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Drehkolben-Verbrennungsmotor
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Die Erfindung betrifft einen Drehkolben-Verbrennungsmotor.
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Drehkolben-Verbrennungsmotoren, die im Gegensatz zu den Hubkolbenmotoren
keine hin- und hergehenden Teile, wie Kolben, P-leulstangenusw., sondern nur rotierende
Teile besitzen, sind seit längerem bekannt. Die bekannten Drehkolben-Verbrennungsmotoren
konnten jedoch die in sie gesetzten Erwartungen nicht erfüllen, was zum einen auf
Herstellungsprobleme wegen komplizierter geometrischer Raumformen, zum anderen auf
Dichtungsprobleme zurückzuführen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehkolben-Verbrennungsmotor
zu schaffen, der nur einfache geometrische Raumformen verwendet und ähnlich problemlos
wie die Hubkolbenmotoren abgedichtet werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch mindestens eine Baueinheit
bestehend aus einer auf einer Antriebswelle formschlüssig befestigten Verdichterscheibe
mit mindestens einem an ihrem Umfang befestigten, senkrecht zur Fläche der Verdichterscheibe
ausgerichteten Drehkolben; einem im Querschnitt dem (den) Drehkolben entsprechenden
und diesen (diese) aufnehmenden, mit der Antriebswelle koaxialen Verdichtu*sraum;
mindestens einer auf einer Schleusenscheibenwelle formschlüssig befestigten Schleusenscheibe
mit mindestens einer Drehkolbenschleuse; Mittel zur formschlüssigen Verbindung der
Antriebswelle mit der (den) Schleusenscheibenwelle (n); mindestens einer Einlaßöffnung
zum Einlaß von Luft oder einem Luft/Kraftstoffgemisch in den Verdichtungsraum; mindestens
einem Verbrennungsraum; mindestens einer Einlaßpassage zwischen dem Verdichtungsraum
und dem (den) Verbrennungsraum (räumen); einer auf der Antriebswelle formschlüssig
befestigten Antriebsscheibe; einem die Antriebsscheibe aufnehmenden, mit der Antriebswelle
koaxialen Antriebsraum; mindestens einer Auslaßpassage zum Auslaß der Verbrennungsgase
aus dem Verbrennungsraum in den Antriebsraum; mindestens eine Auslaßöffnung zum
Auslaß der Verbrennungsgase aus dem Antriebsraum.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung
im einzelnen erläutert sind.
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Dabei zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf den Verdichtungsteil eines
ersten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, Fig, 2 einen Querschnitt durch die
bevorzugte Baueinheit nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch den Verbrennungsraum
in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 eine Draufsicht auf den Antriebsteil einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform, Fig. 5 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Baueinheit nach der Erfindung in der Draufsicht.
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Fig. 1 zeigt eine Baueinheit mit einer auf einer Antriebswelle 10
formschlüssig befestigten Verdichterscheibe 12 mit zwei an ihrem Umfang befestigten,
senkrecht zur Fläche der Verdichterscheibe 12 ausgerichteten, im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt aufweisenden Drehkolben 14. Die Drehkolben 14 werden von einem im wesentlichen
torusförmigen Verdichtungsraum 16 aufgenommen, der mit der Antriebswelle 10 koaxial
verläuft.
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Auf einer Schleusenscheibenwelle 18 ist eine Schleusenscheibe 20 mit
einer Drehkolbenschleuse 22 formschlüssig befestigt.
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Eine Einlaßöffnung 24 ermöglicht den Eintritt von Luft oder einem
Luft/Kraftstoffgemisch in dem Verdichtungsraum 16, das (verdichtet) durch die Austrittsöffnung
25 den Verdichtungsraum wieder verläßt.
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Fig. 2 macht deutlich, daß die Antriebswelle 10 mit der Schleusenscheibenwelle
18 über auf diesen befestigte., miteinander kämmend. Stirnräder 2RA, 29B formschlüssig
verbunden ist. Weitem ist die Einlaßpassage 28 zwischen dem Verdichtungsraum 16
und dem Verbrennungsraum 22 ebenso erkennbar, wie die Auslaßpassage 34 zwischen
dem Verbrennungsraum 22 und einem Antriebsraum 32.
