DE4115289A1

DE4115289A1 - Directly controlled rotary piston engine for vehicle - uses closed bevel gear drive to connect two piston wheels

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Publication number: DE4115289A1
Application number: DE19914115289
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1991-05-10
Publication date: 1992-11-12
Also published as: DE4115289C2

Abstract

The directly controlled rotary piston engine has a housing (1) with a ring shaped working chamber (2) through which the pistons (5) move and which are fixed to the piston wheels (3,4). The wheels have a lip carrying cone shaped gear crowns (6) or gear segments which form a closed bevel drive with the intermediate gear wheels (7) rotatably mounted on the control carrier (8) connected to the drive shaft (9) and working with a control curve (12). USE/ADVANTAGE - Rotary piston combustion engine for a vehicle, which runs at high pressure free from vibration.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine - fortan mit Rokomaschine abgekürzt - mit mindestens 2 Kolbenrädern, deren Kolben in einem kreisringförmigen Arbeitsraum um eine gemeinsame Achse rotieren und die Druckenergie dadurch in mechanische Arbeit umwandelt - oder auch umgekehrt - daß die jeweils einen Arbeitsraum bildenden sich gegenüberstehenden Kolben phasenverschoben variie rende Winkelgeschwindigkeiten haben und so sowohl Expansions- als auch Kompressionsarbeit leisten. Als Kolben werden Kreisring segmente bezeichnet, die Kolbenräder sind die Rotationskörper auf denen die Kolben befestigt sind.The invention relates to a rotary piston machine - henceforth Rococo machine abbreviated - with at least 2 piston wheels, their Pistons in a circular work space around a common one Rotate axis and thereby the pressure energy in mechanical work converts - or vice versa - that each have a work space forming opposing pistons out of phase variie angular velocities and so both expansion and also do compression work. As a piston are a circular ring called segments, the piston wheels are the rotating body to which the pistons are attached.

Die Umwandlung von durch chemische oder andere Verfahren erzeug ter Druckenergie in mechanische Arbeit wird in weiten Bereichen der Technik über durch Expansion bewirkte axiale Verschiebung eines Kolbens in Hubkolbentriebwerken geleistet, vor allem in ihren Ausführungen Otto-und Dieselmotor, vereinzelt auch Kolben dampfmaschinen. Auf die Gründe für ihre weite Verbreitung und auf ihre unbestreitbaren Vorzüge soll hier nicht eingegangen werden auch nicht auf Vor-und Nachteile anderer Leistungswandler wie Turbinen o. ä. Der wesentliche Mangel der Hubkolbentriebwerke wird darin gesehen, daß im Augenblick der höchsten auf den Kolben wirkenden Kraft entstanden aus der plötzlichen Verbrennung des Gemisches kein Drehmoment erzeugt werden kann, da der Kraftvektor durch die Drehachse zeigt und wegen des oberen Totpunkts kein Hebelarm nutzbar ist. Während der weiteren Drehung entsteht zwar über Pleuel und Kurbel ein Moment, jedoch hat bei maximalem Hebelarm d. h. günstigstem Kurbelwinkel der Druck bereits erheblich abgenom men. Dieser Mangel wirkt sich in verringerter Leistung und starker Belastung des Triebwerks aus. Hier liegt der wesentliche Vorzug des hier behandelten Typs Rokomaschine, denn der entstehen- Kraft vektor wirkt immer tangential die Größe des Drehmoments läßt sich mit dem Durchmesser der Maschine und der Zahl der gleichzeitigen Arbeitsschritte verändern, bei optimalem Betrieb gibt es keine Querkräfte auf das Triebwerk mehr. Auch der Wankelmotor als eine erprobte Form der Rokomaschine weist diesen Vorzug auf. Als Kraft maschine hat sich der hier beschriebene Typ Rokomaschine jedoch nicht durchsetzen können. The conversion of generated by chemical or other processes The pressure energy in mechanical work is widely used the technique of axial displacement caused by expansion a piston in reciprocating piston engines, especially in their versions Otto and diesel engine, occasionally pistons steam engines. On the reasons for their wide spread and their undeniable advantages should not be discussed here are also not based on advantages and disadvantages of other power converters like turbines or the like. The main shortcoming of the reciprocating piston engines is seen in that at the moment the highest on the piston acting force resulted from the sudden combustion of the Mixture no torque can be generated because of the force vector through the axis of rotation and none due to the top dead center Lever arm is usable. During the further rotation arises over the connecting rod and crank, but with a maximum lever arm d. H. cheapest crank angle the pressure has already decreased significantly men. This deficiency results in reduced performance and stronger Engine load. This is the main advantage of the type Rococo machine dealt with here, because of the resulting power vector always has a tangent effect the magnitude of the torque can be with the diameter of the machine and the number of simultaneous Change work steps, with optimal operation there are none Lateral forces on the engine more. Even the Wankel engine as one The tried and tested form of the Rococo machine has this advantage. As a force However, the type Rococo machine described here has become a machine cannot enforce.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Rokomaschine mit hoher Leistungsdichte, gutem Wirkungsgrad durch ausreichend hohe Drücke, geringen Vibrationen und wegen der günstigen Kraft nutzung geringem Gewicht.The object of the invention is to provide a Rococo machine with high power density, good efficiency through sufficient high pressures, low vibrations and because of the favorable force use light weight.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die beiden Kolbenräder durch Koppelelemente wie Zahnräder, Seilschlaufen oder Bänder mit Umlenkrollen Balken, bzw. Platten mit Führungsschlitzen direkt miteinander verbunden sind wobei die unterschiedlichen Momentan geschwindigkeiten der beiden Räder durch eine Steuerung der Win kelbewegung dieser drehbar gelagerten Koppelelemente erreicht wird. Kernstück dieser Steuerung ist eine Kurvenbahn, als Schiene oder Nut ausgeführt, die von mit den Koppelelementen verbundenen Steuerarmen abgefahren wird. Diese Steuerkurve bewirkt eine Dreh oszillation der Koppelelemente zwischen zwei Extremen, durch die der jeweils geringste Abstand der Kolben eingesteuert wird. Je nach gewünschter Auslegung der Maschine kann die Steuerkurve eine einzige solche periodische Schwingung aufweisen oder deren viele. Der Abtrieb der Maschine wird vorzugsweise mit den Koppel elementen verbunden sein, so daß die oszillierende Bewegung der Kolbenräder nur reduziert, d. h. im allgemeinen halbiert weiterge leitet wird.This object is achieved in that the two piston wheels through coupling elements such as gears, rope loops or belts with deflection rollers beams or plates with guide slots directly are interconnected with the different at the moment speeds of the two wheels by controlling the win Kel movement of these rotatably mounted coupling elements reached becomes. The heart of this control is a cam track, as a rail or groove executed by the connected to the coupling elements Tax arms is driven. This control curve causes a rotation oscillation of the coupling elements between two extremes, through which the smallest distance between the pistons is controlled. Each the control cam can be designed according to the desired design of the machine have a single such periodic vibration or their lots. The output of the machine is preferably with the paddock elements connected so that the oscillating movement of the Piston wheels only reduced, i. H. generally halved is leading.

