DE2652228A1 - Rotationsmotor - Google Patents

Description

• Rotationsmotor
• Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor mit einem Freikolben, der auf einer Abtriebwelle zwischen gegenüberliegenden Arbeitskammern hin- und hergeht. Bekannte Motoren dieser Art, beispielsweise der in der US-PS 1 389 463 beschriebene, haben einen Kolben mit einer quadratischen Bohrung, die auf einen quadratischen Teil der Abtriebwelle paßt, um die Drehbewegung des Kolbens auf die Abtriebwelle zu übertragen. Bei Konstruktionen dieses Typs macht das Abdichten der quadratischen Abtriebwelle in der quadrz.tischen Kolbenbohrung und auch eine brauchbare Anordnung von Rollen, die auf der Nutenoberfläche laufen, Schwierigkeiten. Die Nutenkurve ist bisher allgemein auf eine sinusartige Form beschränkt.
• Die Erfindung sieht einen Motor mit gegenüberliegenden Arbeitskammern vor, bei dem die Abdichtungsprobleme des Kolbens der erwähnten PS durch eine Anordnung gelöst sind, die einen Laufblock mit quadratischem Querschnitt verwendet, der auf der zylindrischn Abtriebwelle fixiert ist und in eine quadratisuche Bohrung des Kolbens eingepaßt ist. Der Laufblock hat eine geringere Länge als der Kolben und die zylindrischen Teile der Abtriebwelle neben dem Laufblook erstrecken sich durch zylindrische Öffnungen in den Endwänden des Kolbens, um so übliche ringförmige Dichtungen zwischen der Abtriebwelle und dem Kolben verwenden zu können.
• Die geradlinige Bewegung des Kolbens wird von zwei Rollen oder Lagern in eine Drehbewegung umgewandelt, die sich auf derselben Achse auf einem an der Kolbenoberfläche angebrachten Bolzen drehen. Die Rollen werden in einer elliptischen oder ovalen Kurve an der Innenwand des Zylinders geführt. Die Kurve liegt in einer Ebene, die sowohl zur Längsachse als auch zur Radialachse des Zylinders schräg verläuft) daher hat die Kurve in Form einer Nut eine Steuerfunktion im Zusammenwirken mit den Rollen des Kolbens, durch die eine Drehbewegung des Kolbens zustande kommt, wenn der Kolben als Folge der ZUndimpulse in den gegenüberliegenden Arbeitskammern des Zylinders hin- und hergeht. Durch die Verwendung zweier Rollen mit unterschiedlichem Durchmesser, die auf einer einzigen Achse drehbar gelagert sind, ist eine glatte gesteuerte Bewegung des Kolbens relativ zu der ringförmigen Kurve erreicht. Die Rolle mit dem größeren Durchmesser hat mit einer äußeren Wand der Kurvennut Kontakt und die Rolle mit dem kleinen Durohmesser liegt an einer nach innen versetzten Stufe an der gegenUberliegenden Wand der Kurvennut an. Die beiden Rollen auf ihrer gemeinsamen Achse sorgen für eine konstante Anlage Jeder Rolle an einer gegenüberliegenden Wandfläche, wodurch das Spiel, das bei früheren Konstruktionen mit nur einer Rolle auftrat, weitgehend beseitigt ist.
• Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines jusführungebeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen: Fig.1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Motors; Fig.2 eine auseinandergezogene Darstellung des Zylinders, des Kolbens und der Abtriebwellenanordnung des in Fig.1 gezeigten Motors; Fig.3 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht der gezeigten Kurve und Kurvenrollenanordnung.
• Ein Rotationsmotor 10 weist einen Zylinder 12 mit entgegengesetzten Zylinderköpfen 14, 16 und gegenüberstehende Arbeitekammern 18, 20 auf, die zu beiden Seiten eines Kolbens 22 angeordnet sind.
• Die geradlinige Bewegung des Kolbens 22 kann durch die Verbrennung von Kraftstoff in den Arbeitskammern, verursacht durch Zündkerzen, oder durch Einspritzung komprimierten Eraftstoffs oder andere nicht gezeigte Zündeinrichtungen bewirkt werden. Alternativ können komprimierte Gase verwendet werden, um den Kolben zu bewegen. Die Welle kann von einer äußeren Quelle (z.E. einem Elektromotor) angetrieben werden, womit die Vorrichtung in eine Pumpe verwandelt ist.
• Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um dem Kolben bei seiner geradlinigen Bewegung eine Drehbewegung zu erteilen.
• In der hierin offenbarten Konstruktion bestehen diese Mittel aus einer Kurve 30 in Form einer Nut mit einem Boden 32, gegenüberliegenden Wänden 34, 36 und mit einer Stufe mit einer Fläche 38, die gegenüber der Fläche 36 nach innen versetzt ist.
