DE3315571A1 - Rotationskolben-maschine - Google Patents

Description

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Patentanwälte · European Patent Attorneys Dipl.-Ing. Joachim Stresse, München · DIpI.-Phys. Dr. Hans-Herbert Stoffregen, Hanau

Engelbert Frank Bahnhofsstraße 26-28 6461 Hasselroth

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Rotationskolben-Maschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben-Maschine mit einem innerhalb eines stationären Gehäuses drehbaren Topf, der aus einem Zylindermantel und aus einem kreisförmigen Seitenteil besteht, und mit einem im Topf exzentrisch gelagerten Rotor, in dem in Schlitzen in Richtung des Zylindermantels verschiebbare Kolbenschieber angeordnet sind, von denen Arbeitskammern gegeneinander abgedichtet werden, die von den Innenwänden des Topfs, der eine Durchlaßöffnung für eine mit dem Rotor drehfest verbundene Welle aufweist, von den Rotoraußenwänden und von einem stirnseitig stationär angeordneten Deckel umgeben sind, in dem ein Einlaßkanal mit seiner Einlaßöffnung und ein Auslaßkanal mit einer Auslaßöffnung angeordnet sind.

Eine derartige Rotationskolben-Maschine ist bereits bekannt (DE-PS 27 04 151)· Diese Rotationskolben-Maschine enthält L-förmige Kolbenschieber, die in längs Kreissehnen des zylindrischen Rotors verlaufenden Schlitzen angeordnet sind. Die als kurze Schenkel ausgebildeten L-förmigen Schenkel liegen an der Topfinnenwand an. Der Rotor enthält Ausnehmungen, die an die Form der Schenkel angepaßt sind und in denen die Kolbenschieberenden in der am weitesten in die Schlitze zurückgezogenen Stellung der Kolbenschieber ruhen. Die Rotationskolben-Maschine arbeitet als Expansionsmaschine. Über den Einlaßkanal wird ein unter Druck stehendes Gas eingeleitet. Durch die

Expansion des Gases wird der Rotor in Drehung versetzt. An die Welle kann eine Arbeitsmaschine angeschlossen werden. Die Rotationskolben-Maschine besteht nur aus wenigen Teilen und eignet sich für hohe Drehzahlen. Sie hat ohne gesonderte Bremse eine sehr kurze Nachrollzeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolben-Maschine der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß sie auch als Verbrennungsmotor arbeiten kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolbenschieber in radial verlaufenden Schlitzen des Rotors angeordnet sind, der im Bereich zwischen den Schlitzen konkave Ausnehmungen aufweist, daß in den Arbeitskammern bewegliche Segmente angeordnet sind, die zum Deckel und zum Seitenteil des Topfs parallele Seitenwände und jeweils eine an die Zylinderwand des Topfs und die konkave Aussparung angepaßte Wand aufweisen, daß im Deckel die Auslaßöffnung in etwa an derjenigen Stelle angeordnet ist, an der sich zwischen dem Rotor, der inneren Zylinderwand des Topfs und dem jeweiligen Segment der größte Hohlraum befindet, daß die Einlaßöffnung gegen die Auslaßöffnung in Drehrichtung des Rotors um eine Kolbenschieberteilung versetzt und näher an der inneren Zylinderwand des Topfs angeordnet ist, daß gegen die Einlaßöffnung in Drehrichtung des Rotors um eine Kolbenschieberteilung versetzt ein Zündelement angeordnet ist, daß die Kolbenschieber jeweils in einer Seitenwand eine achsparallel verlaufende Nut aufweisen und daß in den den Seitenwänden benachbarten Umfangsflächen des Rotors die Schlitze und die Nuten mit den Arbeitskammern verbindende Vertiefungen angeordnet sind.

Bei dieser Vorrichtung tritt bereits kurz nach dem Anlaufen, das zum Beispiel durch einen Startermotor hervorgerufen wird, ein Gleichlauf zwischen dem Rotor und dem Topf auf. Zwischen dem Topf und den

Kolbenschiebern entfällt nach kurzer Zeit die Reibung. Deshalb entstehen keine Schwierigkeiten bei der Abdichtung zwischen den einzelnen Arbeitskammern. Die Segmente werden durch die Fliehkraft an die zylindrische Innenwand des Topfs angedrückt. Zwischen dem Rotor und den Segmenten ergeben sich Relativbewegungen, in deren Verlauf der Hohlraum zwischen dem Topf, dem Rotor und dem jeweils zwischen zwei Kolbenschiebern angeordneten Segment von einem Minimum aus auf einen Maximalwert ansteigt und wieder auf das Minimum zurückgeht. In diesem Zyklus wird das explosionsfähige Gemisch angesaugt, komprimiert und gezündet. Nach der Zündung expandiert das heiße Gasgemisch bis das Maximum des Hohlraums erreicht ist. Danach wird das Gasgemisch ausgestoßen. Im Anschluß daran wird wiederum Gasgemisch angesaugt und verdichtet. Der Motor enthält außer den Kolbenschiebern keine hin- und hergehenden Teile.

