DE1551109A1

DE1551109A1 - Roll- oder Waelzkolbenmechanismus

Info

Publication number: DE1551109A1
Application number: DE19661551109
Authority: DE
Inventors: Erwin John Richard
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-10-08
Filing date: 1966-09-30
Publication date: 1970-02-19
Also published as: US3324839A; BE687951A; SE319779B; GB1139438A

Description

Dlpl.-Ing. Egon Prinz

n, ,^Di ⁰Y¹AiTr, ¹⁰⁰⁰ --"-■-* 2 8 SeD 1966

DlpL-lng. Gottfried Uls«r c o, Och. IjJUv Patentanwälte

tWeerornnwi lobyrinth MOnchm 1551109

T«l»foni ή IS 10 foitiAedücontoi MOfldwn Π7078

General Electric Company Schenectady, II.Y. / V.St.A.

Unser Zeichen G 1070

Roll- oder Wälzkolbenmechanismus

Die Erfindung besieht sich auf einen Roll- oder Wälzkolbenmeohanismus und insbesondere auf eine mit positiver Verdrängung arbeitende Maschine, bei der die sich bewegenden Teile eine im wesentlichen reine Roll- oder Wälzbewegung ausführen.

Zum Zwecke der Erläuterung soll die Erfindung in ihrer Anwendung auf eine Rotationsbrennkraftmaschine beschrieben werden. Der gleiche Grundmechanismus kann jedoch auch als Gaskompressor, Flüssigkeitspumpe oder pneumatischer oder hydraulischer Motor verwendet werden und der Ausdruck "Maschine" soll derartige Vorrichtungen umfassen.

Die bekannten Kolbenmotoren, wie sie in Automobilen und dergleichen verwendet werden^ sind bezüglich der Drehzahl bei größeren Ausführungen wegen der Trägheit der hin- und herbawegliohen Teile begrenzt» Bei einem derartigen Motor

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müasjgn

BADORiQ¹NAt

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müssen die Kolben beschle'.inigt und ab^ebrer^t werden und im oberen und unteren Totpunkt dos Hubes abgestoppt werden. Weiterhin bringen die Kurbelv/ellenteile Dreh— zahlbegrenzungen mit aich, da es sehr jchwieri,; int, diese abzugleichen. Dicae Kurbel\.'ell"n öind in Hehrzylindermotoren tjana speziell unä kompliziert ?:e formt. Dau-.ircli

und wird die obere Drehzahl der Motoren uio Leiatun;;, din

e abgeben künnen, begrenzt. Ea nei ferner beitritt,

daß der Raum, in welche;: die ilurbolv/olle den liotors arbeitet und w Icher als Kurl-ilv/ellen^ehüuse bezeichnet wird, nicht zur Erzeugung von Leistung ver-./^nde t \;'-rdon k-inn, 3odaü ea ει ei. hi i-rbei um einen verlorenen Rauiri handelt.

In den letzten Jahren v/ur.ien veruai iedene Drehkolbenma:jchinen entv/ickelt. Der bekannte Wankel-Motor int ein Hauptbeispiel für eine Drehkolbenmaschine. Bei den Drehkolbenmaschinen tritt einn erhebliche Schwierigkeit aui"-. Obwohl diese Drehkolbenmaschine die Hin- i;ni Herbewegung ausrjcheiiet iand eine kontinuierliche Drehung v/ie bei einor Gasturbine oriiiö.^licht, treten bei derartigen DrehkDlbenmaachinen Lichtungscroblene auf und zv;ar v/cgen der ^rJ-leit- oder Reibungabewegung dea üioh drehenden Kolbens in aeinem Zylinder.· Es iju bekanxit, daß der Kolben ein mehrseitiger Kolben ist, der in einem Zylinderarbeitet, der aus gebotenen Abschnitten 3usa:..n:engesetzt ist. Es tritt eine kontinuierliche Grleitwirkung der Enden des Kolbens an der Zylinderwendung auf. Dies findet auch in derji Bereich

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statt»

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nt.att, u"v rich bein Koirpreo--.ion.i^yr.lu» unter oine.M houf'i; Druci: befindet und bein iäxransn onszyklus unter Γ;ο;1 in,i-im^rη nit hohr™. Bruok und hoher Temperntnr. Dier; äot riii rjühwerv/ie 'eh-ieo Hindernii; für die Anvondunf: der bekannten Drol-kclVchKaHchincn in ic-v PraxiB« Zunütslioh vpifjon .iio i.iit ::.(M:rrron Seiten ve^nehenen Kolben und dir nylindorauubuciit'.inj koine 3t?<2.-.iarlkonfiduration auf, sondern sind mit koiri] lexen Kurven und HrüiairAin.^en V( r:;eh-on, lie üu So'v,'icri,.:i:--:it 02: rei Jcr i>rr;tollung und bei un;: führr-n»

Der i>rfindunß lic ;t die Aufgabe ~u ;runde, einei; Drehkolbermrclianisinus nit positiver Verdrängung zu schaffen, bei Vielehen die llauptkoriponeiiten in allen Teilen des Zyklus einer Roll- oder V/Ülsbewef-unp durchführen, wobei bei der Ilasoliine ein zylindrischer Drehkolten oder zylindrische Drehkolben innerhalb eines Zylinders während des gesamten Betriebszyklus verwendet werden, sodaß lediglich eine Roll— oder Wälzbewegung auftritt.

