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Publication number: DESC014012MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 21. November 1953 Bekanntgemacht am 13. Dezember 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft einen Drehkolbenmotor und ein Verfahren zu seinem Betriebe. Dieser Drehkolbenmotor ist bestimmt für durch expansionsfähige Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, zu betätigende, umsteuerbare Kraftmaschinen, die hauptsächlich im Bergbaubetriebe unter.Tage verwendet werden können, aber keineswegs auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt sein sollen.

Durch Druckluft oder andere expansionsfähige Druckmittel zu betreibende Umläufermotoren sind häufig vorgeschlagen worden. Die Erfindung bezweckt die Verbesserung des wirtschaftlichen Wirkungsgrades der bekannten Motoren dieser Art.

In der Praxis durchgesetzt haben sich lediglich Zahnrad- und Pfeilradmotoren, deren Wirkungsgrad auch nicht befriedigend ist.

Als störend kann bei den bekannten Druckluftmotoren ihr geräuschvolles Arbeiten empfunden werden, das einmal durch die Anzahl der arbeitenden Zähne und· die hohe Drehzähl, zum anderen auch durch das geringe Expansionsverhältnis bedingt ist. Die an sich mögliche Geräuschdämpfung ist nur unter Verschlechterung des Wirkungsgrades zu erkaufen, und sie ist auch drehzahlabhängig.

Das meist nur geringe Expansionsverhältnis der bekannten Druckluftmotoren stellt eine vollkommene Ausnutzung der dem Druckmittel innewohnenden Energie in Frage. Vergrößert man das Expansionsverhältnis, was bei Pfeilradmotoren theoretisch denkbar ist, so wird- der. Vorteil größerer Energieausbeute durch den Nachteil der

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stark ansteigenden Spaltverluste wieder wettgemacht.

Der Leistungsfähigkeit von Zahn- und Pfeilrad-

inotoren sind außerdem Grenzen gesetzt durch die Vereisungsgefahr. Die durch die Expansion der

': Druckmittel bedingte Unterkühlung führt zur Eisbildung am und im Motor; die Eisteilchen setzen sich zwischen die Zahnflanken und beschädigen sie und verstopfen den Motor am Auspuff derart, daß

ίο die Leistung immer mehr abfällt und die Maschine schließlich ganz einfriert.

Es ist bereits ein Drehkolbenmotor bekanntgeworden, bei dem zwei aufeinander abrollende Rotoren vorgesehen sind, von denen einer einen Flügelkolben aufweist, der in einem Ringkanal umläuft und mit einer Aussparung in einem anderen Rotor zusammenarbeitet, die als Schleuse für den Flügelkolben dient, wenn er einen Ar.beitshub vollendet hat und einen neuen beginnen soll.

ao Der-den Flügelkolben tragende Rotor ist mit dem die Aussparung aufweisenden Rotor derart zwangläufig verbunden, daß ' Flügelkolben und Aussparung passend ineinandergreifen. Die Arbeitsweise dieses Motors bringt es mit sich, daß die freien Einströmquerschnitte für den Treibstoff . und die dazugehörenden Ausströmquerschnitte bei einem gegebenen Durchmesser der Drehkolben-.

trägerscheiben 'Unverhältnismäßig klein ausgeführt werden müssen. Durch die kleinen Einströmöffnungen kann aber nur sehr wenig Druckmittel je Zeiteinheit einströmen. Dadurch ergibt sich eine sehr kleine Betriebsdrehzahl des Motors, die sich ungünstig für die Wirtschaftlichkeit des Arbeitsverfahrens auswirkt.

Die Wirtschaftlichkeit eines Drehkolbenmotörs, der auf den Betrieb mit speziell expansionsfähigen Medien — wie Druckluft, Druckgas u. a. — abgestimmt ist, wird im wesentlichen durch die richtige Einlaß steuerung bestimmt. Es bestehen vor allem drei wichtige Forderungen, von denen der Wirkungsgrad eines solchen Motors, d. h. also seine Wirtschaftlichkeit, maßgebend abhängt.

a) Die Steuerung des Füllvorganges muß derart erfolgen, daß im Augenblick des Einströmens des Druckmittels in den Druckraum hinter dem Flügelkolben dieser Druckraum möglichst klein sein soll, um ein Minimum an »Tot-Raum« zu haben.

b) Die Steuerung des Füllvorganges muß in ihrem zeitlichen Ablauf derart erfolgen, daß, beginnend mit dem Zeitpunkt der einsetzenden Einströmung des Druckmittels in den Druckraum, hinter dem 'Flügelkolben möglichst rasch große

