DE2739326A1 - Kraft- oder arbeitsmaschine und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Kraft- oder arbeitsmaschine und verfahren zu deren betrieb

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DE2739326A1
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Herbert Haardt
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Description

  • Herr Herbert Haardt, Grimbergstraße 15, 59oo Siegen 1
  • Herr Hans-Dieter Haardt, Marburger Straße 35, 5901 Wilnsdorf-Gernsdorf Kraft- oder Arbeitsmaschine und Verfahren zu deren Betrieb Die Erfindung betrifft eine Kraft- oder Arbeitsmaschine, beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder einen Verdichter, mit den Leistungsteil bildenden und mit einer Welle getrieblich verbundenen kreiskolbenartigen Umlaufkolben, die sich in einem um die Welle im Absperrteil gebildeten Raum auf einer vorgegebenen, geschlossenen Bahn bewegen, wobei in den Raum des Absperrteils jeweils an vorbestimmten Stellen Einlaß-und Auslaßkanäle münden, die in bestimmtem Wechsel vom Umlaufkolben verschlossen und freigegeben werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kraft- oder Arbeitsmaschine.
  • Das Charakteristikum von Kraft- oder Arbeitsmaschinen mit kreiskolbenartigen Umlaufkolben besteht darin, daß deren, in der Regel von einem Gehäuse gebildetes Absperrteil feststehend ausgebildet ist, während der Leistungsteil selbst oder Teile desselben sich ungleichförmig bewegen. Die Arbeitsräume innerhalb des den Absperrteil bildenden Gehäuses verändern sich in ihrem Volumen jeweils in Abhängigkeit von der Drehlage der den Leistungsteil bildenden Umlaufkolben.
  • Ein weiteres Charakteristikum derartiger Kraft- oder Arbeitsmaschinen besteht darin, daß sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßöffnungen im Absperrteil jeweils von den Umlaufkolben selbst geöffnet und geschlossen werden.
  • Das größte Problem bei den mit kreiskolbenartigen Umlaufkolben ausgestatteten Kraft- oder Arbeitsmaschinen liegt in der einwandfreien Abdichtung der Arbeitsräume, weil sich die Umlaufkolben während ihrer Bewegung im Absperrteil nicht nur relativ zu dessen Wandungen, sondern auch zu der mit ihnen getrieblich verbundenen Welle fortwährend verlagern.
  • Das Dichtungsproblem resultiert dabei daraus, daß die Umlaufkolben eine polygonförmige, bspw. dreieckige Umrißform mit nach außen gewölbten Seitenflächen haben, die in einem Raum des Gehäuses umlaufen, welcher ein in der Mitte leicht eingeschnürtes Oval in Form einer speziellen Epitrochoide bildet.
  • Die Dichtflächen des Kolbens werden dabei nur von denjenigen Kanten gebildet, die an den Ecken des Polygons parallel zur Welle verlaufen und sich längs der Flächen der Epitrochoide vandant verlagern.
  • Durch die Erfindung soll nun eine Kraft- oder Arbeitsmaschine der gattungsgemäßen Art geschaffen werden, die mit relativ geringem Aufwand eine bessere Eingrenzung der in ihrem Volumen veränderlichen Arbeitsräume ermöglicht und damit die Dichtungsprobleme wesentlich verringert. Die Lösung dieses Problems ist nach der Erfindung in der Hauptsache dadurch gekennzeichet, daß mindestens zwei Paare von Umlaufkolben in einem gemeinsamen, konzentrisch um die Welle im Absperrteil gebildeten Ringraum vorgesehen und auf einer geschlossenen Kreisbahn bewegbar sind, daß die beiden Kolben jedes Kolbenpaares auf zwei getrennten, aber koaxial zueinander und konzentrisch zur gemeinsamen Welle drehbar angeordneten Ringkörpern mit übereinstimmenden Innenverzahnungen sitzen, daß mit der Innenverzahnung jedes Ringkörpers je ein jeweils auf einer im Absperrteil gelagerten Welle sitzendes Ritzel kämmt, und daß auf die Welle jedes Ritzels ein Getriebeglied aufgekeilt ist, das mit einem an der gemeinsamen Welle angreifenden Getriebeglied für Drehung auf elliptischen Gangpolbahnen mit periodischer Änderung der Winkelgeschwindigkeit gekuppelt ist.
  • Der konzentrisch um die gemeinsame Welle im Absperrteil gebildete Ringraum läßt sich verhältnismäßig einfach mit hoher Genauigkeit herstellen, so daß die darin umlaufenden Kolben mit einfachen Mitteln gegen dessen Wandungen abgedichtet werden können. Die Volumensänderung der Arbeitsräume zwischen den hintereinander herlaufenden Kolben wird erreicht durch die zwangsläufige, periodische Änderung der Winkelgeschwindigkeit zwischen den Kolben, dergestalt, daß sich die Kolben während jeder vollen Umdrehung innerhalb des Ringraumes mehrfach einander nähern und voneinander entfernen.
  • Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die mit den beiden Ringkörpern kämmenden Ritzel untereinander übereinstimmend ausgelegt sind und ihre Zähnezahl jeweils der halben Zähnezahl der Ringkörper entspricht.
  • Im einfachsten Falle können gemäß der Erfindung die Getriebeglieder zwischen den drei Wellen aus zwei gekoppelten Antiparallelkurbelgetrieben bestehen, deren Koppeln am selben Lager der auf der gemeinsamen Welle sitzenden Kurbel angreifen.
  • Es ist jedoch auch möglich, die auf den drei Wellen sitzenden Getriebeglieder als übereinstimmende, ovale Zahnräder auszubilden, deren Brennpunkt jeweils mit der Wellenachse fluchtet. Dabei können die ovalen Zahnräder entweder als Ellipsenräder ausgebildet werden oder aber als Exzenterräder gestaltet sein.
  • Als Umlaufkolben lassen sich nach einem anderen Erfindungsmerkmal Ringsegmentkörper von rundem oder prismatischem Querschnitt benutzen, deren Länge maximal einem Achtelbogen der Ringkammer entspricht, wobei die jeweils zwischen den Endflächen benachbarter Umlaufkolben eingeschlossenen Abschnitte der Ringkammer wandernde Arbeitskammern bilden.
  • Im Falle einer Ausbildung der Arbeitsmaschine als Pumpe oder Verdichter ist es nach der Erfindung möglich, in dem den Absperrteil bildenden Gehäuse zwei Einlaßöffnungen und zwei Auslaßöffnungen vorzusehen, wobei einerseits die Einlaßöffnungen und andererseits die Auslaßöffnungen jeweils diametral zueinanderliegend in den Ringraum münden, und zwar die Einlaßöffnungen je in Umfangsbereichen, in denen der jeweils vorlaufende Umlaufkolben eine relativ große Winkelgeschwindigkeit hat, der nachlaufende Umlaufkolben aber eine relativ kleine Winkelgeschwidigkeit aufweist, und die Auslaßöffnungen jeweils in Umfangsbereichen liegen, in welchen der jeweils vorlaufende Umlaufkolben eine relativ kleine Winkelgeschwindigkeit, der nachlaufende Umlaufkolben aber eine relativ hohe Winkelgeschwindigkeit besitzt.
  • Wird die Kraftmaschine als Verbrennungsmotor ausgebildet, dann münden in das den Absperrteil bildende Gehäuse eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung etwa in einem Winkelabstand von 270° hintereinander in den Ringraum ein, und zwischen diesen ist etwa auf halbem Winkelabstand eine Zündkammer mit der Ringkammer verbunden, wobei die Einlaßöffnung in einem Umfangsbereich liegt, in dem der jeweils vorlaufende Umlaufkolben eine relativ große Winkelgeschwindigkeit, der nachlaufende Umlaufkolben aber eine relativ kleine Winkelgeschwindigkeit aufweist, während die Auslaßöffnung sich in einem Umfangsbereich befindet, innerhalb welchem der jeweils vorlaufende Umlaufkolben eine relativ kleine Winkelgeschwindigkeit, jedoch der nachlaufende Umlaufkolben eine relativ große Winkelgeschwindigkeit aufweist, und schließlich die Zündkammer in einem Umfangsbereich vorgesehen ist, in welchem zwischen den jeweils vor- und den jeweils nachlaufenden Umlaufkolben zumindest annähernd die geringste Relativgeschwindigkeit besteht.
  • In verfahrenstechnischer Hinsicht ist es wichtig, daß zwei Paare von Umlaufkolben zur abwechselnden Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens der zwischen ihnen gebildeten Kammern relativ zueinander mit periodisch ungleichförmigen Winkelgeschwindigkeiten auf einer geschlossenen Kreisbahn gedreht werden. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Winkelgeschwindigkeit jedes Umlaufkolbens während jeder vollen Umdrehung vier mal abwechselnd verzögert und beschleunigt sowie dabei jeweils während der Verzögerung des einen Umlaufkolbens die Beschleunigung des benachbarten Umlaufkolbens bewirkt wird.
  • Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nunmehr ausführlich beschrieben werden. Dabei zeigt bzw. zeigen Fig. 1 bis 4 in rein schematischer Prinzipdarstellung den Grundaufbau und das wirkprinzip einer erfindungsgemäßen Kraft- oder Arbeitsmaschine in ihren vier charakteristischen Betriebsstellungen, Fig. 5 diagrammatisch die Abhängigkeit der Drehbewegungen der Hilfswellen und der die Kolben betreibenden Ringkörper einer erfindungsgemäßen Kraft- oder Arbeitsmaschine in Abhängigkeit von der Drehung der Hauptwelle, Fig. 6 ebenfalls ein Schaubild, in welchem die periodischen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeiten für die einerseits mit den Kolben und andererseits mit der Hauptwelle in Wirkverbindung stehenden Getriebeglieder aufgezeigt sind, Fig. 7 die baulich einfachste Ausgestaltung der einerseits mit den Kolben und andererseits mit der Hauptwelle gekuppelten Getriebeglieder, Fig. 8 eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit für die einerseits mit den Kolben und andererseits mit der Hauptwelle gekuppelten Getriebeglieder, Fig. 9 eine gegenüber der Fig. 8 abgewandelte Ausgestaltungsmöglichkeit für die Getriebeglieder, Fig. 10 in ausführlicher Darstellung einen parallel zur Hauptwelle verlaufenden Schnitt durch eine erfindungsgemaße Kraft- oder Arbeitsmaschine, Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 1o und Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie XII-XII in Fig. 10.