Gemäß der Erfindung ist ein Roll- oder Wälzkolbenmechanismus vorgesehen, der einen Block aufweist, in dem ein Zylinder angewordnet ist, wobei ein zylindrischer Kolben von kleinerem Durchmesser als der Zylinder exzentrisch innerhalb des Zylinders derart montiert ist, daß dieser eine zusammengesetzte Drehung sowohl um die Achse des Zylinders als auch um seine eigene Achse durchführt, die

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gegenüber * BAD ORiQWAL

gegenüber der Achse do3 Zylindern versetzt ist, wobei ein sich drohendes Dichtunraglied sich in einem im wesentlicher Tosten -Uirifaii.jiabereich dos Zylinders befindet und wobei dieses nich drehende Dichtungsglied zu allen Zeiten mit den Zylinder in Roll- oder Abwälzkontakt steht und wobei der Umfang des Zylinders eine Umfangsdiskontinuität aufw int, damit das sich drehende Dichtungsglied sich aus dem Zylinder heraus bewegen kann und wobei zusätzliche Einrichtungen mit dem sich d rehenden Dichtungsglied zusammenwirken, um eine strömung durch diese Diskontinuität zu vornindern und v/obei die Exzentrizität und die Drehrichtung des Kolbens ura die versetzte Achse derart sind, daß ein Roll- od«-·:¹ Abwälzkontakt zwischen den Kolben und dem Umfang des Zylinders erzeugt wird, v/obei sich die Linie des Roll- oder Abwälzkontaktea fortschreitend um den Umfang und über die Diskontinuität in einer festen Richtung dreht, sodaß ein fluides Medium, welches hinter den Kolben v/ährend eineB Zyklus der Rollkontaktlinie eingefüllt wird, sich während des nächsten Zyklus der Roll-' kontaktlinse vor den Kolben befindet und wobei im Zylinder ein Einlaß vorgesehen ist, um ein fluides Medium hinter den Kolben einzugeben und ein Auslaß, um daa fluide Hedium vor den Kolben abzugeben«

Der Blockkann einen zweiten Zylinder haben, wobei ein zweiter zylindrischer Kolben in diesen zweiten Zylinder angeordnet ist und wobei dieser zweite Zylinder eine Dia-

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BAD OBlG⁵NAL

kontinuität aufweist, die? mit der Diakontinuität des era ten Zylinders fluchtet, wobei sich dae sich drehende Dichtungsglied in Abwälzkontakt mit beiden Kolben zu allen Zeiten in den fluchtenden Diskontinuitäten befindet und wobei der Einlaß für den orυten Zylinder vorgesehen ist und der Aus-laß für den zweiten Zylinder, und wobei der erste und der zweite Kolben und das sich drehende Dichtungsglied derart miteinander verbunden sind, da.o diese Teile eine richtige Phasenlage aufrecht erhalten und wobei ein gesteuertes Ventil vorgesehen ist, daait ein komprimiertes fluides Medium am Ende des Kompres3ionszyklus des ersten Kolbens in den sv/eiten Zylinder bei Beginn des Leistungshubes des zweiten Zylinders eintreten· kann und wobei Zündeinrichtungen für den zweiten Zylinder vorgesehen sind und wobei für den zweiten Kolben eine Leistungsabnahmeeinrichtung vorgesehen ist.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert wt?rden. Es zeigen:

Mg. 1 eine perspektivische Ansicht, welche die Hauptelemente der Roll- oder "-'/älzkolbenmaschine zeigt,

Fig. 2 eine sohematische Darstellung, welche die Kolben "bei Beginn des Kompressionshubes zeigt,

Fig. 3 eine ähnliche schematische Darstellung, welche die Kolben in einer Stellung nach einer Drehung um zeigt, 00980870674

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Fig. 4 eine ähnliche Darstellung, welche die Kolben nach einer Drehung um 130° unu am Ende dec Koiapreanionohüben zei.;t,

Fig· 5 eine ähnliche Darstellung, welche die Li teil un;; nach einer Drehung der Teile um 225° soi._;:t, v;obei in dieser Lare d^r V^rbrennungshub beginnt,

Fig. ό pine ähnliche Larateilung, v/elühe die Teile nach einer Drehung um 270 während dra Arbeit 3hu.be a zeigt,

Fi^, 7 eine ochematiachG Darstoliung, v/elche die Verbindungen 2'winchen den Kolben und der Wälzdichtung darstellt, die nur Lei a tungs abnähme verwendet v;cr den kr.nn,

?ig. 8 eine der ?ig. 7 entsprechende Darstellung, v/elche die Verwendung von Zahnrädern für die Verbindung und für die Leistungsabnähme zeigt und

Pig. 9 eine auaeinaniergezogene perspektivische Darstellung der Teile, wobei eine Anzahl von Wälzkclbensasohinen nebeneinander vorgesehen iot, die miteinander verbunden sind, um eine Hehrkolbenmaachine zu bilden«

