DE2609507A1 - Umlaufmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Umlauf motor mit einem einen Hohlraum auf v/eisenden Gehäuse, welches einen Lufteinlaß, einen Kraftstoffeinlaß und AuspuffÖffnungen enthält, die mit dem Hohlraum in Verbindung stehen, mit einer Motorwelle, die drehfähig in dem Gehäuse angeordnet ist, und einem zylindrischen Element zur Drehung in dem Gehäuse.

Die in jüngster Zeit auftretenden Entwicklungen bei der Konzipierung von Motoren sowie die weitverbreitete Benzinknappheit, verbunden mit steigenden Kraftstoffkosten, haben die Bemühungen verstärkt, wirkungsvollere Triebwerke für

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Automobile und dergleichen zu entwickeln. Es ist bekannt, .daß der heutzutage übliche Kolbenmotor ein vergleichsweise unwirksames System zur Umwandlung von potentieller Energie, die in fossilem Kraftstoff gespeichert ist, in kinetische Energie darstellt, welche zum Antrieb eines Automobiles erforderlich ist.

Einer der Faktoren, der in bedeutsamer Weise zu der Unwirksamkeit des Kolbenmotors beiträgt, ist darin zu sehen, daß diese Art von Maschinen einen Kurbelmechanismus benötigt, um die Linearbewegung eines Kolbens, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, in eine Drehbewegung zum Antrieb der Motorwelle umzuwandeln. Bei einem Umlaufmotor wird eine derartige Umwandlung nicht benötigt, da diese Motorart die potentielle Energie des Kraftstoffes direkt in eine Drehbewegung umwandelt. Dies stellt einen Umlaufmotoren bzw. Rotationsmotoren allgemein anhaftenden Vorteil dar. Es sind jedoch bestimmte Schwierigkeiten bezüglich spezieller Merkmale von bestimmten Umlaufmotoren entstanden, wie beispielsweise die Abdichtungsmethoden des Rotors gegenüber den Hohlraumwänden, welche bis heute den Wirkungsgrad solcher Maschinen reduziert haben.

Ein Versuch, der das Dichtungsproblem beseitigt, bezieht sich auf einen Umlaufmotor mit sphärischem Design, wie er in der US-PS 2 069 646 beschrieben ist. Dieser Motor besteht aus einer Antriebsplatte, die drehfähig innerhalb eines hohlen Arbeitsbereichs angeordnet ist. Die Platte wird durch einen drehfähigen Zylinder variabel gekreuzt bzw. geschnitten, wobei die Platte und der Zylinder die hohle Sphäre bzw. den hohlen Bereich in vier Druckexpansionskammern in Form von sphärischen Keilen mit variierendem Raumwinkel unterteilen. Bei dieser Anordnung haben die Teile im Gegensatz zu der vollständigen Rückkehr der Bewegung bei Kolbenmotoren eine in eine Richtung liegende Drehung, so daß auf diese Weise eine Vielzahl von bedeutsamen Vorteilen dem Umlaufmotor zuzuschreiben ist.

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Dieser Umlaufmotor weist jedoch bestimmte Nachteile dahingehend auf, daß er ein komplexes System von Kammern, Rohrverzweigungen und Ventilen erfordert, um die erforderliche Strömung an Luft und Abgas zu liefern. Auch die innere Wärme stellt ein Problem dar. Eine angemessene Anordnung zur Kühlung der inneren Motorteile ist nicht vorgesehen. Demzufolge ergeben sich bei diesem Aufbau Schwierigkeiten wegen des Durchbruches des Schmiermittels auf Grund der extremen Temperaturen im Inneren des Motors, eine daraus resultierende Überhitzung und Zerstörung des Motors.

Darüber hinaus ist keine Anordnung in dem Motor getroffen, um den Druck in der Zuführung am Lüfteinlaß aufrechtzuerhalten, wenn der Motor bei hohen Geschwindigkeiten betrieben wird, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad reduziert wird. Dies beeinträchtigt nachteilig die Leistung des Motors. Darüber hinaus liegt bei dem Motor kein "Nachbrenn-Effekt" vor, um die Schmutzstoffe im Abgas zu reduzieren. Diese Schwierigkeiten resultieren hauptsächlich auf Grund der Art und Weise, in welcher die Luftströmung in dem Motor erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sphärischen Umlaufmotor zu schaffen, der im wesentlichen so konzipiert ist, daß die Ausgangsleistung für einen gegebenen Hubraum erhöht wird, daß das Motorgewicht und das Volumen für einen vorgegebenen Ilubraum reduziert wird, daß der Motorwirkungsgrad, erhöht, die Vibration reduziert und die Konstruktion des Verbrennungsmotors vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zylindrische Element in direkter Antriebsverbindung mit der Motorwelle steht und eine Verbrennungskammer aufweist, die in der Wand des zylindrischen Elements festgelegt ist, daß die Verbrennungskammer in ,wenigstens einer ihrer Betriebsstellungen mit der Kraftstoffeinlaßöffnung und mit der

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Auspufföffnung in wenigstens einer anderen Arbeitsstellung übereinstimmt, daß ein Antriebsglied zum Antrieb des zylindrischen Elements an diesem beweglich befestigt ist, daß das zylindrische Element, das Antriebsglied und die Innenwand des Gehäuses eine Kompressions-Expansions-Kammer festlegt, daß eine Einrichtung die Lufteinlaßöffnung mit der Kompressions-Expansions-Kammer verbindet, daß die Kammer mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht und durch die Kompression von Gasen in der Verbrennungskammer expandierbar ist, um das Äntriebsglied zu bewegen.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor wurde die Luftströmung erhöht, um bei der Kühlung der Motorinnenteile mitzuwirken, den Luftdruck der Luftzuführung in der Kompressions-Expansions-Kammer aufrechtzuerhalten, und zwar auch bei hohen Geschwindigkeiten und um die Schmutzstoffe durch Reinigung der Kompressions-Expansions-Kammern wie auch der Verbrennungskammern zu reduzieren, und das Nachbrennen zu fördern. Der erfindungsgemäße Umlaufmotor ist sphärisch ausgebildet und weist eine Platte sowie einen Zylinder auf, die jeweils innerhalb des hohlen Arbeitsraumes beweglich sind, in welchem die Platte als Antriebselement und der Zylinder als angetriebenes Element wirken; wenn das angetriebene Element mit einer Motorwelle verbunden ist, läßt es die Welle um eine Achse parallel zur Drehachse des Zylinders rotieren. Bei dem erfindungsgemäßen Umlaufmotor wird eine erhöhte Luftströmung ohne dem Erfordernis eines komplizierten Systems von Ansaug- und Auspuffrohrverzweigungen bzw. -krümmerη im Motorgehäuse erreicht. Die Platte ist vorteilhafterweise mit einer Lufteinlaßkammer bzw. einem Lüfteinlaßraum versehen. Gemäß der Erfindung sind Einrichtungen in der Einlaßkammer des Antriebsgliedes vorgesehen, welche das Volumen der Einlaßkammer in Übereinstimmung mit der Stellung des Antriebsgliedes verändern.·Außerdem sind neuartige Ventileinrichtungen zwischen der Einlaßkammer und der Kompressions-Expansions-Kammer vorgesehen. Der erfindungsgemäße sphärische

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Umlaufmotor wird durch den Einlaß von frischer Luft im Innern gekühlt. Ein zu hoher Betrag an angesaugter Luft liefert eine automatische Vorverdichtung der Kompressions-Expansions-Kammer. Die Abgase unterliegen vorteilhafterweise einem Nachbrenn-Vorgang, wodurch Schmutzstoffe reduziert werden.

Die Erfindung liefert einen sphärischen Umlaufmotor mit einem Gehäuse, das einen sphärischen Hohlraum oder Arbeitsbereich enthält; in dem Gehäuse ist eine Motorwelle drehfähig angeordnet. Ein angetriebenes zylindrisches Element oder ein Zylinder, welcher vier Verbrennungskammern auf v/eist, ist zur Drehung innerhalb des Gehäuses angeordnet und unterteilt den sphärischen Hohlraum oder den Arbeitsbereich in zwei Bereiche. Das angetriebene zylindrische Element bzw. der Zylinder ist mit der Motorwelle verbunden und läßt diese rotieren. Ein Antriebselement in Form einer hohlen kreisförmigen Platte befindet sich drehfähig im sphärischen Hohlraum und unterteilt das angetriebene Element, indem sie durch seinen Mittelpunkt verläuft, wodurch vier sphärische, keilförmige Kompressions-Expansions-Kammern mit variablem Volumen neben den vier Verbrennungskammern im angetriebenen Element gebildet werden. Die Expansion der gezündeten Gase in der Verbrennungskammer vergrößert das Volumen der Kompressions-Expansions-Kammer, wodurch das Antriebselement bzw. die Antriebsplatte gedreht wird, welche ihrerseits das angetriebene Element bzw.-den Zylinder dreht, und dieser Zylinder wiederum die Motorwelle in Drehung versetzt.

Die hohle, kreisförmige Antriebsplatte ist in vier Einlaßbzw. Ansaugkammern mit variablem Volumen unterteilt, die mit den Lufteinlaßkanälen über sich drehende Platten-Einlaßabsperrorgane in Verbindung stehen, welche eine Änderung des Volumens der Einlaßkammern entsprechend der Relativstellung der Antriebsplatte gegenüber dem angetriebenen Zylinder veranlassen. Auf diese Weise wird Luft in die Platten-Einlaß-

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kammer angesaugt, da deren Volumen durch die Drehung der Antriebsplatte vergrößert wird. Die schnelle Bewegung der Frischluft kühlt die Innenflächen des Antriebselementes, wodurch eine Überhitzung des Motors verhindert wird. Vfenn die Einlaßkaminer bzw. der Einlaßschacht vollständig expandiert und mit Frischluft gefüllt ist, schließt sich das Einlaß-Absperrorgan bzw. -ventil und schließt die Kammer bzw. den Schacht gegenüber dem Einlaßkanal ab. Eine weitere Drehung des Antriebselementes bzw. der Platte läßt das Volumen der Lufteinlaßkammer reduzieren, wodurch die darin befindliche Luft komprimiert wird und Durchlaßöffnungen zur Luftweiterleitung in der Platte unbedeckt sind, so daß komprimierte Luft in die Kompressions-Expansions-Kammer des Arbeitsraums strömen kann, wodurch die Verbrennungsrückstände des vorhergehenden Verbrennungzyklus durch eine Auspufföffnung in dem Gehäuse herausgedrückt werden.

Das expandierte Maximalvolumen der Platten-Einlaßkammer ist beträchtlich größer als das maximale Volumen der äußeren Kompressions-Expansions-Kammer in dem Arbeitsbereich. Bei der Luftübertragung wird ein Teil der Frischluft dazu benützt, die Verbrennungskammer von den Verbrennungsgasrückständen, wie dies erwähnt wurde, zu reinigen, und zwar durch die Auspufföffnung im Gehäuse zu dem daran angeschlossenen Auspuffkrümmer. Die Mischung aus frischer Luft mit d.en unvollständig verbrannten Abgasen fördert den Prozeß der Nachverbrennung,, wodure-h die Menge an unerwünschten Schmutz- ·. stoffen verringert wird.

