EP0240491B1

EP0240491B1 - Rotationsmotor

Info

Publication number: EP0240491B1
Application number: EP85905507A
Authority: EP
Inventors: Michael L. Zettner
Original assignee: Zettner Michael L
Current assignee: ZETTNER, MICHAEL L.
Priority date: 1985-10-02
Filing date: 1985-10-02
Publication date: 1990-03-07
Anticipated expiration: 2005-10-02
Also published as: WO1987002096A1; IL80159A; IL80159A0; US4890990A; JPS62502205A; ZA867452B; JPH0229841B2; AU5013185A; RU1789036C; BR8507295A; DE3576381D1; EP0240491A1; AU577422B2; ATE50822T1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationsmotor zur Umwandlung des Expansionsdruckes von Arbeitsgasen in eine mechanische Drehbewegung.
Es gibt bereits zahlreiche theoretisch durchdachte Motorkonzeptionen für Rotationsmotoren. Eine bedeutende Gruppe dieser Motoren zeichnet sich dadurch aus, daß zwei um eine gemeinsame Achse gelagerte und sich relativ zueinander drehbare Motorteile vorhanden sind, zwischen denen ein ringkörperförmiger Hohlraum vorhanden ist, wobei der Hohlraum von einem oder mehreren beweglichen Teilen und einem oder mehreren feststehenden Teilen unterbrochen und gegliedert wird. Die beweglichen Teile sind hierbei an dem einen Mortorteil und die feststehenden Teile an dem anderen Motorteil befestigt. Hierdurch wird der ringkörperförmige Hohlraum in Umfangsrichtung gesehen in Teilräume aufgeteilt, so daß jeweils zwischen einem feststehenden Teil und einem beweglichen Teil ein in seinem Volumen veränderbarer Expansionsraum entsteht. In diesen ringabschnittsförmigen Expansionsräumen findet die Expansion der Arbeitsgase statt. Die Arbeitsgase können heiße Verbrennungsgase sein, es kommen aber auch Dampf, Druckluft oder sämtliche bekannten Expansionsmedien in Frage.
Bei dem vorbeschriebenen Motorkonzept entspricht der ringabschnittsförmige Expansionsraum dem Zylinderraum eines Hubkolbenmotors. Zur Funktionstüchtigkeit eines derartigen Rotationsmotors - ist es aber erforderlich, daß jeder Expansionsraum sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung nach außen abgedichtet werden kann, um ein Austreten der Arbeitsgase zu verhindern. Bei einem Hubkolbenmotor bestehen keine Probleme, den runden Kolben gegen den runden Zylinder abzudichten. Diese Abdichtung erfolgt mittels eines oder mehrerer Dichtungsringe mit entsprechender Vorspannung, welche unterschiedliche Temperaturausdehnungen des Materials kompensieren können, oder bei entsprechend kleinem Kolbenquerschnitt ganz ohne Kolbenringe. Bei rundlaufenden Motoren hat man es jedoch nicht mit einer ununterbrochenen Zylinderfläche, sondern mit einer unterbrochenen Fläche zu tun.
Bereits beim sogenannten « Wankelmotor sind hierbei erhebliche Schwierigkeiten aufgetreten, besonders an den Stellen, an denen mehrere abzudichtende Kanten zusammenlaufen. Das Problem des Fehlens einer befriedigenden Abdichtbarkeit ist bei sämtlichen vorbekannten Rotationsmotoren vorhanden. Dieses sei nachfolgend an sechs Beispielen von vorbekannten Motorkonzepten im Einzelnen besprochen.
DE-PS 2 83 368 (Schroeder). Diese Patentschrift beschreibt einen Rotationsmotor mit einem zylinderartigen Rotor und einem den Rotor umgebenden ringkörperförmigen Stator (Innenläufer), wobei an der Innenseite des Stators Schieber gelagert sind, die durch am Rotor befindliche Arbeitsnocken in den Stator zurückschiebbar sind und, in der Umfangsfläche des Rotors abschnittsförmige Ausnehmungen als Expansionsräume vorhanden sind, an deren einem Ende eine Brennkammer angeordnet ist und deren anderes Ende in eine Rampe ausläuft, die die Schieber in den Stator zurückschieben. Diesem Rotationsmotor haftet der entscheidende Nachteil an, daß der Schieber sowohl gegen den Stator als auch gegen den Rotor abgedichtet sein muß. Da der Expansionsraum in einem Axialschnitt in Achsenlängsrichtung gesehen, eine rechteckige Form aufweist, bedeutet die Abdichtung des Schiebers, daß, in dem Axialschnitt gesehen, an dem Schieber rechtwinkeligen Kanten abgedichtet werden müssen. Dieses ist dauerhaft nicht möglich.
US-PS 12 39 853 (Walter). Der in dieser Patentschrift beschriebene Motor arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der Motor nach der vorbeschriebenen DE-PS 2 83 368. Die Verbrennungsgase strömen über ein Tellerventil in die ringförmige Brennkammer ein. Ein Schieber wird über eine außenliegende Hebelsteuerung in den Expansionsraum hinein- und herausgehoben. Auch hier hat der kreisabschnittsförmige Expansionsraum. einen rechteckigen Querschnitt, so daß die Notwendigkeit der Abdichtung von Kanten auch hier gegeben ist.
US-PS 14 78 378 (Brown). In dieser Patentschrift ist ein Rotationsmotor beschrieben, bei dem durch eine ringkörperförmige Ausbildung des Expansionsraumes und des Arbeitsnockens bzw. des Kolbens versucht worden ist, die mit Kanten verbundenen Dichtungsprobleme zu beseitigen. Das Ergebnis besteht jedoch darin, daß die mit den Kanten verbundenen Dichtungsprobleme lediglich verlagert worden sind, da die Wandung des Expansionsraumes nicht voll kreisringförmig ist, sondern der Stator den Kolben von beiden Seiten jeweils mit spitzwinkeligen Kanten umfaßt. Diese spitzwinkeligen Kanten bilden in Umfangsrichtung gesehen, nicht abdichtbare kreisabschnittsförmige Durchlässe zwischen den Räumen vor und hinter den Kolbenringen.
US-PS 37 12 273 (Thomas). Aus einem Axialschnitt in Achsenlängsrichtung gesehen ist zu entnehmen, daß bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Motor der Stator mit spitzen kreisabschnittsförmigen Kanten in den Rotor hineinragt. Auch diese spitzen kreisabschnittsförmigen Kanten sind in Umfangsrichtung gesehen, nicht abdichtbar. Das bedeutet, daß der Druckraum vor dem umlaufenden Kolben, der die Arbeitsgase enthält, gegenüber dem Raum hinter dem Kolben nicht abdichtbar ist.
DE-OS 24 29 553 (Wenzel). Die Offenlegungsschrift beschreibt einen Kreiskolbenmotor mit Einlaß- und Auslaßöffnungen, der einen mit einer Dichtleiste an einem Arbeitsnocken versehenen Rotor auf einer Antriebswelle in einem Gehäuse aufweist, dessen Auslaßöffnungen durch Klappen gesteuert werden, wobei das Gehäuse und der Rotor mit Ausnahme des Arbeitsnockens im wesentlichen kreiszylindrische einander gegenüberliegende Flächen aufweisen, zwischen denen ein kreiszylindrischer Ringraum ausgebildet ist, in dem ein gesteuertes, den Druckraum sperrendes Dichtelement bewegbar ist. In einem Axialschnitt in Achsenlängsrichtung gesehen, hat der Druckraum einen rechteckigen Querschnitt, was bedeutet, das sowohl das Dichtelement als auch der Arbeitsnocken mindestens zwei abzudichtende Kanten aufweisen. Die gleichzeitige Abdichtung dieser Kanten sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung ist dauerhaft nicht möglich.
EP-AS 0 080 070 A1 (Zettner). In dieser Patentanmeldungsschrift wird ein Verbrennungsmotor beschrieben mit einem im Querschnitt kreisförmigen Rotor und einen den Rotor umgebenden ringkörperförmigen Stator (Innenläufer), der so ausgebildet ist, daß in der Umfangsfläche des Rotors ringabschnittsförmige Ausnehmungen als Expansionsräume vorhanden sind, an deren einem Ende eine Brennkammer angeordnet ist und deren anderes Ende in eine Rampe ausläuft. An der Innenseite des Stators sind Klappen schwenkbar gelagert, die in die Ausnehmungen des Rotors zur Aufnahme der Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase hineinklappbar und durch die Rampe in den Stator rückklappbar sind. Auch bei diesem Rotationsmotor hat der Expansionsraum in einem Axialschnitt in Achsenlängsrichtung gesehen eine rechteckige Form, mit der Folge, daß sowohl an den Rampen als auch an den Klappen rechteckige, in Umfangsrichtung und in radialer Richtung abzudichtende Kanten auftreten. Die gleichzeitige Abdichtung dieser Kanten sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung ist dauerhaft nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Rotationsmotoren, die einen ringkörperförmigen Expansionsraum haben, der in Umfangsrichtung gesehen, von einem feststehenden und einem beweglichen Teil begrenzt ist, ein Dichtungssystem zu entwickeln, das in seinem Verschleißverhalten mindestens mit dem Zylinderdichtungssystem von Hubkolbenmotoren vergleichbar ist und das den Wirkungsgrad von Rotationsmotoren nicht negativ beeinflußt.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung als Stand der Technik von einem Rotationsmotor aus zur Umwandlung des Expansionsdruckes von Arbeitsgasen in eine mechanische Drehbewegung, mit einem Motorinnenteil mit einer zylinderartigen Außenumfangsfläche, einem das Motorinnenteil umgebenden Motoraußenteil mit einer zylinderartigen Innenumfangsfläche, wobei die Außenumfangsfläche und die Innenumfangsfläche einander gegenüberliegen, Lagern, mit denen Motorinnenteil und Motoraußenteil drehbar gegeneinander gelagert sind, mindestens einem an einer der zylinderartigen Umfangsflächen befindlichen Arbeitsnocken, der gegenüber der anderen zylinderartigen Umfangsfläche abgedichtet ist und den Expansionsdruck der Arbeitsgase auf das eine Motorteil überträgt, mindestens einer abschnittsförmigen Ausnehmung in der gleichen zylinderartigen Umfangsfläche im Anschluß an den Arbeitsnocken als Expansionsraum für die Arbeitsgase, einer Ein- und einer Austrittsöffnung in jedem Expansionsraum für die ein- und ausströmenden Arbeitsgase, mindestens einem an der anderen zylinderartigen Umfangsfläche beweglich gelagerten, in den Expansionsraum hineinragenden und den Expansionsdruck der Arbeitsgase auf das andere Motorteil übertragenden Gegendruckteil, welches im unbeeinflußten Zustand die Austrittsöffnung in jedem Expansionsraum für die Arbeitsgase verschließt und mindestens einer Steuereinrichtung für das Gegendruckteil, durch weiches das Gegendruckteil bei Annäherung des Arbeitsnockens aus dem Expansionsraum ausgelenkt wird, so daß die Austrittsöffnung freigegeben ist. Die Erfindung besteht darin, daß die beiden Umfangsflächen die Form von komplementären Ringflächen haben, wobei in einem Axialschnitt in Achsenlängsrichtung durch die Ringfläche und durch die Arbeitsnocken gesehen, die eine Ringfläche die Form einer konkaven parabelartigen Kurve und die andere Ringfläche die Form einer konvexen parabeiartigen Kurve aufweist und beide Ringflächen mit enger Gleitpassung parallel zueinander bis zu ihren Außenkanten verlaufen, die zwei kreisförmige Schlitze bilden. Durch die Ausgestaltung der Umfangsfläche als parabelartige Ringfläche werden sämtliche, sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung abzudichtende Kanten im Motorinneren und die hiermit zusammenhängenden Dichtungsprobleme im Motor vermieden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben. Es zeigen :

