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Verbrennungskrnftmuschine, Druckgasmotor oder Kompressor
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in Form eines Kolbenmotors.
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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, Druckgasmotor
oder Kompressor in Form eines Kolbenmotors.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationsmotor zu
schaffen, der aus der investierten Energie mehr Kraft liefert, als alle bekannten
Verbrennungsmotoren und dessen Unwuchten wesentlich geringer sind als eta die jenigen
der cxistierenden Drehkolbenmotoren, weil die Kolben auf einer zentrischen Arbeitswelle
befestigt bzw. gelagert sind und die gesamte mechanik bei konventionellen Ventiltriebwerken
entfällt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch rotierende Scheren-Zylinderkolben
die in einem hohlzylindrischen Arbeitsraum angcordnet sind, somit die Kobenbodenflächen
verdoppeln und die auf ihrem Umfang zwei oder mehr segmentförmige KöpFe tragen,
die jeweils den benachbarten Kolben dichtend übergreifen und zueinander drehverschiebbar
sind und paarweise miteinander Gas-Kammern bilden, wobei jeweils ein Kolben fest
auf der Arbeitswelle und der mit diesem zusammenwirkenden Pendelkolben fest auf
einer hohlen Pendelwelle sitzt, die die Arbeitswelle umschließt und über ein periodisch
bewegtes Druckrichter-
Scheren-Rotationsgetriebe sowie eine dieses
tragende fest auf der Arbeitswelle (1) sitzende Tragscheibe (3) mit der Arbeitswelle
verbunden ist.
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Da die Kolbenköpfe nur einen Bruchteil der tasse der beiden umlaufenden
Kolbenkörper darstellen und die tasse des Druckrichter-Rotationsgetriebes im Verhältnis
zur Kolbenmasse ebenfalls gering ist, ist die Arbeitswelle nur noch mit sehr geringen
Unwuchten belastet. Durch das Druckrichter-Rotationsgetriebe wird erreicht, daß
sich die Köpfe des Arbeitskolben und des Pendelkolben periodisch nähern und entfernen,
wobei jedoch der Pendelkolben stets in Drehrichtung der Arbeitswelle umläuft. Lediglich
die Kelativbewegung zwischen dem Pendelkolben und dem Arbeitskolben wird durch das
erwähnte Druckrichter-Rotationsgetriebe periodisch verändert.
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Da sich die Kolbenköpfe im Verlauf der Arbeitstakte und auch die mit
der Tragscheibe des Druckrichter-Rotationsgetriebes verbundenen Getriebehebel periodisch
nach Art einer Schere aufeinander zu, bzw. voneinander fort bewegen, wird im folgenden
der erfindungsgemäße rotor als Rotations-Scherenolbenmotor und das zugehörige Druckrichter-Rotationsgetriebe
als Druckrichter-Scheren-Rotationsgetriebe bezeichnet.
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Um zu erreichen, daß zwischen den paarweise zusammenwirkenden Köpfen
der beiden Kolben in der am weitesten genäherten Stellung Verbrennungskammern mit
vorgegebenem Volumen ge-
bildet werden, weisen in Ausgestaltung
der Erfindung die jeweils paarweise zusammenwirkenden Kolbenköpfe auf den einander
zugewandten Seiten halbzylindrische Vertiefungen aufc Nehmen also die einander zugewandten
Seiten der Kolbetiöpfe die getriebemässig vorgegebene weitestgehende Endstellung
ein, so werden zwischen den einander gegenüber liegenden Seiten dieser Köpfe angenäherte
zylindrische Flolulräume gebildet, in denen sich das komprimierte Brennstoff-Luftgemisch
befindet. och der dann erfolgenden Zündung wird der Arbeitshub ausgeführt, wobei
der Pendelkolben in die der Drehrichtung der Arbeitswelle entgegengesetzte Richtung
und der Arbeitskolben in Drehrichtung der Arbeitswelle beaufschlagt wird. Diese
gegenläufige Bewegung des Pendelkolbens wird erfindungsgemäß durch ein Druckrichter-Scheren-Rotationsgetriebe
in effektive Arbeitsleistung umgerichtet, ohne Belastung auf den Gesamtmechanismus
auszuüben. Dieses Druckrichter-Scheren-X2otstionsgetriebe besteht aus folgenden
Elementen: Einem mit der Pendelwelle fest verbundenen Pendelarm, der an ein roticrendes
Pleuel angelenkt ist, das mit seinem anderen Ende über einen Pleuelbolzen mit zwei
Scherenarmen verbunden ist, deren einer exzentrisch an eine fest auf der Arbeitswelle
sitzende Tragscheibe angelenkt ist und deren anderer liber eine exzentrisch in der
Tragscheibe gelagerte und durch ein Steuer- und Vorschubrad, das mit einem fest-
stehenden
Zahnkranz kämmt, gedrehte Exzenterscheibe im Arbeitstakt auf den ersten Scherenarm
zu - bzw. von demselben fortgeschwonkt wird, wodurch das beiden Scherenarmen gemeinsame
Gelenk, das der Pleuelbolzen bildet und an das das Pleuel angreift, während einer
vollen Umdrehung der Arbeitswelle zweimal die Relativdrehung zur Tragscheibe wechselt.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen
angegeben.
