DE2524280A1

DE2524280A1 - Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2524280A1
Application number: DE19752524280
Authority: DE
Inventors: Josef Gail
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-05-31
Filing date: 1975-05-31
Publication date: 1976-12-09

Description

8891 Unterwittelsbach

Patentanmeldung Rota tionskolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine, umfassend zifei sich gegenseitig beaufschlagende Läuferkolben, welche in aneinander überschneidenden achsparallel liegenden zylixderischen Gehäuseräumen an einer Rotationsachse umlaufen.

Derartige Verdicttermaschinen sind als sogenannte Rootsgebläse bekannt, und sind auch für andere Anwendungsbereiche als Flüßigkeitspumpen oder Motoren schon vorgeschlagen worden.

Als Motoren odor als Pumpenfür hohe Drücke konnte diese Maschinenart bisher keine größere Verbreitung erlangen, weil die Arbeitsräuaie, welche durch die einander berührenden Kreisfläche der beiden Läuferkolben gebildet werden, gegeneinander nicht ausreichend abgedichtet werden konnten oder

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I NACHQEREIOHT

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weil bei Mo tr ο en der Verdichtungsraum im Verhältnis zum Arbeitsraum :bu groß ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ausbildung der Lauferk<>lben zur sicheren Abdichtung der Arbeitsräume gegeneinander bei gleichzeitigem Erreichen kleiner Yerdichtungsräume im Verhältnis zu den Arbeitsräumen. Eine weitere Erfindungsaufgabe besteht in einem zweckmäßigen Zusammenwirken mehrerer Rotationskolbene Lnheiten zu einem Motor und dem Zusammenbau einer Rotationskolbeneinheit mit einer Kreiskolbenanordnung·

Die Aufgabe der Erfindung wurde dadurch gelöst, daß die Läuferkolben aus Kreissektoren mit unterschiedlichem Radius und einer damit gegebenen Randverzahnung mit unterschiedlichen Teilkreisen mit gleichem Moduli bestehen. Die bei der Drehung der Läuferkolben in Zahnradform ineinander greifenden Kreissektoren bilden dabei große Zahnkammern als Arbeitsräume, welche durch eine kleine Verzahnung gegeneinander abgedichtet sind. Durch die bestehende Doppelverzahnung wird die bei Zahnradpumpen oder Zahnradmotoren bekannte gute Abdichtung bei gleichzeitiger Bildung von großen Zahnarbeitsräumen möglich. Die bei den bekannten Zahnradmotoren gebildeten Zahnarbeitsräume sind zum Betrieb als Verbrennungsmotor, Turbinen oder Danpfmotor zu klein.

Durch die Erfindung können Zahnarbeitsräume bis zu einem Verdichtungsverhältnis 1 : 3o und mehr gebildet werden, wie sie nicht einmal zum Betrieb eines Dieselmotors erforderlich sind.

In Ausgestaltung der Erfindung ist in der einfachsten

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Ausführung mit zirei Rotationskolbeneinheiten auf gemeinsamen Achsen ein Verbrennungsmotor gebaut.

Dabei dient eine Rotationskolbeneinheit als Motor und eine auf den gleichen Achsen daneben angeordnete, in entgegengesetzter Drehun.j umlaufende Rotationskolbeneinheit als
Gemischverdichttuigs einrichtung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zur Verwendung der Rotationskolbeneinheit als Verbrennungsmotor
in den Rotationskolben Zylinderräume angebracht und auf
einer exzentrisch zur Rotationsachse verlaufenden Kreisbahn Kolben geführt.

In den Arbeitsräumen der Rotationskolben findet dabei die Gemischverbrennung mit Ausstoßen statt und die Zylinder
mit den Kolben bewerkstelligen das Gemischansaugen und
-verdichten.

Bei Verwendung der Rotationskolbeneinheit als Verbrennungsmotor sind in Ausgestaltung der Erfindung im Gehäusemantel für die Rotationskolben durch Ausnehmungen Nachbrennungsräume ausgebildet, in welchen sich das beim Motorenbetrieb in den Zahnlücken der kleinen Zahnung geförderte, niht
vollständig entspannte Gemisch ausdehnen kann.

Die technischen Details der Erfindung sind in der anschließenden Beschreibung und in den Zeichnungen an Ausführungsbeispielen dargestellt und sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .

Die Zeichnungen zeigen in der

Fig. 1 : eine ei.nzahnige Rotationskolbeneinheit im Schnitt dargestellt mit einer stirnseitigen Sicht auf die Läuferkolben

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NACHGEREICHT I

Fig· 2 t in der Darstellungsform wie Pig· 1 eine zweizahnige Rotationskolbeneinheit

Fig. 3* einen Lm Achslängsschnitt nach Linie A : A dargestellt m Verbrennungsmotor, bestehend aus einer Rotationskolbeneinheit wie Fig. 1 als Verdichtungseinrichtung und einer Rotationskolbeneinheit wie Fig. 2 als Motor auf gemeinsamen Achsen.