Fig. 1 einen zur Motorachse senkrechten Mittelschnitt nach der halben Mittellinie I-I von Fig. 2 durch eine erste Ausführungsform des Rotationsmotors,
- Fig. 1A einen Teilschnitt durch ein Gegendruckteil mit Abstreifkante,
- Fig. 1B einen Teilschnitt durch ein Gegendruckteil mit einer Abstreifkante an einer Dichtung,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 von Fig. 1,
- Fig. 2A eine parabelähnliche Kurve,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 von Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV von Fig. 1,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V von Fig. 1,
Fig. 6 einen zur Motorachse senkrechten Mittelschnitt nach der halben Mittellinie VI-VI von Fig. 7 durch eine zweite Ausführungsform des Rotationsmotors,
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII von Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII von Fig. 6,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX von Fig. 6,

Die nachfolgenden Zeichnungen sind jeweils teilweise geschnittene perspektivische Ansichten von bekannten Motoren, die mit den Merkmalen der Erfindung versehen sind :

Fig. 10 Schroeder-Motor,
Fig. 11 Walter-Motor,
Fig. 12 Brown-Motor,
Fig. 13 Thomas-Motor,
Fig. 14A Wenzel-Motor,
Fig. 14B Wenzel-Motor und
Fig. 15 Zettner-Motor.

