DE4119312A1 - Mitlaeuferrotor-motor mit ventilsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mitläuferrotor-Motor sowie ein Ventilsystem für den Motor, wobei unter Druck stehendes Gas in einer gesteuerten Weise in die Motorkammer eingelassen und aus diesen freigesetzt wird, wobei die Motorkammern zwischen Rotoren innerhalb des Motors gebildet sind.

In der US-PS 41 27 367 und der US-PS 46 66 379 sind Mitläuferrotor- Motoren beschrieben mit einem Paar von Rotorelementen, wobei Motorkammern zwischen den Flügeln dieser Elemente ausgebildet sind.

Die Rotorelemente sind an eine Motorwelle in einer solchen Weise angeschlossen, daß die von den Rotorelementen bewirkte Bewegung auf die Welle übertragen wird. Die Rotorelemente werden veranlaßt, sich durch die gesteuerte Zuführung und Abführung von unter Druck stehendem Gas in die beschriebenen Motorkammern hinein bzw. aus diesen heraus zu drehen. Die Erfindung befaßt sich im besonderen mit einem Ventilsystem, welches eingesetzt werden kann für diese gesteuerte Zuführung und Abführung von unter Druck stehendem Fluid in diese Motorkammern hinein und aus diesen heraus.

Die Erfindung hat sich darüber hinaus die Aufgabe gestellt, in Kombination mit den zuvor allgemein beschriebenen Mitläuferrotor- Motor ein neuartiges Ventilsystem zur Verfügung zu stellen, das mit den Rotorelementen zusammenwirkt, um eine gesteuerte Zuführung und Ableitung von unter Druck stehendem Fluid zu gewährleisten, wobei es sich hierbei um ein Gas handelt, das unter Druck steht und zu einer Drehung der Rotationselemente führt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.

Das Ventilsystem zeichnet sich dadurch aus, daß die Zuführung von unter Druck stehendem Fluid zu den Motorkammern gesteuert wird durch innerhalb des Motors positionierte konzentrische Hülsen.

Die innerhalb des Mitläuferrotor-Motors angeordneten konzentrischen Hülsen vollziehen die erforderliche Ventilfunktion, wobei diese Hülsen ein integraler Bestandteil der jeweiligen Rotoren innerhalb des Mitläuferrotor-Motors sind.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus­ führungsformen der Erfindung. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den Mitläuferrotor-Motor entlang einer Ebene, die die Abtriebswelle des Motors enthält,

Fig. 2 einen Querschnitt im wesentlichen entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3-5 vereinfachte Querschnitte zur Erläuterung der paarigen Rotorelemente innerhalb des Motors, wobei sich die Rotorelemente in unterschiedlichen Positionen befinden, während die Ventileinrichtungen das unter Druck stehende Fluid zu- bzw. abführen und

Fig. 6 eine andere Ausführungsform entsprechender in Fig. 2 wiedergegebener Teile.

Der in den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen wiedergegebene Mitläufer­ rotor-Motor ist allgemein mit der Bezugsziffer 10 versehen. Der Motor umfaßt ein Gehäuse 12 sowie eine drehbare innerhalb des Gehäuses gehaltene Abtriebswelle 14.

Das Gehäuse umfaßt einen Endabschnitt 20 mit einer Endabschlußwandung 22 sowie einem materialeinheitlich mit dieser Endabschlußwandung ausgebildeten zylindrischen Flansch 24. Gegenüber dem Endabschnitt 20 befindet sich ein weiterer Endabschnitt 30 mit einer Endabschlußwandung 32 und einem materialeinheitlich hiermit ausgebildeten umlaufenden Flansch 34. Zwischen diesen beiden Endabschnitten befindet sich ein hohler Mittelabschnitt 36. Die Endabschnitte und der Mittelabschnitt sind aneinander angeschlossen etwa durch eine Muttern- und Schraubenanordnung oder eine Befestigungseinrichtung, die mit der Bezugsziffer 38 versehen ist.

Lager 40 und 42 halten die Welle 14 in den Endwandungen 22 und 32 des Gehäuses. Scheibenförmige Endplatten 46 und 48 sind auf der Innenseite der Lager 40 und 42 an der Abtriebswelle gehalten und drehen sich mit dieser. Auf der Innenseite dieser Endplatten und drehbar innerhalb des Gehäuses 12 gehalten ist ein Paar drehbarer und mit Flügeln versehener Rotorelemente angeordnet, die allgemein mit den Bezugsziffern 50 und 52 versehen sind. Sie werden jeweils im einzelnen noch im Detail beschrieben.