• Die Kurve 30 ist im wesentlichen in ihrer Form oval oder elliptisch und liegt in einer Ebene, die auf der Achse der linearen Bewegung des Kolbens 22 nicht senkrecht steht. Zu den erwähnten Mitteln gehören auch noch zwei Rollen 40, 42, die auf einem Bolzen 44 um die gleiche Achse drehbar angebracht sind, und diese Wachse verläuft radial oder senkrecht zur Achee der Längsbewegung des Kolbens. Die Rolle 40 liegt an der Fläche 38 an und die Rolle 42 mit dem größeren Durohmeseer an der Fläche 34. Auf diese Weise ist für einen fortwährenden Kontakt der Rollen mit der Kurve während des gesamten Umlaufs der Rollen in der Kurvenbahn gesorgt. Die Verwendung einer einzigen Rolle ist nicht durchführbar, weil ein gewisser Spielraum vorhanden sein muß, um ein Festfressen der Rolle in der Kurvennut zu verhindern. Dieser Spielraum kann aber im Betrieb des Motors Vibrationen verursachen, die die Lebensdauer der Teile wesentlioh herabsetzen. Die Verwendung zweier Rollen in der gezeigten Weise beseitigt das Spiel und damit die Vibration.
• Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Drehbewegung des Kolbens 22 auf die Abtriebwelle 46 zu übertragen.
• In der dargestellten Konstruktion ist die Abtriebwelle 46 mit einem Laufblook 48 versehen, der auf der Welle fixiert ist und dessen Länge kleiner ist als die des Kolbens. Der Laufblock 48 hat, wie aus Fig.2 ersichtlich, einen quadratischen Querschnitt und paßt in eine quadratische Bohrung 50 im Kolben. Es können auch andere komplementäre Formen für die Querschnitte des Laufblockes 48 und der Bohrung verwendet werden, falls sie einen die Drehbewegung übermittelnden Kontakt zwischen dem Kolben und der Abtriebwelle 46. herstellen. Der Laufblock 48 ist in der Bohrung 50 durch Kolbenendwände 52, 54 abgedichtet, die Jeweils eine zylindrische Öffnung 51 mit Kompressions- und Öldichtringen 58 haben, die die Bohrung 50 der Abtriebwelle 46 sowohl für die Gleitbewegung als auch für die Drehbewegung abdichten. Weiter können die Endwände 52 und 54 noch mit Kompressions- und Ölringen 56 versehen sein, um den Kolben gegen die Zylinderwand abzudichten. Der Kolben 22 hat einen etwas kleineren Durchmesser als die Kolbenendwände 52, 54, damit sich die Luft und das Öl bewegen können. Lediglich die Ringe 56 haben Jedoch mit dem Zylinder 12 Kontakt.
• Die Abtriebwelle 46 kann nächst Jedem Ende mit einer konischen Fläche 60 versehen sein, mit der Lager 62 in den Zylinderköpfen in Berührung sind, um die Welle 46 in die richtige Lage zum Zylinder 12 zu bringen. Eine Kompressionsplatte 67 oder Dichtungsringe können auf der Welle angebracht sein, um den Bereich der Lager abzudichten, zusätzlich zu üblichen Öllagerdichtungen.
• Für Jede Arbeitskammer ist ein Einlaßventil 64 und ein Auslaßventil 66 dargestellt, das jedoch nicht im einzelnen beschrieben wird, da es nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Es kann Jede geeignete Ventilanordnung und -steuerung verwendet werden, um die Maschine im Zweitakt oder Viertaktb.trieb arbeiten zu lassen.
• Brennkraft-Rotationsmotoren mit gegenüberliegenden Brennkammern oder Zylindern sind zwar bereits bekannt, doch waren Motoren dieses Typs bisher nicht erfolgreich wegen der Schwierigkeiten beim Abdichten und der Probleme mit der Kontrolle über die gesteuerte Drehbewegung des Kolbens. Die vorliegende Erfindung behebt die Schwierigkeiten der bisherigen Motoren dieses Typs dadurch, daß herkömmliche zylindrische Kolbenringe und übliche zylindrische Dichtungen zum Abdichten der Arbeitskammern rund um den Kolben, sowie zwei Lager verwendet werden, die sich über eine einzige Achse an versetzten Wänden in den Kurvennuten des Zylinders bewegen.
• Es kann eine übliche Kühlung für den Zylinderkopf und Zylinder -verwendet werden. Die Öleirkulation ist im wesentlichen von üblicher Art, wobei alternative Möglichkeiten des Leitungeweges und der Ableitung verfügbar sind. Das Öl kann in die Lager 62 eintreten und durch eine hohle Welle 46 strömen, um an Jeder Oberfläche des Laufblockes 48 auszutreten und durch Auslaßkanäle 89 in Kolben zur Zylinderwand und zur Oberflächen der Kurvennut zu fließen, um die beiden Lager 40, 42 zu schmieren und dann durch die Nut fläche 32 in einen kleinen nicht gezeigten Sumpf gelangen. Dio Zentrifugalbewegung und die relative Bewegung zwischen dem Laufblock und dem Kolben liefert eine Pumpwirkung, die das Öl durch die Kanäle 89 drückt.
