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Bezeichnung: Verbrennungsmotor
Verbrennungsmotor Die
Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, der zum Antrieb von Maschinen dient.
Bin solcher Verbrennungsmotor wird vorzugsweise als Kraftfahrzeugantrieb verwendet,
kann aber auch zum Antrieb von sonstigen beweglichen oder stationären Einrichtungen
eingesetzt werden.
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Durch den Hauptverwendungszweck, den Einbau in Kraft fahrzeuge, bedingt
dürfen hierbei ein bestimmtes Gewicht und gewisse Abmessungen - bei vorgegebener
Arbeit - nicht überschritten werden.
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Unter Verbrennungsmotor versteht man bekanntlich eine Ilaschine, bei
der in einer oder mehreren nach außen abschließbaren Kammern unter Druckanstieg
und VolumenvergröBerung ein Gas-Luft-Gemisch verbrannt wird. Die bei der Volumenvergrößerwig
auStretende Verschiebung von ( mindestens zwei ) beweglichen eilen gegeneinander
wird durch Übertragungsteile in eine Drehbewegung umgewandelt. Bekannte Lösungen
sind der Hubkolbenmotor und der Wankelmotor.
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Beim Hubkolbenmotor entsteht die Volumenvergrößerung aurch Herausschieben
eines Kolbens aus einem Zylinder.
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Über ein Pleuel und eine Kurbelwelle wird die Hubbewegung in eine
Drehbewegung verwandelt.
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Beim Wankelmotor gleiten die Ecken eines "Rotationskolbens'1 an der
hypozykloidisch gekrümmten Gehäuse innenwand. Somit werden zwischen Rotationskolbenstirnseite
und Gehäuseinnenwand Verbrennungsräume gebildet,
die sich je nach
Bewegung des "Rotationskolbens" gegenüber dem Gehäuse vergrößern oder verkleinern.
Über einen Exzenter wird die Bewegung des Rotationskolbens in eine Drehbewegung
umgewandeltr.
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Ein Nachteil des Hubkolbenmotors ist seine stoßende Ausgangsbewegung.
Dadurch ist eine gute Laufruhe nur durch zusätzlichen Aufwand (mehrere Zylinder)
zu erreichen, was wieder Gewicht, Abmessungen und Anzahl der dem Verschleiß unterworfenen
Teile vergrößert. Nur ein Teil der auf den Kolben wirkenden Kraft (ca. 40ffi) wird
an der Kurbelwelle wirksam, d.h. der Motor arbeitet nicht sehr wirtschaftlich.
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Beim Wankelmotor wirkt ebenfalls nur ein Teil der am Rotationskolben
angreifenden Kräfte in Richtung der Bewegung, wodurch Verluste auftreten. Hinzu
kommt hierbei daß die abdichtenden Teile keine Flächen sondern (theoretisch) nur
Geraden sind, was zu großem Verschleiß führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei kompaktem Aufbau unter
Verwendung von möglichst wenigen beweglichen oder anfälligen Teilen einen Verbrennungsmotor
von hohem Wirkungsgrad und großer Laufruhe zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß in einem Gehäuse
ein Kolben drehbar gelagert ist und daß in dem Gehäuse (1) veränderliche Verbrennungsräume
gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungs räume (2,3,4,5) durch
einen äußeren, hbhlzylindrischen
drehbaren Ringkolben (6), der in
seinem Inneren einen radial angeordneten ringsegmentförmigen inneren Vorsprung aufweist
und durch einen in dem äußeren Ringkolben koaxial drehbar angeordneten zylinderförmigen
inneren Ringkolben (7), der an seinem äußeren Umfang einen radial angeordneten ringsegmentförmigen,
dem inneren Vorsprung zugeordneten äußeren Vorsprung aufweist, gebildet sind; daß
der äußere Ringkolben über eine stirnseitige Abschluß scheibe starr mit einer axial
angeordneten Hohlwelle verbunden und der innere Ringkolben mit einer axial durch
die Hohlwelle (8) geführten inneren Welle versehen ist und daß die Hohlwelle und
die innere srelle (9) über ein die relative Drehbewegung der beiden Ringkolben (6,7)
im Sinne einer wechselweisen Blockierung und Freigabe steuerndes Getriebe miteinander
verbunden sind.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
2 bis 11 gekennzeichnet.
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ba keine Bubbewegungen entstehen, die etwa durch lange Pleuel auf
eine Kurbelwelle übertragen werden müssen, und weil erfindungsgemäß gleichzeitig
immer alle vier "Takte" (Ansaugen, Verdichten/Zünden, Verbrennen, Ausstoßen) vollzogen
werden, ist ein kompakter Aufbau möglich. Da erfindungsgemäß Ansaug- und Ausstoß
kanäle von den Kolbensegmenten freigegeben und geschlossen werden, entfallen Ventile
und Ventilsteuerungsteile. Lange Ansaugwege entfallen. ( Einsparung von Verschleißteilen,
Gewicht- und Raumersparnis ).
