DE3521593A1 - Stator-rotor-gruppe fuer eine drehkolbenartige maschine mit kompressions- und expansionskammern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stator-Rotor-Gruppe für eine Maschine mit Kompressions- und Expansionskammern, de­ ren Gasinhalte durch mindestens zwei um eine Achse kreis­ förmig umlaufende Kolbenpaare begrenzt werden, mit Ansaug- und Abgaskanälen in umlaufgerechter Zuordnung innerhalb eines zylindrischen Ringkanals zwischen zwei Gehäuseschalen für die Zufuhr von Frischgas und Abfuhr von Abgas, sowie zur Leitung von Kühlflüssigkeit, weiterhin Ein- und Auslaß­ öffnungen, die von den Kolbenpaaren selbst beim Umlauf ge­ schlossen bzw. geöffnet werden.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich laut dem Oberbegriff des 1. Anspruchs, der im vorbeschrie­ benen wiedergegeben ist, auf solche Maschinen, bei denen durch Kolbenanordnungen abwechselnd Luftvolumen verdich­ tet, anschließend ausgestoßen und dann wiederum das ein­ geschlossene Gasvolumen in der gleichen Kammer durch ent­ gegengesetzte Bewegung eines bzw. der zugehörigen Kolben(s) expandiert, bzw. Gasvolumen in die Kammern von außen ange­ saugt wird. Solche Maschinengruppen werden beispielsweise benötigt bei Kolbenkompressor-Stationen. Diese sind immer noch, wenn es sich um Schrauben-Kompressoren handelt, mit dem Nachteil von Dichtungsproblemen behaftet, Kolben-Kom­ pressoren dagegen haben den Nachteil höherer Herstellungs­ kosten, jedoch den Vorteil einer kleineren Leistungsauf­ nahme. Deswegen wendet sich jetzt die Praxis wieder mehr den Kolben-Kompressoren zu.

Ein anderes wichtiges Anwendungsgebiet des Erfin­ dungsgegenstandes liegt bei den Kolben-Verbrennungsmoto­ ren, die bei den bekannten Konstruktionen trotz eines ho­ hen Entwicklungsstandes immer noch Nachteile aufweisen, und zwar entweder wegen der hin und her zu bewegenden Tei­ le bei dem herkömmlichen Hubkolbenmotor oder wegen der schwierigen Herstellung und Dichtungsprobleme beim soge­ nannten Kreiskolbenmotor oder wegen des Kraftstoffver­ brauchs bei der Gasturbine. In der DE-OS 23 57 585 ist ein Rotationsmotor beschrieben, der einen Teil dieser Nachteile nicht mehr aufweist, aber immer noch entweder wegen der Ventile oder wegen der Dichtungsprobleme bzw. des erheblichen Verbrauchs nicht den Vorstellungen eines weitgehend mängelfreien Verbrennungsmotors entspricht. Der durch diese Druckschrift bekannte Rotationsmotor ist auf der Basis eines Rotors mit Zylinderköpfen, darin ent­ haltenen Zündkerzen und Brennstoff-Einspritzvorrichtungen und über Nockenwellen steuerbaren Ventilen ausgestattet. Zwischen den Zylinderköpfen und dem Stator sind in letzte­ rem Brennkammern gebildet; ferner ist ein als Turbokompres­ sor ausgebildeter Verdichter im Zuge des Ansaugkanals ent­ halten, der die angesaugte Luft verdichtet.

Sowohl die wesentlichen Konstruktionselemente als auch die wesentlichen Konstruktionsmerkmale stimmen bei beiden Anwendungen, den Kolben-Kompressoren und den Ver­ brennungsmotoren, genau überein. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß beim Kolben-Kompressor ein Gas, vor­ zugsweise Luft, über die Einlaßöffnung unter Aufwendung einer fremden Arbeitsleistung bzw. durch ein Motorenaggre­ gat angesaugt, komprimiert und über die Auslaßöffnung ab­ gegeben wird, während beim Kolben-Verbrennungsmotor eben­ falls Luft bzw. ein Gasgemisch angesaugt, komprimiert und dann durch Zündung des Gasgemischs unter Leistungsabgabe ausgestoßen wird. Auch konstruktive Teilprobleme, wie zB. betreffend Dichtungselemente, bereiten in übereinstim­ merder Weise oft erheblichen Aufwand oder sind mit Mängeln behaftet, außerdem werden bei vielen Konstruktionsarten Ventile mit den zugehörigen Steuerungselementen benötigt.