Die Steuerung der Kolbenbewegung ist das wesentliche Problem der koaxialen Rokomaschine und zahlreiche Vorschläge haben dessen Lösung zum Ziel. Mehrere Patenteinreichungen sehen passiv wirkende Sperrklinken oder Freiläufe zur Verhinderung des Rücklaufs der Räder vor. Die Zuordnung der Räder zu den gehäusefesten Gasleit elementen wie Einlaß- oder Auslaßschlitze oder Ventile läßt sich damit jedoch gerade auch bei höheren Drehzahlen kaum erreichen. Die fehlende Steuermöglichkeit der Schlitze bewirkt allenfalls eine Gleichdruckaustreibung mit entsprechend hohen Verlusten wegen nicht genutzter Expansion. Mehrere Patente schlagen die Steuerung über ein Zahnradgetriebe mit Ellipsenrädern vor, die über das Achsenverhältnis der Ellipsen die gegenseitige Schwingung der Räder steuern. Jedoch erfordern diese Ellipsenpaare Getriebe zwischenstufen, so daß die Anlage zu geringer Steifigkeit und damit Schwingungsanfälligkeit neigt. Auch sind der Schlankheit der Ellipsen Grenzen gesetzt wegen des Zahneingriffs, so daß sich keine großen Volumenverhältnisse erreichen lassen. Das Patent DE 35 21 593 schlägt die Steuerung der beiden Räder mittels eines Planetengetriebes mit gehäusefestem Sonnenrad vor dessen Planeten räder mit Exzentern verbunden sind, die über Pleuel die Bewegungen der Kolbenräder steuern. Dieser Vorschlag hat wie übrigens auch die zum Einsatz von Ellipsengetrieben den Nachteil, daß die Räder in einem durch die Pleuelbewegung fest vorgegebenen einer harmoni schen Schwingung ähnlichen Rhythmus sich bewegen, so daß die Nutzung der Kolben auch als Schieber für die Gasstromsteuerung fest vorge geben und damit eingeschränkt ist. Weiterhin wird durch diese Konstruktion der Hauptvorteil der koaxialen Rokomaschine, die Beseitigung des Pleuels und seiner beiden Totstellen sowie der Vorzug der geringen Zahl bewegter Bauteile aufgehoben. Patent DE 30 22 871 sieht ebenfalls ein Planetengetriebe zur Steuerung vor, verwendet jedoch anstelle von Exzentern Kurbelwellen in einem eigenen außen liegenden Getriebekasten. Pleuel übertragen die Steuerungsbewegung. Auch für diesen Vorschlag gelten die bereits vorher erfolgten Anmerkungen: Nur der harmonischen Bewegung ähnli cher Rhythmus ist möglich, es entstehen Totpunkte in der Kraftüber tragung, zuviele Teile sind erforderlich, die separate Lagerung des Getriebes und die Übertragung über 2 koaxial geführte Wellen induziert Weichheit der Konstruktion und damit Schwingungsanfäl ligkeit. In Patentanmeldung DE 27 57 016 A1 wird eine Maschine beschrieben, bei der eine Kurvenbahn in der Stirnwand eines zylin derringförmigen Innenraumes die Volumenänderung von 4 sternförmig angeordneten Arbeitsräumen steuert. Um eine Steuerung durch die Kurvenbahn zu erreichen, müssen 4 exzentrische Achsen vorgesehen werden, mittels denen 4 sekundäre Kolbendeckel gelagert sind. Sie werden über ein Gestänge durch die Kurvenbahn in einem Winkel von etwa +/- 30 Grad phasenverschoben geschwenkt, so daß durch z. B. eine epizykloidenartige Kurvenbahn während eines Umlaufs zwei Kompressionen und zwei Expansionen ablaufen. Dies Maschinen konzept verlangt schaufelartige Zylinderkammern, die mit der für die Dichtigkeit erforderlichen Herstellgenauigkeit der gleitend gegen einander bewegten Zylinder und Kolben nur mit hohem Fertigungsauf wand, wenn überhaupt, geschaffen werden können. Der wesentliche Vorzug der Einfachheit durch die Verwendung von Drehteilen bei der gleichachsigen Maschine mit 2 identischen Kolbenrädern geht damit verloren. Auch verursachen die durch das Zwischenschalten von Steuerscheiben zweifach hintereinander angeordneten gleitenden Dichtungen Leckverluste, die für den Betrieb problematisch sind. Controlling the piston movement is the main problem the coaxial Roco machine and numerous suggestions have it Solution to the goal. Several patent filings see passive ones Pawls or freewheels to prevent the return of the Wheels in front. The assignment of the wheels to the gas guide fixed to the housing elements such as inlet or outlet slots or valves can be however, hardly reach it, especially at higher speeds. The lack of control of the slots causes at most a constant pressure expulsion with correspondingly high losses because of unused expansion. Several patents beat them Control via a gear transmission with elliptical wheels before that mutual oscillation via the axis ratio of the ellipses the wheels steer. However, these pairs of ellipses require gears Intermediate stages, so that the system has low rigidity and thus Tends to be prone to vibrations. Are also the slenderness of Ellipses set limits because of the meshing, so that do not allow large volume ratios to be achieved. The patent DE 35 21 593 proposes the control of the two wheels by means of one Planetary gear with a fixed sun gear in front of its planet wheels are connected to eccentrics, which con-rod movements control the piston wheels. As by the way, this suggestion also has the disadvantage of using elliptical gears that the wheels in a harmony that is predetermined by the connecting rod movement rhythm similar to vibration, so that use the piston also featured as a slide for gas flow control give and is restricted. It continues through this Construction of the main advantage of the coaxial Roco machine, the Eliminating the connecting rod and its two dead spots as well as the Preference of the small number of moving components canceled. patent DE 30 22 871 also provides a planetary gear for control before, but uses crankshafts in one instead of eccentrics own external gearbox. Connecting rods transmit the Control movement. They already apply to this proposal previous comments: only similar to the harmonic movement A safe rhythm is possible, there are dead spots in the force transfer load, too many parts are required, separate storage of the gearbox and transmission via 2 coaxially guided shafts induces softness of the construction and thus vibration leadenness. Patent application DE 27 57 016 A1 describes a machine described in which a cam track in the front wall of a cylin the annular interior the volume change of 4 star-shaped arranged work spaces controls. To be controlled by the To reach the cam track, 4 eccentric axes must be provided by means of which 4 secondary piston covers are supported. You will be on a linkage through the cam track at an angle of about +/- 30 degrees out of phase, so that by e.g. B. an epicycloid curve during one revolution two compressions and two expansions expire. This machines The concept calls for vane-like cylinder chambers that match those for the Tightness required manufacturing accuracy of sliding against the cylinders and pistons moved against each other only with a high production rate wall, if any, can be created. The essential Advantage of simplicity through the use of turned parts the same-axis machine with 2 identical piston wheels lost with it. Also cause by interposing of control disks arranged twice in succession Seals leakage losses that are problematic for operation.

