-
Drehkolbenmaschine zur Verwendung als Kraft- oder Arbeitsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine zur Verwendung als Kraft- oder Arbeitsmaschine,
welche dazu bestimmt ist, den bekannten Kurbeltrieb (Zylinder-Kolben-Pleuelstangen-Kurbelwellen)
in seinen sämtlichen Anwendungsmöglichkeiten zu ersetzen.
-
Es sind bereits Drehkolbenmaschinen dieser Art bekannt, deren Anordnung
im Prinzip in einer Kombination von Drehkörpern besteht, deren mittlerer das Hauptelement
(Motor oder energieaufnehmendes Element) bildet, während einer oder mehrere weitere
Drehkörper, die am Umfang des mittleren Drehkörpers angeordnet und mit ihm verbunden
sind, als Trennglieder zwischen den Arbeitszonen wirken. Bei diesen Maschinen ist
in der Regel der als Läufer dienende mittlere Drehkörper mit Zähnen versehen, während
die um den Läufer angeordneten drehbaren Verschlußkörper mit Ausnehmungen versehen
sind, in welche die Zähne des Läufers eingreifen. Läufer und Verschlußkörper stehen
untereinander und mit den Steuervorrichtungen für ein Strömungsmittel in mechanischer
Verbindung. Die Gesamtheit aller dieser Elemente ist von einem Gehäuse umschlossen.
Da bei den bekannten Maschinen dieser Art die Zähne als Vorsprünge auf dem Läuferkörper
angeordnet sind und die Verschlußkörper sich auf dem Außenumfang des Läufers abwälzen,
so entsteht zwischen dem Außenumfang des Läufers und dem Innenumfang des Gehäuses
ein großer Zwischenraum. Dieser große Raum gibt Anlaß zur Verunreinigung oder Verschmutzung
des Innern der Maschine, die durch Ab-
lagerungen aus den die Maschine durchfließenden
Strömungsmitteln verursacht wird oder durch Rückstände, die infolge der unvollkommenen
Verbrennung von Schmiermitteln od. dgl. zurückbleiben. Diese Nachteile werden bei
der erfindungsgemäßen Maschine dadurch vermieden, daß bei ihr der Läufer mit einer
Rille versehen ist, in der die Zähne angeordnet sind, und daß die Verschlußkörper
in die Rille des Läufers eingreifen. Infolge dieser Maßnahmen ist der Raum, der
zwischen dem feststehenden Gehäuse einerseits und dem umlaufenden Läufer und den
mit ihm zusammen arbeitenden drehbaren Verschlußkörpern andererseits besteht, auf
den Ringraum in der Rille und somit auf das Mindestmaß des Volumens beschränkt,
das zur Aufnahme und Weiterleitung des Strömungsmittels benötigt wird. Gleichzeitig
ist durch die erfindungsgemäße Anordnung der Zähne in der Rille des Läufers, in
die die Verschlußkörper eingreifen, die Möglichkeit für eine einfache und doch zuverlässig
wirkende Abdichtung des das Verströmungsmittel aufnehmenden Ringraumes geschaffen.
Schließlich bietet die erfindungsgemäße Maschine auch den weiteren Vorteil, daß
alle ihre wesentlichen Teile ohne weiteres zugänglich sind, sn daß sie leicht gereinigt
und nötigenfalls ausgewechselt werden können.
