EP0259328B1

EP0259328B1 - Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: EP0259328B1
Application number: EP86903315A
Authority: EP
Inventors: Hartwig Groeneveld; Hans Soltess
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-08
Filing date: 1986-05-09
Publication date: 1991-01-23
Anticipated expiration: 2006-05-09
Also published as: WO1986006786A1; AU5901386A; DE3677221D1; DE3690232D2; EP0259328A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei nebeneinander um die gleiche Längsachse unabhängig voneinander drehbar gelagerten in vorzugsweise nur einer Richtung drehbaren wechselweise mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit rotierenden Tragscheiben, welche an ihren radial äußeren Seiten in gleichmäßigen Abständen mit Kolben versehen sind, wobei die Kolben an jeder der beiden Scheiben gegebenenfalls gleiche Querschnitte aufweisen und jeweils abwechselnd ein Kolben der einen Scheibe und ein Kolben der anderen Scheibe in den gleichen rotationssymmetrischen, koaxial zur Längsachse angeordneten Hohlraum eines Gehäuses ragen, in dem Paare von für die Zufuhr und die Ableitung der Arbeitsmedien bestimmten schlitzartig ausgebildeten Durchlaßöffnungen in gleichmäßigen Abständen in bezug auf die für die gleiche Funktion bestimmten Durchlaßöffnungen jeweils in den gegenüberliegenden Seitenwänden des Hohlraumes angeordnet sind.
Es sind Kraft- und Arbeitsmaschinen mit Kolbenbewegung bekannt. Bei diesen Maschinen ist jeweils ein Kurbeltrieb für die Umwandlung der hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung erforderlich. Durch den Kurbeltrieb werden Maschinen mit Kolbenbewegung relativ aufwendig und schwer.
Aus der DE-PS 528 181 ist eine Drehkolbenbrennkraftmaschine bekannt, welche nach dem Prinzip des Vier-Takt-Otto-Motors arbeitet und gesteuerte Einlaß- und Auslaßventile aufweist. Die in einem Ringraum von kreisförmigem Querschnitt umlaufenden Kolbenpaare bewegen sich abwechselnd taktweise um einen bestimmten Drehwinkel, so daß auf Vorder- bzw. Rückseite eines jeden Kolbens nacheinander durch Vergrößern und Verkleinern des Abstandes zum vorauslaugenden bzw. nachfolgenden Kolben die vier Zyklen Ansaugen-Komprimieren-Expandieren-Ausstoßen durchlaufen werden. Taktvorschub, Kolbenbreite, Lage der Ventile und der mittig zwischen diesen angeordneten Zündkerzen sind so aufeinander abgestimmt, daß pro zwei Kolbenpaare drei rotationssymmetrisch angeordnete Ventilgruppen und Zündkerzen benötigt werden. Eine Ventilgruppe besteht jeweils aus einem Einlaß- und einem Auslaßventil, welche einander gegenüberliegend in der Wand des Ringraums parallel zur Drehachse des Motors eingebaut sind. Aus der Fig. 2 der DE-PS 582 181 ist zu entnehmen, daß der Ringraum im Vergleich zum Gesamtvolumen des Verbrennungsmotors nur einen sehr geringen Anteil aufweist.
Bekannt sind auch Rotationskolbenmaschinen, die nur rotierende Teile besitzen. Charakteristisch für Rotationskolbenmaschinen sind abgeschlossene Arbeitsräume mit starren Wänden, von denen mindestens eine so bewegt wird, daß sich eine veränderliches Volumen des Arbeitsraumes ergibt. Das veränderliche Volumen wird zwischen einem Leistungsteil und einem Absperrteil gebildet.
In einer anderen Ausführungsform enthält der Kreiskolbenmotor ein stillstehendes Absperrteil und ein Leistungsteil, das sich mit seinem Schwerpunkt auf einem Kreis bewegt und zusätzlich eine Drehung um einen Schwerpunkt ausführt. Der Kolben des Kreiskolbenmotors hat im Querschnitt die Form eines Dreiecks mit konvexen Seiten, in dem auf der einen Seite eine Innenverzahnung vorhanden ist, die mit einem feststehenden Zahnrad kämmt. Schwierig ist beim Kreiskolbenmotor die Abdichtung der Arbeitsräume.
Aus der US-A-3,282,258 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine der oben beschriebenen Art bekannt, bei der die Kolben schräg zur Längsachse angeordnete Stirnflächen aufweisen, und bei der die in den gegenüberliegenden Seitenwänden angeordneten Durchlaßöffnungen für die Zufuhr und die Ableitung der Arbeitsmedien in Form radial verlaufender Schlitze einander direkt gegenüberliegend angeordnet sind.