. Einströmquerschnitte zur Verfügung stehen. Der Grund für diese Forderung ist dadurch gegeben, daß bei jedem Drehkolbenmotor die Verlustspalte an sich festliegen, wodurch sich der Wirkungsgrad des Motors nur durch eine Drehzahlsteigerung erhöhen läßt. Der Drehzahlsteigerung wird aber durch die konstruktiv bereitstellbaren Einströmquerschnitte eine Grenze gesetzt. Die Drehzahlgrenze ergibt sich bekanntlich dadurch, daß durch einen freien E'inströmquerschnitt bei einer gegebenen wirtschaftlich vertretbaren Druckdifferenz — zwischen Druckraum hinter dem Flügelkolben. und dem Druckraum des Druckmittelspeichers oder seiner Leitungen — sich nur ,eine bestimmte und sehr begrenzte Strömungsgeschwindigkeit ausbilden kann. Dieser , Zuströmgeschwindigkeit entspricht in der Zeiteinheit ein ganz bestimmtes, d. h. also begrenztes Druckmittelgewicht.

c) Die Steuerung des Füllvorganges muß derart sein, daß die Einlaßöffnungen wieder geschlossen sind, sobald im Druekraum hinter dem Flügelkolben eine so große Druckmittelmenge eingeströmt ist, daß bei der nun folgenden Expansion des Druckmittels der Druck gerade so weit absinkt, daß im Augenblick des Öffnens der Auslaßöffnungen der Endexpansionsdruck und der im Auspuffraum herrschende Druck möglichst gleich sind.

Die Erfindung bezieht sich . auf Drehkolbenmotoren mit. mindestens zwei aufeinander abrollenden Rotoren, von denen einer einen flügelartigen Kolben .aufweist, der in einem ringförmigen Arbeitsraum umläuft und der mit einer als Schleuse für den Flügelkolben dienenden Aussparung des anderen Rotors zusammenarbeitet.

Zur Erfüllung der erwähnten Forderungen wird gemäß Erfindung vorgeschlagen, die Einströmung des Druckmittels durch die Schleuse so zu steuern, daß in den Druekraum hinter dem Flügelkolben bei Nenndrehzahl gerade so viel Druckmittel einströmt, daß im Augenblick des Öffnens des Ring- , raumes derselbe Druck herrscht wie im Auspuffraum.

Ein weiterer Vorteil des Drehkolbenmotörs nach der Erfindung besteht darin-, daß man keine Schmierung braucht. Das aber hält das Druckmittel von unerwünschten Beimengungen frei. Im Untertagebetrieb ist das von nicht zu unterschätzendem Vorteil, weil arbeitshinderliche und gesundheitsschädliche Ölnebel nicht entstehen können. Die in Achsenrichtung der Rotoren verstellbaren Abdichtdeckel, durch deren Verstellung die Axialspiele der Rotoren einstellbar sind, sind bei der Bauart nach der Erfindung, einmal eingestellt, gegenüber dem Gehäuse nicht mehr beweglich. Bei den bekannten Bauarten ist eine schwimmende Lagerung der Dichtdeckel vorgesehen, die eine Schmierung voraussetzt.

Das Verfahren gemäß Erfindung ist dadurch, gekennzeichnet, daß ein expansionsfähiges Druckmittel so gesteuert wird, daß es während des Umlaufes des getriebenen Motorteils den Expansionsraum so füllt, daß beim Abschluß des Arbeitshubes der gewünschte Enddruck vorhanden ist.

Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele erläutert ist.

Fig. ι der Zeichnung ist ein Längsschnitt durch einen Drehkolbenmotor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Drehkolbenmotor nach Fig. 1; . . . ' ■ . ■ ..'

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Fig. 3. zeigt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Drehkolbenmotors gemäß Erfindung;

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Drehkolbenmotors gemäß Erfindung;

Fig. S zeigt den Grundriß eines Steuerschiebers, wie er bei einem Motor nach Fig. 1 und 2 verwendet werden kann;

Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsmöglichkeiten von Abdichtungen der Rotoren.

Der Drehkolbenmotor nach den Fig. 1,2 und 5

,. hat einen Arbeitsrotor 1, der in den Lagerschildern 2_a und 2_b mittels Kugel- oder anderen.