Die nachfolgende Drehung der Platte und des Zylinders schließt die Auspufföffnung und wenn die sich verkleinernde Einlaßkammer der Platte das minimale Volumen erreicht, ist die übertragung der übrigen Frischluft in die Kompressions-Expansions-Kammer beendet und die Durchlaßöffnung zur Übertragung bzw.' Durchführung'ist¹, geschlossen. Die Kompressions-Expansions-Kammer weist die Form eines sphärischen Keiles auf,

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der durch das Innere der sphärischen Oberfläche des Arbeitsraums und die beiden halbkreisförmigen Seiten der über-' schneidenden Platte und des Zylinders begrenzt wird. Der Raumwinkel (und das Volumen) zwischen der Platte und dem Zylinder ändert sich von einem Minimum zu einem Maximum, und umgekehrt, und zwar während jeder halben Umdrehung des Zylinders. Wenn der Raumwinkel ein Maximum darstellt und die Kammer mit einem Maximalvolumen an Frischluft gefüllt ist, wird die folgende Kontraktion des sphärischen Keiles schließlich die gesamte Frischluft in der benachbarten Verbrennungskammer im Zylinder komprimieren. An diesem Punkt wird Kraftstoff in die komprimierte -Luft in der Verbrennungskammer eingespritzt und dann durch eine elektrische Zündkerze entzündet. Die darauffolgende spontane, explosive Verbrennung läßt den komprimierten Druck des Gases um etwa das Vierfache ansteigen und das gezündete Gas expandiert sehr schnell, wodurch eine Vergrößerung der Kompressions-Expansions-Kammer erzwungen wird, welche die Drehung der Platte und demzufolge die Drehung des Zylinders hervorruft, welcher dann die Motorwelle antreibt.

Der sphärische Umlaufmotor nach der Erfindung weist vier Verbrennungskamniern in dem Zylinder bzw. zylindrischen Element auf, die paarweise arbeiten. Zwei der Verbrennungskammern liefern einen kombinierten Antriebsimpuls bei jeder halben Umdrehung des zylindrischen Elements oder zwei kombinierte Impulse bei -einer Umdrehung; ein damit vergleichbarer Kolbenmotor würde zwei Zylinder mit Zweitaktbetrieb aufweisen.

Der sphärische Umlaufmotor nach der Erfindung weist eine äußerst ruhige, vibrationsfreie Arbeitsweise auf. Es treten keine nachteiligen Trägheitskräfte von sich hin- und herbewegenden Kolben, Stößelstangen bzw. Gleitstößeln, Ventilen, Ventilstößeln, Federn usw. auf, welche jeweils Vibrations- und Geräuschquellen bei einem Kolbenmotor darstellen.

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Darüber hinaus tritt auch keine Drehschwingung auf, die manchmal bei Kolbenmotoren auf Grund von Drehmomentimpulsen vorliegt , die wechselweise auf die vorderen und rückwärtigen Enden einer langen Kurbelwelle ausgeübt v/erden, welche ein geringfügiges Aufv/inden und schließlich Abwinden (Verdrillen bzw. Entdrillen) der ¥elle während ihrer Drehung ergibt.

Bei dem erfindungsgemäßen Umlaufmotor drehen sich alle bewegenden Teile in einer einzigen Richtung. Sie sind in ihrer Formgebung symmetrisch und können daher individuell ausbalanciert werden, so daß nach dem Zusammenbau die gesamte, sich drehende Masse dynamisch ausbalanciert werden kann. Das Gewicht des sich drehenden Zylinders kann schwer genug gemacht werden, um als Schwungrad zu wirken, welches die Energie der fluktuierenden Drehmomentimpulse speichert, die auf die Antriebsplatte während jeder halben Umdrehung ausgeübt werden und um sie auf die Motorwelle als ein üblicherweise gleichförmiges Drehmoment während jeder vollen Drehung des Zylinders zurückzubringen.

Im folgenden.werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht des sphärischen Umlaufmotors gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht von oben entlang der Ebene 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Ebene 3-3 in Fig. 1, Fig. 3a eine Schnittansicht entlang der Linie 3a-3a in Fig.' 3,

Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 1,

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Fig.. 5 eine vertikale Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 1 und 3,

Fig. 6 eine auseinandergezogene, isometrische Ansicht eines Teils des Motors, nämlich der Platte und des Zylinders, und

Fig. 7 bis 21 schematische Ansichten eines Teiles des Motors nach der Erfindung, wenn die zylindrische Trommel um einen Zyklus von 360° gedreht wird.

Aus Fig. 1 ergibt sich am besten, daß der sphärische Umlaufmotor gemäß der Erfindung aus einem Haupt-Motorgehäuse oder -mantel besteht, der allgemein mit A bezeichnet ist und zwei Hälften 10, 12 umfaßt, die an ihrem Außenumfang durch eine Vielzahl von Gehäusebolzen 14 fest zusammengeschraubt sind. Eine wasserdichte und öldichte Dichtungsscheibe 16 wird benützt, um eine vollständige Abdichtung zwischen dem Äußeren des Gehäuses A und dem hohlen Inneren des Gehäuses zu erreichen, wenn das Gehäuse zusammengebaut ist, wobei der Gehäuseinnenteil den sphärischen Hohlraum bzw. Arbeitsbereich bildet.

Das Gehäuse A ist mit einer Vielzahl von Durchlässen und Öffnungen versehen, um den Zugang und den Austritt verschiedener Fluidszu und von dem Gehäuseinnereη zu ermöglichen. Ein Paar von Auspufföffnungen 37»*39 (Fig. 4) in dem Gehäuse sind mit einem Paar von Auspuffkrümmerleitungen 18 und 20 (Fig. 2) verbunden, wobei jeweils eine Leitung 18 bzw. 20 auf einer Seite des Gehäuses vorgesehen ist, um den Austritt von verbrannten-Gasen von den verschiedenen Verbrennungskammern in dem Zylinder und dem sphärischen Hohlraum zu gestatten. Ein nicht dargestelltes Wassereinlaßrohr sowie ein Wasserausgangsrohr 26 sind vorgesehen, um eine Strömung von Wasser durch den Motor zu erlauben, damit dessen Temperaturen auf einem gewünschten Wert gehalten werden. Eine öleinlaß- ·

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öffnung 28 und eine Ölauslaßöffnung 30 sind am Boden und an der Oberseite des Gehäuses A vorgesehen und ermöglichen eine Strömung von Öl durch das Innere des Gehäuses. Ein Paar Von Kraftstoff-Einspritzdüsen 25, welche die Zuführung von Kraftstoff in die Verbrennungskammern ermöglichen, sind in dem Gehäuse angeordnet. Neben jeder Einspritzdüse ist eine.elektrische Zündkerze 29 angeordnet, die zum Zünden des Kraftstoffs und des Luftgemisches in den Verbrennungskammern an einem günstigen Zeitpunkt dienen.

Aus den Fig. 2 bis 5 ist ersichtlich, daß der Motor mit einer Vielzahl von Wasserkanälen 22 versehen ist, durch welche das durch das Wassereinlaßrohr zugeführte Wasser durch den Motor fließen kann und eine Kühlung desselben ermöglicht. Die Wasserkanäle 22 sind betrieblich mit dem Wasserauslaßrohr 26 verbunden, durch welche das Wasser zu dem nicht dargestellten Kühler strömt und nachdem es gekühlt wurde,kehrt es zu dem nicht gezeigten Wassereinlaßrohr zurück. Ein Paar von Abdeckplatten 24 ist an jeder Seite des Motors festgeschraubt, um einen Zugang zu den Wasserführungskanälen 22 zu erlauben, wenn dies notwendig ist. Die entfernbaren Abdeckplatten 24 sind mit geeigneten Dichtungen und Stif.tbolzen versehen, so daß eine wasserdichte Abdichtung erreicht wird.

Es ist zu beachten, daß der erfindungsgemäße Umlaufmotor genauso wirkungsvoll arbeiten würde, wenn er als luftgekühlter Motor anstelle als wassergekühlter Motor konstruiert sein würde. Es gibt bestimmte Arten·von kleinen Fahrzeugen, einschließlich Motorrädern, bei welchen luftgekühlte Umlaufmotoren bevorzugt werden.

Die Erfindung soll einen sphärischen Umlaufmotor schaffen, der im Inneren durch die Zuführung bzw. Einführen einer sehr hohen Menge an Frischluft gekühlt wird, die automatisch die Verbrennungskammern vor- bzw. überverdichtet. Diese

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Arbeitsweise würde durch in diesen Zeichnungen aus Einfachheitsgründen nicht gezeigten Leitungen verbessert, welche die Eingangsrohre mit einer rechteckigen, schachteiförmigen Speicherkammer verbindet, die an der gegenüberliegenden Flache einen ovalförmigen Trichter aufweist. Die Trichterseite der Speicherkammer bzw. des Speicherraums ist vor dem Lüfter des Motors angeordnet, so daß ein Teil der vom Lüfter erzeugten Strömung in den Trichter und in den 3peicherraum gerichtet ist¹. Auf diese Weise werden die Einlaßrohre unter Druck gesetzt, was den Ansaugvorgang der expandierenden Einlaßkammer unterstützt und demzufolge die Kammer mit einem größeren Luftvolumen bei einem höheren Druck füllt, bevor das Einlaßventil schließt. Auf diese Weise v/erden die Verbrennungskammern auf einen höheren Wert vorverdichtet. Da die Geschwindigkeit des Motorlufters und die Luftabgabe des Lüfters proportional der Motordrehzahl ist, würde der Grad der Vorverdichtung proportional der Motorgeschwindigkeit bzw. Motordrehzalil sein, so daß die hohe Vorverdichtung über einen großen Drehzahlbereich ziemlich konstant bleiben würde.

Gemäß Fig. 6 befindet sich in dem sphärischen Hohlraum bzw. dem Arbeitsraum des Gehäuses A ein angetriebenes zylindrisches Element bzw. ein Zylinder, der mit B bezeichnet ist und den Arbeitsraum in zwei Teile schneidet bzw. halbiert. Ferner ist ersichtlich, daß das angetriebene kreisförmige Element bzw. die- Platte, die allgemein mit C bezeichnet ist, durch das Zentrum des Zylinders hindurchgeht. Der Zylinder B " dreht sich auf einer Axiallinie, die senkrecht zur Ebene des Zylinders steht, welche durch dessen Mitte und durch die Mitte des sphärischen Hohlraums bzw. Arbeitsbereichs hindurchgeht. Der Zylinder besteht aus symmetrischen Hälften 32, 34, die durch Schraubbo^zen 62 fest miteinander verschraubt v/erden, nachdem die Platteneinheit C dazwischen eingesetzt wurde. Eine Hälfte des Zylinders enthält die erste und dritte Verbrennungskammer.36 bzw. 40 und die andere Hälfte 34 desZylinders enthält die zweite und vierte Verbrennungskammer bzw. 42.

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Die Verbrennungskanimern 36, 38, 40 und 42, die an den Seitenflächen des Zylinders angeordnet sind, sind ovalförmige Hohlräume, die sich von einer Öffnung an der Oberseite der zylindrischen Außenfläche des Zylinders bis zu einer Öffnung in der schrägen Fläche des Zylinders neben dem konkaven Einschnitt für den zylindrischen Vorsprung der Platte erstrecken, in welcher die komprimierte Luft- und Kraftstoffladung gezündet wird. Nach der Expansion der verbrennenden Gase in die nebenlir. --nde Kompr ess ions -Expansions -Kammer oder den sphärischen Keil, was die Drehung der antreibenden Platte C hervorruft, werden die verbrannten Gase dann durch die Verbrennungskammern in die damit in Verbindung stehenden Auspufföffnungen 37 und 39 in dem Gehäuse ausgestoßen.