  • Nach den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung ist in einem Gehäuse 1 eine kreisförmige Ringkammer 2 ausgebildet, in welcher zwei Kolbenpaare 3', 3" und 4', 4" angeordnet sind.
  • Das Kolbenpaar 3', 3" sitzt am Außenu..fang eines Ringkörpers 5, welcher am Innenumfang der Ringkammer 2 liegt und konzentrisch zu dieser drehbar ist. Das Kolbenpaar 4', 4" ist am Außenumfang eines entsprechenden Ringkörpers 6 angeordnet, der ebenfalls am Innenumfang der Ringkammer 2 liegt und konzentrisch zu dieser drehbar gelagert ist.
  • Sämtliche Kolben 3', 3" und 4', 4" sind als Ringsegmentkörper von bspw. rundem oder prismatischem Querschnitt ausgebildet, deren Bogenlänge beispielsweise maximal einem Achtelbogen der Ringkammer 2 entspricht.
  • Mit Hilfe der Ringkörper 5 und 6 rotieren die Kolbenpaare 3', 3" und 4', 4" auf einer geschlossenen Kreisbahn innerhalb der Ringkammer 2, bspw. im Uhrzeigersinn entsprechend der Pfeilrichtung 7.
  • Dabei sind die Kolben 3', 3" und 4', 4" sich jeweils diametral gegenüberliegend an ihren Ringkörpern 5 und 6 befestigt und bilden damit kreiskolbenartige Umlaufkolben.
  • Jeweils zwischen den einander zugewendeten Endflächen 3a, 4a, 3b, 4b der jeweils in Umlaufrichtung benachbarten Kolben 3', 4", 3", 4' sind innerhalb der Ringkammer 2 des Gehäuses 1 Arbeitskammern 8', 8", 8"', 8"" abgetrennt, die mit der Umdrehung der Kolben 3', 4', 3", 4" innerhalb der Ringkammer 2 wandern.
  • Das Volumen dieser Arbeitskammern 8', 8", 8"', 8"" zwischen den jeweils in Umlaufrichtung hintereinanderliegenden Kolben 3', 4", 3", 4' muß, damit eine Krafterzeugung bzw. Arbeitsleistung durch die Kraft- oder Arbeitsmaschine erreicht werden kann, verändertar sein. Diese Volumenänderung der Arbeitskammern 8', 8", 8"', 8"" wird bewirkt, indem die Kolbenpaare 3', 3" und 4', 4" während jeder vollen Umlaufbewegung in der Ringkammer 2 ihre Winkelgeschwindigkeit und damit die Abstände ihrer einander zugewandten, die Arbeitskammern begrenzenden Stirnflächen periodisch ändern. Die Kolbenpaare sind ohne zusätzliche Steuermittel nicht in der Lage, während ihrer Umlaufbewegung in der Ringkammer 2 ihre Winkelgeschwindigkeit periodisch zu ändern; sie müssen vielmehr hierfür mit besonderen Getriebegliedern in dauernder Wirkverbindung stehen, die ihrerseits mit einer Hauptwelle 9 der Kraft- oder Arbeitsmaschine gekuppelt sind.
  • Aus den Figuren 1 bis 4 ist in schematisch vereinfachter Darstellung ersichtlich, daß im Gehäuse 1 der Kraft- oder Arbeitsmaschine achsparallel zur Hauptwelle 9 zwei Hilfswellen 10 und 11 drehbar gelagert, die übereinstimmenden Abstand einerseits von der Hauptwelle 9 und andererseits vom Innenumfang der beiden Ringkörper 5 und 6 haben. Auf die Hilfswellen 10 und 11 sind Ritzel 12 bzw. 13 aufgekeilt. Beide Ritzel sind mit gleichem Durchmesser ausgeführt, der gleich dem halben Innendurchmesser der Ringkörper 5 und 6 ist. Das Ritzel 1o steht dabei mit einer Innenverzahnung des Ringkörpers 6 und Ritzel 13 mit einer entsprechenden Innenverzahnung des Ringkörpers 5 in Eingriff, so daß bei jeder vollen Umdrehung der Ringkörper 5 und 6 das jeweils ausschließlich mit einem derselben in Eingriff stehende Ritzel 13 bzw. 12 zwei volle Umdrehungen ausführt.