In Figur 1 ist ein zur Motorachse senkrechter Mittelschnitt nach der halben Mittellinie I-I von Figur 2 durch einen Rotationsmotor 100 wiedergegeben. Bei dem Rotationsmotor 100 handelt es sich um eine erste Ausführungsform dieses Motortyps, die nachfolgend näher beschrieben wird.
Der Rotationsmotor 100 besteht aus einem Motorinnenteil 101 mit einer zylinderartigen Außenumfangsfläche 102 und einem das Motorinnenteil 101 umgebenden Motoraußenteil 123 mit einer zylinderartigen Innenumfangsfläche 124, wobei die Außenumfangsfläche 102 und die Innenumfangsfläche 124 wie aus Figur 2 zu ersehen ist einander dicht gegenüber liegen. In der zylinderartigen Außenumfangsfläche 102 sind abschnitt förmige Ausnehmungen als Expansionsräume 107, 108, 109 für die den Rotationsmotor 100 antreibendes Arbeitsgas vorhanden. Zwischen jeweils zwei abschnittsförmigen Ausnehmungen, beispielsweise zwischen den Ausnehmungen 107, 108, bildet ein Teil der zylinderartigen Umfangsfiäche den Arbeitsnocken 104. In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel hat der Rotationsmotor 1 drei Expansionsräume 107, 108, 109 und damit drei Arbeitsnocken 104, 105, 106. Der Expansionsraum 107 ist gegenüber der zylinderartigen Innenumfangsfläche 124 in Umfangsrichtung durch eine Dichtung 116 abgedichtet. Dadurch ist es möglich, daß der Arbeitsnocken 104 den Expansionsdruck der Arbeitsgase als Drehmoment auf das Motorinnenteil 101 überträgt. Die Expansionsräume 108, 109 sind in gleicher Weise durch Dichtungen 117, 118 abgedichtet. In den Expansionsraum 107 mündet eine Eintrittsöffnung 110 für die den Rotationsmotor 1 antreibenden Arbeitsgase. Entsprechendes gilt für die anderen Expansionsräume 108, 109.
Als Arbeitsgase können Druckluft, Wasserdampf, organische Dämpfe und auch Abgase verwandt werden, die unmittelbar den Eintrittsöffnungen 110, 111, 112 zugeführt werden. Außerdem können flüssige oder gasförmige Brennstoffe in einer externen Brennkammer mit einem Oxidator, z.B. Luftsauerstoff, verbrannt und die Verbrennungsgase durch die Eintrittsöffnungen hindurch in die Expansionsräume eingeleitet werden. Es ist aber auch möglich, durch die Eintrittsöffnungen hindurch die Brennstoffe direkt in die Expansionsräume einzuleiten und sie dort durch Zündkerzen, die beispielsweise in Drehrichtung gesehen in der Rückseite der Arbeitsnocken 104; 105, 106 angeordnet sein können, zu zünden und zu verbrennen.
An der zylinderartigen Innenumfangsfläche 124 des Motoraußenteils 123 ist ein in den Expansionsraum 107 hineinragendes und den Expansionsdruck der Arbeitsgase auf das Motoraußenteil 123 übertragendes Gegendruckteil 126 gelagert. Insgesamt sind am Motoraußenteil 123 vier Gegendruckteile 126, 127, 128, 129 vorhanden. Das Gegendruckteil 126 hindert außerdem die Arbeitsgase daran, aus der Austrittsöffnung 113 den Expansionsraum 107 zu verlassen, bis die durch die Expansion der Arbeitsgase bewirkte relative Drehung beider Motorteile 101, 123 gegeneinander über eine Steuerung das Gegendruckteil 126 dazu veranlaßt, dem Arbeitsnocken 106 auszuweichen und die Austrittsöffnung 113 freizugeben. Dieses kann in der Weise geschehen, daß der Arbeitsnocken 106 gegen den Druck einer Feder 132, 133, 134, 135 durch die in Figur 1 wiedergegebene Rampe 120, 121, 122 oder dergleichen in eine Ausnehmung 136 zurückgedrückt wird.
Figur 1A gibt die in Bezug auf die zueinander relative Drehrichtung beider Motorteile 101, 123 hintere Kante 130 des Gegendruckteiles 126 wieder, die als Abstreifkante 130 ausgebildet sein kann und die Ablagerungen in den Expansionsräumen zu der jeweiligen Austrittsöffnung hin befördert.
Figur 1 B gibt eine zweite Möglichkeit wieder, die darin besteht, die Abstreifkante 141 an der Dichtung 137 des Gegendruckteiles 126 vorzusehen.
In Figur 2 ist ein erster Axialschnitt in Achsenlängsrichtung durch den Rotationsmotor 100 nach der Linie 11-11 von Figur 1 wiedergegeben. Aus dem Schnitt durch die beiden Umfangsflächen 102, 124 ist zu ersehen, daß diese die Form von komplementären Ringflächen haben, wobei die eine Ringfläche 102 im Schnitt die Form einer konkaven parabelartigen Kurve und die andere Ringfläche 124 im Schnitt die Form einer konvexen parabelartigen Kurve aufweist. Unter dem Begriff « parabeiartige Kurve » sind die Parabel, die in Figur 2A beschriebene parabelähnliche Kurve und die Hyperbel zu verstehen. Die Ringflächen 102, 124 erhält man dadurch, daß man eine dieser parabelartigen Kurven um die Drehachse des Motors 1 rotieren läßt, wobei die Symmetrieachse der parabelartigen Kurve in jedem beliebigen Winkel auf der Drehachse stehen kann.