• Es können mehrere Motoren dieser Bauart in Reihe geschaltet werden, wobei die Abtriebwellen koaxial verbunden werden. Diese Konitruktion gestattet die Verwendung versohiedener Abmesungen für den Kolbendurohmesser, den Kolbenhub und die Kurve.
• Eine solche Plexibilität findet sich in keiner anderen Rotatlonezotorkonstruktion.

Claims (4)

1. Ansprühe Motor mit zwei beabstandeten Arbeitskammern, die von einer Zylinderwand begrenzt sind, mit einem Kolben, der gesteuert durch den in den Arbeitskammern herrschenden Gasdruck und gegen die Zylinderwand gasfest abgedichtet in den Arbeitskammern linear bewegbar ist und Endwände mit zylindribuchen Öffnungen hat, und mit einer Abtriebwelle, die mit zylindrischen Teilen durch die Öffnungen ragt, gekennzeichnet durch Pührungijelemente an dem Kolben (22) und an der Zylinderwand (12) solcher Art, daß sie den Kolben bei seiner axialen Bewegung in eine Drehbewegung steuern, und durch Vorrichtungsteile (48, 50) an der Abtriebwelle (46) zwisohlen den Endwänden (52, 54) des Kolbens (22), die die Abtriebwelle mit dem Kolben verschieblich und antriebsübertragend in der Weise verbinden, daß bei Drehung des Kolbens auf die Abtriebwelle eine Drehbewegung übertragen wird, und dadurch, daß die Führungselemente eine ovale Nut (30) in der Innenfläche der Zylinderwand, die zum Kolben hin nach innen offen ist, aufweisen, die in einer zur Achse der Kolbenbewegung schrägen Ebene liegt und den Hub des Kolbens zwischen zwei entgegengesetzten Kolbenstellungen begrenzt, sowie zwei Ptlnrungsrollen (40, 42), die in der Nut (30) angeordnet sind und frei drehbar am Kolben auf einer zum Kolben radialen Achse gelagert sind und die einen unterschiedlichen iurchmesser haben, wobei die Nut von einem Boden (32) und drei Seitenwänden (38, 36s 34) begrenzt ist, von denen die erste und zweite Seitenwand (38, 36) der dritten Seitenwand (34) gegenüberliegt, und die erste Seitenwand (38) an den Boden (32) anschließt und der dritten Seitenwand (34) näher ist als die zweite Seitenwand (36), so daß eine Stufe in der Nut gebildet ist, und wobei die Rolle (40) mit dem kleineren Durchmesser auf der ersten Seitenwand (38) abrollt und die Rolle (42) mit dem gröBeren Durchmesser auf der dritten Seitenwand (34).
2. 2. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Dichtungen (56, 58) in den Öffnungen der golbenendwände (52, 54), die einen Durchtritt von Gas aus einer Arbeitskammer in die andere verhindern und eine relative Bewegung des Kolbens zur Abtriebwelle erlauben.
3. 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungsteile, die eine Drehbewegung der Abtriebwelle bei einer Drehbewegung des Kolbens bewirken, eine Öffnung (50) in dem Kolben (22) und einen auf der Abtriebwelle sitzenden Körper (48) umfassen, der in die Kolben öffnung (50) paßt, indem er eine zur golbenöffnung komplementäre Form hat, so daß er eine geführte axiale Bewegung des Kolbens relativ zur Abtriebwelle erlaubt und eine Drehung der Abtriebwelle bei einer Drehung des Kolbens bewirkt.
4. 4. Motor mit einem Kolben, der mit zwei beabstandeten Arbeitekammern funktionell zusammenwirkt, die von einer durchgehenden Zylinderwand gebildet sind, und der sich in dem Zylinder in axialer Richtung bewegt und dreht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der axialen und rotierenden Bewegung des Kolbens eine Rolle (40) mit kleinem Durchmesser und eine Rolle (42) mit größerem Durchmesser vorgesehen sind, die an dem Kolben (22) für eine Drehung um eine gemeinsame, im wesentlichen radiale Achse (44) drehbar gehaltert sind, sowie eine ovale Kurve (50) in der Wand des Zylinders, die zwei gegenüberliegende Plächen und eine nach außen versetzte Fläche hat, wobei die Rollen (40, 42) mit den gegenüberliegenden Flächen und der versetzten Fläche im Kontakt sind und ein Spielraum für die Rolle mit dem grösseren Durchmesser vorgesehen ist, und wobei die kombinierte radiale Erstreckung der beiden Rollen zusammen annähernd gleich dem maximalen Abstand zwischen den Flächen ist.