Es

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En α·"! nuerst aui' !''ig. 1 Beirat .tenoner». Fi;. 1 ist eine allgemeine Anni-ht, die (ion Aufbau einor V/rilakolbennia3chine irri.;t. Jie Maschine weist einen Block 10 auf, der den ^:i blichen Motorblock bildet. Um Raun fir die die Lei α tune abgebenden Kolben zu schaffen, v/r-ärt der I-Iotorblock ein Paar benachbarte Zylin-.rr 12 und 14 auf und swar etwa in der V/eine, win er; bei üiliehen I-iotoren der Pail ist« Z₁₁Hi Zwecke drr Beseureii:un.; vui angenonanen, da..· aer Zylinder 12 der Leistung- oder Arlei tüsylinder- ist. E.; sei bemerkt, da;> die Zylinder parallele Ilittellinien 16 und. 18 ini Block haben. Die Cylinder imter.t'oliciden üicli ,ieaoch erheblich von den IJylindern bei üblichen liotoren und swar dadurch da.? eine öffnung 20 Ev.'i.'ohen den Sylinlcrn vorhanden ioto Auf diese Weise ist eine Verlinuun^ sv/iachen den Zylindern durch diese öffnung 20 her jes teilt. Ec sei boric riet, daß die Tiefenabmesnung der Zylinder groii oder gering sein kann, d.h. die Zylinder können flach oder tief sein und die Zjrlinder müssen lediglich tief genug sein, un die sieh bewegenden Teile aufnehmen zu könnnen und swar in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung. Die Zyllndertiefe kann dem Koltendurchmesser entsprechen. Es sei bemeritj daß, wenn die Haschine als Kompressor verwendet wird, diese lediglich einen einzelnen Zylinder 14 aufweist. Das komprimierte Gas oder das unter Druck stehende fluide Medium wird durch die Öffnung 20 abgegeben, wie es noch erläutert werden soll.

Es

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Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Der Block 10 iat als Wandung dargestellt, wobei diese Wandung die Konfiguration zeigt, die verwendet v/erden kann. Um eine Leistung zu entwickeln ist in jedem Zylinder ein Kolben 22 und 24 mit kleinem Durchmesser angeordnet. Jeder Kolben ist derart angeordnet, daß dieser exzentrisch um den inneren Umfang seines Zylinders rollen kann. Es können geeignete Kolbenringe 25 verwendet werden, und ea ist klar, daß wegen der geringen Gleitgeschwin-ligkeit eine gute Dichtung erreicht wird. Die HiLten der Kolben liegen bei 26 und 28. Die Exzentrizität oder die Kurbelarme der Kolben in ihren Zylindern sind die Momentenarme 30 und 32, die von den Zylindermitten ausgehen. Zum Zwecke der Erläuterung sei bemerkt, daß die Kolben derart gestaltet sind, daß sie, wie durch die Pfeile dargestellt, in einer Richtung entgegengesetzt zur TJhrseigerrichtung rollen und auf diese Weise bev/egen 3ie sich in Uhrzeigerrichtung, um den inneren Umfang der entsprechenden Zylinder. Es ist klar, daß die Drehung auch entgegengesetzt sein kann. \'!enn die Kolben rollen, so beschreiben die Kurbel- oder Momentenarme 30 und 32 einen Kreis in der dargestellten Richtung, um die Zylindermitten 16 und 18.

Um einen Teil der Vorbindungsöffnung 20 zwischen den Zylindern abzudichten, ist eine Dichtungsrolle 34 vorgesehen, die vorzugsweise wie dargestellt, einen Radius hat, der gleich dem Radius der Exzentrizität der Kolben in den

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Zylindern iat, der durch die Kurbelarme 30 und 32 bestirnt wird. Die Teile sind derart ausgelegt und angeordnet, daß die Dichtungsrolle 34 teilweise die Öffnung 20 in der Mitte führt und sich in Rollkontakt mit jedem Kolben 22 und 24 zu allen Zeiten befindet. Die Dichtuncarolle 34 beschreibt dann einen vollständigen Kreis in ihrer Bewegungbahn, wenn die Kolben um die Umfange ihrer Zylinder rollen. Zu keiner Zeit ist irgend ein Gleitkontakt vorhanden, der eine Reibung erzeugen könnte.

Um eine abgestimmte oder synchronisierte oder gesteuerte Verbindung vom Zylinder 14 zum Arbeitszylinder 12 für einen noch zu beschreibenden Zweck zu schaffen, kann irgend eine geeignete Ventileinriohtting 36 in der öffnung zwischen der Dichtungsrolle 34 und den Block 10 vorgesehen sein. Das Ventil kann im Block 10 durch irgend eine geeignete Drehvorrichtung, beispielsweise mittels eines Gliedes 38 angeordnet sein, sodaß sich das Ventil pendelartig um das Glied 38 verschwenken kann. Irgend ein freier Raum 40 kann im Block vorgesehen sein, damit der Schaft des Ventiles sich unbehindert bewegen kann» Bs Ϊ3Ϊ klar, daß der Blook 10 ein dünnes leichtes Gehäuse sein kann, wie ea schematisch dargestellt ist. Das Ventil 36 ist derart geschaltet, daß ea in richtiger Weise mit den Rollkolben zusammenarbeitet, wie es noch erläutert werden soll. Irgend ein Verbindungs ge stange, welches schematiscli bei 41 gezeigt ist, kann vorgesehen sein, um in üblicher Weise den richtigen Ventilbetrieb sicherzustellen.