Das Rotorelement 50 umfaßt eine scheibenförmige Rotorplatte 56, die relativ drehbar von einem Lager 57 an der Abtriebswelle 14 gehalten ist. Der Umfang der Rotorplatte läuft in einem ringförmigen Kanal 58, der zwischen dem Mittelabschnitt 36 und dem Endabschnitt 20 des Gehäuses definiert ist. Lager 60 halten die Platte in ihrer Position und stehen aufeinander gegenüberliegenden Seiten mit der Rotorplatte in Anlage.

An die Rotorplatte 56 ist eine sogenannte innere konzentrische Hülse 62 konzentrisch zur Welle 14 angeschlossen. Relativ drehbar ist auf der inneren konzentrischen Hülse 62 eine äußere konzentrische Hülse 64 gehalten. Diese Hülsen sind Teil einer Ventileinrichtung zur Steuerung der Zufuhr von unter Druck stehendem Fluid zum Motor.

Die Hülse 64 ist an einem Ende an einer scheibenförmigen Rotorplatte 66 gehalten. Der umlaufende Rand der Platte 66 läuft in einem ringförmigen Kanal 68, der zwischen dem Endabschnitt 30 des Gehäuses und dem Mittelabschnitt 36 definiert ist. Lager 70 halten diesen umlaufenden Rand drehbar innerhalb des Kanals 68. Eine Lagerung 67 hält die Platte 66 drehbar auf der Welle 14.

Das Ende der Hülse 62, welches sich angrenzend an die Platte 66 befindet, greift dichtend an der Platte an. Das Ende der Hülse 64, welches sich angrenzend an die Platte 56 befindet, greift dichtend an dieser Platte an. Konzentrisch zu der inneren und der äußeren Hülse 62 und 64 ist ein Zylinder 72 vorgesehen. Die Enden dieses Zylinders liegen dichtend an den einander gegenüberliegenden nach innen gerichteten Flächen der Rotorplatten 56 und 66 an. Über das Äußere dieses Zylinders erstreckt sich ein Zahnkranz 74. Der Zahnkranz und der Zylinder sind materialeinheitlich miteinander verbunden.

Die äußere konzentrische Hülse 64, die beiden Rotorplatten 56 und 66 sowie der Zylinder 72 schließen einen ringförmigen Raum ein, der sich um die Abtriebswelle 14 erstreckt. In diesen Raum ragen, wie sich wohl am besten aus den Fig. 3 bis 5 ergibt, eine Gruppe in gleichmäßigem Abstand über den Umfang verteilter Motorflügel 76a, 76b, 76c und 76d hinein. Diese sind an der Motorplatte 76 befestigt, welche, wie bereits ausgeführt wurde, mit der äußeren Hülse 64 verbunden ist und hierbei einen integralen Bestandteil bildet. Zwischen diesen Flügeln ist eine Reihe in gleichmäßigem Umfangsabstand voneinander angeordneter Flügel 78a, 78b, 78c und 78d vorgesehen, die an der Rotorplatte 56 befestigt sind, welche, wie bereits ausgeführt wurden, mit der inneren konzentrischen Hülse 62 verbunden ist und hiervon einen integralen Bestandteil bildet. Die Platte 56 mit ihren Flügeln 78a bis 78d bildet das Rotorelement 50, während die Platte 66 mit ihren Flügeln 76a bis 76d das Rotorelement 52 bildet.

Zwischen den nebeneinanderliegenden Flügeln der beiden Rotorelemente sind Motorkammern definiert, die um die Abtriebswelle 14 verteilt angeordnet sind.

Mit der Bezugsziffer 79 ist eine Hülse bezeichnet, die mit ihren einander gegenüberliegenden Enden dichtend an der Endplatte 48 und der Rotorplatte 66 anliegt. Zwischen der Abtriebswelle 14 und der Hülse 79 befindet sich ein ringförmiger Durchlaß 82. Dieser Durchlaß steht über Öffnungen 86 in der Rotorplatte 66 mit einem Durchlaß 83 in Verbindung, der zwischen der Hülse 62 und der Abtriebswelle 14 definiert ist.

Unter Druck stehendes Gas, das den Öffnungen 84 in der Endwandung 32 zugeführt wird, strömt durch Öffnungen 87 in der Endplatte 48 in den Durchlaß 82 ein und dann durch Öffnungen 85 in den Durchlaß 83.