Das Öffnen und Schließen der Durchlaßöffnungen erfolgt durch die über sie hinweggleitende Kolben selbst. Die Kraftübertragung von den mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit rotierenden Tragscheiben auf die Antriebswelle erfolgt durch eine auf der Antriebswelle angeordnete freilaufartige Mitnahmeeinrichtung. An der Umfangsfläche der Kolben sind auf die zylindrische Innenwand des Gehäuses einwirkende Klemmvorrichtungen vorgesehen, welche die Drehung der Kolben und der damit verbundenen Tragscheiben gegenüber dem Gehäuse nur in einer Drehrichtung gestatten.
Ausgehend von der Rotationskolbenmaschine der oben beschriebenen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenmaschine zu entwickeln, die einen möglichst einfachen konstruktiven Aufbau hat und die die bei der Verbrennung des Kraftstoffes frei werdende Energie optimal in mechanische Energie umwandelt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Bei der im Anspruch 1 angegebenen Rotationskolben-Brennkraftmaschine werden die vorauseilenden Kolben erst im Augenblick der Zündung freigegeben, so daß ein vorzeitiges Mitdrehen der vorauseilenden Kolben infolge der Kompressionswirkung ausgeschlossen ist. Auf diese Weise wird bei der erfindungsgemäßen Rotationskolben-Brennkraftmaschine bei hoher Füllung der maximale Kompressionsdruck erreicht. In bestimmten Betriebszuständen eintretende Gasschwingungen auf der Einlaß- bzw. auf der Auslaßseite, welche zu Leistungsminderungen infolge Rückschlagens von Auspuffgasen in den Einlaßkanal oder zum Ansaugen von Auspuffgasen aus dem Auspuffkanal führen, werden durch die Anordnung von Klappen in den Durchlaßöffnungen wirksam verhindert. Entsprechend den unterschiedlichen Gasvolumina von Frischgas und Auspuffgas sind die Durchlaßöffnungen für die Auspuffgase weiterbeabstandet von der Längsachse angeordnet, so daß diese Öffnungen bei Erstreckung über den gleichen Winkelbereich wie die Einlaßöffnungen einen größeren Querschnitt aufweisen. Die Verbindung der Durchlaßöffnungen für Frischgas bzw. für Abgas mit je einem im Gehäuse über 360° verlaufenden Kanal gewährleistet gleichmäßige Betriebsbedingungen für sämtliche Durchlaßöffnungen und ermöglicht es, nur eine Gemischaufbereitungsanlage und nur einen Auspuffschalldämpfer vorzusehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rotationskolben-Brennkraftmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Darlegung weiterer Vorteile anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 eine Rotationskolbenmaschine im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linien I-I der in Fig. 1 dargestellten Rotationskolbenmaschine.
Fig. 3 schematisch eine Rotationskolbenmaschine im Querschnitt mit Durchlaßöffnungen,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Hälfte einer anderen Ausführungsform einer Rotationskolbenmaschine,
Fig. 5 schematisch eine Rotationskolbenmaschine im Querschnitt mit in einer Gehäuseseite angeordneten Durchlaßöffnungen,
Fig. 6 schematisch eine Rotationskolbenmaschine im Querschnitt mit einer anderen Verteilung der Durchlaßöffnungen im Gehäuse,
Figs. 7a bis 7h verschiedene Formen von Kolben im Querschnitt und in vertikaler Ansicht,
Figs. 8 und 9 Detailledarstellungen zur Verdeuchtlichung der Drehmomentadgabe,
Fig. 10 eine Rotationskolbenmaschine mit schlitzartig ausgeführten Durchlaßöffnungen für die Zufuhr bzw. die Ableitung des Arbeitsmediums,
Fig. 11 schematisch die Anordnung von Klappen in den Durchlaßöffnungen für die Zufuhr bzw, die Ableitung des Arbeitsmediums,
Fig. 12 schematisch eine vom Zünddruck betätigte Arretierungsvorrichtung,
Fig. 13 die Lagerung und Abdichtung einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einseitig herausgeführten Wellen und
Figs. 14a bis 14d schematisch eine analog dem Viertaktprinzip arbeitende Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit zwei Kolbenpaaren,
Figs. 15a to 15d zeigt schematisch eine mit zwei Kolben arbeitende Rotationskolben-Brennkraftmaschine in verschiedenen Phasen des Bewegungsablaufes.