Lagern 3_a und 3₆ gelagert ist. Der Rotor 1 ist durch die Deckel 4_ß und 4₆ gegen axiale Verschiebung gesichert. Auf der einen Seite des Arbeitsrotors ι ist der Lagerzapfen 5 des Lagers 3_ß verlängert und trägt das Zahnrad 6. Der an der anderen Seite befindliche Lagerzapfen 7 des Lagers 3₆ dient als Abtriebswelle. In die Lagerbohrungen der Schilder 2_ß und 2_b sand Abdichtdeckel ·8_β bzw. S₆ eingepaßt, die mittels mehrerer Stellschrauben g_a bzw. O_-6 in axialer Richtung auf das* gewünschte Spiel S₁ und J₂ eingestellt werden können. In dem Schnitt nach Fig. 1 ist nur jeweils eine Stellschraube o,₀ bzw. g_b je Abdichtdeckel 8_fl bzw. 8_b sichtbar.

Der mit dem eigentlichen Arbeitsrotor 1 zusammenarbeitende Rotor 10. ist ebenfalls in den Lagerschildern 2_fl und 2_b mittels der Lager ii_a und H₆ gelagert und durch die Deckel I2_e und i-2₆ axial festgelegt. Der im Lager ii_a gelagerte Zapfen 13 trägt das Zahnrad 14, das mit dem Zahnrad 6 kämmt. Die Paßfedern 15 und 16 verhindern die Drehung der Räder 6 und 14 auf den zugehörigen Lagerzapfen 5 und 13. Die Abdichtdeckel 17 _a und IJ _b können mittels mehrerer Schrauben i8_fl und i8_& in axialer Richtung auf das gewünschte Spiel J₃ und J₄ eingestellt werden. Da das Spiel'J₅ bzw. J₆ zwischen dem Rotor 10 und den Lagerschildern 2„ bzw. 2_b größer gehalten ist als das Spiel J₃ bzw. S₄ zwischen dem Rotor .10 und den Abdichtdeckeln 17 _b bzw. ij_a, ist bei der Montage ein genaues Einstellen der Spiele J₃ und J₄ auf das gewünschte Maß leicht möglich. Da die Abdichtdeckel 8_f( und S₆ ebenfalls um ein geringes aus den Lagerschildern 2_a und 2_b hervorstehen, lassen sich bei der Montage auch die Spiele J₁ und J., genau einstellen. Durch geeignete Befestigungsmittel, z.B. Schrauben g_e (Fig. 6), werden die Abdichtdeckel 8_ß, 8_&, 8_C, 8_d, 17_a, ij_b nach erfolgter Einstellung der Spiele festgesetzt. Die Länge r des Arbeitsrotors 1 kann um ein geringes von der Länge t des Schieberrotors 10 abweichen. Die Länge q ist größer als die Länger bzw. t.

Das Gehäuse 50 ist zu der durch die Achsen, der Rotoren 1 und 10 gehenden senkrechten Mittelebene M-M symmetrisch. Zur gleichen Ebene symmetrisch sind die Ein- bzw. Auslaßöffnungen 37„ und 37₆ .angeordnet, von denen jede je nach Steuerung bzw. gewünschter Drehrichtung des Motors als Ein- oder als Auslaß für das Druckmittel dienen kann. Innerhalb des Gehäuses 50 münden die Öffnungen 37„ und.37_& in größere Räume oder Vorkammern 35_ß' bzw. 35_&, die ihrerseits über Öffnungen bestimmten Querschnitts mit als HeImholtzsche Resonatoren wirkenden langgestreckten, ebenfalls zur Ebene M-M symmetrischen Räumen 36^ bzw. 3O₆ in Verbindung stehen.

Die Vorkammern 35_ß bzw. .35;, münden, durch den. Rotor 10 und ein Steuerorgan, im dargestellten Beispiel einen Flachschieber 23, gesteuert, in den Ringkanal 26. In den Lagerdeckeln 2_fl und 2_b sind noch die Kanäle 24_ß und 24_& vorgesehen, die mit ihren Öffnungen 2S_a und 25₆ in den Ringkanal 26 münden und deren Zweck weiter unten erläutert ist.

Auf dem Arbeitsrotor 1 ist ein im Querschnitt im wesentlichen zahnförmiger Flügelkolben 19 vorgesehen, der in, einem Längsschlitz Dichtplatten 20 und 21 aufnimmt, die gegen radiale und axiale Verschiebung beispielsweise mittels Schrauben oder Stifte 22 gesichert sind. Hierbei werden die Dichtplatten 20 und 21 sowohl in axialer Richtung auseinandergedrückt, bis sie beide mit je einer ihrer Stirnseiten auf den ebenen Stirnflächen der Lagerschilder 2_ß und 2_b aufliegen, als auch in radialer Richtung nach außen geschoben, bis sie mit ihren dem Arbeitsrotor 1 abgekehrten Längsseiten spielfrei den im Gehäuse. 50 ausgebildeten Ringkanal 26 abdichten.

