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WALTER BACH 7613 Hausach/Schwarzwald Eisenbahnstraße 72 MANUEL RUIZ
DE MORALES 7613 Hausach/Schwarzwald Gerwig- Straße 50 "Rotationskolbenmaschine"
Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine, deren Rotationskolben aus mehreren
mittels zwischengeschalteten Walzenteilen abgedichtet und gelenkig aneinander geführten
Wandteilen besteht, die ein Gelenkparallelogramm bilden und in einem- länglichen
Zylinderraum um eine zentrale Drehachse umlaufen, mit der sie über Kraftübertragungshebel
in Antriebsverbindung stehen.
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Eine Rotationskolbenmaschine dieser Gattung-ist aus der DT-OS 19 36
273 bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Rotationskolbenmaschine wird der Zylinderraum
von zwei einander gegenüberllegenden ebenen Flächen und zwei die ebenen Flächen
miteinander verbindenden Bögen bildet. Die vier an den Ecken
des
Rotationskolbens vorgesehenen Walzenteile sind jeweils mit Kraftübertragungshebeln
zusammengebaut, die in etwa radial verlaufende Nuten der zentralen Drehachse verschiebbar
hineinragen. Die vier Wandteile des Rotationskolbens sind zwischen die vier Walzenteile
eingelegt. Wenn die zentrale Drebachse umläuft und demgemäß die Walzenteile an der
Wand des Zylinderraumes entlanggeführt werden, müssen die Kraftübertragungshebel
in den Nuten der Drehachse laufend radiale Verschiebebewegungen ausführen. Dabei
kann sich erschwerend auswirken, daß die Kraftübertragungshebel aufgrund der im
Betrieb der Rotationskolbenmaschine-auftretenden Belastungen regelmäßig Biegebeanspruchungen
ausgesetzt sind. Ein Nachgeben der Kraftübertragungshebel unter Biegebeanspruchung
kann auch das Spiel zwischen Wand des Zylinderraumes und Walzenteilen vergrößern.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einer
Rotationskolbenmaschine der in Rede stehenden Gattung Vorkehrungen zu treffen, um
verschleißgefährdete Verschiebeführungen für Kraftübertragungshebel zu erübrigen
und auch die Beanspruchungsart der Teile des Rotationskolbens einschließlich der
Dichtungsprobleme zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die
Wandteile des Rotationskolbens jeweils in der Mitte zwischen den Walzenteilen gelenkig
mit den auf der zentralen Drehachse gegenseitig drehbar gelagerten Kraftübertragungshebeln
verbunden sind.
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Bei einer solchen Anordnung treten beim Umlauf des Rotationskolbens
auch an den Anschlußstellen der Kraftübertragungshebel mit den Wandteilen des Rotationskolbens
bzw. der zentralen Drehachse nur Drehbewegungen auf, die sich lagerungsmäßig
leichter
beherrschen lassen als Verschiebebewegungen.
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Bei Anwendung der Rotationskolbenmaschine als Brennkraftmaschine steht
aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der eine Kraftübertragungshebel genau in
Richtung der Wirklinie des Explosionsdruckes und ist damit keinen seitlichen Biegekräften
ausgesetzt. Damit ist auch eine bessere Formhaltigkeit und Dichtung des Rotationskolbens
gewährleistet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Wandteile
des Rotationskolbens jeweils mit einem Walzenteil fest zusammengebaut sind. Damit
verringern sich die abzudichtenden Stellen.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die zentrale Drehachse wenigstens
einen doppelarmigen Kraftübertragungshebel starr trägt, der mit je einem Arm an
einem der in dem Gelen kparallelogramm einander gegenüberliegenden Wandteile des
Rotationskolbens angelenkt ist. Weiterhin ist vorteilhafter Weise vorgesehen, daß
auf der Drehachse drehbar wenigstens ein anderer doppelarmiger Hebel sitzt, der
an den anderen beiden'Seiten des Gelenkparallelogramms angelenkt ist. Auf diese
Weise ist ohne das Erfordernis von Verschiebeführungen eine zuverlässige Mitnahme
des Rotationskolbens mit der zentralen Drehachse gewährleistet, sowie eine günstige
Aufnahme der auftretenden Beanspruchungen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß in Nuten der Walzenteile jeweils zur federnden Anlage an der Wand des Zylinderraumes
bestimmte Dichtlineale eingesetzt sind. wobei die Nuten etwa unter 450 zur Hauptebene
der Wandteile des Rotationskolbens geneigt sind. Eine solche Anordnung stellt sicher,
daß die
Dichtlineale immer etwa radial zum Krümmungsverlauf der
ellipsenartigen Innenfläche des Zylinderraumes geführt sind und zuverlässig in Anlage
daran gehalten werden.