Eine in Figs. 1 und 2 dargestellte Rotationskolbenmaschine 1 enthält eine Welle 2, die in einem Gehäuse 3 mittels nicht dargestellten Lagern drehbar gelagert ist. Im Innern des hohlen Gehäuses 3 sind zwei Scheiben 4, 5 auf der Welle 2 drehbar gelagert. Die Scheiben 4, 5 befinden sich in kurzem Abstand nebeneinander. Sie sind unabhängig voneinander um die Längsachse 6 der Welle 2 drehbar angeordnet. An ihren äußeren, radialen Seiten 7 sind die Scheiben 4, 5 jeweils in gleichmäßigen Abständen längs des Umfangs mit Kolben verbunden. Die Scheibe 4 trägt z.B. vier Kolben 8, 9,10 und 11, während die Scheibe 5 vier Kolben 12,13,14 und 15 aufweist. Die Kolben 8 bis 15 weisen gleiche Querschnitte auf. Im Gehäuse 3 befindet sich ein rotationssymmetrischer Hohlraum 16, der koaxial zur Längsachse 6 ausgebildet ist. Die Kolben 8 bis 15 ragen so in den Hohlraum 16 hinein, daß jeweils ein Kolben 8, 9, 10, 11 der einen Scheibe 4 auf einen Kolben 12, 13,14,15 der anderen Scheibe 5 folgt. Die Kolben 8 bis 15 haben bei der Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform einen kreisförmigen Querschnitt. Der Hohlraum 16 ist mit seiner an die Kolben 8 bis 15 angrenzenden Seite an die Querschnittsform der Kolben 8 bis 15 angepaßt. Da die Scheiben 4, 5 jeweils tangential mit ihren einander abgewandten Kreisflächen in die Kolben 8 bis 15 übergehen, hat die den Kolben 8 bis 15 zugewandete Seite des Hohlraums 16 die Form eines Halbkreisringes.
Die Scheiben 4, 5 sind in geringem Abstand voneinander jeweils auf einer Seite der durch die mitte der Kolben 8 bis 15 senkrecht zur Längsachse 6 verlaufenden in Fig. 1 mit 17 bezeichneten Symmetrieebene angeordnet.
In den Wänden des Gehäuses 3, z.B. in der einen Seitenwand 18, sind Durchlaßöffnungen 19, 20 jeweils für die Ableitung und Zufuhr von flüssigen und/oder gasförmigen Arbeitsmedien angeordnet. Die Durchlaßöffnungen 19, 20 sind paarweise in gleichmäßigen Abständen voneinander und in gleichem Abstand von der Welle 2 in der Seitenwand 18 vorgesehen. Die Zahl der Paare von Durchlaßöffnungen 19, 20 entspricht der halben Zahl der Kolben 8 bis 15. Da die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Rotationskolbenmaschine acht Kolben enthält, befinden sich in der Seitenwand 18 vier Paare von Durchlaßöffnungen 19, 20. Zur Abdichtung der Kolben 8 bis 15 gegen die angrenzende Seite des Hohlraums 16 können zweckmäßigerweise Kolbenringe verwendet werden. Gegen die Welle 2 sind die Scheiben durch Dichtungen 49, die sich jeweils zwischen den einander abgewandten Seiten der Scheiben 4, 5 und dem Gehäuse 3 befinden und durch eine zwischen beiden Scheiben angeordnete Dichtung 50 abgedichtet. Die Dichtungen 49, 50 sind in nicht näher bezeichneten Nuten der Scheiben 4, 5 und/oder des Gehäuses 3 befestigt.
Die in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, die im Schnitt zwischen zwei Kolben dargestellt ist, hat mehrere Kolben 21, die einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Kanten aufweisen. Zwei nebeneinander angeordnete, unabhängig voneinander auf der Welle 2 drehbar gelagerte Scheiben 22, 23 umgreifen an ihren Befestigungsstellen mit dem Kolben 21 diese auf ihren der Welle 2 zugewandten Seiten jeweils zur Hälfte und auf den senkrecht zur Welle 2 verlaufenden Seiten vollständig. Die Scheiben 22, 23 bilden daher teilweise bereits eine Abdeckung für die Kolben 21. Im Gehäuse 24 der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind Durchlaßöffnungen 25, 26 angeordnet, die sich jeweils in einander entgegengesetzten Seiten 27, 28 des Gehäuses 24 befinden. Die Durchlaßöffnungen 25 sind für die Zufuhr des Arbeitsmediums und die Durchlaßöffnungen 26 für die Ableitung des Arbeitsmediums bestimmt. In den Scheiben 22, 23 befinden sich jeweils zu den Durchlaßöffnungen 25 und 26 korrespondierende Durchlaßöffnungen 29,30. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ergibt sich eine etwas andere Anordnung der Dichtungen.
Die Kolben 8, 9, 10 und 11 können relativ zu den Kolben 12, 13, 14, 15 bewegt werden. Bei einer Relativbewegung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten treten im Hohlraum 16 des Gehäuses 3 Arbeitsräume auf, die sich verengen und erweitern. Die Relativbewegung geschieht beispielsweise derart, daß jeweils eine Scheibe vollständig oder nahezu stillsteht, während sich die andere Scheibe um den freien Weg zwischen zwei Kolben 8, 12; 9, 13; 10, 14 und 11, 15 weiterdreht.