Wie schon erwähnt, benötigt der Verbrennungsmotor gemäß der bekannten Konstruktion noch Baugruppen, bei denen durch hin- und herbewegte Teile und deren Massen- Beschleunigungskräfte Energie, ferner weitere Verlust­ energie für die Steuerung von Ventilen verbraucht wird, und schließlich gewährleistet er gegenüber dem vorbe­ kannten Stand der Technik wegen der ungünstigen Zuord­ nung von Arbeitskammern und Brennkammern zum Rotor und Stator keine ausreichend rückstandfreie Verbrennung des Kraftstoffgemischs. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorbekannten Kolben­ system-Konstruktionen zu verbessern und auch die bei den zitierten Kolben-Kompressoren und den Kolben-Verbrennungs­ motoren noch benötigten Massen-Beschleunigungs-Energien und sonstige Verlustenergien für Steuerungszwecke zu ver­ meiden oder mindestens spürbar zu vermindern, so daß we­ der ein aufwendiger Massen-Ausgleich, wie er bei Kolben- und Kreiskolben-Motoren notwendig ist - ähnliches gilt für Kompressoren - und deswegen eine größere Laufruhe er­ reicht werden kann. Verbunden mit diesem Ziel ist auch die zusätzliche Aufgabe, daß die erfindungsgemäße Stator-Rotor- Gruppe für Kolben-Kompressoren bzw. Kolben-Verbrennungs­ motoren relativ einfach herzustellen sein und ein geringe­ res Leistungsgewicht aufweisen soll.

Die vorbeschriebene Aufgabe wird durch eine Sta­ tor-Rotor-Gruppe für eine drehkolbenartige Maschine mit Kompressions- und Expansionskammern mit den Teilmerkma­ len des Oberbegriffs des 1. Anspruchs durch deren Kombina­ tion mit denTeilmerkmalen des kennzeichnenden Teils des 1.Anspruchs gelöst.

Bei Verbrennungsmotoren gemäß dieser Lehre wird ein technischer Fortschritt zusätzlich zu der Beseiti­ gung der erwähnten Mängel bei Motoren des Standes der Technik dadurch erreicht, daß sich so seine beweglichen Teile in kreisrunden Bahnen bzw. auf solchen, die einer kreisförmigen Bahn überlagert sind, bewegen, somit Lei­ stungsverluste infolge Massenbeschleunigungen vermieden werden, daß sich Zusatzbaugruppen für die Steuerung er­ übrigen und sowohl der Raumbedarf als auch das Leistungs­ gewicht deutlich spürbar vermindert werden können. Damit wird auch eine relativ einfache Herstellbarkeit und eine günstigere Anpassbarkeit an die von dem Verbrennungsmo­ tor anzutreibenden Baugruppen oder Maschinen erreicht. Die Voraussetzungen für den vorgeschriebenen technischen Fortschritt werden dadurch erfüllt, daß Ringsegment-Kol­ ben innerhalb eines zylindrischen Ringkanals in Umlauf gebracht werden, wobei dieser Umlaufbewegung eine vor­ wärts und rückwärts gerichtete Teilbewegung überlagert ist, und die Kolben auf gegeneinander beweglichen Kol­ benträgern angeordnet sind, die vollscheibenartig oder ringscheibenartig ausgebildet sein können. Bei der An­ wendung bei Kolben-Verbrennungsmotoren vermittelt die erfindungsgemäße Stator-Rotor-Gruppe den weiteren Vor­ teil, daß im Falle der Vierteltaktmotoren alle vier Takte je vierfach auf einer einzigen Umdrehung unter­ gebracht werden können.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche. Im folgenden sind Ausführungsbei­ spiele anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1a) Ein erstes Ausführungsbeispiel mit Kolbenträger, die vollschei­ benartig ausgebildet sind, mit einem Stator bzw. Gehäuse, der aus zwei Halbschalen zusammenge­ setzt ist im Axialschnitt

Fig. 1b) einen hierzu gehörenden Schnitt in der Stoßfläche der beiden Halbschalen des Gehäuses im Falle eines Kolben-Kompressors

Fig. 1c) do. im Falle eines Kolben- Verbrennungsmotors

Fig. 2) ein Diagramm der gegenseitigen Bewegungen von Ringkolben bzw. Ringkolbenträgern und Kurbel­ blockscheiben während eines Teilumlaufs

Fig. 3a) ein zweites Ausführungsbeispiel mit Kolbenträgern, die als Kolben­ ringscheiben mit Schulterkugella­ gerung ausgebildet sind, aber sonst dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1a) bzw. 1b) entsprechen, im Axialschnitt, oberer Teil

Fig. 3b) do., im Axialschnitt, unterer Teil;

Fig. 4a) zu Fig. 3a) und 3b), wie Fig. 1b), einen zugehörigen Querschnitt A-B-C-D durch den Zwischenraum zwischen Kurbelblock­ scheiben mit Sicht auf das Umlaufge­ triebe;

Fig. 4b) im Teilschnitt (A-B-C in Fig. 4a) das Paar von Kurbelblockscheiben;