Der Rotor 10 ist mittels der Dichtlipperi27, 28_ß, 28₆ in Längsrichtung abgedichtet, die mit Schrauben oder Stiften 2g_a, 2g_b sowie Stellschrauben 30, 31 und 32 auf die gewünschte Spaltbreite J₇, s_s und s_g einstellbar sind. Im Rotor 10 ist eine in axialer Richtung sich erstreckende Aussparung 51 angebracht, die als Schleuse für den Flügeikolben 19 des Arbeits rotors 1 dient, wenn der Kolben nach vollendetem Arbeitshube wieder in .die Anfangsstellung zurückkehrt. .Das passende Ineinandergreifen des Kolbens 19 mit der Aussparung 51 wird durch die Zwanglaufverbindung zwischen den Rotoren mittels der Zahnräder 6 und 14 •sichergestellt.

In das Gehäuse 50 ist ein Flachschieber 23 derart eingesetzt, daß seine Sche,itelliinie«_ß-n_e oder n_&-n₆ (Fig. 5), in Fig. 2 angedeutet durch den Scheitelpunkt n, auf der jeweiligen Druckseite des Motors möglichst nahe an den Rotor 10 heranreicht und mit diesem die Spaltbreite s_a bildet. Die Einstellung der Spaltbreite .?„ geschieht mit Hilfe der Stellschrauben 33,, bzw. 33_h und den dazu gehörenden Gegenmuttern 34_ß bzw. 34^; Je nachdem, ob der Motor rechts oder links lauf t, ■ bildet die Scheitellinie n_a-n_a bzw. n_b-n_b des Flachschiebers 23 mit dem Rotor 10 den Spalt s_a oder einen entsprechenden Spalt auf der anderen Seite des Rotors, wenn der Schieber (in Fig. 2) nach links bis zum Anschlag an die Schrauben 33_& geschoben ist. Die Lücken 3S₀ und 3S₀ sind derart in den Flachschieber 23 eingearbeitet, daß die Kanäle 24,, bzw. 24₆ mit dem Ringkanal 26 wahlweise verbunden werden, sobald der Flachschieber 23 mit

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der Scheitellinie n_a-n_a oder n_b-n_b und dem Rotor io den Spalt s_a oder einen entsprechenden Spalt an der gegenüberliegenden Seite des Rotors bildet. Der Flachschieber 23 liegt an den Stellen 0, p an den Schrauben 33₆ und an den Stellen m, r an den Schrauben 33_a an.

Da es beschwerlich sein kann, die Schrauben g_a, g_b bzw. i8_a, i8₆, wie in Fig. 1 gezeigt, schräg einzusetzen, kann man sich einer anderen Ausführung bedienen, wie sie in Fig, 6 und 7 gezeigt ist. Bei dieser Ausführung werden die Dichtdeckel 8,. bzw. 8_d mittels Stellschrauben g_c bzw. g_d in axialer Richtung auf das gewünschte Spiel S₁ und S₂ eingestellt.

Die Dichtdeckel 8_C bzw. 8_d stehen dabei zweckmäßig um das Maß Z₁ bzw. f₂ über die Lagerschilder 2_C bzw. 2_a hervor, wodurch ein genaues Einstellen des axialen Spieles ermöglicht wird'.
Bei sehr großen Leistungen je Flügelkolben eines Drehkolbenmotors oder bei sehr hohen Drehzahlen kann es schwierig werden, die Einströmöffnungen und Einströmzeiten den gegebenen geometrischen Verhältnissen des Rotors 10 anzupassen. Bei solchen Drehkolbenmotoren kann mittels eines oder mehrerer zusätzlicher Drehschieber die Steuerung des Druckmittels in geeigneter Weise vorgenommen werden. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Drehkolbenmotor hat hier grundsätzlich denselben Aufbau wie derjenige nach Fig. 1 und 2. Es sind lediglich zusätzlich zwei Drehschieber'39,, und 39₆ angeordnet, die wahlweise, je nach gewünschter Drehrichtung, eingekuppelt werden und dann mit dem Arbeitsrotor mitlaufen. Die Drehzahl des Arbeitsrotors r_a ist hierbei die gleiche wie die des jeweils eingekuppelten Drehschiebers 39,, bzw. 39_&, es sei denn, daß der Drehschieber mehrere Einlaßöffnungen hätte, die eine entsprechende Vervielfachung seiner Umlaufzahl bedingen würden.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform eines Drehkolbenmotors befindet sich im Arbeitsrotor I₆ ein während des Laufes feststehendes _ Steuersegment 40. 'Mit dem Arbeitsrotor i_b läuft ein Ringschieber 41 mit, der eine-Öffnung 42 hat> welche die Einströmöffnung 44 mit der öffnung 45_e oder 45₆, d. h. also mit dem Arbeitsraum 26_a, verbindet, je nachdem, ob auf Rechts- oder Linkslauf eingestellt wird.