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Weiterbildungen beziehen sich auf Verwendung von mehr
als
zwei Ringkolben und/oder die Ausführung des Getriebes als Planetengetriebe.
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Anhand des in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung anschließend näher erläutert. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1: Einen Hingkolbenmotor nach der Erfindung,in einer
perspektivischen Darstellung, stark vereinfacht.
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Fig. 2: Einen ersten, äußeren Ringkolben des Ringkolbenmotors von
Fig. 1, in perspektivischer Darstellung.
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Fig. 3: Einen zweiten, inneren Ringkolben des Ringkolbenmotors von
Fig. 1, in perspektivischer Darstellung.
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Fig. 4: Ein Ausführungsbeispiel eines Ringkolbenmotors in einem axialen
Schnitt entsprechend der Linie E-E von Fig.5 . Drehfest miteinander verbundene Teile
haben gleiche schraffur.
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Fig. 55 i Ein lusführungsbe ispiel eines Ringkolbenmotors von Fig.4
in der deckelseitigen Ansicht entsprechend der Markierung "Z" in Fig.4 Fig. 6: Einen
in einem Gehäuse axial drehbar gelagerten äußeren Ringkolben, einen in diesem drehbar
gelagerten inneren Ringkolben mit den von beiden Kolben gebildeten vier Verbrennungsräumen
sowie die im Deckel vorgesehenen drei Ansaugkanäle, drei Ausstoßkanäle und drei
Zündvorrichtungen,
nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4, in einem
Schnitt entsprechend der Linie A-A Fig. 7: Die graphische Darstellung der durch
Zwangssteuerung bestimmten Abhängigkeit der Drehwinkel der beiden Kolben gegenüber
einem festen Punkt am Gehäuse voneinander.
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Fig. 8 bis Fig. 22 : Das Öffnen und Verschließen der Ansaugkanäle
und Ausstoßkanäle durch die Bewegungen der Kolben und den gleichzeitigen Ablauf
der verschiedenen Vorgänge Ansaugen/ Verdichten/ Zünden,Verbrennen/ Ausstoßen in
den Verbrennungsräumen, in stark vereinfachten Darstellungen des Ringkolbenmotors
im Schnitt entsprechend der Linie A-A von Fig. 4 Fig.23: Bin die Zwangssteuerung
bewirkendes Getriebe eines Ringkolbenmotors in perspektivischer Darstellung.
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Fig.24: Teile des Getriebes von Fig.23 im Schnitt entsprechend der
Linie B-B von Fig. 4.
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Fig.25: Teile des Getriebes von Fig.23 im Schnitt entsprechend der
Linie O-O von Fig. 4.
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Fig.26: Teile des Getriebes von Fig.23 im Schnitt entsprechend der
Linie D-D von Fig. 4.
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Fig.27 bis Fig.32 : Die bei der Bewegung des Getriebes von Pig.23
durchlaufenen Stellungen der einzelnen Getriebeteile, in perspektivischer Darstellung,
stark vereinfacht.
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Der topfförmige äußere Ringkolben 6 (!ig.l) gliedert -sich in einen
Hohlzylinder 10 (Fig.2), dessen Wandstärke a klein gegenüber dem inneren Durchmesser
b ist, die über eine stirnseitig angebrachte Abschlußscheibe koaxial starr befestigte
Hohlwelle 8 (Fig.2) und zwei in das Innere des Ringkolbens ragende ringsegmentförmige
Vorsprünge 11, die an der inneren Mantelfläche des Hohlzylinders 10 um 1800 gegeneinander
versetzt angebracht sind und jeweils einen winkel c einschließen. Die Vorsprünge
11 sollen in diesem Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt, wobei die
Schnittfläche so liegt, daß die Achsmitte des Ringkolbens 6 eine Gerade auf der
radial verlaufenden Schnittfläche ist, erhalten.
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Ber innere Ringkolben 7 (Fig.l) besteht aus einem zylinderförmigen
Kernstück 12 (Fig.3) , einer daran stirnseitig koaxial befestigten Welle 9, deren
Außendurchmesser etwas kleiner als der Innenaurchmesser der Hohlwelle 8 ist, und
zwei an der Mantelfläche des Kernstücks 12 um 1800 versetzt angebrachten, nach außen
ragenden ringsegmentförrnigen Vorsprüngen 13, die den gleichen winkel c wie die
Vorsprünge 11 einschließen. Die Vorsprünge 13 haben wie die Vorsprünge 11 ebenfalls
rechteckigen Querschnitt.