Danach kehrt sich die Reihenfolge der Bewegung der beiden Scheiben um. Die beiden Scheiben 4, 5 sind jeweils mit einer Haltevorrichtung versehen, so daß sie sich nur in einer Richtung drehen können, die in Fig. 2 mit dem Pfeil 31 bezeichnet ist. Als Rücklaufsperre kann auch eine Freilaufkonstruktion verwendet werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der in gleichmäßigen Abständen längs des Hohlraums 16 Zündkerzen 32 vorgesehen sind. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 enthält weiterhin wenigstens ein nicht näher dargestelltes Einspritzventil. Über die Einspritzventile oder Einlaßkanäle wird jeweils in einem bestimmten Abstand der Kolben 8, 12; 9, 13; 10, 14 und 11, 15 ein zündfähiges Treibstoff-Luft-Gemisch dem Hohlraum 16 gegebenenfalls unter Druck zugeführt. Dieses zündfähige Gemisch befindet sich in den Arbeitskammern zwischen Paaren von Kolben 8, 12; 9, 13; 10, 14 und 11, 15. Durch die Bewegung der Kolben 8 bis 15 wird das zündfähige Gemisch verdichtet. Wenn die Arbeitskammern zwischen den Kolben 8, 12; 9, 13; 10, 14 und 11, 15 auf den in Fig. 2 dargestellten kleinen Raum 33 verengt sind, in den an der entsprechenden Stelle die Zündkerze hineinragt, wird der Treibstoff eingespritzt und gezündet. Die Zündzeitpunkte der Zündkerzen 32 sind auf die jeweilige Drehstellung der Scheiben 4, 5 eingestellt.
Nach dem Zünden des Gemisches in den Räumen 33 bleibt die zuvor in Drehung versetzte Scheibe 5 stehen, während die Scheibe 4 über die Kolben 8, 9, 10, 11 durch die Expansion der heißen Gase in Drehung versetzt wird. Nach einem gewissen Drehwinkel werden die Auslaßventile oder -kanäle zum Ausstoßen der heißen Gase geöffnet bzw. freigegeben. Anschließend werden die Einlaßventile oder -kanäle geöffnet. Danach tritt wiederum eine Verdichtung des neu zugeführten Treibstoff-Luft-Gemisches ein, bis zwischen den Kolben 8, 13; 9, 14; 10, 15 und 11, 12 die Arbeitskammern auf das Volumen der Räume 33 verkleinert sind. Es wird anschließend das Gemisch gezündet, wobei nunmehr die Scheibe 4 stillsteht, während die Scheibe 5 durch die Expansion der heißen Verbrennungsgase in Drehung versetzt wird. Während der Drehung der Scheiben 4, 5 steht an diesen ein Drehmoment zur Verfügung, das z.B. durch die Herstellung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Scheibe und Welle 2 auf diese übertragen werden kann. Auch kann eine elektrische oder hydraulische Kopplung erfolgen. An die Welle 2 ist z.B. eine Arbeitsmaschine angekuppelt.
Das schrittweise Bewegen der Scheiben 4, 5 geht detaillert folgendermaßen vonstatten.
Beide Scheiben 4, 5 stehen. Die in Drehrichtung vorstehenden Kolben 8, 9, 10, 11 der Scheibe 4 (siehe Fig. 2) bewegen sich durch Expansion nach eingeleiteter Zündung, während gleichzeitig Scheibe 5 mit den Kolben 12, 13, 14, 15 angehalten wird. (Kurz) Vor Erreichen der Position, in der die letztgenannten Kolben verharren (Fig. 2), wird Scheibe 5 gelöst, beide Scheiben 4 und 5 bewegen sich nun weiter in Drehrichtung bis z.B. Kolben 13 die Position des (in Fig. 2 dargestellten) Kolbens 9 eingenommen hat. Scheibe 5 wird nun wieder angehalten, während Scheibe 4 sich noch ein wenig weiterbewegt und die Kompression erhöht, dann hält auch Scheibe 4 an, eine neue Zündung findet statt, gleichzeitig wird jetzt Scheibe 5 gelöst und Scheibe 4 angehalten, der Zyklus beginnt erneut wie oben beschrieben, nur jetzt mit vertauschten Rollen von Scheibe 4 und Scheibe 5.
Die Anhaltevorrichtung selbst kann form- oder Kraftschlüssig ausgebildet sein; im ersteren Fall z.B. durch einen klauenartigen ring, der im Gehäuse 3 seitlich im (z.B.) Teil 18 (bzw. spiegelbildlich in Bezug auf 17 für die andere Scheibe) angeordnet ist und koaxial mit der Welle 2 bewegt in die Scheibe 5 (für Teil 18) (bzw. in Scheibe 4 für die spiegelbildliche Anordnung) eingreift. Dieser Ring kann entsprechend gestaltet z.B. elektromagnetisch betätigt werden (evtl. gegen Federkraft). Die Ausnehmungen in den Scheiben müssen so ausgebildet sein, daß die zwei Anhaltestellungen je Scheibe und Vierteldrehung z.B. möglich sind.