  • Auf die Hilfswelle 1o ist weiterhin ein Getriebeglied 14 und auf die Hilfswelle 11 ein entsprechendes Getriebeglied 15 aufgekeilt, die jeweils mit einem auf die Hauptwelle 9 aufgekeilten Getriebeglied 16 so gekoppelt sind, daß sich sämtliche Getriebeglieder 14, 15 und 16 relativ zueinander auf elliptischen Gangpolbahnen bewegen und dadurch zwangsläufig relativ zueinander Drehbewegungen mit sich periodisch ändernden Winkelgeschwindigkeiten ausführen.
  • Im einfachsten Falle können, wie die Figur 7 zeigt, die Getriebeglieder 14, 15 und 16 aus Kurbeln bestehen, die übereinstimmende Kurbelarmlängen haben. Der Kurbelzapfen 14' des Kurbelarmes 14 ist dabei über eine Koppel 14" mit dem Kurbelzapfen 16' der Kurbel 16 verbunden, während der Kurbelzapfen 15' der Kurbel 15 über eine Koppel 15" ebenfalls mit dem Kurbelzapfen 16' der Kurbel 16 in Antriebsverbindung steht. Die Koppeln 14" und 15" haben untereinander übereinstimmende Längen und bilden mit den Kurbelarmen 14, 16 bzw. 15, 16 zwei gekoppelte Antiparallelkurbelgetriebe. Diese gekoppelten Ar.tiparallelkurbelgetriebe sind so ausgelegt, daß bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Hauptwelle 9 die beiden Hilfswellen 10 und 11 mit periodisch ungleicher Winkelgeschwindigkeit betrieben werden, und zwar dergestalt, daß beide Hilfswellen 1o und 11 in gleicher Drehrichtung umlaufen.
  • Die sich hierbei ergebenden, einander zugeordneten Drehwinkel der Hauptwelle 9 und der Hilfswellen 10 und 11 bzw. der Ringkörper 5 und 6 sinddiagrammatisch in Fig. 5 dargestellt. Wenn die bspw.
  • durch Ausstatten mit einem Schwungrad im wesentlichen mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umlaufende Hauptwelle 9 sich aus einem Ausgangswinkel 0 herausbewegt, so läuft die durch eine durchgezogene Linie veranschaulichte der Hilfswellen zunächst relativ langsam, d. h., auf eine vorgegebene Drehung der Hauptwelle 9 um bspw. einen Drehwinkel von 30° entfällt nur ein wesentlich geringerer Drehwinkel der entsprechenden Hilfswelle.
  • Die andere der Hilfswellen dagegen läuft mit höherer Winkelgeschwindigkeit um als die Hauptwelle, d. h., auf den vorgegebenen Drehwinkel der Hauptwelle entfällt ein wesentlich größerer Drehwinkel der zweiten der Hilfswellen. Das bedeutet aber, daß die in der Ringkammer gegeneinander versetzt umlaufenden zugeordneten Kolben ihre Winkelabstände ändern. Bspw. läuft der Kolben 4' der Fig. 1 langsamer als der vorauslaufende Kolben 3', so daß der Abstand der Kolben und damit das Volumen der zwischen ihnen gebildeten Arbeitskammer 8"" wächst. Dieses Wachsen des Volumens, angedeutet durch zwei mit ihren Basen einander zugekehrte Pfeilspitzen, kann zum Ansaugen eines Gasgemisches benutzt werden, wenn entsprechend der darunter dargestellten Abwicklung der Umfangsabschnitte der Ringkammer 2 in diesem Bereiche ein Einlaßkanal 21 angeordnet ist. Nach einem Umlauf der Hauptwelle um 180 haben auch beide Hilfswellen einen Drehwinkel von 1800 zurückgelegt, da die Winkelbeschleunigungen sich während des Passierens des ersten Quadrates des Diagramms geändert haben.
  • Während des weiteren Umlaufes bleibt, ausgehend von einem relativ großen Winkelabstand der Kolben 4' und 3', nunmehr der Kolben 2' zurück, und Kolben 4' holt auf, so daß das zwischen den Kolben in der Arbeitskammer 8 " eingeschlossene Gemisch verdichtet wird. Angedeutet ist die Volumenverkleinerung durch das Symbol zweier mit den Spitzen aufeinander gerichteter Dreiecke. Durch nochmalige Umkehr der Beschleunigungen haben nach einer Drehung der Hauptwelle 9 um 360° auch beide Hilfswellen einen Drehwinkel von 360 zurückgelegt, und die zugeordneten, 1: 2 untersetzt angetriebenen Kolben haben aus ihren jeweiligen Ausgangspositionen einen Winkel von 180 entsprechend der unteren Einteilung der Abszisse aus ihren jeweiligen Ausgangsstellungen innerhalb der Ringkammer 2 zurückgelegt. Die weitere Drehung der Hauptwelle ist gespiegelt dargestellt, und die zugeordneten Drehwinkel der Hauptwellen 9 von 360 bis 720 sind auf der rechten Seite des Diagramms angegeben.