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Die Maße der beiden Ringkolben sind so gewählt, daß der innere Ringkolben
7 sich in dem äußeren Ringkolben 6 um einen gewissen Winkel d (Fig.l) drehen kann,
die Wandungen aber wie folgt dicht aneinander
liegen: Die kreiszylindrisch
gekrummten inneren Flächen der ringsegmentförmigen Vorsprünge 11 des äußeren Ringkolbens
6 liegen dicht auf der Mantelfläche des zylinderförmigen Kernstücks 12 des inneren
Ringkolbens 7o Die kreiszylindrisch gekrümmten äußeren Flächen der ringsegmentförmigen
Vorsprünge 13 des inneren Ringkolbens 7 liegen dicht auf der inneren Mantelfläche
des Hohlzylinders 10 des äußeren Ringkolbens 6.
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Die wellenseitigen ringsegmentförmigen Flächenteile der Vorsprünge
13 liegen zusammen mit der wellenseitigen kreisförmigen Stirnfläche des Kernstücks
12, mit der sie eine ebene Fläche bilden, dicht auf der inneren kreisförmigen Fläche
der Abschlußscheibe des topfförmigen äußeren Ringkolbens 6.
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Die der Welle 9 abgewandten ringsegmentförmigen Flächenteile der Vorsprünge
13, die mit der kreisförmigen, der Welle 9 abgewandten, Stirnseite des Kernstücks
12 eine ebene Fläche bilden, liegen genau in derselben Ebene wie die durch die kreisförmige,
der Hohlwelle 8 abgewandte, Stirnfläche des Hohlzylinders 10 und die ringsegmentförmigen
, der Hohlwelle 8 abgewandten, Flächenteile der Vorsprünge 11 gebildete ebene Fläche.
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Baut man die ineinandergestecktin zwei Ringkolben 6,7 in ein zylinderförmiges
Gehäuse 1 (Fig.4) ein, so entstehen vier ringkörpersegmentförmige Hohlräume,die
Verbrennungsräume 2,3,4,5 (Fig.6)
Die Größe der Verbrennungsräume
ändert sich linear mit der Drehwinkeldifferenz e=g-f . Es bedeuten hierbei: f =
Drehwinkel eines festen Punktes W am äußeren Ringkolben 6 gegenüber einer bezuglich
des Gehäuses 1 festen radialen Bezugsrichtung X.
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g = Drehwinkel eines festen Punktes Y am inneren Ringkolben 7 gegenüber
der ßezugsrichtung Xo Bei der in Fig.6 gezeigten stellung der Ringkolben ist f=O
; g=E/2 ç e=Tt/2 . lt 3,1Y15965 Jeweils zwei gegenuberliegende Verbrennungsräume
sind gleich groß.
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An der das Gehäuse 1 auf der den Wellen 8,9 abgekehrten Stirnseite
verscnließenden, abnehmbaren Deckelwand 14 (Fig.4,5,6) sind Öffnungen 15...20 angebracht.
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Sie befinden sich in dem von den Vorsprüngen 11,13 bei der Drehung
überstrichenen Kreisringbereich 37 (Fig.6) der Deckelwand 14, sodaß sie von den
Vorsprung gen 11,13 verschlossen und freigegeben werden können.
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Drei der Öffnungen sind als Ansaugkanäle 15,16,17 (Fig.5,6) für das
in einem angeschlossenen Vergaser erzeugte Gas-Luftgemisch vorgesehen. Uber die
drei Ausstoßkanäle 18,19,20 (Fig.5,6) erfolgt das Ausstoßen der verbrannten Gase.
Sie Ansaugkanäle 15,16,17 und Ausstoßkanäle 18,19,20 sind äe paarweise zusammengefaßt
und im Winkelabstand von 1200 von Paar zu Paar über den Umfang des Kreisringbereichs
37 verteilt angeordnet.
Durch drei an der Deckelwanu 14 angebrachte
Zündvorrichtungen 21,22,23 (Fig. 4,5,6) wird das in den Verbrennungsräumen 2,3,4,5
verdichtete Gas-Luftgemisch gezündet. Die Zundvorrichtungen sind in dem Kreisringbereich
37 im gleichen Winkelabstand von zwei Paaren aufeinanderfolgender Ansaug- und Ausstoßkanäle
angeordnet. Die schematischen Darstellungen in Fig.
