisierbar. Auch die Anordnung der Kanalmündungen in den Mantelflächen der vier Kolbenläufer und somit die Art des Steuerungsablaufes läßt sich je nach gewähltem Länglichkeitsgrad und bevorzugter Detailausbildung der Dichtgrenzen vielfältig variieren.
• Bei einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ergibt sich die Möglichkeit, auf die Formgleichheit der vier sie Kolbenläufer zu verzichten und/auf eine paarweise Kongruenz zu reduzieren. In diesem Falle wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,die vier Rotationszentren nicht in den Eckpunkten eines gedachte Quadrates, sondern eines Rhombus anzuordnen.
• Diese Methode führt zu zwei verschiedenen Kolbenläufer-Konturen, deren Länglichkeitsgrade umso mehr voneinander abweichen, je mehr sich die Rhombenform vom ursprtnglichen Quadrat entfernt. Für die praktische Anwendung dieser Systemvariante wird eine Diagonalenrelation von eta 1,1 .... 1,2 infrage kommen. Nun ergibt sich der Vorteil, daß man die be den länglicheren und sonmäleren Kolbenläufer für die Frischgaszufuhr und die beiden voluminöseren für die Abgasentfernung verwenden kann. Die erlauben nämlich den Einbau grosserar Wellen mit entsprechend gesteigertem Querschnitt des axialen kanals. Da man für die Abgasführung nur einen Teii dieses Querschnittes benötigt, wird vorzeschlagen, koaxiale Kühlrohre in den beiden Abgaswellen unterzubringen und auf diese Weise eine thermische Entlastung der beiden Abgas-Kolbenläufer zu erzielen. Dadurch ergibt sich eine Annäheru-ng an den Wärmehaushalt der Frischgas-Kolbenläu£er, die sozusagen eine natürliche Kühlung infolge Durchströmung mit mäßig temperiertem Arbeitsmedium erfahren. Eine andere Möglichkeit, die halligere Form der Abgas-Kolbenläufer sinnvoll zu nutzen, liegt darin, ihr etwaiges inwendiges Kühlsystem entsprechend reichlicher zu dimensionieren und so die spezifische Durchflußmenge des Kühlöls zu erhöhen.
• Aufgrund der voneinander abweichenden Kolbenläuferkonturen erhält man einen eingeschnürten Verbrennungsraum-Querschnitt, der möglicherweise Vorteile be der Anwendung direkter Einspritzverfahren bietet, wenn die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine als Dieselmotor ausgeführt werden soll. Ferner wäre denkbar, daf3 für die Ausbildung der Dichtgrenzen zwischen den Kolbenläufern neue Lösungen realisiert werden könneu. Durch eine geeignete Versuchsreihe lassen sich diese Fragen leicht abklären.
• Infolge der rhombenartigen Anordnung der Rotationszentren ist die Verwendung eines mittigen Stirnrades zur Synchronisierung der vier Kolbenläuferwellen nicht möglich. Es verbleiben folgende Getriebeausführungen: Zahnriemen, Zahnkette sowie drei oder vier peripher zwischengeschaltete Stirnräder mit einer auf die gewünschte Rhombenform abgestimmten Zähnezahl.
• Theoretisch wäre es zwar denkbar, den vier Rotationszentreu eine asymmetrische Zuordnung zu geben und die Kolbenläuferkonturen dementsprechend abzllwandeln, ein praktischer Vorteil dürfte aber kaum daraus abgeleitet werden können.
• bisher galten sämtliche Betrachtunzen dem Prinzip der reinen Drehkolbenmaschine, deren Geometrie den ständigen Gegeneingriff der vier Kolbenläufer - unabhängig von der jeweils bevorzugten Anordnung der Rotationszentren - gewährleistet.
• Aus dies er Vcraussetzun resultierten linsenförmige Konturen mehr oder weniger ausgeprägter Länglichkeit, des maximale Verhältnis lag bei 2,414 mit dem Effekt totaler Verdrängung Dieses Prinzip hat den großen Vorteil, beliebig hohe Drehzahlen bei völlig ausgeglichenen Massenkräften zu ermöglichen, was wiederum dem spezifischen Durchsatz und der erreichbaren Literleistung zugute kommt.