Fig. 4c) räumlich zugeordnet zu Fig. 4b) in Draufsicht die Kupplungsgruppe;

Fig. 4d) ebenfalls räumlich zugeordnet in Seitenansicht auf das Pleuelele­ ment die Kupplungsgruppe;

Fig. 4e) ebenfalls räumlich zugeordnet in Sei­ tenansicht auf den Lagerzapfen und das Planetenrad die Kupplungsgruppe;

Fig. 5) eine Detaildarstellung, teilweise im Schnitt, unter Hervorhebung der Kupp­ lungsgruppe für die Schulterlagerung der Kolbenringscheibe

• a) in der Teildraufsicht auf den Kol­ benring eine Darstellung der gegen­ seitigen Lage von Ringkolben, Aus­ buchtung für das Pleuelelement, Massenausgleichs-Element und Lager­ stelle der Exzenterwelle;
• b) im Teilschnitt (A-E in Fig. 5a) durch einen Ringkolben;
• c) im teilweisen Axialschnitt (G-H in Fig. 5a) durch eine Kolbenringscheibe vor einer Endfläche des Ringkolbens;
• d) im teilweisen Axialschnitt (J-K in Fig. 5c) durch einen Ringkolben;

Fig. 6) eine Detail-Darstellung des Pleuel- Elements in

• a) einem Ausschnitt aus dem Axial­ schnitt durch die Stator-Rotor- Gruppe; im Teil-Axialschnitt der ringschei­ benförmigen Kolbenträger mit Schul­ terlagerung und Pleuelexzenter- Gruppe;
• b) die Kupplungsgruppe der einen Art des Exzenter-Pleuel-Paares mit Planetenrad aus der Sicht senk­ recht auf die Achse, aus der Sicht auf das Massenaus­ gleichs-Elemente, und mit der Sicht auf die Exzen­ terscheibe,
• c) in Draufsicht zusammen mit der Laufbahn;
• d) in Draufsicht mit gestrichelt ge­ zeichnetem Planetenrad und im Schnitt A-B mit ebenfalls gestrichelt gezeichnetem Planeten­ rad.

In Fig. 1a ist im Querschnitt die Stator-Rotor- Gruppe dargestellt, wie sie in einer vorderen 1 und einer hinteren Gehäuseschale 2 eingebaut ist, die durch die Verschraubungen 3 und 4 mit enger Toleranz, wie im folgenden näher beschrieben ist, aufeinanderge­ fügt sind. Die Gehäuseschalen umschließen mit gasdich­ tender Passung einen um die Achse 5 konzentrischen Ringkanal 6, Kanäle 7, 8 zur Leitung von Kühlflüssig­ keit und einen Abgas- 9, sowie einen in diesem Quer­ schnitt nicht sichtbaren Ansaugkanal. In der hinteren Gehäuseschale 2 ist konzentrisch der Wellenstumpf 10 mittels der einstückigen Scheibe 11 in einer Nabe 12 durch Verschraubungen 13, 14 befestigt.

An den inneren Randteilen 15 bzw. 16 der Gehäu­ seschalen 1, 2 sind die vollscheibenartigen Kolbenträ­ ger 17, 18 geführt, die mittels Paßnuten 19 an ihrer Stoßfläche 20 der gegenüberliegenden Außenringflächen dichtungspassend miteinander verbunden und mittels einer Stufennuten-Anordnung 21, 22 in den inneren Rand­ teilen 15, 16 der Gehäuseschalen 1 und 2 mit engem Lauf­ sitz gleitend gelagert sind. Auf dem Wellenstumpf 10 ist die eigentliche Welle 23, die mit einer Kurbelblock­ scheibe 24 einstückig stoffschlüssig vereinigt und mit der anderen, zwar spiegelbildlich ausgebildeten, aber um 180° versetzten Kurbelblockscheibe 25 durch nicht­ dargestellte Distanzstücke starr verbunden ist, mittels des Wellenstumpffortsatzes 26 und letztere (25) auf dem hinteren Wellenstumpfabsatz 27, in beiden Fällen mit­ tels Nadellager, gelagert.

Jede der beiden Kurbelblockscheiben 24 und 25 besitzt, einander spiegelbildlich entgegengesetzt, einen Randaufsatz 28 bzw. 29, in dessen Auge 30, 31 der Lagerzapfen 32, 33 eines auf dem Kernzahnrad 34 umlaufenden Planetenrades 35 bzw. 36, das mit einer Exzenter-Pleuel-Kupplungs-Gruppe (Exzenterscheibe 37, 38, Pleuelelement 39, 40 und Gegenzapfen 41, 42) zu einem Umlaufgetriebe vereinigt und mit letzterem in einem Auge 43, 44 eines jeweils radial entgegenge­ setzten Randaufsatzes 29, 28 gelagert sind. Die eigent­ liche Welle 22 ist nahe ihrem freien Ende 45 durch das mit Hilfe der Abdeckplatte 46 gesicherte Kugellager 46 a widergelagert.