Deshalb hat der Motor einen sehr ruhigen Lauf.

Vorzugsweise bestehen die Segmente aus Graphit. Hierdurch lassen sich sehr gute Gleiteigenschaften zwischen den Segmenten und den Kanten an den Rändern der Rotorausnehmungen erreichen. Zweckmäßigerweise besteht der Rotor aus Chrom-Vanadium-Stahl. Dieser Stahl hält den bei der Explosion des Gasgemischs auftretenden Temperaturen und Beanspruchungen ohne aufwendige Kühlmaßnahmen stand. Derartiger Stahl ist unter der Typenbezeichnung V2A-Stahl bekannt.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ragt jeweils am Grund einer konkaven Aussparung ein Stift radial nach außen, dem eine längliche Ausnehmung in dem Segment zugewandt ist. Die Segmente verändern ihre Lage insofern, als sie sich im Verlauf einer Drehung bei zunehmender und wieder abnehmender Größe des Arbeitskammerhohlraums von einem Ende zum anderen Ende der Arbeitskammer bewegen. Die Stifte gewährleisten die einwandfreie Mitnahme der Segmente.

Zweckmäßigerweise sind drei Schlitze mit je einem Kolbenschieber vorgesehen. Eine derartige Vorrichtung hat einen konstruktiv einfachen Aufbau und läßt sich deshalb kostengünstig fertigen.

Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform sind zwischen den Schlitzboden und den Innenseiten der Kolbenschieber Federn angeordnet, deren Federkraft in radialer Richtung wirkt. Unter dem Einfluß der Federkräfte liegen die Kolbenschieber mit ihren Außenseiten bereits im Stillstand des Rotors an der zylindrischen Innenwand des Topfs an. Dies bedeutet, daß der Topf in kürzerer Zeit von den Kolbenschiebern in Drehung versetzt und mitgenommen wird. Darüberhinaus tritt nach der Stillsetzung des Rotors eine sehr kurze Nachlaufzeit des Topfs auf.

Vorzugsweise ist der Topf auf seiner Außenseite des Zylindermantels im Gehäuse gelagert. Mit dieser Anordnung läßt sich ein ruhiger Lauf der Rotationskolben-Maschine erreichen.

Zweckmäßigerweise wird über die Einlaßöffnung ein Wasserstoff-Luft-Gemisch zugeführt. Ein derartiges Gemisch kann über ein entsprechendes Mischventil leicht erzeugt werden, an das ein komprimierten Wasserstoff enthaltender Behälter angeschlossen wird. Bei der Verbrennung entstehen keine gesundheitsschädlichen Produkte. Mit einem Kompressions-Motor, der kleine Abmessungen und ein relativ geringes Gewicht hat, können mittels des Wasserstoff-Luft-Gemisches große Leistungen erhalten werden.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Auslaßkanal mit einem Gehäuse verbunden ist, in dem eine von den Abgasen angetriebene Turbine angeordnet ist, an deren Welle eine Verdichterpumpe angeschlossen ist. Das Wasserstoff-Luft-Gemisch wird bei dieser Ausführungsform unter Ausnutzung der Energie der Abgase vorkomprimiert. Hierdurch läßt sich die Energieausbeute erhöhen.

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Eine andere zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß die Verdichterpumpe eine Flügelrotationspumpe mit in einem Gehäuse exzentrisch gelagertem Rotor ist, der radiale Führungsschlitze aufweist, in denen Kolbenschieber hin- und herbeweglich gelagert sind, wobei im Gehäuse ein Topf drehbar angeordnet ist, in dem der Rotor exzentrisch drehbar angeordnet ist, von dem die Kolbenschieber nach außen ragen und an der Innenwand des Topfs dichtend anliegen und wobei der Boden des von Kolbenschiebern mitgeschleppten Topfs eine Durchlaßöffnung für die mit dem Rotor und der Turbine verbundene Antriebswelle aufweist, die an einem Deckel des Gehäuses endet, in dem eine mit der Wasserstoff-Luft-Gemisch-Quelle verbundener Einlaßkanal und ein an den Rotationskolben-Motor angeschlossener Auslaßkanal angeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.