• Steht man aber vor der Aufgabe, langsamlaufende Arheits- oder Kraftmaschinen zu entwickeln, kann man erfindungsgemäß von der Möglichkeit Gebrauch machen, anstelle von "Linsenkolben" "Prismenkolben" mit rechteckigem oder bogenrechteckigem Querschnitt zu verwenden. Bei dieser Alternativmethode ist die Zugrundelegung des Teleskopprinzips erforderlich, pfeil sonst keine ständige Beriihrung der benachbarten Kolbenläufer zustande käme. daraus folgt, daß der Gesamtschwerpunkt des rctierenden Sstems zwar seine zentrale Lage beibehält, die Einzelschwerpunkte der vier Kolbenläufer jedoch geschlossene Kurven relativ geringen Durchmessers beschreiben, den man nicht vorzieht, Kompensationselemente anzuordnen. Es kann immerhin davon ausgegangen werden, daß die Dimensionen langsamlaufender Maschinen in einer Größenordnung liegen, die technisch sinnvolle Lösungen der mechanischen und kinematischen Probleme zulassen würden. Die danlit zusammenhängenden Überlegungen wären deshalb lohnend, weil die Ausbildung der vier mantelseitigen Dichtgrenzen infolge der großflächigen Berührungszonen idealen Spielraum bietet.Bei geschickter Detailgestaltung können ohne weiteres drei oder vier Dichtleisten zu ständiger Anlage gebracht werden; mit Hilfe der auftretenden Zentrifugalkräfte läßt sich die Andruckkraft der Dichtleisten drehzahlabhängig beeinflussen. Der zentrale Verbrennungsraum kann vorteilhaft mit einer im Querschnitt bogenquadratischen Vorkammerröhre ausgestattet werden,auf deren Aussenmantel sich die Stirnseiten der radial beweglichen Kolbenläuferteile abstützen. Für die prozeßgerechte Steuerung der Frisch- und Verbrennungsgase sind verschiedene blöglichkeiten denkbar, die Optimierung kann allerdings nur im Zusamfllenhang mit der mechanisch/lzinematischen Ausbildung t:er Kolbenläufer erfolgen. Der Länglichkeitsgrad der Rechteckkontur dürfte vorzugsweise im Bereich von 4,0 ..... 5,0 liegen, hat also wesentlich höhere Werte als das Maximum der erfindungs gemäßen Grundkonzeption mit dem Jänglichlveitsgrad von 2,414.
• Dieser Umstand hat interessante Drehmomente@arakteristiken zur Folge, deren Beurteilung jedem Fachmann möglich ist und deshalb erschöpfende Behandlung im Rahmen dieser Zusatzanmeldung überflüssig erscheinen läßt. Auch auf die übrigen konstruktiven Details soll aufgrund ihrer Vielzahl nicht näher eingegangen werden, weil sie keine erfinderische Leistung erfordern, sondern im Erfahrungsbereich jedes guten Konstrukteurs von Kolbenmaschinen liegen sollten.
• Bei der Überlegung, welche Bauform der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine - unabhängig von ihrer jeweils bevorzugten Geometrie und ihrem Verwendungszweck - das günstigste Ergebnis in technischer und wirtschaftlicher Einsicht e-rbrsrgell müßte, kommt man zu der Erkenntnis, daß das Zweischeibenprinzip mit Zentralgetriebe und frei zugänglichen Gehellseabdeckplatten die optimale Lösung bietet. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Fertigungsplanung von vornherein auf diesen Grundgedanken abzustimmen und nur einige wenige Typengrößen zu entwickeln, deren Produktion außergewöhnlich rationell erfolgen kann. Dabei macht sich die einfache Geometrie und die geringe Lagerbelastung im "oberen Totpunktbereich" sehr günstig bemerkbar. Der Bau von Hochdruckpumpen liegt durchaus im Bereich des Realisierbaren, wenn man sämtliche Möglichkeiten der Abdichtung erschöpfend behandelt. Bei der Herstellung von Dieselmotoren sollte geprüft werden, ob eine Steigerung des Verdicitungsve-rhältnisses über das heute bei Hubkolbenmaschinen anzutreffende Maximum von et;ça 22 den Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine zu erhöhen in der Lage ist. Das Leistungsgewicht würde dabei kein Kriterium darstellen, weil es ohnehin extrem niedrig liegt und durch relativ geringe Gasdruckänderungen nicht nennenswert beeinflußt wird. In diesem Zusammenhang soll nicht unerwähnt bleiben, daß das neuartige Prinzip aufgrund seine Eigenart, sehr hohe Verdichtungsverhältnisse bei geringem Bau- und Gewichtsaufwand zu ermöglichen, einen sehr interessanten Weg zur Entwicklung leistungsfähiger Heißgasmotoren aufzeigt. Bekanntlich liegt die Drücke bei Heliummaschinen mit geschlossenem Arbeitsprozeß schon jetzt bei 100 ata. Eine weitere Steigerung würde den thermischen Wirkungsgrad noch erhöhen können. Für die technische Durchführung genügen zwei kinematisch gekoppelte Arbeitsräume mit stark differierendem Volumen. Diese werden über einen Erhitzer und einen Kühler miteinander verbunden.
