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Drehkolbenmaschine, insbesondere Drehkolbenbrennkraftmaschine Die
Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine, vornehmlich Drehkolbenbrennkraftmaschine,
bei welcher in einem Gehäuse mit darin befindlichen beweglichen Widerlagern eine
Kolbentrommel umläuft, in welcher sich drehende Kolbenkörper gelagert sind. Der
Ringraum zwischen -der Kolbentrommel und dem Gehäuse bildet dabei den bzw. die Räume
für die Verdichtung und die Entspannung des Gases. Die Ein-und Auslässe zu diesen
Räumen werden durch entsprechend gesteuerte Ventile oder durch andere Mittel , geschlossen
und geöffnet.
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Es sind nun bereits mehrere Ausführungsformen von Kolbenkörpern wie
auch von Widerlagern bekannt. Sie leiden jedoch durchweg unter dem Nachteil, daß
eine starke Abnutzung von aufeinandergleitenden Teilen auftritt. Zugleich mit dieser
Abnutzung ist naturgemäß ein Leistungsverlust verbunden.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die an der Kolbentrommel
befindlichen Kolbenkörper mit sektorförmigen Ausschnitten versehen sind, in die
sektorförmige schwingende Widerlager pendelnd eingreifen. Dieser Eingriff wird entweder
durch die Einwirkung der Widerlager auf die Ausschnitte oder umgekehrt oder aber
durch besondere Steuerungsvorrichtungen herbeigeführt. Zweckmäßig haben die Widerlager
in ihren mit den Kolbenkörpern zusammenarbeitenden Flächen und die Kolbenkörper
selbst, in Radialschnitt gesehen, halbkreisförmige Begrenzungen.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß durch das Einpendeln
der Widerlager in den zugehörigen Ausschnitt der Kolbenkörper einmal eine Art Verzahnung
zwischen Gehäuse und Kolbentrommel, zum andern eine großflächige Abdichtung zwischen
ihnen entsteht. Die Reibung gleitender Teile aufeinander ist denkbar gering. Man
kann sogar sagen, daß dann, wenn die Teile ordnungsgemäß ineinandergreifen, keine
Abnutzung eintritt.
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Die Erfindung ist in den Abbildungen beispielsweise in einigen Ausführungsformen
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen schematischen Ouerschnitt durch die Maschine
senkrecht zur_Drehachse und Abb.2 einen Querschnitt der Maschine durch die Drehachse.
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Abb. 3 ist eine der Abb. i entsprechende Darstellung bei anderer Stellung
der beweglichen Teile.
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Abb. q. ist eine der Abb. i entsprechende Darstellung einer einfach
wirkenden Maschine, und Abb. 5 ist eine dritte Ausführungsform in der Darstellung
der Abb. i.
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Innerhalb des zylindrischen Gehäuses a befindet sich die Kolbentrommel
c, die mit dem ersteren einen sich ringsum erstreckenden,
nur an
einzelnen Stellen unterbrochenen Ringraum bildet. Zur Unterteilung des Ringraumes
in Kammern dienen Kolbenkörper d, von denen im Ausführungsbeispiel drei vorhanden
und mit d, dl, d2 bezeichnet sind. Diesesitzen auf Wellen e, die aus dem Gehäuse
a herausgeführt und für ihren gleichmäßigen Drehantrieb mit Stirnrädern el versehen
sind, die mit einem entsprechenden Hohlrad f in Eingriff stehen. .Im Ausführungsbeispiel
sind zwei Gruppen von Kolbenkörpern vorgesehen, von denen die zweite Gruppe dl,
d11 und d12 hinter der. ersten Gruppe angeordnet ist. Die erste Gruppe bildet demnach
einen Vorverdichter, der das vorverdichtete Brennstoffgemisch der zweiten Gruppe
zuführt, die es noch weiter verdichtet, bevor es zur Entzündung gelangt. Dabei sind
sämtliche Kolbengruppen in der Trommel c drehbar gelagert und werden durch den beschriebenen
Zahntrieb e1, f in synchrone Drehung versetzt. Für die Aufnahme der Kolbenkörper
ist die Kolbentrommel c an den entsprechenden Stellen etwa halbkreisförmig ausgehöhlt.
Die Kolbenkörper legen sich außen - abdichtend gegen die Innenwand des Gehäuses
a und innen gegen die entsprechend gekrümmte Wandung der Trommel c an.
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Als Widerlager werden für beide Drehkolbengruppen schwingende, zweckmäßig
unter Federwirkung stehende, vorteilhaft hohl ausgebildete Körper g, g1, g2 verwendet;
diese gehören zur ersten Drehkolbengruppe, während die Widerlager g1, gll und g1'
zur zweiten Drehkolbengrüppe gehören. Alle Widerla;ger sind in Gehäusevorsprüngen
h abdic'lhbend eingebaut und haben im wesentlichen eine sektorförmige Gestalt, deren
in den Arbeitsraum der Maschine hineinragender Teil die Entspannungs- und Verdichtungsräume
voneinander trennt und mit einem entsprechenden sektorförmigen Ausschnitt i der
Kolbenkörper zusammenarbeitet.