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Das fest auf der Arbeitswelle sitzende Trägerrad wird über das Druckrichter-Rotationsgetriebe
zu 5U' von dem Pendelkolben angetrieben, sowie zu 5crÓ vom Arbeitskolben und ist
zweckmäßig als Schwungrad ausgebildet. Illit diesem wird die Auswuchtung der fliegenden
passen durchgeführt.
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Der erfindungsgemäße Rotationskolbenmotor arbeitet in mehrfacher Hinsicht
besonders vorteilhuft: Dic rotierenden Kolben werden tangential von dem Verbrennungsdruck
beaufschlagt, und zwar mit größtmöglichem Radius, also Hebelarm. Auch bei niedrigen
Drehzahlen läuft der Motor ruckfrei, weil die Drehbewegung der Kolben niemals unterbrochen
wird. Insofern sind die Kolbenpaare mit dem Rotor eines Elektromotor oder einer
Turbine zu vergleichen. Der die Pendelkolben tragende Rotor (Pendelwelle)wird lediglich
durch den Verbrennungsdruck,
während er nach wie vor in der gleichen
Richtung weiterläu ft, um einen durch die Konstruktion vorgebbaren Winkel zurbckgeschleudert
und Ubertrdgt seine reine Tangentialkraft Uber das Druckrichter-Scheren-Rotationsgetriebe
auf das mit der Arbeitswelle umlaufende Trägerrad, das auf diese leise ständia Drehimpulse
erhält, die in Richtung der niemals unterbrochenen Drehung der Arbeitswelle wirken
und das Schwungmoment der drehenden lassen nur in der Größe, nicht jedoch in der
Richtung verdndern. Bei abgeschalieter Zündung oder Unterbrechung der Kraftstoffzu
fuhr wirken die Pendelkolben in der Kompressionsphase impulsweise verzögernd.
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Auf jeden Fall hat der erfindungsgemäße Rotationskolbenmotor eine
Laufruhe, wie sie bisher nur durch eine Turbine erzielt werden konnte.
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Auch hinsichtlich der Kompressionshöhe gibt es keine Beschränkungen,
so daß bei Vorhandensein klopf festen Brennstoffes kleine Motoren mit hoher Leistung
gebaut werden können. mithin eignet sich der erfindungsgemäße Motor auch ausgezeichnet
für den Betrieb in Dieselverfahren.
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Dank der doppelten Energie-Ausbeute ist dieser rotor speziell für
Schiffs- oder Kraftwerksmotoren geeignet, und können Hohlen zur Vergasung verwendet
werden und die Abfallwärme im Druckgasverfahren mit dem Scherenkolbenmotor bis ins
Letzte ausgewertet werden. Die durch dieses Sys-
tem eingesparten
BrennstofFkosten werden astronomich Summen erreichen.
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Die oszillierende Drehbewegungen ausführenden Elemente des Scheren-Rotationsgetriebes
können dünnwandig und damit leicht ausgebildet werden, weil sie nur in Richtung
ihres größten Widerstandsmoments gegen Biegung beauFscJilagt und mithin wegen ihrer
geringen Masse durch die Pulsationen des Drehmoments des Motors nur in geringem
plane belastet werden.