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8...22 verdeutlichen die Funktionsweise, wobei zunächst nur angenommen
wird, daß zwischen dem Drehwinkel f der Hohlwelle 8 des äußeren Ringkolbens 6 und
dem Drehwinkel g der inneren Welle 9 des inneren Ringkolbens 7 eine Zwangssteuerung
erfolgt, die qualitativ den in Fig. 7 gezeigten Verlauf hat. Weiter hinten wird
die Wirkungsweise näher erläutert.
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Beim Anlassen habe der rotor den in Fig.8 dargestellten Zustand: Die
beiden Vorsprunge 13 des inneren Kingkolbens 7 sind durch Zwangssteuerung blockiert.
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Die Vorsprünge 11 des äußeren Ringkolbens 6 werden im mathematisch
positiven Sinn (Pfeile) auf Maximalgeschwindigkeit beschleunigt. Somit vergrößert
sich der 1. Verbrennungsraum 2 .Der 1. Ansaugkanal 15 wird freigegeben, das von
einem angeschlossenen Vergaser gelieferte Gas-Luftgemisch strömt in den 1. Verbrennungsraum
2 ein.
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Die totale Blockierung des inneren Ringkolbens 7 mit den Vorsprüngen
13 wird gelöst (Fig.9), er beginnt sich zu drehen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit
des äußeren Ringkolbens 6 ist gegenüber der Umdrehungsgeschwindigkeit
bei
der in Fig.8 gezeigten Position kleiner.
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In der Stellung von Fig.lO drehen sich beide Ringkolben gleich schnell.
Der 1. Verbrennungsraum 2 hat seine maximale Ausdehnung erreicht: Der Ansaugvorgang
ist beendet. Von diesem Punkt an vergrößert sich die Geschwindigkeit des inneren
Ringkolbens 7, die des äußeren Ringkolbens 6 verringert sich.
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Der 2. Ansaugkanal 16 wird freigegeben (Fig.ll); durch ihn strömt
Gas-Luft-Gemisch in den sich vergrößernden 2. Verbrennungsraum 3 ein. Der äußere
Ringkolben 6 kommt zum stillstand (Blockierung) In der Stellung von Pig.lk wird
der 1. Ansaugkanal 15 geschlossen. Das Gas-Tuftgemisch im 1. Verbrennungsraum 2
wird ab jetzt verdichtet. Gleichzeitig füllt sich der 2. Verbrennungsraum 3 weiter
mit Gas-Luftgemisch.
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In der Stellung von Fig.l3 erreicht der innere Ringkolben 7 Maximalgeschwindigkeit.
Im 1. Verbrennungsraum 2 wird weiter verdichtet, im 2. Verbrennungsraum 3 wird weiter
angesaugt.
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Der äußere Ringkolben 6 beginnt sich wieder zu drehen.
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(Fig.l4). Weiteres Verdichten im 1. Verbrennungsraum 2, im 2. Verbrennungsraum
3 wird weiter angesaugt.
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In der Stellung von Fig.l5 sind die Umdrehungsgeschwindigkeiten der
beiden Ringkolben 6,7 gleich. Der 1. Verbrennungsraum 2 hat sein Minimum erreicht:
Das hierrin nun maximal verdichtete Gemisch wird zu diesem Zeitpunkt
durch
die 1. Zündkerze 21 gezundet. Gleichzeitig hat der 2. Verbrennungsraum 3 seine maximale
Ausdehnung erreicht: Der Ansaugvorgang ist beendet.
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Gleichzeitig wird in diesem íWoment der 3. Ansaugkanal 17 freigegeben.Der
Druck des verbrennenden Gemischs ist zwar nach allen Seiten gleich groß, jedoch
bewirkt die weiter unten beschriebene Zwangssteuerung, daß die Kraft in der mathematisch
negativen Drehrichtung, hier am Vorsprung 13 des inneren Ringkolbens 7 angreifend,
bei weitem nicht so wirksam ist wie die in der mathematisch positiven Drehrichtung
wirksame, hier am Vorsprung 11 des äußeren Ringkolbens 6 angreifend.
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In der Stellung von Fig.16 ist der innere Ringkolben 7 total blockiert,
die volle Kraft wirkt somit in Drehrichtung. ( Verbrennung im 1. Verbrennungsraum
2 ).
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Der 2. Ansaugkanal 16 wird geschlossen, ab jetzt beginnt die Verdichtung
im 2. Verbrennungsraum 3 . Gleichzeitig wird durch den 3. Ansaugkanal 17 weiter
der 3.
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Verbrennungsraum 4 gefüllt, Fig.17: Der Verbrennungsvorgang im 1.
Verbrennungsraum 2 ist beendet, der 1. Ausstoßkanal 18 wird freigegeben. Gleichzeitig
wird das Gemisch im 2. Verbrennungsraum 3 weiter verdichtet. Der 3. Verbrennungsraum
4 wird gleichzeitig weiter gefüllt.