-
Die Maschine gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus folgenden
Teilen: 1. einem in der Mitte der Maschine angeordneten Rillenrad, welches
sich um eine Hohlwelle drehen kann, die ihrerseits in am Rahmen der 2vIaschine befestigten
Gleit- oder Wälzlagern gelagert ist; die Rille dieses Rades ist durch Zähne oder
Schaufeln, welche auf ihrer ganzen Höhe von ihrem einen bis zu ihrem anderen Rand
verlaufen und vorzugsweise parallel zur Drehachse des Rades angeordnet sind, in
gegeneinander abgedichtete Sektoren unterteilt; 2. einem oder mehreren Sekundärrädern
oder Verschlußkörpern, welche um das vorerwähnte Rillenrad herum angeordnet sind;
diese Räder, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige des Rillenrades, weisen
an ihrem Umfang je eine oder mehrere Ausnehmungen auf, in welche während
der Drehung des ganzen Systems die Zähne oder Schaufeln des mittleren Rades eingreifen
können; die Sekundärräder sind nur um einen geringen Betrag schmaler als der zwischen
den Wänden der Rille des Hauptrades bestehende Zwischenraum; ihr Durchmesser ist
so bemessen, daß ihr Umfang sich nur in einem sehr geringen Abstand von dein den
Boden der Rille des Hauptrades bildenden Umfangskreis befindet oder daß die Sekundärräder
sich sogar auf dem Boden dieser Rille abwälzen; 3. einem Gehäuse, welches
einerseits den Umfang des Hauptrades in den die Sekundärräder voneinander
trennenden
Zwischenräumen und andererseits die Sekundärräder selbst umschließt, und zwar sowohl
an ihrem Umfang als auch an ihren Seitenflächen oder, genauer gesagt, an den Teilen
ihrer Seitenflächen, die sich nicht zwischen den Wänden der Rille des Hauptrades
befinden.
-
Das durch die Kombination der drei vorerwähnten Gruppen von Elementen
(Hauptrillenrad mit radialen Schaufeln, Sekundärräder mit am Umfang angeordneten
Ausnehrnungen und Gehäuse) gebildete System umschließt zwischen den Wänden der Rille
des Hauptrades, dessen Schaufeln, den Umfangswandungen der Sekundärräder und dem
das Ganze umgebenden Gehäuse eine Reihe von Ringräumen, die praktisch sowohl gegeneinander
als auch nach außen dichtend abgeschlossen sind. Diese verschiedenen am Umfang gelegenen
Räume können mit der Außenseite der Maschine oder auch untereinander auf verschiedene
Weise verbunden werden, wobei die nachstehend beschriebenen zwei Ausführungsforinen
zu den einfachsten gehören.
-
a) Auf beiden Seiten eines jeden Sekundärrades können in dein die
Rille des Hauptrades überdeckenden Gehäuse Öffnungen angeordnet sein. Diese Öffnungen
können durch vorzugsweise drehbare Verschlußkörper verschlossen werden, welche durch
die Bewegungen der Maschine selbst oder auf irgendeine andere beliebige Weise angetrieben
werden können.
-
b) Auf beiden Seiten einer jeden Schaufel oder eines jeden
Zahnes der Rille des Hauptrades können Kanäle vorgesehen werden, welche vom Boden
dieser Rille zur Welle des Hauptrades verlaufen. Diese Welle ist hohl und steht
einerseits mit den vorerwähnten Kanälen und andererseits mit in ihrer Wandung vorgesehenen
öffnungen in Verbindung, welch letztere durch mit dem die Maschine tragenden Rahmen
verbundene feststehende Ringe verdeckt oder freigegeben werden. Dieses Kanalsystem,
durch welches der Boden der Rille des Hauptrades mit der Außenseite der Maschine
verbunden werden kann, wird durch auf diesen Ringen angeordnete Rohre vervollständigt.
Die Drehung der verschiedenen Elemente der Maschine bewirkt das periodische öffnen
oder Schließen der in der Hohlwelle vorgesehenen Öffnungen durch die die Welle umgebenden
Ringe.
-
c) Die vorstehend unter a) und b) beschriebenen Vorrichtungen
können auch miteinander kombiniert verwendet werden.
-
Wenn beispielsweise der Eintritt eines flüssigen oder gasförmigen
Strömungsmittels durch einen der die Welle umgebenden Ringe, durch die Hohlwelle
und durch einen der am Boden der Rille des Hauptrades mündenden Kanäle erfolgt,
kann der Austritt dieses Strömungsmittels oder seiner Rückstände durch eine der
in dem diese Rille überdeckenden Gehäuse vorgesehenen Öffnungen erfolgen, oder umgekehrt.
-
In der nachfolgenden Beschreibung wird an Hand der Zeichnung eine
beispielsweise Ausführungsform der Maschine gemäß der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigt Fig. 1 eine Schnittansicht der Maschine gemäß der Erfindung entlang
einer Linie IJ der Fig. 2 und Fig. 2 eine Schnittansicht entlang einer gebrochenen
Linie II-II der Fig. 1.