• Die Zweischeiben-Bauweise bietet eine günstige Voraussetzung für die Herstellung von vier- und achtscileibigen Kraitmaschinen, weil sich die kompakten Einheiten infolge ihrer ungefähr einem Halbwürfel entsprechenden Außenform leicht zu symmetrischen Zwilling oder Vierlingssystemen vereinigen lassen.
• Dabei werden die Einzelgetriebe über ein zentrales Abtriebsrad synchronisiert, die Abtriebswelle tritt im Schwerpunkt des Gesamtsystems aus und hat dadurch eine ideale Lage. Die freie Zugänglichkeit der Gehäuse-Abdeckplatten bleibt erhalten und damit die Möglichkeit, die periphere Gasführung auf vorteilhafteste Weise durchzuführen. Auch die Anordnung der erforderlichen Zündkerzen, Einspritzdüsen, Glühkerzen, Dekompressionsventile, ässeren Vorkammern und aller übrgcn, für die Praxis notwendigen oder nützlichen Elemente stößt auf keine Schwierigkeiten. Die wartung der Maschinen ist sehr einfach und ganz besonders rationell.
• Auf die durch die Kolbenläufer strömenden Gase wirken Zentrifugalkräfte ein, deren Größe mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeat und somit der Kolbenläufer-Drehzahl zunimmt.
• Dieser physikalische Effekt unterstützt zwar einesteils den Frischgastransport und dadurch den Liefergrad hemmt aber andererseits den Abgastransport. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, je ein Ende der beiden Abgasläuferwellen außerhalb der Lagerbereiche mit einem radial verlaufendem Rohrkrümmer zu versehen, dessen Länge mindestens so groß wie der Abstand der arbeitsraumseitigen Kanaimündung von der Ro-tationsacbse sein sollte. Auf diese Weise kann die Auswirkung der Zentrifugalkraft weitgehend neutralisiert werden. Es wird zweckmäßig ein, den Drehbereich der Rohrkrümmer durch ei£i geeignetes Blechgehäuse zu schützen und dieses mit der Auspuff-Anlage zu verbinden, Bildet @@@ den Krümmer nach Art eines Segnerschen Wasserrades aus und versieht man ihn mit geeigneten Austrittsdüsen, erhält man ein die Sclbenläufer-Rotation unterstützendes Drehmoment, für welches ein Teil der kinetischen Abgas-Energie verbraucht wird, Diese Methode wirkt sich günstig auf den Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine aus. Da die Masse der beiden Rohrkrümmer die Trägheit des rotierenden Systems vergrößert, trägt sie dazu bei, das bei Verbrennungskraft maschinen übliche und meist auch unumgängliche Schwungrad zu ersetzen Ferner bietet das Krümmerrohr eine günstige Gelegenheit, die exakte Auswuchtung der zugehörigen Kolbenläufer mittels kleiner Verstellgewichte# durchzuführen. oder nachträglich geringfügige Korrekturen vorzunehmen, ohne die Abdeckplatten entfernen zu müssen. Da möglicherweise eine bestimmte Rest-Unwucht den Dichtungseffekt zwischen den Kolbenläufermänteln verbessern kann, wenn sie zur Erhöhung der Radialkraft im oberen Totpunktgebiet eingesetzt wird, kann ein solcher Korrekturspielraum für sämtliche Versuchsserien von beträchtlichem Nutzen sein. Diese Methode setzt natürlich voraus, daß ein gewisses Lagerspiel vorhanden ist und die Kol benläuferwellen auf die exzentrisch angreifende Zentrifugalkraft reagieren können. Bei einer andere Ausgestaltung des Erfindungsgeenstandes, welche die elastische Verformung des Kolbenmantels oder der bewußt geschwächten Schlitzzone infolge der auftretenden Fliehkräfte für den Zweck einer möglichst einwandfreien und trotzdem reibungsarmen Dichtung verwendet ist ein solcher "Unwuchtregler" von geringerer Bedeutung, Aufgrund der Tatsache, daß die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine bei relativ bescheidenem Bauaufwand extrem hohe Drehzahlen erreichen kann, wird vorgeschlagen, sie als Zweischeiben-Glühkerzen-Motor sehr kleinen Kammervolumens zu fertigen und für Schiffs- oder Fluzodellzwecke einzusetzen. Auf dies-em Sektor fehlt es nämlich immer noch an einem ausgesprochenen Schnell-Läufer mit völligem Massenkraftausgleich und niedrigem Leistungsgewicht. Die Erfahrungen mit solchen Kleinstmotoren in Zweischeiben-Bauweise könnten dann Schritt tür Schritt bei den jeweils größeren Typen ausgewertet werden. Selbstverständlich ließe sich dieser Gedanke auch auf Zwillings oder Vierlingssysteme ausdehnen. Hierbei ist zu erwähnen, daß mehrzylindrige bzw. mehrscheibige Modell- Verbrennungsmotoren bisher nicht auf dem Weltmarkt erschienen sind, obwohl ein echter und ständig steigender Bedarf vorhanden wäre Beschreibung der Zeichnungen: Figur I zeigt die Normalgeometrie der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine mit quadratischer Zuordnung der Rotationsachsen und maximaler Länglichkeit der Kolbenläufer. Die Konturen der Frisch- und der Abgasläufer sind deckungsgleich und deshalb ganz besonders für eine konsequente Fertigungsrationalisierung geeignet. Das fünfteilige Zahnradgetriebe weist völlige Symmetrie auf. Die Steuerkanalc sind auf das Viertakt-Verfahren abgestimmt. Bei radialer Stellung der Frischgasläufer i und der Abgasläufer z in Bezug auf den System-Mittelpunkt - also im oberen Totpunkt - schrumpft der Arbeitsraum zwischen den vier Kolbenläufern theoretisch auf das Volumen Null zusammen. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, im Bereich der beiden äusseren Abdeckplatten - beim Zweischeibenprinzip - ausreichend große Vorkammern anzuordnen un(i auf diese Weise die Erzielung des von Fall zu Fall optimalen Verdichtungsverhältnisses zu ermöglichen. Dies gilt sowohl für die Durchführung des Ottc- als auch des Dieselprozesses.
• Durch relativ geringe Änderungen des Vorkammervolumens läßt sich das Verdichtungsverhältnis stark variieren und erforderlichenfalls sogar der jeweiligen Belastungs- oder Drehzahlsituation anpassen.
• Ein solcher "Verdichtungsregler" kann nicht nur bei der Optimierung von Versuchsmotoren, sondern auch bei der Wirkungsgrad-Erhöhung von Serinmotoren von großem Nutzen sein.-Die Frischgaskanäle 3 und die Abgaskanäle 4 verbinden den Arbeitsraum mit den Läuferwellen-Bohrungen. Das Zentralgetriebe besteht aus den Primär-Stirnrädern 5, dem mittigen Sekundär-Stirnrad 6 und dem peripheren Abtriebsstirnrad 7, dessen Lagerzentrum sorteilhaft so weit vom Systemzentrum entfernt ist, daß die Kopplung zweier Zweischeiben maschinen zu einem Vierscheiben-System realisierbar wird. Ein zusätzlicher Gewinn ergibt sich durch die erhebliche Reduzierung der Abtriebswellendrehzahl. Da für die Steuerung des Zünd- oder Einspritzaggregates ohnehin keine separate Nockenwelle benötigt wird, ist das Untersetzungsverhält nis zwischen den Primär-Stirnrädern und dem Abtriebsstirnrad nicht von besonderer Bedeutung.
• Figur II stellt die Geometrie der Alternativlösung mit rhombenförmiger Zuordnung der Rotationsachsen und maximaler Länglichkeit der beiden Frischgasläufer dar.
• Das Diagonalenverhältnis des Rhombus beträgt 1,200 und liegt somit an der oberen Grenze des technisch sinnvollen Bereiches. Man erkennt. die Einschnürung des Verbrennungsraum-Querschnittes im oberen Totpunkt. Die Vorschläge zur Ausbildung der Vorkammern bei Figur I gelten sinngemäß auch hier, das erforderliche Kammervolumen wird allerdings entsprechend kleiner. Die vier Primär-Stirnräder 5 sind durch zwei Sekundär-Stirnräder 6 und das Abtriebsstirnrad 7 synchronisiert, eine andere Möglichkeit läge in der Verwendung von Zahn- oder Rollenkette mit vier primären Kettenrädern, einem peripheren Abtriebsrad und vorteilhafterweise einem peripheren Spannrad. Bei der Entwicklung von Serienmotoren sollte uibedingt überlegt werden, ob nicht die Zugrundelegung eines Kettengetriebes mit mög lichst engen Toleranzen und in radialer Richtung kontrolliert verschieblichen Spannrädern echte Vorteile gegenüber einem Stirnradgetriebe Mieten würde. Auf diese Weise ergäbe sich nämlich die interessante Chance einer ständigen Korrektur der Rotationszentren in Abhängigkeit von Drehzahl und Therw mik der Kolbenläufer. Da ein solcher Regelungsme chanismus mit sehr kleinen Verschiebungswegen der Läuferwellenlager arbeiten könnte, wäre in erster Linie an die Anwendung von ölhydraulischen Stützkolben oder -membranen zu denken, weiche die radialen Lagerkräfte aufzunehmen hätten. Bei sinnvoller Ausgestaltung einer Regelungsautomatik auf der Basis dieses Erfindungsgedankens wäre es durchaus möglich, mit relativ geringem Bauaufwand eine Optimierung der Andruckkräfte zwischen den einzelnen Kolbenläufern bei allen denkbaren Betriebszuständen und System-Geometrien zu erzielen und damit nicht nur die Leckverluste zu reduzieren, sondern auch den mechanischen Wirkungsgrad günstig zu beeinflussen. Einnweiterer Vorteil könnte darin liegen, daß erfahrungsgemäß ein Präzisionskettentrieb aufgrund seiner höheren Elastizität hohen dynamischen Belastungen besser gewachsen ist als ein Stirnradgetriebe, bei dem jeweils nur wenige Zähne in kraftschlüssigem Eingriff stehen. Es bedarf keiner besonderen Erwähnung, daß die Verwendung von Kettentrieben mit Regelungsautomatik nur bei Otto- oder Dieselmotoren oberhalb einer bestimmten Leistungsgröße attraktiv wäre, wie beispielsweise bei Schwerfahrzeugs-, SchiTfs- oder Flugmotoren.