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Dieser Antriebsraum 32 ist entsprechend dem Verdichtungsraum 16 im
wesentlichen torusförmig ausgestaltet; auch der Verdichtungsraum ist koaxial mit
der Antriebswelle 10 ausgerichtet. In dem Antriebsraum läuft eine Antriebss-cheibe
30, die - der Verdichterscheibe 12 entsprechend -mit zwei senkrecht zur Fläche der
Antriebsscheibe 30 ausgerichteten, auf deren Umfang befestigten Drehkolben 14 versehen
ist. Ebenso wie die Verdichterscheibe -12 ist die Antriebsscheibe 30 auf der Antriebswelle
10 formschlüssig befestigt; sie kann aber auch gegenüber der Antriebsscheibe versetzt,
insbesondere auch drehzahl- oder lastabhängig yersetzt,angeordnet sein.-Fig. 3 verdeutlicht
den Verbrennungsraum 22. Dieser ist im wesentlichen kugelförmig ausgestaltet; er
ist mit einem Einlaßventil 36 und einem Auslaßventil 38 zum öffnen und Schließen
der Einlaßpassage 28 bzw. der Auslaßpassage 34 versehen. In der Figur ist das Einlaßventil
28 als Teller auf einer ersten Hohlwelle 40 ausgestaltet, während das Auslaßventil
38 als Hohlkugel auf einer zweiten Hohlwelle 42 ausgestaltet ist. Die Hohlwellen
40 und 42 verlaufen koaxial. Eine posaundnrohr-artige Anordnung
der
Hohlwellen ermöglicht eine blkühlung des Auslaßventils 38. Eine Feder 44 bewirkt
ein selbstständiges Schließen des Einlaßventils 28. Erkennbar sind weiter Mittel
zur Steuerung des Auslaßventils 38, etwa über eine Nockenwelle, die im folgenden
nicht weiter beschrieben werden sollen.
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Insbesondere bei hohen Drehzahlen kann das Auslaß ventil ausgehoben
werden, so daß ein Turbineneffekt entsteht.
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Bei Drehung des Antriebswelle 10 im Uhrzeigersinn nähert sich der
Drehkolben 14 A der Schleusenscheibe 20, die zur Aufnahme der Drehkolben 14 mit
einer Drehkolbenschleuse 22 ausgestattet ist. Durch eine geeignete Dimensionierung
und Einrichtung der miteinander kämmenden Stirnräder 29 A und 29 B auf der Antriebswelle
10 bzw. der SchleusenscheibenweUe 18 ist eine berlhrungsfreie Passage der Drehkolben
14 A, 14 B im Bereich der Schleusenscheibe 20, die ansonsten den Verdichtungsraum
gasdicht sperrt, gewährleistet. Es versteht sich, daß zu diesem Zweck die Schleusenscheibe
20 entgegen dem Uhrzeigersinn mit doppelter Winkelgeschwindigkeit gegenüber der
Verdichterscheibe laufen muß Bei Drehung der Antriebswelle 10 im Uhrzeigersinn saugt
der Drehkolben 14 B aus der Einlaßöffnung 24 Luft oder ein Luft/Kraftstoffgemisch
an. Nach Durchschleusung des Drehkolbens 14 A durch die Schleusenscheibe schließen
die Drehkolben 14 A und 14 B ein unverdichtetes Luft/Kraftstoffgemisch zwischen
sich eint die Schleusenscheibe 22 sperrt den Verdichtungsraum gasdicht ab. Da auch
die Drehkolben 14 gasdicht gegenüber dem Torus des Verdichtungsraumes abgeschlossen
sind, verdichtet sich das Gas zwischen dem Drehkolben 14 B und
der
Schleusenscheibe 22. Durch die Auslaßöffnung 25 tritt das verdichtete Gas in die
Einlaßpassage 28 zwischen dem Verdichtungsraum 16 und dem Verbrennungsraum 22 in
den Verbrennungsraum 22 ein, indem es gegen den Druck der Feder 44 das tellerförmige
Einlaßventil 28 öffnet. Die weitere Drehung der Antriebswelle 10 verursacht eine
Verringerung des Volumens des Gases, was zu einer ständig steigenden Verdichtung