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ι oo ι iua

Zur Abdichtung weiut da« Ventil 36 einon vileitkontaktkopf 42 auf, dor derart gciOrn.': iJt, ia.- .iiojer aiii* der Dichtungswalze 34 reitet, um die öffnung von einen Zylinder zum anderen wahrend eines upesiollen Teiles dos Arbeitszyklus abzuschließen. Zur Vereinfaohun,: drr Jarstellum; int da:; 7on:il lediglich uchematirch narben te Lit. Dor Kontaktkopf 42 kann jedoch derart ,leuta^tot nein, da^ unser einen gewissen Teil der Oifnun.; füllt, um das Volumen herabsuaetzen und um einen maximalen Wirkung α/jrad der komprimierten Charge verwenden zu können· Die Diohtun.;nrolie 34 kann zentral der C-ffnuni·" 20 angeordnet aein und ist deshalb kleiner ala die öi'fnung, 3odaß daa Ventil 36 durch dan Gestänge 41 gegen die Mchtunrsvmlze vorgespannt sein kam. Bine ähnliche Dichtung 46, die in ähnlicher V/eise mittels Einrichtungen 44 montiert und vorgespannt 3ein kann, iat auf der anderen äeite der liiehtungsrolle angeordnet und liegt vorzugsweise zu allen Zeiten ge;-;en die Dichtungsrolle 34 an und schließt den Rent der Verbindungsöffnung 20 zwischen den Zylindern ab. Bei einer Betrieb3weiue des Arbeitszyliniers, die ;:ur Erläuterun-j beschrieben/./erden 3oll, hält die Dichtung 46 den Kontakt mit der Dichtungsrolle 34 zu allen Zeiten aufrecht irrid dadurch wird die Dichtung 45 vor- und zurückvez*3chv/enkt, wenn die Dichtungsrolle 34 ihre Kreisbewegung bei einer Drehung der Kolben 22 und 24 durch einen Arbeitszyklus durchführt.

Um leistung zu entwickeln, ist wenigstens eine Einlaßöffnung

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48 vox* cpsehen, di<~> in iilock angeordnet int und die mit dem Uraranj eines -3er Zylinder in Verbindung steht, ■"beispielsweise mit den Umfang dc« "ylindrrn 14, wie on dar/'e.; eilt int. In gleicher //eine int wenigstens eine Austrittuöffnung 50 ii.i Block vorgesehen, die mit dan Arbeitszylinder 12 in Verbindung stellt. Beide öffnungen sind iia Llock im wesentlichen su beiden Seiten des _tresteuerten Ventils 36 angeordnet, wie es in Figo 2 gezeigt ist»

Da die Fhasenbe si ellung swi-schen den sich drehenden Teilen genau ntimaen muß, sind noch zu beschreibende Einrichtungen vorgesehen, v/elche die Kolben und die Dichtun^srolle verbinden, damit sich diese Teile gemeinsam drehen« An dieser Stelle genügt es 'jedoch, darauf hinzuweisen, daii sich diese Teile cusa:.:r.en in abge;.-ti:::'.:ter oder synchronisierter Besiehung drehen.

Zum Zν/ecke der Erläuterung des Betriebes der Maschine kann folgender Vergleich vorgenommen v/erden. Es kann angenommen werden, daß der Kolben 24 einen Kompressor und der Kolben 22 eine Turbine in einen G-asturbinen-zyklus bildet und diese Kolben fuhren eine Drehung um die Hittellinien 18' und 16 in Richtung des Uhrzeigerdrehsinnes durch.

Es sollen zuerst die Fig. 2 und der Kolben 24 betrachtet werden. Ss kann angenommen werden, daß ein brennbares Gemisch, v/ie beispielsweise ein Brennstoff-Iiuftgemisch durch

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die

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die Öffnung 48 eingeführt worden int und nunmehr auf der linken Seite des Kolbens 24 im Komprennionaraum 52 eingeschlossen ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet aich der Kolben 22 an seinem unteren Totpunkt des Expansions- oder Arbeitshubes. E3 kann selbstverständlich auch reine Luft eingeführt v/erden, wobei dann Brennstoff eingespritzt wird und wobei dann eine Korapre3sionszündung stattfindet. Es sei bemerkt, daß die Gestaltung des Einlasses des fluiden Mediums derart ist, daiS Gase, wie beispielsweise Luft oder ein Brennstoff-Luftgemisch eingeführt werden können und Flüssigkeiten, wenn der beschriebene Mechanismus als Pumpe verwendet wird«

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 soll der Kompressionshub beschrieben v/erden. Die Fig. 3 zeigt die Kolben und die Dichtungsrolle nach einer 90°-Drehung und es ist zu erkennen, daß das Kompressionsvolumen 52 schnell und beträchtlich abgenommen hat. Die Teile nehmen die dargestellte Lage ein und das Ventil 36 und die Dichtung 46 sind um ihre Schv/enksteilen herum verschwenkt, damit diese Teile in Kontakt mit der Dichtungsrolle 34 verbleiben, die sich in die dargestellte Lage bewegt hat. Es sei bemerkt, daß die Bewegung der Teile aus der in Fig., 2 dargestellten Lage in die in Fig. 3 dargestellte Lage unter einer reinen Roll- oder Abwälzbewegung «ftd zwischen den Kolben, deren Zylindern und der Dichtungsrolle stattge-

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funden hat. Ea tritt keine Gleitbewegung zwischen den Haupttoilon auf und ca ist lediglich eine Gleitbewegung zwiGchen den Ringen und dem Ventil 36 und der Dichtung 46 und der Dichtungsrolle vorhanden. Dieae Gleitbewegung kann in einfacher und leichter Weise beherrscht werden.