• In den Bohrungen der beiden Abgas-Läuferwellen sind konzentrisch die Kühlrohre 8 untergebraht, in denen kontinuierlich Wasser oder Öl zirkuliert.
• Der zwisken Wellen-Innenmantel und Kühlrohr-Außenmantel befindliche Ringspalt reicht für den Abgastransport völlig aus, der Kühlungseffekt kann durch Vergrößerung der Kühlrohr-Oberfläche mittels Wellung des Profils gesteigert werden, Figur III zeigt die Geometrie der Alternativlösung mit vier "Prismenkolben" zur eventuellen Anwendung bei langsamlaufenden Arbeits- oder Kraftmaschinen. Jeder Kolbenläufer besteht aus einem starren Basisglied 9 und einem axial verschieblichen Verstellglied10 Die Dichtgrenze erhalt dadurch in einem erheblice Rotationsbereich fiäcnhaften Charakter und erlaubt die Anordnung von gemeinsam wirkenden Dichtleisten-Gruppen. Das Prinzip der reinen D@@h.
• -kolbenmaschine geht dabei allerdings verloren, obwohl die Massenkräfte in Bezug auf das Gsamtsystem ausgeglichen werden könnten. Die Vielzahl der möglichen Konstruktionsvarianten verbietet ein näheres Eingehen auf diesen Sonderfall. Immerhin darf angenommen werden, daß bei sachlicher Abwägung sämtliche Für und Wider auch bei Langsamläufern die bisher beschriebenen "Linsenkolben" mit ihren zahlreichen Abwandlungen vorzuziehen sind. Man darf in keinem Falle aus dem Umstand, daß bei der klassischen Hubkolbenmaschine die Abdichtung gegen den Zylindermantel durch mehrere Kolbenringe üblich und zweifellos auch sinnvoll ist, den Schluß ziehen, daß die erfindungsgemäße Drehkolbezimaschine unbedingt eine Dichtleistengruppe benötigt, um letzten Endes wesentlich bessere Lauf-Eigenschaften bieten zu können Schon die Erfahrungen mit dem seit Jahren bekannten Kreiskolbenmotor würden eine sölche Vermutung widerlegen, obwohl seine Geometrie erhebliche Nachteile gegenüber der erfindungsgemäßen Konzeption aufweist.
• Figur IV stellt die Geometrie einer Alternativlösung mit vier Frischgaskolben i dar, von denen jeder einen Frischgaskanal 3 besitzt. Der Abgastransport erfolgt in diesem Falle nicht durch die Kolbenläufer hindurch, sondern durch eine Öffnung in der getriebeseitigen Abdeckplatte. Diese Öffnung 91 wird durch die zentrale Steuerscheibe 10 periodisch mit dem Auspuffkanal 11 in Kontakt gebracht, der Steuerwinkel des Ausschiebetaktes beträgt beim Viertaktverfahren # 90°. Die Steuerscheibe rotiert gegensinnig zu den Kolbelnläufern, jedoch mit gleicher Drehzahl. Sie ist mit dem zentralen Sekundäre Stirnrad koaxial verbunden. Die Abdichtung dos Steuerscheibenrandes gegen die kreisrunde Abdeckplattenaussparung kann beispielsweise durch einen schwimmenden Mutring bewerkstelligt werden. Sie tritt erst dann in Funktion, wenn die Gaskräfte bereits erheblich abgebaut sid. Der Sinn dieser Alternativlösung li'cgt darin, die bei der Kolbenläuferrotation auftretenden Zentrifugalkräfte ausschließlich für den Ladungsvorgang zu verwenden und deshalb alle vier Kolbenläufer mit Frischgaskanälen auszustatten. Durch diese Methode entsteht eine thermische Symmetrie, zudem kommt der Kühlungseffekt des Frischgases sämtlichen Kolbenläufern zugute. Der Ausschiebevorgang wird nicht durch Fliehkräfte gebremst.