Diese Vorschläge sind alle nicht geeignet, der koaxialen Rokoma schine die Überlegenheit zu verschaffen, die für ihre Akzeptanz angesichts der seit mehr als 200 Jahren dominierenden Hubkolbenma schine erforderlich ist. Diesem Ziel kommt die hier vorgeschlagene direkt steuernde Maschine durch ihre Einfachheit näher. Anhand mehrerer Figuren soll ihre Funktionsweise in einer möglichen Ausbildung beschrieben werden. Es zeigenThese suggestions are all unsuitable for the coaxial rokoma seem to provide the superiority necessary for their acceptance given the reciprocating piston dimension that has dominated for more than 200 years machine is required. This is the aim of the one proposed here directly controlling machine due to its simplicity. Based Several figures should function in one possible way Training to be described. Show it

Fig. 1 Direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine, Kegelgetriebe achsparalleler Schnitt, Fig. 1 Directly controlled rotary piston machine, bevel gear axially parallel section,

Fig. 2 Direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine, Kegelgetriebe achsvertikaler Schnitt, Fig. 2 Directly controlled rotary piston machine, bevel gear achsvertikaler section,

Fig. 3 Direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine, Planetengetriebe achsparalleler Schnitt, Fig. 3 Directly controlled rotary piston machine, planetary gear axially parallel section,

Fig. 4 Direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine, Planetengetriebe achsvertikaler Schnitt, Fig. 4 Directly controlled rotary piston machine, planetary gear achsvertikaler section,

Fig. 5 Arbeitstakte, in 4 Phasen dargestellt, Fig. 5 working cycles, shown in Figure 4 phases,

Fig. 6 Formen von Steuerkurven, Fig. 6 forms of control curves,

Fig. 7 Steuerungsträger, Kegelgetriebe, Fig. 7 control support bevel gear,

Fig. 8 Steuerungsträger, Planetengetriebe, Fig. 8 control carrier, planetary gear,

Fig. 9 Kegelzwischenrad mit Steuerarm und Steuerstift, Fig. 9 Kegelzwischenrad with control arm and control pin,

Fig. 10 Steuerung mit Seilschlaufen und Umlenkrollen, Fig. 10 control cable loops and pulleys,

Fig. 11 Steuerung mit Platten, Fig. 11 with control plates,

Fig. 12 Steuerung mit Schubstangen bei Planetengetriebe. Fig. 12 control with push rods in planetary gear.