Da die konzentrischen Hülsen 64, 62 ein Teil der jeweiligen Rotor­ elemente sind, drehen sich diese Hülsen in zeitlich abgestimmter Beziehung mit den Rotorelementen. Der Zylinder 72 dreht sich ebenfalls in zeitlich abgestimmter Beziehung mit den Rotorelementen und der Abtriebswelle aufgrund der Zahnradanordnung 86, die die Abtriebswelle mit dem Zylinder verbindet. Im einzelnen ist eine Welle 88 drehbar an dem Gehäuse gehalten, die an einem Ende ein Stirnzahnrad 90 trägt, welches mit den Zähnen des Zahnkranzes 74 in Eingriff steht. Am gegenüberliegenden Ende dieser Welle ist ein Zahnrad 92 gehalten. Ein Zahnrad 94 ist drehfest an der Abtriebswelle gehalten. Ein Zahnriemen 96 umläuft das Zahnrad 92 und das Zahnrad 94. Durch die beschriebene Getriebeanordnung dreht sich bei einer Rotation der Antriebswelle im Uhrzeigersinn in den Fig. 3 bis 5 der Zylinder 72 in entgegengesetzter Richtung, und zwar mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit.

In Fig. 2 ist mit der Bezugsziffer 100 eine Rücklaufbremse bezeichnet. Eine oder mehrere sind an jedem Rotorelement des Motors vorgesehen. Die Bremse verhindert eine Drehung des Rotorelementes im Gegenuhrzeigersinn, wenn das Rotorelement in den Fig. 3 bis 5 betrachtet wird. Die Bremse umfaßt eine Kugel 102, die sich in einer konischen Ausnehmung 104 unter dem Druck einer Feder 106 befindet. Bei einer Bewegung einer Platte wie etwa der Platte 56 im Gegenuhrzeigersinn wird die Kugel gegen den äußeren Rand der Platte 21 gekeilt und verhindert somit eine Drehung.

Eine modifizierte Ausführungsform der Rücklaufbremse mit einer Klaue und einem Klinkenrad ist in Fig. 6 wiedergegeben.

Öffnungen sind über den Umfang der inneren und äußeren Hülsen 62 und 64 verteilt, die bei der Relativrotation der Hülsen in und außer Ausrichtung aufeinander geraten, wodurch ein gesteuertes Zulassen von unter Druck stehendem Fluid aus dem Durchlaß 83 zu den Motorkammern, die zwischen den Flügeln ausgebildet sind, erzielt wird, wobei zunächst das eine Rotorelement und hierrauf das andere Rotorelement in einer gesteuerten Weise fortgeführt wird zur Erzeugung einer Rotation der Abtriebswelle. Öffnungen sind im Zylinder 72 vorgesehen zur Abgabe des unter Druck stehenden Fluids aus bestimmten Motorkammern entsprechend dem Erfordernis, um die angestrebte Rotorweiterführung zu erzeugen.

Insbesondere, wie bei Betrachtung der Fig. 3-5 deutlich wird, ist die äußere konzentrische Hülse 64, an welcher die Motorflügel 76a, 76b, 76c und 76d befestigt sind, mit einer Öffnung auf jeder Seite dieser Flügel versehen. Somit sind Öffnungen 110a, 110b auf jeder Seite des Flügels 76a vorgesehen, Öffnungen 112a, 112b auf jeder Seite des Flügels 76b, 114a, 114b auf jeder Seite des Flügels 76c und Öfnungen 116a, 116b auf jeder Seite des Motorflügels 76d. In Verbindung mit der inneren konzentrischen Hülse 62 und den an dieser Hülse gehaltenen Flügeln sind Öffnungen 120a, 120b, 122a, 122b, 124a, 124b und 126a, 126b vorgesehen.

Vier auf dem Umfang verteilte Öffnungen sind an dem Zylinder 72 vorgesehen, die mit den Bezugsziffern 130, 132, 134 und 136 versehen sind. Diese stellen (s. hierzu Fig. 1) über die Kammer 137 und Öffnungen wie die Öffnung 138 in dem Gehäuse eine Verbindung zur Atmosphäre her.

Es soll nun erläutert werden, wie der Motor tatsächlich betrieben wird, wobei davon ausgegangen werden soll, daß sich die Teile in der in Fig. 3 gezeigten Position befinden, wobei Gas wie etwa unter Druck stehende Luft innerhalb des Durchlasses 83 zu der Motorkammer zugelassen wird, die zwischen den Flügeln 78a und 76a definiert ist, wobei die Öffnung 120a auf die Öffnung 110a ausgerichtet ist. Die Kammer zwischen den Flügeln 78a und 76a vergrößert sich, während die Kammer zwischen den Flügeln 76a und 78b in ihrer Größe abnimmt, während das unter Druck stehende Gas durch die Öffnung 132 freigesetzt wird. Eine ähnliche Vergrößerung tritt ein in Bezug auf die Motorkammer zwischen den Flügel 78b und 76b, 78c und 76c sowie 78d und 76d. Die äußere konzentrische Hülse bewegt sich dabei und erreicht die in Fig. 4 dargestellte Position, wobei der Flügel 76d sich angrenzend und hinter dem Flügel 78a und der Flügel 76a sich angrenzend und hinter dem Flügel 78b bewegt. Der Zylinder 72 dreht sich in Gegenrichtung um einen Abstand, der ausreicht, um eine Auslaßöffnung in dem Durchlaß 132 hinter dem neu positionierten Flügel 76a und anderen Flügeln, die diesem im Rotor 52 entsprechen, zur Verfügung zu stellen.

