DE3207804A1

DE3207804A1 - Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE3207804A1
Application number: DE19823207804
Authority: DE
Inventors: Aharon Ramath Gan Zilinsky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1982-10-21
Also published as: FR2501291B1; IL62290A0; FR2501291A1; IT1149787B; GB2094403A; JPS57176304A; IT8219891A0; SE8201300L; GB2094403B

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine. Diese Bezeichnung bezieht sich allgemein auf eine Maschine, bei der sich ein Kolben in einer von einem Zylinder umschlossenen Arbeitskammer dreht bzw., bei stationärem Kolben, sich das Gehäuse ( der Zylinder) der Arbeitskammer dreht. Derartige Maschinen können beispielsweise als Verbrennungskraftmotoren, wie Wankelmotoren, als Pumpen oder als Kompressoren verwendet werden.

Der Raum innerhalb des hohlen Zylinderkörpers, der sich z.B.in dem Maschinengehäuse dreht, wird nachstehend als "Arbeitskammer" bezeichnet, da bei einer Verbrennungskraftmaschine die Explosion und die Expansion in dieser Kammer stattfinden, so daß sich der hohle Zylinderkörper dreht und die Drehbewegung von seiner Welle abgenommen werden kann, mit der der Zylinderkörper in dem kreisförmigen Gehäuse drehbar gelagert ist. In ähnlicher Weise kann die Maschine, z.B. Pumpe oder Kompressor, angetrieben werden, indem auf die Welle eine Antriebskraft einwirkt, so daß das Medium,

z.B. Luft oder ein anderes Gas, in der Arbeitskammer komprimiert wird. Bei Verwendung der Maschine als Pumpe wird das zu fördernde Medium in die Arbeitskammer angesaugt und wieder ausgestoßen. Die Anwendung von Drehkolbenmaschinen für die vorstehend bezeichneten Zwecke unter geeigneter

Anpassung ist bekannt.

Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine arbeitet in der folgenden Weise. Die Kammern, die in Vertikalrichtung durch die Wandfläche des hohlen Zylinderkörpers und durch eine

Endfläche des Kolbenteils sowie durch Abschnitte des festen Zylinderkörpers begrenzt werden, sind so ausgestaltet, daß in ihnen der eigentliche Betrieb der Maschine abläuft, z.B. Explosion mit anschließender Expansion beim Motor oder Ansaugen mit anschließender Kompression beim Kompressor oder Pumpen. Diese Kammern verkleinern sich und expandieren abwechselnd, wobei der Kolben in die eine Richtung oder die

L J

ι— »· · ·« ·· .. „»„» —I

andere Richtung eine Axialbewegung ausführt, wenn eine Endfläche des Kolbens sich über einen nach einwärts erstreckenden Abschnitt der inneren Wandfläche des hohlen Zylinderkörpers bewegt. Da jede Kammer in der Wandung des hohlen Zylinderkörpers einem Abschnitt gegenüberliegt, der sich zur Mitte des hohlen Zylinderkörpers hin erstreckt, wird die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens möglich.

Wird beispielsweise ein Verbrennungsgemisch in eine Arbeitskammer gespritzt und mit Hilfe einer Zündkerze gezündet, wie dies bei Verbrennungskraftmotoren üblich ist, so findet eine Explosion statt, das Gemisch wird verbrannt, und der hohle Zylinderkörper wird in Drehbewegung versetzt. Da mehrere Arbeitskammern vorhanden sind, erfolgt nach dem Zünden und der Explosion in einer Arbeitskammer das gleiche in der folgenden Arbeitskammer, so daß sich der hohle Zylinderkörper gleichförmig in dem Gehäuse dreht. Diese Drehbewegung kann in üblicher Weise als Antriebsbewegung ausgenutzt werden.
20

In ähnlicher Weise kann die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine nach geeigneter Anpassung als Pumpe oder als Kompressor eingesetzt werden.

^⁵ Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine ,

Figur 2 einen Horizontalschnitt entlang der Linie H-II in Figur 1,

Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie IH-III in Figur 1 , Figur 4 einen Axialschnitt des Kolbens,

Figuren Horizontalschnitte ähnlich Figur 2 in verschiedenen Betriebsstellungen, wobei die Schnitte bei verschiedenen Stellungen aufgenommen sind, und

L J

Figur 9 eine weitere Ausführungsform der erfindungsqemäßen Drehkolbenmaschine.