• Dieses Prinzip läßt sich erfindungsgemäß noch auf mancherlei Art abwandeln: Bei Kraftmaschinen mit Kolbenläufern verhältnismäßig geringen Länglichkeitsgrades und infolgedessen ausgeprägt balliger Form kann man anstelle der Öffnung 9 vier Schlitze in der näheren Umgebung der Läuferwellen anordnen, die so schmal gehalten sein müssen, daß sie bei jeder Kolbenläuferstellung innerhalb der Mantelkontur liegen. Ihre Erschließung erfolgt durch kurze Kanäle im Stirnbereich der Kolbenläufer, die auch in diesem Falle für einen Steuerwinkei vn, = 900 berechnet sind.
• Die Steuerscheibe 10 wird dadurch entbehrlich und der Bauaufwand niedriger. Dafür ergibt sich ein maßig bremsender Fliehkrafteffekt beim Ausschiebevorgang.
• Ferner besteht grundsätzlich die Möglichkeit, jeden Kolbenläufer mit je einem Frischgas und einem Abgaskanal zu versehen und den Gas transport getrennt innerhalb einer unterteilten Wellenbohrung vorzunehmen. Bei einer Zweischeiben-Maschine wird vorgeschlagen, die Frischgase an dem einen Wellenende einzuleiten und die Abgase an dem entgegengesetzten Wellen-Ende abzuführen Unter Umständen könnte auch eine Abführung im mittleren Teil der W":ile vorteilhaft sein, also seitlich des jeweilig en Primärrades. Bei dieser Lösung erhält ran völlig gleichartige Kolbenläufer und - wellen, die thermischen Einflüsse unterliegen der Symmetrie.
• Bei geschickter Unterteilung der Wellenbohrungen ist es denkbar, die Fliehkräfte stärker für die Frischgase als für die Abgase nutzbar zu machen.
• Für jede Methode des Ladungswechsels sollte der Grundsatz gelten, daß die peripheren Speicherräume möglichst nur mit Frischgas, nicht aber mit schädlichem Abgas aufgeladen werden dürfen. Es ist deshalb darauf zu achten, daß der Strömungsdruck der Frischgassäule während der Passage dieser Speicherräume größer ist als derjenige der Abgassäule.
• Auf diese Weise wird nicht nur die Kühlwirkung der Speicherräume verbessert, sondern auch die Verunreinigung des dort zweckmäßigerweise vorhandenen Ölnebels weitgehend verhindert. Diese Überlegungen gelten vor allem für Motoren ohne kolben-internes Schmiersystem, also in erster Linie für Icleinmotoren. Bei größeren Kraftmaschinen können weniger strenge Maßstäbe angelegt werden.
• Figur V zeigt eine graphische Methode zur einfachen Beurteilung des Abwälzvorganges an der Berührungsstelle zweier benachbarter Kolbenläufer. Als Beispiel wurde der Falle mit Länglichkeitsgrad 2,414 gewählt.
• Dieses Prinzip ist deshalb ganz besonders anschaulich, weil man den I(olbenläufer i2 als ruhend annimmt, während der Kolbenläufer 13 entlang eines Kreisbogens mit dem Radius R = Abstand der Rotationszentren in rechtwinkliger Relativstellung an ihm vorbeistreicht. Die für die Konturgeometrie maßgebenden Gesetze sind leicht zu erkennen und für Jede beliebige Kolbenläuferform anzuwenden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sämtliche denkbaren Dichtungssysteme schnell und problemlos miteinarder verglichen und auf diese Weise optimiert werden können. Auch die Relativgeschwindigkeit der Dichslinie in Abhängigkeit von der konturforij kann rohre Schwierigkeiten abgeleitet werden.
• Zusaminenfassend ist zu satten, daß die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine " wie schon in der Hauptanmeldung festgestellt wurde - sämtliche Voraussetzungen für eine Arbeits-oder Kraftmaschine mit periodischer Volumenänderung in ganz besonders vorteilhafter Weise erfüllt. Darüber hinaus wird durch diese Zusatzanmeldung bewiesen, daß diese Maschine trotz ihrer bezüglich ihrer Einfachheit und Logik kaum noch zu übertreffenden Grundkonzeption eine so große Zahl von Detailvarianten bietet, daß für praktisch jeden denkbaren Anwendungsbereich eine optimale Bauweise gefunden werden kann.