Fig· kl in der Darstellungsform wie Fig. 2 eine Rotationskolbensinheit mit im Innenbereich der Läuferkolben angebrachtem Zylinder mit auf einer Kreisbahn geführten. Kolben.

In einem Gehäuse Io befinden sich zwei achsparallel liegende im Bereich eines Segmentes sich gegenseitig überschneidende zylinderische Gehäuseräume 11, 12.

In den Genaue e.räumen 11, 12 sind tun Rotationsachsen 13« I^ umlaufende, sich gegenseitig beaufschlagende Läuferkolben 15» l6 angeordnet.

Jeder Läuferkolben hat, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wenigstens zwei Kreissektoren 17, l8 oder mehrere Kreissektoren 19, 2o, 21, 22 mit unterschiedlichem Radius.

Ia Zusammenwirken beim Drehen der beiden Käuferkolben 15, l6, gegeben durch den Abstand der Achsen 13« I^ laufen diese durch Eingriff des Kreissktors mit dem größeren Radius als Zahn 17» 19» 21 im Kreissektor mit dem kleineren Radius l8, 2o, 22 als Zahnkammer zahnradartig aneinander ab.

Die Kreissegmente sind mit einer Randverzahnung 23 mit relativ kleinem, gleichem Moduli versehen.

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NAC! iGEREICHT

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Zwangsläufig ergeben sich in den Segment-bereichen durch den unterschiedlicheα Radius auch unterschiedliche Zahnungsteilkreise 2k_t 2k a.

Durch die Randverzahnung 23 Heiben die beiden Läuferkolben 15« l6 ständig miteinander im Eingriff und gleichzeitig bezweckt sie eine einfache und gute Abdichtung der Arbeitsräime gegeneinander.

Bei Verwendung einer derartigen Rotationskolbeneinheit als Pumpe oder Verdichter wird in den Zahnkamaern ΐδ, 2o_t 22 von der Saugseite Medium zur Druckseite gefördert, -»/wobei jeweils ein Zahn 17» 19» 21 das Medium in der Zahnkammer verdrängt.

Beide Gehäuseräujne 11, 12 sind dabei an den Überschneidungsstellen mit einen gemeinsamen Saug- oder Druckanschluß 25 versehen.

Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Rotationskolbeneinheit als Flüßigkeits-, Dampf- oder Turbinenmotor verläuft die Förderung in umgekehrter Richtung.

Wird eine erfindmgsgemäße Rotationskolbeneinheit als Verbrennungsmotor verwendet, so wird der in den Zahnkammern entstehende Explosionsdruck durch Volumenvergrößerung direkt in eine Druckbewagung umgesetzt·

Für einen guten Wirkungsgrad bei einem Verbrennungsmotor ist das Verdichtungsverhältnis oder der Raum und Druck des eingeschlossenen Luftkraftstoffgemisches im Verhältnis zur Ausdehnungsmöglishkeit ausschlaggebend.

Durch den gegenseitigen Abrollradius der Zähne 17 in den Zahnkammera l8 wird in Verbindung mit der Trennkante 26 für die beiden Gehäuseräume 11, 12 abwechselnd am Läufer-

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kolben 15 und l6 eine abgeschlossene Brennkammer 27 mit einer gegebenen Größe gebildet.

Über der Gehaus es tirn.ieite 28 angebrachte Kanäle 29 t deren Einlaß die Zahnflanke:* der Zähne 17 steuern, irird die Brennkammer 27 ait einem verdichteten Luftkraftstoffgemisch gefüllt, welches sich bei der Verbrennung unter Bildung eines großen, ringförmigen Raumes 3o entspannen kann.

Aus der Fig. 1 ist das Größenverhältnis bildlich ersichtlich, wo die Brennkammer 27 im Läuferkolben 15 bei Beginn der Verbrennung und im Läuferkolben l6 die Brennkammer J>o nach erfolgter Verbrennung dargestellt ist.

Beim Abrollvorgang der Läuferkolben wird das abgebrannte Gemisch zum Auspuff/ gefördert und ausgeschoben·

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, können die Läuferkolben 15 und l6 auch, wie gezeigt, aus zwei oder mehreren Kreissegmenten mit größerem Radius 19t 21 und aus zwei oder mehreren Kreissegmenten mit kleinerem Radius 2o, 22 zusammengesetzt sein.

Dadurch lauft die Maschine ruhiger, weil pro Umdrehung 4 Arbeitstakte möglich sind. Gleichzeitig wird aber dadurch das Verdichtungsverhältnis verengt.