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Die Schwungmomente der kontinuierlich an der Drehung der Antriebswelle
in der Arbeitsrichtung teilnehmenden Teile sind jederzeit wesentlich höher als die
entgegengerichteten Verzögerungsmomente, so daß ein schddlicher Lastwechsel in den
Getriebelagern mit Sicherheit nicht auftritt. Die zu erwartende Lebensdauer des
erfindungsgemäßen Potationsmotors liegt deshalb erheblich über der jenigen herkömmlicher
Motoren.
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Ein Verschleiß der Kolbenkopfflöchen ist kaum zu erwarten, da die
Dicht-Elemente in Form von Plattenpoketen austauschbar gegen die Kolben-Köpfe geschraubt
werden und sogar in der kalten Zone befestigt werden können. Diese Plattenpakete
bergen ion ihrer Mittelschicht 4 flexible Lamellen, die mittels Druckringen nach
allen Seiten auseinondergedrückt werden und deren Enden verklinkt mit der r4achbar-Lamelle,
ähnlich dem Kolbenring, verkettet sin d.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung
dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den schematisch
dargestellten Längsschnitt durch einen erfindungsgemößen Motor mit zwei Kolbenkopf-Paaren,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Motor gem. Fig. 1 längs der Schnittlinie I -
II, Fig. 3 Seitenansichten der Kolbenkopfpaare in drei verschiedenen Betriebsstellungen
bei abgenommenem Zylinderdeckel, Fi3 die Ansicht der die Ein- und Auslaßöffnungen
und die IV Zundkerzenfassung enthaltenden Zylinderdeckelwand und Fig.4 den Längsschnitt
durch einen Teil des Motors mit Gas-Steuer-Organ als Vorsatzteil zur Steuerung des
Gas-Vordruckes.
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Gemäß Fig. 1 ist das Motorgehäuse A durch die Zylinderwand C verschlossen,
an die sich der Zylinder D schließt, der letztlich durch den Zylinderdeckel E verschlossen
ist.
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Die Arbeitswelle 1 des erfindungsgemäßen Motors ist sowohl auf der
Ausgangsseite als auch auf der Eingangsseite des Motors in Kugellagern 18 und 18a
gelagert und der Durchtritt der Arbeitswelle 1 durch Dichtungsscheiben 0 gegen die
Atmosphäre abgedichtet.
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Auf der Arbeitswelle 1 sitzt, drehmomentsicher verbunden mit derselben,
der Scherenkolben 14, während über die Arbeitswelle 1 die Pendelwelle 2 lose geschoben
ist, die den Scheren-Penelkolben 13 lagert.
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Cie Ausbildung der beiden Kolben 13 und 14 ist deutlicller in Fig.
3 dargestellt. Der Scherenkolben 14 hat danach zwei Köpfe 1b und 2b, während der
Scheren-Pendelkolben 13 zwei Köpfe la und 2a trägt. Der Kopf 1b des otationskolbcns
14 arbeitet mit dem Kopf la des Pendelkolbens 13 zusaninimen. Entsprechend arbeitet
der Kopf 2b mit dem Kopf 2a des Pendelkolbens 13 zusammen. AuF ihren einander zugewandten
Seiten sind die Köpfe holbzylindrisch ausgchöhlt, und zwar in korrcspondierender
Lage, so daß dann, wenn der KopF 2a unmittelbar an dem zugeordneten 2b und der KopF
1a unmittelbar an dem zugeordneten Kopf 1b liegt, zwischen beiden Köpfen eine nahezu
zylindriscIie Kammer gebildet wird. Diese zylindrische Kammer ist der Arbeitsraum
des erfindungsgemößen tlotors. Nehmen die Köpfe 1a und 1b sowie 2a und 2b die in
Fig. 3 I dargestellte Lage ein, so ist im ersten Fall der
Zustand
der höchsten Kompression des erfindungsgemäßen Motors eingetreten und im zweiten
Fall sind gerade die Verbrennungsgase ausgestoßen worden.