Die Drehung schreitet weiter fort und es findet eine schnelle Kompression statt, wobei die Drehung in die in Fig. dargestellte lage erfolgt, wobei die Teile in Fig. 4 nach einer Drehung um 180° dargestellt sind. ?ig. 4 stellt praktisch das Ende des Kompressionshubea dar. Zu dieser Zeit haben sich die Kolben zu den oberen Seiten der Zylinder bewegt und wie dargestellt, wird das Ventil 36 durch da3 Gestänge 41 geöffnet, sodaß das komprimierte fluide Medium im Raum 52 durch die öffnung 20 unter der steuernden Wirkung des Ventils 36 in den Zylinder 12 gelangen kann» In dieser Stellung befindet sich die Dichtung3rolle ebenfalls am oberen Punkt ihrer Kreisbahn.

In Fig. 5 sind die nächst?n 45° der Drehung dargestellt und die feile haben die dort.dargestellte lage eingenommen. Es aei an dieser Stelle bemerkt, daß ein in geeignetem Weise gestalteter Kontaktkopf 42 das Volumen des komprimierten Mediums im Zylinder 14 stark herabsetzt. Es aei ferner bemerkt, daß im wesentlichen das gesamte komprimierte fluide Medium in den Arbeitszylinder 12 abgegeben wurde und daß das Ventil 36 geschlossen ist, um

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"ibbTIUS

daf3 komprimierte fluide Medium im Zylinder 12 zu halten. Der Zylinder 14 iat vollständig mit einer frischen Charge gefüllt, die komprimiert v/erden ooll und eo beginnt der ilinlaiihub, nachdem der Kolben 24 über die Öffnung 48 hinweggegangen ist und diese geöffnet hat. Dieses findet beim Konpreaüionshub statt» In dieac'iu Augenblick \·ι±τά die komprimierte Charge 56 gezündet. Fallt; die Charge Luft ist, kann mittels einer Einrichtung 54 Brennstoff eingespritzt v/erden und die Einrichtung 54 kann eine Brennstoffdüse sein, die für eine Konpresoionszündung verwendet wird. J?all3 die Charge ein Brennstoff- Luf tger.iisch ist, 3 0 wird diese Charge mittels einer Einrichtung 54 gezündet, die beispielsweise eine Zündkerze nein kann. In beiden Fällen ist die Einrichtung 54 eine Zündeinrichtung, da dieae eine Verbrennung auslöst.

Wenn, die Verbrennung begonnen hat, so beginnt im Zylinder 12 der Arbeitshub des Kolbens 22 und der Kolben 22 setzt seine reine Roll- oder Abv/älzbewegung um den inneren Umfang des Zylinders 12 fort und zwar in die nächste in Fig. ό dargestellte lage, bei der eine Drehung um 270° stattgefunden hat. Ss ist zu erkennen, daß an dieser Stelle des Zyklus der Hebelarm 30 beim ..bwärtsrollen des Kolbens 22 die maximale Leistung entwiekelt. Es sei bemerkt, daß eine große Kolbenfläche schnell den Verbrennungsgasen ausgesetzt wird und daß der Hub des Kolbenarmes 30 verhältnismäßig kurz ist. Die hierbei entstehende Druckkraft

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wird durch alle Kräfte entwickelt, die auf den Kolben einwir3:en, wobei die Resultante R dieser KrLifte durch die Mitte 26 des Kolbens 22 hindurchgeht, um dan Moment am Kurbelarm zu erzeugen, üino cro:;e Kraft oder Leintung kann durch einen kur:;r>n Abwälzhub der, Arbeit π kolben π 22 entwickelt v/erden.

Die Teile setzen ihre reine Abwälzbewegung zum nächsten Punkt im Zyklus fort, wobei sich die Teile wieder iη die in Fig. 2 dargestellte Lage hinein bewegen und eine Drehung um 360° durchgeführt haben. Su dieseu Zeitpunkt hat sich die Abwälzkontaktstelle des Kolbens 24 an der Ein-Iai3offnung 48 vorbei bewegt, sodaß eine neue Charge komprimiert wird und der Raum hinter der Abwälzkontaktstelle wird mit fluidem Medium gefüllt, welches anschließend bei der nächsten Drehung des Kolbens komprimiert wird. In gleicher Vfeise hat der Kolben 22 seinen Arbeitshub beendet und es findet ein Ablassen durch die AblaßÖffnung 50 statt, sobald die Abwälzkontaktstelle an der Öffnung 50 vorbeigegangen ist. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Kolben 22 seine Aufwärtsbewegung in Vorbereitung zur Aufnahme der nächsten komprimierten Charge über das geschaltete Ventil vom Zylinder 14, wenn der Kolben 22 seine oberste Stellung erreicht, wie es im wesentlichen in Figo 4 gezeigt ist. Wie Fig. 5 zeigt, werden Abgase aus dem Raum 57 abgegeben, der dem Raum 56 gegenüber liegt, wobei dieser Raum zwischen den Ülbwälzkontaktoberflächen

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zwischen dem Kolben 22 und dein Zylinder 12 und dem Kolben 22 und der Dichtung rolle 34 liegt, wie es in Pig. 5 gezeigt ist.

Es i3t zu erkennen, daß die beiden Kolben sich im Gleichlauf drehen und dauernd auf daa fluide Kedium einwirken und bei jeder Umdrehung einen Arbeitshub entv/ickeln und dal? die Dichtung 34 sich an den Kolben abwälzt, wobei das gesteuerte Ventil 36 die Verbindung und damit die Übertragung des fluiden Mediums zv/ischen den Zylindern steuert.

Um eine Leistung au3 der beschriebenen Wälzkolbenmaschine entnehmen zu können, ist es von Bedeutung, daß die beiden Kolben und die Dichtum srolle die richtige Phasenlage aufrechterhalten. Um diese PhaaenbeZiehung sicherzustellen, ist, wie in Fig. 7 dargestellt, in der die Teile gestrichelt gezeichnet sind, ein geeignetes Gestänge 58 vorgesehen, welches mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. Dieses Gestänge 58 kann die drei Teile, die beiden Kolben und die Dichtungsrolle, exzentrisch außerhalb des Blockes 10 über Wellen 59 verbinden, sodaß alle Teile sich gemeinsam in der gleichen synchronisierten Beziehung drehen. Die Wellen sind deutlich in Pig» 1 zu erkennen. Die Anordnung ist ähnlich aufgebaut wie das Pleuelgestänge bei einer Lokomotive und neben dem Gestänge 58 kann ein zweites Gestänge 60 in Tandemanordnung vorgesehen sein, wobei

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dieses Gestänge 60 auf der anderen. Seite des Blockes 10 angeordnet ist und phasenverschoben arbeitet, um einen besseren Abgleich zu erzielen. Durch dieses Aufbau kann die Maschine niemals am Totpunkt stehen bleiben. Dies geht eindeutig aus Pig. 7 hervor. Die leistung kann von den Wellen abgenommen und auf die Phasengestänge übertragen werden, und kann von dort wiederum entnommen werden. Selbstverständlich kann auch der Zapfen 62, der das Gestänge mit den Kolben verbindet, verwendet v/erden, um ein

nicht dargestelltes Gewicht zu tragen, um die Kolben ab-ι

augleichen» damit ein dynamischer Abgleich erzielt werden kann. Lager 63 nelimen die Teile drehbar auf.

Anstelle der Verbindungsgestänge 58 und 60 können Zahnräder 64» die allgemein in Pig. 8 dargestellt sind, mit Zwischenrädern 65, verwendet werden, welche die Rolle und die Kolben miteinander verbindet. Der Vorteil der Zahnradverbindung ist der, daß die leistung direkt von den Zahnrädern abgenommen werden kann, da sich diese lediglich drehen und nicht hin- und herbewegen^ wie es die Gestänge tun. Ein Abgleich wird bei Zahnrädern vereinfacht und das Totpunktproblem der Gestänge wird ausgeschaltet.

Im Falle einer einer einzelnen Wälzkolbenmaschine, wie sie in den Fig. 1 "bis β dargestellt ist, findet ein Leistungsoder Arbeitshub bei jeder Umdrehung statt. ITm eine größere Leistung zu entwickeln, und um eine kompakte Maschine zu

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schaffen, kann eine Anzahl von Manchinenbaugruppen, wie sie soeben beschrieben wurde, nebeneinander angeordnet -..•erden, wie es in Fig. 9 geseilt ist. Ea können soviel Kaschinenbaugruppen, wie jewün.jcht, nebeneinander angeordnet werden, um die erforderliche Leistung zu erreichen. Bei eine:;i derartigen Aufbau wird eine Verbindungseinrichtung, wie beispielsweise ein Zapfen 66 vorgesehen, der 3ich auf der Mittellinie 16 dreht, um diese mit einem ähnlichen Zapfen an der benachbarten Maschine au verbinden, und um zuia Zv;ecke einen besseren Abgleiches, eine phasenverschoben Besiehung zwischen diesen Kasohinen herzustellen, wie es oaheinatisch durch die gestrichelte Verbindungslinie in Pig. J gezeigt ist. Ea int klar, daß durch eine geeignete Anordnung der Teile ein Arbeitshub bei jeder halben Umdrehung in Fall von zwei Maschinen erzeugt werden kann oder bei jeder Drittelumdrehung im Pail von drei Maschinen uni so weiter. Die Leistung kann außerhalb der Maschinen 'lurch eine Anordnung abgenommen werden, wie sie in den Fig. 7 oder 8 dargestellt ist.