  • Aus den Ausgangsstellungen der Kolben und aus dem Umstand, daß während der Drehung das Kolbenpaar 3 zwischen dem Kolbenpaar 4 und in bezug auf dieses pendelt, ergibt sich, daß jedem Wachsen des Volumens der Arbeitskammer 8"" ein gleiches Wachsen der Arbeitskammer 8" und eine entsprechende Verminderung des Volumens der Arbeitskammern 8' und 8"' zugeordnet sind. Diese Volumenänderungen in Abhängigkeit von der Drehung ist an Hand der Figuren 1 bis 4 zu verfolgen. Gegenüber der Fig. 1 haben sich in der in Fig. 2 dargestellten Bewegungsphase die Hauptwellen 9 und die Hilfswellen 1o und 11, kenntlich an den Stellungen der Getriebeglieder 14 bis 16, um 1800 gedreht. Die mittlere Drehung der Kolbenpaare 3 und 4 beträgt daher 9o°. Durch das Voreilen des Kolbenpaares 3 gegenüber dem Kolbenpaar 4 allerdings ist die Arbeitskammer 8"" vergrößert und für den Ansaugetakt genutzt, während die gleichzeitige Vergrößerung der Arbeitskammer 8' für das Entspannen des entzündeten Gemisches genutzt ist. Die ursprünglich große Arbeitskammer 8' hat sich, zur Durchführung der Verdichtung genutzt, verkleinert, während die Verkleinerung des Volumens der Arbeitskammer 8"' zum Ausschieben eines gezündeten Gemisches benutzt ist. Die Figuren 3 und 4 veranschaulichen weitere Drehphasen der bspw. erläuterten Kraftmaschine, die durch weitere Drehungen der Haupt-und Hilfswellen um jeweils 1800, d. h. gegenüber der Phase der Fig. 1 um 3600 bzw. 5400, entstehen. Auch hier haben sich zyklisch die Arbeitskammern 8 vergrößert bzw. verkleinert, so daß jede der Kammern im Verlaufe einer vollständigen Arbeitsperiode eine Drehung um 380° vorgenommen hat und die Arbeitstakte der bspw. erläuterten Kraftmaschine durchgeführt hat, wobei die einzelnen Takte der unterschiedlichen Kammern gegeneinander versetzt sind.
  • Die Betriebscharakteristik der beiden gekoppelten Antiparallelkurbelgetriebe der Figur 7 ist beispielhaft in Fig. 6 wiedergegeben, welche die periodischen Schwankungen der Umlaufgeschwindigkeiten der beiden Hilfswellen 1o und 11 in bezug auf die gleichförmige Winkelgeschwindigkeit der Hauptwelle 9 für eine volle Umdrehung der beiden Kolbenpaare 3 und 4 zeigt, d.
  • h. jeweils für einen Drehwinkel von 7200 entsprechend zwei vollen Umdrehungen der Hilfswellen lo und 11 sowie der Hauptwelle 9. Das Schaubild zeigt, daß die Hilfswelle 10 jeweils dann ihre geringste Winkelgeschwindigkeit aufweist, wenn die Hilfswelle 11 mit ihrer größten Winkelgeschwindigkeit umläuft, und umgekehrt, und es offenbart weiter, daß jede dieser Phasen sich über einen Drehwinkel der Wellen von 180° erstreckt.
  • In Fig. 8 der Zeichnung ist angedeutet, daß die Getriebeglieder 14, 15 und 16 auch von völlig übereinstimmenden Ellipsenrädern gebildet werden können, die miteinander durch Umfangsverzahnungen in Dauereingriff stehen, und zwar so, daß ihre von den Wellen 10, 11 und 9 entfernten Brennpunkte in zwei vorbestimmten Drehlagen jeweils in der gleichen Richtung auf einer durch die drei Wellen gehenden gemeinsamen Geraden liegen.
  • Aus Fig. 9 ist schließlich noch ersichtlich, daß die Getriebeglieder 14, 15, 16 auch als übereinstimmend ausgebildete, exzentrisch gelagerte Zahnräder ausgebildet werden können.
  • In Fig. 10 ist ein Längsschnitt durch eine bspw. als Verbrennungsmotor ausgebildete Kraftmaschine gezeigt. Das Gehäuse 1 dieser Kraftmaschine besteht aus zwei parallel zur Umlaufebene der Kolbenpaare 3', 3", 4', 4" aneinandergeflanschten Hälften 17 und 18, welche zwischen sich die Ringkammer 2 -einschließen.