-
Wie in den Zeichnungen dargestellt, umfaßt die Maschine gemäß der
Erfindung ein Rad 1 mit einer Rille G, welches mit Schaufeln oder
Zähnen 6 versehen ist, die gleichmäßig über seinen Umfang verteilt sind und
die Rille in gleich große und gegeneinander dichtend abgeschlossene Sektoren unterteilen.
Das Rad 1 ist auf einem Teil seines Umfanges von einem Gehäuse
3 mit einem möglichst geringen Spiel umgeben. Es können Ringsegmente
17 vorgesehen sein, welche in Nuten angeordnet sind, die auf beiden Seiten
der Rille G in zu dieser parallelen Ebenen um das ganze Rad
1 verlaufen. Unter der Wirkung der Fliehkraft können sich diese Segmente
gegen die Innenwand des Gehäuses legen und so die Abdichtung des zwischen den Wandungen
der Rille G
und dein Gehäuse bestehenden Ringraumes gegen die Außenseite
verbessern.
-
In bestimmten Abständen, welche das Gehäuse 3
rings um das Rad
1 frei läßt, greifen in die Rille G
des Rades 1 weitere
Räder 2 ein. Der Durchmesser dieser Räder ist so bemessen, daß sich ihre Umfangsfläche
in einem sehr geringen Abstand vom Boden der Rille G befindet. Die Räder
2 können gegebenenfalls auch den Boden der Rille G berühren und sich auf
diesem ohne Reibung oder Gleitwirkung abwälzen.
-
Die Anzahl der Räder 2 wird durch die Zahl der Schaufeln oder Zähne
6 des Rades 1 bestimmt. Die Breite der Räder 2 ist uni einen geringen
Betrag kleiner als der Abstand zwischen den Seitenwänden der Rille G, derart,
daß bei Anwendung der bekannten Verfahren, wie Rillung der Wände, örtliche Schmierung
usw., die beiden aufeinanderfolgenden Ab-
teilungen der Rille G möglichst
dicht gegeneinander abgeschlossen sind, und zwar lediglich durch die verschiedenen
Räder 2, welche sie jeweils an ihren Enden begrenzen.
-
Das das Rad 1 umgebende Gehäuse 3 ist rings um die Räder
2 weitergeführt und umschließt auch deren Seiten, wobei lediglich der Durchtritt
für die Drehachsen der Räder 2 frei bleibt. An den Seitenflächen der Räder 2 befindet
sich das Gehäuse in einem sehr geringen Abstand vom Außenumfang des Rades
1.
Die Wellen 18 der verschiedenen Räder 2 sind über ein Zahnradgetriebe
mit der Welle des Rades 1 verbunden. Dieses Getriebe kann wie in den Zeichnungen
dargestellt ausgeführt sein, es kann aber auch jede beliebige andere Kombination
Verwendung finden, welche eine Drehung der Räder 2 im Gleichlauf mit dem Rad
1 ermöglicht (Fig. 2).
-
Die Schaufeln oder Zähne des Rades 1 können somit genau in
die Ausnehmungen der verschiedenen Räder 2 eingreifen. Diese Zähne oder Schaufeln
können mit Lamellen 7 versehen sein, welche gleitbar in entlang der Kanten
der Schaufeln verlaufenden Nuten angeordnet sind. Unter der Wirkung der Fliehkraft
können sich diese Lamellen7 während der Drehung des Rades 1 gegen die Innenwand
des Gehäuses 3 anlegen, wodurch praktisch eine gute Abdichtung zwischen den
aufeinanderfolgenden Sektoren der Rille G auf beiden Seiten der Schaufeln
oder Zähne 6
erzielt wird.