Es zeigen:
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Fig. 1 eine Rotationskolben-Maschine im Längsschnitt,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der auseinandergezogenen Teile

einer Rotationskolben-Maschine,
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Fig. 3a bis 3d Ansichten der Rotationskolben-Maschine gemäß Fig. 1 und 2 von vorne bei offenem Gehäuse in verschiedenen Rotorstellungen,

Fig. L, einen Längsschnitt durch einen aus einer Turbine und einer Flügelrotationspumpe bestehenden Verdichter,

Fig. 5 eine Flügelrotationspumpe von vorne bei geöffnetem Deckel,

Fip,. 6 einen Schnitt längs der Linien I-I der Flügelrotntionspumpo gemäß Fig. 5.

Eine Rotationskolben-Maschine 10 enthält einen Rotor 12, der in einer hohlzylindrischen Aussparung 14 eines stationären Gehäuses 16 drehbar angeordnet ist. Der Rotor 12 weist drei, in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnete, radiale Schlitze 18 auf, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und parallel zur Längsachse 20 des Rotors 12 verlaufen. Auf einer Stirnseite 22 geht der Rotor 12 in eine Abtriebswelle 24 über, die durch eine Öffnung 26 des zylindrisch ausgebildeten Gehäuses 16 hindurchragt. Auf die Abtriebswelle 24 sind Lager 28 aufgezogen, die in der zylinderischen Öffnung 26 angeordnet sind. Die Lager 28 und die Abtriebswelle 24 sind gegen eine axiale Verschiebung gesichert. Der Rotor 12 ist somit über die Abtriebswelle 24 im Gehäuse 16 fliegend gelagert. An das nicht näher dargestellte Ende der Abtriebswelle 24 kann über eine Kupplung eine Arbeitsmaschine angeschlossen sein.

Der im Gehäuse 16 drehbar gelagerte Rotor 12 ist im Inneren des Topfs 30 exzentrisch angeordnet. Der Topf 30, der sich zwischen dem Rotor 12 und den Innenwänden der Aussparung 14 befindet, hat ein Zylindermantelteil 32 und ein kreisförmiges Seitenteil 34· Die Abtriebswelle 24 ragt durch eine Öffnung 36 im kreisförmigen Seitenteil 34 hindurch. Die vorne offene Seite des Gehäuses 16 ist durch einen Deckel 38 verschlossen. Der Deckel 38, der als kreisförmige Scheibe ausgebildet ist, wird mittels einer Überwurfmutter 40 gegen den nicht näher bezeichneten Rand der Öffnung des Gehäuses 16 gedrückt. Die Überwurfmutter 40 ist mit ihrem Innengewinde auf ein Außengewinde am Gehäuse 16 aufgeschraubt. Der Topf 30 ist gegen den Deckel 38 hin offen. Im Gehäuse 16 ist der Topf 30 im Lager 42 angeordnet, die ar der zylindrischen Wand der Aussparung 14 befestigt sind.

In den Schlitzen 18 sind Kolbenschieber 44 axial beweglich gelagert. Die Kolbenschieber 44 sind in ihrer axialen Länge an die Schlitze 18 angepaßt. Sie sind plattenförmig ausgebildet und haben einen ^echteckigen Umriß. Die den Pöden der Schlitze 18 zugewandten Seiten 46

der Kolbenschieber 44 sind eben. Die radial außen angeordneten Seiten 48 der Kolbenschieber 44 sind gewölbt und an die Krümmung des Zylindermantelteils 32 angepaßt. Zwischen den Böden der Schlitze 18 und den Seiten 46 sind Federn 50 angeordnet, die auf die Kolbenschieber 44 eine Vorspannung ausüben, unter der die Kolbenschieber gegen die Innenwand des Zylindermantelteils 32 gedrückt werden.