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Die Blockierung des inneren Ringkolbens 7 ist in der Zwischenzeit
gelöst worden. (Fig.18). Beide Ringkolben 6,7 haben gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit.
Gleichzeitig ist im 2. Verbrennungsraum 3 das Gemisch maximal
verdichtet:
In diesem Moment erfolgt die Zündung durch die 2. Zundkerze 22. Gleichzeitig hat
der 1. Verbrennungsraum 2 seine maximale Ausdehaug erreicht und es beginnt ab diesem
Zeitpunkt das Ausstoßen der verbrannten Gas durch den mittlerweile total freigegebenen
1. Ausstoßkanal 18 . Gleichzeitig hat der 3.
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Verbrennungsraum 4 seine maximale Ausdehnung erreicht: Der Ansaugvorgang
ist abgeschlossen. Gleichzeitig wird in diesem Moment wider der 1. Ansaugkanal 15
freigegeben, diesmal mit Verbindung zum 4. Verbrennungsraum 5.
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In der Stellung von Fig. 19 werden die verbrannten Gasrückstände im
Verbrennnungsraum durch den 1. Ausstoßkanal 18 ausgestoßen. Im 2. Verbrennungsraum
3 bewirkt das verbrennende Gemisch den Vorschub des inneren Ringkolbens; der äußere
Ringkolben ist blockiert.Der 3. Ansaugkanal 17 wird gesciilossen: Im 3. Verbrennungsraum
4 beginnt das Verdichten. Der 1. Ansaugkanal 15 ist mittlerweile ganz freigegeben:
Es strömt Gas-Luftgemisch in den 4. Verbrennungsraum 5 ein. Hiermit ist der Anlassvorgang
beendet; denn ab diesem Zeitpunkt werden in allen Verbrennungsräumen 2,3,4,5 abwechselnd
die Phasen Ansaugen, Verdichten, Zunden/Verbrennen, Ausstoßen vollzogen. (Fig.20,21,22).
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Die Zwangssteuerung der Ringkolben 6,7 erfolgt über die Wellen 8,9
mit einem Zahngetriebe, bei dem die Wälzkurven der Zahnkörper Unrunde sind. Ähnliche
Zahnkörper sind in Flussigkeitszählern, sog. Ovalradzählern bekannt, Für das Abrollen
zweier Wälzkörper 38,39 aufeinander sind zwei Bedingungen zu erfüllen 1o Beim Wälzen
darf kein Gleiten auftreten; daraus folgt, daß die Tangentialkomponenten der Umdrehungsgeschwindigkeiten
gleich groß sein müssen.
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2. Die zwei Wälzkörper dürfen nicht voneinander wegstreben und nicht
ineinander eindringen. (Beruhrung, Normalkomponenten der Umdrehungsgeschwindigkeiten
sind gleich groß)0 Als dritte, konstruktionsbedingte Forderung muß außerdem noch
beachtet werden, daß der Abstand h zwischen den beiden Drehpunkten (Achsmitten)
U,V der zwei Wälzkörper 38,39 konstant bleiben muß.
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Die allgemeine Form der außen aufeinander abrollenden Wälzkörper,
in Polarkoordinatenschreibweise ausgedrückt, ergibt sich aus den folgenden, rechnerisch
herleitbaren Formeln: i=h°(dl/du)/(dk/du + dl/du) = h/(dk/dl + 1) j=h.(dk/du)/(dk/du
+ dl/du) = h.(dk/dl)/(dk/dl + 1) Es bedeuten: k= Polarwinkel bezuglich einer festen,vom
Mittelpunkt U radial verlaufenden Bezugsrichtung eines Punktes der Wälzkurve des
ersten Wälzkörpers 38; i= dem Polarwinkel k zugeordneter Radius der Wälzkurve
des
ersten Wälzkörpers 38 ; 1= Polarwinkel bezuglich einer festen, vom Mittelpunkt V
radial verlaufenden Bezugsrichtung eines Punktes der Wälzkurve des zweiten Wälzkörpers
39 4 j= dem Polarwinkel 1 zugeordneter Radius der Wälzkurve des zweiten Wälzkörpers
39 us Parameter ; dk/du= Differentialquotient des Winkels k in Abhängigkeit vom
Parameter u ; dl/du= Differentialquotient des Winkels 1 in Abhängigkeib vom Parameter
u ; dk/dls Differentialquotient des Winkels k in Abhängigkeit vom Winkel 1 Um eine
Zwangs steuerung gemäß Fig07 zu erhalten, wird ein Umlaufgetriebe, dargestellt in
Fig.23, verwendet.