Gemäß Figur 1 ist im Gehäuse 1 eine Welle 2 drehbar gelagert, die mit dem Zylinderkörper 2' einstückig ist. In der Praxis kann dieses Bauteil der Maschine aus mehreren einzelnen Elementen bestehen, die miteinander starr verbunden sind, so daß das Bauteil der Einfachheii±ialber als einstückig angesehen werden kann.
10

Gemäß Figur 2 weist die Innenwand des Zylinderkörpers 2' drei Aussparungen oder Kammern auf, die im Querschnitt zur Achse 2 einer "dreiblättrigen Anordnung" ähneln. Gegenüber jeder sichelförmigen Aussparung a, b, c, ist eine zugehörige Rippe a¹, b¹ bzw. c¹ angeordnet. An der Spitze jeder Rippe sind Dichtungen 19 vorgesehen, die für die erforderliche Dichtigkeit zwischen den Kontaktflächen der Rippen a¹, b¹ und c¹ und einem Körper sorgen, der sich relativ zu diesen bewegt.
.

Gemäß den Figuren 1 und 2 ist in dem Zylinderkörper 2' in zwei verschiedenen Höhen je ein starrer Zylinderkörper 100 angeordnet, der von einer Bohrung 101 durchsetzt ist, die sich senkrecht zur Welle 2 erstreckt. In der Bohrung 101 ist

ein Bauteil 3 verschiebbar gehaltert, durch das sich ein Schlitz 25 erstreckt, durch den die Welle 2 geführt ist. In den zwei Endflächen des Bauelements 3 ist je ein kolbenartiges Bauteil 4 gehaltert.

Bei jedem Kolben 4 erstreckt sich von einer seiner kreisförmigen Endflächen eine kurze Welle 4', an der ein Zahnrad 5 befestigt ist. Diese Zahnräder 5 kämmen mit einer Innenzahnung 102, die mit demEylinderkörper 2¹ einstückig ist (vgl. Figur 3). Entsprechend der Begrenzungslinie der inneren Wandfläche des Zylinderkörpers 2' folgt die Innenzahnung 102 einer Dreiblatt-förmigen (kleeblattförmigen) Linie.

L . J

»k * * ti β

r π

Gemäß den Fiquren 1 und 2 sind die beiden übereinander angeordneten Bauelemente 3 in ihren Längsrichtungen gegeneinander versetzt.

Wie vorstehend ausgeführt/ ist der im innern des Zylinderkörpers 2' definierte Raum die Arbeitskammer, und (im Falle einer Verbrennungskraftmaschine) erfolgen die Kompression, die Explosion und die Expansion des Verbrennungsgemisches in den sichelförmigen Aussparungen a, b und c. Daher weist jede Aussparung Einlasse 9 und Auslässe 11 auf. Ferner sind Kanäle 12 zwischen den Arbeitskammern vorgesehen, die sich in verschiedener Höhe befinden. Diese Kanäle 12 werden durch Ventile 13 gesteuert. An der Stelle 14 können eine Zündkerze oder eine Brennstoff-Einspritzdüse angeordnet sein.

Die Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Kolbens 4. Dieser besteht aus zwei ineinanderpassenden, becherförmigen Teilen 15 und 18, an deren jeweiligen inneren Boden ein Vorsprung 15' bzw. 18" vorgesehen ist. Die beiden Vorsprünge passen genau aufeinander, und um die koaxial liegenden Vorsprünge 15¹, 18' erstreckt sich eine Schraubenfeder 16, die die beiden Teile 15 und 18 voneinander abdrückt, so daß diese sicher fest und dicht gehalten werden. Ein Dichtungsring 17 sorgt für Dichtigkeit zwischen den Bauteilen 15 und

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 5 bis 8 erläutert. Es sei angenommen, daß die Maschine mit Hilfe eines üblichen Starters in Betrieb gesetzt wird, d.h. der Zylinder 2¹ wird gedreht, beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn, und gleichzeitig wird ein Luft-Brennstoff-Gemisch eingespritzt, z.B. in die sichelförmige Kammer b durch den Einlaß 9; das Brennstoff gemisch wird zunächst in der Kammer b komprimiert, und nach Zündung erfolgt eine Explosion. Durch die Bewegung des Zylinderkörpers 2¹ im Gegenuhrzeigersinn erfolgt eine