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Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine läßt sich vorteilhaft
auch derart ausgestalten, daß die Gelenkpunkte, um die die benachbarten Wandteile
des Rotationskolbens gegeneinander verschwenkbar sind, entsprechend der Form des
Zylinderraumes auf einer ellipsenartigen Bahn geführt sind, welche sich aus zwei
Paaren von Bögen unterschiedlich großer Krümmung zusammensetzt, wobei die Bögen
jeweils an den Stellen mit gemeinsamer Tangente ineinander übergehen, an denen benachbarte
Wandteile rechtwinkelig zueinander stehen Der Aufbau des ellipsenartigen Zylinderraumes
mittels zwei Bögen unterschiedlicher Krümmung, die an der Anschlußstelle eine gemeinsame
Tangente haben, sorgt dafür, daß ein unerwünschtes Schlagen der Walzenteile des
Rotationskolbens vermieden wird, wie es dann auftreten kann, wenn ein Übergang zwischen
einem verhältnismäßig stark gekrümmten Bogen und einer geraden Fläche erfolgen muß.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der ellipsenartige Zylinderraum sich
aus Kreisbögen zusammensetzt, die im Verhältnis von etwa 1 zu 2,5 stehen.
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Vorzugsweise ist die Rotationskolbenmaschine als Brennkraftmotor ausgestaltet.
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Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung
anhand von Zeichnungen.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Rotationskolbenmaschine mit einem als
Gelenkparallelogramm au-sgeführten Rotationskolben in einem ellipsenartigen Zylinderraum,
und zwar in einer ersten Arbeitsstellung.
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Fig. 2 zeigt die Rotationskolbenmaschine in einer anderen Arbeitsstellung.
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Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Rotationskolbens in verschiedenen,
aufeinanderfolgenden Arbeitsstellungen.
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Fig. 4 ist eine schaubildartige Explosivdarstellung des Rotationskolbens.
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Fig. 5 zeigt ein in dem Rotationskolben verwendetes Walzenteil mit
zugehörigen Dichtleisten in auseinandergezogener Darstellung.
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Der in den Zeichnungen dargestellte Rotationskolbenmotor besitzt in
einem ellipsenartigen Zylinderraumider als Gelenkparallelogramm ausgeführten Rotationskolben
3. Der Rotationskolben hat eine zentrale, drehend angetriebene Drehachse 5. Er besteht
aus vier gleichen, die Seiten eines Gelenkparallelogrammes bildenden Wandteilen
7. Diese Wandteile 7 sind mittels zwischengeschalteter Walzenteile 9 abgedichtet
und gelenkig aneinander geführt. Dabei ist jeder Wandteil 7 jeweils mit einem Walzenteil
9 verschraubt.
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Das dem Walzenteil 9 gegenüberliegende Ende eines jeden Wandteiles
ist entsprechend der Rundung der Walzenteile als eine runde Lagerpfanne 11 für ein
benachbartes Walzenteil ausgeführt .
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Auf diese Weise können die vier Wandteile 7 zu einem be--weglichen
Gelenkparallelogramm zusammengefügt werden. In der Mitte zwischen den die einzelnen
Wandteile 7 gelenkig verbindenden Walzenteilen9 weist jeder Wandteil 7 einen Gelenkzapfen
13 auf; mittels dessen eine gelenkige Verbindung zu einem von doppelarmigen Kraftübertragungshebeln
15, 17, 19 bzw. 21 hergestellt ist, die auf der zentralen Drehachse 5 sitzen. Ein
Paar 17, 19 von diesen doppelarmigen Kraftübertragungshebeln ist fest auf der zentralen
Drehachse montiert und bildet mit dieser zusammen die Form eines H. Das andere Paar
15, 21 von Kraftübertragungshebeln ist gegenüber dem ersten Paar 17, 19 drehbar
auf derzentralen Drehachse angeordnet. Weiterhin sind zum gut passenden Anschluß
der Kraftübertragungshebel an die Wandteile 7 Paßhülsen 23, 25 vorgesehen.