In der Fig. 3 ist ein Verbrennungsmotor dargestellt, bei dem eine Rotationskolbenoinheit nach der Fig. 2 als Verbrennungsmotor arbeitet und auf denselben Rotationsachsen eine Rotationskolbeneinheit nach der Fig. 1 zur LuftkraftstoffgemischförderXung und Verdichtung verwendet wird.

In einem Gehäuse 31$ welches durch eine Mittelwand 32 in zwei Räume 53« 34, getrennt ist, befinden sich im Raum 33

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die Motoreinheit nach der Fig. 2, deren Arbeitsweise ab dem Arbeitsablauf vom Füllen der Brennkammer 27 mit Luftkraftstoffgemiscli schon beschrieben ist.

Im Raum 34 befindet sich auf denselben Achsen in entgegengesetzter Drehrichtung und mit doppelter Drehzahl rotierend eine Rotationskolbeneinheit, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, zur Luftkraftstoffgemischförderung und Verdichtung.

An der Saugseite 35 werden die Zahnkammern gefüllt und fördern

das Gemisch zur Druckseite und pressen dieses über die in der Mitteltfand 32 angebrachten Kanäle 29 in die Brennkammer 27·

Das Öffnen und Schließen der Einlaßkanäle 29 erfolgt motorseitig und verdiohterseitig zum notwendigen Zeitpunkt über die Zahnflanken <ler Läuferkolben·

Eine doppelte Drehzahl der Verdichtereinheit ist notwendig, weil diese je Läuferkolben nur einzahnig ausgebildet ist und hat dadurch <sin doppelt so hohes Verdichtungsverhältnis und kann je nach Füllungser.fordernis der Brennkammer schmäler gebaut sein.

Die umgekehrte Drehrichtung der Verdichtereinheit ist erforden!da, damit der Ausstoß der Verdichtereinheit, welche mit dem Einlaß d<sr Motoreinheit über die Kanäle 29 miteinander verbunden »ind, auf kurzer Entfernung einander gegenüberliegen.

Das Getriebe zur Kppelung der beiden Rotationskolbeneinheiten besteht zweckmäßig aus einem Kettentrieb 36 mit Kettenräder/n 37, 38 ie Untersetzungsverhältnis 1 zu 2.

Die Umkehrung dex* Drehricht*ng kommt dadurch zustande,

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weil jeweils nur ein Läuferkolben jeder Einheit mit einer Welle 13 oder l4 starr 39 verbunden ist. Für den zweiten Läuferkolben dient die Welle 13 oder l4 als Achse.

In der Aus führ ungs form, trie sie in der Fig. 4 dargestellt ist, arbeiten die Läuferkolben 4o, 4l mit ihren Zähnen und Zahnkammern 43₁ wie bei Fig. 1 und 2 schon beschrieben, als Verbrennungsmotoreinheit mit 4 Arbeitstakten je Umdrehung.

Im Innenraum der Läuferkolben 4o, 4l ist ein das Kreiszentrum schneidender Zylinder 44 mit einem doppelwirkenden Kolben 45 angeordnet. Der Kolben 45 wird auf einer zum Kreiszentrum exzentrisch verlaufenden Kreisbahn geführt.

Im Ausführungsbeispiel erfolgt das Einfachheit halber über einen feststehenden, exzentrisch zum Kreiszentrum stehenden Drehpunkt 46, an welchem der doppelwirkende Kolben 45 über eine Kulissenbahn 47 geführt ist.

Aber auch andere Möglichkeiten, wie die Verwendung einer Trochoiede 1:2 sind naheliegend·

Beim Drehen der Läuferkolben 4o, 4l führt der Kolben 45 durch die exzentrische Bahnführung bei kreisender Bewegung je Umdrehung des Läuferkolbens im Zylinder 44 einen Hub aus, welcher zum Ansaugen und Verdichten von Luft beim Beispiel eines Dieselmotors verwendet wird.

Über in der Gehüusestirnseite angebrachte Ansaugschlitze 48 und Bohrungen 49 der Zylinderwandung können in einem entsprechenden Drehbereich die Kolben 45 Luft ansaugen.

Durch den Doppolkolben sind das je Läufer zwei bzw. je Rotationskolbeneinheit vier Ansaug- und Verdichtungshübe 5« Umdrehung. 609850/0515

NACHQEREICHT

Die beim Drehen der Läuferkolben 4o_t 4l vom Kolben 45 verdichtete Luft wird über Bohrungen 5o in Vorkammern 51 gepreßt, welch«» in der Stirnseite des die Läuferkolben umschließenden Gehäuses angebracht sind.