Der Flachschieber 23₆ wird bei dieser Ausführung gleichzeitig mit dem Ringschieber 41 eingestellt und öffnet die Auslaßöffnung 47 _a oder 47^ auf der je nach Drehrichtung erforderlichen Seite. In Fig. 4 ist die öffnung 47_ß gerade geöffnet und:

die Öffnung 47^ dementsprechend geschlossen.

Wird der Drehkolbenmotor nach Fig. 1 und 2 umgesteuert, so wird unter gleichzeitiger Vertauschung der Funktion der Öffnung ^j₁₁ mit derjenigen der Öffnung 37₆ der Flachschieber 23 von seinen rechten Anschlägen 33_ß auf seine linken Anschläge 33₆ geschoben. Steuert man den Drehkolbenmotor gemäß Fig. 3 um, so wird der Drehschieber 39_ß aus- und der Drehschieber 39^ eingekuppelt; gleichzeitig wird das Druckmittel nunmehr der zur Öffnung 38₆ gehörenden Vorkammer zugeleitet, während die zur Öffnung 38_a gehörende Vorkammer mit der Atmosphäre verbunden wird. Bei dem gleichen Steuervorgang wird schließlich noch die Verbindung zwischen der zur Öffnung 38₆ gehörenden Vorkammer und der Atmosphäre geschlossen. Beim Umsteuern des Drehkolbenmotors nach Fig. 4 wird ebenfalls unter Vertauschung der- Funktion der Öffnung $j_c mit derjenigen der Öffnung 37^ der Flachschieber 23_Ö von der einen Seite auf die andere verschoben.

Die Arbeitsweise eines Motors nach Fig. 1 und 2 ist folgende:

Durch die Einlaßöffnung 37₆ strömt das Druckmittel in die Vorkammer 35_Ö (Fig. 2) ein. Der Raum 3O₀, der mit dem Raum 35₆ durch Öffnungen bestimmten Querschnittes verbunden ist, füllt sich ebenfalls mit Druckmittel. Beim Auftreten von Druckschwingungen im Raum35₆ wirkt der Raum 36₆ als Resonator. Die Aussparung 51 des Rotors 10 steuert den Einlaß des Druckmittels in den in Drehrichtung hinter dem Flügelkolben 19 befindlichen Raum, und das Druckmittel strömt zunächst direkt aus dem Raum 35₆ in den Raum hinter dem Flügelkolben 19. Die direkte Einströmung beginnt, sobald die erste Steuerkante des Rotors 10 öffnet, und sie ist beendet, sobald die zweite Kante schließt. Die Vorkammer 35_& steht nun nur noch indirekt mit dem Druckraum hinter dem Flügelkolben 19, und zwar über die Kanäle 24^, in Verbindung.

Erst wenn die zweite Steuerkante des Rotors 10 die Dichtlippe 28_ft erreicht, ist die Vorkammer SSb ^von dem Druckraum hinter dem Flügelkolben 19 getrennt. Auf diese Weise bleibt der Raum hinter dem Flügelkolben in der Aussparung 51 ohne Druckmittelzufuhr, wenn der Flügelkolben die Aussparung 51 durchläuft.

Bei fortschreitender Drehung des Arbeitsrotors 1 und des Rotors 10 gleicht sich nunmehr der Druck in der Aussparung 51 des Rotors 10 dem in dem Druckraum hinter dem Flügelkolben 19 herrschenden Druck an, wodurch das in der Aussparung 51 befindliche Druckmittel an der Expansion und somit an der Arbeitsleistung teilnimmt. Durch das plötzliche Verbinden des Druckraumes hinter dem Flügelkolben 19 mit der Vorkammer3S_& wird in dieser ein Druckabfall auftreten.