  • Koaxial zur in der Achse des Gehäuses gelagerten Hauptwelle 9 und konzentrisch zum Innenumfang der Ringkammer 2 sind im Gehäuse die beiden Ringkörper 5 und 6 axial hintereinander gelagert. Der Ringkörper 5 ist mit einer Innenverzahnung 19 und der Ringkörper 6 mit einer entsprechenden Innenverzahnung 20 ausgestattet. Am Außenumfang des Ringkörpers 5 sind die Kolben 3', 3" des einen Kolbenpaares befestigt, von denen in Fig. 1o nur der Kolben 3' gezeigt ist. Am Außenumfang des Ringkörpers 6 sind die Kolben 4' und 4" angeordnet, von denen in Fig. 10 durch Versetzung der Schnittebene der Kolben 4" dargestellt ist.
  • Die Kolben der beiden Kolbenpaare sind in ihrem Querschnitt dem der Ringkammer 2 angepaßt und haben im Falle der Fig. 1o etwa quadratischen Querschnitt. Im Bedarfsfalle sind die Kolben in der Ringkammer 2 durch besondere Dichtelemente abgedichtet geführt.
  • Mit der Innenverzahnung 19 des Ringkörpers 5 kämmt das gegenüber dieser mit halbem Teilkreisdurchmesser ausgeführte und auf die Hilfswelle 11 aufgekeilte Ritzel 13, während auf einer ebenfalls im Gehäuse 1 darüber gelagerten Hilfswelle 10 ein gleich großes Ritzel 12 angeordnet ist, das mit der Innenverzahnung 20 des Ringkörpers 6 kämmt. Innerhalb der Gehäusehälfte 18 des Gehäuses 1 sitzt auf der Hilfswelle 11 das Ovalrad 15, während innerhalb der gleichen Gehäusehälfte auf der Hilfswelle 1o das Ovalrad 14 angeordnet ist. Beide Ovalräder stehen an entgegengesetzten Umfangseiten mit dem Ovalrad 16 in Dauereingriff, welches auf der Hauptwelle 9 aufgekeilt ist. Die Eingriffsverhältnisse dieser Ovalräder 14, 15 und 16 ergeben sich aus Fig. 11.
  • Fig. 12 läßt erkennen, wie die Kolben 3', 3" und 4', 4" der beiden Umlaufkolbenpaare auf den beiden Ringkörpern 5 bzw. 6 angeordnet sind und wie die Ritzel 12 und 13 mit den beiden Ringkörpern 6 und 5 in Eingriff stehen. Dargestellt ist hierbei eine mittlere Bewegungsphase, bei der die Kolben in gleichen Abständen innerhalb der Ringkammer 2 stehen, so daß in der dargestellten Bewegungsphase die zwischen den Kolben gebildeten Arbeitskammern momentan gleiche Volumina aufweisen.
  • In Fig. 12 sind weiterhin der Einlaßkanal 21 für das Brennstoff-Luft-Gemisch sowie der Auslaßkanal 22 für die verbrannten Gase in der Ringkammer 2 des Gehäuses angedeutet. Dabei ergibt sich, daß sich der Einlaßkanal 21 in einem Umfangsbereiche der Ringkammer 2 befindet, in dem sich die in Drehrichtung hintereinander laufenden Kolben der Kolbenpaare jeweils infolge ihrer unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten voneinander entfernen, so daß sich die Volumina zweier Arbeitskammern, nämlich der den Einlaßkanal 21 überstreichenden sowie der dieser gegenüberliegenden,vergrößern. Dementsprechend werden die Volumina der zwischen ihnen gebildeten Arbeitskammern, bspw. der den Auslaßkanal 22 überstreichenden Arbeitskammer, verringert.
  • Etwa auf halbem Winkelabstand zwischen dem Einlaßkanal 21 und dem Auslaßkanal 22 ist mit der Ringkammer 2 eine Zündkammer 23 verbunden; sie ist etwa dort vorgesehen, wo die jeweils in Drehrichtung hintereinander laufenden Kolben der Kolbenpaare sich mit annähernd gleicher Winkelgeschwindigkeit bewegen und ihre einander zugewandten Endflächen den minimalen Abstand voneinander aufweisen.
  • Im in Figuren 10 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Hauptwelle 9 und zwei Hilfswellen ausgestattet, die miteinander durch Getriebeglieder verbunden sind. Diese Getriebeglieder können durch beliebige andere Getriebe mit periodisch sich änderndem Übersetzungsverhältnis ersetzt werden, welche es gestatten, die in der Ringkammer umlaufenden Kolben mit periodisch sich ändernden Abständen zu betreiben. Aus konstruktiven Gründen kann es sich als zweckmäßig erweisen, diese Getriebeglieder bzw. solche Getriebe nicht nur einseitig vorzusehen: Bei entsprechender Verlängerung der in Fig. 10 dargestellten Hilfswellen können solche Getriebeglieder zusätzlich in der Gehäusehälfte 17 angeordnet sein, deren zentrale, der Hauptwelle 9 entsprechende Welle bspw. zum Anschluß von Hilfsaggregaten benutzt werden kann. Weiterhin ist es möglich, anstelle einer solchen unterteilten Hauptwelle eine durchgehende Hauptwelle 9 zu verwenden, wenn diese nicht zentrisch angeordnet ist, sondern das Gehäuse im gemäß Fig. 12 zwischen den Ritzeln 12 und 13 und den Innenverzahnungen der Ringkörper 5 und 6 verbleibenden freien Raum durchdringt. Bei der Verwendung von elliptischen Zahnrädern gemäß Fig. 8 bspw. wird es dann erforderlich werden, die Hauptwelle 9 mit zwei Getriebegliedern auszustatten, die jeweils in bezug auf das Getriebeglied 14 oder 15 in geeigneter Phasenlage angeordnet sind. Die Konstruktion kann weiterhin geändert werden, ohne daß hierbei die Erfindung überschritten oder gar verlassen wird.