Die beiden Ringflächen 102, 124 verlaufen mit enger Gleitpassung parallel zueinander bis zu ihren Außenkanten 103, 125, die zwei kreisförmige Schlitze 148, 149 bilden. Unter dem in der Technik an sich allgemein bekannten Begriff der « Gleitpassung » ist zu verstehen, daß der Abstand d zwischen den Kanten 103, 125 mindestens dem größten von folgenden drei Werten entspricht: der doppelten mittleren Rauhtiefe des Ringflächenmaterials oder dem Rund- und Planlaufschlag der Ringflächen 102, 124 oder den im Betrieb wirksamen Unterschieden der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Ringflächen 102, 124. Die radiale Abdichtung der Schlitze 148, 149 gegen den Außenraum erfolgt zusätzlich jeweils durch die Labyrinthdichtungen 150, 151, da schon die den Kurvenästen der parabelartigen Kurve entsprechenden Ringflächenteile als Labyrinthdichtungen wirken. In dem angegebenen Beispiel bestehen die Labyrinthdichtungen 150, 151 aus einer Dichtung mit einmaliger Umlenkung des Ausströmweges für die Arbeitsgase um 180°. Es versteht sich jedoch als eine bekannte Maßnahme gegebenenfalls Labyrinthdichtungen mit mehrmaliger Umlenkung zu verwenden, so wie diese beispielsweise aus der Turbinentechnik bekannt sind. Hierbei kann die Labyrinthdichtung in einem Axialschnitt in Achsenlängsrichtung gesehen, in jedem beliebigen Winkel zur Motorachse stehen. Die Ausnehmung 119 im Motoraußenteil 123 dient zur Aufnahme einer Aufhängung der Gegendruckteile und/oder zur Kühlung des Motors.
Durch Lager 142, 143 auf beiden Seiten des Rotationsmotors 100 sind Motorinnenteil 101 und Motoraußenteil 123 drehbar gegeneinander gelagert.
Figur 2A gibt die vorstehend genannte « parabelähnliche Kurve 144 wieder. Die parabelähnliche Kurve 144 besteht aus einem Kreisbogen 145, an dem sich zwei Gerade 146, 147 anschließen. Verlängert man die Geraden 146, 147 über den Kreisbogen 145 hinaus, so schließen die Geraden 146, 147 einen Winkel ∞ ein. Der Winkel α ist immer kleiner als 180°.
In Figur 3 ist ein zweiter Axialschnitt in Achsenlängsrichtung durch den Rotationsmotor 100 nach der Linie 111-111 von Figur 1 wiedergegeben. Dieser Schnitt zeigt, wie in der Außenumfangsfläche 102 des Motorinnenteiles 101 eine Dichtung 117 angeordnet ist, die in Umfangsrichtung gesehen, die Außenumfangsfläche 102 gegen die Innenumfangsfläche 124 des Motoraußenteiles 123 abdichtet. Dadurch ist, wie nachfolgend noch im Einzelnen beschrieben wird, der Expansionsraum 107 im Bereich des Arbeitsnockens 104 abgedichtet. Eine besondere und aus Figur 3 ohne weiteres verständliche Eigenschaft der Dichtung 117 besteht darin, nach dem anfänglichen Einiaufvorgang praktisch verschleißfrei zu sein, da das Motoraußenteil 123 und das Motorinnenteil 101 durch die Lager 141, 142 sich mit jeder gewünschten Genauigkeit spielfrei relativ zueinander drehen können.
In Figur 4 ist ein dritter Axialschnitt in Achsenlängsrichtung durch den Rotationsmotor 100 nach der Linie IV-IV von Figur 1 wiedergegeben. Figur 4 ist damit ein Schnitt durch den Expansionsraum 108 für die Arbeitsgase. Aus der Figur 4 ist zu ersehen, daß auch der Expansionsraum 108 die konkave Form einer Parabel, einer in Figur 2A beschriebenen parabelähnlichen Kurve oder einer Hyperbel aufweist. Die Wandung des Expansionsraumes 108 geht kontinuierlich in die Außenumfangsfläche 102 über. An einem Ende des Expansionsraumes 108 befindet sich die Eintrittsöffnung 111 für die in den Expansionsraum 108 einströmenden Arbeitsgase und am anderen Ende die Austrittsöffnung 114 für die expandierten Arbeitsgase.
In Figur 5 ist ein Axialschnitt in Achsenlängsrichtung nach der Linie V-V von Figur 1 wiedergegeben. Dieser Schnitt zeigt das Gegendruckteil 126 im Expansionsraum 107. Das Gegendruckteil 126 hat eine zur Wandung des Expansionsraumes 107 komplementäre Form und ist gegen die Wandung des Expansionsraumes 107 durch eine Dichtung 137 abgedichtet. Auch hier ist ersichtlich, daß es zwischen dem Gegendruckteil 126 und dem Expansionsraum 107 keine in Umfangsrichtung abzudichtenden Kanten gibt. Durch die Anordnung der Dichtungen 116, 117, 118 in der Ringfläche 102 und der Dichtung 137 in dem Gegendruckteil 126, der Dichtung 138 in dem Gegendruckteil 127, usw. ist ersichtlich, daß die Ringfläche 102 und der komplementäre Ringfiächenabschnitt der Gegendruckteile 126, 127, 128, 129 im Schnitt nur die Form der vorstehend beschriebenen parabelartigen Kurve haben können. Nur dann entsteht beim Herausschieben eines Gegendruckteiles aus einem Expansionsraum sofort ein ausreichender Abstand zwischen den Dichtungen 116, 117, 118 und den Dichtungen 137, 138, 139, 140. Würden die Ringflächen 102, 124 an ihren Flanken Flächenteile haben, die beim Herausschieben des Gegendruckteiles parallel zueinander verlaufen, dann würden die Dichtungen 116, 117, 118 und die Dichtungen 137, 138, 139, 140 sich berühren, abtragen und dadurch einander abscheren. Die Feder 132 ist ein Teil der Steuereinrichtung. Der Kopf 131 des Gegendruckteiles 132 liegt mit vier etwa konischen Flächen an den Flächen einer Ausnehmung 136 im Motoraußenteil 123 an.
Zu dem in den Figuren 1 bis 5 wiedergegebenen Rotationsmotor 100 ist noch darauf hinzuweisen, daß dieser nur beispielsweise mit drei ringabschnittsförmigen Expansionsräumen 107, 108, 109, drei Arbeitsnocken 104, 105, 106, und vier Gegendruckteilen 126, 127, 128, 129 wiedergegeben ist. Die Anzahl der Arbeitsnocken und der Gegendruckteile muß zueinander immer ungleich sein, um Todpunkte zu vermeiden, die bei einer Gleichheit der Anzahl auftreten würden.
Außerdem kann das Motorinnenteil 101 der Stator und das Motoraußenteil 123 der Rotor sein. Es ist aber auch umgekehrt möglich, nämlich daß das Motorinnenteil 101 der Rotor und das Motoraußentell 123 der Stator ist.
In den Figuren 6 bis 9 ist eine zweite Ausführungsform des Rotationsmotors beschrieben. Figur 6 gibt einen zur Mittelachse senkrechten Schnitt nach der halben Mittellinie VI-VI von Figur 7 durch einen Rotationsmotor 200 wieder. Der Rotationsmotor 200 besteht aus einem Motorinnenteil 201 mit einer Außenumfangsfläche 202 und einem das Motorinnenteil 201 umgebenden Motoraußenteil 204 mit einer Innenumfangsfläche 206, wobei die Außenumfangsfläche 202 und die Innenumfangsfläche 206 wie aus Figur 7 zu ersehen ist, in Form von zwei Ringflächen einander dicht gegenüberliegen. Zwischen der Innenumfangsfläche 202 ist auch bei dieser Motorversion mindestens eine abschnittsförmige Ausnehmung in der Innenumfangsfläche 206 als Expansionsraum 210 für die Arbeitsgase vorhanden. Zwischen zwei abschnittsförmigen Expansionsräumen ist ein Teil der Innenumfangsfläche 206 als Arbeitsnocken 207, 208, 209 stehen gelassen worden. Der Arbeitsnocken 207 ist gegenüber der ringflächenförmigen Außenumfangsfläche 202 durch eine Dichtung 213 abgedichtet. Dadurch ist es möglich, daß der Arbeitsnocken 207 den Expansionsdruck der Arbeitsgase als Drehmoment auf das Motoraußenteil 205 überträgt. In den Expansionsraum 210 mündet eine Eintrittsöffnung 211 für die Arbeitsgase.
An der ringflächenförmigen Außenumfangsfläche 202 des Motorinnenteiles 201 ist ein in den Expansionsraum 210 hineinragendes und den Expansionsdruck der Arbeitsgase auf das Motorinnenteil 201 übertragendes Gegendruckteil 203 gelagert. Das Gegendruckteil 203 ist gegenüber der Innenumfangsfläche 206 durch eine parabelartige Dichtung 213 abgedichtet. Außerdem deckt das Gegendruckteil 203 eine Austrittsöffnung 212 für die expandierenden Arbeitsgase solange ab, bis die durch die Expansion bewirkte relative Drehung beider Motorteile 201, 205 gegeneinander über eine Steuerung, z. B. eine Rampe 219, das Gegendruckteil 203 dazu veranlaßt, dem Arbeitsnocken 207 auszuweichen. Jedes Gegendruckteil 203 wird durch den Druck einer Feder 204 gegen die Innenfläche 206, bzw. die Wandung des Expansionsraumes 210 gedrückt, wobei die Abdichtung in Umfangsrichtung durch eine Dichtung 214 erfolgt. Die Dichtung 214 hat die gleiche Gestalt wie die Dichtung 137.
In Figur 7 ist ein erster Axialschnitt in Achsenlängsrichtung durch den Rotationsmotor 200 nach der Linie VII-VII von Figur 6 wiedergegeben. Aus diesem Schnitt ist zu ersehen, daß die Außenumfangsfläche 202 und die Innenumfangsfläche 206 die Form von komplementären Ringflächen haben, wobei die Außenumfangsfläche 202 die konvexe Form und die Innenumfangsfläche 206 die konkave Form der vorstehend beschriebenen parabelartigen Kurven aufweisen. Die den Kurven entsprechenden konvexen und konkaven Ringfiächen 202, 206 verlaufen, wie gleichfalls vorstehend beschrieben worden ist, mit Gleitpassung bis zu ihren Außenkanten, die als zwei kreisförmige Schlitze 215, 216 erscheinen. Die radiale Abdichtung der Schlitze 215, 216 gegenüber dem Außenraum erfolgt jeweils durch die Labyrinthdichtungen 217, 218. Auch hier können gegebenenfalls die an sich bekannten Labyrinthdichtungen mit mehrmaliger Umlenkung verwendet werden.
In Figur 8 ist ein zweiter Axialschnitt in Achsenlängsrichtung durch den Rotationsmotor 200 nach der Linie VIII-VIII von Figur 6 wiedergegeben. Diese Figur gibt einen Schnitt durch einen abschnittsförmigen Expansionsraum 210 wieder und entspricht der Figur 4.
Figur 9 schließlich gibt einen dritten Axialschnitt in Achsenlängsrichtung durch den Rotationsmotor 200 nach der Linie IX-IX von Figur 6 wieder. Aus diesem Schnitt ist zu ersehen, daß das Gegendruckteil 202 in den Expansionsraum 210 hineinbewegt und dort durch die Feder 204 gehalten wird. Die Abdichtung des Gegendruckteiles 202 in Umfangsrichtung gegen die Wandung des Expansionsraumes 210 erfolgt durch die Dichtung 214, die in Figur 6 im Querschnitt sichtbar ist. Diese Dichtung 214 entspricht der Dichtung 137 aus Figur 5 und ist dort im einzelnen beschrieben. Die Auslenkung des Gegendruckteiles 203 bei einer relativen Drehung von Motorinnenteil 201 gegenüber dem Motoraußenteil 205 bei Annäherung des Arbeitsnockens 207 erfolgt durch eine Rampe 219. ^-
Der Unterschied zwischen dem Rotationsmotor 100 und dem Rotationsmotor 200 besteht, wie aus den Zeichnungen ohne weiteres ersichtlich ist, zusammenfassend darin, daß beim Rotationsmotor 100 die Außenumfangsfläche 102 die konkave Form und die Innenumfangsfläche 124 die konvexe Form hat, während beim Rotationsmotor 200 die Außenumfangsfläche 202 die konvexe Form und die Innenumfangsfläche 206 die konkave Form hat.
Durch Anwendung der vorstehend beschriebenen Prinzipien in Bezug auf die Gestaltung der Umfangsflächen, der Expansionsräume, der Gegendruckteile sowie der Abdichtung dieser Teile gegeneinander, sowohl in Umfangsrichtung als auch gegen den Außenraum, ist es möglich, bekannte Motorkonzepte, die bisher infolge fehlender Dichtigkeit nicht realisierbar waren, zu funktionsfähigen Motoren fortzuentwickeln. Nachfolgend sei dieses an Hand von sieben Beispielen gezeigt. In sämtlichen nachfolgend beschriebenen Rotationsmotoren haben der Expansionsraum, der Arbeitsnocken und das Gegendruckteil in einem Axialschnitt in Achsenlängsrichtung gesehen, die Form einer wie vorstehend beschriebenen parabelartigen Kurve.