Im Bereich zwischen den Schlitzen 18 sind im Rotor 12 konkave Aussparungen 52 vorhanden. Die an der Innenwand des Zylindermantels 32 anliegenden Kolbenschieber 44 umgeben mit den Wänden der konkaven Aussparungen 52, dem Seitenteil 34, dem Deckel 38 und der Zylinderinnenwand des Topfs 30 Arbeitskammern 54, die in Fig. 3a bis 3d dargestellt sind. In den Arbeitskammern 54 befinden sich Segmente 56 aus Graphit. Die Segmente 56 haben zwei Seitenwände 58, die parallel zueinander und zum Seitenteil 34 bzw. zum Deckel 38 angeordnet sind. Eine weitere Wand 60 jedes Segments 56 ist an die Wölbung der konkaven Aussparung 52 angepaßt. Die Wölbung der konkaven Aussparung 52 ist zweckmäßigerweise Teil eines Zylindermantels. In entsprechender Weise bildet die Wand 60 den Teil eines Zylindermantels. In den Arbeitskammern sind die Segmente 56 so angeordnet, daß die Wände 60 den konkaven Aussparungen 52 zugewandt sind. Neben der Wand 60 enthält jedes Segment 56 eine weitere gewölbte Wand 62, die der zylindrischen Innenwand des Topfs 30 zugekehrt ist. Die Wand 62 ist in ihrer Krümmung dem Radius der zylindrischen Innenwand des Topfs 30 angepaßt. Die Segmente 56 sind in ihren Abmessungen auf die exzentrische Anordnung des Rotors 12 im Topf 30 abgestimmt. In derjenigen Stellung, in der die Wand der konkaven Aussparung 52 der Innenwand des zylindrischen Topfs 30 am nächsten steht, füllt das zwischen der konkaven Rotorwand und der zylindrischen Innenwand des Topfs 30 liegende Segment 56 den Raum nahezu vollständig aus. In allen anderen Drehstellungen der Innenwand der jeweiligen konkaven Aussparung 52 verbleiben daher Hohlräume zwischen der Innenwand der konkaven Aussparung 52, der Innenwand des Topfs 30, dem Seitenteil 34 und dem Deckel 38.

Im Deckel 38 ist ein Einlaßkanal 64 für ein Wasserstoff-Luft-Gemisch vorhanden. Die Drehrichtung des Rotors 12 ist mit einem Pfeil 66 bezeichnet. Der Einlaßkanal 64 endet in einer Einlaßöffnung 68, die sich, in Drehrichtung 66 gesehen, in kurzem Abstand vor derjenigen Stelle befindet, in der die Wand der konkaven Aussparung den zylindrischen Topf 30 am nächsten steht. Die Einlaßöffnung 68 befindet sich in ihrem radialen Abstand von der Drehachse 71 des Topfs 30 ungefähr zwischen dem Rand der Innenwand des Topfs 30 und dem äußeren Rand des Rotors 12.

Die Segmente 56 lassen in den verschiedenen Drehstellungen des Rotors 12 unterschiedlich große Hohlräume frei. Ein Auslaßkanal 74 mündet in einer Auslaßöffnung 72 in das Innere des Topfs 30. Die Auslaßöffnung 72 befindet sich ungefähr an derjenigen Stelle des Deckels 38, an der in der jeweiligen Drehstellung des Rotors 12 der Raum zwischen der Wand der konkaven Aussparung 52 und der Innenwand des Topfs 30 am größten ist. Da die Segmente 56 während der Drehung des Rotors 12 jeweils mit der Wand 60 an einer Kante 75 des Rotors 12 in Berührung sind, hat der jeweilige Hohlraum in einer Arbeitskammer 54 eine sichelförmige Gestalt. Die Auslaßöffnung 72 hat von der Drehachse 71 des Topfs 30 einen kleineren radialen Abstand als die Einlaßöffnung 68. Zwischen der Einlaßöffnung 68 und der Auslaßöffnung 72 liegt ein Abstand von etwa einer Kolbenschieberteilung. Die Auslaßöffnung 72 ist dabei gegenüber dem sichelförmigen Hohlraum in derjenigen Stelle des Rotors 12, an der der Hohlraum am größten ist, derart angeordnet, daß der bei Weiterdrehung des Rotors 12 sich verkleinernde Hohlraum noch längere Zeit gegen die Auslaßöffnung hin offen ist, also weder durch den Rotor 12 noch durch das Segment 56 verschlossen wird. Die Abdeckung der Auslaßöffnung durch den Rotor 12 tritt ein, kurz bevor sich der Hohlraum gegen die Einlaßöffnung 68 öffnet. Gegenüber der Einlaßöffnung 68 ist, in Drehrichtung 66 des Rotors 12 gesehen, im Deckel 38 eine Gewindebohrung 76 vorgesehen. Die Gewindebohrung 76 hat in etwa den gleichen radialen Abstand von

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der Drehachse 71 wie die Einlaßöffnung 68. In die Gewindebohrung 76 ist ein Zündelement, zum Beispiel eine Zündkerze 78, eingeschraubt, das einen Zündfunken in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors 12 erzeugt.
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In einer Seitenwand 80 jedes Kolbenschiebers 44 befindet sich eine Nut 82, die parallel zur Achse 20 des Rotors 12 verläuft. Die Nut 82 ist nahe am äußeren Rand des jeweiligen Kolbenschiebers 44 angeordnet. In den äußeren Umfangsflächen 86 des Rotors, die der Seitenwand 80 zugekehrt sind, befinden sich Vertiefungen 84, die die Nuten 82 und die Schlitze 18 mit den Arbeitskammern 54 verbinden.