führt, bis der Drehkolben 14 B kurz vor der Passage durch die Schleusenscheibe 20
die Auslaßöffnung 25 schließt. Nach Zündung (sollte lediglich Luft verdichtet worden
sein, ist natürlich vorher Kraftstoff einzuspritzen) wird das Auslaßventil 38 geöffn
so daß die Verbrennungsgase mit hohem Druck durch die Auslaßpassage 34 in den Antriebsraum
32 gelangen. Dort treffen die Verbrennungsgase auf den Drehkolben des Verdichters
entsprechenden Antriebs-Drehkolben in dem Antriebsraum und beschleunigen diese im
Uhrzeigersinn, was zur Übertraqung eines Drehmomentes auf die Antriebswelle 10 und
zu einer Vergrößerung des Volumens des Raumes zwischen Schleusenscheibe 22 und Kolben
führt. Durch eine Auslaßöffnung 34 werden die entspannten Verbrennungsgase aus dem
Antriebsraum 32 entfernt, vorzugsweise wird eine der Schleusenscheibe 20 entsprechende
Schleusenscheibe 21 vorgesehen, um die restlose Leerung des Antriebsraumes zu gewährleisten
Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch, wobeiabwechsslnd die Drehkolben 14 A
und 14 B für die Verdichtung und das Ansaugen eines neuen Luft/Kraftstoffgemisches
sorgen.
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Es wird deutlich geworden sein, daß die abzudichtenden Drehkolben
anders als bei den vorbekannten Drehkolbenmotoren in einem Torus und damit in einem
einfach gestalteten,
kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Gebilde
laufen. Die sich dabei ergebenden Dichtungsprobleme sind technisch problemlos lösbar.
Auch die Abdichtung des Spaltes zwischen der Verdichterscheibe 12 und der Schleusenscheibe
20 ist, etwa durch eine ölkeildichtung, problemlos.
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Es sollte beachtet werden, daß bei diesem ersten Ausführungsbeispiel
der Verdichtungsraum 12 nicht mit verbrannten Gasen beaufschlagt wird, da diese
lediglich in den entsprechenden Antriebsraum eintreten.
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In Betracht kommt weiter (Fig. 4) den Antriebsraum nicht entsprechend
dem Verdichtungsraum mit Drehkolben auszustatten, sondern eine turbinenartige Ausgestaltung
der Antriebsscheibe mit Schaufeln 37 (in Fig. 4 nur angedeutet).
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zu wählen, auf die die Verbrennungsgase bei Öffnen des Auslaßventils
wirken. Dabei kann eine Untersetzung der Antriebswelle 10 zwischen der Antriebsscheibe
12 bzw. der Turbinenscheibe 39 vorgesehen sein. In Fig. 4 ist weiter eine Lufteinlaßöffnung
33 zur Kühlung der Schaufeln 37 vorgesehen.
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Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem
die Verdichterscheibe 12 und die Antriebsscheibe 30 sowie die Verdichter-Drehkolben
14 und die Antriebs-Drehkolben c gegenständlich zusammenfallen, Verdichtungsraum
16 und Antriebsraum 32 bilden so zusammen einen im wesentlichen torusförmigen Raum.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wurde in diesem Ausführungsbeispiel eine Antriebs/Verdichterscheibe
30 mit drei Antriebs/Verdichter-Drehkolben 52 A, 52 B, 52 C gewählt. Es sind hier
zwei Schleusenscheiben 54, 56 mit je zwei Schleusenkammern 62 vorgesehen; es versteht
sich, daß bei einer derartigen Ausgestaltung
die Stirnräder so
dimensioniert sein müssen, daß bei zwei Umdrehungen der Antriebs/Verdichterscheibe
30 die Schleusenscheiben 54, 56 drei Umdrehungen machen.