Aus den Fig. 2 und 5 ergibt sich, daß jede Verbrennungskammer 36, 38, 40 und 42 in dem Zylinder D mit einer Verbrennungskammerdichtung 44 versehen ist, welche die Form eines ovalen Expansionsringes aus Federstahl besitzt und in einer passenden Nut um die Öffnung der Verbrennungskammer herum in der äußeren zylindrischen Oberfläche des Zylinders B angeordnet ist. Dichtungen 44 liefern einen gasdichten Gleitsitz gegenüber der Zylinderoberflache des Gehäuses A. Der Zylinder B wird im Gehäuse von Kugellagern getragen, die jeweils aus zwei geschliffenen Laufringen aus gehärtetem Stahl bestehen, die in ringförmige, passende Nuten in dem Zylinder B und dem Gehäuse A eingekeilt sind, wobei die laufenden Kugeln an diagonal einander gegenüberliegenden Punkten in den Laufringen gelagert sind, so daß sowohl radiale wie auch axiale Belastungen des sich drehenden Zylinders aufgenommen werden, während die Trommel exakt zentriert in dem Arbeitsbereich gehalten wird.

Ein Drehkranz 48 ist mit erhabenen Zähnen, die einen Schrägungawinkel der Flankenlinie aufweisen, an der zylindrischen Überfläche jeder Hälfte 32, 34 des Zylinders B versehen. Wenn die beiden Hälften des Zylinders 32 und 34 zusammen-

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geschraubt sind, bilden die Zähne des Zahnrads ein Pfeilzahnrad, das mit entsprechenden Zähnen 49 an der Außenfläche der Motorwelle 51 in Eingriff steht, welche drehfähig in dem Gehäuse entlang einer Achse angeordnet ist, die sich parallel zur Drehachse des zylindrischen Elementes, des Zylinders B, befindet. Auf diese Weise dient die Drehung des zylindrischen Elements bzw. des Zylinders B dazu, die Motorwelle 51 in Drehung zu versetzen.

Aus den Fig. 2 und 3 ergibt sich, daß ein Zylinderzahnrad-Zwischenraum 50 zur ölzirkulation in Form eines ringförmigen Kanals in dem Gehäuse Λ vorgesehen ist, welcher den Zylinder-Drehkranz 48 umgibt und mit der Ölkammer 53 (Fig. und 5) in Verbindung steht, welche das Zahnrad 49 umgibt. Die Schmierung für die Zahnräder und das Kühlöl für die Innenräume des Zylinders werden von diesem Ölzirkulationsraura geliefert. Die Zylinder-Öldichtungsringe 52 in Form von zwei kreisförmigen Federstahl-Ausdehnungsringen, die in ringförmigen Nuten bzw. Aussparungen in dem Gehäuse an beiden. Seiten des Ölzirkulationsraumes 50 angeordnet sind, liefern einen gasdichten und öldichten Gleitsitz gegenüber der zylindrischen Fläche des Zylinders B.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Zylinder B mit einer Vielzahl von radialen Ölöffnungen 54 versehen ist, die in der zylindrischen Fläche des Zylinders zwischen den Zähnen des Zylinder-Drehkranzes angeordnet sind und welche unter Druck befindliches Öl in den Zirkulationsraum 50 eintreten lassen und die inneren Zwischenräume 55 des Zylinders zum Zwecke der Kühlung verlassen. Die nutenförmigen Kanäle 56 des Zylinders sind nach Fig. 3 in der zylindrischen Fläche des Zylinders B angeordnet und führen von den beiden Zwischenräumen der Platten-Achsenlager in dieser Fläche nach außen zu den Kanten des Zylinders und bringen Schmieröl zu den

zylindrischen Oberflächen des Zylinders und des Gehäuses sowie zu den Zylinder-Kugellagern 46.

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Die zylindrische Öffnung in der Mitte des Zylinders B mit den keilförmigen Kanten ist mit Platten-Schiebeventildichtungen 53 vorsehen, welche Federstahl-Ausdehnungsstreifen sind, die sich in passenden linearen Ausschnitten in den zylindrischen, konkaven Kanten de·"· Zylinders befinden und einen gasdichten Gleitsitz gegenüber den konvexen Flächen der Platten-3chiebevontile 92 und 94 hervorrufen. Gemäß den Fig. 2 und 4 ist das Innere des Zylinders mit Zwischenräumen 55 zur Ölzirkulation versehen, welche innere Zwischenräume in dem Zylinder darstellen, durch welche das Öl zu Kühlzwecken zirkuliert. Nach Fig. 3 ist ein Paar von Zylinderdichtungen 60 in Form von zwei kreisförmigen Federstahl-Ausdehnungsringen in passenden ringförmigen Ausschnitten an den Seiten der Trommel und des Gehäuses in einem gasdichten Gleitsitz gegenüber dem Zylinder vorgesehen.

Die hohle, kreisförmige Platteneinheit C stellt das Antriebselement für den sphärischen Ümlaufmotor nach der Erfindung dar. Die Platte C reicht durch die Mitte des Zylinders und dreht sich auf ihrer Mittellinienachse, die mit der Mittellinienachse der Ansaugrohre 108 zusammenfällt, und die schräg in der Ebene des Zylinders und zu dessen Achse liegt. Der Mittelpunkt der Platte C, des Zylinders B und des Arbeitsraumes fallen zusammen.

Aus den Fig. 5 und 6 ist ersichtlich, daß die Platteneinheit C aus zwei äußer eri, kreisförmigen Scheiben 64 und 66 besteht, die unter Einhaltung eines Abstands angeordnet sind und jeweils einen zylindrischen Vorsprung 68 bzw. 70 an der Außenfläche entlang des Durchmessers jeder Scheibe auf v/eisen. Darüber hinaus ist jede Scheibe mit einem halbkugelförmigen Einschnitt versehen, der an der Innenfläche zentriert ist und in den vorerwähnten, außenseitigen zylindrischen Vorsprung paßt. An der Peripherie der kreisförmigen, äußeren Scheiben sind Plattendichtungen 65 angeordnet, welche kreisförmige Federstahl-Ausdehnungsringe - ähnlich den Kolbenringen -

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sind und in passenden Ausnehmungen in jeder Scheibe aufgenommen bzv/. eingesetzt sind. Diese Dichtungen liefern einen gasdichten Gleitsitz gegenüber der sphärischen Oberfläche des Arbeitsraums.

Am besten ergibt sich aus Fig. 3, daß zwischen den äußeren Scheiben 64, 66 der Platte C ein aus einer Stahlplatte bestehendes Teilungselement 72 vorgesehen ist, welches senkrecht zu den Scheiben angeordnet ist. Das Element 72 ist als eine Einheit an den Scheiben 64, 66 mittels Bolzen befestigt, wodurch ein luftdichter Gleitsitz geschaffen wird, so daß der Hohlraum zwischen den Scheiben in zwei gleiche halbkreisförmige Volumen unterteilt wird. Über der Mitte der Scheidewand 72 sind senkrecht zu den Scheiben 64, 66 zwei halbkreisförmige, zylindrische Vorsprünge angeordnet, die sich zwischen den halbkugelförmigen Aussparungen an der Innenseite der kreisförmigen Scheiben an joder Seite der Scheid ο wand 72 erstrecken, gegf-Ui welche die k'-nkaven Oberflächen der beiden Einlaßventile bzv;. Scbiebevantile 73» GO unter luftdichtem Gleitsitz anliegen. Diese inneren, halbkreisförmigen Volumen zwischen d.en Scheiben sind durch die Einlaßventile 78, 80 in zwei Einlaßkammern 74a, 74b mit variablem Volumen an einer Seite der Scheidewand 72 und in zwei weitere Einlaßkammern 76a, 76b mit variablem Volumen an der anderen Seite der Scheidewand 72 unterteilt. In der in Fig. 3 gezeigten Stellung steht die Platte senkrecht zu dem Zylinder und die Einlaßkammern 74b und 76b weisen in dieser Stellung ihr Minimalvolumen, nahezu null auf, wü-hrend die Einlaßkammern 74a und 76a ihr Maximalvolumen einnehmen. Die Einlaßkammer 74a dient als Verbrennungskammer 36, während die Einlaßkammer 74b als Verbrennungskammer 40 dient. An der anderen Seite der Scheidewand 72 stellt 'die Einlaßkammer 76a die Verbrennungskammer. 38 und die Einlaßkammer 76b die Verbrennungskammer 42 dar. Auf diese Weise enthält die hohle Platte C vier Einlaßkammern für Frischluft mit variablem Volumen, die jeweils als eine der vier Verbrennungskammern in dem Zylinder dienen.

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In Fig. 3 ist die Stellung der Platte C senkrecht zum Zylinder B dargestellt; die Drehung der Platte und des Zylinders im Uhrzeigersinn (von der rechten Seite des Motors aus gesehen) beginnt das Volumen der Einlaßkammer 74b zwischen dem Einlaßventil ¹JQ und der mittleren Scheidewand 72 zu erhöhen und die Ventilkanalöffnung 82b beginnt, die Einlaß-Rohrkanalöffnung 110 zu überkreuzen, wodurch Frischluft in die expandierende Einlaßkammer 74b angesaugt wird. Gleichzeitig beginnt die Einlaßkammer 74a, die ihr Maximalvolumen einnimmt und mit Frischluft gefüllt ist, welche vorher angesaugt wurde, ihr Volumen zu verkleinern, wodurch die Luft in dieser Kammer komprimiert wird, während die Ventilkanalöffnung 82a beginnt, die offene Seite des Einlaßrohrs 100 zu überstreichen bzw. überkreuzen. In ähnlicher Weise beginnt an der anderen Seite der Scheidewand 72 die Einlaßkammer 76b mit der Volumenvergrößerung und die Öffnung 84b des Ventilkanals beginnt damit, die andere Einlaßrohröffnung 110 zu überstreichen, wodurch Frischluft in die expandierende Einlaßkammer 76b angesaugt wird und gleichzeitig die Einlaßkammer 76a, die ihr maximales Volumen einnimmt und mit Frischluft gefüllt ist, die vorher angesaugt wurde, das Volumen verkleinert, wodurch die darin befindliche Luft komprimiert wird, während die Ventilkanalöffnung 84a die offene Seite des Einlaßrohrs 108 überstreicht. Das Verkleinern bzw. Kontrahieren der Einlaßkammern 74a und 76a, wodurch die darin befindliche Luft komprimiert wird,- gibt anschließend die komprimierte Luft über die Platten-Durchlaßöffnungen 88a bzw. 90a in die Kompressions-Expansions-Kammern oder sphärischen Keile 120 und.124 (Fig. 5) ab, die sich an der Außenseite der Platte im Arbeitsbereich befindet, die sich in Verbindung mit den Verbrennungskammern 36 bzw. 38 befinden. In der darauffolgenden Halbdrehung des Zylinders führen die Einlaßkammern 74b und 76b in ähnlicher Weise Luft zu den Verbrennungskammern 40 bzw. 42.

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Die Ventilkanalöffnungen 82a, 82b und 84a, 84b haben ovale Form und ovalförmige Federstahl-Ausdehnungsdiehtungseinsätze 86 (Fig. 3a), welche gegen die zylindrische Oberfläche des Einlaßrohres drücken und einen gasdichten Gleitsitz um die Ventilkanalöffnungen liefern. Jeder zylindrische Vorsprung 68, 70 der kreisförmigen Scheiben 64 und 66 ist mit zwei Sätzen von Platten-Durchgangsöffnungen 88a, 88b bzw. 90a, 90b versehen. Diese öffnungen bzw. Löcher sind neben dem inneren plattenförmigen Teilungselement 72 angeordnet und ermöglichen den Durchgang von komprimierter Luft von den Einlaßkammern in die sphärischen Keile des Arbeitsraumes .

