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Drehkolbenmaschine mit Kurbelwälzkolben, insbesondere Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft Drehkolbeiimaschineil mit Kurlxelitälzkollxni, insbesondere
Breimkraftmaschinen. Es sind Einrichtungen dieser Art bekannt oder vorgeschlagen,
bei denen versucht wurde, die bekannten Nachteile von Kolhen und Zylinder zu vermeiden,
entweder durch Anwendung von zwei umlaufenden Gliedern, die ähnlich den Zahnrädern
der bekatiiltrn Zahnradpumpen und den Root.s-Kompressoren ineinandergreifen, oder
durch Anwendung eines in einem Gehäuse umlaufenden Läufers, der mit Flügeln oder
Schaufeln besetzt ist, deren Enden den inneren Umfang des Gehäuses berühren. Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, die Konstruktion von Motor oder Pumpe,
bei denen Zylinder und Kolben in Wegfall kommen, zu verbessern und die Reibungsverluste
zu vermindern. Insbesondere aber bildet eine Vorkehrung Gegenstand der Erfindung,
durch die bei einer Brennkraftmaschine der übliche Zylinder und Kolben in Fortfall
kommen.
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Erfindungsgemäß setzt sich der Motor oder die Pumpe aus folgenden
Teilen zusammen: einem hohlen Gehäuse, dessen Innenraum aus einem Paar halbzylindrischer,
durch Ebenen miteinander verbundener Flächen besteht, einem Kurl>elivälzkolben,
dessen
Außenfläche gleichfalls aus zwei halbzylindrischen und zwei ebenen Teilen besteht,
und einem Paar von Exzentern oder Kurbeln, die dem Wälzkolben eine kreisförmige
Parallelverschiebung erteilen, wobei die Berührungslinie bzw. Berührungsfläche um
den Umfang des Körpers und den inneren Umfang des Gehäuses herum wandert. Der Wälzkörper
kann Flügel tragen, die rechtwinklig zu seinen Ebenen ein und aus gleiten, so daß
das Volumen jeder Kammer wächst und abnimmt. Jede Kammer besitzt Einlaß- und Auslaßmittel.
Zwischen der Innenwand des Gehäuses und dem Außenumfang des Körpers findet keine
gleitende Berührung statt, sondern diese Berührung geschieht nur wälzend, so daß
die Reibung erheblich vermindert wird. Ferner, da hier kein Umlauf zwischen dem
Gehäuse und dem Körper, den es umschließt, erfolgt, sondern nur eine kleine Relativverschiebung
auf einem Kreiswege, bewegen sich die Spitzen der Flügel an dem ebenen Teil des
inneren Gehäuseumfanges mit vergleichsweise kleinem Bewegungsausmaß geradlinig hin
und her (das Bewegungsausmaß umfaßt im wesentlichen das Zweifache der Exzentrizität
oder des Hubes), so daß die Reibung vermindert und die Vorkehrung für eine gas-
oder flüssigkeitssichere Abdichtung erleichtert wird. 1m allgemeinen wird man ein
feststehendes Gehäuse vorziehen und die Kurbel oder das Exzenter relativ zu ihm
bewegen, jedoch ist darauf hinzuweisen, daß auch die Kurbel oder das Exzenter ortsfest
sein können und das Gehäuse mit den in ihm .enthaltenen Körper umläuft.
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Vorzugsweise wird der Körper mit zwei einander gegenüberliegenden
Flügeln ausgestattet.
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Bei Flügelpumpen u. dgl. ist erfahrungsgemäß ein flüssigkeitsdichter
Abschluß, z. B. zwischen den Seitenwänden oder dem Rotor und den Seitenkanten der
Flügel schwierig zu erreichen. Gemäß einem wichtigen Hilfsgegenstand der vorliegenden
Erfindung wird eine flüssigkeitsdichte Verbindung dadurch erreicht, daß eine End-
oder Seitenwand des Gehäuses gleich einem Kolben gegen die benachbarte Endfläche
des Körpers gepreßt wird.
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Bei Anwendung dieser Erfindung auf eine Brennkraftmaschirie oder einen
Motor können zwei der vorgeschriebenen Einrichtungen zusammengekuppelt werden, wobei
die einte als Kompressor zum Komprimieren einer Füllung für die andere Einrichtung
dient, in der diese Füllung verbrannt wird.
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Es folgt die Beschreibung der Erfindung an Hand der Zeichnung, die
einige vorzugsweise Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt.
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Fig. 1, 2, 3, 4 und 5 zeigen ,schematisch die Anwendung der Erfindung
bei einer Pumpe oder einem hydraulischen Motor; Fig.6, 7, 8, 9 und io zeigen schematisch
die Anwendung der Erfindung bei einem Kompressor; Fig. i i ist ein Querschnitt nach
der Linie i i- i i der Fig. 14 durch eine Brennkraftmaschine, die gemäß,dier Erfindung
gebaut ist; Fig. 12 ist ein Längsschnitt nach der Linie 12-12 der Fig. i i ; Fig.
