DE2411769A1 - Mit zykloider drehbewegung arbeitender verbrennungsmotor, der eine durchgehende ringkammer aufweist - Google Patents

Description

Dipl.-lng. Dr. jur. Alfred W. Meyer 4 Düsseldorf ι 7. MRZ. 1974

Patentanwalt Kreuzstraße 32

Telefon: (0211) 325964

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Aktenzeichen:

6984 Al

Anmeldert Carlos Ayesta Larrea, Zurbaran 43» Bilbao / Spanien

Mit zykloider Drehbewegung arbeitender Verbrennungsmotor« der eine durchgehende Ringkammer aufweist.

Die Erfindung betrifft einen mit zykloider Drehbewegung arbeitenden Verbrennungsmotor, der eine durchgehende Ringkammer aufweist. Diese Kammer hat einen kreis- und gleichförmigen sowie durchgehenden Querschnitt über die ganze Erstreckung ihrer Begrenzungen. Bei einer nur zur grundsätzlichen Erläuterung des Verbrennungsmotors dienenden, prinzipiellen Ausführungsform bewegen sich in dieser Kammer vier Kolben, die sich ständig entsprechend im Rahmen dieser Begrenzungen und zyklidisch im Kreise drehen,» Da die Kolben hermetisch abschliessend in die Kammer eingesetzt sind, haben sie also den Querschnitt eines bogenförmigen Ringwulstes bzw. Toroids_o Unter einer durchgehenden Kammer wird eine Kammer verstanden, die im Verlauf ihrer Länge zwischen den einzelnen Kolben nicht unterteilt ist mit Ausnahme der Öffnungen oder Schlitze für die Ansaugung und das Ausstossen der Gase. Die Kammer wird durch einen

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Raum gebildet, der innerhalb eines durch den Radius r begrenzten Kreises liegt (Fig. 21), dessen Mittelpunkt zusammenfällt mit der um den Radius R verlaufenden Umfangs« linie, wobei der Radius R um eine Achse Yq-Yq geschlagen ist, die in derselben Ebene verläuft wie der Kreis mit dem Radius r. Die Bogenwinkel«Abmessung V bestimmt die Länge des Kolbens_o

Die Kammer erhält ihre Abgeschlossenheit (Gas«Dichtigkeit) durch vier Flächen, die die Kolben passend umgeben: Von diesen sind zwei Flächen feststehend und zwei bewegliche Die beiden feststehenden Flächen werden durch den inneren Bereich zweier Gehäuseteile gebildet, die zusammen das darstellen, was als Motorblock bezeichnet werden kann, und die durch die Unterteilung des erwähnten toroidalen Ringraumes in zwei gleiche Teile entsprechend dem Verlauf derjenige! Ebene gebildet sind, die die Umfangs-Manteilinie bzw. äusserste Umfangsbegrenzung der Kammer durchsetzt. Diese Ebene wird nachfolgend als MittelwSymmetrieebene bezeichnet. Die zwei beweglichen Teile sind gebildet durch zwei topfförmige Scheiben oder Platten, die sich gegenein«· ander drehen und dabei aneinander reiben, wobei die Mittel·- Symmetrieebene durch die Berührungsebene der beiden Scheiben verläuft. Allein diese beiden Scheiben bewirken in ihrer Funktion die Abdichtung der Kammer im Bereich der beweglichen dichtenden Teile, wobei sie Labyrinth-Ringdichtungen aufweisen, die zu jeder Seite der Mittel-Symmetrieebene

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bündig abschneidend mit der Innenfläche der Ringkammer, gerade verlaufend und parallel angeordnet sind» Demnach gibt es zwei weitere, parallel zu der Mittel**Symmetrieebene verlaufende Ebenen, die der Stärke der beiden Scheiben ent« sprechen. Die Gehäuseteile springen im Bereich des kleineren Ringdurchmessers des Torus zu jeder Seite der Mittel-Svene»· trieebene zurück bis auf eine Tiefe, die der Stärke eines Scheibenflansches entspricht. Die beiden Gehäuseteile sind im Bereich des grösseren Durchmessers der Ringkammer zusammengeschraubt. Die Flansche der beiden Scheiben sollten an derjenigen Stelle, an der sie an die Ringkammer angrenzen, in Umfangsrichtung der Ringkammer eine abgerundete Form haben, das heisst, dass sie den entsprechenden Umfangsteil der kreisförmigen Toroid«-Kammer, den sie durch ihre Gegenwart unterbrechen, entlang dem Kreisbogenverlauf genau vervoll«· ständigen, so dass die Dichtigkeit und das Anliegen der Kolbenringe gewährleistet sind. Die bei dieser Basis«Ausführung des Motors vorgesehenen vier Kolben sind an den Flanschen dieser zwei Scheiben fest angeordnet. Die halbe Anzahl der Kolben ist an dem Flansch der einen Scheibe befestigt, während die andere halbe Anzahl den Flansch der anderen Scheibe zugeordnet ist. Die Kolben werden an den Scheiben abgestuft in abwechselnder Reihenfolge angeordnet, das heisst, dass ein Kolben an der einen Scheibe und dass der nächstfolgende Kolben an der anderen Scheibe befestigt ist. Es wird hier jeweils von der halben Anzahl der Kolben an jeder

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Seite gesprochen, da bei dem vorliegenden Motor die Anzahl der Kolben in jedem Fall geradzahlig sein muss, vas später noch erläutert wird.

In dem durch die beiden Scheiben begrenzten mittleren Raum sind ein Schwungrad und an diesem wiederum die Kurbel» wellen angeordnet. Die Kurbelwelle enthält jeweils zwei Kröpfungen, und zwar eine an jedem Ende, wobei diese Kröpfungen um einen Winkel von l80 diametral zueinander versetzt sind. Somit wirkt das Schwungrad als Lagerung für die Kurbelwelle, da letztere in das Schwungrad eingesetzt ist und sich in diesem dreht.