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Die Wandteile 7 sind jeweils in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise
als hohle Kästen ausgeführt, so daß die Kraftübertragungshebel im Inneren der Wandteile
angeschlossen werden können, ohne die Abdichtungsmöglichkeit an der Aussenseite
der Wandteile zu beeinträchtigen.
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Zur Abdichtung an den ebenen Seitenwänden des Zylinderraumes sind
die Wandteile mit Dichtleisten 27, 29 ausgerüstet, während die mit den Wandteilen
7 verschraubten Walzenteile stirnseitig Dichtungseinsätze 39 aufweisen, Zur Abdichtung
mit der Wandung des ellipsenartigen Zylinderraumes weisen die Walzenteile 9 in Nuten
41 mittels Federn 43 radial nach außen gedrückte Dichtlineale 45, 47 auf, deren-Anordnung
im einzelnen aus Fig. 5 ersichtlich ist. Die Federn 43 und die zugeordneten Angriffsflächen
49 sind derart angeordnet, daß die paarweise angeordneten Dichtlineale in entgegengesetzten
Richtungen gedrückt werden und für eine
beidseitige Abdichtung sorgen.
Die Nuten 41, in denen die Dichtlineale sitzen, sind unter einem Winkel von etwa
450 gegenüber der Hauptebene der Wandteile 7 angeordnet, so daß sie immer etwa radial
bzw. mit geringer Neigung gegenüber der radialen Richtung an den gebogenen Flächen
des ellipsenartigen Zylinderraumes anliegen.
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Der ellipsenartige Zylinderraum 1 hat auf seiner Unterseite einen
EinlaBkanal 51 und einen Auslaßkanal 53. Bei Ausführung der Rotationskolbenmaschine
als Brennkraftmaschine ist auf der Oberseite des Zylinderraumes in der schematisch
angedeuteten Weise eine Zündvorrichtung 55 vorgesehen. Die gegenseitige Anordnung
von Einlaßkanal, Auslaßkanal und Zündvorrichtung ergibt sich im einzelnen aus der
folgenden Beschreibung der Artitsweise der Vorrichtung.
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In Fig. 3 ist der Mittelpunkt der Drehachse 5 des Rotationskolbens
mit dem Bezugszeichen 57 versehen.
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Die Form des ellipsenartigen Zylinderraumes 1 setzt sich aus zwei
Paaren von unterschiedlich gekrümmten Bögen 59,61 bzw. 63, 65 zusammen. Die unterschiedlich
gekrümmten Bögen gehen an den Eckpunkten eines in den ellipsenartigen Zylinderraum
eingeschriebenen Quadrates mit gemeinsamer Tangente ineinander über. Das bedeutet,
daß ein an der Obergangsstelle entlang geführtes Walzenteil 9 keinen Schlag erleidet.
Die stärker gekrUmmten Bögen 59, 61, haben einen innerhalb des Zylinderraumes liegenden
Krümmungsmittelpunkt 67, der von dem Drehmittelpunkt 69 der zentralen Drehachse
5 einen vorbestimmten Abstand hat. Je nach der Größe dieses Abstandes läßt sich
in noch näher zu beschreibender Weise die Kompression der Rotationskolbenmaschine
verändern. Wenn
der Krümmungsradius der kleineren Bögen 59, 61 und
der Abstand des Krümmungsmittelpunktes 67 von der zentralen Drehachse 69 gewählt'worden
sind, dann lassen sich die größeren Bögen mittels eines Zeichengerätes einzeichnen,
welches entsprechend der gelenkigen Verbindung von Kraftübertragungshebeln 17 bzw.
19 und Wandteilen 7 die Form eines gelenkigen T hat. Mit dem freien Ende des mittleren
T-Schenkels wird das Zeichengerät um den Drehmittelpunkt 69 des Rotationskolbens
in dem Zylinderraum gedreht.
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Dabei wird der eine Endpunkt des T-Querbalkens auf dem bereits gezeichneten
Bogen entlanggeführt, und mittels des anderen Endpunktes des T-Querbalkens läßt
sich dann der zu vervollständigende größere Bogen zeichnen. In einem derart konstruierten
Zylinderraum läßt sich der als Gelenkparallelogramm ausgeführte Rotationskolben
3 mit dauernder Anlage seiner vier Eckpunkte an der Wand des Zylinderraumes drehen.