L J

Kompression, und das Volumen der Kammer b verschwindet. Diese Bewegung wird ermöglicht durch die Tatsache, daß sich das Bauelement 3 in Figur 5 nach rechts bewegt. Wenn die Rippe b¹ von dem linken Kolbenkörpern 4 berührt wird, wird das Bauelement 3 nach rechts gedrückt. Wenn nun zeitlich genau gesteuert Brennstoff in die Kammer a eingespritzt wird, so erhält man dort eine Kompression mit anschließender Explosion und Expansion, so daß der Zylinderkörper 2' in Drehbewegung versetzt wird. Dies wird mit der Kammer c wiederholt, und dann beginnt der Ablauf von neuem.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, können Bauelemente 3 übereinander angeordnet sein. So erfolgen vorzugsweise die Kompression, die Explosion und die Expansion in verschiedenen Kammern der übereinander angeordneten Sätze. So kann der Brennstoff in eine der Kammern, z.B. in die rechte untere Kämmer in Figur 1 eingespritzt, dort teilweise komprimiert und über den Kanal 12 (vgl. die Figuren 1 und 5 bis 8) in eine darüberliegende Kammer geleitet werden, wo die Kompression abgeschlossen wird und die Explosion erfolgt. Das Ventil 13 verhindert ein Zurückströmen der Verbrennungsgase in eine untere Kammer.

In Figur 1 sind Auslaßöffnungen 8 für Abgase dargestellt.

Die in Figur 9 dargestellte Ausführungsform weist ein Gehäuse 1, eine Welle 2, ein Bauelement 2¹ sowie ein Bauelement 100 auf. Bei dieser Ausführungsform dreht sich das Bauelement 100, während das Bauelement 2' stationär ist.

In den drei Rippen c¹ , a¹ und b¹ sind Zylinderkammern 110, 111 bzw. 112 vorgesehen. Die Kammern 110 bis 112 sind mit

113,114 bzw./ den zugehörigen Aussparungen b, c bzw. a über Kanäle/ TT5 verbunden. Ferner sind Kanäle 116, 117 und 118 vorgesehen, die die Aussparungen a, b bzw. c mit den Kammern 110, 111, bzw. 112 verbinden.

L J

— 8 —

Diese Ausführungsform arbeitet im Prinzip wie die erste Ausführungsform, jedoch mit der nachstehenden Modifikation:

Nimmt man an, daß sich das Bauelement 100 im Uhrzeigersinn dreht, so erfolgt die Kompression in dem Teil der Aussparung b, der sich in Figur 9 an der obersten Stelle befindet, und breitet sich über den Kanal 117 in die Kammer 111 aus. Wenn nun Brennstoff in diese Kammer eingespritzt wird, so erfolgt die Explosion dann, wenn der Druck ausreichend hoch ist, d.h. die Maschine arbeitet nach dem Diesel-Prinzip, Es kann jedoch eine Zündkerze in die Wand des Bauelements 2' eingesetzt werden, so daß die Maschine als Ottomotor arbeitet. Nach der Explosion strömen die expandierenden Gase über den Kanal 114 in die Aussparung c, wo sich der Ablauf wieder-

^ holt. Dies wiederholt sich dann in der Aussparung a und in der Kammer 110.

L -I

Claims

Patentansprüche

Drehkolbenmaschine, insbesondere als Verbrennungskraftmaschine, Kompressor oder Pumpe, gekennzeich net durch

a) ein kreisförmiges Gehäuse (1),

b) einen in dem Gehäuse (1) drehbar gelagerten, hohlen Zylinderkörper (2'),

c) einen durch die Innenwandfläche des Zylinderkörpers (2¹) umschriebene Arbeitskammer, die durch Aussparungen (a^ b, c) begrenzt wird, wobei sich die Aussparungen mit zur Mitte der Arbeitskammer weisenden Abschnitten (a¹, b¹ bzw. c¹) abwechseln, die den
zugehörigen Aussparungen (a, b bzw. c) diametral
gegenüberliegen, und durch

d) einen innerhalb der Arbeitskammer angeordneten,
massiven Zylinderkörper (100), durch den sich quer zu seiner Achse eine durchgehende Bohrung (101) erstreckt, in der ein kolbenartiges Bauelement (3)
hin- und herbewegbar ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer drei Aussparungen (a, b, c) und gegenüber jeder Aussparung eine nach innen vorspringende Rippe (a¹, b¹ bzw. c¹) aufweist.
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aussparung (a, b, c) eine sichelförmige Kammer bildet.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kolbenartige Bauelement (3) eine längliche Aussparung (25) aufweist, durch die sich eine Welle (2) erstreckt, mit der der hohle Zylinderkörper (2¹) im Gehäuse (1) drehbar gehaltert ist.

L- J