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Fig. II zeigt die andere Extremstellung der Kolbenköpfe 1a und 1b
sowie 2a und 2b zueinander. Es sind dies die Zustände nach der Expansion bzw. nach
Beendigung des Ansaugens. Flierzu sei angemerkt, daß die Kolbenköpfe Ib und 2b,
die fest mit dem gleichmäßig rotierenden Arbeitskolben 14 verbunden sind, ständig
umlaufen, während die Köpfe la und 2a deren zugehöriger Kolben 13 auf der Pendelwelle
2 sitzt, zwar auch ständig umlaufen, jedoch eine Relativbewegung zu den Köpfen lb
und 2b in der Weise durch fUhren, daß sie gesteuert durch dos noch zu beschreibende
Druckrichter-Scheren-Rotationsgetriebe, nach der Zündung durch den Verbrennungsdruck
entgegengesetzt der Arbeits-Drehrichtung zurückgeworfen werden und im selben Zeitabschnitt
auf der Gegenseite neue Gase ansaugen, oder aber, ebenfalls gesteuert durch das
Scheren-Rotationsgetriebe, die Verbrennungsgase auge.
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stoßen sowie auf der Gegenseite neue Gase kompremiert haben.
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Im einschluß an die Position der Köpfe laulb sowie 2a und und 2 gemäß
Fig. 3 werden diese I<opfpaare gemäß Fig. III durch das noch im einzelnen zu
beschreibende Druckrichter-Scheren-Rotationsgetriebe wieder aufeinanderzubewegt,
bis hierin 45° IJinkelweg, bis sie die Stellung gemäß Fig. 3 I
eingenommen
haben.
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Fig. 3 IV zeigt die Lage der in dem gegenüberliegenden Zylinderdeckel
vorgesehenen t.uspufföffnungen 16 und la die Eingangsöffnung sowie der ZUndkerzenfassung
17.
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Zurückkehrend zu den Fig. 1 und 2 sei jetzt das Arbeitsspiel der beiden
Kolbenpaare 1« und ib sowie 2a und 2b näher erläutert.
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Der Scheren-Potationskolben 14 läuft, wie bereits erwähnt, ständig
zusammen mit der Arbeitswelle 1 um.
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Der Scheren-Pendelkolben 13 dagegen, der auf der Pendelwelle 2 sitzt,
die gegenüber der Arbeitswelle 1 frei drehbar ist, ist Uber der Pendelwelle 2 fest
mit dem Pendelarm 2c verbunden, der entsprechend den Pendelungen des Pendelkolbens
13 oszilierende Bewegungen ausfUhrt. In dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel mit
zwei Kolben-Köpfen 1a,2a und 1b,2b erstrecken sich die Pcndelungen des Pendelarms
2c Uber 900. Wurden mehrere Kopfpaare vorgesehen werden, so betrüge der Pendelwinkel
des Pendelarms entsprechende Bruchteile eines rechten lSinkels.
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Der Pendelarm 2c ist mittels des Pendelarmbolzens 12 mit dem Pleuelbolzen
10 gelenkig verbunden, der seinerseits gelenkig mit dem Verbindungspleuel 9 den
beiden Scherenarmen 7 und 8
in Verbindung steht. Von diesen beiden
Scherenarmen 7 und 8 ist der Scherenarm U an den Scherentrögerbolzen 11 angelenkt,
während der Scherenarm 7 exzentrisch an die Exzentersclleibc 6 gelenkt ist, die
ihrerseits exzentrisch an dem Trägerrad 3 gelagert ist, wobei ihre Drehwelle durch
das Trägerrad 3 hindurchge fUhrt und auf der anderen Seite des Trägerrades mit einem
ritzel 5 fest verbunden ist, das seinerseits mit dem Trägerrad 3 um den verankerten
Zahnkranz 4 kunnmt.