ist klar, da3 bei den beschriebenen Motor durch eine geeignete Abänderung ein Arbeitshub in jedem Kolben durchgeführt v/erden kann und zwar dadurch, daß die Einlaß- und Ausla3öffnungen in jedem Zylinder verdoppelt vH"den und daß ein geeigneterweise geschaltetes Ventil, welches dem Ventil 36 entspricht, anstelle der Dichtung 46 vorgesehen wird. Ein Gestänge 41 kann das Ventil 36 oder zusätzliche Ventile,

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wenn

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wenn sie verwendet worden, steuern und das Gestänge 41 kann su3a,.,nen mit den 7/iilzkolben und der Dich -.ungsrolle betrieben v/erden, v;ie es ocheiriatinch durch gestrichelte Linien dar_t-:;e-atcj.lt ist und swir entweder von den Zahnrädern 64 bei der Darstellung ir. 'Fir.* β oder von den Pleuelgestängen 5ö und 60, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Dadurch -wird die synchrone Besiehung in an sich "bekannter Weise sichergestellt. Der Block 10 kann die üblichen Kühl- und Schraiermlttelkanäle aufweisen.

Die Roll- oder Wälzkorbenmaschine v/eist keine gleitenden oder aneinander reibenden Teile auf, mit Ausnahme der Kolbenringe, die eine geringe Gleitgeschwindirkeit haben und der Ventile, die auf der Dichtungarolle 54 gleiten. Diese Reibung kann in leichter Weise beherrscht werden und alle wesentlichen sich bewegenden Teile führen lediglich eine reine Abwälz- oder Rollbewegung aus. Weiterhin bestehen die Teile ans kreisförmigen Gliedern, die in einfacher Weise hergestellt werden können, sodaß es nicht erforderlich ist, unübliche und schwer herzustellende Formen zu verwenden. Die Haschine kann wegen ihrer reinen exzentrischen Abwälzbewegung mit höheren Drehzahlen arbeiten und dadurch kann eine größere leistung mit einem geringeren Gewicht und in einem kleineren Volumen der Maschine entwickelt werden. Eine Änderung der Exzentrizität verändert das Kompressionsverhältnis und eine Änderung der Tiefe der Kolben und Zylinder verändert die

009808/06 7 4 Leistung.

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Leistung. Die Oberfläche, die den Leistungahub aufgesetzt ist, ist wegen der kreisförmigen Kolbenoberfläche des Kolbens 22 in Bezug auf dessen Größe 3ehr groii und der Hub den Kurbelarmes 30 iot sehr klein. Durch die reine Abwälzung v/erden Dichtungsprobleine ausgeschaltet und es findet eine Zündung pro Umdrehung statt, um einen weicheren Betrieb zu erhalten, als er bei Viertaktkolbenmaschinen möglich ist. Die Arbeitsweise ist wesentlich einfacher' als bei bisher bekannten Drehkolbenmaschinen. Es ist kein Kurbelwellenraum vorhanden, der praktisch einen vergeudeten Raum darstellt und die Maschinen können zusammengesetzt werden und phasenverschoben betrieben werden, sodaß die Maschinensätze vollständig dynamisch abgeglichen sind. Die Leietungspulse pro Umdrehung werden erhöht und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl von Maschinensätzen, die miteinander verbunden werden.

Palis der beschriebene allgemeine Y/älzkolbenmeohanismus über Wellen 59 oder über die Zapfen 66 oder übere andere Antriebsmittel angetrieben wird, so kann dieser Mechanismus als Kompressor oder Pumpe verwendet v/erden, wobei die Ventile etwas abgeändert werden. Beispielsweise werden die Öffnungen 48 und 50 zu beiden Seiten der Zylinder verdoppelt und das Ventil 36 wird geschlossen gehalten. Beispielsweise kann, wie es in Mg. 7 gestrichelt dargestellt ist, eine Öffnung 68 für den Zylinder 14 vorgesehen sein, die druckgesteuert ist und die bei einer Kompression geöffnet

009808/0674 . _wird#

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wird. Eine gleiche öffnung kann auch im Zylinder 12 vorgesehen sein.

Wenn das Ventil 36 geschlossen gehalten wird, so kann der Kolben 24 ein fluidea Medium durch die öffnung 68 pumpen, wenn diese während der Kompression geöffnet wird und die gleiche Wirkung kann im Zylinder 12 stattfinden* Bs ist auch möglich, den Mechanismus als Tandemmaschine, Pumpe oder Kompressor zu betreiben, und zwar in der V/eise, daß man den Auslaß des ersten Zylinders mit dem Einlaß des zweiten Zylinders verbindet. Wenn die Wälzkolbenmaschine mit einem fluiden Medium oder einem Gas unter hohem Druck gespeist wird, so kann diese Maschine als Flüssigkeitsmotor arbeiten» Es ist also festzustellen, daö der gleiche, Grundabwälzmechanismus bei einer geringen Abänderung des Ventiles zu einer anderen Maschine wird, wobei diese Maschine im Definitionsbereioh des Begriffes Wälz- oder Rollkolbenmaschine liegt.