Man erkennt ohne weiteres, daß das Paar von Kurbelblockscheiben 24, 25 mit dem Paar von Kolben­ trägern 18, 19 durch das erwähnte Umlaufgetriebe um­ drehungsmäßig gekuppelt ist, indem im Zuge des Ablaufs der Planetenräder 42, 43 auf dem Kernzahnrad 34 das Paar von Kurbelblockscheiben 24, 25 bei einer Drehung der Exzenterscheiben 37 wegen der dadurch verursach­ ten Verschiebung auf dem Umfang mit ungleichförmiger Geschwindigkeit gedreht werden, so daß die Kolbenträ­ ger in dem einen etwa halben Umdrehungsbereich schnel­ ler und im anderen langsamer gedreht werden als die Kurbelblockscheiben 24, 25.

Diese Transformation der Umdrehungsbewegung aus einer gleichförmigen in eine ungleichförmige Bewegung findet in gleicher Weise statt bei einem Antrieb der eigentlichen Welle 23, wobei die Kolbenscheiben 17, 18 und damit die mit ihnen einstückig verbundenen, nichtdargestellten Ringsegmentkolben in dem konzen­ trischen zylindrischen Ringkanal 6 auf der kreisför­ migen Umlaufbahn pendelnd vorwärtsbewegt werden; diese pendelnde Umdrehung wird im Falle eines ungleichförmi­ gen Antriebs der Ringsegmentkolben, wie zB. bei Kol­ ben-Verbrennungs-Motoren, infolge der zyklisch wech­ selnden Geschwindigkeit der Pleuel-Elemente ebenfalls pendelnd auf die eigentliche Welle 23 so übertragen, daß deren Umdrehung gleichförmig ist. Werden anderer­ seits die Ringzylinder-Kolbenpaare in gleichförmige Umdrehung versetzt, dann entsteht daraus infolge der Pendelbewegung der Exzenter-Pleuel-Kupplungs-Gruppe eine pendelnde Umdrehung der eigentlichen Welle; die­ ses Bewegungsverhältnis ist ebenfalls umkehrbar, ähn­ lich wie im vorbeschriebenen Falle.

In Fig. 1b, einem radialen Querschnitt A-B-C-D in Fig. 1a der Stator-Rotor-Gruppe, ist wiederum der geschnittene äußere Rand der vorderen Gehäuseschale 1 erkennbar, an deren seitlichem Ende die Flansch­ stutzen 47 des (der) Ansaugkanals (kanäle) 48 einer­ seits und die Flanschstutzen 49 des (der) Abgaskanals (-kanäle) 50 angebracht ist. In dem zylindrischen Ringkanal 6 sind das Paar von Ringsegmentkolben 51 und 52 des einen Kolbenträgers 18, der selbst in die­ ser Darstellung nicht sichtbar ist, und das andere Paar von Ringsegmentkolben 53, 54 zusammen mit seinem Kolbenträger 55, im Schnitt dargestellt, im engen Lauf­ sitz geführt. In dieser Darstellung erkennt man auch die Distanzstücke 56, 57, mit denen die Kurbelblock­ scheiben 24, 25 (letztere nicht sichtbar) miteinander starr verbunden sind.

In dem Hohlraum 58 zwischen den beiden Kurbel­ blockscheiben 24, 25 ist das Umlaufgetriebe komplett bestückt eingesetzt, so daß das Kernzahnrad 34, die Planetenräder 35, 36, die Exzenterscheiben 37, 38 und Pleuel-Elemente 39, 40, deren Schwenkzapfen 59, 60 und die Gegenzapfen 61, 62 für die Exzenterschei­ ben 37, 38 erkennbar sind; da die Pleuel-Elemente 39, 40 um ihre Gegenzapfen 61, 62 infolge der Umdrehung der Exzenterscheiben 37, 38 hin- und hergeschwenkt werden, sind die Ausnehmung 63 und eine entsprechende, in der gegenüberliegenden, nicht sichtbaren Kurbel­ blockscheibe, vorgesehen. Fig. 1b gibt die konstruk­ tive Ausbildung der Stator-Rotor-Gruppe für die An­ wendung bei Kolben-Kompressoren wieder.