-
Der durch die Wände der Rille G und das Gehäuse 3 begrenzte
und während der Drehung des Rades 1
durch die Ringsegmente 17 nach
außen abgedichtete Ringraum kann mit der Außenseite der Maschine auf verschiedene
Weise verbunden werden. Zwei der einfachsten Ausführungsforinen werden nachfolgend
beschrieben: a) In der Umfangswand des Gehäuses 3 sind auf beiden Seiten
eines jeden Rades zwei öffnungen 4 und 5 vorgesehen. Diese Öffnungen verbinden
die durch die Umfangsrille G gebildeten Kanäle mit der Außenseite der Maschine.
Sie können mit einem Verschlußkörper versehen sein, welcher sie periodisch öffnet
oder schließt. Diese Verschlußkörper 4, 5 sind vorzugsweise drehbar und werden
durch in den
Zeichnungen nicht dargestellte Vorrichtungen gesteuert.
-
b) In der Wandung des Rades 1 auf beiden Seiten einer
jeden Schaufel oder eines jeden Zahnes 6 angeordnete Kanäle 10 und
11 verbinden den Boden der Rille G mit einem in der Welle
9 des Rades 1 vorgesehenen Kanal.
-
Ein Teil dieses axial verlaufenden Kanals der Welle 9 verbindet
die verschiedenen Kanäle 10 mit der Außenseite der Maschine über einen in
bezug auf die Welle 9 feststehenden Ring 12, welcher die Welle umgibt und
mit einer Öffnung versehen ist, die sich periodisch mit der in der Welle
9 senkrecht zum Ring 12 vorgesehenen Öffnung deckt. Die Öffnung des vorgenannten
Ringes ist ihrerseits mit einer Rohrleitung 14 verbunden. Die Stellung des Ringes
12 kann auf jeden beliebigen Zeitpunkt eingestellt werden, uni das Öffnen des die
Rille G mit der Außenseite der Maschine verbindenden Kanalsystems zum geeigneten
Zeitpunkt zu bewirken.
-
Der andere Teil des axialen Kanals der Welle 9
ermöglicht eine
Verbindung der Rille G mit der Außenseite der Maschine über die Kanäle
11, den Ring 13 und die Rohrleitung 15. Die Stellung des Ringes
13 ist, ebenso wie diejenige des Ringes 12 regelbar.
-
c) Die vorstehend unter a) und b) beschriebenen Anordnungen
können auch miteinander kombiniert verwendet werden.
-
Wird die Maschine als Verbrennungsmotor verwendet, so sind Zündkerzen
8 vorgesehen, welche sich an der Basis der Vorderseiten der Zähne oder Schaufeln
6 in Vertiefungen des Bodens der Rille G
befinden. je ein Stromzuführungsdraht
für die Zündkerzen 8 ist in einem Isoliermantel 16 durch das Rad
1
geführt und an den isolierten Kollektorring 19 angeschlossen, welcher
zu der Welle des Rades 1 konzentrisch angeordnet ist. Der Strom wird diesem
Kollektorring von außen durch eine Bürste 20 zu-<reführt.
-
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend die Arbeitsweise
der Maschine an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. A. Fördern
von Strömungsmitteln Betrieb als Saug- und Druckpumpe, Vakuumpumpe, Verdichter od.
dgl. Wenn ein Sektor als einerseits durch zwei aufeinanderfolgende Räder 2 und andererseits
durch die Wandungen der Rille G des Rades 1 sowie durch das
Gehäuse 3 begrenzt betrachtet und der Läufer 1 in Pfeilrichtung gedreht
wird, erzeugt der aus der Ausnehrnung des Rades 2 austretende Zahn 6 mit
zu-
nehmender Verschiebung einen Unterdruck in dem sich vergrößernden Raum
zwischen sich und dem Rad 2; durch diesen Unterdruck wird das zu fördernde Strömungsmittel
durch die als offen angenommene Öffnung 4 angesaugt und füllt den vor dem Zahn
6
liegend en Ringraum der Rille G. Der letztgenannte Zahn
6 bewegt sich an der offen gehaltenen Öffnung 5
vorbei und greift in
die Ausnehmung des nächstfolgenden Rades 2 ein. In diesem Augenblick tritt der nachfolgende
Zahn 6 aus der Ausnehmung des ersten der beiden in Betracht gezogenen Räder
2 aus und drückt mit seiner vorderen Flanke das in der
Rille G befindliche
Strömungsmittel durch die Öffnung 5 nach außen, wo es durch eine geeignete
Leitung an die gewünschte Stelle geführt wird. Die Maschine gemäß der Erfindung
kann somit zum Fördern von Strömungsmitteln Verwendung finden.
-
B. Betrieb als Dampfmaschine Wenn sich der Läufer 1 in Pfeilrichtung
dreht und der Zahn 6 sich um einen geringen Betrag an der Öffnung 4 vorbeibewegt
hat, öffnet sich diese, und der Dampf tritt in den Ringraum G zwischen dem
Rad 2, dem Zahn 6 und dem Gehäuse ein. Das Öffnen der Öffnung 4 kann langsam
oder schnell erfolgen, und es kann dabei ein größerer oder ein kleinerer Durchtrittsquerschnitt
freigegeben werden. Der Dampf entspannt sich und bewirkt einen Antrieb des Zahnes
6
und demzufolge die Drehung des Rades 1. Anschließend tritt er durch
die Öffnung 5 entweder in die Außenluft oder aber in einen Kondensator oder
in eine andere Vorrichtung aus, in welcher sein Restdruck oder seine restliche Wärme
ausgenutzt werden. Bei der letztgenannten Einrichtung kann es sich um eine mit mittlerem
oder niedrigerem Druck arbeitende Maschine handeln, welche beispielsweise der Maschine
gemäß der Erfindung gleichen oder aber auch eine beliebige andere Konstruktion aufweisen
kann. C. Betrieb als Wärmekraftmaschine (Gasmaschine, Benzinmotor od. dgl.)
Während sich der Läufer 1 in Pfeilrichtung dreht, wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch
unter Druck durch die Öffnung 4 eingeführt, welche freigegeben wird, nachdem sich
der Zahn 6 an ihr vorbeibewegt hat. Das Gemisch füllt den durch das Gehäuse
3, die Wandungen der Rille G, den Verschlußkörper 2 und den Zahn
6 begrenzten Ringraum. Zum gewünschten Zeitpunkt schließt sich die Öffnung
4, und eine vorzugsweise am Boden der Rille G, und zwar am Fuße der vorderen
Flanke des Zahnes 6 angeordnete Zündkerze 8 bewirkt die Zündung. Durch
die Ausdehnung des Gemisches bei der Explosion wird der Zahn 6 angetrieben
und dadurch die Drehung des Rades 1 bewirkt. Nachdem sich der Zahn
6 an der Öffnung 5
vorbeibewegt hat, entweichen die Verbrennungsgase
durch diese Öffnung nach außen; hierzu werden sie übrigens auch durch die vordere
Flanke des nachfolgenden Zahnes 6 gezwungen.
-
Für den Betrieb der Maschine als Schweröhnotor (Dieselmotor usw.)
können die Öffnungen 4 so angeordnet sein, daß der Brennstoff zugleich mit der verdichteten
Luft oder zu einem anderen beliebigen Zeitpunkt in die Maschine eingespritzt werden
kann, derart, daß die Verrnischung von Kraftstoff und Luft durch Verwirbelung erfolgt,
wobei die Zündung entweder als Selbstzündung oder aber mittels einer Zündkerze
8 erfolgt.
-
Es ist ersichtlich, daß bei der vorstehend beschriebenen Maschine
in sämtlichen Anwendungsformen an Stelle der Öffnungen 4 und 5 oder in Kombination
mit diesen auch die weiter oben beschriebenen Kanal- oder Leitungssysteme Verwendung
finden können, d. h. Rohrleitung 14, Ring 12, Hohlwelle 9, Kanäle
10 einerseits und Kanäle 11,
Welle 9, Ring 13 und Rohrleitung
15 andererseits. Es versteht sich daher, daß die Erfindung nicht auf die
beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß innerhalb
ihres Rahmens zahlreiche Veränderungen, insbesondere in den Einzelheiten, vorgenommen
werden können. Ebenso beschränkt sich die Anwendung der Maschine gemäß
der
Erfindung nicht auf die vorstehend kurz beschriebenen Ausführungsbeispiele.