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Aufbau des Umlautgetriebes: Das Steuerrad 24 ist mit dem Gehäuse 1
fest verbunden, wie auch in Fig.4 zu sehen ist. Seine Wälzkurve weist drei mittelpunktsferne
Bereiche (Umgebung der Maxima des Radius) und drei mittelpunktsnahe Bereiche (Umgebung
der Minima des Radius) auf, dargestellt in Fig.24 . Die Maxima befinden sich bei
o= 0;2U3;4W/3 . Die Minima befinden sich bei o= #/3;#;5#/3 o Zu einer Geraden, die
durch einen dieser sechs Punkte und durch den Mittelpunkt (Drehpunkt) geht, ist
die Wälzkurve symetrisch. In den drei mittelpunktsnahen Bereichen besteht die Kurve
aus Kreisbögen, die jeweils einen Winkel x=TL/4=450 überstreichenO Der Radius ist
in diesem Bereich y=h##2/2 = 0,7071*h . In den mittelpunktsfernen Bereichen wird
die Kurve durch die Parameterdarstellung
°=t,1825 v + U,04814 v3
- G',Ol097#v4 ; m= 15/(1,1825 + 0,1444#v² - 0,0439 v3) gegeben.
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Es bedeuten: o= Polarwinkel eines Punktes der Wälzkurve des Ste. errades
; m= dem Polarwinkel o zugeordneter Radius der Wälzkurve des Steuerrades ; v= Parameter.
Die Tabelle I enthält einige dazugehörige Zahlenwerte. Durch eine zentrale Bohrung
40 (Fig.23) des Steuerrades 24 ist die Hohlwelle 8 hindurchgeführt.
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Auf der Hohlwelle ist drehfest das 1o Antriebsrad 25 (Fig.25) angebracht.
Seine Wälzkurve besitzt zwei mittelpunktsnahe Bereiche (Umgebung der Minima des
Radius) und zwei mittelpunktsferne Bereiche (Umgebung der Maxima des Radius)0 Die
Minima befinden sich bei s=O;lt Die Maxima befinden sich bei s=T/2;31t/2 0 Zu einer
Geraden, die durch einen dieser vier Punkte und durch den Mittelpunkt (Drehpunkt)
geht, ist die Wälzkurve symetrisch. In den zwei mittelpunktsfernen Bereichen besteht
die Kurve aus Kreisbögen, deren Radius bzw.
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Winkel gleich dem Radius y bzwç Winkel x der Kreisbögen der Steuerradwälzkurve
ist. In den mittelpunktsnahen. Bereichen wird die Kurve durch die Parameterdarstellung
s= 0,563#w-0,029#w³+0,0058#w4 ; q=(28,05+1,457#w²-0,390#w³)/(3,129-0,097#w²+0,026#w³)
# gegeben0 Es bedeuten: s= Polarwinkel eines Punktes der Wälzkurve des 1. Antriebsrades
; q= dem Polarwinkel s zugeordneter Radius der Wälzkurve des 1. Antriebsrades;
w=
Parameter, Die Tabelle II enthält einige dazugehörige Zahlenwerte. Durch eine zentrale
Bohrung im I. Antriebsrad 25 und in der Hohlwelle 8 wird die innere Welle 9 hindurchgefuhrt.
Auf der Welle 9 ist drehfest das 2. Antriebsrad 26 (Fig.23,26), dessen Wälzkurve
kongruent mit derjenigen des 1. Antriebsrades 25 ist, angebracht0 Auf der 10 Planetenwelle
27, die zentral zylindrisch ausgebohrt ist, sitzen fest ein Steuerplanet 28 und
ein Antriebsplanet 29, so, daß die Zähne des Steuerplaneten mit denen des Steuerrades,
die des Antriebsplaneten mit denen des 1 Antriebsrades 25 in Eingriff stehen. Die
Wälzkurve des Steuerplaneten weist einen mittelpunktsnahen Bereich (Minimum bei
p=O) und einen mittelpunktsfernen Bereich (Maximum bei p=t) auf. Im mittelpunktsfernen
Bereich besteht sie aus einem Kreisbogen, der einen Winkel z=(#/4)#(#2+1)=108,7°
überstreicht0 Der Radius ist in diesem Bereich ß=h#(1-#2/2=0,2929#h . Im mittelpunttsnahen
Bereich wird die Kurve durch die Parameterdarstellung P=v v nI (2 738+2,166 v20'6585
v3)/(l,l82+0,l444 v2-0,0439-v3) gegeben.Es bedeuten: p= Polarwinkel eines Punktes
der Wälzkurve des 1. Steuerplaneten, n=dem Polarwinkel p zugeordneter Radius der
Wälzkurve des 1o Steuerplaneten0 Die Tabelle III enthält einige dazugehörige Zahlenwerte.