• Dies gilt sowohl für Saug- und Druckpumpen als auch Iür Otto-oder Dieselmotoren beliebiger Leistungsklasse. Besonders ist zu betonen, daß die erfindungsgemäße Drehko3benmaschine aller Wahrscheinlichkeit nach erstmalig eine Möglichkeit bietet, auf bewegliche Dichtungselemente zu verzichten und dafür die zahlreichen im geometrischen System lief enden Voraussetzungen einer direkten Beeinflussung der Dichtgrenzen durch dynamische, hydraulische und thermische Effekte technisch sinnvoll anzuwenden. Daraus folgt, daß der erreichbare Gesamtwirkungsgrad sehr hoch ist und der We: zur "idealen Verbrennungskraftmaschine?? nur noch wenige Schritte beträgt.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Parallelachsige Drehkolbenmaschine gemäß physikalischer und technischer Grundkonzeption des ersten Anspruches der Hauptanmeldung "Noe/Si 04" vom 7.4.74 P 24 16 931.1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einer be sonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes anstelle einer quadratischen Zuordnung der vier itotationsachsen eine rhombenförmige gewählt wird, wodurch sich die ursprüngliche Konturgleichheit aller Kolbenläufer auf eine Gleichheit zweier Läuferpaare reduziert, was zur Folge hat, daß man die beiden schlankeren Kolbenläufer vorteilhaft für die Frischgaszufuhr und die beiden balligeren Kolbenläufer für die Abgasentfernung verwendet, da diese infolge ihrer besonders reichlich dimensionierbaren Wellen genügend Raum für den Einbau koaxialer Kühlrohre bieten, die der Verbesserung des Wärmehaushaltes von Otto- oder Dieselmotoren dienen.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der IIauptanmeldung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes anstelle der aus geometrischen Gründen ständig miteinander in kontakt befindlichen "Linsenkolben" zweiteilige "Prismenkolben" verwendet werden, deren gegenseitiger Kontakt eine technisch sinnvolle Anwendung des an sich bekannten "Teleskop-Prinzips" erfordert, wodurch zwar eine leims die Vorzüge des reinen Drehkolbensystems verloren gehen, andererseits aber über einen erheblichen Rotationsbereich hinweg eine Flächenberührung entsteht, welche den Einbau von Dichtleistengruppen in die Stirnseiten der verschieblichen Kolbenläuferteile ermöglicht und somit für großvolumige Langsamläufer günstig sein kann, bei denen keine allzuhohen Massenkräfte auftreten.

3. Drehlolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 9 der Hauptanmeldung, dadurch E e k e n n z e i c h n e t daß als fertigungstechnisch vorteilhafteste Lösung die Zweischeiben-Bauweise mit Zentralgetriebe und peripherer Abtriebswelle vorgeschlagen wird, woraus sich die problemlose Herstellung wirtschaftlicher Vier- und Achtscheiben-Maschinen mit zentraler Abtriebswelle durch einfache Kopplung der entsprechenden Anzahl von Zweischeiben-Maschinen, die in beschränkter Typenreihe produziert werden können, ergibt und trotzdem der Vorzug frei zugänglicher Abdeckplatten erhalten bleibt.

4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch i der Hauptanmeldung, dadurch g e k e n n z e i v h n e t , daß sich ihr Prinzip für die Herstellung von Heißgasmotoren mit geschlossenem I(reislauf und hohem Innendruck bei niedrigem Leistungsgewicht und bescheidenem Kostenaufwand sehr eut eignet.

5. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung und den Ansprüchen 1 bis 3 der Zusatzanmeldung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die mit mindestens einem radialen Gaskanal ausgestatteten Kolbenläufer wie Zentrifugen wirken und infolgedessen dem durch die Wellen-Längsbohrungen angesaugten Frischgas eine mit dem Quadrat der Drehzahl zunehmende Beschleunigung erteilen, wodurch der Liefergrad und die Drehmoment charakteristik in höheren Drehzahlbereichen ganz besonders günstig beeinflußt werden, was wiederum zur Folge hat, daß die Maschine gute Voraussetzungen für den Antrieb von Luftfahrzeugen besitzt.

6. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung und den Ansprüchen 1,2,3 und 5 der Zusatzanmeldung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Zentrifugen effekt das Ausschieben der Abgase etwas hemmt und aus diesem Grunde an den Enden der Abgasläuferlfellen vorteilhaft radial verlaufende Rohrkrümmer nach Art eines Segner'schen Nasserrades angebracht werden, wodurch sich erstens eine weitgehende Neutralisierung der Fliehkraft und zweitens ein die Kolbenläufer-Rotation unterstützendes Drehmoment ergibt.

7. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung und Anspruch 3 der Zusatzanmeldung, dadurch q e k e n n -z e i c h n e t , daß sie vorteilhaft als Zweischeiben-Glühkerzen-Motor mit sehr kleinem Arbeitsraumvolumen für den Antrieb von Schiffs- oder Flugmodellen eingesetzt wird, weil sie extrem hohe Drehzahl mit völliger Unwuchtfreiheit und niedrigem Leistungsgewicht verbindet, ohne fertigungsaufwendig zu sein.

8. Drehkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2 der Hauptanmeldung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Kombination eines Präzisionskettengetriei)es mit einem auf den jelfeilieren Betriebszustand ansprechenden Rotationsachsen-Distanzregler nach vorzugsweise hydraulischem Prinzip eine für Motoren höherer Leistungsklasse besonders günstige Basis für die Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades bei großer robustheit des Systems darstellt.

9. j'refiko lbenmas chine nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung, durch g e k e n n z e i c h n e t , daß sie im alle eines großen Länglichkeitsgrades der Kolbenläufer durch je eine seitlich der sich im "oberen Totpunkt" fast berührenden Läuferspitzen angeordnete Vorkammer erhält, deren Volumen auf das gewünschte Verdichtungsverhältnis abgestimmt und vorteilhaft in einem gewissen Umfang stufenlos regelbar ist, wobei sowohl ein manuelles als auch ein selbsttätiges, vom jeweiligen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine abhängiges Prinzip .rundsätzlich infrage kommen kann.

10. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung und Anspruch 5 der Zusatzanmeldung, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß bei einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes alle vier Kolbenläufer nur für den Frischgastransport verwendet werden, der Abgastransport jedoch durch eine von einer gegensinig zu den Kolbenläufern mit gleicher Drehzahl rotierende Steuerscheibe periodisch freigegebene Öffnung in der getriebeseitigen Abdeckplatte hindurch erfolgt und danach in einen radial zum Systemzentrum verlaufenden Auspuffkanal mündet.

11. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der Ilauptanmeldung und Anspruch 5 der Zusatzanmeldung, dadurch E e -k e n n z e i c h n e t , daß bei einer besonderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes alle vier Kolbenläufer nur für den Frischgastransport verwendet werden, der Abgas transport jedoch durch vier in nächster Umgebung der Kolbenläuferwellen angeordnete, von den kolbenläufern selbst gesteuerte, schmale Schlitze hindurch erfolgt und danach in einen Abgas-Sammler mündet, wobei vorzugsweise die freie, also äussere Abdeckplatte gewählt werden sollte, weil sie sowohl zugänglicher als auch kühlungstechnisch günstiger ist als ihr getriebeseitiges Pendant.

12. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung und Anspruch 5 der Zusatzanmeldung, dadurch g e -1 e n n z e i c h n e t , daß ei einer besonderen # isusees-taltung des Erfindungsgegenstandes jeder ;olbenläufer sowohl für den lsrischluft- als auch für den Ablufttransport verwendet wird und deshalb beim Viertaktverfahren zwei benachbarte radiale Kanäle erhält, die mit je einem Axialkanal innerhalb der zugehörigen Läuferwelle in Verbindung stehen, wobei darauf zu achten ist, daß die Axialkanäle gegenströmig arheiten und daß der Frischluftkanal näher beim Rotationszentrum liegt als der Abluftkanal, somit eine größere Fliehkraft als dieser erzeugt.

13. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung und den Ansprüchen 1 und 2 der Zusatzanmeldung, dadurch E e k e n n z e i c h n e t , daß für die eurteilung des Abwälzvorganges ander Berührungsstelle zweier benachbarter Kolbenläufer und für die Optimierung beliebiger Abdichtungskonzeptionen die graphische Methode gemäß Figur V ganz besonders geeignet ist, weil sie auf einfachste und anschaulichste Weise sowohl die Konturgeometrie maßgebenden Gcsetze als auch die jeweils auftretende Relativgeschwindigkeit sichtbar macht und als vorteilhafte Basis für die Berechnung aller erforderlichen Koordinaten dienen kann.

14. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 der Hauptanmeldung und weiteren Ansprüchen, dadurch Z e k e n n z e i c h -n e t , daß im Interesse einer besonders guten Dichtwirkung im Bereich des "oberen Totpunktes" das an sich urninichtfreie System vorteilhaft mit einer kleinen, vorberechneten Unwucht versehen wird, die den oberen ompressions- und Arbeitsdrücken entgegenwirkt und bei Erreichung der maximalen Drehzahl eine weitgehende Komr pensation dieser Drücke hinsichtlich ihrer Auswikung auf Lagerung und Abdichtung der Kolbenläufer ermöglicht.