Fig. 1c zeigt, in welcher Form die an sich prak­ tisch gleiche Ausbildung der Stator-Rotor-Gruppe für die Anwendung bei Kolben-Verbrennungsmotoren sich von derjenigen in Fig. 1b für Kolben-Kompressoren lediglich durch eine Brennkammer 64 im Außenrand der Gehäuse­ schale 1 unterscheidet, in welcher eine Zündkerze oder ein ähnliches Bauelement angeordnet ist, das die Zündung eines Gasgemischs herbeiführen kann. Bezüglich der Zusatzeinrichtungen, wie Spannung- oder Stromver­ sorgung einer solchen Zündeinrichtung, der Steuerungs­ elemente in Verbindung mit den umlaufenden Kolbenpaa­ ren bzw. mit Fremdsteuerung usw. kann auf den Stand der Technik verwiesen werden, der sinngemäß auf den vorliegenden Fall ausgewertet werden kann.

Im übrigen unterscheidet sich das Ausführungs­ beispiel der Fig. 1c von demjenigen der Fig. 1b lediglich noch dadurch, daß der Kolbenträger scheibenförmig aus­ gebildet ist, so daß die Aussparungen 65, 66 für die Distanzstücke 67, 68 zwischen den Scheiben der Kolben­ träger (hier ist nur der scheibenförmige Innenteil 69 des einen Kolbenträgers sichtbar) und die sicht­ bare Ausnehmung 70 für die Kupplungsgruppe aus Ex­ zenterscheibe 37 und Pleuel-Element 39 einerseits, sowie Planetenrad 35 und Kernzahnrad 34 des sichtba­ ren Kolbenträgers eine etwas andere Form besitzen als im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 1b, die andere, gegenüber angeordnete Kupplungsgruppe aus Ex­ zenterscheibe 38, Pleuel-Element 40 und Planetenrad 36 ist lediglich aufgesteckt.

Selbstverständlich sind beide Ausbildungen des Kolbenträgers, der Fig. 1b und der Fig. 1c mit ihren Aussparungen für die Distanzstücke und die Kupplungs­ gruppen, einander gleichwertig und von der Konstruk­ tion her gegenseitig austauschbar. Sonst unterscheidet sich die Stator-Rotor-Gruppe im Falle der Anwendung bei Kolben-Verbrennungsmotoren nicht von derjenigen der Anwendung bei Kolben-Kompressoren, außer durch eine andere Winkellage der Stellen kleinsten Abstan­ des zwischen den beiden Kolbenpaaren in Bezug auf den Umfang des Stators.

In Fig. 2 sind die vorbeschriebenen Bewegungen der einzelnen Teile der Kupplungsgruppe, dh. der Ge­ genzapfen 41, 42 der Exzenterscheiben 37, 38 einer­ seits und der Schwenkzapfen der Pleuel-Elemente in Form eines Diagramms dargestellt, bei dem der Schwenk­ zapfen des einen Pleuel-Elements zwangsweise auf der Kreisbahn 77 liegt, wobei er aber, angefangen von dem Punkt 78, im Laufe des ersten Viertels einer Umlaufbahn 79 um einen Winkel von 90° + 24°, also beschleunigt und erstreckt bis zum Punkt 80 fortbewegt wird, während er wiederum infolge der Umdrehung der betreffenden Exzenterscheibe, aber in entgegengesetzter Richtung, während des zweiten Viertels des Umlaufs des Plane­ tenrads 35 auf der Umlaufbahn 79 um den gleichen Winkelabschnitt verkürzt - also 90° - 24° - bis zum Punkt 81 bewegt wird. Wenn man daran denkt, daß in der gleichen Zeit das eine Kolbenpaar die erstreckte Umlaufbahn zwischen den Punkten 78 und 80 und das andere Kolbenpaar die verkürzten Winkelabschnitte zwischen den Punkten 81 und 82 zurücklegt, dann er­ kennt man, daß daraus eine Annäherung der beiden Ringsegmentkolben in diesem Falle, und im anderen Falle der Vertauschung beider Bahnen eine Entfer­ nung beider Kolbenpaare voneinander zustandekommt. Die physikalische Folge davon ist in einem Falle die Verringerung des Volumens zwischen den beiden Kolbenpaaren und im anderen Falle eine Vergrößerung, mit anderen Worten, in einem Falle kommt eine Kom­ pression des Gasvolumens und im anderen Falle eine Expansion oder ein Ansaugvorgang zustande.

In Fig. 3a ist insofern ein zweites Ausführungs­ beispiel - oberer Teil eines Axialschnitts - darge­ stellt, als die Kolbenträger 101, 102, an sich in gleicher Weise durch Stufennuten 103, 104 in der mittleren Stoßfläche 105 satt und luftdicht verbun­ den und mit nichtdargestellten, gegeneinander ver­ setzten Ringsegment-Kolbenpaaren ausgestattet, nicht scheibenförmig, sondern ringförmig ausgebildet sind, so daß sie mindestens einen Innenraum von Durchmesser 106 freilassen. In diesem Innenraum kann infolgedessen die Gruppe aus Kurbelblockscheiben 24, 25, Kernzahn­ rad 34 und Planetenrädern 35, 36, sowie den mit den Planetenrädern, zB. 35 zu einer Kupplungsgruppe ein­ stückig vereinigten Lagerzapfen 32, 33 und Gegenzap­ fen 41, 42, in diesem Falle stärker dimensionierten Exzenterscheiben 37, 38 und Pleuel-Elementen 39, 40 geräumiger ausgenützt werden.