Die Schiebeventile bzw. Ringschieber 92 und 94 in Form von dünnen, zylindrischen Stahlplatten mit sich nach außen erstreckenden, gebogenen Kanten sind vorgesehen, um passend, d.h. in Feinpassung auf den konvexen, zylindrischen Vorsprüngen 68 und 70 der äußeren, kreisförmigen Platten-Scheiben 64 und 66 sowie auf den konkaven zylindrischen Kanten des Zylinders aufzuliegen. Diese Schiebeventile haben einen gasdichten Gleitsitz gegenüber ihren konkaven und konvexen Oberflächen. Die Schiebeventile 92 und 94 gleiten um die zylindrischen Abschnitte der Platten-Scheiben herum und bedecken zuerst einen Satz von übertragenden Durchlaßöffnungen zu der einen Platten-Binlaßkammer und geben dann den anderen Satz von Durchlaßöffnungen zu der anderen Platten-Einlaßkammer frei, welche sich an der gegenüberliegenden Seite des inneren Teilungselementes 72 befindet.

Ein Paar von Ringschiebersitzen 58 ist für jeden Ringschieber 92, 94 vorgesehen. Diese Ringschiebersitze sind Federstahl-Ausdehnungsstreifen, die sich in linearen Ausnehmungen in den konkaven Kanten des Zylinders B befinden und einen gasdichten Gleitsitz gegenüber den konvexen Oberflächen der Platten-Ringschieber liefern. In zwei hinterschnittenen, linearen Ausnehmungen sind zwei Federstahl-Expansionsstreifendichtungen 96 und 98 angeordnet, die auf zylindri-

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sehen Vorsprüngen der kreisförmigen Scheiben der Platten zentriert und zwischen den Platten-Durchlaßöffnungen 88a, 88b und 90a, 90b angeordnet sind; diese Expansionsstreifendichtungen schaffen einen gasdichten Gleitsitz gegenüber den konkaven Oberflächen der Ringschieber 92 und 94.

Gemäß Fig. 4 halten ein Paar von Platten-Achsenlagern 100 die Platteneinheit C in dem Zylinder, wobei die Platten-Achsenlager zylindrische Verlängerungen gegenüber den keilförmigen Enden des Platten-Teilungselementes 72 darstellen und in zylindrische Lager 102 mit Weißmetallfutter eingesetzt sind, welche in dem Zylinder B eingeschnitten sind. Diese Achsen- oder Bolzenlager gestatten es der Platteneinheit, um die Mittelachse der zylindrischen Vorsprünge der Platte zu oszillieren, wobei diese Mittelachse in der Mittelebene des Zylinders liegt, wenn sowohl die Platte als auch der Zylinder sich auf ihren betreffenden Achsen innerhalb des Arbeitsraumes drehen.

Die Platte C ist mit Öffnungen 105 (Fig. 4) versehen, die in der Mitte des plattenförmigen Teilungselementes 72 in Längsrichtung von einem Achsenlager zum anderen Achsenlager angeordnet sind und Öl von den Öl-Öffnungen 54 des Zylinders aufnehmen und das Öl durch Queröffnungen verteilen, die durch die Ringschiebersitze 96 und 98 hindurchführen und Schmieröl zu den konvexen und konkaven Oberflächen der. Zylinder 68 und 70 und zu den Ringschiebern 92, liefern. Die Öffnungen 105» die sich an dem zylindrischen Vorsprung in der Mitte des Teilungselementes 72 (Fig. 3) befinden, führen zu den konkaven Oberflächen der Platten-Ventile und dann zu den Verbindungsöffnungen 105 an der Stirnseite der konkaven Oberflächen der Ventile bzw. Ringschieber, die ihrerseits zu den Enden der Einlaßrohre führen und dort durch die Kühlerausnehmungen für das Öl die Gleitflächen zwischen den Ventilen 78 und 80 und den Einlaßrohren. 108 schmieren.

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Die Platten-Einheit wird durch vier Verbindungsbolzen 106 (Fig. 4) zusammengehalten, die hinter den Expansionsstreife ndi ent ung en angeordnet und auf den zylindrischen Vorsprüngen der Platten-Scheiben zentriert sind. Diese Bolzen haben vorzugsv/eise einen sechseckigen Sockel, der in die Gewindelöcher in dem zentralen Teilungselement 72 eingeschraubt wird und nach dem Anziehen luftdichte Verbindungen zwischen dem Teilungselement und den äußeren Scheiben der Platte hervorruft. Es .ist jedoch zu berücksichtigen, daß - obgleich die kreisförmigen Scheiben 64, 66 und das Teilungselement bzw. die Trennwand 72 fest zusammengeschraubt sind - die Einlaßventile 78 und 80, die sich an· den Enden der Einlaßrohre 108 drehen, eine freie Bewegung zwischen den Außenscheiben der Platten auf einem halbkreisförmigen Weg ausführen können, wobei ein luftdichter Gleitsitz gegenüber den inneren Oberflächen der Platten-Scheiben vorliegt.

Wie bereits oben erläutert wurde, tritt Frischluft in den erfindungsgemäßen Motor auf Grund eines zylindrischen Lufteinlaß-Rohrpaares 108 ein, das durch Gewindestifte 27 ortsfest in dem Motorgehäuse A auf einer gemeinsamen Achse gehalten wird. Die Plattenventile 78 und 80 drchon sich an den Enden der Lufteinlaßrohre 108, wodurchsich die gesamt.p Platteneinheit auf der Mittelachse dieser Rohre drehen lässt. Jedes Rohr ist mit einer Einlaßöffnung 110 mit vorzu_L,nv:c ist· rechteckiger Gestalt versehen, wie sich am besten aus Fig. ergibt, über der die ova3.förmigen Ventilkanalöffnungen 0?.a, 82b des Plattenventils 78 quer verlaufen, wie auch din ovalförmigen Ventilkanalöffnungen 84a, 84b des Plattenventiln 00, wodurch Frischluft in die Einlaßkammern 74a, 76a sowohl 74b, 76b angesaugt v/erden kann, wobei die Kammern 74a, 76a voll expandiert und die Kammern 74b, 76b vollständig zusammengezogen dargestellt sind.

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Gemäß Fig. 3 sind ringförmige Ölbehälter 112, die durch die Einlaßrohre 112a gespeist'werden, in dem Motorgehäuse um die Ansaugrohre 108 herum angeordnet und liefern- Schmieröl zu den Gleitflächen zwischen den Plattenventilen 78, und den Einlaßrohren, sowie den innenliegenden Flächen der Scheiben 64, 66' sowie zu den Gleitflächen zwischen den kreisförmigen Kanten der Scheiben und der sphärischen Oberfläche des Arbeitsraumes. Dichtungsringe 114 zur Ölabdichtung im Einlaß sind im Gehäuse um die Ansaugrohre herum angeordnet und mit Gewinde aufweisenden Muttern 114a versehen, um die Einstellung des Druckes der Dichtungsringe um die Ansaugrohre zu gestatten, so daß ein Herausfließen des Öles über die öldichtenden Dichtungsringe verhindert wird. ·

Aus Fig. 5 ergibt sich, daß die Motorwelle 51 mit Nadellagern 51 a in geschliffenen Laufringen aus gehärtetem Stahl versehen ist. Die äußeren Laufringe sind an dem Gehäuse und die inneren Laufringe an der Motorwelle festgekeilt. Die Ölkammer 53 um die Motorwelle 51 und deren Zahnrad 49 liefert Öl zu dem Zirkulierraum 50 um den Drehkranz 48 und den Lagern 51a der Motorwelle. Die Öl führenden Ausnehmungen 116 im Gehäuse neben den Nadellagern 51a führen zu den Kugellagern 46 für die Trommel bzw. den Zylinder und zu den Gleitflächen zwischen der Trommel und dem Gehäuse. Die Dichtungsringe 118 sind in dem Gehäuse um die Motorwelle herum angeordnet und mit druckeinstellendeni mit Gewinde versehenen Muttern 118a zur Einstellung des Druckes der Dichtungsringe um die Motorwelle herum ausgerüstet, so daß ein Lecken von Öl über die Dichtungsringe' heraus verhindert wird.

Die Fig. 7 bis 21 sind schematische Darstellungen der Relativstellungen bestimmter Keilelemente des sphärischen Umlaufmotors gemäß der Erfindung, wenn der Motor einen vollständigen Arbeitszyklus durchläuft, der einer Drehung von 360°

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des zylindrischen Elements bzw. der Trommel B und des kreisförmigen Elements oder der Platte C entspricht. Des besseren Verständnisses wegen wird die Arbeitsfolge in nur einer einzigen Verbrennungskammer 42 beschrieben, welche mit dem sphärischen Keil mit variablem Volumen bzw. der Kompressions -Expansions -Kammer 126 innerhalb des Arbeitsraums in Verbindung steht; dieser Keil steht außerdem über die Platten-Durchlaßöffnungen 88b, die von dem Schiebeventil 92 freigegeben sind, mit der Einlaßkammer 76b variablen Volumens in Verbindung und diese Kammer steht ferner über die Ventilöffnung 84b des Plattenventils 80 mit dem Ansaugrohr für Frischluft in Verbindung, wobei letzteres Plattenventil die Öffnung 110 des Ansaugrohres überstreicht. Es soll jedoch beachtet werden, daß die diagonal einander gegenüberliegenden Verbrennungskammern, sphärischen K ompr ess ions -Expans ions-Keile des Arbeitsraumes und Lufteinlaßkammern in der Platte gleichzeitig die gleichen Arbeitsgänge durchführen. Was in diesen Zwischenräumen passiert, läßt sich demnach in gleicher Weise auf die entgegengesetzten Zwischenräume anwenden.

Im folgenden wird die Verbrennungskammer 42 betrachtet, die in der oberen, linken Ecke der Darstellungen angeordnet ist. Die keilförmige Kompressions-Expansions-Kammer 126 steht mit der Verbrennungskammer 42 in Verbindung. Die Einlaßkammer 76b, die auf der entfernteren Seite des Plattenventils 80 angeordnet ist, stellt diejenige Luftansaugkammer dar, die eine Speisung der Kompressions-Expansions-Kammer 126 durch die Durchgangsöffnungen 88b bewirkt. Das Ansaugrohr 108 ist mit einer rechteckförmigen Öffnung 110 dargestellt, welche mit der in gestrichelten Linien gezeigten ovalförmigen Ventilöffnung 84b in der Ansaugkammer 76b in Verbindung steht. Das Platten-Schiebeventil 92 regelt den Durchgang von Luft von der Ansaugkammer 76 über die Durchgangsöffnungen 88b in die Kammer 126, die mit der Verbrennungskammer 42 verbunden ist. Es ist zu beachten,

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daß die Verbrennungskammer 40, die Kompressions-Expansions-Kammer 122 und die Luftansaugkammer 74b in exakter Weise zur gleichen Zeit arbeiten, an welcher die vorher erwähn-.ten Zwischenräume mit der Verbrennungskammer 42 verbunden sind. Die anderen, diagonal einander gegenüberliegenden Verbrennungskammern 36, 38 und die zugeordneten Verbrennungs-Expansions-Kammern 120 und 124 sowie deren Luftansaugkammern 74a, 76a arbeiten in gleicher Weise, jedoch mit einem Phasenunterschied von 180°, d.h. einen halben Zyklus nach den beschriebenen Arbeitsvorgängen.

Es ist zu beachten, daß gemäß den Fig. 7 bis 21, welche die aufeinanderfolgenden Stellungen des Zylinders bzw. der Trommel und der Platte veranschaulichen, die Antriebsplatte das aktive Element bildet, welches die Änderung des Raumwinkels hervorruft,und zwar gegenüber der Ebene des Zylinders, welcher die Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens der externen Kompressions-Expansions-Kammern oder sphärischen Keile und gleichzeitig die entsprechenden Volumenänderungen der inneren Ansaugkammern der Platte hervorruft.

Wenn sich der Zylinder an einer 0 -Drehstellung (Fig. 7) befindet, schließt die in Längsrichtung durch die Mitte der Platte senkrecht zu der Trennwand 72*(die im folgenden als Bezugslinie bezeichnet wird) einen Winkel von 45 G^e~ genüber der Vertikalen ein. Von dieser Bezugslinie wird der Raumwinkel bzw. Flächenwinkel zwischen der Platte und dem Zylinder in entgegen dem Uhrzeigersinn liegender Richtung gemessen. Die Kompressions-Expansions-Kammer 126 nimmt das Minimalvolumen ein, die Verbrennungskammer 42 öffnet sich in den Arbeitsraum und fluchtet gegenüber der flachen Fläche der Antriebsplatte und die Verbrennungskammer 42 enthält eine komprimierte Luftladung, in welche flüssiger Kraftstoff gerade eingespritzt wird; die brennbare Ladung wird durch eine elektrische Zündkerze 29 entzünden. Der sich daraufhin ergebende explosive Druck des Gases drückt gegen

^verlaufende lüttellinie

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die flache Fläche der Platte und auch gegen die verlängerte Kante des Schiebeventils 92 und beginnt, die Platte und das Schiebeventil entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zur Ebene des Zylinders zu drehen, während die Platte den Zylinder im Uhrzeigersinn dreht, wenn dies von der rechten Seite des Diagramms aus betrachtet wird. In der Zwischenzeit fährt die Ansaugkammer 76b, die halb expandiert ist, damit fort,

zu expandieren und. neue Frischluft über die Ventilöffnung 84b anzusaugen, die die Öffnung 110 im Ansaugrohr überquert.

Fig. 8 veranschaulicht den Motor, wenn der Zylinder B sich in eine 30°-Stellung vorbev/egt hat. Die Bezugslinie hat sich um 4° 05' entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, was bedeutet, daß der Flächenwinkel zwischen der Platte und dem Zylinder sich von 0 auf 4 05' auf Grund der Expansion der verbrennenden Gase in der Verbrennungskammer 42 und der mit dieser in Verbindung stehenden Kompressions-Expansions -Kammer 126 erhöht hat, die nicht mehr länger das Minimalvolumen einnimmt, sondern nunmehr expandiert und die Platte antreibt. Die Änsaugkammer 76b ist nunmehr geringfügig mehr als um die Hälfte expandiert und expandiert weiterhin, wobei neue Frischluft über die Ventilöffnung 84b angesaugt wird, welche die Öffnung 110 des Einlaßrohres überstreicht.

Es ist zu beachten, daß der Druck der expandierenden, brennenden Gase in der Kammer 126, solange er die Platte antreibt, die verlängerte Kante des Schiebeventils 92 hart gegen die flache Fläche der Platte drückt, bis zu dem Zeitpunkt, an welchem die gegenüberliegende, verlängerte Kante wieder die schräge bzw. abfallende Wand der Verbrennungskammer 36 wieder erreicht. Bis dieser Punkt erreicht wird, verbleibt das Schiebeventil 92 gegenüber dem Zylinder der Platte stationär und beide Elemente drehen sich zusammen entgegen dem Uhrzeigersinn. Das Schiebeventil kann nur eine

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von zv/ei Positionen gegenüber der Platte und dem Zylinder einnehmen. Die verlängerte Kante wird sich mit der flachen Fläche der Platte wegen des expandierenden Gasdruckes bewegen, welcher sie dort hält, und zwar bis kurz bevor die 90 -Stellung der Trommel (Fig. 10) erreicht wird, wobei an diesem Zeitpunkt die gegenüberliegende, verlängerte Kante des Schiebeventils 92 wieder gegen die geneigte, flache Fläche der Verbrennungskammer 36 gelangt; anschließend wird die verlängerte Kante dort solange gehalten, bis die 180 Position der Zylinderdrehung (Fig. 14) erreicht \dLrd, an welchem Zeitpunkt dann die Verbrennungskammer 36 gezündet wird und der explosive Gasdruck der Verbrennung diese Kante des Schiebeventils 92 stark gegen die gegenüberliegende, flache Fläche der Platte hält.

Fig. 9 zeigt das zylindrische Element bzw. den Zylinder B in der 6O°-Stellung. Die Bezugslinie hat sich um 18° 23^f aus der Ursprungspbsition bewegt. Die verbrennenden Gase in der Verbrennungskammer 42 und des mit dieser in Verbindung stehenden sphärischen Keiles 126 expandieren v/eiterhin und treiben die Platte entgegen dem Uhrzeigersinn an. Die üinlaßkammer 76b ist nunmehr erheblich weiter als um die Hälfte expandiert und expandiert v/eiterhin, v/obei neue Frischluft über die Ventilöffnung 84b angesaugt wird, die die Ansaug-Rohröffnung 110 überstreicht. Das Schiebeventil bedeckt weiterhin die Platten-Durchgangsöffnungen 88b, wodurch die Ansaugkammer gegenüber der Kompressions-Expansions-Kammer 126 abgeschlossen wird.

Fig. 10 zeigt den Zylinder B in der 90°-Stellung. Die Bezugslinie hat sich aus der Ursprungsstellung um 45 herausbewegt. Die verbrennenden Gase in der Verbrennungskammer 42 und der zugeordneten Kompressions-Expansions-Kammer 126 lassen letztere v/eiterhin expandieren und die Platte entgegen dem Uhrzeigersinn drehen. Die gegenüberliegende, verlängerte Kante des Schiebeventils 92 liegt nunmehr fest gegen die nach innen

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erweiterte Wand der Verbrennungskammer 36 an und von jetzt an wird sich der zylindrische Vorsprung der Platten entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zu dem Schiebeventil 92 bewegen, so daß die Durchgangsöffnungen 88b sich nunmehr in Richtung auf die verlängerte Kante auf der linken Seite des Schiebeventils 92 zu bewegen. In dieser Stellung nimmt die Platten-Ansaugkammer 76b das Maximalvolumen ein und wird somit mit Frischluft aufgefüllt; eine weitere Drehung der Platte entgegen dem Uhrzeigersinn wird deren Kontraktion zur Folge haben. Die Ventilöffnung 84b fluchtet nicht langer mit der Öffnung 110 des Einlaßrohres, überstreicht jedoch nunmehr die offene Seite des Einlaßrohres. Nach einer v/eiteren Drehung der Öffnung 84a des Plattenventils (die Öffnung ist ausgezeichnet dargestellt) wird sie die öffnung 110 überstreichen, wodurch die Ansaugkammer 76a (linke Seite in Fig. 10) mit Frischluft für die Verbrennungskammer 38 gefüllt wird.

In Fig. 11 ist der Zylinder B in der 120°-Stellung. Die Bezugslinie hat sich aus der ursprünglichen Position um 71 37' bewegt. Die Verbrennungskammer 42 fluchtet nunmehr mit der Auspufföffnung im Maschinengehäuse und ermöglicht das Ausstoßen der expandierten, verbrannten Gase in die Kompressions-Expansions-Kammer 126 über die Verbrennungskammer 42. Die Ansaugkammer 76b kontrahiert und komprimiert die vollständige Ladung an Frischluft in dieser Kammer. Die Ventilöffnung 84b überstreicht die offene Seite des Einlaßrohres, wodurch die Ansaugkammer 76b abgeschlossen wird.

In Fig.. 12 nimmt der Zylinder B die 135°-Stellung ein. Hier hat sich die Bezugslinie aus der ursprünglichen Stellung um 80 16' herausbewegt. Die Verbrennungskammer 42 befindet sich immer noch in Flucht zu der Auspufföffnung und die verbrannten Gase in der Kompressions-Expansions-Kammer 126 strömen weiterhin über die Verbrennungskammer 42 zu der Auspufföffnung. Die Kammer 76b kontrahiert und komprimiert

*entgegen dem Uhrzeigersinn

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weiterhin die darin befindliche Frischluft, während die Ventilöffnung 84b die offene Seite des Luftansaugrohres überstreicht.

FiG. 13 veranschaulicht den Zylinder B in der i5O°-Stellung. Die Bezugslinie hat sich hier aus der ursprünglichen Position heraus um 85 55' bewegt. Die Verbrennungskammer befindet sich weiterhin in Flucht zu der Auspufföffnung und der Auspuffvorgang dauert an. Der Plattenzylinder hat bei seiner Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn die Platten-Durchgangs öffnungen 88b unterhalb der linken Kante des Plattenschiebeventils 92 freigegeben und die Strömung von komprimierter Luft in der Kammer 76b in die Kammer 126 hat begonnen, wodurch die Freigabe bzw. Reinigung von verbrannten Gasrückständen über die Verbrennungskammer 42 in die Auspufföffnung 37 und den daran angeschlossenen Auspuffkrümmer unterstützt wird, wobei das Gemisch aus Frischluft und verbrannten Gasen einen Nachbrenn-Prozeß durchläuft, bei welchem durch die Oxydation von unverbrannten Kohlenstoffpartikeln das Kohlenmonoxyd, ein giftiger Schadstoff, in Kohlendioxyd, ein unschädliches Gas, umgewandelt wird. Die Ventilöffnung 84b überstreicht weiterhin die offene Seite des Ansaugrohres 108.

Fig. 14 zeigt den Zylinder in der 180°-Stellung. Die Bezugslinie hat sich um 90 aus ihrer ursprünglichen Stellung herausbewegt, was den maximalen Flächenwinkel und das Expansionsvolumen des sphärischen Keiles oder der Kompressions-Expansions-Kammer 126 darstellt. Die Verbrennungskammer ist nicht weiter auf die Auspufföffnung 37 ausgerichtet und derAuspuffzyklus ist beendet. Die Kammer bzw. der Zwischenraum 76b ist zur Hälfte zusammengezogen und fährt damit fort, Frischluft in die Kompressions-Sxpansions-Kammer 126 zu stoßen; die Ventilöffnung 84b überstreicht weiterhin die offene Seite des Ansaugrohres 108. Die Platte hat nunmehr ihre maximale Stellung entgegen dem Uhrzeigersinn erreicht

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und eine weitere Drehung des Zylinders läßt die Platte ihre Drehrichtung gegenüber dem Zylinder in Richtung des Uhrzeigersinns umkehren.

Fig. 15 zeigt den Zylinder B in der 21O°-Stellung. Die Bezugslinie hat sich von 90° auf 85° 55' gegenüber der ursprünglichen Stellung zurückbewegt. Die Platte C hat ihre Richtung umgekehrt und bewegt sich nunmehr in Uhrzeigerrichtung relativ zu der Zylinderebene.Die Verbrennungskammer 42 und die Kompressions-Expansions-Kammer 126 werden*mit Frischluft aufgefüllt und die übrige Luft in der Kammer 76b wird in die Kompressions-Expansions-Kammer 126 ausgestoßen. Sowohl die Ansaugkammer wie auch die Kompressions-Expansions-Kammer kontrahieren nunmehr zur gleichen Zeit. Die Ventilöffnung 84b überstreicht weiterhin die freie Seite des Ansaugrohres.

Fig. 16 gibt den Zylinder B in der 240°-Stellung wieder. Die Bezugslinie befindet sich nunmehr 71 37' gegenüber der ursprünglichen Stellung. Die Verbrennungskammer 42 und die Kompressions-Expansions-Kammer 126 sind mit Frischluft aufgefüllt und der verbleibende Teil an Luft in der Platten-Ansaugkammer 76b wird in die Kammer 126 gedrückt. Sowohl letztere Ansaugkammer wie auch die Kompressions-Expansions-Kammer kontrahieren noch. Die Ventilöffnung 84b überstreicht weiterhin die freie Seite des Ansaugrohres.

Fig. 17 zeigt den Zylinder in der 27O°-Stellung. Di.e Bezugslinie befindet sich nunmehr 45 aus der ursprünglichen Stellung und. bewegt sich im Uhrzeigersinn. Die kontrahierende Einlaßkammer 76b hat nunmehr die Stellung mit minimalem Volumen erreicht und die Frischluftzufuhr der Platten-Ansaugkammer zur Kompressions-Expansions-Kammer 126 wird beendet. Eine v/eitere Drehung' des Zylinders und der Platte lassen das Schiebeventil 92 die Durchgangsöffnungen 88b schließen bzw. bedecken, wodurch die Verbindung zwischen der Ansaugkammer 76b und der Kompressions-Expansions-Kammer 126 geschlossen wird;

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die Ventilöffnung 84b beginnt damit, die Öffnung 110 des Ansaugrohres zu überstreichen.

Fig. 18 zeigt den Zylinder B in der 300 -Stellung. Die Bezugslinie befindet sich nunmehr 18° 33' entfernt von der ursprünglichen Stellung. Das Schiebeventil 92 hat sich relativ zu den Durchgangsöffnungen 88b bewegt, so daß letztere vollständig geschlossen werden, wodurch die Kammer 76b gegenüber der Kammer 126 abgeschlossen wird, welche den Verkleinerungsvorgang weiterhin durchführt und die darin befindliche Luft in die Kammer 42 drückt. Die Einlaßkammer 76b beginnt mit der Expansion, wobei neue Frischluft über die Ventilöffnung 84b angesaugt wird, welche nunmehr die Öffnung 110 überstreicht.

Fig. 19 zeigt den Zylinder B in der 315°-3tellung. Die Bezugslinie weist einen Winkel von 9 44' gegenüber der ursprünglichen Stellung auf. Die Luft in der Kompressions-Expansions-Kammer 126 und in der Verbrennungskammer 42 wird weiterhin komprimiert. Die Ansaugkammer 76b expandiert, wobei neue Frischluft über die Ventilöffnung 84b angesaugt wird, Vielehe die öffnung 110 überstreicht.

Fig. 20 zeigt den Zylinder in der 33O°-Stellung. Die Bezugslinio ist hierbei 4 05' von der ursprünglichen Anfangsstellung entfernt. Die Frischluft in der Kammer 12β und in der Kammer 42 nähert sich der Beendigung des Kompressionszyklus. Die Kammer 76b expandiert weiterhin und saugt neue Frischluft über die Ventilöffnung 84b an, die ihrerseits die öffnung 110 überstreicht.

Fig. 21 zeigt die Trommel in der 360°-Stellung. Die Bezugslinie hat die ursprüngliche Startposition wieder -erreicht. Die neue Frischluft', welche in der Kompressions-Expansions-Kammer 1 2.6 war, ist nun vollständig in der Verbrennungskammer 42 komprimiert. Die Kammer 76b ist zur Hälfte expan-

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diert und saugt weiterhin neue Frischluft über die Öffnung 84b an, die die Öffnung 110 überstreicht. An diesem Punkt wird flüssiger Kraftstoff in die Kammer 42 eingespritzt und die brennbare Mischung durch die Zündkerze 29 gezündet, wodurch ein neuer Zyklus begonnen wird, wie er oben unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 21 erläutert ist.

Es ist zu beachten, daß die Verbrennungskammer 40 diametral der Verbrennungskammer 42 gegenüberliegt und in ähnlicher Weise zur Antriebsplatte angeordnet ist und demzufolge den gleichen Zyklus durchläuft wie die Verbrennungskammer 42, und zwar gleichzeitig mit letzterer. Nach einer 180°-Drehung sind die Verbrennungskammern 36 und 38 in ähnlicher Weise gegenüber der gegenüberliegenden Fläche der Antriebsplatte angeordnet und stehen in ähnlicher Weise bereit, dem gesamten Arbeitszyklus gleichzeitig nachzufolgen, wie dies die Verbrennungskammern 42 und 40 gemäß vorstehender Beschreibung getan haben.

In dem einzigen Arbeitsraum dieses Motors verleihen somit zwei Verbrennungskammern einen kombinierten Impuls der Motorwelle während einer halben Umdrehung und die vier Verbrennungskammern verleihen zwei kombinierte Impulse während einer vollständigen Umdrehung.

In dem in den Figuren gezeigten Motor weist jeder der vier

3 sphärischen Keile einen Hub von 68 cm (5,25 cu.in.) und einen kombinierten Hub von 344 cm (21 cu.in.) auf. Jede Verbrennungskammer besitzt ein Volumen von 10,75 cm (0,65625 cu.in.) und das Verdichtungsverhältnis beträgt 5,90625 : 0,65625 = 9:1 ν Die Höhe des Plattenzylinders beträgt 8,7 cm (3,42 in.), der Durchmesser des Zylinders 8,7 cm (3.42 in.) und die Breite der Antriebsplatte 4,8 cm (1,875 in.). Das Volumen der Einlaß- bzw. Ansaugkammer beträgt etwa 123 cnr (7,5 cu.in.) oder ein 1,44-faches des Hubes bzw. der Verlagerung eines sphärischen Ke iles.

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Da zwei Verbrennungskammern einen kombinierten Antriebsimpuls bei jeder halben Umdrehung oder zwei kombinierte Impulse bei einer Umdrehung liefern, würde ein vergleichbarer Kolbenmotor ein Zwei-Zylinder-Zweitakt-Motor mit einem Gesamthub von 344 cm (21 cu.in.) oder 172 cm (10,5 cu.in.) je Zylinder sein. Die Bohrung jedes Zylinders würde 6 cm (2,375 in.) und der Hub 6,03 cm (2,375 in.) betragen, so daß das Volumen des Zylinders gleich 172 cm (10,5 cu.in.) wird. Der Verbrennungsraum an der Oberseite des Zylinders würde ein Volumen von 21,5 cm (1,3125 cu.in.) haben, so daß das Verdichtungsverhältnis .11,8125 : 1,3125 = 9:1 sein würde. Der äquivalente Viertakt-Motor würde vier solcher Zylinder aufweisen, von denen zwei zwei Impulse bei jeder Umdrehung liefern würden und die Hubraumgrösse würde 688 cm (42 cu.in.) betragen.

Bekanntlich ist das Verdichtungsverhältnis sehr wichtig bezüglich des Wirkungsgrades eines Motors und je höher das Verdichtungsverhältnis ist, umso höher ist der thermische Wirkungsgrad des Motors, umso höher ist die Wirtschaftlichkeit bezüglich des Kraftstoffes und umso größer ist das Drehmoment und die von einem Motor mit gegebenem Hubraum erhältliche Leistung. Wenn jedoch das Verdichtungsverhältnis bestimmte Grenzen überschreitet, besteht die Möglichkeit einer Selbstzündung auf Grund der Wärme der Kompression, die in einem Klopfen oder einem Knall resultiert. Bei der Arbeitsweise der Kolbenmotoren und der sphärischen Motoren ' wird ein positiver Druck durch die Verbrennung der Ladung bzw. des Gemisches und gleichzeitig ein negativer Druck auf Grund der Kompression der Frischluft entweder in dem zweiten Zylinder des Zwei-Zylinder-Motors oder in den beiden sphärischen Keilen an der gegenüberliegenden Seite der Antriebsplatte beim Umlaufmotor hervorgerufen. Die negativen Drücke müssen daher von den positiven Druckwerten subtrahiert werden, um den positiven Nettodruck zu erhalten, der die Drehung verursacht. Berechnungen zeigen, daß das

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Verdichtungsverhältnis bei einem Kolbenmotor schneller

abfällt als das Verdichtungsverhältnis bei dem Umlaufmotor, insbesondere in den frühen Stufen der Volumenexpansion und daß die Abfallrate nicht auf die Abfallrate herabfällt, die gleich der Abfallrate bei einem Umlaufmotor ist, bis die 1 20°-Drehstellung· erreicht wird.

Dies zeigt, dai3 die Volumenexpansion für jedes 15°-Intervall der Drehung in dem Zylinder schneller vor sich geht als in dem sphärischen Keil und die schnellere Expansion eines Gases einen schnelleren Druckabfall ergibt, insbesondere einen Abfall des Explosionsdrucks bei der Verbrennung. Die langsamere Volumen-Expansionsrate in dem sphärischen Keil stellt einen der vorhandenen, kinetischen Vorteile des sphärischen Keils gegenüber dem Zylinder dar.

Ein weiterer Vorteil des sphärischen Keils ist die Fläche der Antriebsplatte, die dem Verbrennungsdruck ausgesetzt wird. Bei einem Kolbendeckel beträgt die Fläche konstant

ungefähr 28,6 cm (4,43 sq.in.), wogegen die Fläche der

Antriebsplatte sich von 24,5 cm (3,8 sq.in.) bei der Null-Stellung auf 108 cm² (16,764 sq.in.) bei der 120°- Stellung variiert und sich ein Durchschnittswert von

56,6 cm (8,7 sq.in.) für die Fläche ergibt. Es ist zu beachten, daß diese Fläche das Doppelte der Fläche auf einer Seite der Platte beträgt, weil die einander gegenüberliegenden Seiten durch den Verbrennungsdruck in den beiden, diametral einander gegenüberliegenden Keilen gleichzeitig beaufschlagt v/erden. Bei der Berechnung der Plattenfläche, die dem Gasdruck ausgesetzt ist, wird die Fläche des zylindrischen Abschnittes der Platte als flache, vorspringende Fläche konzipiert, die neben der flachen, kreisförmigen Segmentfläche der Platte liegt. Eine größere Plattenfläche, die mit höheren Kompressionsdruckwerten je cm^J (sq.in.) multipliziert wird, ergibt einen höheren gesamten Verbrennungsdruck, der auf die Platte wirkt, als der Druck, der auf den Kolben wirkt.

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Nur bezüglich der Länge des Hebels von der Drehachse ergibt der Kolbenmotor einen größeren Wert als der Umlaufmotor. Der durchschnittliche Momentenarm bzw. Hebel der Kurbelwelle bei einem Kolbenmotor beläuft sich auf 2,3 cm (0,9102 in.) und derjenigen der Schwerpunktsmitte der Platte auf 1,78 cm (0,7036 in.). Das durchschnittliche Drehmoment des Kolbenmotors beträgt 473 kg/cm (411 in.lbs.) und das des Umlaufmotors 688 kg/cm (598 in.lbs.), welches eine 45 ?o-ige Erhöhung gegenüber dem Kolbenmotor ergibt.