Figur 10 zeigt den Schroeder-Motor 30 mit dem Expansionsraum 31, dem Arbeitsnocken 32 und dem Gegendruckteil 33.
Figur 11 zeigt den Walter-Motor 40 mit dem Expansionsraum 41, dem Arbeitsnocken 42, dem Gegendruckteil 43 sowie der ventilgesteuerten Austrittsöffnung 44 für die Arbeitsgase.
Figur 12 zeigt den Brown-Motor 50 mit dem Expansionsraum 51, dem Arbeitsnocken 52 und dem Gegendruckteil 53.
Figur 13 zeigt den Thomas-Motor 60 mit dem Expansionsraum 61, dem Arbeitsnocken 62 und dem Gegendruckteil 63.

Figur 14A zeigt die erste Ausführungsform des Wenzel-Motors 70 mit dem Expansionsraum 71, dem Arbeitsnocken 72 und dem Gegendruckteil 73. Diese erste Ausführungsform entspricht dem in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Motorprinzip. Figur 14B zeigt die zweite Ausführungsform des Wenzel-Motors 80, bei dem das Gegendruckteil 83 am Innenteil, der Arbeitsnocken am Außenteil befestigt ist und die dem in den Figuren 6 bis 9 dargestelltem Motorprinzip entspricht. Der Rotationsmotor 80 hat den jedoch nur im Querschnitt 81 angebbaren Expansionsraum, den Arbeitsnocken 82 und das Gegendruckteil 83. Die Arbeitsgase treten durch den Schlitz 84 aus dem Motorinnenteil in den Expansionsraum ein. Der Expansionsraum ist deshalb nur in einer Querschnittslinie 81 angebbar, da er sich in dem in Figur 14B weggeschnittenem Motoraußenteil befindet. Die Labyrinthdichtung 85 ist in diesem Falle fest am Motoraußenteil 86 angebracht.
Schließlich zeigt Figur 15 den Zettner-Motor 90 mit dem Expansionsraum 91, dem Arbeitsnocken 92, dem Gegendruckteil 93 und der Eintrittsöffnung 94 für die Arbeitsgase in den Expansionsraum 91. Der Rotationsmotor 90 arbeitet in dieser Ausführung beispielsweise als Außenläufer.
Weitere Einzelheiten der weiterentwickelten Rotationsmotoren nach den Figuren 10 bis 15, die jedoch die Erfindung nicht betreffen, sind aus den in der Beschreibungseinleitung aufgeführten Druckschriften zu entnehmen.

