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K A M M E R M O T O R - K A M M E R P U M P E
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Die Erfindung betrifft eine neuartige Ausführungsform eines Vorbrennungsmotors
bzw. einer Kammerpumpe.
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Die bekanntesten Ausführungsformen von Verbrennungsmotoren sind der
Kolbenmotor, der Wankel-Motor und der Orbitalmotor. Allen diesen Motoren gemeinsam
ist die Erzeugung einer Drehbewegung mit hilfe eines oder mehrerer Exzenter, bei
den üblichen Kolbemnotoren in Form der Kurbelwelle, beim Wankel-Motor in Form eines
oxzentrisch rotierenden "Drehkolbens" und beim Orbitalmotor in Form einer sich rein
translatorisch, exzontrisch bewegenden Scheibe ("Exzenterkolben").
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Die bisher bekannten Methoden zur Erzeugung einer Drehbewegung aus
der Volumenzunahme eines abgeschlossonen Volumens beim Expandieren eines eingeschlossenen
Arbeitseases bringen etliche Nachteilo mit sich. Die Nachtoile sind allgemein bekannt
Beim Kolbenmotor liegt der Hauptnachteil in der kompliziert gebauten Kurbelwelle,
sie erfordert ein aufwendiges Herstellungsverfahren mit dem entsprechend hohen Herstellungskosten.
Bei Defekten von Einzelteilen oder Teil stücken dor Kurbelwelle ist es meistens
notwendig, dieses komplizierte und teuro Bauteil insgesamt zu erneuern. Ebonso von
Nachteil ist die Hin- und Herbewegung einer Vielzahl von Einzelteilen (Kolbon, Pleuel,
Ventile, Stößel, etc.). Sie führt zu erhöhtem Verschleiß und zu verringerter Umwandlung
der aua dem Arbeitsgas freiwerdenden EnerGie in
Rotationsenergit.
Ein funktionsfähiger Kolbenmotor orfordert viele Einzelteile, der Aufwand an Material
und die Ilorstellungskoston sind daher sehr hoch.
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Aufwendig und dem entsprechond von wosentlichom Nachteil beim Wankel-Motor
ist dio Herstollung des komplizierten Verbrennungsraumes und der dichtenden Flächen
und Leisten. Die bei diesen Motoren bostehendon Dichtungsprobleme führen meistens
zu hohem Verschleiß und beschränkter Lebensdauer.
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Bedingt durch die Hin- und Herbewegung von Einzelteilen oder dio exzentrische
Bewegung des "Drehkolbens" bzw. des "Exzenterkolbens" treten beim Kolbonmotor, Wankel-Motor
und Orbitalmotor nachteilige Schwingungen und Rüttelbewegungen auf.
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Durch die Hin- und lierbewegung und/oder exzentrischen Bewegungen
größerer Massen werden bei den genannten Motoren die Umdrehungszahlen stark begrenzt.
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Wankol-Motor und Orbitalmotor erlauben von der Konstruktion des Motorraumes
nicht, Ausführungsformen mit beliebig hohen Verdichtungsverhältnissen herzustellen.
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Die angegebenen Mängel liegen auch bei Pumpen vor, die nach den gleichen
Konstruktionsprinzipien aufgebaut sind.
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Die aufgeführten-Nachteile und Mängel werden in dem erfindungsgemäßen
Motor bzw. der erfindungsgemäßen Pumpe vermieden. Zu diosem Zweck wird die Arbeitskammer
- beim Motor der Verbrennungsraum bzw. Expansionsraum, bei der Pumpe die Pumpenkammer
-erfindungsgemäß so ausgebildet, daß sie von einander "durchdringenden" Flächen
oder Teilflächen von wenigstens einer Fläche mit Rotationssymmetrie, wenigstens
einer um die Symmetrieachse drehbar angeordneten Fläche und wenigstens einer weiteren,
um eine zur Symmotrieachse geneigt liegende Achse drehbar angeordneten Fläche begronzt
wird, wobei einander sich "durchdringende" Flächen ontweder aufeinandergleiten oder
eine Fläche in Aussparungon
in der anderen Fläche zurückweicht0
Zu einem funktionsfähigen Motor oder Pumpe uiit einer derart ansgebildeten Arbeitskammor
sind nur wenige Einzelteile notwendig, dadurch ergeben sich wesentliche Vorteile
gegenüber den bisher üblichen Motoren, wie z. B. s Materialersparnis niedrige Herstellungskosten
geringe Wartungskosten.
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Weiterhin ergeben sich noch folgende Vorteile: große Laufruhe geringer
Verschleiß hohe Be$riebssicherhei$ hohe Lebensdauer kompakte Bauweise.
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Eine Anordnung mit e i n e r Arbeitskammer nach dem Erfindungsgedanken
läßt sich als Einkammer-Pumpe oder als Einkaniner-Metor verwenden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gorätes
werden mehrere Kammern von derselben rotatlonssymme tri schon Fläche umschlossen,
die im Verlauf der Drehbewegung die gleichen Oberflächenbereiche der rstationssymmetrischen
Fläche ausnutzen.
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Eine Ausführungsform mit sehr einfach herstollbarem Motor- bzw.
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Pumpenraum besitzt Arbeitskammern, die von folgenden Flächen bzw.
Körpern begrenzt werden: von den Flächen eines senkrechten.
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kreisförmigen Hohlzylinders, einer sich innerhalb des Zylinders um
die Zylinderachse drehenden, auf der Zylinderinnenfläche gleitenden Trennwand mit
ebenen Oberflächen, 2 auf den Stirnflächen der Trennwand angebrachten Kreisscheiben
und ebenen halbkreisförmigen Scheiben, die durch die rotierende Trennwand
mit
in Drehbewegung versetzt werden, wobei deren geradlinige Rinder auf den ebenen Flächen
der Trennwand gleiten und deron halbkreisförmige Ränder in einer geneigt zur Zylinderachse
in die Zylinderinnenwand eingearbeiteten Nut geführt werden.
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?Ur die technische Ausführung des erfindungsgema'ßen Motors oder Pumpe
ist es zweckmäßig wenn die geneigt zur Achse umlaufenden Scheiben aus 4 einzelnen
Halbscheiben gebildet werden.
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Eine vorteilhafte Variante der Ausführungsform mit 4 Ilaibscheiben
besitzt eine Kompensation der im Betrieb entstehenden Flichkräfte der halbscheiben.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführnngsform des erfindungsgemdßen
Motors oder der erfindungsgemäßen Pumpe werden die Arbeitskammern gebildet durch
den Raum zwischen einer konkaven Kugelfläche, 2 ebenen Oberflächen zweier Kreisscheiben
und der Zylinderfläche eines zylindrischen Zwischenstückes.
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Eine Variante der Ausführungsform mit kugelförmigem Motor bzw.
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Pumpenraum mit zusätzlichen Vorteilen ist gekennzeichnet durch starr
mit einer inneren Motorwand verbundene zylindrische Zwischenstücke.
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Bei der Ausfurrhngsform mit kugelförmigem Motorraum können die einzelnen
Halbschoiben zu einer einzigen mit einer Aussparung versehenen Kreisscheibe ausgebildet
werden.
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Die Ausführungsformen mit kugelförmigen Motorraum erlauben von der
Konstruktion der Arbeitskammer her, beliebige Verdichtungsverhältnisse Zu realisieren.
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FUr di. technische Anwendung des Gerätes ist es zweckmäßig, die rotierenden
Scheiben und Wellen in Kugellagern oder Walzenlagern zu führen. Eine Ausführungsform
besitzt ein auch für große Abmessungen vorteilhaftes, nachstellbares Walzenlager.
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Eino Ausführungsform mit einem sehr einfachen Kühl- und Schmiersystem
ist mit Kanälen und Hchlräumen in don rotieronrlon Scheiben und stellen ausgestattet,
dio so ausgebildet sind, daß Gase odor Flüssigkeiten auf Grund der im Betrieb auf
sie einwirkenden Flichkräfte durch die inneren Motor- odor Puinpenteile geleitet
werden.
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Es bringt für dio Arbeitsweise des erfindungsgeinäßen Motors zalllreiche
Vorteile mit sich, wenn die Einlaßöffnungen, die Auslaßöffnungen und die Vorrichtungen
zum Steuern der Ein- und Auslaßzeiten in rotierenden Kammerwänden angeordnet sind,
und das Arbeitsgas durch Kanäle in den rotierenden Winden zu den Kammern hin- bzw.
von don Kammern weggeleitet wird.
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Bei einer Ausführungsform mit üblichen Ventilen zur Steuerung der
Ein- und Auslaßvorgänge werden durch oinc Anordnung der Vcntile in einer rotierenden
Kammerwand nouo, für diese Ventile in üblichen Motoren nicht crziolbaro'Eigenscllaften
erreicht.
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Bevorzugte Ausführungsformen weisen eine besonders einfache Steuerung
der Ein- und Auslaßvorgänge mit Lochscheiben auf, die durch Nocken am Umfang dor
Scheiben und feststehende Nocken im Gehäuse bewegt werden.
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Bei einer vorteilhaften Steuerung der Ein- und Auslaßvorgänge wird
das unverbrauchte Arbeitsgas und das verbrauchte Gas durch ein und dieselbe Öffnung
in einer rotierenden Kammerwand geleitet, wobei die vorgegebene Drehbewegung ausgenutzt
wird, verbrauchtes und unverbrauchtes Arbeitsgas in räumlich getrennten Kanälen
zu bzw. wegzuführen.
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Bei einer anderen vorteilhaften Varianton der Steuerung mit Lochscheiben
werden zum Öffnen und Schließen der Ein- und Auslaßöffnungen aller Kammern insgesamt
nur 4, einander gleichgebaute Lochscheiben mit jeweils einer Ventilbohrung verwendet.
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Eine wirkungsvolle Füllung und Entleerung der Arboitskammorn wird
bei einer Ausführungsform mit spiralig gelcrunmltens in rotierenden Kammerwänden
angeordneten Ein- und Auslaßkanälen erroicht.
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Bei einer vorteilhaft weitergebildeten Ausführungsform mit spiralig
gekrümmten Ein- und Auslaßkanälen sind die Zeitpunkte dos Öffnens und Schließens
der Ein- und Auslaßöffnungen so gewählt, daß beide Öffnungen für kurze Zeit gleichzeitig
geöffnet sind.
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Für die technische Fertigung von Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei der das Gehäuse aus 2 einander völlig gleichen Hälften gebildet wird.
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Im folgenden werden Prinzip und Einzelheiten der Erfindung an Hand
von Skizzen näher erläutert.
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Die Figuren sind so numeriert, daß für ein und dieselbe Ausführungsform
jeweils die gleicho Figurcmluntnor verwendet wird, jedoch mit verschiedenen Unternumerierungen
für die einzelnen Teil zeichnungen. In den verschiedenen Ausführungsformen werden
einander entsprechonde Teile mit don gleichen Zeichen versehen.
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Unsichtbare Kanten oder für das Verständnis überflüssige Kanten sind
der Übersichtlichkeit der Zeichnung halber weggelassen.