Die Form des Gelenkparallelogramms ändert sich dabei in der in Fig. 3 angedeuteten
und auch aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise zwischen einem aufrecht stehenden
Quadrat und einer waagerecht liegenden Rautenform, wobei auch alle Zwischenformen
durchlaufen werden. Zwischen den einzelnen Wandteilen 7 und der Wand des ellipsenartigen
Zylinderraumes bestehen jeweils vier Räume, die nachfolgend mit den römischen Ziffern
I, II, III und IV bezeichnet sind. Von diesen Räumen sind jeweils die einander gegenüberliegenden
I und III bzw. II und IV gleich groß. Bei Drehung des Rotationskolbens verändern
die Räume I bis IV ihren Rauminhalt fortlaufend. Diese fortlaufende Änderung des
Rauminhaltes wird wie bei einem Ottomotor zum Ansaugen, Komprimieren, Expandieren
und Ausstoßen eines Brenngasgemisches genutzt.
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In Fig. 1 sieht man die als Motor ausgiuhrte Rotationskolbenmaschine
in
einer ersten Stellung. in der der Rotationskolben 3 ein Quadrat bildet. Dabei sind
im Raum I die Gase voll komprimiert und werden gezündet. Im Raum II sind die Gase
voll ausgedehnt. Im Raum III sind die verbrannten Gase gerade ausgestoßen, und im
Raum IV befinden sich die angesaugten Frischgase.
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In der Stellung nach Fig. 2 hat sich der Rotationskolben um 900 gedreht
und nun die Form einer Raute. In dieser Stellung expandieren in der Kammer I die
vorher gezündeten Gase. Aus der Kammer II ist die Hälfte der verbrannten Gase ausgestoßen.
In die Kammer III ist die Hälfte der Frischgase angesaugt worden, und die Kammer
IV hat die Hälfte der Kompressionsbewegung ausgeführt. Bei der Drehung des Rotationskolbens
um weitere 900 erreicht man wieder die Stellung nach Fig.1. Aufgrund der Arbeitsweise
des vierteiligen Rotationskolbens in dem ellipsenartigen Zylinderraum erfolgen pro
Umdrehung des Rotationskolbens vier Ansaugvorgänge,vier- Verdichtungsvoeänge, vier
Expansionsvorgänge und vier Ausstoßvorgänge.
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Das entspricht der Wirkungsweise eines herkömmlichen Achtzylinder-Viertakt-Otto-Motors.
Dabei wird übrigens keinerlei Schwungmasse oder Gegengewicht benötigt. Ein solcher
Motor selbst hat sehr wenig Gewicht und beansprucht wenig Raum, obwohl die Leistung
sehr hoch ist. Die Schmierung kann über eine norm je Zahnradpumpe erfolgen. Das
Zündsystem bedarf hier keiner näheren Darstellung. Die Zündung erfolgt elektromechanisch
mit vier Zündspulen, vier Ünterbrechern und einem Verteiler für einen Vier-Zylindermotor,
aber in umgekehrtem Einbau. Durch dieses System kann der Motor auch bei hohen Drehzahlen
mit der mechanischen Zündung noch korrekt arbeiten. Der Motor läßt sich je nach
Form des ellipsenartigen Zylinderraumes für hohe oder niedere Kompression
und
Literleistung auslegen. Je kreisähnlicher der ellipsenartige Zylinderraum ist, desto
niedriger ist die Kompression. Je flacher der ellipsenartige Zylinderraum ist, desto
höher ist die Kompression.
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Wird beispielsweise ein Zylinderraum von zwei Kreisbogen mit einem
Radius von 45 mm, die in zwei Zentimeter Abstand vom Drehmittelpunkt ansetzen und
zwei mit dem erwähnten Zeichengerät gezeichneten flachen Verbindungsbögen gebildet,
wobei die Seitenlänge des eingeschriebenen Quadrates BD mm sein soll, so ergibt
sich für die großen Räume II und IV ein Rauminhalt von etwa 1337 mm2 und für die
kleinen Räume I und III ein Rauminhalt von etwa 420 mm2.