Die Wälzkurve des Antriebsplaneten
weist ebenfalls einen mittelpunktsnahen
und einen mittelpunktsfernen Bereich auf. ( Minimum des Radius bei t=E, Maximum
des Radius bei t=O). Im mittelpunktsnahen Bereich besteht sie aus einem Kreisbogen,
der ebenfalls den Winkel z=108,7° überstreicht. Der Radius ist in diesem Bereich
ebenfalls ß=O,z929 h . Im mittelpunktsfernen Bereich wird die Kurve durch die Parameterdarstellung
t= 0,836#w+0,014#w³+0,0029#w4 ; 3 r=(l8,88-2,9l4.w2 +O,78O.w3)/(3,l29-O,O97.w2+O,O26w3)
gegeben. Es bedeuten: t= Polarwinkel eines Punktes der Wälzkurve des 1. Antriebsplaneten
; r= dem Polarwinkel t zugeordneter Radius der Wälzkurve des 1. Antriebsplaneten.
Die Tabelle IV enthält einige dazugehörige Zahlenwerte. Eine zweite Planetenwelle
30, ebenfalls zentral zylindrisch ausgebohrt, verbindet einen zweiten Steuerplaneten
31 drehfest mit einem zweiten Antriebsplaneten 32 (Fig.23), so, daß die Zähne des
2. Steuerplaneten 31 mit denen des Steuerrades 24, die des zweiten Antriebsplaneten
32 mit denen des zweiten Antriebsrades 26 in Eingriff stehen. Die Wälzkurve des
zweiten Steuerplaneten 31 ist kongruent mit derjenigen des 1.
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Steuerplaneten; die Wälzkurve des 2. Antriebsplaneten ist kongruent
mit derjenigen des 1. Antriebsplaneten.
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Beide Planetenwellen 27,30 sind auf die Planetenachsen 33,34 (Fig.4,23)
drehbar aufgeschoben, diese wiederrum um 1800 gegeneinander bezüglich der Motormittelachse
versetzt fest an dem Arm des Planetenträgers 35 (Fig.4,
23) befestigt,
der um die Abtriebswelle 36 (Fig.4,L3) drehbar ist. An ihr geschieht der Abgriff
der Energie nach außen.
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Funktionsweise: Fig. 27 zeigt die Ausgangsstellung; die angekoppelten
Kolben haben die in Fig.8 gezeigte Stellung. Der zweite Steuerplanet 31 und das
Steuerrad 24 sind in dem kreisbogenförmigen Stück in Eingriff, die Radien bleiben
also konstant (Linearteil).
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Der zweite Antriebsplanet 32 und das zweite Antriebsrad 26 sind ebenfalls
im Linearteil in Eingriff. Der Radius des Steuerrades 24 ist hier gleich den Radius
des zweiten Antriebsrades 36, der Radius des zweiten Steuerplaneten 31 gleich dem
Radius des zweiten Antriebsplaneten 32. Man sieht leicht ein, daß- bei Stillstand
des Steuerrades- in disem Fall das zweite Antriebsrad ebenfalls stehenbleibt, obwohl
die Planetenwelle auf einer Kreisbahn umläuft und sich dreht.
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wiegen der nicht gleichen Verhaltnisse ml:nl und ql:rl ist die Umdrehungsgeschwindigkeit
des ersten Antriebsrades nicht gleich Null.Weil in dieser Stellung m1 und r1 Maximal-,nl
und ql Minimalwerte haben, ist die Umdrehungsgeschwindigkeit des ersten Antriebsrades
maximal und in mathematisch positivem Drehsinn (Pfeil) gerichtet. (Punkt G in Fig.7).
Die in Fig. 28 gezeigte Stellung der Zahnkörper entspricht der in Fig.9 gezeigten
Kolbenstellung. Der Eingriff zwischen dem zweiten Steuerplanet 31 und dem Steuerrad
24, dem zweiten Antriebsplaneten 32 und dem zweiten Antriebsrad 26 sind am Ende
des Linearteils angelangt, d.h. das
zweite Antriebsrad 26 beginnt
sich wieder zu drehen.