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Leber dicsen Zahnkranz 4 des Trägerrades 3 wird dann, wenn die zwischen
den Kolbenpaaren 1a und 1b gebildete Brennkammer gezündet ist, sowie zwischen 2a
und 2b neues Gas oder Luft angesogen wurde , der tangentiale Arbeitsdruck auf das
Trägerrad und damit letztlich auf die Arbeitswelle 1 übertragen oder andererseits
dann, wenn die Expansion beendet ist und das Ausstoßen der verbrannten Restgase
sowie die erneute Kompression erforderlich sind, das vorhandene Schwungmoment des
Trägerrades 3 auf den Pendelkolben 13 übertragen. Diese l(raFtübertragung auf den
Pendelkolben 13 erfolgt über die an un das Trägerrad 3 greifenden beiden Scherenarme
7 und 8, deren einer bei 11 an das Trägerrad 3 angelenkt ist und deren anderer 7
mit seinem Frcien Ende exzentrisch an der ihrerseits exzentrisch auf dem Trägerrad
3 drehbar gelagerten Exzenterscheibe 6 angreift. Bei der Drehung der Trägerscheibe
3 wandert dcI beide Scherenarme verbindende Pleuelbolzen 10 auf einem begrenzten
KreisbogenstUck und schwenkt dabei das Plcuel 9, dessen Schwenkbewegung auf den
Pendelarm 2c über-
tragen wird. er Pendelarm 2c ist fest mit der
Pendelwelle 2 verbunden und seine Schwenkung hat mithin eine genau gleichgroße Schwenkung
des ebenfalls fest auf der Pendelwelle 2 sitzenden Pendelkolbens 13 zur Folge.
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Man ersieht, daß die Relativbewegung zwischen dem Pendelkolben 13
und dem Arbeitskolben 4 bewirkt wird, obwohl sämtliche Teile des Getriebes und schließlich
auch der Pendelkolben 13 ununterbrochen in einer Richtung drehen.
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Die notwendige Drehung der Exzenterscheibe 6 wird von dem Steuer-
und Vorschubzahnrad 5 abgeleitet, das mit einem feststehenden, beispielsweise mit
der llond des llotorgehäuses verbundenen Zahnkranz 4 kämmt.
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mittels der Trägerscheibe 3 der an dieser exzentrisch befestigten
und zvsötzlich um die eigene Lagerachse gedrehten Exzenterscheibe 6, den beiden
Scherenarmen 7 und ", des an deren Verbindungsgelenk angreifenden Pleuels 9 und
sc1iließlich des Pendelarms 2c werden die oszillierenden Drehbewegungen des Pendelkolbens
in eine Drehung der Trugerscheibe 3 umgerichtet, an die mithin der Pendelkolben
13 Kraft abgibt, bzw. von der er zweckes Kompression und Auspuff angetrieben wird.
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Bei einer Zweikopf-Kolbenmaschine gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung führt jeder Pendelkolben eine
Relativschwenkung zum
Arbeitskolben von 90° aus, dabei rotiert er jedoch, wie bereits erwähnt, ständig
in Arbeitsrichtung weiter.
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Gemäß Fig. 4 führt die an ihrem Ende als Hohlwelle ausgebildete Arbeitswelle
1 durch den Zylinderdeckel E und ist in dem Kugellager zea abgestUtzt. Das Brennstoff-Luftge
misch tritt durch Einlaß 25 und strömt, wie durch die einaezeichneten Pfeile 30
angedeutet, durch das hohle Ende der Arbeitswelle 1, das es im Zylinderraum durch
entsprechend DurchbrUciie dieses hohlen Wellenendes verläßt.
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Bei Nichtverwendung der Vordruck-Einrichtung erfolgt der Vergaser-
oder Luftanschluß direkt an die im Deckel E mit 16a angegebene Öffnung.
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Die Kühlwasserzu- und abfuhr erfolgt über die Anschlußstutzen 15 und
15a.
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Durch die Gossteuerscheibe 23 führen gemäß Fig 4a einmal der Einlaß
25 und zum anderen der Auslaß 26 welche mitteils Tunnel 29 miteinander verbunden
sind.
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In Fig. 4b ist sciiematisch der Zylinderdeckel E dargestellt, in dem
die Arbeitswelle i gelagert ist und vom Geliäusedeckel 24 des Gas-Stcuer-Orgon verdeckt
ist und durch den der Einlaß 25 sowie der Auslaß 26 in anderer räumlicher Zuordnung
führen.