Die kraftschlüssige Anhaltevorrichtung könnte z.B. so gestaltet sein, daß eine Bremsscheibe an die jeweilige Scheibe 4 oder 5 z.B. hydraulisch angepreßt wird.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind schlitzförmige Durchlaßöffnungen 19, 20 vorgesehen. Die Anzahl der Paare von Durchla- ßöffnungen entspricht der Zahl der Arbeitskammern, die gleich der halben Anzahl von Kolben ist. Die Durchlaßöffnungen 19 für die Ableitung der Verbrennungsgase haben gegebenenfalls radial einen weiteren Abstand von der Längsachse als die Durchlaßöffnungen 20 für die Zufuhr des Treibstoff-Luft-Gemisches.
Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Rotationskolbenmotors, bei dem die Durchlaßöffnungen 20 für die Zufuhr des Treibstoff-Luft-Gemisches ebenso ausgebildet sind wie bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung. Für die Ableitung der heißen Verbrennungsgase sind gemäß der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform schlitzförmige Durchlaßöffnungen 34 vorgesehen, die sich stärker längs konzentrisch um die Längsachse 6 verlaufender, nicht dargestellter Kreisbögen als radial zur Längsachse 6 erstrecken.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform eines Rotationskolbenmotors dargestellt, bei dem jede Scheibe nur ein Paar von Kolben 35, 36 bzw. 37, 38 trägt. Demzufolge sind nur zwei Durchlaßöffnungen 40 für die Zufuhr des Arbeitsmediums und zwei Durchlaßöffnungen 39 für die Ableitung des Arbeitsmediums vorhanden. Die Durchlaßöffnungen 39, 40 sind jeweils um 180° gegeneinander versetzt im Gehäuse 3 angeordnet.
Die Durchlaßöffnungen für die Zufuhr und Ableitung des Arbeitsmediums können kreisförmige, als Ventilsitze ausgebildete Abschnitte im Gehäuse 3 enthalten. Die kreisförmigen Abschnitte sind zweckmäßigerweise als Ventilsitze für nicht dargestellte Ventile ausgebildet, deren Öffnungs- und Schließstellungen über Verbindungen zu den Scheiben 4, 5 bzw. 22, 23 drehstellungsabhängig steuerbar sind.
Die Zündkerzen können zweckmäßigerweise statt im Gehäuse 3 in den Kolben angeordnet sein. Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt Die Kolben 35 und 36 enthalten nicht näher dargestellte Aussparungen mit ihren senkrecht zur Drehrichtung verlaufenden Seitenflächen. In diesen Ausbauchungen sind Zündkerzen 41 angeordnet, die über die zu den Kolben 35,36 gehörige Scheibe mit Zündspannung versorgt werden. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß die Zündungen nicht immer genau an den gleichen Stellen in Bezug auf das Gehäuse 3 stattfinden müssen. In den Kolben können auch die Einspritzdüsen vorgesehen sein.
Die Rücklaufsperre bzw. die Haltevorrichtung für die Scheiben 4, 5 bzw. 22, 23 weist vorzugsweise eine Abstützmöglichkeit für die jeweilige in Ruhestellung gehaltene Scheibe auf. Diese Abstützvorrichtung wird zweckmäßigerweise im Zusammenhang mit der Zündspannung so gesteuert, daß vor der Zündung die Abstützung wirksam gemacht wird. Durch die Abstützvorrichtung, mit der jeweils eine Scheibe angehalten wird, während sich die andere Scheibe dreht, wird der Aufbau eines hohen Kompressionsdrukkes begünstigt.
An einer Innenwand des Gehäuses 3 kann ein über einen Bogen von 360° sich erstreckender Abgaskanal mit einzelnen Absperrungen vorgesehen sein. Die Absperrungen sind auf die jeweiligen Positionen der Kolben bei der Zündung und der sich anschließenden Expansionsphase abgestimmt. Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Rotationskolbenmaschinen können parallel geschaltet werden, d.h. es können mehrere derartige Rotationskolbenmaschinen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein.
Eine Hintereinanderschaltung der Rotationskolbenmaschinen, insbesondere beim Betrieb als Arbeitsmaschine, ist ebenfalls möglich.
Wenn die Rotationskolbenmaschinen als Motoren ausgebildet sind, die häufiger im Teillastbetrieb arbeiten, ist es möglich, bei mehreren Kolben pro Scheibe nicht alle möglichen Zündungen auszuführen.
Die Fig. 7a is 7d zeigen verschiedene Ausführungsformen von Kolben. Gemäß Fig. 7a sind halbkreisförmige Kolben 42 an einer Scheibe 43 befestigt. In Fig. 7b ist ein Kolben 44 dargestellt, der in etwa rechteckig ausgebildet ist und von einer Scheibe 45 ausgeht. Gemäß Fig. 7c ist an einer Scheibe 46 ein Doppelkolben 47 befestigt. Die Fig. 7d zeigt eine andere Ausführungsform eines Doppelkolbens 48.