Der Druck hinter dem Kolben entspricht im Augenblick des Einströmbeginns etwa dem Aus- ' strömdruck in der Kammer 35_e. Der Druck wächst nun zunächst auf einen Maximalwert, um sodann langsam mit fortschreitender Drehung des Arbeitsrotors ι abzufallen, obwohl der Raum 3S_& mit dem Druckraum hinter dem Flügelkolben 19 noch in Verbindung steht, weil die Einströmquerschnitte als Drosselstellen oder Widerstände wirken und nicht genug Druckmittel nachströmen kann. Der Winkel ä in Fig. 2 entspricht somit der Öffnungsdauer des Einlasses ,je nach Umdrehung. In Fig. 2 beträgt der Einlaßwinkel und somit die Öffnungsdauer α = 90⁰. Würde über die ganze Öffnungs-

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dauer von 90⁰ genug Druckmittel aus der Vorkammer 35₆ in den Druckraum hinter dem. Flügelkolben einströmen, damit sich Druckgleichheit einstellt, so wäre der Motor überladen, d. h., im Augenblick des Auslaßbeginns würde im Druckraum hinter dem Flügelkolben 19 noch ein zu hoher Druck herrschen. Die Einlaßquerschnitte und der öffnungswinkel α sind nun so ausgelegt, daß der Motor bei seiner Nenndrehzahl den gewünschten Enddruck im Augenblick des Öffnens des Auslassers aufweist. Wenn die Betriebsdrehzahl kleiner als die Nenndrehzahl ist, so wird der Motor überladen. Auf Grund der Überladung wird die Nennleistung trotz der geringeren Drehzahl nur wenig abfallen. Lediglich der Wirkungsgrad wird auf Grund des geringeren Expansionsvernältnisses des Druckmittels schlechter. Ist die Betriebsdrehzahl größer als die Nenndrehzahl, so wird der Druck hinter dem Flügelkolben 19 geringer als bei der Nenndrehzahl sein. Auf Grund der höheren Drehzahl wird sich aber die Leistung des Motors nur geringfügig ändern. Je größer der Einlaß winkel α ist, desto flacher wird somit die Drehzahl-Leistungs-Charakteristik des Motors,

d. h., der Motor läßt sich in desto weiterem Maße bei annähernd konstanter Leistung in seiner Drehzahl· regeln.

Durch Verschiebung der Dichtlippe 2&_b läßt sich der Einströmwinkel α auf i8o° oder mehr vergroßem.

Das expandierte Druckmittel wird in den Raum 35& gedrückt und strömt von da durch die Ausströmöffnung 2,7a aus.

Läuft der Motor rechts herum, d. h. entgegengesetzt der Richtung des Pfeiles A in Fig. 2, so wirkt der Raum 35^ als Vorkammer, und der Flachschieber 23 liegt nicht mehr an den Schrauben 33_a, sondern an den Schrauben 33_& an. Dadurch sind die Kanäle 24,, mit dem Raum 26 über die öffnungen 38,, (Fig. 5) des Schiebers 23 verbunden, wodurch sinngemäß die Nachfüllung oder indirekte Füllung sowie der Druckausgleich zwischen dem Druckmittel in der Aussparung 51 des Rotors 10 und dem Druckraum hinter dem Flügelkolben 19 vonstatten geht.

Die Arbeitsweise eines Motors mit zusätzlichen Drehschiebern, entsprechend Fig. 3, ist folgende:

Durch die Einlaßöffnung 38_a strömt das Druckmittel aus der in Fig. 3 nicht sichtbaren Vorkammer in den Schieber 39^. Der Schieber 39_fl ist so ausgebildet, daß je Umdrehung die Zuströmung des Druckmittels aus der Vorkammer in den Druckraum hinter den Flügelkolben des Arbeitsrötors i„ nur im Bereich des Winkels β unterbrochen wird, im übrigen aber frei einströmt. Das gewünschte Füllungsverhältnis wird durch richtige Quer- ' Schnittsbemessung der Verbindungskanäle z\vischen Druckraum und Vorkammer erreicht. Der Drehschieber 39_O läuft mit gleicher Drehzahl wie der Arbeitsrotor i_ß um. Der Drehschieber 39^ wird stillgesetzt, so' daß das entspannte Druckmittel immer durch die Ausströmöffnung 38;, ausströmen kann. Läuft der Motor entgegen der gezeichneten Richtung des Pfeiles B, so läuft der Drehschieber 39_& mit, und der Drehschieber 39_O wird festgestellt. In diesem Falle tritt dann das Druckmittel aus der Vorkammer durch die Eintrittsöffnung 38^ in den Druckraum ein. Das entspannte Druckmittel entweicht über die öffnung 38,,. '

Die Arbeitsweise eines Drehkolbenmotors mit zusätzlichem Drehschieber im Arbeitsrotor selbst (Fig. 4) ist folgende: ^:

Das Druckmittel strömt aus der in Fig. 4 nicht sichtbaren Vorkammer durch die Öffnung 44 in den im Arbeitsrotor i_b befindlichen Schieberraum ein. Der Ringschieber 41 wird so eingestellt, daß seine Durchtrittsöffnung 42 die Verbindung zwischen dem Schieberraum und der gewünschten Zuströmöffnung 45„ oder 45_& herstellt. Wenn sich der Arbeitsrotor I₆ dreht, so wird das Druckmittel über den ganzen Bereich des Winkels- γ in den Druckraum hinter den Flügelkolben des Arbeitsrotors I₆ einströmen. Die Öffnung 42 ist so groß bemessen, daß bei der Nenndrehzahl und dem Nenndruck gerade so viel Druckmittel in den Motor strömt, wie dem gewünschten Expansionsverhältnis entspricht.