13 ist ein Schnitt nach der Linie 13-13 der Fig. 12 und 14; Fig. 14 ist ein Längsschnitt
der gleichen Einrichtung durch ihren Teil rechter Hand nach der Linie 14-14 der
Fig. i i und durch ihren Teil linker Hand nach der Linie 1.1-1I der Fig. 13.
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Die Fig. 1, 2, 3, 4 und 5 zeigen schematisch die Anwendung der Erfindung
bei einer Pumpe oder einem hydraulischen Motor. Bei dieser Ausführung bilden ein
Gehäuse oder Zylinder 1 o und ein trommelförmiger Körper i i, die aus je einem Paar
halbzylindrischer Teile und einen diese verbindenden ebenen Teil bestehen, die Pumpe.
Das Gehäuse trägt drehbar zwei parallele Wellen, deren jede ein Exzenter oder eine
Kurbel 12, 13 besitzt, in denen der Körper i l gelagert ist. Der Hub dieser Exzenter
oder Kurbeln ist gleich der Differenz zwischen den Radien der Halbkreisteile des
Gehäuses io und des exzentrisch gelagerten Körpers i i. Die Achse eines jeden Halbkreisteiles
des Gehäuses liegt achsgleich einer Welle, während die Achse jedes Halbkreisteiles
der Trommel konzentrisch zu dem ihr zugehörigen Kurbelzapfen oder Exzenter liegt.
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Im Körper i l sind Qu@crschlitze 14 angeordnet; und in diesen Flügel
15, 15" deren @entgegengesetzte Spitzen sich ,gegen die einander gegenüberliegenden
ebenen Innenflächen des rechtwinkligen Teiles des Gehäuses i o legen, an dem entlang
sie hin und her arbeiten und dabei eine flüssigkeitsdichte Verbindung erleichtern.
Die beiden Flügel 15, 15a sind mittig zum rechtwinkligen Teil des Körpers i l in
einer Ebene angeordnet, die im rechten Winkel zu der Ebene der Achsen der Wellen
liegt, auf der die Kurbeln l a und 13 angeordnet sind. Diese Anordnung erlaubt es,
die Dicke der Flügel sehr wesentlich zu vergrößern und infolgedessen geeignete Dichtungs-
oder Verbindungsmittel in ihren Spitzen anzubringen.
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Angenommen, es handelt sich um eine Pumpe, dann wandert, beginnend
mit der Stellung nach Fig. i, der Körper i i entgegen dem U hrzeigersinn in Richtung
des Pfeiles A. Bei der Bewegung aus der Stellung nach Fig. i in die Stellung nach
Fig. 2 wird eine Kammer 1 allmählich verkleinert und die in ihr enthaltene Flüssigkeit
durch eine Auslaßöffnung 18 (Fig. 5) ausgetrieben, an die Treibfläche des Flügels
15a, durch Durchlässe 8', die seitlich in der Dicke der Flügel ableiten, und dann
durch Auslaßventile 17 in den Seitenwänden des Gehäuses. Gleichzeitig ist durch
Vorrücken des Flügels 15 eine Kammer I' gebildet, in die Flüssigkeit einfließt durch
die Einlaßschlitze 16 in den Seitenwänden des Gehäuses io, durch Durchlässe 18',
die seitlich durch die Dicke des Flügels weiterleiten und durch einen Schlitz 18
in der Treibfläche dieses Flügels. Bei der Bewegung aus der Stellung nach Fig. 3
in die Stellung gemäß Fig. 4 wird eine Kammer 11 verkleinert, so daß Flüssigkeit
ausgetrieben wird durch die Auslaßventile 17, einen Durchlaß (ähnlich Durchlaß 8)
in der Treibfläche des Flügels 15, und hierbei bildet sich eine Kammer I I' auf
der Leitflächellseite des Flügels 15a. Diese Kammer 11' wächst, bis sie zur Kammer
11
wird und ihre Zunahme Flüssigkeit durch die Schlitze 16- in gleicher
Weise einzieht, wie mit Bezug auf Kammer I' beschrieben.
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In den Fig. 6, 7, 8, 9 und to ist die Einrichtung als Kompressor arbeitend
dargestellt. Die Bauart ist ähnlich der nach den Fig. i bis 5 und kennzeichnet sich
durch ein äußeres Gehäuse i9, auf dessen innerem Umfang sich ein Körper abrollt
(in Richtung PfeilB), vermittels Kurbeln oder Exzenter 21 und 22. In der in Fig.