Die Fig. 7e zeigt in vertikaler Ansicht einen Kolben mit jeweils achsparallel ausgeführter ebener Vorder- und Rückseite. Die Fig. 7f zeigt einen Kolben mit schräg zur Rotationsachse verlaufenden Stirnflächen, deren Ebenen nicht notwendigerweise im gleichen Winkel zur Rotationsachse verlaufen müssen. In Fig. 7g ist ein Kolben mit nasenförmigem Profil dargestellt, wie er beispielsweise bei einer analog dem Zweitaktverfahren arbeitenden Rotationskolben-Brennkraftmaschine vorteilhafterweise eingesetzt wird. Die Fig. 7h zeigt einen Kolben mit einseitig eingelassenem Brennraum zur Erzielung eines hohen Verdichtungsverhältnisses.
Anhand der Fig. 8 und 9 soll die Drehmomentabgabe verdeutlicht werden. Für die Drehmomentabgabe gibt es verschiedene Möglichkeiten, z.B. bei Betrieb mit Drehmomentabgabe nach beiden Seiten.
Die Welle 2 (siehe Fig. 8) ist geteilt in 2a und 2b. Es kann eine Lagerung ineinander erfolgen (muß es aber nicht). Die Scheibe 4 wird fest verbunden mit Welle 2a, die Scheibe 5 fest mit 2b. Beide Wellen arbeiten jeweils auf ein Schwungrad 105 (bzw. einen Flansch oder ähnliches). Die Übertragung in nur eine Drehrichtung erfolgt durch Einbau z.B. eines Freilaufs 106. Genau wie zuvor erläutert für die linke Seite mit Scheibe 4 dargestellt, arbeitet spiegelbildlich auch die rechte Seite mit Scheibe 5, so daß zwei Antriebe, zwei Schwungräder zur Verfügung stehen, jeweils eine relativ hohe Gleichförmigkeit bei entsprechend möglicher hoher Drehzahl besitzen. Beide Schwungräder drehen in gleicher Richtung.
Der Betrieb mit Drehmomentabgabe nach einer Seite ist in Fig. 9 verdeutlicht. Die Welle 102a ist als Hohlwelle ausgebildet und fest mit der Scheibe 4 verbunden. Die mit der Scheibe 5 fest verbundene Welle 102b läuft durch die Welle 102a. Beide Wellenenden 102a und 102b sind jeweils über einen eigenen Freilauf 107 bzw. 108 mit einem Schwungrad 109 verbunden. Es ist erfindugnsgemäß auch möglich, Welle 102b und Hohlwelle 102a mit zwei verschiedenen Schwungsrädern 109a bzw. 109b zu verbinden.
Fig. 10 zeigt die von der Achse 2 weiter entfernte Anordnung der Schlitzartig ausgeführten Durchtrittsöffnungen für den Auslaß des Arbeitsmediums 19 sowie die gegenüber der Achse 2 leicht geneigte Ausführung der Oberflächen der Kolben 8 und 12.
In Fig. 11 ist die Anordnung von Klappen 19' bzw. 20' in den Durchlaßöffnungen für die Ableitung 19 bzw. die Zufuhr 20 des Arbeitsmediums.
Eine Arretier- und Lösevorrichtung für die wechselweise Freigabe der beiden Scheiben 4 bzw. 5 ist in Fig. 12 dargestellt. Eine vom Zünddruck beaufschlagte Scheibe 110 hebt die Enden der beiden Hebel 112 bzw. 122 an. Der im Drehpunkt 114 abgestützte Hebel 112 hebt über eine Zugvorrichtung 116 eine Sperrglied 118 aus einer in der Scheibe 4 angebrachten Vertiefung aus. Der im Drehpunkt 124 gelagerte Hebel 122 drückt während der Betätigung über einen Stößel 126 ein Sperrglied 128 in eine Vertiefung der Scheibe 5.
In Fig. 13 sind Lagerung und Abdichtung einer Rotationskolbenmaschine dargestellt. Die Innen- ' welle 2 ist mit einem Lager 130 direkt im Gehäuse 3 drehbar gelagert und stützt sich auf der Gegenseite über ein Lager 136 in der Hohlwelle 2a, ab, welche konzentrisch von einem im Gehäuse 3 angeordneten Lager 132 umgeben ist. Auf der Gegenseite stützt sich die Hohlwelle 2a mit einem Lager 134 auf der Innenwelle 2 ab. Die Scheiben 4 bzw. 5 sind mittels Paßstücken 138 bzw. 140 mit ihren zugehörigen Wellen 2a bzw. 2 rotationsfest verbunden. Die Hohlwelle 2a ist gegenüber der Scheibe 5 mittels des ringförmigen Dichtelementes 142 stirnseitig abgedichtet. Die Scheiben 4 bzw 5 sind mittels der ebenfalls ringförmigen Dichtelemente 144 bzw. 146 gegenüber dem Gehäuse und den darin befindlichen Lagern abgedichtet. Die hier im Schnitt rechteckig dargestellten Kolben tragen Dichtelemente 148, welche zur Gehäuseaußenwand und zur gegenüberliegenden Scheibe hin angeordnet sind, im dargestellten Beispiel gegenüber der Scheibe 5.