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Der Drehkolben 52 A saugt aus dem Einlaß 64 Luft oder ein Luft/Gasgemisch
an. Dieses wird zwischen dem Kolben 52 C und der Schleusenscheibe 54 komprimiert,
so daß es in den Auslaß 66 gedrückt wird. Dieser Auslaß 66 führt zu einem Verbrennungsraum,
in dem das komprimierte Gas (gegebenenfalls nach Einspritzung von Kraftstoff) gezündet
wird ( es versteht sich, daß bei dem Betrieb des erfindungsgemäßen Motors mit Diesel
oder Kohlenstoff eine externe Zündung nicht erforderlich ist). Durch den Einlaß
68 treten d2 verbrannten Gase unter hohem Druck wieder ein, sie wirken auf den Kolben
52 A bzw. auf den bis dahin durch Schleusenkammer 54 hindurchgeführten Kolben 52
C. Die verbrannten Gase werden dannducb den ihm folgenden Drehkolben durch den Auslaß
70 aus dem Torus hinausgedrückt, weil auch hier wiederum ein überdruck wegen der
Abdichtung des Torus durch die Schleusenscheibe 56 erfolgt.
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Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehkolben-Verbrennungsmotors
ergibt sich -aus Kombination des in den Fig. 1 und 2 und des in der Fig. 5 dargestellten
Motors, tandem (Fig. 5) die verdichteten Gase durch die Auslaßöffnung 66 dem Verbrennungsraum
22 zugeführt werden, von diesem aber einer entsprechenden separaten Antriebsscheibe
zugeführt werden. Durch den Einlaß 68 wird dann Luft oder ein Luft-Gasgemisch in
den Verdichtungsraum eingeführt, der Auslaß 70 ist dann eine zweite Zuführung zu
dem Verbrennungsraum.
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Zur Erreichung höherer Leistungen und einer besseren Laufruhe können
mehrere der dargestellten Baueinheiten auf einer Antriebswelle einander gegenüber
versetzt angeordnet werden. Diese Baueinheiten können mit separaten, aber auch mit
einer gemeinsamen Verbrennungskammer wirken.
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Der Verdichterteil nach der Erfindung kann auch als Kompressor oder
Pumpe Verwendung finden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung sowie in den Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger
Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
wesentlich sein.
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B Z G Z@ICHENLISTE (LIST OF R F RENCE NUMERALS) 1 1 p 4 4 5 5 6 6
7 8 8 9 10 Antriebswelle 10 11 11 12 Verdichterscheibe 12 13 13 14 Drehkolben 14
15 15 16 Verdichtungsraum ~ 16 17 17 18 Schleusenscheibenwelle 18 19 19 20 Schleusenscheibe
20 21 21 22 Drehkolbenschleuse 22 23 23 24 Einlaßoffnung 24 25 Austrittsoffnung
25 26 26 27 27 28 Einlaßpassage 28 29 a,b Stirnrader 29 30 Antriebsscheibe 30
31
31 32 Antriebsraum 32 33 33 34 Auslaßpassage 34 35 Auslaßöffnung 35 36 Einlaßventil
36 37 Schaufeln 37 38 Auslaßventil 38 39 Turbinenscheibe 39 40 erste Hohlwelle 40
41 41 42 zweite Hohlwelle 42 43 43 44 Feder 44 45 45 46 46 47 47 4S 48 49 49 50
50 51 51 52 a,b,c Antriebs/Verdichter-Drehkolben 52 53 53 54 Schleusenscheibe 54
55 55 56 Schleusens cheibe 56 57 57 58 58 59 59 60 60 61 61 62 62 63 63 64 64 65
65
66 Auslaß 67 67 68 68 69 69 70 Auslaß 70 71 71 72 72 73 73 74
74 75 75 76 76 77 77 78 78 79 79 80 80 81 81 82 82 83 83 84 84 85 85 86 86 87 87
88 88 89 89 90 90 91 91 92 92 93 93 94 94 95 95 96 97 97 98 98 99 99 100 100
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