Als erste von den möglichen Ausführungen soll die Maschine mit Kegelradgetriebesteuerung beschrieben werden. Fig. 1 zeigt im Gehäuse (1) den kreisringförmigen Arbeitsraum (2), den die Kolben (5) durchfahren, die fest mit den Kolbenrädern (3), (4) verbunden sind. Die Kolben füllen den Querschnitt mit engen Toleranzen aus, sind jedoch zusätzlich mit elastisch an die Gehäusewand ge drückten Dichtleisten ausgerüstet. Kolbenräder mit Kolben können als integrales Teil hergestellt, verschraubt oder verschweißt sein. Je nach Aufgabe und Einsatz der Maschine wird dies unter schiedlich ausgeführt sein. Anders als bei Hubkolbentriebwerken hat bei den koaxialen Rotationskolbenmaschinen die Gehäusewand keine Führungsfunktion, so daß sich die Kolben mit engen Toleranz en berührungsfrei im Gehäuse bewegen. Zur Achse hin weisen die Räder eine scheibenartige Lippe auf, die die hier kegeligen Zahnkränze (6) oder Zahnkranzsegmente trägt, so daß mit den Kegelzwischenrädern (7) ein geschlossenes Kegelgetriebe entsteht. Die Kegelzwischen räder (7) sind auf dem Steuerungsträger (8) drehbar gelagert, die Abtriebswelle (9) ist mit dem Steuerungsträger (8) fest verbunden. Jedes der Zwischenräder trägt an einer Seite einen Steuerarm (10), an dessen freien Ende sich der Steuerstift (11) befindet, in Fig. 9 dargestellt. Der Steuerstift, mit einem Nadellager ausgerü stet fährt die Steuerkurve (12) der Steuertrommel (13) ab. Die Maschine ist als Benzinmotor ausgeführt mit den Gemischeinlaß schlitzen (14) und den Auslaßschlitzen (15). Außen am Gehäuse sind Vergaser oder Einspritzpumpe (nicht dargestellt) und Zündker zen (16) montiert, die Zündspule wurde nicht eingezeichnet. Nicht dargestellt sind auch die üblichen Zusatzaggregate wie Wasser- und Benzinpumpe, Lichtmaschine usw. Fig. 2 zeigt den Schnitt senk recht zur Achse, aus dem die je 4 Kolben als Kreisringsegmente ausgeführt und die Kegelzwischenräder gut zu ersehen sind. Fig. 6 zeigt verschiedene mögliche aus dem Zylinder in die Ebene abge wickelte Kurvenformen, die je nach Maschinentyp zum Einsatz kommen können. Mit Hilfe der Fig. 5 soll jetzt die Wirkungsweise der mit 2·4 Kolben eingerichteten Maschine als Vergasermotor beschrie ben werden.The machine with bevel gear control is to be described as the first of the possible designs. Fig. 1 shows in the housing ( 1 ) the annular working space ( 2 ) through which the pistons ( 5 ) pass, which are firmly connected to the piston wheels ( 3 ), ( 4 ). The pistons fill the cross-section with tight tolerances, but are also equipped with sealing strips that are elastically pressed onto the housing wall. Piston wheels with pistons can be manufactured, screwed or welded as an integral part. Depending on the task and use of the machine, this will be done differently. In contrast to reciprocating piston engines, the housing wall of the coaxial rotary piston machines has no guiding function, so that the pistons move within the housing with close tolerances without contact. Towards the axis, the wheels have a disk-like lip, which carries the conical sprockets ( 6 ) or sprocket segments here, so that a closed bevel gear is created with the intermediate bevel gears ( 7 ). The cone intermediate wheels ( 7 ) are rotatably mounted on the control carrier ( 8 ), the output shaft ( 9 ) is firmly connected to the control carrier ( 8 ). Each of the intermediate wheels carries a control arm ( 10 ) on one side, at the free end of which the control pin ( 11 ) is located, shown in FIG. 9. The control pin, equipped with a needle bearing, moves the control cam ( 12 ) of the control drum ( 13 ). The machine is designed as a petrol engine with the mixture inlet slots ( 14 ) and the outlet slots ( 15 ). Carburetor or injection pump (not shown) and spark plugs ( 16 ) are mounted on the outside of the housing, the ignition coil was not shown. Also not shown are the usual additional units such as water and petrol pumps, alternators, etc. Fig. 2 shows the section perpendicular to the axis, from which the 4 pistons are designed as circular ring segments and the bevel idler gears are clearly visible. Fig. 6 shows various possible from the cylinder unwound curve forms in the plane, which can be used depending on the type of machine. With the help of FIG. 5, the mode of operation of the machine equipped with 2 × 4 pistons is to be described as a carburetor engine.

Fig. 5.1 zeigt einen beliebigen Augenblick mit geringster Entfer nung der Kolbenpaare zueinander, d. h. der Steuerstift des Zwischenrades hat eines der Maxima seiner Steuerkurve erreicht. Die zwi schen den Kolben gebildeten Volumina sind mit V11 bis V41 und V12 bis V42 bezeichnet, die Kolbenräder mit A und B, die Kolben mit KA1 bis KA4 bzw. KB1 bis KB4. In V11, V22, V31 und V42 ist verbranntes Gemisch, in V12 und V32 ist komprimiertes unverbranntes Gemisch und in V21 und V41 ist nicht komprimiertes Frischgemisch. Fig. 5.1 shows any moment with the smallest distance voltage of the piston pairs to each other, ie the control pin of the idler gear has reached one of the maxima of its control curve. The volumes formed between the pistons are designated V 11 to V 41 and V 12 to V 42 , the piston wheels A and B, the pistons KA 1 to KA 4 and KB 1 to KB 4 . In V 11 , V 22 , V 31 and V 42 is burned mixture, in V 12 and V 32 is compressed unburned mixture and in V 21 and V 41 is uncompressed fresh mixture.

Jetzt zünden die Zündkerzen (16) und in V12 und V32 entsteht ein Drucksprung. Da die Steuerung das Kolbenrad B und damit die Kolben KB1 bis KB4 verriegelt treibt der Druck auf KA1 und KA3 das Rad A an: das in den abgeschlossenen V21 und V41 eingeschlos sene Frischgemisch wird komprimiert, das verbrannte Gas in V11 und V31 wird aus den Auslaßschlitzen (15) ausgetrieben, die sich vergrößernden V22 und V42 füllen sich mit Frischgemisch. Die Anordnung von 4 Kolben je Kolbenrad erlaubt 2 Arbeitstakte gleich zeitig auf entgegengesetzten Seiten des Umfangs, so daß keine Querkräfte sondern nur Drehmomente entstehen. Now ignite the spark plugs ( 16 ) and in V 12 and V 32 there is a pressure jump. Since the control locks the piston wheel B and thus the pistons KB 1 to KB 4 , the pressure on KA 1 and KA 3 drives wheel A: the fresh mixture enclosed in the closed V 21 and V 41 is compressed, the burned gas in V 11 and V 31 is driven out of the outlet slots ( 15 ), the enlarging V 22 and V 42 fill with fresh mixture. The arrangement of 4 pistons per piston wheel allows 2 work cycles simultaneously on opposite sides of the circumference, so that no transverse forces but only torques arise.