Der Flachschieber 23^ gibt bei Drehung in Pfeil- '.. ■ richtung C die Austrittsöffnung 47,, frei, wodurch das bereits entspannte Druckmittel aus dem Raum 20_a durch den Flügelkolben 19,, herausgedrückt wird. Bei Umschaltung in die entgegengesetzte Laufrichtung schließt der Flachschieber 23_& die ; Öffnung 47_fl und öffnet die Öffnung 47^. Der Ringschieber 41 wird so weit verdreht, daß seine öffnung 42 unter dem Kanal. 45^ steht, wodurch der Druckraum 26_a und die Vorkammer verbunden werden und lediglich im Bereich des Steuersegmentes 40 die Zuströmung des Druckmittels aufhört.

Bei großen Expansionsverhältnissen ergeben sich bedeutende Temperaturdifferenzen, die immer eine feinkörnige Eisbildung mit sich bringen. Die Eiskörner werden bei der Motorausbildung gemäß Erfindung durch die auftretenden Zentripetalkräfte nach außen geschleudert, gleiten sodann an der zylindrischen Gehäusewand entlang bis zum Ausströmkanal und werden sowohl durch den Luftstrom als auch durch ihre eigene Tangentialgeschwindigkeit aus dem Arbeitsraum herausgeschleudert. Da eine wesentliche Geräuschdämpfung nicht nötig ist, kann das entspannte Druckmittel unmittelbar aus ' dem Motorgehäuse in den umgebenden Raum ausströmen. Hierdurch kann das entspannte kalte Druckmittel das Motorgehäuse und im besonderen die Ausströmkanäle nicht in unerwünschter Weise abkühlen.

Dadurch, daß der Flügelkolben das entspannte Druckmittel mit einer konstanten Geschwindigkeit vor sich hertreibt, entsteht am Auspuff nur ein geringes Geräusch. Lediglich im Augenblick des Durchganges des Flügelkolbens durch die Aussparung des Rotors 10 würde die konstante Ausströmgeschwindigkeit in. der Ausströmöffnung sin- ^; ken, da, abgesehen von den immer vorhandenen Spaltverlusten, kein weiteres Druckmittel durch den Flügelkolben herausgedrückt wird. Es ist daher

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für die Erfindung wesentlich, das Expansionsverhältnis so zu wählen, daß der Enddruck im Augenblick des Öffnens des-Ringraumes noch so groß ist, daß durch die sich bildende mittlere Ausströmgeschwindigkeit so viel Druckmittel während der Zeitdauer des Durchganges des Flügelkolbens durch

-,.-. die Aussparung des Rotors io noch ausströmt, als in derselben Zeitdauer durch den Flügelkolben herausgedrückt bzw., gefördert wurde. Daher ergibt sich· die Möglichkeit, die nur noch sehr geringen ■ Druckstöße mit einem zusätzlichen Helmholtzschen Resonator ohne nennenswerte Leistungsverluste auszugleichen.

Claims

*5 . PATENTANSPRÜCHE:

,- i. Drehkolbenmotor mit mindestens zwei aufeinander abrollenden Rotoren, von denen einer einen flügelartigen. Kolben aufweist, der in einem ringförmigen Arbeitsraum umläuft und der mit einer als Schleuse für den Flügelkolben dienenden Aussparung des anderen Rotors zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmung des Druckmittels durch die Schleuse (51) sp steuerbar ist, daß in den