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(Pfeilrichtung);(Punkt H in Fig.7). Writlerweile hat sich das Verhältnis
q1:r1 vergrößert, das Verhältnis m1 :n1 verkleinert. Die Umdrehungsgeschwindigkeit
des ersten Antriebsrades 25 ist demnach geringer geworden. lss bedeuten: ml= Radius
des Steuerrades 24 vom Mittelpunkt bis zum Berührpunkt mit dem ersten Steuerplaneten
28; n1= Radius des ersten Steuerplaneten 28 vom Drehpunkt bis zum Berührpunkt mit
dem Steuerrad 24; q1= Radius des ersten Antriebsrades 25 vom Drehpunkt bis zum Berührpunkt
mit dem ersten nntriebsplaneten z9; r1= Radius des ernten Antriebsplaneten 29 vom
Drehpunkt bis zum Berührpunkt mit dem ersten Antriebsrad 25. In der in Pig. 29 gezeigten
Stellung des Getriebes gilt für die vom jeweiligen Kittelpunkt zum Berührpunkt mit
dem in Eingriff stehenden Zahnkörper gemessenen Radien: n1=n23 ml=m2 r1=r2; al=q2
. Es bedeuten: n2= Radius des zweiten Steuerplaneten 31 vom Drehpunkt bis zum Berührpunkt
mit dem Steuerrad 24; m2= Radius des Steuerrades 24 vom Mittelpunkt bis zum 3erührunkt
mit dem zweiten Steuerplaneten 31; r2= Radius des zweiten Antriebsplaneten 32 vom
Drehpunkt bis zum Berührpunkt mit dem zweiten Antriebsrad 26; q2= Radius des zweiten
Antriebsrades 26 vom Drehpunkt biX zum Berührpunkt mit dem zweiten Antriebsplaneten
32. Aus den obigen Formeln folgt: Beide Antriebsräder drehen sich gleich schnell.
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(Punkt I in Fig.7). Zugehörige Kolbenstellung ist die
von
Fig. 10 . Fig. 30 zeigt den Beginn des eingriffs folgender Zahnkörper im Linearteil:
Steuerrad mit erstem Steuerplanet, erstes Antriebsrad mit erstem Antriebsplanet.
Dieses hat den stillstand des ersten Antriebsrades zur Folge.(Punkt K in Fig.7).
Das zweite Antriebsrad wird schneller. Über den in Fig.31 gezeigten Zwischenzustand
(zugehörige Kolbenstellung in Pig.l2) erreichen schließlich die Radien m2 und r2
Maximal-, q2und n2 Minimalwerte. Dieses bewirkt: Das zweite Antriebsrad bekommt
maximale Geschwindigkeit, das erste Antriebsrad (Eingriff noch im Linearteil) ist
blockiert: Fig.32; (Punkt X in Fig.7). Da der Aufbau des Getriebes symetrisch ist,
ergibt sich der weitere Ablauf des Steuervorgangs aus den vorstehenden Brläuterungen.
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Tabelle I Tabelle III ° ( °) m (LE) P ( °) n (LE) 0 12,68 0 2,31
1,048 12,68 5,729 2,31 2,112 12,62 11,45 2,37 3,207 12,55 17,18 2,44 4,343 1S,47
22,91 2,52 5,534 1H,36 28,64 2,63 6,789 12,24 34,37 2,75 8,116 12,11 40,10 2,88
9,521 11,97 45,83 3,02 11,01 11,83 51,56 3,16 1k,58 11,69 57,29 3,30 14,25 11,54
63,02 3,45 16,01 11,40 68,75 3k59 17,86 11,27 74,48 3,72 19,79 11,15 80,21 3,84
21,81 11,03 85,94 3,96 3,-91 10,92 91,67 4,07 26,08 10,83 97,40 4,16 28,31 10,75
103,13 4,24 30,59 10,69 108,86 4,30 32,92 10,64 114,59- 4,35 35,28 10,61 120,32
4,38 37,49 10,60 125,68 4,39 o und p in Winkelgraden ( 0), Werte m und n in Längeneinheiten
(LE) für h=15 LE .
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Tabelle II Tabelle IV s ( °) q (LE) t ( 0) r (LE) O 8,965 0 6,035
4,011 8,976 5,966 6,024 8,005 9,008 11,94 5,992 11,96 9,059 17,93 5,941 15,87 9,126
23,95 5,874 19,72 9,208 30,00 5,793 23,50 9,302 36,08 5,698 27,20 9,406 42,20 5,594
30,81 9,518 48,37 5,482 34,32 9,637 54,58 5,363 37,75 9,759 60,84 5,241 41,07 9,882
67,15 5,118 44,31 10,000 73,50 4,996 47,45 10,12 79,91 4,878 50,50 10,23 86,35 4,767
53,47 10,34 92,84 4,665 56,37 10,43 99,36 4,574 59,21 10,50 105,9 4,499 62,00 10,56
112,5 4,442 64,76 10,59 119,1 4,406 67,50 10,61 125,7 4,393 s und t in Winkelgraden
( °), Werte q und r in Längeneinheiten (LE) für h=15 LE