Patentansprüche 009808/0674

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Claims

Patentansprüche

1-/HoIl- oder Wälzkolbenmechanismu3 rat einem Block, in dein ^c Zylinder angeordnet sind und mit einem zylindrischen Kolben von kleinerem Durchmesser ala deu Zylinderdurchie33er, der exzentrisch innerhalb des Zylindern angeordnet iat, UEi eine zusammengesetzte Drehung 3ov/ohl um die Zylindei'acli3e al3 auch um jeine eigene Achse durchzuführen, die ^egenüter der Zylinderachse veraetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine 3ich drehende Dichtung (34) in einen im wesentlichen festen Umfangabereich des Zylinders (H) angeordnet i3t und in Abwülzkontakt mit den Kolben (24) zu allen Zeiten steht, daß der Umfang des Zylinders eine Umfangsdiskontinuität (20) aufweist, damit sich die sich drehende Dichtung (34) aus dem Zylinder (14) herausbewegen kann, da3 zusätzliche Einrichtungen (36, 46) vorgesehen sind, die mit der Drehdiohtung (34) zu3annenarbeiten, um eine Strömung durch die Diskontinuität (20) hindurch zu verhindern, daß die Exzentrizität und die Drehrichtungen des Kolbens (24) um die versetzten Achsen (28, 18) derart sind, daß ein Abwälzkontakt zwischen dem Kolben (24) und dem Umfang des Zylinders (14) geschaffen wird, wobei die Linie des Abwälzkontaktes sich progressiv um den Umfang herum und über die Diskontinuität hinweg in einer festen Richtung dreht, sodaß ein fluides Medium, welches während eines Umlaufzyklus der Abwälzkontaktlinie hinter den Kolben

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eingeführt

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eingeführt wird vor den; Kolben, während des n/ichnten Umlauf svklus dor nächsten Abv/Ulzkontaktlinie lie_:;t und daß ein Einlaß (48) zur Einführung eines fluiden KeäiuiBS hinter den Kolben und ein AuslaiB (68) zürn Ablaß des fluiden l-Iodiums vor den Kolben iu Zylinder (H) vorgesehen sind.

2« Hechanis-Eiua nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebseingang vorgesehen ist, um den Kolben anzutreibenβ

3. Mechanismus nacli Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Zylinder und -ein zweiter zylindrischer Kolben (12, 22) vorgesehen sind, daß der erste und zv;eite zylindrische Kolben (24, 22) miteinander verbunden sind, un die richtige Phasenbeziehung zwischen den Kolben aufrecht zu erhalten und daß der Auslaß (68) des ersten Zylinders (H) mit den Einlaß (48) des zweiten Zylinders (12) verbunden ist.

4. Hechanismus nach Anspruch 1, bei welchem der Block einen zweiten Zylinder aufweist, in dem ein zweiter zylindrischer Kolben angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zweite Zylinder (12) eine Diskontinuität (20) aufweist, die mit der Diskontinuität des ersten-Zylinders fluchtet, daß die Drehdiuhtung (34) in Abwälzkontakt mit beiden Kolben (24, 22) zu allen Zeiten in den Dis-

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kontmuitaten

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kontinuitäten (20j_ steht, daß der Einlaß (48) mit dem ersten Zylinder (14) vorgesehen ist, dai3 der Auslaß (50) für den zweiten Zylinder (12) vorgesehen ist, daß der erste und der zweite Kolben (22, 24) und die Drehdichtung (34) miteinander verbunden oind (60, 64), um die richtige Phaaenbeziehung aufrecht zu erhalten, daß ein synchronisiertes Ventil (36) vorgesehen ist, damit das komprimierte fluide Medium am Ende des Kompreesionshubes dea ersten Kolbens (24) in den zweiten Zylinder (12) bei Beginn des Arbeitshubes des zweiten Kolbens (22) eintreten kann, daß eine Zündeinrichtung (54) für den zweiten Zylinder (12) vorgesehen ist und daß Leistungsabnahmeeinrichtungen (59» 60, 62, 64) für den zweiten Kolben (22) vorgesehen sind.

5. Meohanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß daa synchronisierte Ventil (36) in den Diskontinuitäten (20) der beiden Zylinder (t4, 12) angeordnet ist und dais das komprimierte fluide Medium durch diese Diskontinuitäten (20) hindurch strömt.

6. Mechanismus nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgespannte Dichtung (44, 46) gegen die Drehdichtung (34) anliegt, daß diese Dichtung an einem Drehteil (38) im Block 10 montiert ist und daß da3 eynchronisierte Ventil (36) mit einem Gleitkontaktkopf (42) ausg erüstet ist, der an der Drehdichtung (34) gleitet,

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und daß das synchronisierte Ventil (36) an einer zweiten Dreheinriohttmg (38) im Block (10) montiert ist.

7. Mechanismus nach einem der Ansprüche 4» 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolben (-22, 24) und die Drehdichtung (34) durch Zahnräder (64) miteinander verbunden sind, um die richtige Phasenbeziehung aufrecht au erhalten.

8. Mechanismus nach einem der Ansprüche 4> 5, 6 oder 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (54) die für den zweiten Zylinder (12) vorgesehen ist, eine Brennstoffdüae aufweist.

9. Mechanismus nach einem der Ansprüche 4, 5» 6 oder 7 $ dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (54), die für den zweiten Zylinder (12) vorgesehen ist, eine Zündkerze ist und daß da3 fluide Medium, welches in den Einlaß (48) des ersten Zylinders (14) eintritt, brennbar ist.

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