Stückliste

100 Rotationsmotor
101 Motorinnenteil
102 Außenumfangsfläche
103 Außenkante der Außenumfangsfläche
104 Arbeitsnocken
105 Arbeitsnocken
106 Arbeitsnocken
107 Expansionsraum
108 Expansionsraum
109 Expansionsraum
110 Eintrittsöffnung
111 Eintrittsöffnung
112 Eintrittsöffnung
113 Austrittsöffnung
114 Austrittsöffnung
115 Austrittsöffnung
116 Dichtung
117 Dichtung
118 Dichtung
119 Ausnehmung
120 Rampe
121 Rampe
122 Rampe
123 Motoraußenteil
124 Innenumfangsfläche
125 Außenkante der Innenumfangsfläche
126 Gegendruckteil
127 Gegendruckteil
128 Gegendruckteil
129 Gegendruckteil
130 Abstreifkante am Gegendruckteil
131 Kopf des Gegendruckteiles
132 Feder
133 Feder
134 Feder
135 Feder
136 Ausnehmung
137 Dichtung
138 Dichtung
139 Dichtung
140 Dichtung
141 Abstreifkante an der Dichtung
142 Kugellager
143 Kugellager
144 parabelähnliche Kurve
145 Kreisbogenabschnitt
146 Gerade
147 Gerade
148 Schlitz
149 Schlitz
150 Labyrinthdichtung
151 Labyrinthdichtung
200 Rotationsmotor
201 Motorinnenteil
202 Außenumfangsfläche
203 Gegendruckteil
204 Feder
205 Motoraußenteil
206 Innenumfangsfläche
207 Arbeitsnocken
208 Arbeitsnocken
209 Arbeitsnocken
210 Expansionsraum
211 Eintrittsöffnung
212 Austrittsöffnung
213 Dichtung
214 Dichtung
215 Schlitz
216 Schlitz
217 Labyrinthdichtung
218 Labyrinthdichtung
30 Schroeder-Motor
31 Expansionsraum
32 Arbeitsnocken
33 Gegendruckteil
40 Walter-Motor
41 Expansionsraum
42 Arbeitsnocken
43 Gegendruckteil
44 Austrittsöffnung
50 Brown-Motor
51 Expansionsraum
52 Arbeitsnocken
53 Gegendruckteil
60 Thomas-Motor
61 Expansionsraum
62 Arbeitsnocken
63 Gegendruckteil
70 Wenzel-Motor (1. Ausführungsform)
71 Expansionsmotor
72 Arbeitsnocken
73 Gegendruckteil
80 Wenzei-Motor (2. Ausführungsform)
81 Querschnitt des Expansionsraumes
82 Arbeitsnocken
83 Gegendruckteil
84 Schlitz
85 Labyrinthdichtung
86 Motoraußenteil
90 Zettner-Motor
91 Expansionsraum
92 Arbeitsnocken
93 Gegendruckteil
94 Eintrittsöffnung