Unter der Bedingung, daß die Teile die in Fig. 4 dargestellte Position erreicht haben, wird unter Druck stehendes Gas der Motorkammer zwischen benachbarten Flügeln zugeführt, wobei nun ein Durchlaß in der äußeren Hülse eingesetzt wird, die sich direkt vor einem Flügel befindet, der an dieser Hülse gehalten ist (beispielsweise der Durchlaß 116b) sowie ein Durchlaß in der inneren Hülse, der sich direkt hinter einem zugeordneten Flügel befindet (beispielsweise der Durchlaß 126b). Der Rotor mit der inneren Hülse, d. h. der Rotor 50, dreht sich nun, bis die in Fig. 5 wiedergegebene Position erreicht ist. Wenn die Teile die in Fig. 5 dargestellte Position erreicht haben, besitzen der Zylinder 72 sowie die Rotorelemente 50 und 52 die gleiche Relativposition, wie sie in Fig. 3 wiedergegeben ist.

Wie in der US-PS 46 66 379 erläutert ist, können die Rotationselemente mit der getriebenen Welle verbunden sein, wobei die Rotationselemente die Welle treiben unter Einsatz einer jeweils zugeordneten Fluiddruckeinrichtung. So ist mit der Bezugsziffer 150 (s. Fig. 1) eine Hülse bezeichnet, die konzentrisch zur Welle 14 angeordnet ist, wobei die einander gegenüberliegenden Endbereiche in dichtendem Eingriff mit der Endwandung 46 bzw. der Rotorplatte 56 steht. Eine Ringkammer 152 ist zwischen der Hülse 150, der Endwandung 46, der Rotorplatte 56 sowie dem Flansch 24 eines Endabschnittes 20 gebildet. Innerhalb dieser Kammer sind kraftübertragende Flügel verteilt, wobei eine Gruppe von Flügeln, die mit der Platte 56 verbunden ist, sich jeweils zwischen einer Gruppe von Flügeln befindet, die an die Endwandung 46 angeschlossen ist. In Fig. 2 sind repräsentierende Flügel bei 154 und 156 angegeben. Diese erzeugen eine Treibverbindung zwischen dem Rotorelement 50 (welches die Rotorplatte 56 ein­ schließt) und der Abtriebswelle in der gleichen Weise wie beim Aufbau der vorerwähnten Patentschrift. Ähnliche Gruppen von Flügeln sind an die Endwandung 48 und die Rotorplatte 66 in der ringförmigen Kammer 160 angeschlossen, die am entgegengesetzten Ende des Motors ausgebildet ist, um eine Übertragung des Antriebs von dem Rotorelement 52 auf die Abtriebswelle 14 zu bilden.

Es leuchtet ein, daß die Anzahl von eingesetzten Flügeln in den Rotorelementen 50 und 52 verändert werden kann. Mit einer unterschiedlichen Zahl von Flügeln in den Rotorelementen und einem entsprechenden Ventilsystem, das wie zuvor beschrieben wirkt, würden dann entsprechende Veränderungen auszuführen sein beim Ausrichten der Öffnungen, die in den konzentrischen Hülsen vorgesehen sind, wie auch mit den Auslaßöffnungen in dem einstellbaren äußeren Zylinder 72.