Druckraum (26) hinter dem Flügelkolben (19)

bei Nenndrehzahi gerade so viel Druckmittel

. einströmt, daß im Augenblick des Öffnens des Ringraumes (26) derselbe Drude herrscht wie im Auspuffraum:
2. Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer von dem Flügelkolben (19) bestimmten Größe, der Schleuse (51) der Einströmwinkel (α) so bemessen ist, daß' sich im Augenblick des Abschlusses des Drückraumes hinter dem Flügelkolben (19) gerade so viel Druckmittel befindet, daß das vorgeschriebene Expansionsverhältnis bis zum Augenblick des Öffnens der Auslaßöffnung erhalten wird.
3. Drehkolbenmotor nach Anspruch 2, da- ;■.-;. durch gekennzeichnet, daß der Einströmwinkel (α) durch Verschieben der Abdichtungslippen (27, 28) bis zur Füllung des gesamten Arbeitsraumes veränderlich ist.
4. Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (50). mit den Ein- und Ausströmöffnungen (37) derart funktionell symmetrisch zu der durch die Achsen der Rotoren verlaufenden Mittelebene (M-M) ausgebildet ist, daß Ein- und Auslaß ; mittels eines Schiebers (23) od. dgl. miteinander vertauschbar sind.
5. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Ein- und Auslaßöffnungen in ,sich geschlossene, ■-■ langgestreckte Räume (36) derart zugeordnet

sind, daß sie als Helmholtzsche Resonatoren * wirken. . '"· ,'
6. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen 1

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereiche ■ -, des die Schleusenaussparung (51) aufweisenden Rotors (10) an/.der . jeweiligen Einströrnseite ein Überströmkanal (24) vorgesehen ist, durch den Druckmittel über die Aussparung (51) hinter den. Flügelkolben (19) gelangen kann.
7. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügelkolben (19) ein so großes Flankenspiel hat, da'ß er während des Durchganges durch die Aus^ sparung (51) den anderen Rotor'(io) nicht berührt.
8. Drehkolbenmotor nach Anspruch 7, da- ,. durch gekennzeichnet, daß der Flügelkolben (19) mindestens zwei feststellbare axiale Dichtungsstreifen (20, 21) aufweist, durch deren Verstellung das axiale und radiale Spiel des Kolbens im Arbeitsraum beeinflußbar ist.
9. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Flügelkolben derart winkelversetzt auf einem Rotor angeordnet sind, daß jeder Flügelkolben in einem ihm besonders zugeordneten Rrngraurn arbeitet.
10. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch beiderseits des die Rotoren (1, 10) umschließenden Gehäuses vorgesehene Lagerschilder (2_a, 2_b, 2_C, 2_d) mit Bohrungen für in Achsenrichtüng der. Rotoren verstellbare und feststellbare Abdichtdeckel (8_a, 8_&, 8_C, 8_d, 17 _a, ij_b), durch deren Verstellung die Axialspiele (S₁, S₂, s₃, ^₄) der Rotoren einstellbar sind.
11. Drehkolbenmotor nach Anspruch ιό, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtdeckel (δα) 8&> 8_C, 8,;) Kreisscheiben vom gleichen Durchmesser (D) wie der zugehörige Rotor (1) sind.
12. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager-bohrungen in den Lagerschildern (2_a, 2₆), die Abidichtdeckel (8_ß, 8₆) und der zugehörige Rotor

(1) gleichen Durchmesser haben, aber so toleriert sind, daß der Rotor durch die Lagerbohrungen hindurch geschoben, die Abdichtdeckel spielfrei eingesetzt und die Lager (3_fl, 3_&) mit dem gewünschten Spiel montiert werden können, wobei der Flügelkolben (19) nachträglich am Rotor (1) angebracht wird.
13. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtdeckel (8_a bis 8_d; 17'„, 17&) um ein geringes Maß (Z₁ bis /₄) über die Innenfläche der Lagerschilder (2_a, 2_b) hervorstehen.
14. Drehkolbenmotor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen senkrecht zur mittleren Symmetrieebene (M-M). angeordneten Flachschieber (23) mit symmetrisch liegenden Schlitzkanten (n_a-n_a; n_b-n_b), die je nach Stellung des Schiebers im Gehäuse die Laufrichtung des Motors bestimmen, indem die Einlaßoder Auslaßöffnung durch den Schieber geöffnet bzw. geschlossen wird.
15. Verfahren zum Betriebe eines Drehkolbenmotors nach den Ansprüchen ι bis 14, dadurch , gekennzeichnet, daß ein expansions-

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fähiges Druckmittel so gesteuert wird, daß es während des Umlaufes des getriebenen Motorteils (19) den Expansionsraum (26) so füllt, daß beim Abschluß des Arbeitshubes der gewünschte Enddruck vorhanden ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das expansionsfähige Druckmittel den Expansionsraum zunächst teilweise füllt und, von der Zufuhr abgeschnitten, den getriebenen Motorteil im gewünschten Expansionsverhältnis bis zum Abschluß des Arbeitshubes (Auspuff) weitertreibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 251939, 733265, 876, 286 662, 869 087.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen