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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffrotationsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige Brennstoffrotationsmotoren werden in mehreren Bereiche der Maschinenbau eingesetzt, insbesondere im Kraftfahrzeugbau.
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Brennstoffmotoren in der Ausführung als Benzinmotor oder als Dieselmotor wandeln durch die Verbrennung eines Brennstoff-Oxidanz-Gemisches in einem Brennstoff gespeicherte Energie in mechanische Energie um. Die in der Praxis überwiegend verwendete Brennstoffmotoren nach Hubkolben-Konstruktionsprinzip haben einen Viertaktdurchgang von 720° (-Takt 1, Ansaugen//Takt 2, Verdichten und Zünden//Takt 3, Verbrennen und Expandieren//Takt 4, Ausschieben).
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Das Konstruktionsprinzip den Motoren mit einem Hubkolbentriebwerk für die Umwandlung einer linearen Bewegung der Kolben in eine drehende Bewegung einer Arbeitswelle, trotz ihrer Hochentwicklung, lässt nicht den Nutzungsgrad von 50% zu überschreiten.
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Darum bleibt die Nachbesserung der Brennstoffmotoren aktuell.
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Das Entwicklungspotential der Hubkolbenmotoren ist nach fast 200-jähriger Geschichte der Forschung und Produktion fast voll ausgenutzt.
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Der in den sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde ein Brennstoffrotationsmotor entwickelt, der nach Rotationskolbenprinzip arbeitet und als Wankel-Motor bekannt ist. Dieser Wankel-Motor besteht aus einem Stator mit einem im Querschnitt unrunden Hohlraum und einem im Querschnitt dreieckigen und dreispitzigen Rotationskolben mit drei trochoidenformigen Konturen, die beide zwischen sich einen Arbeitsraum des Brennstoffmotors ausbilden. Das Triebwerk des Motors ist ein Getriebe mit einem Planetarmechanismus mit einer zentrisch zur Hohlraum angeordneten Arbeitswelle. Die Bewegung des Rotationskolbens in dem Arbeitsraum ist durch diese Planetargetriebe gesteuert. Durch einen ständigen Kontakt den Spitzen des Rotationskolbens mit dem Hohlraum den Stator bilden sich im Arbeitsraum der Wankel-Motors drei durch die Planetar-Bewegung der Rotationskolben volumenveränderliche Arbeitskammer.
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Bei der Verbrennung des Brennstoffes in entsprechende Arbeitskammer erfolgt die Übertragung die Druckkräfte von dem Rotationskolben durch den Planetarmechanismus der Getriebe an der Arbeitswelle. Der Viertaktdurchgang verläuft nach 1080° Umdrehung der Rotationskolben.
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Dieser Wankel-Motor zeichnet sich gegenüber Hubkolbenmotoren durch einen extrem einfacher Aufbau, höheres Drehemoment, Leistungsdichte bei geringem Gewicht und Platzbedarf, sowie durch eine höhere Laufruhe aus.
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Er hat in seinem Konstruktionsprinzip weitere Vorteile gegen konventionellen Hubkolbenmotor, aber er hat einen sehr hohen Verbrauch an Brennstoff und Öl, der die schwierigen Dichtungsprobleme bei der Planetarbewegung der Rotationskolben verursachten und Wirkungsgrad des Motors mindern. Der Wankel-Motor hat die Normen überschreitender Abgaswerte wegen nicht vollständigen Verbrennung des Brennstoffs und deswegen begrenz produziert.
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Ein ähnlicher Brennstoffrotationsmotor wurde durch die
DE 103 61 618 A1 bekannt.
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Dieser Brennstoffrotationsmotor besteht aus einem Stator mit einem im Querschnitt trochoiden Arbeitsraum und einen im Querschnitt ellipsenförmigen Rotationskolben mit einer trochoideförmigen Außenkontur. Auch die Bewegung dieser Rotationskolben im Arbeitsraum ist durch Planetargetriebe mit einer zentrisch angeordneten Arbeitswelle gesteuert. Durch die Planetarbewegung des Rotationskolbens bilden sich zwei volumenveränderliche Arbeitskammer.
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Noch ein ähnlicher Brennstoffrotationsmotor wurde durch die
DE 103 08 831 B3 2004.09.09 bekannt. Dieser Brennstoffrotationsmotor besteht aus einem Stator mit einem im Querschnitt ovalen Arbeitsraum und einen im Querschnitt ovalen Rotationskolben mit einer ovalförmigen Außenkontur. Die Planetarbewegung dieser Rotationskolben im Arbeitsraum ist durch eine automatische Wechselung der Dreheachse gesteuert, die einer zentrisch angeordneten Arbeitswelle auch in Wechselung angreifen und drehen. Durch die Planetarbewegung des Rotationskolbens bilden sich zwei volumenveränderliche Arbeitskammer. Der Viertaktdurchgang verläuft nach 1440° Umdrehung der Rotationskolben.
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Sowohl dieser Brennstoffrotationsmotoren als auch Wankel-Motor haben wesentliche Nachteile, die überwiegend dem Triebwerk mit dem Planetarmechanismus und die Planetar-Bewegung der Rotationskolben verursachten.
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Sehr nachteilig ist aber auch, dass die abgerundete Druckfläche am Rotationskolben nicht senkrecht zur Umfangsrichtung der Rotationskolben ausgerichtet sind, sodass nur Komponenten der sich aus dem Gasdruck entwickelnder Kräfte in Drehrichtung des Rotationskolbens wirken, während die andern Kraftkomponenten vom Lager der Arbeitswelle aufgenommen werden. Weil dafür einen Massenausgleich gegen Unwuchten nötig ist, geht viel Energie verloren, das den Wirkungsgrad verschlechtert.
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Diese Brennstoffrotationsmotor bestehet aus einem Stator, der aus Mantelsegmenten, Ventilsegmenten mit Brennräumen und gefederten Stirnplatten einen geschlossene zylindrische Hohlraum bildet, und einem, mit einer Abtriebswelle verbundenen Rotationskolben, der koaxial und drehfest mit der Abtriebswelle verbunden und koaxial in den zylindrischen Hohlraum den Stator eingesetzt ist; die beide Arbeitsraume bilden, welche durch den Spitze den Rotationskolben getrennt sind, dabei aus Stator zwei steuerbare und wechselweise in den Arbeitsraume eingreifende Trennschieber in eine sich mit der Drehebewegung des Rotationskolbens vergrößernde und eine sich verkleinernde Arbeitskammer aufteilen, und über eine Fernsteuereinheit schaltbaren Einlasskanäle mit einer Versorgungseinrichtung für ein Brennstoff-Luftgemisch und über die Fernsteuereinheit schaltbaren Auslasskanäle mit einer Entsorgungseinrichtung für das verbrauchte Brennstoff-Luftgemisch verbunden ist.
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Der Rotationskolben dieses Motors hat in axialen Länge eine Außenkontur aus zwei mit einem Radius Rmin und anderem Radius Rmin kreisgebogene und sich mit dem Umfangswinkel der Rotationskolben in Drehrichtung nicht verändernde Außenkonturteile, schräg in der Richtung der Drehachse angeordneten Verbindungskonturteile, die Außenkonturteile zusammenschließt und radiales angeordneten Außenkonturteile, die kreisgebogene Außenkonturteile von anderen Seite der Außenkontur der Rotationskolben zusammenschließt.
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Eine kreisgebogene Außenkonturteil gleicher dem zylindrischen Hohlraum den Stator Radius Rmax hat und den zweite kreisgebogenen Außenkonturteil dem Radius Rmin hat, der kleiner auf Größe radialen Außenkonturteil ist; die kreisgebogenen Außenkonturteile stoßen aneinander und bilden an den Rotationskolben in diesem Bereich eine Spitze.
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Mit diesem Motor sind wichtige Nachteile den Brennstoffrotationskolbenmotoren mit der Planetarbewegung des Kolbens gelöst.
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Nachteilig bleibt aber das, dass einen gasdruckdichten Linienkontakt zwischen Trennschieber und schräg in der Richtung der Drehachse angeordneten Verbindungskonturteile des Rotationskolben zu sichern sehr schwierig ist, weil der Kontaktwinkel bei Umdrehen des Rotationskolben ändert sich. Aber der gasdruckdichten Kontakt genau in diese Drehephase ist sehr wichtig, weil es Endphase den Takt 2 (Verdichten) und ein Maximum der Verdichtung des Brennstoff-Luftgemisch ist.
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Nachteilig ist auch das, dass die Komponenten der sich aus dem Gasdruck entwickelnder Kräfte an schräg zur Drehrichtung angeordneten Verbindungskonturteile am Rotationskolben nicht in Drehrichtung des Rotationskolbens wirken, sondern in Gegenrichtung. Bei den Umdrehungen des Rotors wird die Dreharm und die Druckfläche diese Kräfte vergrößern, sowie davon entwickelten Drehmoment. Der resultierenden Drehmoment des Motors besteht daher aus zwei gegeneinanderen wirkenden Drehmomenten, dabei resultierende Drehmoment verkleinert sich bei der Umdrehung des Rotors. Dafür geht Energie verloren, das den Wirkungsgrad verschlechtert.
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Es besteht daher die technische Aufgabe, einen gattungsgemäßen Brennstoffrotationsmotor nach mit einem noch höheren Wirkungsgrad zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.
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Der neue Brennstoffrotationsmotor das Rotationskolben (2), der aus zylindrischen gespiegelt angeordneten Paar Radsegmenten (2.01, 2.01'... und 2.02, 2.02'...) besteht, die Außenkonturradirussen zwei unterschiedlichen großen haben und durch gasdichte Kontakt Seitenflächen und Außenkonturen den Radsegmenten (2.01, 2.01') und (2.02, 2.02')...) mit innere Fläche zylindrischen Hohlraum (4) den Stator (1) Arbeitsraume (11, 11'...) bildet, die auf 7 bis 60 Mal größter sind als Brennraume (16, 16'...), dabei Außenradius Rmax Radsegmenten (2a, 2a'...) gleichgroß ist dem Innenradius des zylindrischen Hohlkörper den Stator (1) und Außenradius Rmin Radsegmenten (2b, 2b') kleiner ist als Innenradius des Hohlraumes den Stator (1).
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Die Außenkonturen den Radsegmenten ((2.01 mit 2.01')...) sind mit Außenkonturen den Radsegmenten ((2.02 mit 2.02')...) beidseitig mit radialer Außenkonturen (29, 30... und 29', 30'...) verbunden, die als Druckfläche bei Viertakt-Arbeitsprozess dienen.
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Der neue Brennstoffrotationsmotor hat den Rotationskolben (2) mit Radsegmenten (2.02, 202'...), deren Innenkonturen mit den Abtriebswelle (3) durch dreidimensional in der Form Schraubenblatt gebogenen Radspeichen (26) verbunden sind.
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Der neue Brennstoffrotationsmotor kann auch mit Rotationskolben (2) aus Vollradelement (2.03) mit Außenkonturradius Rmin und Radsegmenten ((2.04 und 2.04')...) mit Außenkonturradius Rmax als Aufsätze an Vollrad zusammengebaut, dabei Radsegmenten (2.04) eine Druckfederung (12.05) in radiale Richtung haben, um mögliche Temperaturausdehnung den Stator (1) ausgleichen.
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Der neue Brennstoffrotationsmotor beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik und in Patentmeldung
DE 10 2006 014 425 A1 beschriebenen Motor.
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Der neue Brennstoffrotationsmotor hat bei der Drehebewegung des Rotationskolbens (2) ein sichere gasdruckdichten Kontakt zwischen kreisgebogene Radsegmenten (2.02) und mit gleichen Radius Rmin kreisgebogene Spitze (12.01, 13.01) Trennschieber (12, 12'... und 13, 13'), die Arbeitsräume (11..., 11'...) auf eine sich bei der Kolbenumdrehung vergrößernde (14) und eine sich verkleinernde Arbeitskammer (15...) aufteilen.
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Dadurch ist ein viel höhere Verdichtungsgrad den Brennstoff-Luftgemisch und die Verwendung den Diesel-Brennstoff mit Selbstzündung möglich.
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Der neue Brennstoffrotationsmotor ist auch mehr wirkungsvoll, weil er kein gegen Drehrichtung des Rotationskolbens Drehmoment hat.
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Die Schraubenblatt-Radspeichen (26) bewegen und pumpen einen Kühlungsmedium (Luft oder Öl) innen und durch Hohlraum den Radsegmenten den Rotationskolben (2), was eine ausreichende Kühlung den Rotationskolben (2) sichert.
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Es sind Motorvariante für den Großdimensionsmotor LKW-, Schiff- und Hubschraubertriebwerk mit mehrspitzige Rotationskolben und entsprechende Anzahl Ventilsegmenten genauso wie bei Motor nach
DE 10 2006 014 425 A1 möglich. Für diese Motorenvariante ist der Rotationskolben (
2) mit gerade Zahl gespiegelt angeordneten Paar Radsegmenten (
2.01,
2.01'... und
2.02,
2.02'...) als Zwei-(
1), Vier-(
3), Sechs-, Achtspitzig und usw. ausgeführt.
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Dabei verteilen mehrere gleiche gespiegelt angeordneten Paar Radsegmenten (2.01, 2.01'... und 2.02, 2.02'...) den 360° Umfang den Rotationskolben (2), schließen sich zusammen und bilden mehreren Arbeitsräumen (11..., 11'...). Bei dieser mehrspitzigen Ausführung ist immer eine gerade Anzahl von Außenkonturen vorgesehen.
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Dabei vergrößern sich die Vorteilenswerte bei niedriger Drehzahl und den Maßstabfaktor und einen kompletter Viertaktdurchgang kann entsprechend 360°, 180°, 90° und auch 45° betragen.
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Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
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In diesem Motor ein kompletter Viertaktdurchgang beträgt 360°.
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Der neue Brennstoffrotationsmotor wird im Folgenden in Ausführung als Benzinmotor und in der Variante mit einem zweispitzigen Rotationskolben (2) beschrieben, so wie er auch in der 1 bis 3 und eine Darstellung der aufeinander folgenden Arbeitstakten 4 und 5 gezeigt ist.
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Dazu zeigen:
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1 ein Brennstoffrotationsmotor mit doppellspitzigen Ausführung im Querschnitt,
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2 der Brennstoffrotationsmotor im Längsschnitt,
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3 ein Brennstoffrotationsmotor mit vierspitzigen Ausführung im Querschnitt
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4 eine Darstellung der aufeinander folgenden Arbeitstakte ersten Halbzyklus bei Kolbenumdrehung von 0° bis 180°
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5 eine Darstellung der aufeinander folgenden Arbeitstakte zweiten Halbzyklus bei Kolbenumdrehung von 180° bis 360°
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6 den Rotationskolben aus Vollradelement (2.03) und
Aufsatz-Radsegmenten (2.04, 2.04') mit Druckfederung (2.05)
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Der neue Brennstoffrotationsmotor besteht gemäß 1 und 2 im Wesentlichen aus einem Stator (1), einem Rotationskolben (2) und einer Arbeitswelle (3). Der Stator (1) ist mehrteilig und druckdicht ausgeführt und besteht aus symmetrisch angeordneten Mantelsegmenten (5, 5') und Ventilsegmenten (6, 6'), die nach dem Zusammenbau einen zylindrischen Hohlraum (4) ausbilden, und aus Stirnplatten (7, 8) die zylindrischen Hohlraum (4) beidseitig schließen.
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Die Mantelsegmente (5, 5') sind für die Abkühlung des Brennstoffrotationsmotors bestimmt.
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In den Mantelsegmenten (5, 5') befinden sich herkömmliche Kühlelemente (10) in der Form von Kühlkanälen für entsprechende Kühlflüssigkeit.
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Stirnplatten (7, 8) und Rotationskolben (2) sind mit der in Holraum durchgeblasenen Luft gekühlt.
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Die Ventilsegmente (6, 6') sind für die Anordnung der Funktionselemente des Motors: symmetrisch angeordneten Trennschieber (12, 12' und 13, 13'), Brennräumen (16, 16') mit Ein/Auslassschlitzen (16.01), Einlasskanälen (24, 24') und Auslasskanäle (27, 27' ) mit steuerbare Ventile (25, 25', 28, 28') ausgelegt.
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Der Hohlraum (4) den Stator (1) ist zylindrisch ausgebildet und der Rotationskolben (2) ist koaxial und drehfest mit der Abtriebswelle (3) verbunden und koaxial in den zylindrischen Hohlraum (4) den Stator (1) eingesetzt, wobei Rotationskolben (2) aus zylindrischen gespiegelt angeordneten Paar Radsegmenten (2.01, 2.01' und 2.02, 2.02') besteht, die Außenkonturradirussen zwei unterschiedlich großen haben, dabei Außenradius Rmax Radsegmenten (2.01, 2.01') gleichgroß ist dem Innenradius des zylindrischen Hohlkörper den Stator (1) und Außenradius Rmin Radsegmenten (2.02, 2.02') kleiner ist als Innenradius des Hohlraumes den Stator (1).
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Die Außenkonturen den Radsegmenten (2.01, 2.01') sind mit Außenkonturen den Radsegmenten (2.02, 2.02') beidseitig mit radialer Außenkonturen verbunden, die als Druckfläche (29, 30; 29' 30') bei Viertakt Arbeitsprozess dienen.
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Durch gasdichte Kontakt den Radsegmenten (2.01, 2.01') und (2.02, 2.02') mit zylindrischen Hohlkörper den Stator (1) sind Arbeitsraume (11, 11') gebildet, die auf von 7 bis 60 Mal größter sind als Brennraume (6, 6'). Dabei ist das Arbeitsraum (11) durch die Außenkonturen den Radsegmenten (2.01, 2.01' und 2.02) begrenzt und das Arbeitsraum (11') begrenzt durch die Außenkonturen den Radsegmenten (2.01', 2.01 und 2.02')
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Die Ventilsegmente (6, 6') können jeweils aus einem Teil bestehen oder aus mehreren einzelnen Segmenten druckdicht zusammengesetzt sein.
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In diesen beiden Ventilsegmenten (6, 6') sind die erforderlichen für den Viertakt-Arbeitsprozess den Brennstoffrotationsmotor Einrichtungen untergebracht, die über entsprechende Steuerleitungen (18, 19, 20, 21, 22) mit einer Fernsteuereinheit (23) verbunden sind. So befinden sich in jedem Ventilsegment (6, 6') dem Stator (1) einen Brennraum (16, 16'), der in der Abwechselung einem der beiden Arbeitsräume (11, 11') als eine Verdichtungs- und Zündkammer dient und mit eine Ein/Auslassschlitze (16.01) an Holraum (4) der Stator (1) geöffnet sind.
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In jeder dieser beide Brennräumen (16, 16') ist eine Zündkerze (17, 17') eingesetzt, die über Zündleitung (18, 18') mit der Fernsteuereinheit (23) verbunden ist.
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Jedes der beiden Ventilsegmente (6, 6') dem Stator (1) ist weiterhin mit einem ersten Trennschieber (12, 12') vor Brennräumen (6, 6') und einem zweiten Trennschieber (13, 13') hinter Brennräumen (6, 6') ausgerüstet, wobei die beiden Trennschieber (12, 12', 13, 13') möglichst nahe und zu beiden Seiten der Brennräumen (16, 16') angeordnet sind und jeder von beiden Arbeitsräume (11, 11') jeweils in Abwechselung in zwei Arbeitskammern (14, 15) mit veränderlichen Volumen aufteilen. Jeder dieser Trennschieber (12, 12', 13, 13') ist radial ausgerichtet und besitzt einen Schieberweg, der eine Differenz aus dem maximalen und minimalen Radius den Radsegmenten (2.01, 2.02) des Rotationskolbens (2) entspricht. Die Trennschieber (12, 12', 13, 13') sind in der Richtung zur Antriebswelle (3) jeweils durch eine Druckfeder (12.02, 12.02', 13.02, 13.02') belastet und über eine Steuerleitung (19, 20) mit der Fernsteuereinheit (23) verbunden. Die Trennschieber (12, 12', 13, 13') sind allseitig druckdicht ausgeführt.
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Die der Kraft der Druckfeder (12.02) sichert ständiger Kontakt zwischen mit Radius Rmin kreisgebogene Spitze (12.01, 13.01) den Trennschieber (12, 12', 13, 13') und der gleichen Radius Rmin kreisgebogene Radsegmenten (2.01, 2.02) Rotationskolben (2).
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Bei der Umdrehung der Rotationskolben (2) sind die Trennschieber (12, 12', 13, 13') erst bei Position 0° und 180° durch die Fernsteuereinheit (23) vollständig aus Hohlraum (4) zurück geschoben.
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Dann in einem entsprechenden Umdrehungsmoment lässt die Fernsteuereinheit (23) die Trennschieber (12, 12', 13, 13') frei oder fixiert sie weiter vollständig aus Arbeitsraum zurück geschoben.
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Trennschieber (12) und (13), sowie (12') und (13') setzt die Fernsteuereinheit (23) immer im Gegenposition und wechselt sie nach jeder Halbumdrehung durch Umschaltung.
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Auf den in Urzeitdrehesinn vor dem ersten Trennschieber (12, 12') befinden sich Auslasskanäle (24, 24') mit steuerbare Ventile (25, 25'), welche die Fernsteuereinheit (23) schließt und öffnet. Durch den Auslasskanal sind ausgenutzte Explosionsgase ausgeschoben (Takt 4).
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Auf den in Urzeitdrehesinn nach dem zweiten Trennschieber (13, 13') befindet sich einen Einlasskanäle (27, 27') mit steuerbare Ventile (28, 28'), welche die Fernsteuereinheit (23) schließt und öffnet. Durch den Einlasskanal ist in der Fernsteuereinheit (23) vorbereitende Brennstoff-Luft-Gemisch in Arbeitsraum angesaugt (Takt 1).
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Der zweispitzige Rotationskoben (2) ist, wie es insbesondere die 1 zeigen, einteilig ausgeführt und rotationssymmetrisch aus zylindrischen gespiegelt angeordneten Paar Radsegmenten (2.01, 2.01' und 2.02, 2.02') besteht, die Außenkonturradirussen zwei unterschiedlich großen haben. Die Außenkonturen den Radsegmenten (2.01, 2.01') sind mit Außenkonturen den Radsegmenten (2.02, 2.02') beidseitig mit radialer Außenkonturen verbunden und bei Viertakt Arbeitsprozess als Druckfläche (29, 30') dienen.
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Die Radsegmenten (2a, 2a') des Rotationskolbens (2) sind so bemessen, dass sie die Stärke der Trennschieber (12, 12', 13, 13'), die Breite der Ein/Auslaufschlitze (16.01) des Brennraumes (16, 16'), der Schlitze der Auslasskanals (24, 24') sowie Einlasskanals (27, 27') überschreitet. Das Brennraum (16, 16') ist in den Achsenrichtung kleiner, als Trennschieber (12, 12', 13, 13'). Das sichert einen reibungslosen Durchlauf des Rotationskolbens (2).
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Durch den gesteuerten Einsatz der Trennschieber (12, 12', 13, 13') im Stator (1) und der gasdichte Kontakt Radsegmenten (2.01, 2.01') des Rotationskolbens (2) mit Hohlraum den Stator (1) werden die beiden Arbeitsäume (11, 11') in vier volumenveränderliche Arbeitskammern (14, 15 und 14', 15') unterteilt, in denen im Zusammenspiel mit den in Gegenposition durch die Fernsteuereinheit (23) eingesetzte Trennschieber (12) und (13) sowie (12') und (13') gleichzeitig alle vier Arbeitstakte ablaufen.
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Die Arbeitsräume und Arbeitskammer sind durch ein ständigen gasdichte Flächenkontakt den Radsegmenten (2.01, 2.01') Rotationskolben (2) und kreisgebogene Spitze (12.01, 13.01) Trennschieber (12, 13) getrennt.
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Nach der 4 und 5 mit seinen Einzelbildern ergibt sich bei einer Drehung des Rotations-Kolbens (2) um 360° folgende Wirkungsweise, welche für die Durchführung allen vier Takte des Arbeitsprozesses nötig sind, wobei die 4 den 1. Halbzyklus 0–180° Umdrehung und die 5 den zweiten Halbzyklus 180–360° Umdrehung zeigen:
- -0- Bei dem Arbeitslauf kommt der Rotationskolben (2) zu einer Position 0° gemäß der Fig. 4-0°, wo beiden gegenüberliegenden Radsegmenten (2.01, 2.01') beiden gegenüberliegenden Brennräumen (16, 16') gasdicht schließen.
Dabei ist das Arbeitsraum (11') nach den Ablauf vorigen Zyklus voll mit ausgebrannten Brennstoff, das Arbeitsraum (11) ist voll mit angesaugten und noch nicht komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch und Brennraum (16) ist voll mit bei vorige Zyklus komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch eingefüllt.
In diese Position ist komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch in Brennraum (16) durch Fernsteuereinheit (23) mit Zündkerzen (17) angezündet.
Dazu sind der in Drehrichtung erste Trennschieber (12) und steuerbare Ventil (25), welche Auslasskanal (24) des Ventilsegmentes (6) schließt und öffnet, von der Fernsteuereinheit (23) frei geschaltet.
- -1- Bei weitere Drehung des Rotationskolbens (2) von 0° bis auf 7,5° gem. Fig. 4-7,5° schleudert die Druckfederung (12.02) schon freigelassenen Trennschieber (12) sofort zum Außenkontur des Radsegmenten (2.02'). Dabei ist das Arbeitsraum (11') durch den gasdichten Kontakt Trennschieberspitze auf zwei volumenveränderliche Arbeitskammern (14', 15') aufgeteilt. Das aus gezündeten Brennstoff-Luft-Gemisch in Brennraum (16) entstandenen Arbeitsgas drängt in Arbeitskammer (15') und mit einem Expansionsdruck an Druckfläche (29) setzt des Rotationskolbens (2) in Drehbewegung.
Takt 3 – Expandieren ist dadurch begonnen.
Durch schon freigelassenen steuerbare Ventil (25), und Auslasskanal (24) des Ventilsegmentes (6) ist das ausgebrannten Brennstoff aus das Arbeitsraum (11) in eine Entsorgungseinrichtung für das verbrauchte Brennstoff-Luftgemisch mit Druckfläche (30') den Radsegment (2.01') ausgeschoben.
Takt 4 – Ausschieben ist dadurch begonnen.
- -2- Bei weitere Drehung des Rotationskolbens (2) von 7,5° bis auf 15° gem. Fig. 4-15° läuft den Radsegment (2.01') der Ein/Auslaufschlitze (16.01) des Brennraumes (16') vorbei und lässt das nach den Ablauf vorigen Zyklus in Arbeitsraum (11) angesaugten Brennstoff-Luft-Gemisch in Brennraum (16') zu komprimieren.
Takt 2 – Verdichten ist dadurch begonnen.
Dazu sind der in Drehrichtung zweite Trennschieber (13) und steuerbare Ventil (28'), welche Einlasskanal (27') des Ventilsegmentes (6') schließt und öffnet, von der Fernsteuereinheit (23) frei geschaltet.
Das nach den Ablauf vorigen Zyklus in aus Arbeitsraum (11') entstandenen volumenveränderliche Arbeitskammer (15') verkleinert sich und Takt 4 – Ausschieben des verbrauchte Brennstoff-Luftgemisch Brennstoff-Luft-Gemisch läuft weiter.
- -3- Bei weitere Drehung des Rotationskolbens (2) von 15° bis auf 30° gem. Fig. 4-30° schleudert die Druckfederung (13.02) schon freigelassenen Trennschieber (13) sofort zum Außenkontur des Radsegmenten (2.02). Dabei ist das Arbeitsraum (11) durch den gasdichten Kontakt Trennschieberspitze auf zwei volumenveränderliche Arbeitskammern (14, 15) aufgeteilt. Das in Fernsteuereinheit (23) vorgefertigte Brennstoff-Luft-Gemisch ist in Arbeitskammer (14) durch Eilasskanal (27) und schon freigeschalteten Ventil (28) angesaugt.
Takt 1 – Ansaugen ist dadurch begonnen.
Das nach den Ablauf vorigen Zyklus in aus Arbeitsraum (11) entstandenen volumenveränderliche Arbeitskammer (15) verkleinert sich und Takt 2 – Verdichten des Brennstoff-Luft-Gemisch in Brennraum (16) läuft weiter.
- -4- Bei weitere Drehung des Rotationskolbens (2) von 30° bis auf 150° gem. Fig. 4-45°, Fig. 4-60°, Fig. 4-120°, Fig. 4-135°, Fig. 4-150° bleiben die Trennschieber (13, 12') und Ventile (27, 25') in oben geschriebenen Stellungen und in vier volumenveränderlichen Arbeitskammern laufen weiter alle vier Takten des Arbeitsprozesses:
Takt 1 – Ansaugen, in sich vergrößerten Arbeitskammer (14');
Takt 2 – Verdichten, in sich verkleinerten Arbeitskammer (15);
Takt 3 – Expandieren in sich vergrößerten Arbeitskammer (14);
Takt 4 – Ausschieben in sich verkleinerten Arbeitskammer (15');
- -5- Bei weitere Umdrehung des Rotationskolbens (2) von 150° bis auf 180° gem. Fig. 4-165°, und Fig. 4-180° sind durch die Fernsteuereinheit (23) den Einlasskanal (27) mit Ventil (28) geschlossen und Trennschieber (13') aus Arbeitsraum (11) zurück gezogen.
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Damit nach Umdrehung den Rotationskolben (2) von 0° bis 180° enden sich alle vier Takte der erste Halbzyklus und der Motor kam zur Ausgangsposition für zweiten Halbzyklus
- -6- Nach dem Ablauf ersten Halbzyklus kommt der Rotationskolben (2) zu einer Position gemäß der Fig. 4-180° die gleich Fig. 5-180° ist, wo beiden gegenüberliegenden Radsegmenten (2.01, 2.01') beiden gegenüberliegenden Brennräumen (16, 16') gasdicht schließen.
Dabei ist das Arbeitsraum (11') nach den Ablauf vorigen Halbzyklus voll mit ausgebrannten Brennstoff, das Arbeitsraum (11) ist voll mit angesaugten und noch nicht komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch und Brennraum (16') ist voll mit bei vorige Halbzyklus komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch eingefüllt.
In diese Position ist komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch in Brennraum (16') durch Fernsteuereinheit (23) mit Zündkerzen (17') angezündet.
Dazu sind der in Drehrichtung erste Trennschieber (12') und steuerbare Ventil (25'), welche Auslasskanal (24') des Ventilsegmentes (6') schließt und öffnet, von der Fernsteuereinheit (23) frei geschaltet.
- -7- Bei weitere Umdrehung des Rotationskolbens (2) von 180° bis auf 187,5° gem. Fig. 5-187,5° schleudert die Druckfederung (12.02) schon freigelassenen Trennschieber (12') sofort zum Außenkontur des Radsegmenten (2.02). Dabei ist das Arbeitsraum (11) durch den gasdichten Kontakt Trennschieberspitze auf zwei volumenveränderliche Arbeitskammern (14, 15) aufgeteilt. Das aus gezündeten Brennstoff-Luft-Gemisch in Brennraum (16') entstandenen Arbeitsgas drängt in Arbeitskammer (14) und mit einem Expansionsdruck an Druckfläche (29') setzt des Rotationskolbens (2) in Drehbewegung.
Takt 3 zweiten Halbzyklus – Expandieren ist dadurch begonnen.
Durch schon freigelassenen steuerbare Ventil (25'), und Auslasskanal (24') des Ventilsegmentes (6') ist das ausgebrannten Brennstoff aus das Arbeitsraum (11') in eine Entsorgungseinrichtung für das verbrauchte Brennstoff-Luftgemisch mit Druckfläche (30') den Radsegment (2.01) ausgeschoben.
Takt 4 zweiten Halbzyklus – Ausschieben ist dadurch begonnen.
- -8- Bei weitere Umdrehung des Rotationskolbens (2) von 187,5° bis auf 195° gem. Fig. 5-195° läuft den Radsegment (2.01') der Ein/Auslaufschlitze (16.01) des Brennraumes (16) vorbei und lässt das nach den Ablauf vorigen Halbzyklus in Arbeitsraum (11') angesaugten Brennstoff-Luft-Gemisch in Brennraum (16) zu komprimieren.
Takt 2 zweiten Halbzyklus – Verdichten ist dadurch begonnen.
Dazu sind der in Drehrichtung zweite Trennschieber (13') und steuerbare Ventil (28), welche Einlasskanal (27) des Ventilsegmentes (6) schließt und öffnet, von der Fernsteuereinheit (23) frei geschaltet.
Das nach den Ablauf vorigen Zyklus in aus Arbeitsraum (11') entstandenen volumenveränderliche Arbeitskammer (15') verkleinert sich und Takt 4 – Ausschieben des verbrauchte Brennstoff-Luftgemisch Brennstoff-Luft-Gemisch läuft weiter.
- -9- Bei weitere Umdrehung des Rotationskolbens (2) von 195° bis auf 210° gem. Fig. 5-210° schleudert die Druckfederung (13.02) schon freigelassenen Trennschieber (13') sofort zum Außenkontur des Radsegmenten (2.02').
Dabei ist das Arbeitsraum (11) durch den gasdichten Kontakt Trennschieberspitze (13.01) auf zwei volumenveränderliche Arbeitskammern (14, 15) aufgeteilt.
Das in Fernsteuereinheit (23) vorgefertigte Brennstoff-Luft-Gemisch ist in Arbeitskammer (14) durch Eilasskanal (27) und schon freigeschalteten Ventil (28) angesaugt.
Takt 1 zweiten Halbzyklus – Ansaugen ist dadurch begonnen.
Das nach den Ablauf vorigen Zyklus in aus Arbeitsraum (11) entstandenen volumenveränderliche Arbeitskammer (15) verkleinert sich und Takt 2 – Verdichten des Brennstoff-Luft-Gemisch in Brennraum (16) läuft weiter.
- -10- Bei weitere Drehung des Rotationskolbens (2) von 210° bis auf 330° gem. Fig. 5-225°, Fig. 5-240°, Fig. 5-300°, Fig. 5-315°, Fig. 5-330° bleiben die Trennschieber (12, 13) und Ventile (25, 28) in oben geschriebenen Stellungen und in vier volumenveränderlichen Arbeitskammern laufen weiter alle vier Takten des Arbeitsprozesses:
Takt 1 – Ansaugen, in sich vergrößerten Arbeitskammer (14);
Takt 2 – Verdichten, in sich verkleinerten Arbeitskammer (15');
Takt 3 – Expandieren in sich vergrößerten Arbeitskammer (14');
Takt 4 – Ausschieben in sich verkleinerten Arbeitskammer (15);
- -11- Bei weitere Drehung des Rotationskolbens (2) von 330° bis auf 360° gem. Fig. 5-345°, und Fig. 5-360° sind durch die Fernsteuereinheit (15) den Einlasskanal (27) mit Ventil (28) geschlossen und Trennschieber (13) aus Arbeitsraum (11) zurück gezogen.
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Damit nach Umdrehung den Rotationskolben (2) von 180° bis 360° enden sich alle vier Takte der zweite Halbzyklus und der Motor kam zur Ausgangsposition für neu Zyklus
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Am Endphase jeder Halbzyklus in sich verkleinerten Arbeitskammer (15, 15') verkleinert sich den Abstand zwischen Druckflächen (30, 30') den Radsegmenten (2.01, 2.01') und Trennschieber (12, 13). Um eine Kollision zu vermeiden sorgt die Fernsteuereinheit (23) dafür, dass Trennschieber (12, 13') bzw. (12', 13) rechtzeitig aus Arbeitsräumen (11,11') zurückgeschoben sind. Dabei sind aus Arbeitskammer (15, 15') entsprechend eine kleine Menge komprimierten Brennstoff-Luft-Gemisch in Nachbarkammer mit gerade nach den Ablauf vorigen Halbzyklus angesaugten Brennstoff-Luft-Gemisch und kleine Menge ausgebrannten Brennstoff-Luft-Gemisch in Nachbarkammer mit gerade nach den Ablauf vorigen Halbzyklus ausgebrannten Brennstoff-Luft-Gemisch überfragen.
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Um die Reibungskräfte zu mindern und die Dichtigkeit zu verbessern sind in dem neuen Brennstoffrotationsmotor, wie in allen Motoren, entsprechende Schmiermittel an allen Reibungsfläche durch Fremdsteuereinheit (23) angebracht.
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Der für die Kühlung des Rotationskolben (2) und Stirnplatten (7, 8) durch Ein- und Auslauf (34) in den Holraum den Stator durchgeblasenen Luft wird für die Vorbereitung des Brennstoff-Luft-Gemisch in der Fremdsteuereinheit (23) benutzt.
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In diesem Motor ist auch eine Direkteinspritzung des Brennstoffs und Vorverdichteten Luft bzw. Oxidanz bei Takt 2 – Verdichten und Zünden möglich, sowie eine Nachspritzung des Brennstoffs in Kammer, wo der Takt 3 – Verbrennen und Expandieren läuft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Rotationskolben
- 2.01
- Radsegmenten mit Außenradius Rmax
- 2.02
- Radsegmenten mit Außenradius Rmin
- 2.03
- Vollradelement mit Außenradius Rmin
- 2.04
- Aufsatz-Radsegmenten mit Außenradius Rmax
- 2.05
- Druckfederung
- 3
- Abtriebswelle
- 4
- zylindrischer Hohlraum der Stator
- 5
- Mantelsegment
- 6
- Ventilsegment
- 7
- erste Stirnplatte
- 8
- zweite Stirnplatte
- 9
- gefederte Druckplatte
- 10
- Kühlelemente
- 11
- Arbeitsraum des Motors
- 12
- erster Trennschieber
- 3.01
- Dichtungsfläche an Trennschieberspitze
- 3.02
- Druckfederung
- 13
- zweiter Trennschieber
- 3.03
- Dichtungsfläche an Trennschieberspitze
- 3.04
- Druckfederung
- 14
- Sich vergrößerte Arbeitskammer
- 15
- Sich verkleinerte Arbeitskammer
- 16
- Brennraum
- 16.01
- Ein/Auslassschlitze
- 17
- Zündkerzen
- 18
- Zündleitung
- 19
- Steuerleitung
- 20
- Steuerleitung
- 21
- Steuerleitung
- 22
- Steuerleitung
- 23
- Fremdsteuereinheit
- 24
- Auslasskanal
- 25
- Auslassventil
- 26
- Radspeichen
- 27
- Einlasskanal
- 28
- Einlassventil
- 29
- Druckfläche am Rotationskolben
- 30
- Druckfläche am Rotationskolben
- 31
- Druckfeder
- 32
- Dichtplatte
- 33
- gefederter Dichtstreifen
- 34
- Kühlluft Ein- und Auslauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10361618 A1 [0011]
- DE 10308831 B3 [0013]
- DE 2005038302 [0016]
- DE 102006001158 [0016]
- DE 102006014425 A1 [0016, 0029, 0034]