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Die Wirkungsweise der neuen Drehkolbenlnaschine gestaltet sich hiernach
wie folgt: In der in Abb. r wiedergegebenen Relativstellung der Teile befinden sich
die Kolbenkörper der ersten Gruppe in ihrer innersten Verdichtungsstellung; die
Widerlager g, g1, g2 dichten die drei Abteilungen des ringförmigen Arbeitsraumes
der Maschine gegeneinander ab, und das vorher durch - die gesteuerten Anlässe k
eingesaugte Brennstoffgemisch ist vorverdichtet; wobei die einzelnen Abschnitte
des ringförmigen Arbeitsraumes durch die Durchbrechungen in mit den Arbeitsräumen
der zweiten Gruppe der Kolbenkörper in Verbindung stehen. Hier erfolgt durch das
Zusammenwirken der entsprechenden Organe eine weitere Verdichtung in den Verdichtungsräumen.
Der Übergang der Kolbenkörper aus ihrer innersten Verdichtungsstellung unter Passieren
der zugehörigen Widerlager ist in der Abb.3 dargestellt. Hierbei dichten die Sektorflächen
s mit den entsprechenden Flächen der Kolbenkörper ab. Diese großflächige Abdichtung
ist ein besonderes Kennzeichen der Gestaltung und der Zusammenwirkung von Kolbenkörper
und Widerlager. Es schleifen stets endliche Flächen aufeinander bis zu dem Augenblick,
wo die sich nicht nur drehenden, sondern auch gleichzeitig im Kreise fortschreitenden
Kolbenkörper die Widerlager passiert haben und die Abdichtung wieder zwischen der
Gehäuseaußenwand und der vollen Kolbenfläche stattfindet.. Die Drehung der Kolben
um ihre eigene Drehachse ist durch die Pfeile y, die fortschreitende Kreisbewegung
der Kolbentrommel durch die Pfeile y1 angedeutet. Es ist nicht notwendig, die zusammenarbeitenden
Abschnitte von Kolbenkörper und Widerlager zylindrisch auszuführen, sie können auch
im Ouerschnitt bogenförmig gehalten sein (vgl. die Flächen B in Abb. a). Sobald
die Kolbenkörper der zweiten Gruppe die in Abb. z angegebene Stellung zu den ihnen
zugehörigen Einlässen k erreicht haben, wird das in den nicht weiter gezeichneten
Verdichtungskammern verdichtete Gemisch durch Zündkerzen entzündet, und der Expansionsdruck
wirkt auf die Kolbenkörper dl, d11 und d12 ein, wodurch die Maschine ihren dauernden
Antriebsimpuls erhält. Im geeigneten Zeitpunkt werden die Auslässe k1 geöffnet und
die Gase durch die Kolbenkörper ausgeschoben. Das Arbeitsspiel beginnt dann von
neuem.
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In Abb. 4 ist der Kolbenkörper d schon teilweise unter seinem zugehörigen
Widerlager g1 hinweggeschritten, und letzteres befindet sich beinahe in seiner äußersten
Stellung. Durch die Drehung im Sinne der Pfeile y und y1 wird dann der Eingriff
gelöst, und man sieht deutlich, daß noch ein erheblicher Flächeneingriff vorhanden
ist, während bereits der Kolbenkörper d wieder anfängt, voll auf seinen Außenflächen
abzudichten.
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Bei der Ausführung nach Abb. 5 ist eine kinematische Umkehrung dargestellt.
Die ursprünglichen Widerlager, die jetzt mit G bezeichnet sind, laufen mit der Kolbentrommel
c um und können eine pendelnde Bewegung ausführen; sie verschwinden zeitweilig in
einem entsprechenden Ausschnitt des Trommelkörpers c. Als Widerlager dienen jetzt
die beiden sich drehenden walzenförmigen Widerlager il, nl, von denen die Walze
st einen sektorförmigen Ausschnitt p besitzt, während derselbe auf der Walze n1
fehlt. Er könnte natürlich ebensogut vorhanden sein;
es soll nur
gezeigt werden, daß hier mit oder ohne Ausschnitte gearbeitet werden kann. Auf der
einen Seite der Widerlager befindet sich der Einlaß, auf der anderen Seite der Auslaß.
Die Pendelkörper G müssen bei der Verdichtung unter einem so kräftigen Federdruck
stehen, daß ihr Einschwenken verhindert wird, während bei der Entspannung durch
den Gasdruck ihre Arbeits- und Abdichtungsstellung erhalten bleibt. Die gesteuerten
Ein- und Auslaßventile sind überall, weil es sich hier um etwas Bekanntes handelt,
weggelassen. Anstatt die Widerlager bei der Ausführung mit Nachverdichtung hintereinander
anzubringen, können sie auch axial nebeneinander stehen.