Claims

1. Rotationsmotor (100) zur Umwandlung des Expansionsdruckes von Arbeitsgasen in eine mechanische Drehbewegung, mit einem Motorinnenteil (101) mit einer zylinderartigen Außenumfangsfläche (102), einem das Motorinnenteil (101) umgebenden Motoraußenteil (123) mit einer zylinderartigen Innenumfangsfläche (124), wobei die Au- ßenumfangsfiäche (102) und die Innenumfangsfläche (124) einander gegenüberliegen, Lagern (142, 143), mit denen Motorinnenteil (101) und Motoraußenteil (123) drehbar gegeneinander gelagert sind, mindestens einem an einer der zylinderartigen Umfangsflächen (102) befindlichen Arbeitsnocken (104, 105, 106), der gegenüber der anderen zylinderartigen Umfangsfläche (124) abgedichtet ist und den Expansionsdruck der Arbeitsgase auf das eine Motorteil (101) überträgt, mindestens einer abschnittsförmigen Ausnehmung in der gleichen zylinderartigen Umfangsfläche (102) im Anschluß an-den Arbeitsnocken (104, 105, 106) als Expansionsraum (107, 108, 109) für die Arbeitsgase, einer Eintrittsöffnung (110, 111, 112) und einer Austrittsöffnung (113, 114, 115) in jedem Expansionsraum (107, 108, 109) für die ein-und ausströmenden Arbeitsgase, mindestens einem an der anderen zylinderartigen Umfangsfläche (124) beweglich gelagerten, in den Expansionsraum (107, 108, 109) hineinragenden und den Expansionsdruck der Arbeitsgase auf das andere Motorteil (123) übertragenden Gegendruckteil (126, 127, 128, 129), welches im unbeeinflußten Zustand die Austrittsöffnung (113, 114, 115) in jedem Expansionsraum (107, 108, 109) für die Arbeitsgase verschließt und mindestens einer Steuereinrichtung für das Gegendruckteil (126, 127, 128, 129), durch welche das Gegendruckteil (126, 127, 128, 129) bei Annäherung des Arbeitsnockens (104, 105, 106) aus dem Expansionsraum (107, 108, 109) ausgelenkt wird, so daß die Austrittsöffnung (113, 114, 115) freigegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umfangsflächen (102, 124) die Form von komplementären Ringflächen haben, wobei in einem Axialschnitt in Achsenlängsrichtung durch die Ringflächen (102, 124) und durch die Arbeitsnocken (104, 105, 106) gesehen, die eine Ringfläche (102) die Form einer konkaven parabelartigen Kurve und die andere Ringfläche (124) die Form einer konvexen parabelartigen Kurve aufweist und beide Ringflächen (102, 124) mit enger Gleitpassung parallel zueinander bis zu ihren Außenkanten (103, 125) verlaufen, die zwei kreisförmige Schlitze (148, 149) bilden.

2. Rotationsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve eine Parabel ist.

3. Rotationsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parabelartige Kurve eine Hyperbel ist.

4. Rotationsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parabelartige Kurve aus einem Kreisbogenabschnitt (145) als Scheitelkurve und zwei den Kreisbogenabschnitt (145) an seinen Bogenenden fortsetzenden und einen vorzugsweise spitzen Winkel (a) einschließenden Geraden (146, 147) besteht (Fig. 2A).

5. Rotationsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Expansionsräume (107, 108, 109) dienenden Ausnehmungen in der konkaven Ringfläche (102) aus einer zusätzlichen konkaven Ausnehmung im Bodenbereich der konkaven Ringfläche (102) besteht, wobei die den Kurvenästen der parabeiartigen Kurve entsprechenden Ringflächenteile in Gleitpassung parallel zueinander verlaufen und die den Scheitepunkten entsprechenden Scheitellinien beider Ringflächen (101, 124) sich in einem Abstand voneinander befinden, so daß der Expansionsraum (107, 108, 109) von der konkaven Ringfläche (101), der konvexen Ringfläche (124), der Vorderseite eines und der Rückseite eines anderen Arbeitsnockens (104, 105, 106) begrenzt ist.

6. Rotationsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Expansionsraum (107, 108, 109) im Umfangsrichtung gesehen, an seinen Enden oberhalb der Arbeitsnocken (104, 105, 106) jeweils durch mindestens eine, in der konkaven Ringfläche (101) angeordnete und an der konvexen Ringfläche (124) im Gleitkontakt anliegende Dichtung (116, 117, 1-18) abgedichtet ist.

7. Rotationsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (116, 117, 118) in einer Ebene liegt, die durch einen Axialschnitt in Achsenlängsrichtung gegeben ist.

8. Rotationsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmigen Schlitze (148, 149) zwischen Motorinnenteil (101) und Motoraußenteil (123) jeweils durch eine Labyrinthdichtung (150, 151) gegenüber dem Außenraum abgedichtet sind.

9. Rotationsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kurvenästen der parabelartigen Kurve entsprechenden Ringflächenteile, Teile der Labyrinthdichtungen (150, 151) sind.

10. Rotationsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Expansionsräume (107, 108) durch jeweils eine parabelartige Dichtung (117) gegeneinander abgedichtet sind.

11. Rotationsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckteil (126) durch eine Ausnehmung (136) im Motorteil (123) mit der konvexen Ringfläche (124) hindurch in den Expansionsraum (107) hineinragt, in einem axialen Schnitt in Achsenlängsrichtung gesehen eine zu der konkaven Ringfläche (102) des Expansionsraumes (107) komplementäre Form aufweist und an der konkaven Ringfläche (102) mit Gleitpassung anliegt.

12. Rotationsmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckteil (126) gegen die konkave Ringfläche (102) im Expansionsraum (107) in Umfangsrichtung durch mindestens eine an dieser Ringfläche (102) anliegende Dichtung (137) abgedichtet ist.

13. Rotationsmotor nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kante (130) am Gegendruckteil (126) oder eine Kante (141) an der Dichtung (137) im Gegendruckteil (126) als Abstreifkante ausgebildet ist, durch die Ablagerungen im Expansionsraum (107) in Richtung zur Austrittsöffnung (113) transportiert werden.

14. Rotationsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckteil (126) im Expansionsraum (107) zur Erzeugung einer Dichtwirkung selbst eine formschlüssige Passung aufweist.