DE3332707A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Brennkraftmaschine

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DE3332707A1
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Dietrich Dipl.-Ing. 5206 Neunkirchen-Seelscheid Densch
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/16Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01C1/082Details specially related to intermeshing engagement type machines or engines
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Description

  • Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine neue Brennkraftmaschine, die man der Gruppe der Rotationskolbenmaschinen zuordnen könnte.
  • Brennkraftmaschinen arbeiten nach wie vor hauptsächlich nach dem Otto- oder Diesel-Prinzip mit Hubkolben, nachdem sicn wegen zu hohen Brennstoffverbrauchs die Rotationskolben-Brennkraftmaschine, etwa nach dem Wankel-Prinzip, nicht genügend einführen konnte. Dem Hubkolben-Prinzip haften jedoch einige schwerwiegende Nachteile an, die hauptsächlich in einem zu geringen Wirkungsgrad wegen Reibungsverlusten, unvollständiger Verbrennung und zu geringer Ausnutzung der thermischen Energie der Verbrennungsgase und in einem verhältnismäßig hohen Verschleiß der bewegten Teile, wie Kolben, Pleuelstange und Kurbelwelle sowie aufwendiger Herstelltechnik bei zusätzlicher Teilevielfalt liegen. Es besteht daher immer noch ein Bedarf an einer Brennkraftmaschine, die mit geringerem Verschleiß und verbessertem Wirkungsgrad sowie einfacherem Aufbau arbeitet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Brennkraftmaschine, die diesen Anforderungen genügt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Brennkraftmaschine mit den im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen vorgeschlagen. Die neue Brennkraftmaschine ist, wie die weitere Beschreibung zeigen dürfte, nur bedingt der Gruppe der Rotationskolben-Brennkraftmaschinen zuzuordnen.
  • Abweichend von den bisher bekannten Rotationskolben-Brennkraftmaschinen sind die Verbrennungskammern und Expansionsräume nämlich in dem "Kolben", nämlich dem Rotor vorgesehen. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine arbeitet nach dem Prinzip einer Doppelschnecke mit ineinandergreifenden Schneckengängen. Neu ist jedoch die besondere Art der Ausbildung der Schneckenumgänge gegenüber herkömmlichen Doppel-Extruderschnecken oder -Verdichtern.
  • Ausgehend von dem Abschnitt der Brennkraftmaschine, in dem eine oder mehrere Brennkammern je Rotor gebildet sind, vergrößer sich das Volumen der durch das Gehäuse begrenzten Kammern in den Schneckenumgängen, die mit zunehmender Steigung ausgeführt sind in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase, deren thermische Energie in diesen Expansionsråur,len weitgehend voll ausgeschöpft werden kann. Von wesentlicher Bedeutung ist dabei die wendeltreppenförmige Abstufung der Seitenwände der in den Rotoren gebildeten Schneckenumgänge, die einmal Angriffsfläche für die die Rotoren in Umdrehung versetzenden Verbrennungsgase bieten und zudem für die Abdichtung der bei Drehung der Rotoren in Axialrichtung wandernden Expansionskammern sorgen. Dazu wird die Abstufung so gewählt, daß keine "Blaslöcher" offen bleiben, durch die Gas aus einer der fortschreitenden Kammern zurückströmen oder in andere benachbarte Kammern ausströmen kann.
  • Die Eingriffssegmente erstrecken sich jeweils über 180", woraus sich der Vorteil ergibt, daß beide Rotoren gleich nur mit umgekehrter Drehrichtung der Schneckengänge hergestellt werden können. Die konkaven Epizykloid-Endabschnitte an den Eingriffssegmenten sichern ein gutes Abwälzen und enges Ineinandergreifen der auf gegenüberliegenden Rotoren angeordneten miteinander kämmenden Ein- griffssegmente mit dem Ergebnis einer guten Abdichtung, die Voraussetzung ist für den wirksamen Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
  • Die neue Brennkraftmaschine bietet eine große Reihe von Vorteilen: - die Verschleißbeanspruchung ist geringer als bei Hubkolbenmaschinen, weil keine hin- und hergehenden Teile wie beim Hubkolbenmotor vorhanden sind, - allein durch Steuerung der Zündfolge ist die Beschleunigung und Leistung in weiten Grenzen veränderbar, - die neue Maschine kommt ohne verschleißbeanspruchte Ventile aus, - da die Explosion in stabilen Kammern erfolgt, die in axialer Richtung starr abgeschlossen sind, kann preiswerter Kraftstoff eingesetzt werden, der nicht unbedingt klopffest sein muß, - eine Lagerbelastung bei der Explosion tritt nur in unwesentlicher Höhe an den Hauptlagern auf, - die neue Brennkraftmaschine weist die Vorteile von Gasturbinen im unteren Abmessungsbereich auf, d.h. auch bei kleiner Bauform ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad bei hohem Drehmoment auch bei niedrigen Drehzahlen, - eine zu hoher Umweltbelastung führende Schmierung der beweglichen Teile ist entbehrlich, - die Fertigung der Maschine ist einfacher als die von Hubkolbenmotoren oder Gasturbinen, - die Verdichtung und auch die Zündfolge lassen sich in weiten Bereichen steigern bzw. auch während des Betriebs verändern, wodurch die Maschine in einem weiten Drehzahlbereich elastisch betrieben werden kann, - es ergibt sich die Möglichkeit für eine vollständige Verbrennung des Treibstoffs, weil die Zuladung von Sauerstoff, bzw. Luftsauerstoff durch den Kompressor in weiten Bereichen gesteigert werden kann und die Betriebs temperaturen höher liegen können als bei herkömmlichen Diesel- oder Ottomotoren, - es ergibt sich die Möglichkeit für eine vollständige Ausnutzung der thermischen Verbrennungsenergie, weil die Verbrennungsgase in den Expansionsräumen, die in axialer Richtung in weiten Bereichen je nach Motor- bzw. Rotorlänge vergrößerbar sind, nahezu völlig entspannt werden können.
  • An sich kann für die Vorverdichtung der Luft weder bekannte Kompressor, Turbolader oder dergleichen, verwendet werden.
  • Bevorzugt wird jedoch ein Verdichter, der nach dem gleichen Prinzip wie die Brennkraftmaschine ausgeführt wird, bei dem jedoch in Abweichung davon das Kammervolumen in Strömungsrichtung der Luft verringert wird durch eine abnehmende Steigung der Schneckenumgänge, so daß die Luft in den Kammern nach und nach komprimiert wird. Das Verdichteraggregat kann als selbständiges Bauteil mit eigenem Antrieb ausgeführt sein, während der Brennkraftteil mit einem Anlasser versehen sein sollte falls der vom Verdichter erzeugte Druck nicht ausreicht, um den Brennkraftteil beim Starten in Bewegung zu setzen. Bevorzugt sind Verdichter- und Brennkraftteil auf jedem der Rotoren ausgeformt, so daß der Ver- dichterteil vom Expansionsteil angetrieben wird. Ein solcher Antrieb des Verdichterteils durch den Brennkraftteil ist allerdings auch bei getrennten Agggregaten über zwischengeschaltetes Getriebe ausführbar. Ein Anlasser sollte jedoch auch bei der starren Kopplung von Kompressor mit Brennkraftteil vorgesehen sein.
  • Die Rotoren, von denen mindestens zwei, miteinander in Eingriff stehend, in einem Gehäuse vorgesehen sein müssen, von denen aber auch mehr als zwei angeordnet sein können, lassen sich zwar durch Gießen oder spanabhebende Bearbeiung aus dem vollen herstellen. Bevorzugt wird jedoch, die Rotoren durch in axialer Richtung auf eine Welle aufgereihte Stufenscheiben herzustellen. Die Stufenscheiben sind jeweils um einen bestimmten Winkel gegeneinander verdreht, so daß sich die wendeltreppenförmige Stufung der Seitenwände der Schneckenumgänge ergibt. Der Vorteil dieser Ausführung ist, daß die Stufenscheiben alle identisch ausgebildet sein können, was für eine Massenfertigung von erheblichem wirtschaftlichen Wert ist. Die Stufenscheiben lassen sich z.B. durch Stanzen oder durch Fräsen auf CNC-gesteuerten Bearbeitungszentren preiswert erzeugen, und auch der Zusammenbau eines Rotors durch Aneinanderfügen von Stufenscheiben bereitet keine fertigungstechnischen Schwierigkeiten.
  • Die Verdrehung aufeinanderfolgender Stufenscheiben erstreckt sich über einen Winkel, der zwischen dem minimalen Überdeckungswinkel, der zur Vermeidung von "Blaslöchern" eingehalten werden muß, und dem maximal möglichen Überdeckungswinkel liegt.
  • Die sukzessive Veränderung des Kammervolumens kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auch dadurch in sehr einfacher Weise erreicht werden, daß Stufenscheiben mit zunehmend größer (im Expansionsteil) bzw. kleiner (Verdichterteil) werdender Stärke eingesetzt werden. Auch eine gestufte oder kontinuierliche Veränderung des Durchmessers der Stufenscheiben ist eine Möglichkeit für die Änderung des Volumens der Schneckenumgänge bzw. des in ihnen befindlichen Kammervolumens. Dabei hat die kontinuierliche Veränderung des Außendurchmessers der Stufenscheiben den Vorteil, daß man das Gehäuse glatt konisch ausführen kann, was die Bearbeitung erleichtert. Die gestufte Veränderung des Stufenscheiben-Durchmessers erlaubt einfachere Stufenscheiben-Konturen, weil die Abschrägung am Stufenscheibenumfang entfällt. Außerdem erhöht eine gestufte Ausführung am Außenumfang der Rotoren und dementsprechend der Bohrung des Gehäuses die Dichtwirkung.
  • Gehäuse sowie Rotoren werden bevorzugt aus gehärtetem Stahl, Hartmetall, Keramik oder anderem hochwarmfesten Material hergestellt. Dabei kann das Gehäuse ebenso wie die Rotoren aus Scheiben, also lamelliert aufgebaut sein, was ebenfalls eine fertigungstechnische Vereinfachung gegenüber dem Arbeiten aus dem vollen bedeuten kann, je nach Material.
  • Die äußeren Ecken an den Enden der Eingriffssegmente können derart abgerundet sein, daß sich das Eingriffssegment über einen Winkel von maximal 1800 erstreckt, wobei die Scheitelpunkte der beiden begrenzenden konkaven Epizykloid-Endabschnitte in einem Winkelbereich von größer als 180" bis maximal 1900 im Bereich des Eingriffsegmentes zueinander liegen. Auf diese Weise werden bruchanfällige Spitzen vermieden.
  • Bevorzugt ist es ferner, die Stufenscheiben in einen gegenseitigen Axialabstand von 0,01 bis 2 mm auf der Welle anzu- bringen, insbesondere durch das Zwischenlegen von Distanzscheiben, die sich vorzugsweise über die gesamte Überdeckungsfläche zweier auf demselben Rotor benachbarter Stufenscheiben erstrecken sollen, damit die Rotoren leichtgängiger gedreht werden können, ohne daß jedoch Undichtigkeiten entstehen. Gleichzeitig wird der Verschleiß vermindert, weil die Rotoren fast berührungsfrei laufen. Wenn sich die Distanzscheiben über die gesamte Überdeckungsfläche benachbarter Stufenscheiben erstrecken, wird ihre gegenseitige Abstützung verbessert und dadurch die Bruchgefahr an den Stufenscheiben vermindert. Die Fixierung der um einen Verdrehwinkel gegeneinander versetzten Stufenscheiben kann vorteilhafterweise durch Zylinderstifte erfolgen, deren Querschnitte auf dem kleineren Umfangskreis der Stufenscheibe liegen. Dadurch sind im montierten Zustand die Zylinderstifte mindestens zum Teil durch die jeweils benachbarte Stufenscheibe abgedeckt und können sich nicht unbeabsichtigt lösen. Anfangs- und Endscheiben eines jeden Rotors dienen dann z.B. als Mitnehmerscheiben für die übrigen und können mit Querstiften, Wellenkeilen oder anderen Konstruktionselementen auf der Welle befestigt werden.
  • Die Stufenscheiben können auch aus in Achsrichtung geschichteten Lamellenscheiben bestehen, wobei die auf einem Rotor benachbarten aus unterschiedlichen Materialien sein können. Hierdurch wird eine sinnvolle Werkstoffpaarung ermöglicht, um optimale Verschleißbeständigkeit und Dichheit über lange Zeit zu gewährleisten.
  • Auch können die Lamellenscheiben einer Stufenscheibe um einen geringen Betrag gegeneinander verdreht sein, damit gestuft schraubenförmig abgeschrägte Endabschnitte der Eingriffssegmente gebildet werden. Hierdurch werden innere Strömungswiderstände reduziert.
  • Zur Erhöhung der Dichtigkeit und Verminderung des Verschleißes können die Eingriffssegmente mit einer oder mehreren Umfangsnuten versehen sein, die mit abriebfestem Material ausgefüllt sind. Alternativ ist es auch möglich, in die Umfangsnuten an den Eingriffssegmentenradial bewegliche Dichtelemente, wie Scheibensegmente, einzusetzen.
  • Wenn die Epizylkoid-Endabschnitte an den Stufenscheiben gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schraubenförmig abgeschrägt zur Wellen- bzw. Rotorachse stehen, wobei der Schrägungswinkel zur Stufenscheibenmitte hin kleiner wird, wird das Kämmen der Rotoren -rleichert und der innere Strömungswiderstand wird weiter herabgesetzt, außerdem wird die Kantenfestigkeit an den Eingriffsstellen erhöht.
  • Für den Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine bieten sich sowohl Eigen- als auch Fremdzündung, Ansaugung eines Brennstoff-Luftgemisches oder Ansaugung verdichteter Luft und Einspritzung von Brennstoff in die Brennkammer an. Durch Anordnung von in einer Querschnittsebene ringförmig den Rotor voll umschließende Rillen in einer zur Rotorachse senkrechten Ebene können Brennkammern gebildet werden, die ein kontinuierliches Zünden bzw. dauerndes Brennen erlauben, weil in diese Kammer ohne Behinderung durch vorbeistreifende Rotorsegmente beliebig oft oder dauernd Brennstoff eingespritzt werden kann.
  • Wird die Brennkraftmaschine nicht mit Dauerzündung sondern mit gesteuerter Zündung betrieben, so ist die Zündfolge während des Betriebs der Brennkraftmaschine in weiten Bereichen beliebig veränderbar. Die höchste Zündfolge pro Rotor ergibt sich mit einer Zündung pro einer Rotorumdrehung. Da es auch möglich ist, die Zündung abwechselnd in den Brennkammern einzurichten, können sich alle halben Rotorumdrehungen Zündungen ergeben, die mal in der einen Rotorbrennkammer und dann in der anderen, gegenüberliegenden Rotorbrennkammer erfolgen. Damit können sich zwei Arbeitstakte pro eine Rotorumdrehung ergeben, zwei Rotoren pro Motor vorausgesetzt. Diese Variabilität in der Einstellung der Zündfolge ermöglicht eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Belastungszustände. In den "Leerhüben", bedingt durch entsprechend lange Zündaussetzungen, können die Kammern durch hindurchströmende Luft gekühlt werden. Daher bietet sich die Brennstoffeinspritzung an, damit kein Brennstoff während der "Leerhübe" verloren geht.
  • Eine zusätzliche Kühlung der Rotoren kann dadurch erfolgen, daß Kühlmittel durch die hohle Rotorwelle geschickt wird. Auch das Gehäuse kann gekühlt sein, indem zum Beispiel Kühlmittel durch im Gehäuse vorgesehene Kanäle hindurchgeleitet wird.
  • Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sei noch erwähnt, daß sie aus nur sehr wenigen unterschiedlich geformten Teilen besteht, so daß eine Serienfertigung auch in kleineren Betrieben ohne Schwierigkeiten möglich ist. Bei lamelliertem Aufbau der Rotoren und des Gehäuses genügen zwei (Stanz-)Werkzeuge, eines zur Herstellung der Gehäuselamellen und das andere zur Herstellung der Stufenscheiben oder ein CNC-gesteuertes Bearbeitungszentrum. Dazu werden dann nur noch die Rotorwellen, Rotorwellenlager und Verbindungsmittel (Schrauben, Stifte) benötigt.
  • Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • Es zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine mit Verdichter, Brennkammern und Expansionsteil in einer Ausführung und Fig. 2 in der gleichen Ausführung jedoch mit Stufenscheiben, Fig. 3 die Abwicklungen der Rotoren gemäß Fig. 2, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Brennkraftmaschine mit Verdichterteil, Brennkammern und Expansionsteil im Längsschnitt, Fig. 5 die gleiche Ausführung wie Fig. 4 jedoch die Rotoren mit Stufenscheiben besetzt, Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch einen separaten Verdichter und Fig. 7 der Längsschnitt durch eine separate Brennkraftmaschine, die nur Brennkammer und Expansionsräume enthält, Fig. 8 den Querschnitt A-B aus Fig. 1 Fig. 9 eine einzelne Stufenscheibe in Ansicht, Fig. 10 die Ansicht einer anders geformten Stufenscheibe, Fig. 11 zeigt die miteinander kämmenden Eingriffssegmente in minimaler Überdeckung bzw. Abstufung und Fig. 12 die auf einem Rotor in maximal zulässiger Weise gegeneinander verdrehten bzw. versetzten Stufenscheiben.
  • Bei der nachfolgenden Erläuterung wird zunächst auf die Ausführung gemäß Fig. 1 Bezug genommen, wobei gleiche Teile in den verschiedenen Abbildungen mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
  • Die Brennkraftmaschine besteht aus dem Gehäuse 1 , das auch aus mehreren Teilen bestehen oder aus axial geschichteten Lamellen zusammengesetzt sein kann. An den Enden wird das Gehäuse 1 durch Lagerdeckel 2 abgeschlossen, in denen die Rotoren 3, 3' gelagert sind. Die Bohrungen im Gehäuse 1 sind so ausgeführt, daß die Rotoren 3, 3' eng von dem Gehäuse 1 umschlossen werden. Eine minimale Spaltbildung zwischen Rotoren 3, 3' und Gehäuse 1 ist unschädlich. Infolge der Drehung der Rotoren 3, 3' im Gehäuse 1 wird in dem zwischen ihnen gebildeten Spalt ein Luftpolster mit starker Verwirbelung erzeugt,das für ausreichende Abdichtung sorgt. Die Verwirbelung ist um so größer, je größer die Umdrehungszahl ist und je größer die evtl. sogar künstlich erzeugte Oberflächeninhomogenität bzw.
  • Oberflächenrauhigkeit.
  • In den Rotoren 3, 3' sind Schneckengänge 4, 4' gebildet, deren Steigung im Verdichterteil 5 abnimmt, im Bereich der Brennkammern 6, 6' etwa gleich bleibt und im Expansionsteil 7 zunimmt, wie am besten aus der Abwicklung in Fig. 3 erkennbar ist. Die Seitenwände 8 der Schneckengänge 4, 4' sind wendeltreppenförmig abgestuft.
  • Die miteinander kämmenden Zahnräder 9, 10 auf den Wellen der Rotoren 3, 3' sorgen für den synchronen Gleichlauf der Rotoren 3, 3'. Der Wellenstumpf 11 an dem einen Rotor 3' bildet den Abtrieb der Brennkraftmaschine.
  • Der Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine geschieht folgendermaßen: Durch Schlitze oder Öffnungen am Verdichterteil 5 wird Luft mitgenommen und bei Drehung der Rotoren 3, 3' - zunächst mit Hilfe eines Anlassermotors - in den sich verkleinernden Verdichtungskammern in Strömungsrichtung der Luft in der Zeichnung nach links komprimiert. Die komprimierte Luft gelangt dann infolge der Weiterdrehung der Rotoren 3, 3' in die Brennkammern 6, 6', in die Brennstoff durch Düsen eingespritzt und durch die Zündelektroden 12 zur Zündung gebracht wird. Dadurch daß die Eingriffssegmente 3a auf den Rotoren 3, 3' miteinander kämmen, kann sich eine Expansion der Verbrennungsgase in rückwärtiger Richtung zum Lufteintritt hin nicht auswirken.
  • Vielmehr wird sich der Druck bei Explosion der Verbrennungsgase in den Brennkammern 6, 6' auf die schmalen Seitenflächen an den Seitenflächen 8 der Schneckengänge in den Rotoren 3, 3' auswirken, eine Drehung der Rotoren 3, 3' hervorrufen und damit den Weg in die Expansionskammer im Expansionsteil 7 finden, die bei weiterer Drehung der Rotoren 3, 3' in der Zeichnung nach links wandern und dabei an Volumen zunehmen, wobei die Verbrennungsgase ihre thermische Energie voll abgeben können, die mit hohem Wirkungsgrad in eine Drehung der Rotoren 3, 3' umgesetzt wird.
  • Über Schlitze oder Bohrungen im Gehäuse 1 können die verbrannten Abgase dann aus der Brennkraftmaschine austreten.
  • Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 sind die Rotoren aus dem vollen gearbeitet, während bei der Ausführung gemäß Fig. 2, die im übrigen mit der der Fig. 1 im Aufbau übereinstimmt, mit Stufenscheiben 14 besetzte Rotoren vorgesehen sind. Die Ausführung mit Stufenscheiben gemäß Fig. 2 hat den Vorteil, daß gleich ausgebildete Stufenscheiben mit einem einzigen Werkzeug hergestellt werden können, die dann nur unter Verdrehung gegeneinander auf einer Welle aufgereiht und auf der Welle gegen Drehung gesichert befestigt sind. Die Stufenscheiben können in Axialrichtung miteinander verspannt oder über Zylinderstifte untereinander verbunden werden.
  • Die Ausführung gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 nur in den glatt konischen Abschnitten 1' im Gehäuse 1 der Brennkraftmaschine. In diesem Bereich sind die Eingriffssegmente 3a am Außenumfang entsprechend der Konizität der Abschnitte 1 des Gehäuses 1 abgeschrägt.
  • Diese Gehäuseabschrägung unterstützt die Verminderung des Kammervolumens im Verdichterteil 5 bzw. die Vergrößerung des Kammervolumens im Expansionsteil 7.
  • Die Fig. 5 entspricht der gemäß Fig. 4 mit der Ausnahme, daß die Rotoren 3, 3' wieder mit Stufenscheiben 14 besetzt sind.
  • Die Fig. 6 und 7 zeigen den Verdichter und die Brennkraftmaschine in getrennten Baugruppen. Beide Baugruppen können separat betrieben werden. Der Verdichter kann aber auch über Getriebe mit der Brennkraftmaschine zur drehenden Mitnahme gekuppelt sein. Ein Teil der von der Brennkraftmaschine erzeugten Drehenergie wird dabei für den Antrieb des Verdichters genutzt. Die getrennte Bauausführung des Verdichters von der Brennkraftmaschine hat den Vorteil, daß beide mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden können. Das bietet die Möglichkeit, die Drehzahl beider Aggregate während des Betriebs unterschiedlich einzustellen. So kann es bei einer Leistungssteigerung von Vorteil sein, die Drehzahl des Verdichters gegenüber der der Brennkraftmaschine voreilen zu lassen. Auch bietet sich hier die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine mit komprimierter Luft aus einer anderen Quelle zu versorgen.
  • Außerdem ergibt sich eine höhere Flexibilität bei der Bemessung der baulichen Abmessungen der beiden Aggregate.
  • So kann insbesondere der Verdichter größer ausgelegt werden als die Brennkraftmaschine.
  • Im Querschnitt der Fig. 8 sind die Eingriffssegmente 3a in einer Stellung zu erkennen, in der die Epizykloid-Endabschnitte 13 in Eingriff gelangen und sich bei Weiterdrehung der Rotoren 3,3' aufeinander abwälzen.
  • Fig. 9 zeigt ein sich über 180" erstreckendes Eingriffssegment 3a mit dem LückenwinkelG, der gemäß Fig. 12 die maximal mögliche Verdrehung zweier auf einem Rotor benachbarter Eingriffssegmente 3a mit 180 - 26 bestimmt.
  • Die mindestens notwendige Verdrehung benachbarter Eingriffssegmente eines Rotors wird gemäß Fig. 11 durch den Winkel g festgelegt. Fig. 11 verdeutlicht, daß bei einer Verdrehung aufeinanderfolgender Eingriffssegmente 3a auf einem Rotor um den Winkel g gerade kein "Blasloch" offen bleibt. Der einzustellende Drehwinkel wird daher zwischen g und 1800 - 2s liegen müssen.
  • Fig. 10 zeigt eine modifizierte Ausführung des Eingriffssegments mit abgerundeten Außenkanten. Die Scheitelpunkte der beiden begrenzenden Epizykloidenabschnitte bzw.
  • Epizykloid-Endabschnitte 13 liegen dabei in einem Winkelbereich von 1800 bis 1900 im Bereich des Eingriffssegments 3a.
  • - Leeseite -

Claims (22)

  1. Patentansprüche U Brennkraftmaschine, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei oder mehrere achsparallele gegenläufig miteinander kämmende Rotoren (3, 3' ) , die von einem Gehäuse (18 eng umschlossen sind und die mit dem Gehäuse (1) mindestens eine von einem Verdichter (5) mit komprimierter Luft oder einem Brennstoff-Luftgemisch beschickte Brennkammer (6, 6') und von dieser ausgehende stufenweise sich erweiternde gegeneinander abgeschlossene und bei Drehung der Rotoren (3, 3') von der Zündstelle in axialer Richtung wegwandernde Expansionsräume (7) bilden, wobei die Seitenwände (8) der mit ansteigender Ganghöhe ausgeführten Schneckengänge (4) wendeltreppenförmig ausgebildet sind und die Rotoren (3, 3') in jeder gemeinsamen Querschnittsebene gleiche Querschnitte besitzen mit jeweils einem sich über 180 erstreckenden Eingriffssegment (3a) das konkave Epizykloid-Endabschnitte (13) aufweist, von denen aufeinanderfolgende jedes Rotors (3, 3') soweit gegeneinander versetzt sind, daß keine Überdeckungslucke auftritt.
  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verdichter (5) Rotoren (3, 3') besitzt, die in gleicher Weise wie die der Brennkraftmaschine ausgeführt sind nur mit stufenweise abnehmender Steigung und Kammervolumen.
  3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2 , d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Rotor (3, 3') des Verdichters (5) mit einem Rotor (3, 3') der Brennkraftmaschine ein Bauteil bildet.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rotoren (3, 3') aus auf einer Welle in axialer Richtung aufgereihten und darauf befestigten Stufenscheiben (14) bestehen, die um einen zwischen dem minimalen Überdeckungswinkel r und dem maximal möglichen Überdeckungswinkel 1800 - 2 6 liegenden Winkel gegeneinander verdreht sind.
  5. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stufenscheiben (14) im Verdichter (5) abnehmende und im Expansionsteil (7) der Brennkraftmaschine zunehmende Stärke haben, jeweils in Strömungsrichtung gesehen.
  6. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bohrung im Gehäuse (1) wenigstens abschnittsweise konisch ist und die Eingriffssegmente (3a) der in diesem konischen Gehäuseabschnitt (l') ) angeordneten Stufenscheiben (14) eine dementsprechend abgeschrägte Außenumfangsfläche aufweisen.
  7. 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dcß die Bohrung im Gehäuse (1) wenigstens abschnittsweise in einen kleineren Durchmesser übergeht und die Eingriffssegmente (3a) dementsprechend verkleinerte Außendurchmesser aufweisen.
  8. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse (1) aus gehärtetem Stahl, Hartmetall, Keramik oder anderem hochwarmfesten Material besteht.
  9. 9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche l bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rotoren (3, 3') aus gehärtetem Stahl, Hartmetall, Keramik oder aus einem anderen hochwarmfesten Material bestehen.
  10. 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stufenscheiben (14) aus gehärtetem Stahl, Hartmetall, Keramik oder einem anderen hochwarmfesten Material bestehen.
  11. 11 . Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis lO, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß die Scheitelpunkte der beiden begrenzenden Epizykloiden an den Endabschnitten (13) in einem Winkelbereich von größer als 1800 bis maximal 190" im Bereich des Eingriffsegmentes (3a) zueinanderliegen und daß die äußeren Ecken des Eingriffsegments (3a) derart abgerundet sind, daß sich das Eingriffssegment (3a) über einen Winkel von maximal 1800 erstreckt.
  12. 1 2. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stufenscheiben (14)in einem gegenseitigen Axialabstand von 0,01 bis 2 mm auf einer Welle aufgereiht sind.
  13. 13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß benachbarte Stufenscheiben (14) eines Rotors (3, 3') durch zwischen sie gelegte Distanzscheiben auf Abstand zueinander gebracht sind.
  14. 14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Distanzscheiben über die gesamte Überdeckungsfläche zweier auf demselben Rotor (3, 3') benachbarter Stufenscheiben (14) erstrecken.
  15. 15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fixierung der um einen Verdrehwinkel gegeneinander versetzten Stufenscheiben (14) durch Zylinderstifte erfolgt, deren Querschnitte auf dem kleineren Umfangskreis der Stufenscheibe (14) liegen.
  16. 16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jede Stufenscheibe (14) aus in Achsrichtung geschichteten Lamellenscheiben besteht.
  17. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf einem Rotor (3, 3') benachbarte Lamellenscheiben aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
  18. 18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , faß die Lamellenscheiben um einen geringen Betrag gegeneinander verdreht sind, damit gestuft schraubenförmig abgeschrägte Endabschnitte (13) der Eingriffssegmente (3a) gebildet werden.
  19. 19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eingriffssegmente (3a) mit einer oder mehrere Umfangsnuten versehen sind, die mit abriebfestem Material ausgefüllt sind.
  20. 20. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis i8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eingriffssegmente (3a) mit Umfangsnuten versehen sind, in die radial bewegliche Dichtelemente, wie Scheibensegmente, eingesetzt sind.
  21. 21. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Epizykloid-Endabschnitte (13) der Eingriffssegmente (3a) in einem zur Mitte der Stufenscheibe (14) kleiner werdenden Winkel zur Achsrichtung abgeschragt sind.
  22. 22. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Bereich der Brennkammern den Rotor ringförmig in einer Ebene voll umschließende Rillen in den Rotoren angeordnet sind.
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