Fig. 5.2 zeigt den Augenblick wenn die Schieberwirkung der Kolben beginnt. KA1 und KA3 schließen die Auslaßschlitze, nähern sich dabei den noch stillstehenden KB2 und KB4 und drehen an schließend gemeinsam soweit, daß die Einlaßschlitze (14) durch KB2 und KB4 geschlossen werden, s. Fig. 5.3.. Die Arbeitskonfigurati on der Maschine ist jetzt wieder die gleiche wie in Fig. 5.1 darge stellt und die Zündkerzen werden einen weiteren Arbeitsprozeß auslösen. Fig. 5.2 shows the moment when the piston starts to slide. KA 1 and KA 3 close the outlet slots, approach the still stationary KB 2 and KB 4 and then turn together so far that the inlet slots ( 14 ) are closed by KB 2 and KB 4 , see. Fig. 5.3 .. The working configuration of the machine is now the same as in Fig. 5.1 Darge represents and the spark plugs will trigger another work process.

Das Bild der Kolbenstellung erweckt den Eindruck als zeige Fig. 5. 3 die gleiche Konstellation wie Fig. 5.1, jedoch eine viertel Umdrehung weiter. Das ist jedoch nicht der Fall, denn z. B. steht KA1 noch nicht auf der andern Seite des Einlaßschlitzes. Dort steht er erst am Ende des nun beginnenden neuen Arbeitsspiels. Demnach erfordert eine viertel Umdrehung 4 Zündungen, für jede Zündkerze 2. Während einer kompletten Umdrehung lassen sich also 16 Zündungen nutzen. Für einen im 4-Takt-Verfahren arbeitenden Ottomotor mit Hubkolbentriebwerken würde dies 32 Zylinder erfor dern!! Die Leistungsdichte der koaxialen Rotationskolbenmaschinen ist also bemerkenswert.The image of the piston position gives the impression as shown in Fig. 5. 3 the same constellation as Fig. 5.1, but a quarter turn further. However, this is not the case, because e.g. B. KA 1 is not yet on the other side of the inlet slot. There he is only at the end of the new working game that is now beginning. Accordingly, a quarter turn requires 4 ignitions, for each spark plug 2. So 16 turns can be used during a complete turn. This would require 32 cylinders for a 4-stroke gasoline engine with reciprocating engines! The power density of the coaxial rotary piston machines is therefore remarkable.

Die Bewegungen der Kolbenräder A und B wie in Fig. 5.1 und Fig. 5.2 dargestellt werden in folgender Weise von der Steuerung bewirkt: Der Steuerstift steht in der in Fig. 5.1 dargestellten Konstellation an einem Extrempunkt der Steuerkurve, d. h. das durch die Kurve bewirkte Schwenken des koppelnden Zwischenrades hat über den Zahnkranz das Kolbenrad B gegenüber A so verdreht, daß sich die Kolben fast berühren. Die Zündung bewirkt ein Auseinan dertreiben der Kolbenpaare, das Zwischenrad wird in die Gegenrich tung geschwenkt. Die in Fig. 6.1 dargestellte Steuerkurve ist zusammengesetzt aus Ausschnitten aus der Zykloide, die der Steuer stift (11) beschreibt, wenn sich das Zwischenrad (7) auf dem Zahn kranz des stillstehenden Rades B abwälzt und entsprechend für Rad A. Die Blockierung des jeweils stillstehenden Rades erfordert also keine Arbeit, Arbeit leistet das rotierende Rad, das gleich zeitig das Zwischenrad schwenkt. Vermutlich ist die Zykloidenkur ve nicht die optimale Kurve, das Umsteuern des momentanen Antriebs von einem Rad aufs andere ohne Rucken, Stocken usw. erfordert sicher Modifikationen. Eine mögliche Form kann die Sinuskurve der Fig. 6.2 sein, die jedoch das jeweils blockierende Rad nicht völlig ruhigstellt. Eine weitere Möglichkeit ist mit der aus Halbkreisen zusammengesetzten Kurve der Fig. 6.3 dargestellt. Diese Kurve bietet die Möglichkeit, über eine Trennung der Kurve in der Mitte während des Betriebs den Schwenkbereich der Zwischen räder und damit den geringsten Abstand der Kolbenpaare zu verän dern. Die optimale Kurve wird durch die Art des Einsatzes der Maschine, durch den Maschinentyp, d. h. ob Benzinmotor, Dampfmaschine oder Arbeitsmaschine, durch die gewünschte Drehzahl usw. bestimmt. Eine weitere Möglichkeit der Anpassung besteht darin daß die Steuertrommel (13) gegenüber dem Gehäuse verdreht werden kann, so daß sich der Phasenwinkel zwischen den Steuerschlitzen (14) und (15) und den Kolben z. B. entsprechend der Drehzahl verändern läßt.The movements of the piston wheels A and B as shown in Fig. 5.1 and Fig. 5.2 are effected by the control in the following way: The control pin is in the constellation shown in Fig. 5.1 at an extreme point of the control curve, ie the pivoting caused by the curve of the coupling intermediate wheel has rotated the piston wheel B with respect to A via the ring gear so that the pistons almost touch. The ignition causes the piston pairs to drive apart, and the idler gear is pivoted in the opposite direction. The control curve shown in Fig. 6.1 is composed of sections from the cycloid, which the control pin ( 11 ) describes when the idler gear ( 7 ) rolls on the ring gear of the stationary wheel B and accordingly for wheel A. The blocking of each The stationary wheel therefore does not require any work; the rotating wheel, which swivels the idler wheel at the same time, does the work. Presumably the cycloid curve is not the optimal curve, reversing the current drive from one wheel to the other without jerking, stalling, etc. certainly requires modifications. A possible form can be the sine curve of FIG. 6.2, which, however, does not completely immobilize the respective blocking wheel. Another possibility is shown with the curve of FIG. 6.3 composed of semicircles. This curve offers the possibility of changing the swiveling range of the intermediate wheels and thus the smallest distance between the piston pairs by separating the curve in the middle during operation. The optimal curve is determined by the type of use of the machine, by the type of machine, ie whether a petrol engine, steam engine or work machine, by the desired speed, etc. Another possibility of adaptation is that the control drum ( 13 ) can be rotated relative to the housing, so that the phase angle between the control slots ( 14 ) and ( 15 ) and the piston z. B. can change according to the speed.

Eine weitere Ausbildung der direkten Steuerung ist in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt. Anstelle des Kegelgetriebes ist hier ein Stirnradgetriebe in Form eines Planetengetriebes eingebaut. Die Planetenräder (17) verkoppeln direkt die beiden Kolbenräder (3), (4) und tragen am Steuerarm (10) den Steuerstift (11). Die Steuerkurve (12) ist in der Steuerscheibe (18) enthalten. Ein gemeinsamer Steuerträger (19), in Fig 8 gesondert dargestellt, trägt die Lagerung der Planetenräder und ist fest mit der Ab triebswelle (9) verbunden. Prinzipiell entspricht das Spiel der Kolben und Volumina dem der mit dem Kegelgetriebe gesteuerten Maschine. Jedoch besteht durch die unterschiedlichen Durchmesser des inneren und äußeren Zahnkranzes eine ungleiche Belastung der beiden Kolbenräder bzw. der Steuerung in den zugehörigen Steuerphasen. Jedoch ist diese Ungleichheit um so kleiner je geringer das Verhältnis der Differenz der Durchmesser zum mittle ren Durchmesser ist. Auch hier ist die Auswahl der Steuerungsart von mehreren Parametern beeinflußt wie z. B. Drehzahl, Herstellko sten usw. Die Planetengetriebesteuerung weist einen größeren Raum für den Einbau des Steuerungsträgers auf. In dieser wie in der zuvor beschriebenen Ausbildung der Steuerung als Umlaufke gelgetriebe wird zum Erzielen einer möglichst kompakten, steifen Bauweise eine Eigenart dieser Art der Steuerung benutzt. Das Oszillieren der Kolbenräder gegeneinander und gegenüber dem Steue rungsträger (8) bzw. (19) führt dazu, daß trotz gemeinsamer Rotation die Elemente in Nachbarschaft bleiben. Bei der im Beispiel be schriebenen 2·4-Kolben-Ausführung verdrehen sich die beiden Räder jeweils um z. B. 76 Grad gegeneinander oder +/-38 Grad. Der Steue rungsträger halbiert diese Bewegung, so daß zwischen ihm und jedem Kolbenrad nur +/-19 Grad entstehen. Dadurch kann der Steuerungs träger über Speichen durch Langlöcher in einem der beiden Räder hindurchgreifen, in den dargestellten Ausbildungen jeweils viermal. Dies ist in den Abbildungen Fig. 1, 2, 3, 7, 12 dargestellt. Der Steue rungsträger wird zweckmäßig geteilt ausgeführt.A further embodiment of the direct control is shown in Fig. 3 and Fig. 4. Instead of the bevel gear, a spur gear in the form of a planetary gear is installed here. The planet gears ( 17 ) couple the two piston gears ( 3 ), ( 4 ) directly and carry the control pin ( 11 ) on the control arm ( 10 ). The control cam ( 12 ) is contained in the control disc ( 18 ). A common control carrier ( 19 ), shown separately in Fig. 8 , supports the bearing of the planet gears and is fixedly connected to the drive shaft ( 9 ). In principle, the play of the pistons and volumes corresponds to that of the machine controlled by the bevel gear. However, due to the different diameters of the inner and outer ring gear, there is an unequal loading of the two piston wheels or the control in the associated control phases. However, this inequality is smaller the smaller the ratio of the difference in diameter to the mean diameter. Here, too, the selection of the control type is influenced by several parameters, e.g. B. speed, Konstruko most cost, etc. The planetary gear control has a larger space for the installation of the control carrier. In this, as in the previously described configuration of the control as a rotary gearbox, a peculiarity of this type of control is used to achieve the most compact, rigid construction possible. The oscillation of the piston wheels against each other and against the control carrier ( 8 ) or ( 19 ) leads to the fact that the elements remain in the vicinity despite common rotation. In the 2 · 4-piston version described in the example, the two wheels each rotate by z. B. 76 degrees against each other or +/- 38 degrees. The control carrier halves this movement, so that only +/- 19 degrees arise between it and each piston wheel. As a result, the control carrier can reach through spokes through elongated holes in one of the two wheels, four times in the illustrated embodiments. This is illustrated in the figures Fig. 1, 2, 3, 7, 12. The control carrier is appropriately divided.