  • Die Erfindung ist auch nicht auf ihre Verkörperung als Kraftmaschine nach dem Prinzip des Ottomotors beschränkt. Es können andere Takteinteilungen und andere Zündsysteme vorgesehen sein oder Kraftstoff eingespritzt werden, so daß bspw. nach dem Glühkopf- oder dem Dieselprinzip arbeitende Kraftmaschinen ebenso erstellbar sind wie dem Zweitaktprinzip entsprechende oder die Einspritzung von Benzin vorsehende.
  • Bspw. ist für die Anwendung des Dieselprinzips die Kompression entsprechend hoch anzusetzen und zum Anlaufen eine Glühkerze an Stelle der für das Ottoprinzip vorzusehenden Zündkerze anzuordnen.
  • Andererseits ist es auch ohne weiteres möglich, den Gegenstand der Erfindung als Arbeitsmaschine, bspw. als Pumpe oder Verdichter, auszuführen. Bei im wesentlichen mit der in den Fig. 10 bis 12 aufgezeigten Ausgestaltung übereinstimmende Ausführung ist es in solchem Falle lediglich notwendig, das Gehäuse 1 jeweils mit zwei in die Ringkammer 2 einmündenden Einlaßkanälen 21 und Auslaßkanälen 22 auszustatten. Die beiden Einlaßkanäle 21 einerseits und die beiden Auslaßkanäle 22 andererseits sind, bezogen auf den Umfang der Ringkammer 2, einander diametral gegenüberliegend anzuordnen. Die, gegebenenfalls durchgehende, Hauptwelle 9 der vorerläuterten Kraftmaschine bildet im Falle des Einsatzes als Arbeitsmaschine die Antriebswelle, wobei ggfs. auf ein bei der Ausbildung als Kraftmaschine vorteilhaftes Schwungrad verzichtet wird.
  • L e e r s e i t e

Claims (1)

  1. Herr Herbert Haardt, Grimbergstraße 15, 5900 Siegen 1 Herr Hans-Dieter Haardt, Marburger Straße 35, 5901 Wilnsdorf-Gernsdorf Patentansprüche 1. Kraft- oder Arbeitsmaschine mit den Leistungsteil bildenden und mit einer Hauptwelle getrieblich verbundenen, kreiskolbenartigen Umlaufkolben, die sich in einem um die Hauptwelle im Absperrteil gebildeten Raum auf einer vorgegebenen geschlossenen Bahn bewegen, wobei in den Raum des Absperrteils jeweils an vorbestimmten Stellen Einlaß- und Auslaßkanäle münden, die in bestimmtem Wechsel von den Umlaufkolben verschlossen und freigegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Paare (3',3" und 4', 4") von Umlaufkolben in einem gemeinsamen, konzentrisch um die Hauptwelle (9) im Absperrteil (1) gebildeten Ringraum (2) vorgesehen und auf einer geschlossenen Kreisbahn bewegbar sind, daß die beiden Kolben (3', 3" bzw. 4', 4") jedes Kolbenpaares auf zwei getrennten, aber koaxial zueinander und konzentrisch zur Hauptwelle (9) drehbar angeordneten Ringkörpern (5 bzw. 6) mit übereinstimmenden Innenverzahnungen (19 bzw. 20) sitzen, daß mit der Innenverzahnung (19 bzw. 20) jedes Ringkörpers (5 bzw. 6) je ein jeweils auf einer im Absperrteil (1) gelagerten Hilfswelle (11 bzw. 10)sitzendes Ritzel (13 bzw. 12) kämmt, und daß auf jede Hilfswelle (11 bzw. 1o) ein Getriebeglied (15 bzw. 14) aufgekeilt ist, das mit einem an der Hauptwelle (9) angreifenden Getriebeglied (16) für Drehung auf elliptischen Gangpolbahnen mit periodischer Änderung der Winkelgeschwindigkeit gekuppelt ist.
    2. Kraft- oder Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den beiden Ringkörpern (5 bzw. 6) kämmenden Ritzel (13 bzw. 12) untereinander übereinstimmend ausgelegt sind und ihre Zähnezahl jeweils der halben Zähnezahl der Ringkörper (5 bzw. 6) entspricht.
    3. Kraft- oder Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeglieder (14,15,16) zwischen den drei Wellen (10,11,9) aus zwei gekoppelten Antiparallelkurbelgetrieben bestehen, wobei deren einerseits an den Kurbelzapfen (14' bzw. 15') der Getriebeglieder (14 bzw. 15) angreifenden Koppeln (14", 15") andererseits am Kurbelzapfen (16') des Getriebegliedes (16) angreifen.
    4. Kraft- oder Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den drei Wellen (9,wo,11) sitzenden Getriebeglieder (16,14,15) übereinstimmende, ovale Zahnräder sind (Fig. 8 und 9),deren Trennpunkt jeweils mit der Wellenachse fluchtet.
    5. Kraft- oder Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ovalen Zahnräder als Ellipsenräder ausgebildet sind (Fig. 8).
    6. Kraft- oder Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ovalen Zahnräder als Exzenterräder ausgebildet sind (Fig. 9).
    7. Kraft- oder Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufkolben (3',3" und 4', 4") Ringsegmentkörper von rundem oder prismatischem Querschnitt sind, deren Länge maximal einem Achtelbogen der Ringkammer (2) entspricht,und daß die jeweils zwischen den Endflächen (3a, 4a; 3b, 4b) benachbarter Umlaufkolben (3', 4", 3", 4') eingeschlossenen Abschnitte der Ringkammer (2) wandernde Arbeitskammern (8', 8", 8''', 8"") mit veränderbarem Volumen bilden.
    8. Arbeitsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung als Pumpe oder Verdichter in dem den Absperrteil bildenden Gehäuse (1) zwei Einlaßöffnungen (21) und zwei Auslaßöffnungen (22) vorgesehen sind, wobei einerseits die Einlaßöffnungen (21) und andererseits die Auslaßöffnungen (22) jeweils diametral zueinander liegend in die Ringkammer (2) münden, und zwar die Einlaßöffnungen (21) je in Umfangsbereichen, in denen der jeweils vorlaufende Umlaufkolben in seiner Umlaufgeschwindigkeit beschleunigt, der nachlaufende Umlaufkolben aber verzögert wird, und die Auslaßöffnungen (22) je in Umfangsbereichen, in welchen der jeweils vorlaufende Umlaufkolben in seiner Umlaufgeschwindigkeit verzögert, der nachlaufende Umlaufkolben aber beschleunigt wird.
    9. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung als Verbrennungsmotor in das den Absperrteil bildende Gehäuse (1) eine Einlaßöffnung (21) und eine Auslaßöffnung (22) etwa in einem Winkelabstand von 2700 hintereinander in die Ringkammer (2) münden,und daß zwischen diesen etwa auf halbem Winkelabstand eine Zündkammer (23) mit der Ringkammer (2) in Verbindung steht, wobei die Einlaßöffnung (21) in einem Umfangsbereich liegt, in dem der jeweils vorlaufende Umlaufkolben eine relativ große Winkelgeschwinddigkeit, der nachlaufende Umlaufkolben aber eine relativ kleine Winkelgeschwindigkeit aufweist, während die Auslaßöffnung (22) sich in einem Umfangsbereich befindet, innerhalb welchem der jeweils vor laufende Umlaufkolben eine relativ kleine Winkelgeschwindigkeit, jedoch der nachlaufende Umlaufkolben eine relativ große Winkelgeschwindigkeit aufweist,und schließlich die Zündkammer (23) in einem Umfangsbereich vorgesehen ist, in welchem zwischen dem jeweils vor- und dem jeweils nach laufenden Umlaufkolben zumindest annähernd die geringste Relativgeschwindigkeit besteht.
    11. Verfahren zum Betrieb einer mit kreiskolbenartig in einer Ringkammer bewegbaren Umlaufkolben ausgestatteten Kraft- oder Arbeitsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von Umlaufkolben (3', 3" bzw. 4', 4") zur abwechselnden Vergrößerung und Verkleinerung des Volumens der zwischen ihnen gebildeten Kammern (8', 8", 8"', 8"") relativ zueinander mit periodisch ungleichförmigen Winkelgeschwindigkeiten auf einer geschlossenen Kreisbahn gedreht werden.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h net daß die Winkelgeschwindigkeit jedes Umlaufkolbens (3', 3", 4', 4") während jeder vollen Umdrehung viermal abwechselnd verzögert und beschleunigt sowie dabei jeweils während der Verzögerung des einen Umlaufkolbens entgegengesetzt proportional die Beschleunigung des benachbarten Umlaufkolbens bewirkt wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2819553A1 (fr) * 2001-01-12 2002-07-19 Edouard Patrick Mari Bonnefous Architecture cinematique de moteur thermique rotatif a combustion interne a deux rotors
FR2922954A1 (fr) * 2007-10-26 2009-05-01 Edouard Bonnefous Moteur thermique rotatfif a combustion interne a deux rotors coaxiaux et taux de compression variable.
EP2065560A2 (de) 2007-11-30 2009-06-03 MONDL, Fritz Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung

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