Durch Steuerung über die Zahnflanken der Zähne 52 wird zwischen den Vorkammern und den Brennräumen 53 der Rotationskolbeneinheit beim kleinsten Rauminhalt der Brennräume eine Verbindung hergestellt und die erhitzte, der in der Vorkammer 51 Kraftstoff zugeführte Luft kann sich unter Verrichtung von Arbeit ausdehnen. Das Ausstoßen der Gase erfolgt wie schon beschrieben.

Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht in einer besonders kleinen Bauweiue im Verhältnis zur Leistung des Motors, der ständigen Kühlung der Läuferkolben durch die zufließende Frischluft, der Verdichtung durch eine Zylinderkolbenanordnun^ und die durch die Erfindung gegebene Möglichkeit der Unsetzung einer Volumensänderung in eine direkte Drehbewegung auf einem verhältnismäßig langen Hebelarm zur Erreichung eines hohen Drehmomentes.

Beim Betrieb einer Rotationskolbeneinheit als Verbrennungsmotor befindet sich in den Zahnlücken 54 Verbrennungsgas mit hohem Durch. Durch Ausnehmungen im Gebäusemantel für die Lauferkolbcn 4o, 4l entstehen Nachbrennräume 55« 56, in welchen sich diese Gase unter Abgabe von Schubkraft auf die Läuferkolben 4o, 4l vollkommen entspannen können.

Zum Zweck der Verbesserung der Abdichtung der Läuferkolben 15» l6, 4o, 4l gegenüber dem Gehäusemantel sind zur Erreichung einer größeren Dichtfläche die Randzähne 57» 58 an den Kreissektoren mit dem größeren Radius als Zähne mit zweifacher oder mehrfacher Breite ausgeführt.

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f NACHGEREICHT

- Io -

Zua Ban größerer Pumpen oder Motoren sind die Läuferkolben in verschiedenen Breiten ausgeführt oder es sind mehrere Rotationakolbeneinheiten zu einer Maschine zusammengebaut, wobei zur besseren Beherrschung der auftretenden Massenkräfte eine gegenläufige Rotation der einzelnen Rotationskolbeneinheiten zweckmäßig ist.

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Claims

Patentansprüche

1. ) Rotationskolbenmaschine umfassend zwei sich gegenseitig

beaufschlagende Läuferkolben, welche in aneinander überschneidenden achsparallel liegenden zylinderischen Gehäuseräumen an einer Rotationsachse umlaufend, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferkolben (15» l6, 4o, 4l) aus Kreissektoren mit unterschiedlichem Radius (17* l8, 19, 2o, 21, :22, 4l, 42) bestehen, welche mit einer Randverzahnung (23) auf den gegebenen unterschiedlichen Teil· kreisen mit gleichem Moduli versehen sind·

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolbenmaschine als Verbrennung»-, Flüßigkeits-, Dampf- oder Turbinenmotor ausgebaut ist.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationskolbenmaschine als Pumpe oder Verdichter gebaut ist.

4· Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf gemeinsamen Achsen umlaufend aus einer als Verdichtereinheit (55) und einer als Motoreneinheit (34) wirkenden ^otationskolbeneinheit ein Verbrennungsmotor gebaut ist·

5· Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinheit (53) zur Motoreneinheit (54) im entgegengesetzten Drehsinn umläuft.

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6. Rotationskolbenmaschine nach den Ansprüchen 4 und 5_} dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinheit
einzahnig (l?, 18) ist, mit doppelter Drehzahl läuft und mit einer zweizahnigen (19, 2o, 21, 22) Motoreneinheit zusammengebaut ist.

7· Rotationskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Läuferkolben (4o, 4l) Zylinder (44) mit Kolben (45) angeordnet sind.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet _Ί daß der Zylinder (44) das Kreiszentrum schneidet und ein doppelwirkender Kolben (45) angeordnet Ist.

,^J. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (45) an. einem exzentrisch zum Kreiszentrum freststehenden Drehpunkt (46) in einer Kulissenbahn (47) geführt ist.

lo.. Rotationskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und T. dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnseite des die Lauferkolben (4o, 4l) umschließenden Gehäuses Ansaugschlitze (48) und Vorkammern (51) angebracht sind.

11· Rotationskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und ", dadurch~gekennzeichnet, daß in der Wandung der Zylinder (44) mit den Ansaugschlitzen (48) und den Vork&mraem (51) zusammenwirkende Bohrungen angebracht sind.

12* Rotationskolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäusemantel für die Läuferkolben (4o, 4l) durch Ausnehmungen (55, 56)
Nachbrennräume angebracht sind.

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15· Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzähne (57$ 58) an den Kreissektoren mit dem größeren Radius in zweifacher oder mehrfacher Breite ausgebildet sind.

1A. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rotationskolbenmaschine aus
mehreren Rotationskolbeneinheiten zusammengebaut ist.

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