Diese Drehmomentdarstellungen basieren auf der Annahme ei-

nes Druckes von 0,91 kg/cm (13 lbs./sq.in.) für eine anfängliche Füllung an Luft, weicherden wahrscheinlichen Druck bei niedrigen Geschwindigkeiten darstellt. Bei einer Erhöhung der Motordrehzahl fällt der Druck auf Grund des größeren Widerstandes der Luftströmung durch die Ansaugkrümmer und Ventile ab. Dies wird als Abfall des "volumetrischen Wirkungsgrades" bezeichnet, der das Verhältnis des Ansaugluftdruckes gerade vor der Kompression gegenüber

dem Atmosphärendruck von 1,02 kg/cm (14,7 lbs./sq.in.) ist. Wenn der volumetrische Wirkungsgrad abfällt, trifft dies auch auf den Kompressionsdruck zu und demzufolge umsomehr auch auf den Verbrennungsdruck, der ein Vielfaches des ersteren ist.

Aus diesem Grund sind Motoren mit hoher Leistung manchmal mit Vorverdichtern ausgerüstet, einer Pumpeinrichtung, die von der Motorwelle betrieben wird und Luft in den Zylinder einführt, so daß die Anfangsfüllung auf atmosphärischem Druck oder geringfügig darüber liegt, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad bei 100 % beibehalten wird. Bei Renn-

motoren werden die Zylinder manchmal auf 0,7 kg/cm (10 lbs./sq.in.) über Atmosphärendruck vorverdichtet.

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In dem erfindungsgemäßen Umiaufmotor ist die Vorverdichtung ein Teil des Aufbaus. Das Volumen der Ansaugkammer der

■7.

Platte beträgt gemäß vorstehender Beschreibung 123 cm (7,5 cu.in.) oder ein 1,44-faches der Verlagerung von 86 cm (5,25 cu.in.)-Verlagerung eines sphärischen Keiles. Ein Teil dieser Luft wird zur Reinigung des Keiles vor Beendigung des Auspuffvorganges benützt und der restliche Teil wird dann vor der Zündung komprimiert. Abhängig von dem Zeitpunkt bzw. der Zeiteinstellung des Schließens der Auspufföffnung, einem Zustand, der bei der Konstruktion eines speziellen Umlaufmotors vorbestimmt wird, kann das Volumen der übrigen Luft, die komprimiert werden soll, so sein, daß der volumetrische Wirkungsgrad auch bei hohen Motordrehzahlen 100 % betragen würde.

Es ist zu beachten, daß die Verlagerung bzw. der Inhalt des erfindungsgemäßen Umlaufmotors eine Funktion nur der Zylinderhöhe ist und daß sie für eine gegebene Verlagerung bzw. für einen gegebenen Inhalt konstant ist. Um die Wirkung einer Änderung der Dimensionen der Platte auf das vorher berechnete Drehmoment zu erkennen, wird eine zweite Berechnung für einen Umlaufmotor mit gleichem Zylinderinhalt und gleicher Zylinderhöhe, jedoch vergrößertem Zylinderdurchmesser angestellt, wobei dieser Durchmesser von 8,7 cm (3,42 in.) auf 10 cm (4,0 in.) erhöht wurde und die Breite der Antriebsplatte von 4,8 cm (1,875 in.) auf 5,7 cm (2,25 in.) erweitert wurde. Die Vergrößerung des Zylinderdurchmessers vergrößerte den Durchmesser des Arbeitsraumes von 12,3 cm (4,837 in.) auf 13,4 cm (5,263 in.).

Diese Änderungen vergrößerten die Dirchschnittsflache der

Platte, die dem Gasdruck freigesetzt ist, und zwar von 56,6 cm (8,77 sq.in.) auf 60 cm. (9,28 sq.in.). Die Durchschnittslänge des Platten-Hebels erhöhte sich von 1,8 cm (0,7036 in.) auf 1,94 cm (0,7642 in.) und das theoretische Drehmoment erhöhte sich von 607,5 kg/cm (598 in./lbs.) auf 668 kg/cm

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(658 in./lbs.), d.h. es ergibt sich eine 10 %-lge Erhöhung des Drehmoments bei den beiden Umlaufmotoren bzw. Drehkolben-Umlaufmotoren und eine 60 %-ige Erhöhung des Drehmoments gegenüber dem Kolbenmotor. Auch das Volumen der Platten-Ansaugkammer erhöhte sich von 123 cm (7»5 cu.in.) bei einem 1,44-fachen Hub auf 172 cm^J (10,5 cu.in.) bei einem 2-fachen Hub , der einen höheren Grad an Vorverdichtung gegenüber dem vorhergehenden Motor bei diesem Umlaufmotor möglich macht.

Sin weiterer, wichtiger Gesichtspunkt eines zu großen Frischluftvolumens, welches in die Platteneinheit zum Vorverdichten angesaugt wird, ist der Kühleffekt an der Innenfläche der Platte. Die Außenflächen der Platte sind intensiver Verbrennungswärme ausgesetzt und um eine zu starke Expansion und ein mögliches Anfressen der rotierenden Elemente zu verhindern, ist es wesentlich, daß die überschüssige Wärme abgezogen wird und dies ist eine zusätzliche Funktion der einströmenden Frischluft.

Bei dem erfindungsgemäßen sphärischen Umlaufmotor sind noch einige andere erwünschenswerte Merkmale vorhanden, von denen eines die Turbulenz der Ladung im Augenblick der Zündung ist. Es ist bekannt, daß die Zündgeschwindigkeit der brennbaren Ladung durch Turbulenz erhöht wird und daß diese Zündgeschwindigkeit, d.h. Flammenfortpflanzung proportional zum Turbulenzgrad ist. Je schneller die vollständige Verbrennung in den frühen Expansionsstufen der Ladung auftritt, umso größer wird die Menge an Wärmeenergie sein, die freigegeben wird und die in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Mit Turbulenz weist die Ladung auch eine geringere Tendenz dazu auf, bei der Zündung zu klopfen oder zu knallen und daher können höhere Verdichtungsverhältnisse benützt werden, die sowohl in höheren Verdichtungswerten und einem höheren thermischen Wirkungsgrad resultieren.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird darauf hingewiesen, daß die Platten-Durchgangsöffnungen 88a, 88b, 90a und 90b mit spiralförmigen Rippen versehen sind, die einen integralen Teil eines dünnwandigen Zylinders darstellen, der leicht konisch zulaufend ist und in die gebohrten Durchgänge hineingedrückt wird. Wenn Frischluft von der Platten-Ansaugkammer zu dem sphärischen Keil übertragen wird, wird sie durch diese öffnungen mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit hindurchgedrückt, wodurch die spiralförmigen Rippen der Luft eine Wirbelbewegung verleihen. Dies unterstützt nicht nur die Reinigung des sphärischen Keiles gegenüber den verbrannten Gasen, sondern ruft auch die gewünschte Turbulenz während der Kompression hervor, welche die Dispersion und Verdunstung des in die komprimierte Luft eingespritzten Kraftstoffes vor der Zündung unterstützt.

Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß die in den brennenden Gasen während der Reinigung des sphärischen Keiles dispergierte Frischluft beim Eintreten in den Auspuffkrümmer das "Nachbrennen" fördert, d.h. einen Prozeß einer weiteren Oxydierung von unverbrannten Kohlenstoffpartikeln, wobei Kohlenmonoxyd (eine schädliche Verunreinigung) in Kohlendioxyd (ein schadloses Gas) umgewandelt wird. Diese Wirkung ist derjenigen Wirkung ähnlich, die in einem thermischen Reaktor stattfindet, eine Einrichtung, die den Abgassystemen einiger Motoren zugeordnet bzw. mit den Abgassystemen verbunden ist und die die notwendige Frischluft von einer externen Pumpe empfangen, welche von der Motorwelle angetrieben wird.

Ein weiteres wünschenswertes Merkmal der Erfindung ist die Bewegung der komprimierten Ladung an der Kraftstoff-Einspritzdüse und der Zündkerze vorbei während etwa 35° einer 180°- Drehung. Dies bedeutet, daß die Düse und die Zündkerze der intensiven Verbrennungswärme für nur eine kurze Zeitperiode während jeder Drehung ausgesetzt wird und dies die Lebensdauer dieser Teile erhöht.

Ein weiterer Vorteil des sphärischen Umlaufmotors nach der Erfindung ist die Einfachheit der Ventilanordnung. So sind nur zwei Einlaßventilstücke vorgesehen, die sich auf stationär*··^ -■■ =<ugrohren drehen; außerdem sind zum Betrieb zwei Platten-Übertragungsschiebeventile erforderlich. Diese Ventile sind bezüglich der Zeiteinstellung selbstwirkend und es sind keine zusätzlichen Wellen, Zahnräder, Federn und so weiter für ihren Betrieb erforderlich.

Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Umlaufmotors ist jedoch die sanfte bzw. gleichmäßige und schwingungsfreie Arbeitsweise. Es treten keine eine Beeinträchtigung hervorrufende Trägheitskräfte wie bei sich hin- und herbewegenden Kolben, Stößelstangen, Ventilen, Ventilstößeln, Federn und so weiter auf, die jeweils Quellen für Schwingungen und Geräusche bei den Kolbenmotoren darstellen. Darüber hinaus tritt keine Drehschwingung auf, die manchmal bei Kolbenmotoren auf Grund der Drehmomentimpulse auftreten, die wechselweise auf das vordere und rückwärtige Ende einer Längskurbelwelle übertragen werden,"welche ein geringfügiges Auf- und Entwinden der Welle während ihrer Drehung hervorruft .

Bei dem erfindungsgemäßen Umlaufmotor bewegen sich alle Teile in einer einzigen Richtung. Sie sind bezüglich ihrer Form symmetrisch und können einzeln nach dem Zusammenbau ausbalanciert bzw. ins Gleichgewicht gebracht werden und die gesamte Drehmasse kann dynamisch ausgeglichen werden. Das Gewicht des Drehzylinders kann schwer genug gewählt werden, um als Schwungrad zu dienen und um die Energie der schwankenden Drehmomentimpulse zu speichern, die der Antriebsplatte während jeder halben Drehung aufgegeben werden und um die Energie auf die Motorwelle als normalerweise gleichförmiges Drehmoment während jeder vollen Drehung zurückzuübertragen.

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Ein weiterer Vorteil liegt in der vergleichsweise geringen Masse und dem geringen Gewicht für einen gegebenen Hubraum bzw. Zylinderinhalt, der nahezu 40 % weniger gegenüber einem vergleichbaren Kolbenmotor beträgt. Die Einsparung an Masse, d.h. an Raumbedarf und Umfang sowie an Gewicht wirkt sich äußerst hilfreich bei der Entwicklung von Umlaufmotoren für Dieselbetrieb aus.

Der erfindungsgemäße Motor kann auch als Dieselmotor mit offensichtlichen Änderungen betrieben werden. Die Arbeitsdruckwerte bei einem Dieselmotor sind viel höher und deswegen muß die Konstruktion schwerer und fester mit einem höheren Faktor an Sicherheit gestaltet werden. Bei einem Dieselmotor müssen keine Zündkerzen und elektrischen Zündsysteme vorgesehen werden, weil die hohe Kompression der Luft dessen Temperatur auf etwa 1000° F erhöht, welche ausreicht, um eine sofortige Zündung hervorzurufen, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird. Wegen des hohen Kompressionsdrucks ist darüber hinaus der thermische Wirkungsgrad des Dieselmotors viel höher, was zusammen mit den niedrigeren Kosten an Werkstoff einen Diesel-Umlaufmotor wesentlich wirtschaftlicher betreiben läßt.

Der erfindungsgemäße Umlaufmotor weist ein Gehäuse mit einem sphärischen Hohlraum bzw. einem Arbeitsraum sowie eine in dem Gehäuse drehfähig angeordnete Motorwelle auf. Ein angetriebenes zylindrisches Element bzw. ein Zylinder mit vier Verbrennungskammern ist in dem Gehäuse drehfähig gelagert und teilt den sphärischen Hohlraum; das angetriebene Element ist mit der Motorwelle verbunden. Ein hohles, kreisförmiges Antriebselement oder eine Platte ist mit dem angetriebenen zylindrischen Element verbunden, wenn es durch die Mitte letzteren Elements hindurchläuft und ist in dem sphärischen Hohlraum des Gehäuses angeordnet. Die Unterteilung des angetriebenen zylindrischen Elements durch das kreisförmige Antriebsglied bildet vier sphärische, variable

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Volumen in Form von Keilen, die als "Kompressions-Expansions"■ Kammern bezeichnet sind und die sich innerhalb des Arbeitsraumes befinden. Die Expansion der gezündeten Gase in den Kompressions-Expansions-Kammern treibt das kreisförmige Element oder die Platte an, die ihrerseits das angetriebene zylindrische Element, d.h. die Trommel in Drehung versetzt, die die Motorwelle antreibt. In dem hohlen, kreisförmigen Antriebsglied befinden sich vier Ansaugkammern variablen Volumens, die über sich drehende Ventile bzw. Absperrorgane an stationären Luftansaugrohren mit Frischluft versorgt werden. Luft, die sich in der Ansaugkammer befindet, wird nach ihrer Kompression über Durchgangsöffnungen in der Platte in die Kompressions-Expansions-Kammer geleitet bzw. geführt. Das maximale expandierte Luftvolumen, welches in die Ansaugkammer angesaugt wurde, ist wesentlich größer als der berechnete Hub bzw. Zylinderinhalt der Volumenaddition aus Verbrennungskammer und Kompressions-Expansions-Kammer in dem Arbeitsraum. Ein Teil der Luft wird zur Reinigung der Verbrennungskammer gegenüber von verbrannten Auspuffgasrückständen benützt, wobei die Luft durch den Auspuffkrümmer hindurchgelangt und den Prozeß des Nachbrennens fördert, welcher die Schmutzstoffe in dem Abgas, welches an die Außenluft gelangt, reduziert. Das verbleibende Luftvolumen in der Ansaugkammer - die noch größer als der berechnete Zylinderinhalt ist - wird dann in die Verbrennungskammer verbracht und komprimiert, wodurch auch bei hohen Motordrehzahlen ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad beibehalten wird.

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Claims (35)

1. Patentansprüche

   / 1. !Umlaufmotor mit einem einen Hohlraum aufweisenden Ge- \ /häuse, welches einen Lufteinlaß, einen Kraftstoffeinlaß und Auspufföffnungen enthält, die mit dem Hohlraum in Verbindung stehen, mit einer Motorwelle, die drehfähig in dem Gehäuse angeordnet ist, und einem zylindrischen Element zur Drehung in dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Element (B) in direkter Antriebsverbindung mit der Motorwelle (51) steht und eine Verbrennungskammer (36, 38, 40, 42) aufweist, die in der Wand des zylindrischen Elements festgelegt ist, daß die Verbrennungskammer in wenigstens einer ihrer Betriebsstellungen mit der Kraftstoffeinlaßöffnung (25) und mit der Auspufföffnung (37, 39) in wenigstens einer anderen Arbeitsstellung übereinstimmt, daß ein Antriebsglied (C) zum Antrieb des zylindrischen Elements (B) an diesem beweglich befestigt ist, daß das zylindrische Element (B), das Antriebsglied (C) und die Innenwand des Gehäuses (A) eine Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) festlegt, daß eine Einrichtung (74, 76, 78, 80) die Lufteinlaßöffnung (108) mit der Kompr es s ions-Expansi ons-Kammer verbindet, daß letztere Kammer mit der Verbrennungskammer (36, 38, 40, 42) in Verbindung steht und durch die Kompression von Gasen in der Verbrennungskammer expandierbar ist, um das Antriebsglied (C) zu bewegen.

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2. 2. Umlaufmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des zylindrischen Elements (B) parallel zur Drehachse der Welle (51) liegt.
3. 3. Umlaufmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Antriebsglieds (C) nicht mit der Drehachse des zylindrischen Elements (B) übereinstimmt.
4. 4. Umlaufmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Luftansaugöffnung (108) mit der Kompressions-Expansions-Kammer verbindende Einrichtung (74, 76, 78, 80) eine Luftansaug-Kammer (74a, 74b, 76a, 76b) in dem Antriebselement (C) aufweist, daß die Luftansaug-Kammer mit der Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) in Verbindung steht.
5. 5. Umlaufmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Luftansaugleitung von der Luftansaugöffnung (108) zu dem Gehäuse (A) erstreckt.
6. 6. Umlaufmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (C) um die Luftansäugleitung (108) herum drehfähig ist.
7. 7. Umlaufmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ventileinrichtungen (78, 80) die Luftansaugöffnung (108) mit der Luftansaug-Kammer (74a, 74b, 76a, 76b) verbinden.
8. 8. Umlaufmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) variables Volumen aufweist.

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9. 9. Umlaufmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressions -Expansions -Kamm er (120, 122, 124, 126) die Form eines sphärischen Keiles aufweist.
10. 10. Umlaufmotor nach wenigstens einem der vorangehenden V Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das maximale

    ,.<-· Volumen der Luftansaug-Kammer (74a, 74b, 76a, 76b) größer als das maximale Volumen der Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) ist.
11. 11. Umlaufmotor mit einem einen Hohlraum enthaltenden Gehäuse, welches einen Luiteinlaß, einen Kraftstoffeinlaß und AuspuffÖffnungen, die mit dem Hohlraum in Verbindung stehen, aufweist, mit einem zylindrischen Element, welches zur Drehung in der Wand des Gehäuses neben dem Hohlraum angeordnet ist und eine Verbrennungskammer umfaßt, die mit der Kraftstoff-Einlaßöffnung in wenigstens einer ihrer Arbeitsstellungen und mit der Auspufföffnung in wenigstens einer anderen Arbeitsstellung in Ausrichtung steht, mit einem Antriebsglied, welches in dem Gehäuse beweglich ist und mit dem zylindrischen Element zur Drehung desselben verbunden ist, mit einer durch die Gehäusewand, das zylindrische Element und das Antriebsglied festgelegten Kompressions-Expansions-Kammer, die mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftansaug-Kammer (74a, 74b, 76a, 76b) in dem Antriebsglied (C) vorgesehen ist, welche mit der Einlaßöffnung (108) verbunden ist und daß eine Einrichtung zur Verbindung der Ansaugkammer (74a, 74b, 76a, 76b) mit der Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) angeordnet ist.

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12. 12. Umlaufmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (C) einen ringförmigen Abschnitt (65) aufweist, der in abdichtender Weise mit der Viand des Hohlraums in Berührung steht.
13. 13. Umlaufmotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (C) ein Paar von in Abstand zueinander angeordneten kreisförmigen Elementen (64, 66) aufweist, daß ein Trennelement (72) mit den kreisförmigen Elementen (64, 66) verbunden ist und den kreisförmigen Zwischenraum zwischen diesen in zwei im wesentlichen halbkreisförmige Hohlräume (74, 76) unterteilt.
14. 14. Umlaufmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes kreisförmige Element (64, 66) einen zylindrischen Vorsprung (68, 70) zum Eingriff mit dem zylindrischen Element (B) aufweist.
15. 15. Umlaufmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (72) einen zylindrischen Vorsprung (100) aufweist.
16. 16. Umlaufmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftansaugöffnung (108) eine Ansaugleitung aufweist, die sich von ihrem Äußeren zu dem Gehäuse erstreckt.
17. 17. Umlaufmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (78, 80) zur Verbindung der Luftansaugöffnung (108) mit einem der halbkreisförmigen Hohlräume (74, 76) vorgesehen ist.

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18. 18. Umlaufmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (74, 76) Ventileinrichtungen (78, 80) zur intermittierenden Verbindung der Ansaugöffnung (108) und des halbkreisförmigen Hohlraumes (74, 76) aufweist.
19. 19. Umlaufmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (78, 80) den halbkreisförmigen Hohlraum (74, 76) in zwei Luftansaug-Kammern (74a, 74b, 76a, 76b) unterteilt.
20. 20. Umlaufmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede Luftansaug-Kammer (74a, 74b, 76a, 76b) variables Volumen aufweist.
21. 21. Umlaufmotor nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (78, 80) in dem halbkreisförmigen Hohlraum (74, 76) zur Änderung des Volumens der Ansaug-Kammern (74a, 74b, 76a, 76b) beweglich ist.
22. 22. Umlaufmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (78, 80) um die Leitung (108) herum drehfähig ist.
23. 23. Umlaufmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (C) um die Leitung (108) drehfähig ist.
24. 24. Umlaufmotor nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (78, 80) mit dem zylindrischen Vorsprung (100) in dichtendem Eingriff steht, wenn er sich in dem halbkreisförmigen Hohlraum (74, 76) bewegt.

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25. 25. Umlaufmotor nach wenigstens pi'nem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung (92, 94) die Ansaug-Kammer (74a, 74b, 76a, 76b) mit der Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) verbindet.
26. 26. Umlaufmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß jedes kreisförmige Element (64, 66) einen zylindrischen Vorsprung (68, 70) zum Eingriff mit dem zylindrischen Element (B) trägt.
27. 27. Umlaufmotor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (92, 94) neben dem zylindrischen Vorsprung (68, 70) angeordnet ist.
28. 28. Umlaufmotor nach den Ansprüchen 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (92, 94) eine zylindrische Platte aufweist, die in Dichtungseingriff mit dem zylindrischen Abschnitt (68, 70) ist.
29. 29. Umlaufmotor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (92, 94) zwischen dem Antriebsglied (C) und dem zylindrischen Element (B) vorgesehen ist.
30. 30. Umlaufmotor nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (92, 94) eine sich nach außen erstreckende periphere Lippe trägt.
31. 31. Umlaufmotor nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansion von Gasen in der Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) die Lippe derart wegdrückt, daß sie die Platte (92, 94) relativ zum zylindrischen Abschnitt (68, 70) verlagert.

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32. 32. Umlaufmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 31t dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaug-Kammer (7oa, 76b, 74a, 74b) variables Volumen aufweist und daß die Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) variables Volumen besitzt und daß das maximale Volumen der Ansaug-Kammer größer als das maximale Volumen der Kompressions-Expansions-Kammer ist.
33. 33. Umlaufmotor nach einem der Ansprüche 11 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) mit der Verbrennungskammer (36, 38, 40, 42) in Verbindung steht, während die Verbrennungskammer sich in Verbindung mit der Abgasöffnung (37, 39) befindet.
34. 34. Umlaufmotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (88, 90) eine Einrichtung aufweist, die der Luft-Füllung eine Turbulenz verleiht, wenn sich die Luft-Füllung von der Ansaug-Kammer (76a, 76b, 74a, 74b) zu der Kompressions-Expansions-Kammer (120, 122, 124, 126) bewegt.
35. 35. Umlaufmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 11

    bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Turbulenz hervorrufende Einrichtung (90a) spiralförmige Rippen aufweist.

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