Fig. 14 zeigt eine analog dem Viertaktverfahren arbeitende Rotationskolbenmaschine mit zwei Kolbenpaaren, wobei die Fig. 14a-14d verschiedene Phasen des Arbeitsablaufs darstellen. Im Gehäuse 233 sind die auf der gleichen Scheibe einander diametral gegenüberliegend befestigten Kolben 208 und 210 sowie die auf der anderen Scheibe befestigten Kolben 212 und 214 entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar gelagert. Mit dem Bezugszeichen 232 ist die Zündkerze bezeichnet. Deren Mittelpunkt stellt für die nun folgenden Winkelangaben den Bezugspunkt 0° dar. Der Zündkerze gegenüber befindet sich im Winkelbereich von 150°-160° die Durchlaßöffnung 219 für die Ableitung des Arbeitsmediums und im Winkelbereich von 175°-200° die Durchlaßöffnung 220 für die Zufuhr des Arbeitsmediums. Da die Kolbenvorder- bzw. -rückseiten jeweils unterschiedliche Arbeitsräume begrenzen, sie die Funktion der Rotationskolben-Brennkraftmaschine nachstehend beschrieben.
Im Winkelbereich 201 von 345°-15° wird Gemisch komprimiert und gezündet. Im Winkelbereich 202 von 15°-165° wird ein Kolben auf der Rückseite angetrieben und schiebt auf seiner Vorderseite das im vorhergehenden Takt verbrannte Gemisch durch die Durchlaßöffnung 219 zur Ableitung des Arbeitsmediums. Im Winkelbereich 203 von 165°―195° sind die Kolben einander am dichtesten benachbart, wobei der Übergang vom Auspuff- zum Ansaugtakt stattfindet. Im Winkelbereich 204 von 195°-345° komprimiert ein Kolben auf seiner Vorderseite das frische Gemisch und saugt auf seiner Rückseite neues Gemisch an. Über ein Getriebe sind die beiden jeweils mit einem Kolbenpaar verbundenen Wellen so miteinander gekuppelt, daß das eine Kolbenpaar die Winkelbereiche 201 und 203, als 30° in der gleichen Zeit zurücklegt, wie das andere Kolbenpaar die winkelbereiche 202 und 204, also 150°. Das Geschwindigkeitsverhältnis beträgt also 1:5. Jeweils an den Übergängen von einem Winkelbereich zum nächsten findet eine entsprechende Umschaltung statt. Fig. 14b zeigt gegenüber Fig. 14a das Kolbenpaar 208/210 um 75° und das Kolbenpaar 212/214 um 15° versetzt. Nach einer weiteren Drehung wiederum um 75° bzw. 15° wird der in Fig. 14c dargestellte Zustand erreicht. Dieser entspricht wieder dem in Fig. 14a dargestellten Ausgangszustand, jedoch sind alle Kolben um jeweils einen Takt weiterbewegt worden. Eine anschließende Rotation des Kolbenpaares 212/214 um 90° und entsprechende Rotation des Kolbenpaares 208/210 um 18° ist in Fig. 14d wiedergegeben.
Die Fig. 15a bis 15e zeigen in verschiedenen Phasen den Bewegungsablauf einer Zweikolben-Rotationskolben-Brennkraftmaschine. Die beiden schematisch dargestellten Kolben 301 und 302 erstrecken sich jeweils über einen Winkelbereich von 90°. Dargestellt sind Bewegungsphasen, zwischen denen jeweils der vorauseilende Kolben einen Winkelbereich von 165° und der nacheilende Kolben einen Winkelbereich von 15° durchlaufen hat. Fig. 15a zeigt die entgegen dem Uhrzeigersinn rotierenden Kolben 301 und 302 im Augenblick der Verdichtung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum 311. Nach Zündug mittels Zündkerze 310 bewegt sich der Kolben 301 bis zur in Fig. 15b gezeigten Stellung, wobei der Kolben 301 den Abgaskanal 319 freigibt, so daß dieser mit dem Arbeitsraum 311 verbunden ist. Der nacheilende Kolben 302 verkleinert den Arbeitsraum 311 und treibt das Abgas heraus, wie in Fig. 15c dargestellt ist. Der Kolben 301 gibt anschließend mit seiner Hinterkante den Frischgaskanal 320 frei, aus dem bei vorauseilendem Kolben 301 frisches Arbeitsmedium in den sich vergrößernden Arbeitsraum 311 angesaugt wird, bis die in Fig. 15d gezeigte Phase erreicht ist. Nunmehr wird das Arbeitsmedium komprimiert, bis die in Fig. 15e dargestellte aus Fig. 15a bekannte Ausgangsposition wieder erreicht ist und das Wechselspiel erneut beginnt.