Es leuchtet ein, daß bei der speziellen Ausbildungsform in der hier beschriebenen Erfindung das Ventilsystem, das die Zuführung von unter Druck stehendem Gas zu bestimmten Motorkammern ausführt, sich innerhalb des Motors befindet, wobei die entsprechend zeitlich abgestimmte Bewegung auf der Tatsache beruht, daß die Ventilteile, d. h. die Hülsen, integraler Bestandteil der beiden Rotoren sind, die sich im Motor befinden.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angegeben werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

1. Motor mit einem Gehäuse, einer innerhalb des Gehäuses drehbar gehaltenen Abtriebswelle sowie einem Paar drehbar angeordneter, flügelbestückter Rotorelemente im Gehäuse, welche in Treibverbindung mit der Abtriebswelle stehen, wobei die Rotation der flügelbestückten Rotorelemente auf die Abtriebswelle übertragbar ist und die Motorflügel jeweils eines der Rotorelemente zwischen den Flügeln des anderen Elementes angeordnet sind, und zwischen benachbarten Motorflügeln jeweils eine Motorkammer definiert ist, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung zur Zuführung eines unter Druck stehenden Gases in einer Gruppe von Motorkammern und zur Freisetzung des Abgases aus einer anderen Gruppe von Motorkammern,
wobei die Einrichtung Ventile zur Steuerung des unter Druck stehenden Gases in die Kammer hinein und dann des Gases aus der Kammer heraus umfaßt, die aus konzentrischen Hülsen (62, 64) bestehen und Öffnungen (110-120) aufweisen, welche in zeitlich abgestimmter Beziehung durch Relativdrehung der Rotorelemente (50, 52) zueinander aufeinander ausrichtbar sind, während ein die flügelbestückten Rotorelemente (50, 52) umgebender Zylinder (72) Öffnungen (130-136) zur Steuerung des Abgases aus den Motorkammern besitzt, wobei der Zylinder (72) konzentrisch zu den konzentrischen Hülsen (62, 64) angeordnet und in zeitlicher Abstimmung mit der Abtriebswelle (14) drehbar ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine konzentrische Hülse (62) an einem ersten Rotorelement (50) gehalten ist und sich mit diesem zu drehen vermag, während die andere Hülse (64) mit dem anderen Rotorelement (52) verbunden ist und sich mit diesem dreht.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Hülsen (62, 64) konzentrisch zur Abtriebswelle (14) angeordnet sind, wobei ein Durchlaß (83) zur Aufnahme des unter Druck stehenden Gases zwischen der Abtriebswelle (14) und den konzentrischen Hülsen (62, 64) ausgebildet ist, zur Zuführung des Gases durch die Öffnungen (110-120) in die Motorkammern.

4. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Mitläuferrotor-Motor ausgebildet ist und die folgenden Merkmale umfaßt, nämlich:
ein Gehäuse (12),
eine innerhalb des Gehäuses (12) drehbar gehaltene Abtriebswelle (14),
eine innere konzentrische Hülse (62), die konzentrisch zur Welle (14) drehbar innerhalb des Gehäuses gehalten ist, sowie eine äußere konzentrische Hülse (64), die konzentrisch zur Welle (14) gehalten ist und die innere konzentrische Hülse (62) umgreift,
ein erstes flügelbestücktes Rotorelement (50) mit einer an der inneren Hülse (62) befestigten Rotorplatte (56), wobei sich die Flügel (76) in axialer Richtung von der Rotorplatte (56) ausgehend erstrecken,
ein zweites flügelbestücktes Rotorelement (52) mit einer an die äußere Hülse (64) angeschlossenen Rotorplatte (66), wobei die Flügel (78) an der Rotorplatte (66) sind und sich in Axialrichtung der Hülse (64) erstrecken,
wobei die Flügel (76) des ersten Rotorelementes (50) jeweils zwischen die Flügel (78) des zweiten Rotorelementes (52) greifen, wobei Motorkammern zwischen jeweils benachbarten Flügeln (76, 78) gebildet werden,
eine Kammer (83) zur Aufnahme des unter Druck stehenden Gases zwischen der Abtriebswelle (14) und der inneren konzentrischen Hülse (62),
wobei die Hülsen (62, 64) aufeinander aussichtbare Öffnungen (110-126) tragen zur ventilgesteuerten Strömung des Gases von der Kammer (83) in die Motorkammern sowie
einen Zylinder, der die Rotorelemente (50, 52) und die Hülsen (62, 64) konzentrisch umgibt und Öffnungen (130-136) zur Abführung des Gases aus den Motorkammern aufweist.

5. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Getriebeanordnung (86) vorgesehen ist, über welche die Abtriebswelle (14) und der Zylinder (72) in Treibverbindung stehen zur Rotation des Zylinders (72) in zeitlich abgestimmter Beziehung auf die Rotation der Welle (14).

6. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Ausrichtung miteinander führbaren Öffnungen für jeden Flügel (76) des ersten Rotorelementes (50) auf dem Umfang der inneren Hülse (62) auf beiden Seiten des Flügels (76) angeordnet sind, während für jeden Flügel (78) des zweiten Rotors (52) die Öffnungen auf den Umfang der äußeren Hülse (64) auf jeder Seite der Flügel (78) verteilt sind.