Wie bereits gesagt, ist das Schwungrad in der Mitte des durch die beiden Scheiben begrenzten Raumes angeordnet, und die in dieses eingesetzte Kurbelwelle durchsetzt mit jedem Ende die diesem zugeordnete Scheibe an der jewei» ligen Seite. Beide Kröpfungen der Kurbelwelle sind mit Ansätzen bzw. Schuhen versehen, die durch entsprechende Öffnungen in beiden Scheiben passend hindurchgeführt sind. Diese Öffnungen dienen als Gleitflächen bzw. Gleit«-· führungen, auf denen die oben erwähnten Schuhe entlang«« gleiten.

Ein Ende der Kurbelwelle ist mit einem Getrieberad versehen, das mit einem an der jeweiligen Seite des Gehäuses befestigten und zentrierten weiteren Getrieberad in Eingriff

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steht. Wenn sich das Schwungrad dreht, dreht sich auch das auf* der Kurbelwelle befestigte Getrieberad, wobei es auf dem am Gehäuse festen Getrieberad entlangläuft, so dass die Achse der Kröpfungen der Kurbelwelle, geometrisch gesehen, eine epizykloide Bahn beschreibt. Die jeweiligen Glextführungen bewirken gegenüber der jeweils zugeordneten Sc heibe eine Hin« und Herbewegung und sind somit Ursache für die zykloide Bewegung der Kolben entsprechend der relativen Lage der beiden Kröpfungen der Kurbelwelle! hiermit in Verbindung stehen dann auch die das Ansaugen, die Kompression, die Verbrennung, die Expansion, das Aus« stossen und das Spülen der restlichen Gase betreffenden Vorgänge.

Die Kraftübertragung zwischen den den Kolben angepassten Scheiben (Übertragung des Verbrennungsdrucks und der kinetischen Energie) und dem Schwungrad wird also über die in dem Schwungrad angeordnete Kurbelwelle bewirkt, wobei das Schwungrad als bewegliche Lagerung für die Kurbelwelle dient. Da das Schwungrad an seiner einen Seite über die Kurbelwelle und die beiden Scheiben mit einem Drehmoment verbunden ist, während an der anderen Seite über eine Antriebswelle ein Gegenmoment angreift, ergibt es sich, dass die von den hin«· und hergehenden Teilen ausgehenden aktiven Antriebskräfte eine Arbeitsleistung am Schwungrad be« wirken.

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Die an den Gleitführungen bzw. «.flächen entlang-gleitenden Schuhe ersetzen ein Verbindungsgestänge von unbestimmter Längeο

Zur besseren Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgeraässen Motors wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel desselben anhand einer Zeichnung näher beschrieben· Im einzelnen zeigen:

Pig· 1 w 7 Einzeldarstellungen des Motorgehäuses und der Scheiben mit den Kolben, teilweise als Schnitt, jeweils gesehen in radialer Richtung auf die Motorwelle }

Fig. 8 μ 11 Ansichten des Motorgehäuses und der Scheiben «it den Kolben, teilweise als Schnitt, gesehen in axialer Richtung zur Motorwelle}

Fig. 12 m 20 in schematischer Darstellung die unterschiedlichen Positionen der Kolben im Verlauf einer Umdrehung der Motorwelle}

Fig. 21 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der wichtigsten geometrischen Grossen}

Fig. 22 ein Detail im Bereich der Kurbelwellenenden}

Fig. 25 einen Längsschnitt durch den Motor}

Fig· 2k die miteinander zusammenwirkenden Getrieberäder}

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Fig.25 eine Kurbelwelle mit ihren Getrieberädern!

Fig. 26 eine Seitenansicht der Scheiben mit den Kolben}

bis
Fig. 27 und Fig. 27/ konstruktive Details im Bereich der

Ringkammer bzw. Kolben;

Fig. 28 einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 26, jedoch ohne die Kurbelwellen und die Motorwelle

Bevor mit der Erläuterung der Zeichnungen im einzelnen begonnen wird, sei festgestellt, dass alle im allgemeinen Teil der Beschreibung enthaltenen Merkmale des erfindungs·» gemässen Motors als erfindungswesentlich anzusehen sind und dass sich in diesem Zusammenhang vorteilhafte Merkmale darüber hinaus aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung des nachfolgenden Ausführungsbeispiels ergeben. Eine grundsätzlidie Ausführung des Motors gemäss der bisherigen allgemeinen Beschreibung ist funktionsfähig, was durch nur Ik für diesen Motor charakteristische Teile gewährleistet ist. Im einzelnen handelt es sich hier um folgende Teile von grundsätzlicher Bedeutung:

Zwei Gehäuseteile A (Fig. 2) und B (Figo 7)I zwei Platten oder Scheiben Pa und Pb (Figo 3)| vier auf den Scheiben Pa und Pb befestigte Kolben la, Ib «umL 2a und 2b{

ein Schungrad 3 (Fig. 5)}

eine Kurbelwelle k mit einer linken Kröpfung 4 Ca und einer rechten Kröpfung k Cb (Fig. 5)|

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ein Getrieberad 5, das an einem Ende der Kurbelwelle k befestigt ist (Fig. 5)S

ein Getrieberad 6, das am Gehäuseteil A befestigt ist (Fig. 2)|

ziel Ansätze bzw. Gleitschuhe 8 an den Kröpfungen der Kurbelwelle 4 (Fig. 22).

Die an den Gehäuseteil en A und B vorgesehenen und in der Zeichnung dargestellten Öffnungen sind jeweils Bestandteil dieser Gehäuseteile und werden nicht als besondere Bauteile genannt, zumal es sich nur um Öffnungen in den betreffenden Teilen handelte Es wird auch nicht angegeben, wieviel Schrauben, Wälzlager, Dichtungen oder dergleichen vorgesehen sein sollen, da die Zahl derselben wählbar ist, obwohl sie bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung notwendig erscheinen. Es wird sogar die Möglichkeit erwähnt, die Schrauben zur Befestigung der Kolben zu verwenden, obwohl letztere auch durch Schweissung befestigt sein können.

Ganz allgemein sei festgestellt, dass ein Motor der vorgeschla*- genen Art zahlreiche Kombinationen zulässt, ohne dass er in seiner Grundausführung verändert werden muss.

Venn man den Versuch machen würde, eine Kurbel« He, wie sie für die vorgeschlagene !faschine grundsätzlich erforderlich ist, durch die Befestigung einer zusätzlichen Masse auszuwuchten, wie es bei Motoren mit Kurbelwellen gewöhnlich der Fall ist, so wärde dies nur annäherungsweise möglich sein!

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denn da die Kurbelwelle eine exzentrische Masse ist, deren Schwerpunkt während der Drehung seine Lage gegenüber der gleichförmigen Masse des Schwungrades kontinuierlich verändert, würde das Auswuchten mittels einer zusätzlich befestigten Masse nicht möglich sein - höchstens angenähert. Deshalb kann man zu diesem Zweck eine weitere, genau gleiche Kurbelwelle im Schwungrad derart anordnen, dass ihr Drehmittelpunkt um l80 versetzt diametral ge genübe j/L ie gt und denselben Abstand von der Mitte des Schwungrades hatj hierbei können die Funktionen dieser zusätzlichen Kurbelwelle bei der Kreisbewegung gleich sein, jedoch dann in jeweils umgekehrter Richtung ablaufen· Wenn anstelle von zwei diametral gegenüberliegenden Kurbelwellen drei derselben in gestaffelter Anordnung mit 120° Bogenabstand angeordnet werden, so werden auch diese mathematisch noch ausgewuchtet sein ·ί in gleicher Weise dann, wenn vier Kurbelwellen in einem Bogenabstand von 90° angeordnet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Kurbelwellen, sofern diese nur in geeigneter Weise angeordnet sind, die Wirkungsweise bzw. den grundsätzlichen Umlauf eines Motors dieser Art nicht verändert und dass die Anzahl der Kurbelwellen bis zu zwei nur grundsätzlich dazu dient, die Bewegung des Motors auszugleichen, während bei mehr als zwei die spezifische Belastung verringert wird. Darüber hinaus können anstelle eines einzigen, an einem Gehäuseteil befestigten Getrieberades zwei derselben Anwendung finden «· eines an jedem Gehäuseteil «

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und somit können die Kurbelwelle oder die Kurbelwellen jeweils mit einem Getrieberad an jedem Ende versehen werden» wobei jedes Getrieberad wiederum auf dem Getrieberad des entsprechenden Gehäuseteils umläuft. Diese Hassnahmen könen auch zum Zweck der besseren Verteilung der Antriebskräfte, der besseren dynamischen und statischen Auswuchtung und einer niedrigeren Betriebsbelastung dienen. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass, wenn z.B. vier Kurbelwellen mit jeweils einem Getrieberad an einem Ende zur Verfügung stehen, vier Getrieberäder auf jedem der beiden an den Gehäuseteilen befestigten Getrieberädern umlaufen.

Im einzelnen hat der Motor folgenden Aufbau und folgende Wirkungsweise: In den Gehäuseteilen A und B befinden sich verschiedene Öffnungen oder Schlitze, die für die vier Betriebstakte des Motors benötigt werden: Ansaugen, Komprimieren, Zündung und Expansion, Ausstoss und Ausfnilung der Restgase· Wie erkennbar ist zusätzlich zu den vier Betriebstakten für das erwähnte Ausspülen oder Durchlüften keine Bewegung oder kein zusätzlicher Betriebstakt während des Umlaufs der Kolben erforderlich! vielmehr erfolgt das Aus« spülen im Anschluss an den Beginn des Ausstosstaktes, was später noch im einzelnen erläutert wird.

Fig. 1 zeigt ein Grundmodell des Motors in einem Schnitt, der die Flansche 23a und 23b der jeweiligen Scheibe Pa bzw. Pb

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erkennen lässt; die Flansche 23aund 23b haben an ihrem Umfang 33 (Fig. 1) eine etwa halbrunde Form entsprechend den Kolben, die sie berühren. Fig. 2 zeigt den Gehäuseteil A, der mit einem Zahnrad 6 als Getrieberad versehen ist. In Fig. 3 sind die beiden Kolben la und 2a erkennbar, die sich diametral gegenüber~liegen und an der Scheibe Pa befestigt sind. Die Scheibe Pb mit den zugehörigen Kolben ist hier nicht dargestellt, da diese Teile sonst auch in Fig. 1 sichtbar sein müssten. Das Zahnrad 5 der Kurbelwelle ist in Figo 5 dargestellt. Wie im einzelnen aus den Fig. und 28 hervorgeht, sind die Scheiben Pa und Pb jeweils mit einer in radialer Richtung längsgestreckten Aussparung versehen, die zwei Abflachungen oder Gleitflächen 9r aufweist! diese sind gut poliert und liegen senkrecht zur Stirnfläche der Scheiben, während zwischen ihnen ein rechteckförmiger, sich durch die Mittelöffnung 24 erstrecken» der Gleitschuh 8 gleitete Jede der beiden Kröpfungen 4 Ca und 4 Cb der Kurbelwelle 4 ist mit einem solchen Gleitschuh 8 versehen.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt T ·· TY . Gehäuseteils B. Die dargestellten Kolben sind mit Schrauben 22 befestigt und mit den erforderlichen Kompressionsringen versehen, die ähnlich denjenigen sind, die bei bekannten Benzin·· oder Dieselmotoren verwendet werden. Ferner hat der Gehäuseteil B eine Ausstossöffnung l8b, eine Spülöffnung 19b, eine

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Ansaugöffnung 17b (im Schnitt), eine Gleitfläche 9b und einen Gleitschuh 8b. Da grundsätzlich nur ein einziges Zahnrad 5 erforderlich ist, befindet sich auf dieser Seite der Maschine keines. Fig. 10 zeigt dieselbe Anordnung von der anderen Seite gesehen und winkelbezogen denselben Schnitt Y «« T. vie in Fig. 8 mit der Ausnahme, dass auch das Zahnrad 5 und das mit dem Gehäuseteil A

verbundene Zahnrad 6 dargestellt sind.

Fig.. 9 lässt Einzelheiten der vier Kolben la, 2a, Ib und 2b erkennen, die mit Kolbenringen 12 versehen und an den beiden Scheiben Pa und Pb befestigt sind, von denen nur die dem Gehäuseteil A zugeordnete zu sehen ist_c Ferner sind erkennbar die Gleitfläche 9a» das Zahnrad 5 der Kurbelwelle 4 und die Motorwelle 7, die mit dem Schwungrad 3 verbunden ist und mit diesem sogar aus einem Stück bestehen kann. Wenn die beschriebene und in Fig. 9 dargestellte Anordnung in den Gehäuseteil A eingesetzt wird, kommt das Zahnrad 5 mit dem Zahnrad 6 in Eingriff, wobei es sich um sich selbst dreht und während seiner Drehung durch das Schwungrad 3 zum Entlanglaufen auf dem Zahnrad 6 gebracht wird. Letzteres wiederum dient hierbei als Führungs« bzw. Laufbahn. Die Mittellinie T₁ - Y₃ fällt mit einer Öffnung 14 zusammen, die zum Einsetzen einer Zündkerze im theoretischen Zündungspunkt und im übrigen als Bezugs·· punkt für die relative Anordnung der drei Arten von Öffnungen 17, 18 und 19 dient.

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Pig. 12 zeigt die Anordnung nach Fig. 9 eingesetzt in den Gehäuseteil A. Bei Fig. 12 ist vorausgesetzt, dass die Kolben la und 2a mit der Scheibe Pa verbunden bzw. einstückig sind, wobei letztere in dem in dieser Figur nicht sichtbaren Teil liegt, und zwar, wie bereits festgestellt, im Gehäuseteil A. Die Gleitfläche 9a ist mit gestrichelten Linien dargestellt und gehört zu der Scheibe Pa, während die Gleitfläche 9b zu der Scheibe Pb gehört.

Beim Grundmodell des Motors, das die geringetmögliche Anzahl von vier Kolben hat, sollte das Zahnrad 6 den doppelten Durchmesser des Zahnrades- 5 auf der Kurbelwelle 4 haben, das heisst, dass das Verhältnis 2:1 beträgt.

Unter Beachtung der Fig. 9 ist erkennbar, dass die in die beiden Gehäuseteile A und B einzusetzende Anordnung zwei Kolben Ib und la hat, die den jeweils geringsten Abstand voneinander haben, und dass sich gegenüberliegend die Kolben 2b und 2a in derselben Abstandsposition zueinander befinden. Aufgrund dieser Anordnung haben die Kolben 2a und Ib und gegenüberliegend die Kolben la und 2b an den beiden Scheiben Pa und Pb jeweils den grössten Abstand voneinander. Die Strecke 25 stellt die grösste Annäherung eines der Kolbenpaare aneinander dar. Wenn diese Position erreicht ist, die dem ZündungsZeitpunkt entspricht, werden die zwischen den zwei Kolben la und Ib befindlichen komprimierten

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Gase gezündet « hierauf wird später noch im einzelnen eingegangen. Wie bereits gesagt, ist jeder der Scheiben Pa und Pb über die Gleitf.lachen 9a, 9b bwz. 9r und die Gleit« schuhe 8 mit der Kurbelwelle 4 verbunden· Deshalb bewirken die Kolben eine Drehung der Kurbelwelle 4, so dass das Zahnrad 5 unter eigener Antriebskraft auf dem als Laufbahn dienenden Zahnrad 6 entlang läuft und das Schwungrad 3 mitnimmt, wobei die zusammengesetzte zykloide Bewegung entsteht. Eine Hin·, und Herbewegung der Kurbelwelle 4 während der Dreh— bzw. Zugbewegung des diese tragenden Schwungrades 3 hat folgende Wirkungen: Da die Kröpfungen 4 Ca und 4 Cb um l80 % gegenüberliegend angeordnet sind, übertragen die jeweiligen Gleitflächen 9r auf die Kurbel» welle 4 ein Drehmoment, so dass beim Entlanglaufen des Zahnrades 5 auf dem Zahnrad 6 die aus dem Schwungrad, der Kurbelwelle, den Scheiben und den Kolben bestehende Anordnung an dem Zahnrad 6 in Drehung versetzt wird· Beschreibt man die geo.wmetrischen Bahnen der Kröpfungen der Kurbelwelle, so ist jede epizykloid, wobei der Gleitweg an der Scheibe Pb den Vortrieb, der durch das Zahnrad 5 am Zahnrad 6 bewirkt wird, herabsetzt - dies ist der Betrag, den das Epizykloid in umgekehrter Richtung der Drehung des Schwung« rades 3 hinzugibt. Demgegenüber vergrössert der durch dieselbe zykloide Erscheinung bedingte Gleitweg an der Scheibe Fa den Vortrieb. Wenn bei der Darstellung nach Fig. 13 das Zahnrad 5 einen Weg von 45° um das Zahnrad 6 zurückgelegt hat und damit auch ein entsprechender Weg vom Schwungrad

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zurückgelegt wurde, hat sich das Zahnrad 5 90° um sich selbst gedreht, so dass die Kröpfungen 4 Ca und 4 Cb der Kurbel·« welle 4 die in dieser Figur dargestellte Lage einnehmen.

Nachfolgend werden die relative Lage der Kolben la, 2a,Ib und 2b zueinander und gegenüber der Ringkammer selbst für einen vollen Umlauf des Schwungrades 3 beschrieben.

Hierzu dienen die schematischen Darstellungen nach den Fig. 11 - 20 einschiiessiich. Fig. 11 zeigt den Gehäuseteil A, das zur Drehachse des Motors genau zentrische Zahnrad 6 und die eine Zündkerze enthaltende oder mit dieser in Verbindung stehende Öffnung l4. Zur Wirksamkeit des Zündm systems und zur Förderung der Zündwirkung dienen zwei Öff« nungen 15 vcaä 16, von denen entsprechend der für den Motor vorgesehenen Drehrichtung jeweils nur eine erforderlich ist.

Obwohl der Motor in beiden Richtungen laufen kann, soll im folgenden nur von der in Fig. 12 durch einen Pfeil bezeich·, neten Drehrichtung gesprochen werden. In dieser Figur ist die ringwulstförmige Halb-Kammer des Gehäuseteils A zu sehen. An erster Stelle sehen wir die Öffnung l4, die mit der Zündkerze in Verbindung steht, sodann, immer gesehen in Richtung des Pfeiles, die Ausstossöffnung 18 und unmittelbar anschliessend und mit dieser sich überschneidend die Spülöffnung 19. Anschliessend folgt wieder eine Ansaugöffnung Andere Öffnungen mit anderen Funktionen gibt es nicht.

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Da die Motorwelle 7 mit dem Schwungrad 3 verbunden ist, entspricht jede Drehung der ersteren einer Drehung der letzteren· Die Motorwelle 7 hat überhaupt keine spezielle Mechanik.

Fig. 12 - 20 zeigen im einzelnen folgende Funktionsabschnitte ι

Fig. 12 Ib-Ia : Verbrennung} la-2b: Ende der Expansion und Beginn des Ausstosses} 2b-2a: Ende des Ausstosses und des Ausspülens der Gase sowie Beginn der Ansaugungj 2a-Ib: Beginn der Kompression.

Fig. 13 Ib-Ia: Expansion} la-2b: Ausstossf 2b-2a: Ansaugung} 2a-Ib:Kompression.

Fig. Ik 2a-Ib: Verbrennung} Ib-Ia: Ende der Expansion und Beginn des Ausstosses} la-2b: Ende des Ausstosses und des Ausspülens der Gase sowie Beginn der Ansaugung}' 2b-2a: Beginn der Kompression.

Figo 15 2a-Ib: Expansion} Ib-Ia: Ausstoss} la-2b:Ansaugung} 2b-2a: Kompression.

Fig. l6 2b-2a: Verbrennung} 2a-lb: Ende der Expansion und Beginn des Ausstosses} 2b«la: Ende des Ausstosses und der Ausspülung von Gasen und Beginn der Ansaugung} la-2bt Beginn der Kompression.

Fig. 17 2b-2aχ Expansion} 2a-Ib: Ausstoss} Ib-Ia:Ansaugung} la—2b: Kompression.

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Pig. l8 la-2b: Verbrennung} 2b-2a: Ende der Expansion und Beginn des Ausstosses} 2a-.Ib: Ende des Ausstosses und der Ausspülung von Gasen sowie Beginn der AnsaugungJ Ib-Ia: Beginn der Kornpressiono

Figo 19 la-2b: Expansion! 2b-2a: Ausstossj 2a-Ib:Ansaugung{ Ib-Ia:Kompression.

Fig. 20 entspricht Fig. 12.

^Das Studium dieser Figuren im Hinblick auf die Kinematik zeigt, dass die Kolben la,Ib,2a und 2b mit derselben Durchschnittsgeschwindigkeit umlaufen wie das Schwungrad 3 und seine Motorwelle k und dass während einer Umdrehung der Motorwelle 7 vier Verbrennungen erfolgen. Was die Anzahl der Verbrennungen betrifft, so ist dieser Vier-Kolben-Motor deshalb gleich einem Acht-Zylinder-Motor von konventioneller Bauart (Beau de Rochas-Takt)·

Die Drehbewegung dieses Motors mit geschlossenr Kammer ist Ursache für Zentrifugalkraft-Wirkungen, die den Ablauf der vier Betriebstakte fördern und bei Kammern mit geradliniger Erstreckung nicht auftreten. Aufgrund der günstigen Situation der durch diese Umstände bedingten Komponenten (jeder Betriebstakt ist ein Arbeitstakt) und der permanenten baulichen Komponenten (relative Anordnung der den Motor bildenden Bauteile) ist ein Unterschied gegenüber jedem anderen Motor mit Drehbewegung gegeben. Um die Anwendung einer Frischluft-

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Spülung zu erläutern, wird auf Figur 11 Bezug genommen, in der die Ausstossöffnung 18, die Spül- oder Ventilationsöffnung 19 und die Ansaugöffnung 17 erkennbar sind. Während der Drehung des Motors bewirken die frischen oder verbrannten Gase eine Zentrifugalkraft, deren Wirkung gegen denjenigen Teil der Kammer gerichtet ist, der den größten Durchmesser hat. Wenn demnach einer der Kolben la, Ib, 2a oder 2b die Ausstossöffnung 18 freizugeben beginnt, werden die verbrannten Gase unabhängig vom restlichen Explosionsdruck aufgrund der in ihnen befindlichen kinenetischen Energie ausgestossen, die auf ihre Temperatur zuzüglich der durch die Kolbendrehung bewirkten Zentrifugalkraft zurückzuführen ist· Diese abgegebene Energie der ausgestossenen Gase führt zu einer Druckverminderung oder eine« Vacuum in der Kammer· Während die verbrannten Gase durch die Ausstossöffnung* 18 ausgestossen werden, gibt der Kolben die Spülöffnung 19. frei, so daß Frischluft unter atmosphärischen Druck in die Kammer eintreten kann.

Der nächstfolgende Betriebstakt, das Ansaugen der carburierten Gase, wird durch einen Kolben bewirkt, der die Ansaugöffnung 17 frei gibt, während der nächstfolgende Kolben die Ausstoss- und Spülöffungen 18 beziehungsweise schliesst. Es können dann die carburArierten Gase durch die Ansaugöffnung 17 eintreten. Dieser Ansaug-Takt ist eben falls begünstig und verstärkt durch die Wirkung der Zentrifugalkraft, denn hierzu Hegtdie Ansaugöffnung 17

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in demjenigen Teil des Torus mit dem kleinsten Durchmesser in der Nähe der halbrunden Bereiche des Umfangs 33 der Scheiben Ba und Bb. Wenn diese Öffnung in dem Teil mit dem grössesten Durchmesser liegen würde, könnte der durch die Zentrifugalkraft bewirkte Vorteil nicht erreicht werden.■Obwohl diese selektive Anordnung der Ausstoss-, Spül- und AnsaugÖffnungen l8, 19 und 17 die Wirkungsweise und die Leistung des Motors verbessert, bedeutet dies nicht, daß der Motor nicht arbeitet, wenn die Spülöffnungen 19 fehlen· Als Punkt von Interesse wird ferner festgestellt, dass man sehr brauchbare Durchtritts-Querschnitte sowohl für die Ausstoss- als auch für die Ansaugöffnung sowie von größerem Bereich als dem der Kolben erhält, wenn diese Öffnungen beidseitig, das

sind. heift in beiden Gehäuseteilen A und B vorgesehen/ Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen die gemäss 9 zusammengesetzten Teile einzeln nach dem Auseinandernehmen«

In Figur 23 ist ein praktisches Ausführungsmodell des Motors dargestellt. Es ist in dieser Figur erkennbar, dass die Kammer durch die Gehäuseteile A und B am kleinsten Durchmesser des Torus durch die beiden Scheiben Pa und Pb vollständig geschlossen ist. Es sind ferner Labyrinth-Dichtungen 13 dargestellt, die die Gasdichtigkeit der beiden Scheiben Pa und Pb gegeneinander und gegenüber den Gehäuseteilen A und B gewährleisten. Das Schwungrad 3 ist im Schnitt gezeigt, um zwei Kurbelwellen 4 darzustellen, von denen jede an beiden Enden mit einem Zahnrad

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versehen ist· An jedem Gehäuseteil A und B befindet sich ein feststehendes Zahnrad 6· Es sind ferner die Motorwelle 7 und die Ausstossöffnungen l8a und l8b in dem jeweiligen Gehäuseteil A beziehungsweise B erkennbar. Es ist eine einzige Spülöffnung 19b im Gehäuseteil B vorgehen} wie zuvor erwähnt, kann jedoch auch eine weitere Spülöffnung 19a im Gehäuseteil A vorgesehen werden. Es ist ferner erkennbar, daß die Ausstossöffnungen 18, die Spülöffnungen 19 und die Ansaugöffnungen 17 die Form von in Bewegungsrichtung der Kolben verlauf enden, längsgestreckten Durchbrüchen oder Nuten in gitterförmiger Anordnung haben, um zu vermeiden, dass die Kolbenringe gegen die Kanten dieser Öffnungen stossen können. Mit Hilfe der Dichtungen 42 wird der Verlust von Schmieröl vermieden.

Wie in Figur 22 dargestellt, kann zum Herabsetzen der Reibung der Gleitschuh 8 jeweils mit einem Nadellager 24r versehen sein, wobei beide Nadellager im Bereich der Mittelöffnung 24 für die Kröpfung der Kurbelwelle 4 und im Bereich der Fläche angeordnet sind, die auf den Gleitflächen 9r der jeweiligen Gleitführung gleiten.

Figur 24 zeigt, gesehen von der Seite des Gehäuseteils A, zwei Zahnräder 5 ohne ihre Kontermuttern, jedoch mit den zur Befestigung dienenden Keilen 3k» Die Zahnräder 5 stehen im Eingriff mit dem Zahnrad 6, das mit Hilfe von Schrauben 38 am jeweiligen Gehäuseteil befestigt werden kann.

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Die Kolben la, Ib, 2a und 2b können mit Spalten kl versehen sein, um hierdurch die zum Einwirken der Zündung dienende Öffnung oder Öffnungen ohne Verzögerung freizugeben, wobei auf diese Weise der Zugang des Gases zu den Zündkerzen beziehungsweise umgekehrt erleicht wird (Figur 26).

Figur 27 zeigt einen Schnitt durch den Motor entlang einer senkrechten Ebene Yg - Y_ eines der Kolben, zum Beispiel des Kolbens Ib. Diese Ebene berührt tangential eine der beiden Seitenflächen einer Nut 36 (Figttr 27b4·») Wenn die Kolben la, Ib, 2a und 2 b an ihren Scheiben Pa beziehungsweise Pb mit Hilfe von Schrauben, Nieten oder durch Schweissung befestigt werden, verlaufen die Ringnuten 3° über den Flansch 23 beziehungsweise durchsetzen diesen, so dass der entsprechende Kolbenring vorbeigeführt werden kann. Wenn der Kolbenring jedoch den Flansch 23 kreuzt, muss er an den Seiten ebenso wie an beiden Wänden 35 der Nut 36 einen kontinuierlich gutanliegenden Sitz haben, und zwar gleichzeitig auch an der Wandung des am Flansch.23 befindlichen Nutteils. Demnach müssen die in Figur 27 erkennbaren drei Punkte 37 auf derselben Höhe liegen, das heißt in derselben Ebene. Es müssen deshalb die Kolbenringe über den ganzen Umfang hin im Verlauf der Ringkammer und im Verlauf des Umfangs an den beiden Scheiben Pa und Pb sowie im Bereich der mit den Punkten bezeichneten Seitenfläöien der Nuten 36 einen genauen Sitz haben.

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Figur 28 zeigt einen in einer Durchmesserebene liegenden Schnitt durch die Scheibe Pb und durch die Mitte der Kolben Ib und 2b. Es sind auch die Nuten für.die Labyrinth-Dichtungen I3 erkennbar, wobei hier zur Vereinfachung nur eine einzige Nut an jeder Seite gezeigt ist, damit eine größere Darstellung möglich ist. Im übrigen hängt die Zahl der Labyrinth-Dichtungen von dem gewünschten Ausmass der Dichtwirkung beziehungsweise der Geschlossenheit der Ringkammer ab. Es sind ferner zwei Glextflächen Sr der Glextführungen erkennbar.

Vie aus Figur 25 hervorgeht, können die Zahnräder 5 mit den jeweiligen Kurbelwellen k einstückig sein, wobei Nuten 31 für Nadel-, Kugel- oder Rollenlager vorgesehen sein können.

Es wurde bereits im ersten Teil der Beschreibung darauf hingewiesen, daß als Grund- oder Basisausführung des vorgeschlagenen Motors diejenige Ausführung anzusehen ist, die die kleinste Anzahl von Teilen oder Bestandteilen aufweist, mit der der Motor gebaut werden kann. Die Charakteristik desselben erlaubt jedoch eine Vergrösserung der Leistung oder einen grösseren Gleichlauf während des Drehens, wenn einige der genannten Komponenten in ihrer Anwendung vervielfacht werden.

Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die Möglichkeiten dieses Motors. Die Anzahl an Zündkerzen

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ist gleich der Anzahl an Kolben, dividiert durch 4 (mit "Zündkerzen" sind hier- diejenigen Ringkammer-Bereiche gemeint j in denen die Zündung erfolgt, obwohl jeweils mehrere Zündkerzen in einem einzigen dieser Zündbereiche angewendet werden können); dasselbe gilt für die drei Arten von Öffnungen 17, 18 und 19. Die in der Tabelle enthaltenen Bezeichnungen bedeuten im einzelnen folgendes:

T Anzahl der Kolben

T_p Anzahl der Zündkerzen oder Gruppen von Zündkerzen

T_ Anzahl von Verbrennungsvorgangen je ^ Umdrehung des Schwungrades

T. Verhältnis zwischen dem Zahnrad 6 und

dem an der Kurbelwelle gelagerten Zahnrad

Tl	T2	T3 ·	T4	1
4	1	4	2 :	1
8	2	16	4 :	1
12	3	36	6 :	1
16	4	64	8 :

und so weiter.

Wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnrad 6 und dem an der Kurbelwelle 4 gelagerten Zahnrad 5 größer ist als 2 t 1, kann das Zahnrad 6 eine Innenverzahnung aufweisen, wobei dann das Zahnrad 5 auf der konkaven Innenseite des Zahnrads 6 angreift. Hierdurch kann der Drehmittelpunkt der am Schwungrad 3 gelagerten Kurbelwelle 4 ±m klexstmöglichen Abstand von der Welle des

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Schwungrades 3 gelegt werden, was auf diese Anordnung zurückzuführen ist. Venn man den Eingriff zwischen den Zahnrädern 5 und 6 in dieser Art ausbildet, ist darüber hinaus die von der Kröpfung 4Ca beziehungsweise 4Cb der Kurbelwelle 4 beschriebene Kurve eine Hypozykloide.

Zum Kühlen des Motors ist ferner ein Kühlmittelratui 20 vorgesehen, dessen beide Teile 20a und 20b über Durchgänge 26a beziehungsweise 26 b miteinander verbunden sind. Das den Kühlnittelraum 20 durchströmende Wasser wird durch einen Wassereinlass 21a zugeführt und einen Vasserauslass 21b wieder abgeführt.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß bezüglich der allgemeinen Anordnung und der Bauteile dieses Motors Abwandlungen in Bezug auf Form, Material und Anordnung erfolgen können. Soweit nicht in diesem Zusammenhang wesentliche Änderungen vorgenAimen werden, wird der Rahmen der Erfindung nicht verlassen.

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B e ζ u

sziffernliste

A Gehäuseteil B Gehäuseteil Pa Scheibe Pb Scheibe

Soweit die nachfolgenden Bezugsziffern im Text zusätzlich mit a oder b versehen sind, wird hierdurch die Zugehörigkeit zu der jeweiligen Scheibe oder dem jeweiligen Gehäuseteil angedeutet.

1	Kolben
2	Kolben
3	Schwungrad
4	Kurbelwelle
;4C	Kröpfung
5	Zahnrad
6	Zahnrad
7	Motorwelle
8	Gleitschuh
9	Aussparung
9a	,9b,9r Gleitfläche
12	Kolbenring
13	Dichtung
14,	15,l6 Öffnung
17	Ansaugöffnung
18	Aus st ο s s ö ffnung
19	Spülöffnung
20	Kühlmittelraum
21a	Wassereinlass
21b	Wasserauslass
22	Schraube
23	Flansch
24	Mittelöffnung
24r	Nadellager
25	Strecke
26	Durchgang
27
28
30
31	Nut?
32

33	Umfang
34	Keil
35	Wand?
36	Nut
37	Punkt
38	Schraube
39
41	Spalt
42	Dichtung

Claims (1)

1. Ansprüche :

   Mit zykloider Drehbewegung arbeitender Verbrennungsmotor, der eine durchgehende Ringkämmer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die als Arbeitsraum dienende Ringkammer über ihren ganzen Verlauf und im ganzen Bereich ihrer Begrenzungen einen gleichförmigen und kreisförmigen Querschnitt aufweist, daß die Ringkammer durch einen Raum gebildet ist, dessen . Ikreisbo**genförmige Mittelachse die Mittelpunkte der die Ringkammer begrenzenden Kreise (r) enthält und den Umfang eines Kreises (R) darstellt, dessen Mittelachse mit den die Ringkammer begrenzenden Kreisen in derselben Ebene liegt, daß die Ringkammer in dem inneren Bereich zwischen zwei den eigentlichen Motorblock bildenden Gehäuseteilen (A₁B) liegt und daß der Ringraum durch diejenige Ebene in zwei gleiche Teile unterteilt ist, die auch durch den Umfang der Ringkammerbegrenzung beziehungsweise der Ringkammererz eug end en verläuft.

   2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringkammer k Kolben (la,2a, Ib, 2b) beweglich angeordnet sind, die der Kreisringforra der Ringkammer entsprechend kreisförmig umlaufen und abdichtend in die Ringkammer eingepasst sind,und daß die Kolben (la,2a,Ib,2b) eine der Kreisringform der Ringkammer entsprechende Kreisbogenform haben und Segmente eines Kreisringes darstellen.

   3· Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringsegmentförmigen Kolben ( la,2a,Ib,2b) mit Kolbenringen (12) versehen sind, die ähnlich bekannten Kolbenringen als Kompressionsringe, Abstreifringe oder dergleichen dienen.

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   k. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile (A₁B) im Bereich ihres grössten Aussendurchraessers durch Schrauben verbunden sind und dass sie im Bereich des kleinsten Kreisringdurchmessers zu jeder Seite derjenigen Ebene, die durch den grössten Umfangdurchmesser des Kreisrings beziehungsweise seiner Erzeugenden verläuft, bis auf die Flanschstärke der Scheiben (pa, Pb) zurukspringen.

   5» Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (a,2a,Ib,2b) an zwei topfförmigen Scheiben (Pa,Pb) im Bereich der Plansche (23) derselben befestigt sind, dass die Scheiben (Pa₁Pb) an den Flanschen (23) eine gegeneinander gerichtete, reiben-. de Drehbewegung ausführen und in ihren beiden Flanschen (23a, 23b) durch entsprechende Aussparungen ein Raum gebildet ist und dass diejenige Ebene, auf der die Begrenzung beziehungsweise Erzeugende der Ringkammer liegt, auch durch die Berührungsflächen der beiden Flansche (23a,23b) verläuft.

   6. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zwischen den beiden Scheiben (pa,Pb) liegenden Raum ein Antriebsrad (3) mit einer Welle (7) angeordnet ist, dass das eigentliche Schwungrad des Motors darstellt, und dass in dem Schwungrad (3) eine Kurbelwelle (k) mit zwei Kröpfungen (kC) gelagert ist,

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   von denen jede an einem Ende der Kurbelwelle (4) vor-: gesehen ist,und die um l80 gegeneinander versetzt sind.

   7· Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kröpfungen (kC) der Kurbelwelle (4) mit jeweils einem Gleitschuh (8) versehen sind, dass, wenn die Gleitschuhe (8) montiert sind, die Enden der Kurbelwelle (4) in den Scheiben (Pa,Pb) vorgesehene, sich in radialer Richtung erstreckende Aussparungen (9^ durchsetzen und dass die Ausparungen (9) glatte, senkrecht zu der Scheibenehene verlaufende Gleitflächen (9*", 9a,9h) aufweisen, auf denen die Gleitschuhe )8) aufliegen und gleiten.

   8. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende einer am Schwungrad (3) gelagerten Kurbelwelle (4) in Verlängerung der jeweiligen Kröpfung (kC) ein Getrieberad (5) an dieser befestigt ist, das mit einem weiteren Getrieberad (6) in Eingriff steht, welches seinerseits an einem der Gehäuseteile (A,B) zentrisch befestigt ist, und dass der Durchmesser des letztgenannten Getrieberades (6) doppelt so gross ist wie der Durchmesser des Getrieberades (5) auf der Kurbelwelle

   9. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Kolben (la,2a,Ib,2b) an den

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   Planschen (23) der beiden Scheiben (pa,Pb) beziehungsweise der topfförmigen Teile in abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind.

   10. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das auf dem feststehenden Ge trieberad (6) umlaufende, an der Kurbelwelle (k) gelagerte Getrieberad (5) und durch die Drehung des letzteren bei um l80 gegeneinander versetzten Kurbelwellen (4) eine Hin- und Herbewegung gegenüber den Scheiben (Pa₁Pb) erzeugt wird und dass die Überlagerung der jeweiligen epizykloiden Bewegungen im Verhältnis zu einander die vier Betriebsabschnitte eines Umlaufs entsprechend der Position der Kolben (la,2a,Ib,2b) in der Ringkammer ergibt.

   11. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei sehr schnellem Umlauf und bei Erzielung einer hohen Kompression an der vorderen oder hinteren Kante der Kolben (la,2a,Ib,2b) Spalte (4l) so angeordnet sind, dass für eine längere Zeit ein größerer Verbindungsquerschnitt zwischen dem Verbrennungsraum und den Zündkerzen entsteht.

   12. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Gehäuseteilen (A,B) jeweils ein feststehendes Getrieberad (6) vorgesehen ist und dass die Kurbelwelle (4) zusätzlich zu dem für die

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   grundsätzlich· Funktion erforderlichen einen Getrieberad (5) an dem einen Ende auch am anderen Ende ein Getrieberad (5) aufweist.

   13. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schwungrad (3) zusätzlich zu der für die grundsätzliche Funktion erforderlichen einen Kurbelwelle (4) in entsprechender Winkellage bei gleichem Winkelabstand weitere Kurbelwellen von gleicher Ausführung wie die erste Kurbelwelle angeordnet sind und das auch diesen weiteren Kurbelwellen Gleitschuhe und eiisp rechende Gleit führung en an den beiden Scheiben (Oa, Pb) zugeordnet sind und dass die an den Enden der Kurbelwellen angeordneten Getrieberäder auf den Getrieberädern (6) der beiden Gehäuseteile (A,B) umlaufen, so dass die spezifische Belastung reduziert und der Massenausgleich verbessert werden.

   14. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Kolben geradzahlig ist und dass die Anzahl derselben so gross ist, dass der Lauf des Motors mit einer Turbine vergleichbar ist.

   15. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor 32 Kolben aufweist und dass in einem oder in beiden Gehäuseteilen (A₁B) in entsprechender Winkellage für jeweils 4 Kolben ein Satz von

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   Ausstoss-, Ansaug- und Spülöffnungen und von Zündkerzen beziehungsweise Gruppen von Zündkerzen für den Zündbereich vorgesehen sind·

   l6. Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung der an den Gehäueeteilen (A₁B) und der Kurbelwelle (4) angeordneten Getrieberäder (5,6) als Stirn-, Schräg- oder Winkelverzahnung ausgeführt ist.

   17o Motor nach einem der vorherigen Ansprüche*, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen ·■ dem an dein Gehäuseteil (A,B) angeordneten Getrieberad, (6) und dem an der Kurbelwelle (4) angeordneten Getrieberad (5) grosser ist als 2:1 und dass dann das erstgenannte Getrieberad (6) mit einer Innenverzahnung versehen ist, mit der das an der Kurbelwelle (4) angeordnete Getrieberad (5) in Eingriff steht, wobei dann die von den Kurbelwellen (4) beschriebene Kurve eine Hypocycloide ist, während sich die Kurbelwelle (4) oder die Kurbelwellen in umgekehrter Richtung drehen, wenn die Kurve eine Epicycloide ist·

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