6 gezeichneten Stellung ist ein Einlaßschlitz 23 geschlossen und ein Auslaßschlitz
24 offen. In der Stellung gemäß Fig. 7 ist ein Schlitz 25 im oberen Ende des Flügels
26 offen, so daß durch ihn eingesaugt werden kann, und in der gegenüberliegenden
unteren Seite der Kammer 1 ist zu gleicher Zeit die Kompression beendet und die
Ausstoßung der Füllung eingeleitet. Die Fortsetzung der Bewegung bis zur Stellung
der Fig. 8 schließt Auslaßschlitz 24 (das Ende der Ausstoßbewegung ); die Ansaugung
durch Schlitze 23, 25 (Fig.9) wird fortgesetzt, die Einlaß- und Auslaßschlitze werden
geschlossen, und die Kammer I hat ihre Maximalkapazität erreicht. Ein gleicher Ablauf
findet in Kammer I1 statt.
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Wenn diese Einrichtung als Brennkraftmaschine gebraucht wird, muß
Körper 20 in entgegengesetzter Richtung bewegt werden.
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Die Anwendung der Erfindung in einer Brennkraftmaschine ist in den
Fig. i i, 12, 13 und 14 dargestellt. Die Maschine enthält einen Kompressor 27 und
eine 'Maschine 28, die auf gemeinsamel Wcllcn 29 arbeiten. Der Kompressor wird durch
ein Gehäuse oder einen Zylinder 3o gebildet, in dem ein Körper 31 exzentrisch auf
einem Paar Kurbeln oder Exzenter 32 in der oben beschriebene Weise gelagert ist.
Der Körper 31 besitzt Schlitze 33, in denen Flügel 34 verschiebbar sind, derart,
daß sie in gleitende Berührung mit der Innenwand des Gehäuses 3o treten können.
Vermittels der Bewegung des Körpers 31 wird Brennstoff von einem nicht dargestellten
Vergaser durch einen in der den Kompressor 27 von der Maschine trennenden Scheidewand
36 liegenden Kanal 35 angesaugt. Der Kanal ist so angeordnet, daß sich zwei Einlässe
in die Kompressionskammer bilden; eine mittelbare Verbindung durch Kanal 38 im Flügel
34 und eine Verbindung durch Schlitz 39 in der Scheidewand. Dieser Schlitz wird
zugedeckt und freigelegt durch die Bewegung des Körpers 31. In dem Zustand, in dem
das Volumen der Kompressionskammer 37 ihr Maximum erreicht, ist Schlitz 39 geschlossen,
wie das der obere Teil der Fig. 13 erkennen läßt, und die Verbindung zwischen Kanal
38 und Kammer 37 ist ebenfalls unterbrochen, da der Körper 31 steigt und den Schlitz
38Q in der Flügelfläche abdeckt. Die Fortsetzung der Bewegung des Körpers 31 führt
zur Kompression des Brennstoffgemisches.
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Wenn das Gemisch im unteren Teil der Kammer 37 komprimiert ist, gelangt
es in ein Reservoir 4o, das in der Scheidewand 36 gebildet ist, über ein Rückschlagventil
4 i und eine Leitung 42. Außerdem wird Gemisch zum Ventil 41- durch einen Durchlaß
43 der Treibfläche des Flügels 34 zugeführt.
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Eine Stirnwand 30A des Gehäuses 30 ist wie ein Kolben gelagert,
der gegen die ihm benachbarte Fläche des Körpers 3 i drückt, unter Einfluß von Federn
oder anderen geeigneten Mitteln, um einen flüssigkeitsdichten Abschluß zu sichern.
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Die Maschine ist von gleichartiger Bauart wie der Kompressor 26, und
ihr exzentrisch gelagerter Körper 44 (Fig. i i) ist mit Flügeln 52 und Einlaßschlitzen
45 versehen, die vorübergehend mit Schlitzen 46 in der Scheidewand 36 zur Drehung
gelangen und die Verbindung zu dem Reservoir 4o herstellen, in Übereinstimmung mit
den Bewegungen des Körpers 44. Wenn ein Paar dieser Schlitze 45, 46 sich decken,
fließt komprimiertes Gemisch aus dem Reservoir 40 in eine Verbrennungskammer 47.
Die folgende Bewegung des Körpers 44 unterbricht die Verbindung, worauf das Gemisch
durch eine geeignete Zündkerze 48 entzündet wird. Ein Rückschlagventi149 (Fig. 14)
verhütet, daß die Explosion das Reservoir 4o erreicht. Nach der Zündung expandieren
die Gase, bis das Maximalvolumen der Kammer erreicht ist, worauf sie ausgestoßen
werden durch eine Leitung 51 in der Leitfläche des entsprechenden Flügels 52 und
durch einen seitlichen Schlitz 53 des Flügels, um schließlich, wenn der Körper 44
eine öffnung 50' in dem Wandteil 3o$ freigibt, in die Atmosphäre durch einen Schlitz
50 in genannte Wand auszutreten.
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Die Flügel können nach außen durch zurückfedernde Mittel gedrängt
werden, wie sie in der Zeichnung mit 53 bezeichnet sind.
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Vorzugsweise weicht die Exzentrizität des Maschinenkörpers von der
des Kompressorkörpers um t 8o° ab.