Die Koppelung der beiden Räder miteinander kann auch ohne Zahnradgetriebe ausgebildet werden, besonders wenn durch eine große Zahl von Kolben die Winkelbewegung der Kolbenräder klein ist und so nur wenige Zähne der Zahnradgetriebe an der Kraftüber tragung beteiligt sind. Beide beschriebenen Steuerungstypen können mit Seil- oder Bandschlaufen mit Umlenkrollen, die Steuerarm und Steuerstift tragen ausgebildet werden wie in Fig. 10 für das Plane tengetriebe schematisch dargestellt. Ähnlich läßt sich die Steue rung auch für das Kegelradgetriebe verwirklichen. Es bedeuten (20) die geschlossene Seilschlaufe, (21) die Umlenkrollen, (22) geeignete Befestigungselemente der Seilschlaufe sowohl auf den Kolbenrädern wie auf den Umlenkrollen. Bei geringen Winkelbewe gungen der Räder gegeneinander ist auch eine Steuerung mit Balken oder Platten anstelle der Zwischenräder möglich. Fig. 11 zeigt eine Ausbildung für eine Ausführung mit Steuertrommel. Der Steue rungsträger (8) weist die Lagerung für die Achsen der Platten (23) statt für die Kegelzwischenräder auf. Wie in den vorher beschriebenen Ausbildungen trägt auch die Platte einen Steuerarm und Steuerstift. Die Koppelung an die Kolbenräder geschieht jedoch entweder über Langlochführungen (24) in Fig. 11. 1 oder über kurze angelenkte Stangen (25), Fig. 11. 2. Steuertrommel und eingeprägte Steuerkurve entsprechen den Entwürfen der Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4. Eine weitere Ausbildung der Steuerung ist in Fig. 12 aufgewie sen. Als Ersatz für das Planetengetriebe der Fig 3 und 4 ist nur der Steuerarm (26) mit Steuerstift (11) erforderlich, der auf der anderen Seite der Lagerung eine Kurbel (27) mit 2 pleuel artigen Stangen (28) aufweist, die direkt mit den Rädern verbunden sind. Die Ausbildung der Steuerung wird von mehreren Einflußgrößen bestimmt wie Betriebsart, Baugröße, Einbauplatz. Als reine Expan sionsmaschine mit Druckluft-, Druckgas- oder Dampfbeaufschlagung kann eine Vielzahl von Kolben pro Kolbenrad und damit ein kleiner gegenseitiger Schwenkwinkel der beiden Kolbenräder vorgesehen werden. Im Falle eines Dieselmotors ist das erforderliche hohe Verdichtungsverhältnis einfacher mit einer geringen Zahl von Kolben zu erreichen, z. B. 2 Kolben pro Rad, was jedoch Einzelzündun gen bedeutet und damit einen weniger ausgeglichenen Lauf.The coupling of the two wheels with each other can also be formed without a gear transmission, especially if the angular movement of the piston wheels is small due to a large number of pistons and so only a few teeth of the gear transmission are involved in the power transmission. Both types of control described can be designed with rope or belt loops with pulleys that carry the control arm and control pin as shown schematically in Fig. 10 for the tarpaulin gear. Similarly, the control can also be implemented for the bevel gear. It means ( 20 ) the closed rope loop, ( 21 ) the deflection rollers, ( 22 ) suitable fastening elements of the rope loop both on the piston wheels and on the deflection rollers. With small angular movements of the wheels against each other, control with bars or plates instead of the intermediate wheels is possible. Fig. 11 shows a configuration for an embodiment with control drum. The control carrier ( 8 ) has the bearing for the axes of the plates ( 23 ) instead of for the bevel idler gears. As in the previously described designs, the plate also carries a control arm and control pin. However, the coupling to the piston wheels takes place either via elongated hole guides ( 24 ) in FIG. 11.1 or via short articulated rods ( 25 ), FIG. 11. 2. Control drum and stamped control curve correspond to the designs in FIGS. 1 and 2 and 3 and 4. A further design of the control is shown in FIG . As a replacement for the planetary gear of Figures 3 and 4 , only the control arm ( 26 ) with control pin ( 11 ) is required, which on the other side of the bearing has a crank ( 27 ) with 2 connecting rod-like rods ( 28 ) which directly with the Wheels are connected. The design of the control system is determined by several influencing variables such as operating mode, size, installation location. As a pure expansion machine with compressed air, compressed gas or steam, a large number of pistons per piston wheel and thus a small mutual swivel angle of the two piston wheels can be provided. In the case of a diesel engine, the required high compression ratio is easier to achieve with a small number of pistons, e.g. B. 2 pistons per wheel, which means single ignition conditions and thus a less balanced run.

Unterschiedliche Ausbildungen sind auch für den Abtrieb mög lich. Entwurfsziel muß sein, die Schwingungen der beiden Räder nicht auf den Abtrieb durchzuleiten. Daher ist die Koppelung des Abtriebs mit dem das Steuerelement tragenden Steuerungsträger wie in Fig. 1 bis 4, 7, 8 beschrieben, dessen Rotationsgeschwindigkeit jeweils der Mittelwert der Rotationen der beiden Räder ist die naheliegende Lösung. Jedoch ist auch eine Momentenübertragung der beiden Räder direkt auf die Abtriebswelle mittels zweier Freiläufe sowie die Koppelung nur eines Rades mit der Abtriebswel le wobei das andere Rad nur als Steuerelement benutzt wird denk bar. Der Gleichlauf des Abtriebs wird sicher auch durch die Aus bildung der Steuerkurve bedingt in der Art daß die Summe der Rotationsgeschwindigkeiten der beiden Räder immer einen konstanten Wert aufweist. Damit ist auch ein kurzer Stillstand des nachlau fenden Rades akzeptabel wenn das vorlaufende Rad umso schneller ist. Mehrere Kurvenformen erfüllen diese Forderung.Different training courses are also possible for downforce. The design goal must be to not transmit the vibrations of the two wheels to the output. Therefore, the coupling of the output to the control carrier carrying the control element is as described in FIGS. 1 to 4, 7, 8, the speed of rotation of which is the obvious solution in each case the mean value of the rotations of the two wheels. However, a torque transmission of the two wheels directly to the output shaft by means of two freewheels and the coupling of only one wheel with the Abtriebswel le whereby the other wheel is only used as a control element is conceivable. The synchronism of the output is certainly also due to the formation of the control curve in such a way that the sum of the rotational speeds of the two wheels always has a constant value. A short standstill of the trailing wheel is also acceptable if the leading wheel is all the faster. Several curve shapes meet this requirement.

Wesentliches Merkmal dieser Erfindung ist die Steuerung und damit neben der Form der Steuerkurve und der Art des Steuergetrie bes der Einbau des Steuerstiftes zur Drehrichtung. Aus der Bewe gung des Koppelelementes in der Phase der Annäherung der beiden Kolbengruppen ist zu erkennen, daß für eine Kraftmaschine der nachlaufende Steuerstift die bessere Lösung ist während im Falle einer Arbeitsmaschine, z. B. eines Kompressors wegen der günstigeren Momentenverteilung der vorlaufende Steuerstift überlegen ist. Hieraus kann abgeleitet werden, daß eine solche Maschine mit gerin gen Umbauten, z. B. einer Verstellung der Steuerschlitze von einer Kraft- in eine Arbeitsmaschine umgewandelt werden kann.An essential feature of this invention is the control and in addition to the shape of the control curve and the type of control gear bes the installation of the control pin to the direction of rotation. From the movement supply of the coupling element in the phase of approximation of the two Piston groups can be seen that for an engine the trailing control pin is the better solution while in the event a work machine, e.g. B. a compressor because of the cheaper Torque distribution is superior to the leading control pin. From this it can be deduced that such a machine with little against conversions, e.g. B. an adjustment of the control slots of one Power can be converted into a work machine.

Ein weiteres Entwurfsmerkmal, das den Erfolg der hier beschrie benen Maschine mit bestimmen könnte, ist die Ausbildung der ring förmigen Arbeitskammer, vor allem ihres Querschnitts. Ein kreisför miger Querschnitt erbringt eine bessere Verbrennung und erlaubt als Dichtelement an den Kolben den Einsatz von typischen Kolben ringen wie sie für die Hubkolbentriebwerke entwickelt wurden. Ein im Querschnitt rechteckiger oder quadratischer Raum verspricht größere Fertigungsgenauigkeit und geringere Fertigungskosten. Eine Entscheidung zugunsten eines der beiden Entwürfe kann nur nach eingehender Systemanalyse getroffen werden und ist wohl auch von Entwurf und Einsatzzweck beeinflußt.Another design feature that described the success of the here The machine can determine the formation of the ring shaped working chamber, especially its cross section. A circular moderate cross-section provides better combustion and allows the use of typical pistons as a sealing element on the pistons rings as they were developed for the reciprocating piston engines. A room with a rectangular or square cross section promises greater manufacturing accuracy and lower manufacturing costs. A decision in favor of one of the two designs can only be taken after thorough system analysis and is fine also influenced by design and purpose.

Eine wichtige Aufgabe bei jeder Maschine, die mit verschiebbaren Begrenzungen und hohen Drücken arbeitet, ist die Schaffung dichter Arbeitsräume. Während bei der Hubkolbenmaschine diese Aufgabe als gelöst betrachtet werden kann ist die letztlich geringe Akzep tanz des Wankelmotors wesentlich auf die dort aufgetretenen und unzureichend gelösten Dichtprobleme zurückzuführen. Die Rotations kolbenmaschine liegt bezüglich dieser Aufgabe zwischen den beiden Entwicklungen. Wie bei der ersteren muß eine Dichtheit senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben geschaffen werden und kann in gleicher Art wie dort gelöst werden wie auch weiter vorn kurz erwähnt, jedoch sind der Spalt zwischen beiden Rädern und die beiden Spalte zwischen den Rädern und dem Gehäuse zusätzlich zu dichten. Angesichts der thermisch bedingten Maßschwankungen von Gehäuse und Rädern ist ein Dichten mittels geringster Ferti gungstoleranzen, obschon wegen der hier möglichen starren Lagerung denkbar vermutlich mit Klemmungen verbunden. Es werden daher umlaufende elastisch angedrückte Lippen entwickelt werden müssen. Dennoch ist die Aufgabenstellung wesentlich einfacher als beim Wankelmotor mit seinen besonders langen zu dichtenden Spalten.An important task with any machine that can be moved Limits and high pressures works, creating denser Workspaces. While with the reciprocating machine this task can be regarded as resolved is the ultimately low acceptance dance of the Wankel engine essentially to those that occurred there insufficiently solved sealing problems. The rotation piston machine lies between the two regarding this task Developments. As with the former, tightness must be vertical to the direction of movement of the pistons and can be created in same way as there can be solved as well as briefly above mentioned, however, the gap between the two wheels and the two gaps between the wheels and the housing in addition to poetry. In view of the thermal dimensional fluctuations of housings and wheels is a sealing with the lowest ferti tolerances, although because of the rigid bearing possible here conceivably connected with clamps. Therefore it will circumferential elastically pressed lips must be developed. Nevertheless, the task is much easier than with Wankel engine with its particularly long gaps to be sealed.

Claims

1. Rotary piston machine with at least two in the same direction around the same axis but with phase-changing rotating speeds rotating wheel-like piston carriers, whose oscillating movement is controlled by means of a planetary gear, characterized in that the intermediate elements coupling the piston carriers execute torsional vibrations during the rotation.

2. Device according to claim 1, characterized in that the rotation vibration of the coupling intermediate element by a ring closed cam track is controlled, the appropriate bodies is stamped as a groove or stamped as a rail.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the body carrying the cam track is barrel-shaped and the cam track either outside or inside on the outer surface wearing.

4. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the body carrying the cam track is disc-shaped is.

5. Apparatus according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the coupling intermediate elements bevel gears with eccentric the cam track is attached to this or to a cantilever arm departing elements are a cone with the piston carriers Form shoots.

6. Apparatus according to claim 1, 2 and 4, characterized in that the coupling intermediate elements spur gears with eccentric the cam track is attached to this or an extension arm departing controls are those with closed gear rims zen or ring gear segments on the piston carriers a planetary gear Form shoots.

7. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the coupling elements coupling the piston carrier or Ropes are over eccentric with these on or attached to the cantilever arms Elements are redirected.

8. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the intermediate elements coupling the piston carrier as bars Eccentrically attached to it the Elemen departing the cam track ten are formed, which are attached to the piston carrier via elongated holes and bolts or are coupled via articulated rods.

9. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the shape of the closed curved path from cycloid sections is formed with connecting transition pieces.

10. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the shape of the cam track corresponds to a sine curve.

11. Apparatus according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the shape of the steering curve is composed of curves is that on the half path between two extreme values the path tangent parallel to the machine axis and the barrel-like Body can be pushed axially apart to create the volu to change the volume or pressure ratio during operation.

12. Apparatus according to claim 1 to 11, characterized in that the control gear including control within the is formed by the circumferential pistons.

13. Apparatus according to claim 1 to 11, characterized in that the control gear outside the actual machine housing is installed in its own gearbox.

14. Apparatus according to claim 1 to 13, characterized in that the power generated or supplied by the machine the control carrier carrying the coupling intermediate elements is directed.

15. Apparatus according to claim 1 to 13, characterized in that the power dissipated by or supplied to the machine via a freewheel connected to the piston carriers becomes.

16. Apparatus according to claim 1 to 13, characterized in that the power dissipated by or supplied to the machine one of the piston carriers is guided via the groove.

17. Apparatus according to claim 1 to 16, characterized in that the body carrying the controlling cam track during operation the machine can be rotated relative to the housing, so the position of the pistons in relation to the inlet and outlet slots to change.