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Die Elemente, die die Arbeitskammer bilden, sind folgendermaßen bezeichnet:
die Rotationsachse: O die Flächen mit Rotationssymmetrie: 1 die diese Flächen bildenden
Rotationskörper: 11 die um die Rotationsachse drehbar angeordnete-(n) Fläche(n):
2-,3 die diese Oberfläche bildenden Körper: 22,33 die zur Symmetrieachse geneigt
angeordnete(n) Flächen): 4 die diese Oberfläche bildenden Körper: 44
Es
zeigen: Fig. 1.1 - 1.11 eine vorteilhafte Ausführungsform, bei dor die Fläche mit
Rotationssymmetrie (1) durch einen senkrechten, kreisförmigen Innenzylinder gebildet
wird.
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Fig. 1,1 eine Explosionszeichnung mit don wesentlichsten, auseinandergerückt
dargestellten Motor- bzw.
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PumPeninnenteilen.
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Fig. 1.2 eine perspektivische Darstellung mit aufgesfhnittenem Zylinder
Fig. 1.3 eine Prinzipskizze des Schnittes, der durch die Drehachse (o3 und senkrecht
zur geneigten Fläche (4) verläuft, in dem Zeitpunkt des Bevegungsablaufes, in dem
die Trennwand (22) gerade senkrecht zur Zeichenebene steht.
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Fig. 1.4 einen Schnitt durch die Drehachse (0) senkrecht zur geneigten
Fläche (4), wobei gegenüber Fig. 1.3 die Trennwand (22) und die geneigten Flächen
(4) im Zylindergehäuse (11) um 900 weitergedreht worden sind.
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Fig. 1.5 den in Fig. 1.4 angedeuteten Schnitt AB durch die Drehachse
senkrecht zur Trennwand (22).
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Fig. 1.6 - 1.11 Konstruktionsei,nzelheiten dieser Ausführungsform.
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Fig. 2.1 - 2.7 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, bei der
die Fläche mit Rotationssy-;etrie (1) durch eine konkave Kugelfläche gebildet wird.
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Fig. 2.1 eine Explosionszeichnung der wesentlichen Einzeiteile.
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Fig. 2.2 eine perspektivische Darstollung dieser besonders bevorzugten
Ausführungsform mit aufgeschnittener Kugel.
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Fig. 2.3 Schnitt durch die Drehachse (O) senkrecht zur geneigten Fläche
(4), in dem Augenblick der flewiegung, in dem die Trennwand (22) senkrecht zur Zeichenebene
steht.
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Fig. 2.4 - 2.7 Konstruktionseinzelheiten dieser Ausführungsform.
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Fig. 3.1 und Fig. 3.2 vorteilhafte Varianten dor Ausführung 2.
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Die Wirkungsweiso des erfindungsgemäßen Gerätes wird anhand der Fig.
1.2 - 1.5. erläutert, zunächst in der Arbeitsweise als Pumpe.
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Das von der Fläche (i) des Innenzylinders, dor ebenen Oberfläche (2)
der um die Achse (o) des Zylinders drehbar angeordneten auf der Zylinderfläche gleitenden
Wand (22), der nach innen gerichteten Fläche (3) der Kreisscheibe (33) und der geneigt
zur Achse angeordneten Fläche (4) umschlossen. Volumen bildet eine Arbeitskammer.
Durch einen Antrieb von außen her wird die Wand (22) um die Achse (O) in Drehung
versetzt. Dabei werden die Halbscheiben (44) durch die Trennwand (22) mit in Drehbewegung
versetzt, ge führt in einer Nut (6), die in einer Zur Zylinderachse geneigt liegenden
Ebene in der Zylinderinnenwand eingearbeitet ist.
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Die Kanten (4') der Halbscheiben (44) gleiten dabei auf den ebenen
Oberflächen (2) der Trennwand (22). Während dieser Drehbewegung ändert sich die
Größe des umschlossenen Volumens der
Arbeitskammer periodisch.
Verfolgt man das in dorn Bewegungsaugenblick der Fig. 1.3 mit (7) bezeichnete Volumen,
so geht dessen Größe im Vorlauf einer halben Umdrchung der Trennwand (22) um die
Achse (o) unter kontinuierlicher Vergrößerung (7') über in das mit (8) bezeichnete
Volumen. Bei dor anschließenden halben Umdrehung verringert sich das Kammervolumen
wieder (7'') auf den ursprünglichen Wort (7). Volumen (7) ist das kleinste Kammervolumon,
Volumen (8) das größte im Verlauf der Drohung dor Trennwand auftretende Kammervolumen.
Im Zusammenwirken mit Öffnungen (12) in der Scheibe (33), die sich im Vorlauf einer
vollen Umdrehung in geeigneter Weise öffnon und schließen, wirkt oino Kallmlor als
Pumpe für Gase oder Flüssigkeiten.
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In der vorteilhafton Ausführungsform entsprechend den Fig. 1.1 -1.5
werden von ein und dorselbov Zylinderinnenfläche 4 Kammern (7), (8), (9), (10) umschlossen.
Bei jeder Kammor ändert sich das Volumon im Verlauf einer vollen Umdrehung nach
der gleichen Gesetzmäßigkeit, wobei je 2 Kammern zur gleichen Zeit oine Volumenzunahme
bzw. Volumenabnahme aufweisen. Der Betrag der Volumenzunahme ist dabei genau gleich
dem Betrag der Volumenabnahme der benachbarten Kammer. Die durch die Bewegung der
Trennwand bewirkten Volumenänderungen verlaufen so, daß sich die Summe der Volumina
der jeweils benachbarten Kammern nicht ändert.
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In dieser Ausfülirungsform kann das erfindungsgemäße Gerät als 4-Kammer-Pumpe,
oder bei geeigneter Hintereinanderschaltung der einzelnen Kammern als Mohrstufonpumpe
verwendet werden.
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In der Arbeitsweise als Motor dienen die Kammern als Expansionsräume.
DL:'. h in geeigneter Weise gesteuerte Öffnungen wird das Arbeitsmedium, beispiels
woise
ein Verbrennungsgas, angesaugt bzw. ausgestoßen. Dor Beginn dos Arbeitstaktes liegt
bei der Volumengröße (7). Die Volumenzunahme beim Expandieren des eingeschlossenen
Arboitsmediums führt zu einem kontinuierlichen Übergang dos Kammervolumens von dor
Größe (7) über (7') zu der Größe (8). Dabei werden durch das expandierende Medium
auf die Trennwand (22) Kräfte ausgeübt, die zu oinor Drehbewegung der Trennwand
um dio Achse (o) führen. Bei dor Ausführungsform mit 4 von dor Rotationsfläche umschlossenen
Kammern kann das erfindungsgemäße Gerät mit Vorteil als 4-Takt-Motor verwendet worden.
Die Volumenänderungen der Kammern verlaufen so, daß bei dor Arbeitsweise im 4-Takt-Verfahren
auf jede halbe Motorumdrehung ein Arbeitstakt ausgeführt werden kann. In dem Zeitpunkt
des Bewegungsablaufes, der der Fig. 1.3 zu Grunde liegt, führen die 4 Kammern (7)
bis (10) beispielsweise don Beginn der folgenden Takte aus: (7): Ansaugen, (8) Auspuffen,
(9) Zünden, (10) Komprimieren. Auf 2 volle Umdrehungen der Trennwand (22) entfallen
dann auf-die einzelnen Kammern die folgenden Takte: Kammer (7): Ansaugen. Komprimieren.
Zünden. Auspuffen Kammer (8): Auspuffen, Ansaugen, Komprimieren, Zünden Kammer (9):
Zünden, Auspuffen, Ansaugen, Komprimieron Kammer (10): Komprimieren, Zünden, Auspuffen,
Ansaugen Nach 2 Umdrehungen wiederholen sich die Arbeitsvorgänge. Die Zeitdauer
für einen einzelnen Takt ist gleich dar Zeit für eine halbc Umdrehung der Trennwand
(22) um die Achse (O).
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Die in diesem Motor ablaufenden Bewegungsvorgänge sind nahezu iine
Rotationsbewegungen: die Trennwand (22) führt eine reine Rotation um dio Achse (o)
aus und die von der Trennwand mitbewegten Halbscheibon (44) nahezu eine reine Rotationsbewegung
(s.u.) um eine zur Achse (o) geneigt liegende auf den flalbscheiben senkrecht stehende
Achse (13). Die Drehbewegung dieses Motors wird d i r e k t , d.h. o h n e Zwischenschaltung
irgendwelcher Wellen, Exzenter oder Zahnräder, durch den Druck des expandierenden
Gases in einer Kammer auf die drehbare Trennwand erzeugt. Der Motor ist
frei
von jeglicher Exzenterbewegung. Es treten daher keine tfittel-und Schwingbewegungen
auf. Damit wird die Zahl der Verschleiß Teile auf ein Minimum reduziert, dio Energieausnutzung
wird optimal.
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Bei der 4-Kaminerausführung führen die Kammern nach Jeder halben Umdrehung
der Trennwand nacheinander einen Expansionstakt aus, die dabei frei werdenden Kräfte
werden an ein und dieselbe drehbare Wand (22) abgegeben.
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Statt die Trennwand rotieren zu lassen, kann man selbstverständlich
die Trennwand auch festhalten und das aus der Rotationsfläche bestehende Motorgehäuse
rotieren lassen. An der Wirkungsweise des Motors ändert sich nichts.
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Die technischen Einzelheiten werden für das erfindungsgemäße Gorät
in der Arbeitsweise als Motor erläutertert. Dazu dient Fig. 1.6.
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Für ein Gerät in der Arbeitsweise als Pumpe gelten entsprechende tiberlegungen.
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Die Fig. 1.6 gibt den Zeitpunkt der Bewegung wioder, der auch der
Fig. 1.3 zugrunde liegt. Sie zeigt den Schnitt durch die Motorenachse, der senkrecht
auf der Trennwand (22) und senkrecht auf den geneigt zur Achse angeordneten Halbscheiben
(44) steht.
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Fur die technische Ausführung des Motors ist es von Vorteil, wenn
die beiden Halbscheiben der Fig. 1.3 aus insgesamt 4 Einzelscheiben (44) gebildet
werden. Die Kanten jeder dieser Halbscheiben sind zu Schneiden (14) ausgebildet
mit einem Schneidenwinkel (15), der etwas kleiner ist als der Zwischenwinkel ( zwischen
Zylinderachse und Nut. Die Dichtung der Haibscheiben gegen die Trennwand (22) wird
durch einen geeignet gewählten Anpressdruck der Schneiden (14) gegen die Wand (22)
erreicht. Die Schrägung der Schneiden ist auf der der Ka-aer abgewandten Seite der
Halbscheiben angebracht, dadurch wird eine einfache Dichtung
der
dor Kanimer zugewandten ebenen Flächen der Ilalbscheiben gegen die Zylinderwand
erreicht (s. u.
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Für die technische Ausführung ist ein Neigungswinkel (16) der FüIirungsnut(en)
in der Innenwand des Zylinders gegen die Rotationsachse in der Größe von 600 - 450
zweckmäßig. Die Größe des Neigungswinkels bestimmt das Drehmomentvorhalten des Motors,
und zusammen mit dem Radius des Zylinders und der Höhe der Trcnnwand das Kammervolumen.
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Das Verdichtungsverhältnis wird festgelegt durch die Dicke (222) der
Trennwand (22), mit zunehmender Dicke wird es größer; das Verdichtungsverhältnis
ist unabhängig von der Neigung der Nut (6) gegen die Achse (o). Zusätzlich kann
das Verdichtungsverhältnis erhöht werden, indem man den Zwischenraum der Fig. 1.3
zwischen Trennwand (22), schrägliegenden Halbscheiben (44) und Deckscheibe (33)
ausfüllt. Das kann beispielsweise erreicht werden nach Art der Fig. 1.6. Hier ist
bei den beiden oberen Kammern der Raum zwiscen Trennwand (22) und Deckscheibe (33)
ausgefüllt durch die Abschnitte (17) und (17') eines Ereiskegels der seine Grundfläche
auf dr Deckscheibe und seine Spitze in (18) hat. Statt dessen können, wie für die
beiden unteren Kammern skizziert, auch auf den schrägliegenden Scheiben (44) Abschnitte
(19) und (19') eines Kreiskegels mit der Spitze in (20) angebracht werden.
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Um einen von der Umdrehungszahl unabhängigen Anpressdruck der Halbscheiben
(44) gegen die Trennwand zu gewährleisten, werden die Halbscheiben mit Gegengewichten
versehen. Diese Gegengewichte können, wie in Fig. 1.7 skizziert, angebracht sein.
Die Fig. 1.7 zeigt 2 einander gegenüberliegende Halbscheiben mit den fost verbundenen
Gegengewichten (21) jeweils im Grundriß und Querschnitt.
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Im Motor greifen diese Scheiben mit ihren Gegengewichten ineinander
und
umschließen die Trennwand (22).(von der in dieser Fig. der Querschnitt senkrecht
zur Achse (o) wiedergegeben ist).
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Der Ausgleich der Fliehkräfte kann auch durch eine Vorrichtung erreicht
werden, wie sie in Fig. 1.8 schematisch angedeutet ist. Die Figur zeigt einen Ausschnitt
aus der Motorenmitte mit der Trennwand (22) und den geneigt angeordneten Halbscheiben
(44).
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Zwischen je 2 auf der gleichen Seite der Trennwand liegenden Haibscheiben
ist Je ein Zahnrad (23) angebracht, das in entsprechende Zahnungen in den Halbscheiben
greift. Durch eine Öffnung (24) in der Trennwand hindurch führt von jedem Zahnrad
eine um die Achse des Zahnrades drohbare Verbindung zu Je einem Ausgleichsgewicht
(25) auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der Trennwand. Über diese Verbindung
zwischen Zahnradachse und Fliehgewicht werden die beim Rotieren der Trennwand in
entgegengesetzten Richtungen auftretendeA Fliehkräfte von Ausgleichsgewicht (25)
und Scheiben (44) aufgehoben. Die Öffnung in der Trennwand (24) liegt in einem Bereich
der Trennwand, der im Vorlauf der Bewegung von den Kanten (4') der Halbscheiben
44 zu keinem Zeitpunkt überstrichen wird. Bei kompensierter Fliehkraft läßt sich
der Anpressdruck der Iialbscheiben gegen die Trennwand beispielsweise durch geeignet
dimensionierte Federn (26) zwischen je 2 Halbscheiben, wie in Fig. 1 .7 angedeutet,
festlegen. Durch entsprechende Wahl der Größte der Masse des Ausgleichgewichtes
oder des Abstandes zwischen Ausgleichseewicht und Halb scheiben kann man auch erreichen,
daß der Anpressdruck sich mit der Drehzahl ändert. Beispielsweise bei einer Nasse
des Fliehgewichtes, die etwas geringer ist als die Masse der Halbsoheibe nimmt der
Anpressdruck mit steigender Drehzahl ab.
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Zur Verminderung der Reibung ist vorgesehen, die in der Nut umlaufenden
Scheiben(44)durch Kugellager zu ihren. Fig. 1.6 zeigt eine mögliche Ausführungsform.
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Im Verlauf der Drehbewegung der Trennwand (22) um die Achse (o) rühren
die auf der Trennwand gleitenden, schrägliegenden Halbscheiben
eine
Drehung um ihre Drehachsen (13) bzw. (13') aus, überlagert von einer minimalen Hin-
und Herbewegung auf ihre Achsen (13) bzw. (13') zu und von den Achsen weg. (Die
Richtung dieser Translationsbewegung ist gegeben durch die Schnittlinie, die sich
beim Schnitt der Oberfläche (4) der schrägliegenden Scheibe (44) mit der Ebene durch
die Drehachse (o) und senkrecht zur Trennwand (22) ergibt). Die Hin- und llerbewegung
hat ihre Ursache in dem sich im Verlauf der Drehbewegung periodisch ändernden Abstand
der Halbscheiben von ihren Drehachsen (13) bzw. (13') In den Schnitten der Fig.
1.3 und 1.5, die sich durch eine 900-Umdrehung der Trennwand relativ zum Zylinder
unterscheiden, sind die unterschiedlichen Abstände (27) und (2S) zu orkernten. Dio
Maximalamplitude dieser periodischen Hin- und Herbewegung ist gleich der Differenz
der Abstände (27) und (28) und ist in praktischen Ausführungen von Motor oder Pumpe
sehr klein. Das Kugellager kann daher so ausgebildet sein, daß die Drehbewegung
der Scheiben (44) durch die Kugellager (29) bzw. (29') (Fig. 0.6) aufgenommen wird
und die minimale Hin- und Herbewegung durch geringfügiges Gleiten der Scheiben (44)
über die Kugellagerfassung (30) in radialer Richtung (der Kugellager) hinweg ausgeglichen
wird (wie durch den Spielraum (31) in Fig. 1.6 angedeutet).
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Der Abgriff der vom Motor erzeugten Drehbewegung erfolgt über eine
Welle (32) die um die Achse (0) der Trennwand (22) ausgebildet ist. Diese Welle
wird zur Verminderung der Reibung durch Kugel- oder Walzenlager geführt. Fig. 1.6
zeigt eine Ausführungsmöglichkeit mit nachstellbaren Lagern (34), wie durch dio
Mutter (35) angedeutet ist.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Welle hohl ausgebildet ist und der Innenraum
der Hohlwelle (36) über die in Fig. 1.6 eingezeichnete Öffnung (24) in der Trennwand
(22) mit dem Zwischenraum (37) zwischen den geneigten Halbscheiben in Verbindung
steht, Dieser Hohlraum, gebildet aus Hohlwolle und Zwischenraum zwischen den geneigten
Scheiben, läßt sich zu einer Fliehkraftpumpe für Gase ausbilden; die durchströmenden
Gase können mit Vorteil zur
Kühlung der Motorinnonteilo verwandt
werden. Dazu wird der Mantel des Zylinders mit Bohrungen versehen (38), und im Zwischenraum
zwischen don Halbscheiben werden auf den Iralbscheiben Stege nngebracht (39), dio
in radiale Richtung weisen. Bei rotierender Trennwand wird über don Hohlraum in
der Wolle Gas, vorzugsweise Luft, angesaugt und auf Grund der Zentrifugalkraft,
die es im Zwischenraum zwischen den Halbscheiben erfolgt, durch die Bohrungen im
Zylindermantel wieder in den Außenraum ausgestoßen. Bei geeignotor Ausbildung der
Hohlräume in der Welle, in der Trennwand und im Zwischenraum zwischen den geneigten
Halbscheiben, können alle Innenteile auf diese Weise durch Luft gekühlt werden.
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Nach gleichem Prinzip kann zusätzlich zur Luft oder anstelle der Luft
auch Öl zur Schmierung der inneren Motorteile durch gecignet ausgebildete Kanäle
und Hohlräume geleitet werten.
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Die Dichtung der Arbeitskammer erfolgt durch federnde Dichtungsringe
und Diclitungsleiston. Die Dichtungen zur Abdichtung der geneigt zur Zylinderachse
umlaufenden Halbscheiben (44) gegen die Zylinderwand (11) sind in der Führungsnut
(6) der Halbscheiben untergebracht. In dor Fig. 1.6.ist der querschnitt dieser Dichtungen
(40) schwarz eingezeichnet, der Verlauf in dem unterhalb der Zeichenebene liegenden
Teil des Zylinders ist gestrichelt angedeutet. Jede dieser Dichtungen liegt in einer
eigenen Paßnut und wird durch federnde Elemente, z.B. ein gewellter Ring zwischen
Dichtung (40) und Nutboden (41) gegen die ebenen Oberflächen (4) der geneigt umlaufenden
Scheiben (44) gedrückt.
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Zur Abdichtung der auf der Innenfläche des Zylinders gleitenden, konvex
zylindrischen Oberfläche der Trennwand - (2') in Fig. 1.1 -sind Dichtungsleisten
vorgesehen, die in dem in Fig. 1.6 gezeigten lIotorquerschnitt gestrichelt (42)
angedeutet sind. Diese Dichtungsleisten werden ebenfalls durch federnde Elemente
zwischen Dichtungsleiste und Nutboden gegen die Zylinderwand (1) gedrückt.
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Die Länge dieser Dichtungsleisten wird begrenzt durch Dichtung ringe
(43), die die Deckscheiben gegen die Zylinderwand abdichten. Diese Dichtungsringe
sind, wie die üblichen Kolbenringe des Kolbenmotors federnd ausgebildet. Um eine
gleichmäßige, möglichst geringe Abnutzung in dem von diesen Ringen Uberstrichenen
Bereich zu erzielen, ist es vorteilhaft, die Ringe jeweils in einer Nut unterzubringen,
die in einer zur achsensonlcrachten Ebene leicht geneigt liegenden Ebene liegt;
Fig. 1.6 zeigt diese Anordnung der Ringe (1s3') bei der unteren Deckscheibe.
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Die Zuführung und Wegleitung des Arbeitsgases zu bzw. von don Arboitskammern
des Motors kann durch übliche, geeignet an7-brachte Ventile gesteuert werden. Die
Verwendung üblicher Ventile im erfindungsgeinäßen Motor bringt neue Vorteile für
diese Art der Steuerung mit sich, die diese Ventile bei Verwendung in den bekannten
Motoren nicht aufweisen. Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der üblichen
Ventile im erfindungsgemäßen Motor ist für die weiter unton folgende Ausführungsfor:n
2.1 - 2.7 aufgezeigt.
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Zu einer anderen vorteilhaften Steuerung der Einlaß- und Auslaßvorgänge
kommt man durch Anwendung von Schiebern odor Lochscheiben. Bei dieser Steuerung
des Ansaug- und Auslaßvorgangä sind zahlreiche Ausführungsformen möglich. Naheliegend
ist eine Ausführungsform, bei der die Schieber so ausgebildet sind, daß Jode Ein-
und Auslaßöffnung einer Kammer durch einen eigenen Schieber geöffnet oder geschlossen
wird. Vorteilhafter ist jedoch die Ausführungsform nach Fig. 1.9 - 1.11.
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Kennzeichen dieser Ausführungsform ist daß das Ansaugen und Ausstoßen
des Arbeitsgases durch ein und dieselbe Öffnung in einer rotierenden Kammerwand
erfolgen. Die getrennte Zuführung und Wegleitung von unverbrauchtem und verbrauchtem
Arbeitsgas
zu bzw. von der Öffnung in der Kammerwand wird durch
Ausnutzen der vorgegebenen Drehbewegung erreicht.
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Die Fig. 1.9 gibt den Schnitt CD dor Fig. 1.6 wieder, Fig. 1.11 ist
der Schnitt EF der Fig. 1.6 durch die Motoroberseito.
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Die 2-fach ausschraffierten Kreise (45) stellen die Öffnungen (45)
dor Fig. 1.6 durch dio Kammerwand zu den darunterliegendenKammern dar. Durch jede
dieser Öffnungen wird das Arbeitsgas angesaugt und nach der Verbrennung (durch dieselbe
Öffnung) wieder ausgestoßen. Die Öffnung und Verschlußzeiten einer Einlaß-/ Auslaßöffnung
werden durch dio Ventilscheiben (46) nach Fig. 1.10 gosteuert. Diese Ventilscheiben
sind in Aussparungen (47) der Deckscheibe (33) untergebracht und um die Achsen (48)
drehbar gelagert (Fig. 1.6 bzw.1.9). Die Ventilscheiben sind mit Öffnungen (49)
versehen, die sich beim prehon der Scheiben um ihre eigenen Achsen, (48) ganz oder
teilweise mit don Öffnungen (45) in der Deckscheibe decken. In "Arbeitsstellung"sind
die Ventil scheiben relativ zu den Aussparungen in den Deckscheiben, in denen sie
untergebracht sind, in Ruhe; sie drehen sich dann gemeinsam mit den Deckscheiben
um die Motorachse. Joweils beim Übergang von einem Motortakt zu einem neuen Takt
werden die Ventilscheiben innerhalb einer kleinen Zeitspanne um einen Gewissen Winkel
um ihre eigenen Achsen weitergedreht. Die Drehung dor Scheiben wird durch Nocken
(50) erreicht, die auf dem Scheibenutiifang verteilt angeordnet sind (der Anschaulichkeit
wegen sind sio in der Zeichnung übertrieben in Form eines Sägezahns gezeichnet.
Bei der technischen Ausführung wird man Nocken mit genügend "Weichem" Eingriff wählen).
Beim Rotieren von Trennwand und Deckscheiben zusammen mit den Ventilscheiben um
die Motorachse (o) greifen dio Nocken der Ventilsch@iben in entsprechende in den
Zylindermantel eingearbeitete Nocken (51) und drehen die Ventilscheiben um einen
gewissen Winkel um ihre Achsen (4s) ) weiter. Dadurch wird, je nachdem welcher Takt
gerade auszuführen ist, die Einlaß-/ Auslaßöffnung in der Decksoheibe geöffnet oder
geschlossen. zur stelle der Nocken können die Ventilscheiben auch mit spiralig angeordneten
Schlitzen versehen sein, in die - nach Art des Sa1-teser Kreuzes - ein im Gehäuse
feststehender Stift greift. In
der skizzierten Ausführungsform
besitzt Jede Ventil scheibe 2 um 1800 versetzte Öffnungen und 4 um 900 auseinanderliegonde
Nocken.
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Auf dom Umfang des Zylindermantols ist eine Nocke angebracht.
-
Die Eingriffszeit der Nocken von Ventilscheibo und Zylindermantel
ist so gewählt, daß die Ventilacheiben Jeweils um 900 wietorgodreht werden. Auf
Grund der gewählten Nockenverteilung wird daher jede Ventilscheibe nach jeweils
einer vollen Motorumdrehung um 90° weitergedreht. Jede Ventilscheibe bleibt also
für die Dauer von 2 Tasten relativ zur (bewegton) Kammerwand in der gleichen Stellung;
währond des Auspuff- u n d Ansaugtaktes deckt sich daher die Öffnung in der Ventil
scheibe mit der Öffnung in der Kammerwand und ermöglicht Ausstoßen und Ansaugen
des Arbeitsgases, wanrond dor beiden nachfolgenden Takte, Komprimieren und Expandieren,
wird dio Öffnung in der Kammerwand durch einen nicht durchbrochenen Quadranten in
der Ventilscheibe verschlossen.
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Nach 2 vollen Umdrehungen des Motors, währenddessen eine Kammer alle
4 Takte ausgeführt hat, vollführt jede Ventilscheibe eine halbe Umdrehung um ihre
eigene Achse. Zum Abdichten der Kammer gegen die Ventilscheiben ist in den Dockscheiben
um die Einlaß-/ Auslaßöffnungen herum Je ein Dichtungsring vorgesehen, der gegen
die Ventilscheiben drückt.
-
Bei dieser Ausführungsform wird das Arbeitsgas durch Aussparungen
(52, 52') in der ruhenden Motorwand zugeführt und weggeleitet.
-
Die Fig. 1.11 zeigt diese Aussparungen, die in Fig. 1.6 nur schematisch
angedeutet (52) waron. Durch diese Öffnungen hindurch wird das Arbeitsgas zu den
Binlaß-/ Auslaßöffnungen (45) in der darunterliegenden, rotierenden Deckscheibe
geleitet. Das Ansaugen des Arbeitsgases erfolgt bei dieser Ausführungsform bei rotierendem
Motor für b e i d e oberen (oder unteren) Kammern stets innerhalb desselben Bereichs
des Zylindermantels, in Fig. 1.11 für beide Kammern beispielsweise stets innerhalb
des Bereichs der Aussparung (52). Während sich eine Einlaß-/ Auslaßöffnung (45)
in der Deckscheibe mit der Aussparung (52) in der
Motorwand deckt,
kann daher angesaugt werden. Ebenso erfolgt das Ausstoßen des verbrauchten Arbeitsgases
für boido Kammern stets innerhalb der' anderen Zylinderhälfte, in der Fig. 1.11
also stets innerhalb des Bereichs der Aussparung (52'); während der Zeit, in der
sich die Einlaß-/ Auslaßöffnung (45) mit der Aussparung (52') deckt, kann daher
dor Auspufftint stattfinden. Währond der Ubergangsphase zwischen Auspufftakt und
Ansaugtakt verschwindet dio Öffnung (45) in der Deckscheibo hintor den nicht durchbrochenen
Teilen der Motoraußenwand. Durch eino auf die Außenwand aufgesetzte Trennwand, die
im Querschnitt schematisch wiedergegeben ist (53), kann daher das anzusaugonde Arbeitsgas
von dom ausgestoßenen räumlich getrennt durch entsprechende Kanäle von der einen
Motorseite her zugeführt, bzw. auf der anderen weggeführt werden.
-
Den gleichen Steuervorgang wie mit dor angegebenen Ausführung der
Ventil scheiben kann man auch mit Ventilscheiben durchführen, die in 2 benachbarten
Quadranten Je eine Bohrung aufweisen, die beim Drehen der Ventilschoibon um ihre
Achsen mit der Öffnung in der Kammerwand zur Deckung kommen. Diese Ausführung der
Ventilscheiben ist ebenfalls mit gleichmäßig auf dem Umfang der Scheiben verteilten
Nocken versehen, in der Zylinderwand dagegen sind 2 Nocken in einem Winkelabstand
von 1800 untergebracht. Die schrittweise Drehung der Ventil scheiben erfolgt daher
im Unterschied zur vorangegangene:r Ausführungsform nach Jeder halben Umdrehung
dos Motors; der Drehwinkel während der EingriffszeNt der Nocken beträgt 90°.
-
Die Zahl, Verteilung und Eingriff^seit der Nocken auf den Ventilscheiben
und im Motorengehäuse läßt sich variieren, Je nach den speziellen Anforderungen
kann man daher kleinere Schnittweiten als 900 nach Jeder vollen Motorumdrehung bzw.
900 nach Jeder
halben Motoramdrshungwuie in den beiden genannten
Ausführungsformen,erzielen und andere Anordnungen der Bohrungen1 als 2 Bohrungen
in 2 einander gegenüberliegenden Quadranten bzw. 2 Bohrungen in 2 benachbarten Quadranten
in den Ventilscheiben,vorsehen. Bei gleicher Größe der Vontilscheiben führt eine
Drehung um einen kleinen Winkel allerdings auch zu einem kleineren zur VerfUgung
stehenden Platz für die einzelne Ventilbohrung in der Ventil scheibe und daher mitunter
zu einem kleineren Bohrungsdurchmesser. Je nach den speziellen Anforderungen wird
man daher eine Ventilscheibe mit kleinerer Schnittweite und daher kleinerer auszuführender
Drehung oder aber mit größerer Schnittweite und daher größerem Bohrungsdurchmesser
als vorteilhaft werten.
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Die angegebene Ausführungsform der Ventilscheiben nach Fig. 1.9 -1.10
bringt den Vorteil, daß das Ausstoßen und Ansaugen des Arbeitsgasos bei einer Kammer
durch e i n e Öffnung in der Kammerwand und durch e i n e Öffnung in der Ventil
scheibe hindurch erfolgt. Dadurch wird der Aufbau des Motors vereinfacht. Dio Ventilscheiben
selbst werden thermisch wesentlich weniger belastet als übliche Auslaßventile, da
nach Jedem Auslaßvorgang die Ventilscheibe durch den anschließenden Ansaugvorgang
gekühlt wird.
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Eine Ermüdung des Materials durch Uberhitzung wird dadurch vermieden.
Bei geeigneter Zuordnung von Nocken und Öffnungen der Ventilscheiben zueinander
können bei dieser Ausführungsform die Ansaug- und Auslaßvorgänge aller 4 Kammern
mit gleichgebauten Scheiben gesteuert werden. Die Anordnung der Nocken ist so gewählt,
daß das Weiterdrehen der Ventil scheiben Jeweils nur am Anfang eines Taktes erfolgt.
In der Zeit, währenddessen der Takt abläuft, stehen die Scheiben relativ zu den
Aussparungen, in denen sie gleiten, still. Durch d.n Druck des Arbeitsgases durch
die Einlaß-/ Auslaßöffnungen hindurch auf die Ventil scheiben wird da,-her während
des Ablaufs des Kompressionstaktes und Expansionstaktes
keine
erhöhte Reibung der Scheiben auf ihren Gleitflächen erzeuet.
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Zum Zünden des Gases werden bei Verwendung eines Verbrennungsgases
4 herkömmliche Zündkerzen verwandt. Die Zündkerzen worden in dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Motors am zweckmäßigsten durch Öffnungen (54, Fig. 1.11) in
der oberen und unteren Außenwand hindurch in die Trennwand eingeschraubt (54',Fig.1.9)
Durch eine Aussparung (51C") in der Trennwand hat der Zündfunke Verbindung mit der
Arbeitskammer. Da die Zündkerzen im Betrieb des Motors um die Motorachse mitrotieren,
erfolgt die Zuführun der Hochspannung zur Zündkerze entweder über geeignet angebrachte
Schleifkontakte oder durch tberspringen eines Funkens zur Zündkerze über eine geeignet
angebrachte Funkenstrecke.
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Eine bevorzugte, besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Motors bzw. der erfindungsgemäßen Pumpe ist in den Fig. 2.1 - 3.2 wiedergegeben.
In dieser Ausführungsform wird die Fläche (1) mit Rotationssymmetrie - in der vorherigen
Ausführungaform ein Rotationszylinder - durch eine Kugelfläche ausgebildet. Fig.
2.1 zeigt die Explosionszeichnung mit den wesentlichen Motor- bzw. Pumpeninnenteilen,
Fig. 2.2 eine Prinzipskizze in perspektivischer Darstellung mit aufgeschnittenem
Kugelgehäuse und Fig. 2.3 eine Prinzipskizze von einem Schnitt durch die Motorenachse.
-
Die in der vorangehenden Ausführungsform beschriebenen Halbscheiben
können in der angegebenen Form bei jeder Rotationsfläche angewandt werden. Die Ausbildung
des Motorraums als Kugelfläche
ermöglicht eino sehr vorteilhafte
Weiterbildung-der Halbscheiben.
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Bei dieser Ausführungsform sind entsprechend Fig. 2.1 die von der
rotierenden Trennwand (22) mit in Drehbewegung versetzten lIalbseheiben (44) so
ausgebil(Ret, daß sie nicht unmittelbar auf den ebenen Oberflächen (2) der Trennwand
(22) gleiten, sondern auf Zylinderflächen (5) zweier zylindrischer Zwischenstücke
(55).
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Die beidon Zwischenstücke sind einander gleich, sio haben die Form
von Zylinderabschnitten, die durch eine Ebene parallel zur Zylinderachse vom Zylinder
abgetrennt wurden. Die Zwischenstücke gleich ten mit den obenen Flächen (5') ihrerseits
auf den ebonen Oberflächen (2) der Trennwand. Durch oinon Bolzen (56) werden beide
Zwischenstücke um dio Mitte der Trennwand drehbar geführt. Die Dicke (57) der Zwischenstücke
ist, wie Fig. 2.3 zeigt, so bemessen, daß die beiden zylindrischen Oberflächen Teile
der Oberfläche e i n o s Zylinders bilden, dessen Achse (58) in der Mitte der Trennwand
liegt und die Notorachse (0) sclmoidet. Die wosentlichten Vorteile dieser Konstruktion
sind folgende: Die mitlaufenden Halb scheiben führen außor der Rotation um ihre
eigene Achse (13) keine zusätzlichen periodischen Translatitionsbewegungen in radialer
Richtung mehr aus. Man kann daher, wie in Fig. 2.1 angedeutet, die 4 geneigt umlaufenden
Halbscheiben (44) der vorhergehenden Ausführungsform 1.1 - 1.11 durch je eine Halbscheibe
(44') auf jeder Seite der Trennwand (22) ersetzen.
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Weiterhin können diese beiden Halbscheiben durch starre Vorbindungen,
die um die Trennwand herumgreifen, fest miteinander verbunden werden, bzw. beide
Halb scheiben zu einer einzigen in der Nut umlaufenden Scheibe ("Umlaufscheib")
(66) mit einem entsprechenden Durchbruch (59) für die Trennwand ausgebildet werden.
-
Dadurch werden die Ausgleichsgewichte zum Ausgleich der Fliehkräfte
überflüssig. Ein weiterer Vorteil ist der, daß diese Umlaufscheibe in einem Kugel
oder Walzenlager f e s t gefaßt werden
kann. Dadurch wird der Motoraufbau
noch weiter vereinfacht.
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Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform 2.1 - 3.2 ist dieselbe wie
in der vorherigen Ausführungsform 1.1 - 1.11, die technischen Einzelheiten unterscheiden
sich Jedoch zum Teil. Die weseitlichen Unterschiede sind im folgenden anhand der
Fig. 2.3 dargelegt.
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Der Schnitt der Fig. 2.3 durch die Motorenachse (O) ist so gelegt,
daß die bezüglich zur Achse um den Winkel (16) geneigt angeordnote Uinlaufscheilze
(66) senkrecht auf der Zeichenebene steht, und der Zeitpunkt des Bewegungsablaufes
ist so gewah'lt, daß auch die Trennwand (22) senkrecht auf der Zeichenebene steht.
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Der Neigungswinkel zwischen Achse und Nut zur Führung der Umlaufscheibe
kann bei dieser Ausführungsform Weite kleiner als 45° annehmen; mit abnehmendem
Winkel wird das Drehmoment des Notors größer.
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Das Verdichtungsverhältnis wird durch die Dicke der Trennwand (22),
der Scheibe (66) in der Führungsnut und durch den Neigungswinkel (16) festgelegt.
Wie bei dem in Abschnitt 1 beschriebenen Motor kann das Verdichtungsverhältnis zusätzlich
durch Ausfüllen des Raumes zwischen Trennwand (22), Umlaufscheibe (66) und Kugelfläche
(i) beeinflußt werden. Dieser Raum kann, falls erforderlich, völlig ausgefüllt werden,
bis zum Wert Null des verbleibenden Kammervolumens (für das im Verlauf der Drehbewegung
auftretende kleinste Kammervolumen). Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Motors sind daher beliebige Werte des Yerdichtungsverhältnisses realisierbar.
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Der Abgriff der Drehbewegung erfolgt in der Ausführungsform 2
wieder
über eine Welle, die um die Achse (o) ausgebildet ist und im Motorgohäuse durch
Kugellager odor durch nachstellbare Walzenlager (35) geführt ist.
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Zur Dichtung der Arbeitskammer werden federnde Dichtungsleisten und
Kreisringe verwandt. In der Fig. 2.3 sind von diesen Dichtungselementen die Querschnitte
zu sehen. Dic geneigt zur Motorachse rotierende Umlaufsclieibe wird durch 2 Ringe
(6o) gedichtet, die in einer Pafinut im Ifugellnantel liegen und gegen dio ebenen
Oberflachen der Umlaufscheibe drücken. Auf Grund der vorteilhaften Kugelgestalt
dos Elotorraums sind diese Dichtungen kreisförmig. Dio auf der inneren Kugelfläche
(1) des Gehäuses (11) gleitende Oberfläche (2') der Trennwand (22) ist konvex kugelförmig
ausgebildet. Zur Abdichtung dieser aufeinander gleitenden Oberflächen gegeneinander
enthält die Trennwand (22) 2 Paßnuten zur Aufnahme der Dichtungsringe (61), die
federnd Legen die lnnenkugelfläche drücken. Die geneigt zur Achse rotierende Umlaufscheibe
ist zur Abdichtung gegen die zylindrischen Zwischenstücke mit geraden Dichtungsleisten
(62) versehen, die federnd, beispielsweise mit Ililfe gewellter Federleisten zwischen
Dichtungsleiste und Nutboden, gegen die zylindrische Oberfläche dos Zwischenstückes
gepreßt werden. Mit gleichen Dichtungsleisten (63) sind auch die zylindrischen Zwischenstücke
zur Abdichtung gegen die ebenen Oberflächen (2) dor Trennwand (22) versehen. Die
Stirnflächen dieser zylindrischen Zwischenstücke sind, da'sie auf der Innenkugolfläche
gleiten, konvex kugelförmig ausgebildet. Zur Abdichtung gegen die Kugelflächo des
Gehäuses sind in diesen konvex kugelförmigen Stirnflächen kreisförmige Paßnuten
angebracht; in der Fig. 2.3 ist die Lage dieser Nut (64) gestrichelt angedeutet.
Diese Nuten nehmen Dichtungen in Form eines Kreisbogens auf, die federnd gegen dio
Innenkugelfläche des Gehäuses drücken.
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Alle gegeneinander abzudichtonden Oberflächen in dieser Ausführungsform
haben
folgende gemeinsame Merkmale: Die sich gegeneinander bewegenden Körper gleiten mit
ausgedehnten Flächen aufeinander, d.h. die jeweils an der Dichtung beteiligten Flächen
weison dieselbe Krümmung dor Oberflächen auf. Es gleiten also obono Flächen auf
ebenen Flächen, konvex zylindrische Flächen in konkav zylindrischen Flächen und
konvex kugelförmige Flächen in konkav kugelförmigen Flächen. Die Krümmung der jeweils
gegen einander abzudichtenden Flächen ist in dem gesamten, während des Bewegungsablaufs
erfaßten Bereich der Flächen stots die gleiche.
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Auf Grund dieser Voraussetzungen kann die Dichtung der Kammern durch
einfache Dichtungselemente - Dichtungsringe oder Dichtungsleisten - ausgeführt werden,
die in Nuten liegen, welche in einer der an der Dichtung beteiligten Flächen eingearbeitot
sind. Die Dichtungselemente drücken mit ihror dichtenden Oberfläche stets senkrecht
(oder in stets gleicher Richtung) auf die jeweils gegenüberliegende, an der Dichtung
beteiligte Oberfläche. Boi dieser Art dor Dichtung sind hohe ICompressionen möglich.
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Beim Wankelmotor und Orbitalmotor sind diese Voraussetzungen nicht
orfüllt; bei diesen Motoren müssen Körper gegeneinander gedichtet worden, die nicht
mit ausgodehnten Flächen aufeinander gleiten, sondern nur, entlang schmaler Flächenstreifen
sich bcrührend, aufeinander gleiten. Die dadurch entstehenden Dichtungsprobleme
treten bei dem erfindungsgemäßen Motor nicht auf.
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Die zur Motorenachse geneigt rotierende Umlaufscheibe, die in dieser
besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors nur eine r
e i n e Drehbewegung um ihre Achse (13) ausführt, wird zur Verminderung der Reibung
durch Rollen oder Walzen goführt. In Fig. 2.3 ist eine Ausführungsmöglichkeit wiedergogeben:
auf den Umfang des Motorgehäuses (11) gleiciirnäßig verteilt sind Bolzen (65) im
Motorgehäuse angebracht. Um diese Bolzen drehbar laufen Walzen mit kegelförmiger
Lauffläche (67).
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Uber Lauffläciien (68) auf der Ober- und Unterseite dor Umlnufscheibe
wird die Umlaufscheibe geführt. Um diese Führung sowohl in radialor Richtung um
dio Achse der Scheibe, als auch in dazu senkrechter Richtung zu gewährleisten, sind
die Laufflächen auf der Umlaufscheibe ebenfalls als K@gelmantelflächen ausgebildet.
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Die Walzen sind, wie durch die Mutter angedeutet, in ihrem Spiel oinstcllbar.
Statt um dio Bolzen gleitend können sie auch in Kugellagern um die Bolzen geführt
werden.
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Eine vorteilhafte Variante der Fjjiirung der Umlaufscheibe mit Walzen
erhält man, wenn man den Teil des Motorgehäuses, der die Bolzen trägt, zu einem
vom Gehäuse losgelösten Ring (G9) ausbildet, und außerdom im Motorgehäuse eine Lauffläche
(68') für die Walzen rings um das Motorgehäuse herum ausbildet. Diese Anordnung
aus Ring und einzeln nachstellbaren Walzen bildet mit den Laufflächen auf der Umlaufscheibe
und in der Motorwandung ein Walzenlager hoher Präzision, das mit Vorteil für große
Walzen-und Lagerdurchmesser verwendet worden kann. Bei der Fertigung der Walzen
brauchen die Durchmesser nicht unbedingt alle exakt gleich zu sein, geringe Differenzen
im Durchmesser können durch die für jede Walze gegebene Einstellmöglichkeit ausgeglichen
werden, so daß die Präzision des Lagers dadurch nicht beeinflußt wird.
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Der Einstellvorgang der nachstellbaren'Walzenlager ist sehr ein fach
durchzuführen: die Umlaufscheibe wird zunächst durch genaue Abstandsstücke oder
Fühlerlehren in die für den Betrieb des Motors orforderliche Stellung gebracht.
Danach werden die Muttern auf den Bolzen (oder äquivalente Einstellvorrichtungen)
angezogen, aln besten mit einem empfindlichen Drehmomentenschlüsscl, bis alle Walzen
mit gleichem Druck gegen ihre Laufflächen drücken.
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Die oxakte Einstellung ist damit vollzogen.
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Zur Steuerung der Einlaß- und Auslaßvorgänge werden übliche
Ventile
oder Schieber vorzugsweise Lochscheiben, verwendet. Es bringt zahlreiche Vorteile
mit sich, wenn die Ventile oder Lochscheiben in der rotierenden Umlaufscheibc des
erfindungsgemäßen Motors angebracht sind, und das Arbeitsgas durch Kanäle in der
Umlaufscheibe zu den Ventilbohrungen der Kammern hingeleitet wird.
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Bei Verwendung der übliche Ventile im erfindungsgemäßen Motor kann
Man durch eine derartige Anordnung für diese Ventile neue, vorteilhafte Eigenschaften
erzielen, die bei Anwendung in den herkömmlichen Motoren nicht gegeben sind. Fig.
2.4 und 2.5 zeigen eine mögliche Anordnung der Ventile in der Umlaufscheibe.
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Die Fig. 2.4 entspricht dom Schnitt, der in Fig. 2.3 dargestellt ist;
die Zeichnung ist jedoch so gedreht, daß die Umlaufscheibe (66 horizontal und die
Motorenachse (o) schräg in der Zeichnwlg liegt.
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Fig. 2.5 gibt den Schnitt AB dor Fig. 2 durch dio Umlaufscheibe in
der Ebene der Ventile wieder. Der Ausschnitt links in der Zeichnung der Fig. 2.4
zeigt den in die Zeichenebene gedrehten Schnitt CD der Fig. 2.5 durch 2 Ein- oder
Auslaßventile für die jeweiligen über und unter der Umlaufscheibe liegenden Kammern.
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Die Ventile sind so angeordnet, daß der Ventilschaft (70) in radialer
Richtung der Ulnlaufscheibe liegt, das nde des Ventilseliaftes weist in die Richtung
von dor Drehachse weg, und der Ventilteller (71) zeigt zur Achse hin, Bei geöffnetem
Ventil strömen die Gase durch eine Mulde (72) in dor Umlaufscheibe um don Ventilteller
herum in die Kammer ein. Die Zu- und Wegleitung der Gaso erfolgt durch Kanäle (73)
in der Umlaufscheibe. Das öffnen der Ventile kann, wie üblich, durch geeignet angeordnete
Nocken, das Schließen durch eine Rückstellfeder (75) ausgeführt werden.
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Durch die radiale Anordnung erfahren die Ventile beim Rotieren der
Umlaufscheibe eine nach außen gerichtete Fliehkraft. Dadurch wird der Anpressdruck
der Ventilteller bei geschlossenen Ventilen vergrößert, die Dichtung der Ventile
daher verbessert. Die Fliehkraft unterstützt außerdem die Rückstellkraft der Feder
beim Schlioßvorgang der Ventile. Da die Fliehkraft mit der Drohzalil
wächst,
orgibt sich mit steigender Drehzahl eine umso größere Rückstellkraft; die Ventile
werden daher umso schneller geschlossen jo höher dio Drehzahl ist. Der entscheidende
Nachteil der Ventile in üblichen Motoren, daß die Ventile auf Grund dor vorgegebenen
Rückstellkraft dor Fcdor im hohen Drehzahlbereich nicht mehr schnell genug schließen
und dadurch zur Begrenzung der Drehzahl führen, wird bei Verwendung der üblichen
Ventile in dem orfindungsgomäßen Motor vermieden. Die mit steigender Drehzahl wachsende
Rückstellkraft soret hier dafür, daß auch bei höchsten Tourenzahlen dio Ventile
einwandfrei schließen. Dio Rücksteilfeder bei dieser Ventilanordnung im erfindungsgemäßen
Motor hat nur die Aufgabe, im unteren Drehzahlbereich die Ventile zu schließen,
sie kann daher schwächer als üblich dimensioniert sein.
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Zur Steuerung der Ventile sclbst können Steuerscheiben verwendet werden,
dio iii ihrem Aufbau den Ventilseheiben der Ausführungsform 1.10 entsprechen. Lediglich
anstelle der Bohrung der Ventilsclioibon wird bei diesen Steuerscheiben eine nockenartige
Erhcbung vorgesehen. Die Steuerscheiben werden in Aussparungen (76) der Umlaufscheibe
so angeordnet, daß ihre Drehachsen (77) in radialer Richtung der Umlaufsclieibe
liegen und die nockenartige Erhebung beim Drehen dieser Steuerscheiben um ihre eigenen
Achsen (77) gegen das Ende des Ventilschaftes drückt. Dadurch wird während der Zeit,
während der die Erhebung auf der Scheibe und das Ventilschaftende in Eingriff sind,
das Ventil geöffnet. Auf dom Umfang der Steuerscheiben selbst sind Nocken angebracht,
die in entsprechende Nocken im ruhenden Motorenmantel greifen, und dadurch die Steuerscheiben
bei rotierender Umlaufscheibe um die gewünschte Schrittweite weiterdrehen.
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Boi Verwendung von Ventil scheiben zur Steuerung dor Ein- und Auslaßvorgänge,
ähnlich denen wie bei der Ausführungsform 1.1 -1.11 erzielt man gegenüber üblichen
Ventilen den Vorteil, daß zur Steuerung der Vorgknge weniger Einzelteile erforderlich
sind. Die Ventil scheiben weisen außerdem eine höhere Lebensdauer
auf,
da sie mechanisch und thermisch weniger belastet worden.
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Die Ventilscheiben dor Ausführungsform 1 dos erfindungsgemäßen Motors
können auch bei dieser Ausführungsform mit kugelförmigem Motorraum angewendet werden.
Zusätzlicho Vorteile erzielt man durch die folgende Anordnung nach Fig. 2.6 und
2 7. Die beidon Figuren geben, wie die beiden letzten Fig. 2.4 und 2.5 einen Schnitt
durch die Motorenachse bzw. darunterliegend den Schnitt AB durch dio Umlaufscheibe
wieder.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2.6 und 2.7 sind zur Steuerung aller
Ein- und Auslaßvorgänge 4 Ventilscheiben (78) vorgesehen, die in Aussparungen (79)
der Umlaufscheibe untergebracht sind.
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Eine o i n z e 1 n e Ventilscheibe öffnet und schließt dio Einlaßöffnuiig
(80 bzw. 80') u n'd die Auslaßöffnung (81 bzw.
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(81') einer Kammer. Jede Ventilscheibe weist 1 J3ehrung auf, Größe
und Lage sind so gewählt, daß die Bohrung in der Ventil scheibe mit der Einlaßöffnung
(80) bzw. (80') und der Auslaßöffnung (81) bzw. (81') in der Umlaufscheibe zur Deckung
kommen, wenn dio Ventilscheibe um ihre Achse (82) gedreht wird. Die Einlaß- und
Auslaßöffnungen je zweier Kammern sind in der Umlaufscheibe in Form von 2 Durchgangsbohrungen
(80, 81 bzw. 801,81') ausgebildet und bezüglich der Achsen der Ventilscheiben (82)
in einem Winkelabstand von 90° zueinander angeordnet. Im Verlauf der Drehbewegung
des Motors wird jede Ventil scheibe nach einer halben Umdrehung der Umlaufseheibe
schrittweise um 900 weitergedreht.
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Dadurch werden dio Auslaßöffnungen und Einlaßöffnungon durch die Öffnung
in der Ventilscheibe nacheinander freigegeben oder durch die nicht durchbrochenen
Quadranten der Ventil scheibe verschlossen.
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Wenn als Anfangsstellung einer Ventilscheibe beispiolsweise angenommen
wird, daß sich die Öffnung in der Ventil scheibe gerade mit der Auslaßöffnung (81)
einer Kammer deckt, dann fiihrt diese Scheibe nach Jeder halben Umdrehung der Umlaufscheibe
folgende
Vorhänge aus: Nach der 1. halben Umdrehung beginnt für
die Kammer der ksauetakt. Die Vontilscheibe ist zu Beginn' des Taktes um 900 gedreht
worden. Dadurch ist die Öffnung in der Ventilscheibe mit der Ansaugöffnung (80)
der Kammer zur Deckung gebracht worden. Gleichzeitig wurde die Auslaßöffnung durch
den nicht durchbrochenen Teil der Vontilscheibe verschlossen.
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Nach der 2. halben Umdrehung wird durch die Viorteidrehung der Vontilscheibe
auch die Ansaugöffnung verschlossen, für die betrachtete Kammer beginnt der Kompressionstakt.
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Nach der anschließenden 3. halben Umdrehung der Umlaufscheibe und
dor damit gekoppelten Vierteldrehung der Ventilscheibe bleiben Ein- und Auslaßöffnung
verschlossen, der Zündtakt beginnt.
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Nach der 4. halben Umdrehung kommt dio Öffnung in der Ventilscheibe
wieder mit der Auslaßöffnung (81) zur Deckung, der Auspufftakt setzt ein und der
Vorgang wiederholt sich insgesamt.
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Die schrittweise Drehung der Ventilscheiben um ihre Achsen in der
Umlaufscheibe wird, wie bei der Ausführungsform 1, durch Nocken (83) an den Ventilscheiben
erreicht. Diese Nocken greifen beim Rotieren der Umlaufscheibe zusammen mit den
eingelassenen Ventilscheiben um die Motorachse in entsprochendo Nocken (84), die
im ruhenden Motormantel eingearbeitet sind; sie bewirken eine Drehung der Ventilscheibe
um 90° rolativ zur Umlaufscheibe.
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Da eine 90°-Drehung nach jeder halben Umdrehung der Umlaufscheibe
erfolgen muß, sind auf dem Umfang der Venhtilscheiben 4 Nocken gleichmäßig verteilt
angebracht und auf dem Umfang des Motormantels 2 in einem Winkelabstand von 1800.
Während des Eingriffs der Nocken an der Ventilscheibe und im Motormantel dreht -
sich die Umlaufscheibe etwa um einen Winlcel von 300 - 400-weiter.
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Die 4-Ventilscheiben für die 4 Kammern sind völlig gleich gebaut,
sie haben dieselbe Form und dieselb-e Verteilung der
Nocken auf
dem Scheibenumfang. Bezüglich der Ansaugöffnung (bzw.
-
der Auslaßöffnung) werden die Ventilscheiben, jeweils eine zur anderen
um 90° gegeneinander verdreht, in die Aussparungen in der Umlaufscheibe eingesetzt.
Durch diese Anordnung führt Jede Scheibe die gleichen Steuervorgängo für die Ein-
und Auslaßöffnungen der einzelnen Kammern durch, Jedoch Jeweils von Xan-er zu Kammer
um die Zeit versetzt, die einer halben Umdrehung der Umlaufscheibe entspricht. Auf
diese Weise wird bei allen Kammern die jeweilige Einlaß- und Auslaßöffnung im richtigen
Augenblick freigegeben oder verschlossen.
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Da alle Ventilscheiben relativ zueinander stets die gleiche Orientierung
beibehalten, können Ventil scheiben miteinander gekoppelt werden; beispielsweise
können die in der Anordnung nach Fig. 2.6 Jeweils um dieselbe Achse (82) drehbaren'Ventilscheiben
(78) und (781) durch eine gemeinsame Achse starr miteinander verbunden werden4 Man
erreicht dadurch, daß nur eine Scheibe von außen her in schrittweise Drehbewegung
Versetzt werden muß, oder daß die zur Steuerung notwendigen Nocken einer Scheibe
auf die miteinander gekoppelten Scheiben verteilt werden können.
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Zur Dichtung der Arbeitskammern gegen die Ventilscheiben sind in der
Umlaufscheibe rund um die Einlaß- und Auslaßöffnungen Dichtungsringe (85) angebracht,
die gegen die Ventil scheiben drücken.
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Bei dieser Anordnung der Ein- und Auslaßbohrungen und der Ventilscheiben
in der rotierenden Umlaufscheibe ergeben sich folgende Vorteile: Bei einer Kammer
erfolgt das Ansaugen und das Ausstoßen des Arbeitsgases durch v e r s c h i e d
e n e Öffnungen in der Kammerwand, die Steuerung des Ansaugvorgangs u n d des Ausstoßvorgangs
erfolgt durch e i n e Öffnung in e i n e r Scheibe.
-
Für einen 4-Kammer-Motor werden daher nur 4 Ventilscheiben benötigt,
im
Vergleich zu sonst üblicherweise notwendigen 8 Vontilen. Da das Ausstoßen des verbrauchten
Gases durch die glei- -che Öffnung in der Ventilscheibe wie das Ansaugen erfolgt,
wird auch bei dieser Ausführungsform dor Wand der Öffnung in der Ventilscheibe unmittelbar
nach dem Auspufftakt durch die kalten Gase beim Ansaugen, wie bei der vorangegangonen
AusfUhrungsform 1, stets wieder gekühlt. Ein "Verbrennen" des Materials, wie häufig
bei den üblichen Auslaßventilen zu beobachten wird dadurch vermieden. Wie bei der
Ausführungsform 1 werden dio Ventil scheiben, zur Vermeidung von erhöhter Reibung
durch den Kompressions- und Expansionsdruclc auf die Scheiben, nur am Anfang oder
Ende des Taktes gedreht.
-
ß@ Die Zufuhr und Wegleitung des Arbeitsgases zu den Ein- und Auslaßöffnungen
der Kammern erfolgt durch die Umlaufscheibe hindurch. Die Kanäle zur Führung des
Arbeitsgases liegen innerhalb der Scheibe, vorteilhafterweise in spiralig gekrümmtem
Verlauf.
-
Der Verlauf dieser Kanäle ist in Fig. 2.5 und 2.7 gestrichelt eingezeichnet.
Bei der angenommenen Drehrichtung der Umlaufscheibe im Uhrzeigersinn wird das unverbrauchte
Arbeitsgas über die beiden Bohrungon (80), (80') und Kanäle (73), (73') allen 4
Arbeitslcammorn zugeleitet und durch die beiden Bohrungen (81), (81') und Kanäle
(74), (74') wird das verbrauchte Arbeitsgas aus allen 4 Kammern wieder weggeleitet,
Durch die spiralige Anordnung der Ein- und Auslaßkanäle wird beim Füllen der Arbeitslcammern
mit Arbeitsgas und beim Wegleiten des verbrauchten Arbeitsgases ein hoher Wirkungsgrad
erreicht.
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Diese spiralig ausgebildeten Kanäle wirken beim Rotieren der Umlaufscheibe
wie "Windkanäle". Dadurch wird im Einlaßkanal, dessen Öffnung in die Drehrichtung
der Umlaufscheibe weist, ein erhöhter Druck erzeugt, im Auslaßkanal mit Öffnung
in Gegenrichtung der Drehbewegung auf Grund der Saugwirkung ein vertnlndorter Druck.
Druck und Saugwirkung verbessern daher den Füllgrad bzw.
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don Entleerungsgrad bei geöffneten Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen.
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Bei der Steuerung der Einlaß- und Auslaßvorgänge mit Ventilscheiben
nach Fig. 2.6 und 2.7 wird durch die gewählte Anordnung der Bohrungen in der Umlaufschoibe
und dor Bohrung in don Ventil scheiben die Füllwirkung noch zusätzlich verbessert.
Doim Übergang vom Auspufftakt zum Ansaugtalct Ubordoclct dio Bohrung in dor Vontilschoibe
für einen Augenblick gleichzeitig einen gewissen Bereich in dor Ansaugöffnung (80)
u n d in der Auslaßöffnung (81). Während dieser Phase besteht dahor eine durchgehende
Verbindung vom Einlaßkanal (73) über die Einlaßöffnung (80) hin zur Kammer und durch
dio Mislaßöffnung (81 ) hin zum Auslaßkanal (74). Auf Grund der Windkanalwirkung
der spiralig angeordneten Ein- und Auslaßkanäle wird während dieser Zeitspanne unverbrauchtes
Arbeitsgas durch die Kammer geblasen und das restliche noch in dor Kammer verbliebene
verbrauchte Arbeitsgas in einem Spülvorgang aus der Kammer entfernt., Den gleichen
Spüleffokt kann man auch bei der Steuerung des Ansaug- und Auslaßvorgangs mit üblichen
Ventilen erzielen, wenn die Kanäle in der Umlaufscheibe, wie in Fig. 2.5 angedeutet,
spiralig abgebildet werden und die Öffnungs- und Schließzeitpunlcte dor Ventile
so eingestellt worden, daß Ein- und Auslaßventil während einer kleinen Zeitspanne
gleichzeitig geöffnet sind, Die Windkanalwirkung und damit die Saug und Druckwirkung
wäh-.
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rend des Auspuff- und des Ansaugtaktes, und die Spülwirkung während
der Übergangsphase von Auspuff- zu Ansaugtakt nehmen mit steigender Drehzahl zu.
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Die Kanäle sind im Bereich des Randes der Umlaufscheibe so ausgebildet,
daß die Öffnungen (86) der Einlaßkanäle zu einer Seite der Umlaufscheibe hingerichtet
sind (beispielsweise wie in Fig.2.7 zur Oberseite der. Scheibe hin), und dio Öffnungen
(87) der Auslaßkanäle zur anderen Seite hin (in Fig. 2.7 zur Unterseite Der
Scheibe
hin). Dadurch wird eine räumlich getrennte Zuführung und Wegleitung des Arbeitsgases
zu bzw. von den Kanalöffnungen in der Umlaufscheibe erreicht. In dem Bereich, den
diese Öffnungen der Kanäle beim Rotieren der Umlaufscheibe überstreichen, wird im
Motormantel oberhalb und unterhalb der Umlaufscheibo Je ein ringförmiger Kanal angebracht.
Einer dieser ringförmigen Kanäle steht in räumlicher Verbindung mit der Vergaseranlage
und dient zur Zuführung des Arbeitsgases zu den Einlaßkanälen in der Umlaufscheibe
hin, der andere ringförmige Kanal nimmt die verbrauchten Gase auf und leitet sie
in die Auspuffanlage weiter.
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Dic Zündkerzen zum Zünden des Verbrennungsgasos werden in nohrungen
in der Umlaufscheibe untergebracht (88). Durch entsprochende Aussparungen in der
Umlaufscheibe sind die Zündelektroden der einzelnen Zündkerzen mit der Jeweiligen
Arbeitskæumer räumlich verbunden. Die Zuführung der Hochspannung erfolgt am einfachsten
durch Funkenstrecken oder Schleifkontaktstrecken, die im feststehenden Motorengehäuse
in geeigneten Abständen angebracht sind. Durch ein Vorschieben aller Funkenstrecken
in Richtung oder in Gegenrichtung dos Umdrehungssinns der Umlaufscheibe kann der
Zündzeitpunkt variiert werden.
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Alle in der Umlaufscheibe angebrachten Elemente zur Steuerung der
Motorvorgänge sind bezüglich der Drehachse der Umlaufscheibe achsensymmetrisch angeordnet.
Dadurch wird ein Gleichlauf der Umlaufscheibe gewährleistet.
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In der Ausführungsform nach Fig. 3.1 des erfindungsgemäßen Motors
sind die zylindrischen Zwischenstücke (55) fest mit der Trennwand verbunden, Trennwand
und Zylinderstucke bilden eine Einheit. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die
Dichtungsleisten
zwischen den ebenen Flächen der zylindrischen Zwischenstücke und der Trennwand,
(63) in Fig. 2.3, wegfallen.
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Die Trennwand (22) rührt bei dieser Ausführungsform währond des Bewegungsablaufs
um die Achse (o) keine reine Drehbewegung wie in der Fig. 2.3 aus. Die Bewegung
der Trennwand setzt sich zusammen aus einer Drehbewegung um die Achse (o). und einer
Drehpendelbewegung um dio senkrecht auf der Trennwand stehende Achse (89). Zur Lagerung
der Trennwand im Motorengehäuse (11) sind an den Durchstoßpunkten der Achse (o)
durch die GnhSuscwand Bolzen (90) so angebracht, daß sie in den Innenraum dor Kugelfläche
hineinragen. Diese hineinragenden Dolzenenden greifen in entsprechende Nuten (91),
die in die konvex kugelförmigen (auf der Innenkugelflliche gleitenden)'Oberflächen
(2') der Trennwand (22) eingearbeitet sind. Die Drehung der Trennwand um die Achse
(o) wird auf diese Weise durch eine Rotation um die Bolzen ausgeführt, und die Drehpendelbowegung
um die Achse (89) durch ein Gleiten der Nut am Bolzen entlang.
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Die in den Motorraum ragenden Bolzenonden können konusförmig ausgebildet
werden, die Nuten in den konvex kugelförmigenFlächon der Trennwand dementsprechend
mit keilförmigem Profil.
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Durch geringfügiges Einschrauben der Bolzen weiter in den Motorraum
hinein, kann man dann dieses Lager auf einfache Weise nachstellen.
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Die erzeugte Drehbewegung des Motors wird in dieser AusfUhrungsform
über einen Zahnkranz abgegriffen, der auf der Mantelfläche der UXlaufscheibe angebracht
ist. tber diesen Zahnkranz kannauch das Anlassen des Motors erfolgen.
