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Herr Herbert Haardt, Grimbergstraße 15, 59oo Siegen 1
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus Fig. 9 ist schließlich noch ersichtlich, daß die Getriebeglieder
14, 15, 16 auch als übereinstimmend ausgebildete, exzentrisch gelagerte Zahnräder
ausgebildet werden können.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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L e e r s e i t e