Am Grund 88 jeder konkaven Ausnehmung 52 ist ein Stift 90 angeordnet, der vom Rotor 12 radial nach außen ragt. In den Wänden 60 der Segmente 56 sind Ausnehmungen bzw. Vertiefungen 92 vorgesehen. Während der Drehung des Rotors 12 und des Topfs 30 nähern sich die Stifte 90 den Vertiefungen 92 und greifen in diese ein. Die Stifte 90 legen sich dabei an den vorderen Seiten der Vertiefungen 92 an und stellen eine kraftschlüssige Verbindung zu den Segmenten 56 her. Die Stifte 90 gewährleisten eine winkelsynchrone Mitnahme der Segmente 56 mit dem Rotor 12 und dem Topf 30.

Der Rotor 12 wird an der Welle 24 mit einem nicht näher dargestellten Anlasser in Drehung versetzt. Dabei saugt jeweils ein sichelförmiger Hohlraum das Wasserstoff-Luft-Gemisch über den Einlaßkanal 64, der mit einer nicht näher dargestellten Quelle für das Wasserstoff-Luft-Gemisch verbunden ist, an.

Die Fig. 3a bis 3d zeigen den Rotor 12 in verschiedenen Winkellagen während der Drehung. Beim Anlassen wird das angesaugte Wasserstoff-Luft-Gemisch von der mit der Drehbewegung synchronisierten Zündkerze 78 gezündet. Das Wasserstoff-Luft-Gemisch explodiert und treibt den Rotor 12 und den Topf 30 an.

In der in Fig. 3a gezeigten Stellung befindet sich das Wasserstoff-Luft-Gemisch in dem mit 94 bezeichneten sichelförmigen Hohlraum und wird bei der Drehung des Rotors 12 durch die Verkleinerung des Hohlraums 94 verdichtet. Der sichelförmige Hohlraum 94 geht bei der Drehung des Rotors 12 und des von den Kolbenschiebern 44 mitgenommenen Topfs 30 um 30° in den kleineren Hohlraum 96 über, in dem das Wasserstoff-Luft-Gemisch eine höhere Verdichtung hat. Drehen sich der Rotor 12 und der Topf 30 um weitere 30 aus der in Fig. 3b in die in Fig. 3c gezeigte Stellung, dann wird die Aussparung 52 nahezu vollständig durch das Segment 56 ausgefüllt. Das Wasserstoff-Luft-Gemisch befindet sich in dieser Drehstellung in dem von der Nut 82, der Umfangsfläche 86, der zylindrischen Innenwand des Topfes 30, dem Seitenteil 34 und dem Deckel 38 eingeschlossenen Raum. In dieser Stellung des Rotors 12, des Segments 56 und des Topfs 30 hat das Wasserstoff-Luft-Gemisch seine höchste Verdichtung.

Das Wasserstoff-Luft-Gemisch wird nun in der in Fig. 3c dargestellten Lage des Rotors 12 durch einen Zündfunken zur Explosion gebracht. Durch den bei der Explosion auftretenden Druck erweitert sich, wie in Fig. 3d dargestellt, der Hohlraum zwischen der Nut 82, dem Segment 56, der Umfangsfläche 86, der Innenseite des Topfs 30 und dem Deckel 38. In Fig. 3d, die den Rotor 12 und den Topf 30 in einer um 30° fortgeschrittenen Drehstellung zeigt, ist der erweiterte Hohlraum mit 98 bezeichnet.

Der Druck ruft eine Relativbewegung zwischen der an der Wand 60 anliegenden Kante 75 des Rotors 12 und dem Segment 56 hervor. Die Kante 75 gleitet längs der Wand 60. Dagegen findet zwischen den Kolbenschiebern 44 und dem Topf 30 keine Relativbewegung statt. Die Segmente 56 liegen unter dem Einfluß der Fliehkraft fest an der Innenwand des Topfs 30 an. Eine kurze Gleitstrecke der Kante 75 auf der Wand 60 hat eine große Volumenänderung des sichelförmigen Hohlraums zur Folge. Der in Fig. 3a gezeigte sichelförmige Hohlraum 100 ergibt sich aus der Drehung des Rotors 12 und des Topfs 30 um

weitere 30° gegen die in Fig. 3d gezeigte Stellung. Die Ausdehnung der heißen Verbrennungsgase ruft jeweils die in Fig. 3b und 3c gezeigten sichelförmigen Hohlräume 102 und 104 nach Drehungen von 30° hervor. Während die Hohlräume 102 und 104 mit der Drehung des Rotors 12 noch expandieren, hat der in Fig. 3a dargestellte Hohlraum 106 die maximal mögliche Ausdehnung erreicht. In dieser Stellung des Rotors 12 und des Topfs 30 wird eine Verbindung mit der Auslaßöffnung 72 erzielt, über die die heißen Verbrennungsgase das Gehäuse

16 verlassen.
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Während einer Drehung des Rotors 12 und des Topfs 30 findet somit ein Arbeitszyklus statt, der aus dem Ansaugen eines Wasserstoff-Luft-Gemisches, dem Verdichten des angesaugten Gemisches, der Zündung des Gemisches, der Expansion des explodierenden Gasgemisches und dem Ausstoßen der heißen Verbrennungsgase besteht. Der vorstehend beschriebene Verbrennungsmotor enthält außer den Kolbenschiebern 44 keine hin- und hergehenden Teile. Die Masse der Kolbenschieber 44 ist jedoch gering. Außerdem ist der Verschiebeweg klein. Für die Bewegung der Kolbenschieber 44 ist daher nur ein sehr geringer Aufwand an Energie notwendig. Im übrigen besitzt der oben erläuterte Verbrennungsmotor nur rotierende Teile. Der Verbrennungsmotor hat drei durch die Kolbenschieber 44 getrennte Arbeitskammern 54 mit starren Wänden. Die Wände der Arbeitsräume verändern ihre Stellung während der Drehung des Rotors relativ zueinander, so daß die Arbeitsräume 54 ihr Volumen ändern. Die veränderlichen Arbeitsräume werden zwischen dem die Leistung nach außen übertragenden Rotor 12 und dem keine Leistung übertragenden Topf 30 gebildet. Der Topf 30 und der Deckel 38 stellen ein Absperrteil dar. Da der oben beschriebene Verbrennungsmotor keine hin- und hergehenden Teile aufweist, stellt er einen Rotationskolben-Motor dar. Die Kolbenschieber 44 dieses Rotationskolben-Motors gleiten nicht längs des Topfs 30. Daher treten keine Verschleiß- und Dichtungsprobleme auf.

Der Auslaßkanal 70 ist über eine Leitung 108 an den Deckel 110 eines Turbinengehäuses 112 angeschlossen, in dem eine Turbine 114 drehbar gelagert ist. Die Turbine 114 hat Schaufeln 116, denen die Abgase über Düsen tangential zugeführt werden. Die nicht näher dargestellten Düsen werden durch eine im Deckel verlaufende Ringleitung 118 gespeist, die mit der Leitung 108 verbunden ist. Im Deckel 110 ist ein zentrischer Auslaßkanal 120 vorhanden, über den die Abgase nach außen abgeführt werden. Die Turbine 114 treibt über eine Welle 122 eine Flügelrotationspumpe 124 an, die in einem zylindrischen Gehäuse 125 angeordnet ist, das mit dem Gehäuse 112 verbunden ist.

Im Gehäuse 125 ist mit der Welle 122 ein walzenförmiger Rotor 126 verbunden, der Führungsschlitze 130 aufweist, die gleichmäßig "über den Umfang verteilt sind. In den Fig. 5 und 6 ist ein Pumpenrotor 126 mit sechs Führungsschlitzen 130 dargestellt. Vielfach reichen auch drei Führungsschlitze aus. Die radial nach außen gerichteten Führungsschlitze 130 haben einen rechteckigen Querschnitt und beginnen in einem gewissen Abstand von der Rotorachse 132. Die Welle 122 ist im Gehäuse 112 und im Gehäuse 125 durch Wälzlager 134, 136 drehbar gelagert.

Der Pumpenrotor 126 ist im Gehäuse 125 in einer hohlzylindrischen Aussparung 138 exzentrisch angeordnet. In den Führungsschlitzen 130 sind Kolbenschieber 140 verschiebbar eingesetzt. Die vordere Stirnwand des Gehäuses 125 wird durch einen topfförmigen Deckel 142 verschlossen, der die Aussparung 138 abdeckt. Im Deckel 142 ist ein Einlaßkanal und ein Auslaßkanal für das Wasserstoff-Luft-Gemisch vorhanden. Der Einlaßkanal 144 ist mit einer Quelle für das Wasserstoff-Luft-Gemisch verbunden, bei der es sich zum Beispiel um ein Mischventil handelt, das von einem Gefäß mit unter Druck stehenden Wasserstoff und von einer Luftdruckquelle gespeist werden kann. Der Deckel 142 ist topfförmig ausgebildet und hat einen zylindrischen Abschnitt. 146, der das Gehäuse 125 auf seiner zylindrischen Außenwand 148 ein Stück umgreift. Innerhalb der Aussparung 138 ist ein

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zylindrischer Topf 150 drehbar angeordnet, dessen Mittelachse mit der Mittelachse der Aussparung 138 übereinstimmt. Der Topf 150 ist gegen den Deckel 142 hin offen. Die exzentrische Anordnung des Rotors 126 ist auch in Bezug auf den Topf 150 vorhanden. Der Boden 154 des Topfs 150 weist eine Durchlaßöffnung 152 für die Welle 122 auf. Vom Boden 154 des Topfs 150 springt ein zylindrischer Abschnitt 158 vor, auf dem ein Lager 156 aufgezogen ist. Der Außenring des Lagers 156 ist in einer nicht näher bezeichneten Öffnung angeordnet.

Wenn die Turbine 114 von den heißen unter Druck stehenden Abgasen des Rotationskolben-Motors 10 angetrieben wird, dreht sich mit der Turbine 114 der Rotor 126 und saugt das Wasserstoff-Luft-Gemisch über den Einlaßkanal 144 an. Das angesaugte Wasserstoff-Luft-Gemisch gelangt in einen durch die exzentrische Lage des Rotors 126 sichelförmigen Arbeitsraum 160 innerhalb des Topfs 150. An einem Umfangsabschnitt 162 des Topfs 150 ist der Abstand zwischen dem Umfang des Rotors 126 und der Innenwand es Topfs 150 am geringsten. Der Einlaßkanal 144 und ein Auslaßkanal 164 münden beiderseits dieses Abschnitts 162 in den sichelförmigen Arbeitsraum 160. Der Auslaßkanal 164 ist in nicht dargestellter Weise mit dem Einlaßkanal 64 des Rotationskolben-Motors 10 verbunden.

Die Kolbenschieber 140 stehen unter Federvorspannung. In den Führungsschlitzen 130 sind Federn 166 angeordnet, die sich an dem Grund der Führungsschlitze 130 und der Innenseite der Kolbenschieber 140 abstützen. Die Federn 166 drücken die Kolbenschieber 140 radial nach außen gegen die zylindrische Innenwand des Topfs 150. Die Kolbenschieber 140 liegen daher ständig, auch bei Stillstand der Flügelrotationspumpe 124, an der Innenwand an. Die Anpreßkraft gegen die Innenwand wird bei der Drehung des Rotors 126 durch die auf die Kolbenschieber 140 wirkenden Fliehkräfte erhöht.

Während des Betriebs der Flügelrotationspumpe 124 wird über den Kinlaßkanal 144 ein Wasserstoff-Gas-Gemisch in den Arbeitsraum 160 gesaugt. Die Kolbenschieber 140 bilden mit den Wänden des Topfs 150,

der Innenseite des Deckels 142 und der Außenseite des Rotors 126 Kammern, die beim Vorbeilaufen an der Öffnung des Einlaßkanals 144 mit einem bestimmten Gasvolumen gefüllt werden. Während der weiteren Drehung ändert sich das Volumen dieser Kammern. Das Volumen nimmt gegen den Auslaßkanal 164 hin ab, so daß der Druck des Wasserstoff-Gas-Gemisches erhöht wird. Über den Auslaßkanal 164 verläßt also unter höherem Druck stehendes Wasserstoff-Gas-Gemisch die Flügelrotationspumpe 124 und gelangt in den Rotationskolben-Motor 10. Die aus der Turbine 114 und der Flügelrotationspumpe 124 bestehende Einheit stellt somit einen Abgasturbolader dar, der das Wasserstoff-Gas-Gemisch unter Ausnutzung der Abgase des Rotationskolben-Motors 10 komprimiert und damit zur Leistungssteigerung des Rotationskolben-Motors 10 beiträgt.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   Rotationskolben-Maschine mit einem innerhalb eines stationären Gehäuses drehbaren Topf, der aus einem Zylindermantel und einem kreisförmigen Seitenteil besteht, und mit einem im Topf exzentrisch gelagerten Rotor, in dem in Schlitzen in Richtung des Zylindermantels verschiebbare Kolbenschieber angeordnet sind, von denen Arbeits&ammern gegeneinander abgedichtet werden, die von den Innenwänden des Topfs, der eine Durchlaßöffnung für eine mit dem Rotor drehfest verbundene Welle aufweist, von den Rotoraußenwänden und von einem stirnseitig stationär mit dem Gehäuse verbundenen Deckel umgeben sind, in dem ein Einlaßkanal mit seiner Einlaßöffnung und ein Auslaßkanal mit einer Auslaßöffnung angeordnet sind,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Kolbenschieber (44) in radial verlaufenden Schlitzen (18) des Rotors (12) angeordnet sind, der im Bereich zwischen den Schlitzen (18) konkave Aussparungen (52) aufweist, daß in den Arbeitskammern (54) bewegliche Segmente (56) angeordnet sind, die zum Deckel (38) und zum Seitenteil (34) des Topfs (30) parallele Seitenwände (58) und jeweils ene an die Zylinderwand des Topfs (30) und die konkave Aussparung (52) angepaßte Wand (62, 60) aufweisen, daß im Deckel (38) die Auslaßöffnung (72) in

   etwa an derjenigen Stelle angeordnet ist, an der sich zwichen dem Rotor (12), der inneren Zylinderwand des Topfs (30) und dem jeweiligen Segment (56) der größte Hohlraum befindet, daß die Einlaßöffnung (68) gegen die Auslaßöffnung (72) in Drehrichtung des Rotors (12) um eine Kolbenschieberteilung versetzt und näher an der inneren Zylinderwand des Topfs (30) angeordnet ist, daß gegen die Einlaßöffnung (68) in Drehrichtung des Rotors (12) um eine Kolbenschieberteilung versetzt ein Zündelement (78) angeordnet ist, daß die Kolbenschieber (44) jeweils in einer Seitenwand (80) eine achsparallel verlaufende Nut (82) aufweisen und daß in den den Seitenwänden (80) benachbarten Umfangsflächen (86) des Rotors (12) die Schlitze (18) und die Nuten (82) mit den Arbeitskammern (54) verbindende Vertiefungen (84) angeordnet sind.
2. 2. Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Segmente (56) aus Graphit bestehen.
3. 3. Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Rotor (12) aus Chrom-Vanadium-Stahl besteht.
4. 4. Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß jeweils am Grund (88) einer konkaven Aussparung (52) ein Stift (90) radial nach außen ragt, dem eine längliche Ausnehmung (92) im Segment (56) zugewandt ist.
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5. 5. Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß drei Schlitze (18) je mit einem Kolbenschieber (44) vorgesehen sind.
6. 6. Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß zwischen den Schlitzboden und den Innenseiten (46) der Kolbenschieber (44) Federn (50) angeordnet sind, deren Federkraft in radialer Richtung wirkt.
7. 7· Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Topf (30) auf seiner Außenseite des Zylindermantels im Gehäuse (16) gelagert ist.
8. 8. Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß über die Einlaßöffnung (68) ein Wasserstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird.
9. 9. Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Auslaßkanal (70) mit einem Gehäuse (112) verbunden ist, in dem eine von den Abgasen angetriebene Turbine (114) angeordnet ist, an deren Welle (122) eine Verdichterpumpe (124) angeschlossen ist.
10. 10. Rotationskolben-Maschine nach Anspruch 9,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Verdichterpumpe eine Flügelrotationspumpe (124) mit in einem Gehäuse (125) exzentrisch gelagertem Rotor (126) ist, der radiale Führungsschlitze (130) aufweist, in denen Kolbenschieber (140) hin- und herbeweglich gelagert sind, wobei im Gehäuse

    Η·

    (125) ein Topf (150) drehbar angeordnet ist, in dem der Rotor

    (126) exzentrisch drehbar angeordnet ist, von dem die Kolbenschieber (140) nach außen ragen und an der Innenwand des Topfs dichtend anliegen und wobei der Boden (154) des von Kolben-Schiebern (140) mitgeschleppten Topfs (150) eine Durchlaßöffnung

    (152) für die mit dem Rotor (126) und der Turbine (114) verbundene Antriebswelle (122) aufweist, die an einem Deckel (142) des Gehäuses (125) endet, in dem eine mit der Wasserstoff-Luft-Gemisch-Quelle verbundener Einlaßkanal (144) und ein an den Rotationskolben-Motor (10) angeschlossener Auslaßkanal (164) angeordnet sind.