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Um die beim Expandieren des Arbeitsgases auf die Trennwand (22) ausgeübten
Drehlcräfte "sauber" auf die Umlaufscheibe zu übertragen, ohne die dichtenden Flachen
zwischen zylindrischem Zwischenstück und Umlaufscheibe zu belasten, sind Trennwand
und
Umlaufscheibe durch Bolzen (92) drehbar miteinander verbunden.
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Eine besonders vorteilhafte Variante von Ausführungsform 2 des erfindungsgemäßen
Motors ist in Fig. 3,2 wiedergegeben.
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Diese Ausführungsforin verbindet die Vorteile der Konstruktion 3.1
mit denen der Ausführungsform nach 2.1 - 2.7. Wie in dor Fig. 3.2 skizziert, sind
die zylindrischen Zwischenstücke nicht fest mit der Trennwand (22) verbunden, sondern
bilden mit Je einer Kreisscheibe (22') eine Einheit. Zwischen diesen beiden Kreisscheiben
liegt die Trennwand (22), die Kreisscheiben mit don fest angebrachten zylindrischen
Zwischenstücken gleiten, um den Bolzen (56) drehbar, auf der Trennwand. Bei dieser
Konstruktion führt die Trennwand eine reine Drehbewegung um dio Achse (o) aus; sie
kann daher mit einem um die Welle liegenden Sugel- oder Walzenlager wie bei der
Ausführungsform 2.1 -2.7 im Motorgehäuse drehbar gelagert werden. Andererseits bleibt
der Vorteil der Konstruktion nach 3.1 erhalten: die an den ebenen Flächen dor zylindrischen
Zwischenstücke liegenden Dichtungen (63) dor Ausführungsform 2/erübrigen sich durch
die starre Verbindung der zylindrischen Zwischenstücke mit den Ereisscheiben (22').
- Die Drehbewegung wird an der Welle um die Achse (0) abgegriffen.
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Die bei der Ausführungsform 2 in der Trennwand liegenden Dichtungen
(61) zur Abdichtung der Kammer gegen die konkave Kugelfläche werden bei der vorliegenden
Ausführungsform in den Flächen (2') um den Umfang der Kreisscheiben untergebracht.
Da der Expansionsdruclc nach dem Zünden des Arbeitsgases von der zwischen. den Kreis
scheiben liegenden Trennwand (22) aufgenommen wird, ist es nicht notwendig, diese
Scheiben besonders stabil auszubilden. Die Dicke der Kreisscheibenwird nur so groß
gewählt daß die Dichtungsringe in der Fläche um den Umfang
ausreichend
Platz finden.
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Alle Konstruktionsmerkmale der Ausführungsform 2, wio z.D. die vorteilhafte
Ausbildung der geneigten Halbscheiben zu einer nur oine reine Rotationsbewegung
ausführenden Umlaufscheibe, die vorteilhafte Anordnung aller Einlaß- und Auslaßöffnungen,
-vontila, -kanäle in der rotierenden Umlaufscheibe und die dadurch erzielte öinfache
Steuerbarkeit dor Ventile oder Ventil scheiben, die Windkanalwirkung und dor Spüleffelct
bleiben bei dieser Ausführungsform erhalten.
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Das Motorgehäuse mit der konkav eingearbeiteten Kugolflächo wird aus
2 Hälften gebildet. Die Trennebene läuft in der Mittelebene (66', Fig. 2.3) der
Umlaufscheibe, so daß - mit Vorteil für die technische Fertigung - 2 einander völlig
gleiche llälfton mit Jo einer eingearbeiteten Halbkugel fläche für die beiden oberen
bzw. unteren Kammern gebildet werden. Diese beiden Gehh.usohalften werden im Beroich
außerhalb der Umlaufscheibe miteinander verschraubt. Eine Dichtung, in Art der Kopfclichtung
eines Kolbenmotors, zwischen den beiden Hälften des Motorgehäuses erübrigt sich,
da die federnden Dichtungsringe (60 , Fig. 2.3), die das Motorgehäuse und die Umlaufscheibe,gegeneinander
dichton, diese Aufgabe übernehmen. Die Montage und Demontage des erfindungsgemäßen
Motors ist daher sehr einfach auszuführen. Der einfacheren Fertigung wegen ist es
von Vorteil, wenn auch die Umlaufscheibe bezüglich der Mittelebene zu 2 Hälften
ausgebildet wird.
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Die Figuren 1.1 - 3.2 geben Beispiele für mögliche Ausführungsformen
von Motoren oder Pumpen mit erfindungsgemäß ausgebildeten Arbeitskammern wieder.
Bei diesen Motoren werden die Mängel und Nachteile von Motoren herkömmlicher Bauart
vermieden. Ein
Motor mit gemaß der Erfindung ausgebildeten Arbeitskammern
ist durch wesontlicho Vorteile gegenüber don Motoren bekannter Bauart ausgezeichnet:
Der Aufbau des erfindun'gsgemäßen Motors ist sehr einfach, er besteht nur aus wenigen,
leicht zu montierenden und zu demontierenden Einzelteilen, die außerdem auf Grund
dor symmetrischen Bauwoise z.T. einander gleich sind. Dadurch ergeben sich Vorzüge,
wie Materialersparnis, niedrige Kosten für Herstellung, Wartung und Ersatzteile.
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Die Drehbewegung des erfindungsgemäßen Motors wird d i r e k t durch
den Druck der expandierendon Gase auf die drehbare Trennwand erzeugt. An der Entstehung
der Drehbewegung sind k e i n e zusätzlichen Exzenter, Wellen oder Zahnräder beteiligt.
Alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Motors sind daher frei von Jeglicher
Exzenterbewegung, die Ausführungsfonn 1 ist praktisch frei von Hin- und Herbewegungenw
die Ausführungsformen 2 und 3.2 weisen eine nur sehr geringe Hin- und Herbewegung
(der zylindrischen Zwischenstücke) auf. Dadurch wird eine große Laufruhe erreicht
und der Verschleiß wichtiger Motorenteile stark vermindert. Der geringe Verschleiß
kommt der Betriebssicherheit zugute und läßt eine hohe Lebensdauer dieser Motoren
erwarten.
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Die in den Ausführungsbeispielen angeeebenen Konstruktionen des erfindungsgemäßen
Motors sind so ausgelegt, daß alle wesentlichen Lager in Form von nachstellbaren
Walzen- oder Gleitlagern ausgebildet sind. Auch dadurch wird eine hohe Lebensdauer
erreicht.
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Da die Bewegungsvorgänge, die in dem erfindungsgemäßen Motor auftreten,
im wesentlichen nur Drehbewegungen sind, sollten Ausführungen mit sehr hohen Tourenzahlen
möglich sein.
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Bei den Ausffihrungsfonnen nach Fig. 2.3, 3.1 und 3.2 sind die Dichtungen
so ausgebildet, daß die gegeneinander abzudichtenden Flächen in den abzudichtondon
Bereichen stets mit zuoinandor parallelen Oberflächen aufoinander gleiten. Dio in
einer der beiden gegeneinander abzudichtenden Flächen eingearbeiteten Dichtungsleisten
oder -ringe drücken daher stets senkrecht (oder in stets gleichbleibender Richtung)auf
die jeweilige andere zu dichtende Fläche, in gleicher Weise wie die Dichtungsringe
beim Kolbenmotor. Die Dichtungsprobleme des Wankelmotors und Orbitalmotors treten
bei dem erfindungsgemäßen Motor nicht auf.
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Das Konzept des erfindungsgemäßen Motors gestattet, alle Elemonto,
die zur Steuerung des Bewogungsablaufs notwendig sind - Binlaßventile, Auslaßventile,
Zündkerzen - in rotierenden Kammerwänden unterzubringen. Dadurch kann man die schon
vorhandene Bewegung mit Vorteil zur Steuerung der Vorgänge ausnutzen.
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Die in den rotierenden Scheiben vorgesehenen Ventilscheiben sind auf
diese Weise üb!r einen sehr einfachen Mechanismus, ohne Umwege über Kipphebel, Nockenwellen
oder dergleichen, direkt durch im Motorgehäuse angebrachte Nocken zu steuern. Die
Bewegung der Ventilscheiben verläuft so, daß die Scheiben nur am Anfang eines Taktes
gedreht werden, während des Ablaufs des Taktes stehen die Ventilscheiben still.
Durch den erhöhten Druck auf die Scheiben während des Komprimierens und Expandierens
wird daher keine Reibung erzeugt. Die Steuerung aller Ein- und Auslaßvorgänge erfolgt
über insgesamt nur 4 Ventilscheiben; die Scheiben sind so ausgebildet, daß für alle
Kammern Scheiben gleicher Bauart verwendet werden. Da das Ausstoßen und Ansaugen
des Arbeitsgases für eine Kammer durch dieselbe Öffnung in einer Venteilscheibe
erfolgt, wird durch die,ständig wiederholte Kehlung beim Ansaugvorgang vermieden,
daß Teile der Ventilscheibe, wie bei üblichen Ventilen zu beobachten, überhitzt
werden und verbrennen.
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Bei Anwendung dor üblichen Ventile, eingebaut in eine rotierende Kammerwand
des erfindungsgemäßen Motors, erzielt man für diese Ventile neue Vorteile: die Ventile
werden mit drehzahlabhängigor Rückstellkraft geschlossen.
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Die in der Umlaufscheibe der Ausführungsform 2 und 3 angebrachten,
spiralartig auseebildeten Ein- und Auslaßkanäle unterstützon durch ihre Windkanalwirkung
den Ansaug- und Auspuffvorgang.
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Die angegebene Ausführungsform der Ventilscheiben selbst trägt ebenfalls
zu einer verbesserten Füllung der Kammern mit Arbeitsgas durch einen Spülvorgang
in der Ubergangsphase vom Auspuffen zum Ansaugen bei.
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Die Bewegung von Trennwand und llalbscheiben bzw. Umlaufscheibe verläuft
so, daß die Volumenzunahme einer Kammer gekoppelt ist mit dor gleich großen Volumenabnahme
der benachbarten Kammer, ohne daß das Gesamtvolumen sich ändert. Die Kugelgestalt
des Motorraumes in den Ausführungsbeispielen 2 und 3 bringt zudem im Vergleich zu
allen anderen denkbaren Geometrien die bestmögliche Volumenausnutzung mit sich.
Die entsprechend der Erfindung aus gebildeten Motoren sind daher sehr kompakt, selbst
bei großvolumigen Arbeitskammern. Ein 4-Kammer-Motor nach den angeFebenen Ausführungsformen,
beispielsweise mit dem Volumen einer Kammer von 375 cm3, entsprechend einem 4-Zylinder-Kolbenmotor
mit 1,3 Liter Hubraum, weist einen Radius der Innbnkugelfläche von ca. 7,5 cm auf.
Einem 2-Liter-Kolbenmotor entspricht ein Motorraum in Kugelform von ca. 8 cm Radius,
einem 6-Liter-Kolbenmotor ein Kugelradius von nur ca. 12 cm.
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L e e r s e i t e