Der eigentliche Unterschied zu dem Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 besteht bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3a und 3b (unterer Teil des Axialschnitts) dar­ in, daß die Lagerung der ringförmigen Kolbenträger durch Schulterlager 111, 112 gebildet wird. Im übrigen stimmt, abgesehen von Dimensionierungs-Einzelheiten, die Kon­ struktion, wie bereits erwähnt, mit derjenigen des Aus­ führungsbeispiels Fig. 1 überein.

Die geräumigere konstruktive Ausbildung des In­ nenraums und der Kupplungsgruppe ist besonders in Fig. 4 erkennbar, die einen Querschnitt A-A-B-B in Fig. 3a durch den Zwischenraum zwischen Kurbelblock­ scheiben und Umlaufgetriebe widergibt. Wegen der Ver­ setzung dieses Schnittes sind in einem Fall das Plane­ tenrad 35 und das Kernzahnrad 34 vor der Ausnehmung 63 der Kurbelblockscheibe 114 (in Fig. 4a teilweise ge­ schnitten) und dem Pleuel-Element 115 erkennbar, welch letzteres auf einem Vorsprung 116 des ringförmigen Kolbenträgers mittels des Schwenkzapfens 59 gelagert ist. Die Distanzstücke 56, 57 der Kurbelblockscheibe 24 - ebenfalls geschnitten - sind bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel in dem freien Innenraum der Kurbelblock­ scheibe 24 verhältnismäßig frei gestaltbar.

Das Paar von Kurbelblockscheiben 24, 25 ist in Fig. 4b gesondert entlang der Schnittlinie A-B-C in Fig. 4a gezeichnet, damit die räumliche Beziehung zwischen dem Randaufsatz 28, dem Auge 43 und den Distanzstücken 57, (und 57 a) verständlich ist. Hier ist insbesondere erkennbar, daß für die Verbindung der Kurbelblockscheiben eine Verschraubung mit Gewin­ deteil 117 und Schaft- bzw. Kopfeinsenkung 118 vor­ gesehen ist.

Zur Veranschauung des Einbaus der Kupplungs­ gruppe mit Planetenrad 35, Exzenterscheibe 37 und Pleuel-Element 39, sowie Lagerzapfen 32 und Gegenzapfen 41 ist diese Kupplungsgruppe in Fig. 4c räumlich zuge­ ordnet gegenüber den Kurbelblockscheiben 24, 25 mit teilweisen Schnitt durch die Kurbelblockscheiben der Fig. 4b widergegeben. Aus dem gleichen Grunde ist in räumlicher Zuordnung die Seitenansicht der Kupplungs­ gruppe in Fig. 4d dargestellt, worin das Pleuel-Element 39 vor einer Massenausgleichscheibe 119 und dem Plane­ tenrad 35 sichtbar ist. Fig. 4e gibt in ähnlicher Weise die Seitenansicht auf den Gegenzapfen wieder. In Fig. 5a, einer Detaildraufsicht auf den ringförmigen Kolben­ träger (102 in Fig. 3a), sind die Ausnehmung 113 und der Vorsprung 116 mit dem Lagerauge 120 für den nicht­ dargestellten Schwenkzapfen des Pleuel-Elements geson­ dert erkennbar. Außerdem läßt sich dieser Fig. 5a ent­ nehmen, wie die Ringsegmentkolben 121 und 122 an dem Kolbenträger 102 angeordnet sind.

Fig. 5b zeigt einen Teilschnitt A-E in Fig. 5a durch den einstückig mit der Kolbenringscheibe 116 a verbundenen Ringsegmentkolben 121 einschließlich dem Vorsprung 116, der Stufennuten 104 und dem Ringvor­ sprung 123 für die Schulterlagerung 112.

Fig. 5c zeigt einen teilweisen Axialschnitt G-H durch die Kolbenringscheibe 102 vor einer Endfläche des Ringsegmentkolbens 121. Fig. 5d gibt einen teil­ weisen Axialschnitt durch den Ringsegmentkolben 121 wider, wobei auch ein Dichtungsring 124 dargestellt ist, der durch die Deckplatte 125 gehalten wird. Zu dieser Fig. 5d gehört auch die Darstellung dieses Ringsegmentkolbens 121 zusammen mit dem Kolbenträger 102 in teilweiser Draufsicht.

Fig. 6a zeigt im Zusammenhang mit weiteren De­ tails einen Ausschnitt aus einem Axialschnitt durch die Stator-Rotor-Gruppe unter besonderer Hervorhebung eines Teils der hinteren Gehäuseschale 2, des ringför­ migen Kolbenträgers 102 mit Schulterlager 112 und Vor­ sprung 116 mit Pleuel-Element 115, Kurbelblockscheibe 25, Planetenrad 35 und (teilweise) Kernzahnrad 34. Fig. 6b zeigt die Kupplungsgruppe mit dem Planeten­ rad 35, das mit dem Lagerzapfen 32, dem Gegenzapfen 41 und der Exzenterscheibe 38, sowie der Massenaus­ gleichsscheibe 119 baulich vereinigt ist, in der Sei­ tenansicht mit Draufsicht auf den Gegenzapfen 41, die Exzenterscheibe 38 und die Massenausgleichsscheibe 119, sowie in der Draufsicht auf das Planetenrad 35. Schließlich ist in Fig. 6c das Pleuel-Element 115 in Verbindung mit der Umlaufbahn des Schwenkzapfens 59 auf der Umlaufbahn 128 der Kurbelblockscheibe 25 wie­ dergegeben. In Einzeldarstellung, nämlich in Draufsicht und im Schnitt A-B, ist das Pleuel-Element 39, bzw. 40 gesondert in Fig. 6d dargestellt, wobei in diesem Falle der Ansatz 126 mit zwei Armen 127, 128 für den dazwi­ schen auszunehmenden Vorsprung (116 in Fig. 4a) ausge­ bildet ist.

Claims (7)

1. Stator-Rotor-Gruppe für eine Maschine mit Kompres­ sions- und Expansionskammern, deren Gasinhalte durch mindestens zwei um eine Achse kreisförmig umlaufen­ den Kolbenpaare begrenzt werden, mit einem zylindrischen Ringkanal mit Ansaug- und Abgaskanälen in umlaufgerechter Zuordnung innerhalb einer Gehäuse-Doppelwand für die Zufuhr von Frisch­ gas und Abfuhr von Abgas, sowie zur Leitung von Kühl­ flüssigkeit, weiterhin Ein- und Auslaßöffnungen, die von den Kolbenpaaren selbst beim Umlauf geschlossen bzw. geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator, und inner­ halb desselben der Rotor relativ zueinander drehbar angeordnet und der Rotor mindestens mit einem Paar von Ringsegmentkolben (51, 54 bzw. 52, 53) ausgestat­ tet ist, dessen Kolben in einem zylindrischen Ring­ kanal (6) am Umfang des Stators umlaufen und dabei zwischen sich, dh. gegeneinander beweglichen Stirn­ wänden (mit Deckplatten 125) gegenüberliegender Ring­ segment-Kolben (51, 54 bzw. 52, 53) und den gehäuse­ starren Zylinderwänden dazwischen Arbeitskammern, die infolge abwechselnder Vergrößerung und Verkleinerung zum Leistungsteil und/oder zum Absperrteil gehören, bilden und die Ringsegmentkolben (51, 52) in einem radialen äußeren Abschnitt des zylindrischen Ring­ kanals (6) in engem Laufsitz (ohne merkliches Spiel) geführt sind, wobei

• (a) der Stator zwei kreisförmige Gehäuseschalen (1, 2) mit einer das Gehäuse begrenzenden Außenwand und einer Innenschale, die den Abschnitt des zylindrischen Ringkanals (6) mit einem Querschnitt von überwiegend geschlossener Kreisform bildet und einen in der Außenwand einer dieser beiden Schalen (1, 2) als Achse für die Kolbenträger (17, 18) im rechten Winkel zu der Stoßfläche (20, 105) in der Außenwand der einen Schale (2) gehäusefest mon­ tierten Wellenstumpf (10) enthält,
• (b) der Rotor zwei Kolbenträger (17, 18), an denen in radialer Richtung außen 2n Ringsegment-Kolben (51, 52) entsprechend der Taktzahl 2n axial symmetrisch formschlüssig bzw. einstückig so angebracht sind, daß ihre äußeren Ränder zusammen mit dem inneren Teil der Gehäuseschalen (1, 2) den zylindrischen Ringkanal (6) - mittels Führungsnuten zwischen sich gegenseitig und gegen den inneren Teil der Gehäuseschalen (1, 2) abdichtend - bilden, Kur­ belblockscheiben (24, 25) in axialer Richtung außerhalb der Kolbenträger (17, 18) und eine Kupplungsgruppe enthält, wobei die Ringsegment­ kolben (51 bis 54) der Kolbenträger (17, 18) eine Teilumfangslänge von 360° : (2n × 1,5) und einen mittleren Abstand von 360° : (2n × 3) ha­ ben und
  • (b.1) die Kupplungsgruppe ein auf dem Wellenstumpf (10) ortsfest formschlüssig montiertes Kern­ zahnrad (34) mit Durchmesser 2n × d eines Umlaufgetriebes - mittig zwischen den Scha­ len (1, 2) des Gehäuses symmetrisch zu der Stoßfläche (20, 105) auf derselben einge­ setzt - enthält, auf dem entsprechend der Zahl n von Ringsegmentkolben (51 bis 54) je Kolbenträger (17, 18) n Paare von Planeten­ rädern (35, 36) mit Durchmesser d umlaufen, deren Wellen (Lagerzapfen 32, 33) axialsym­ metrisch zu dem Kernzahnrad (34) in Augen (30, 31) der Kurbelblockscheiben (24, 25) gelagert sind, und
  • (b.2) die Kurbelblockscheiben (24, 25) topfförmig mit Randaufsätzen (28, 29) für die Augen (30, 31) ausgebildet, sowie miteinander und mit der eigentlichen Welle (23), axialsym­ metrisch zu dem Umlaufgetriebe in einem Ab­ stand gleich der Dicke des Paares der Kol­ benträger (17, 18), starr verbunden sind
• (c) und das Umlaufgetriebe zwischen den Kolbenträgern (17, 18) und dem betreffenden Paar der mit den Ringsegmentkolben (51 bis 54) zusammenwirkenden Kurbelblockscheiben (24, 25) mindestens ein bzw. n Paar(e) von radial gegenüber auf der jeweils zugeordneten Planetenradwelle gelagerten Exzen­ terscheiben (37, 38) und auf deren Umfang ablau­ fenden Pleuelelementen (39, 40) angeordnet sind, die an ihrem anderen Ende über einen auf der be­ treffenden Kurbelblockscheibe (24, 25) geführten Schwenkzapfen (59, 60), die Kolbenträger (17, 18) mit den topfförmigen Kurbelblockscheiben (24, 25) wechselweise kuppelnd, gelagert und die Exzenterscheiben (37, 38) der einen Kurbelblock­ scheibe (24, 25) von denen der anderen um einen Winkel von 360° : 2n gegeneinander versetzt sind.

2. Stator-Rotor-Gruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator eine dem Rotor offen zugewandte Brennkammer (64) enthält, die eine Verbrennung des verdichteten Gasgemischs in der je­ weiligen als Leistungsteil dienenden Kompressionskam­ mer bei Umlauftakt-gesteuerter Zündung auslöst und dadurch zwischen den Ringsegment-Kolben (51bis 54) eine Expansionsenergie kraftschlüssig freisetzt, die eine Verschiebung des betreffenden Ringsegment-Kolbens in Drehrichtung und damit eine Drehung des Kolbenträ­ gers (17, 18) bewirkt.

3. Stator-Rotor-Gruppe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenträger (17, 18) als Kolbenvollscheiben mit Lagerung auf einem Wellen­ stumpffortsatz (26) bzw. einem Wellenstumpfabsatz (27) mittels Nadellagern ausgebildet sind.

4. Stator-Rotor-Gruppe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenträger (101, 102) als Kolbenringscheiben mit Führung durch Ring­ vorsprünge (123) und Schulterlager (111, 112) ausge­ bildet sind.

5. Stator-Rotor-Gruppe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Paar von Ex­ zenterscheiben (37, 38 bzw. 107, 108) mit zugehörigen Pleuelelementen (39, 40 bzw. 109, 110) in diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen (63, 70) der beiden Kurbelblockscheiben (24, 25) untergebracht ist.

6. Stator-Rotor-Gruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Paar von Kur­ belblockscheiben (24, 25) mittels diametral gegenüber­ liegenden Distanzstücken (67, 68 bzw. 56, 57), die Kolbenträger (17, 18) in Durchbrüchen (65, 66) durch­ dringend bzw. in einem Innenraum derselben vom Durch­ messer 106 untergebracht, starr miteinander verbunden sind, deren Länge auf dem Umfang der Umlaufbahn (128) der Achsen der Lagerzapfen (32, 33) von Exzentern bzw. Schwenkzapfen (59, 60) der Pleuelelemente (39, 40) um das erforderliche Spiel größer ist als die rela­ tive Gegeneinanderbewegung von Kurbelblockscheiben (24, 25) und Kolbenträger (17, 18).

7. Stator-Rotor-Gruppe nach einem der Ansprüche 1, 5 und 6, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Brennkammer(n) (64), der Flanschstutzen (47, 49) für den Ansaug- (48) und den Absaugkanal (50) auf dem Umfang der Lagerscha­ len (1, 2) des Stators entsprechend der Lage des Mini­ mums der Abstände der Ringkolben (51 bis 54), des Be­ reichs der maximalen Zunahme und desjenigen der Maxi­ mal-Abnahme des Volumens zwischen den Ringsegmentkol­ ben entlang des Umlaufs.