Claims

1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1) mit mindestens zwei nebeneinander um die gleiche Längsachse (6) unabhängig voneinander drehbar gelagerten in vorzugsweise nur einer Richtung drehbaren, wechselweise mit unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeit rotierenden Tragscheiben (4, 5), welche an ihren radial äußeren Seiten in gleichmäßigen Abständen mit Kolben (8 bis 15) versehen sind, wobei die Kolben (8 bis 11 bzw. 12 bis 15) an jeder der beiden Scheiben (4, 5) gleiche Querschnitte aufweisen und wobei in Umfangsrichtung jeweils abwechselnd ein Kolben (8 bis 11) der einen Scheibe (4) und ein Kolben (12 bis 15) der anderen Scheibe (5) zur Bildung von Arbeitsräumen in den gleichen rotationssymmetrischen, koaxial zur Längsachse angeordneten Hohlraum (16) eines Gehäuses (3) ragen, in dem paare von für die Zufuhr und die Ableitung der Arbeitsmedien bestimmten, schlitzartig ausgebildeten Durchlaßöffnungen (19,20,34) in gleichmäßigen Abständen in bezug auf die für die gleiche Funktion bestimmten Durchlaßöffnungen (19 bzw. 20, 34) jeweils in den gegenüberliegenden Seitenwänden (27 bzw. 28) des Hohlraumes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kolben (8 bis 15) aufnehmende Hohlraum (16) sich im wesentlichen von den mit den Tragscheiben verbundenen Antriebswellen (2a, 2b) bis an die Gehäuseinnenwand (18) erstreckt, daß eine vom Zünddruck gesteuerte Arretierungsvorrichtung (110 bis 128) im Augenblick der Zündung die in bezug auf die Arbeitsräume vorauseilenden Kolben (8 bis 11) in Drehrichtung freigibt und die nacheilenden Kolben (12 bis 15) mit dem Gehäuse (3) entgegen der Drehrichtung verbindet und daß die für die Ableitung der Verbrennungsgase vorgesehenen Durchlaßöffnungen (19) von der Längsachse (6) weiter beabstandet sind als die für die Zufuhr der Frischgase vorgesehenen Durchlä- ßoffnungen (20), wobei in jeder der im Gehäuse (3) angeordneten Durchlaßöffnungen (19, 20) Klappen (19', 20') angeordnet sind und daß die Durchlaßöffnungen (19, 20) mit je einem im Gehäuse (3) über 360° verlaufenden Frischgas- bzw. Abgaskanal verbunden sind.

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (4, 5; 22, 23) in geringem Abstand voneinander jeweils vorzugsweise auf einer Seite der durch die Mitte der Kolben (8 bis 15, 21) senkrecht zur Längsachse (6) verlaufenden Symmetrieebene (17) mit den Kolben (8 bis 15, 21) verbunden sind, wobei die vordere und die rückseitige Fläche der Kolben (8 bis 15) gegenüber der Längsachse (6) eine der Strömung des Arbeitsmediums angepaßte Neigung aufweist.

3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Zufuhr bzw. die für die Ableitung des Arbeitsmediums vorgesehenen Durchlaßöffnungen (20) bzw. (19) in der gleichen Seitenwand (27) bzw. (28) angeordnet sind.

4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1) nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Paare von Durchlaßöffnungen (19, 20) und die Zahl der Züridstellen (32) aneinander gleich sind, und daß diese Zahl bei analog dem Zweitaktverfahren arbeitender Brennkraftmaschine (1) der Hälfte der Zahl der Kolben (8 bis 15) entspricht bzw. bei analog dem Viertaktverfahren arbeitender Brennkraftmaschine einem Viertel der Zahl der Kolben (8 bis 15) entspricht, wobei an den Zündstellen (32) bei einer fremdgezündeten Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1) Zündkerzen und bei einer selbstgezündeten Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1) Kraftstoff-Einspritzdüsen angeordnet sind.

5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die parallel Anordnung von Paaren von Scheiben (4, 5; 22, 23) auf einer Welle (2) bzw. die Koppelung mehrerer gleichartiger Scheiben (4, 5; 22, 23) und Wellenpaaren (2).

6. Rotationskolben-Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine zwei Kolben (301,302) aufweist, die sich jeweils über einen Winkelbereich von vorzugsweise 90° erstrecken.