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Titel: Rotationskolbenmotor
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Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor mit einem feststehenden
Gehäuse und einem in diesem angeordneten Rotor, der mit über den Umfang verteilten
Dichtelementen an der Innenumfangswand des Gehäuses entlangstreicht und mit dieser,
den ßtirnwänden des Gehäuses und mit seiner Außenumfangsfläche sich periodisch vergrößernde
und verkleinernde Räume zum Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen eines
brennbaren Gases oder Gasgemisches bildet.
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Es ist ein Rotationsmotor dieser Art bekannt, bei dem ein nach einem
Bogendreieck geformter Rotationskolben mit Innenvereahnung um ein feststehendes
Ritzel rotiert, dessen Spitzen des Bogendreiecks Dichtelemente tragen, die an der
Innenwandung eines etwa ovalen Gehäuses entlangstreichen. Bei einem derartigen Motor,
der auch als nWankelmotor" bekannt ist, muß das Gehäuse an die Laufbahn des Rotationskolbens
genau angepaßt werden und der Hubraum und der Grad der Verdichtung kann nur durch
Verbreiterung des Rotors in Achsialrichtung oder durch linderung der Gestalt von
Rotationskolben und Gehäuse verändert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen Rotationsmotor zu schaffen,
dessen Gehäuse nach dem gewünschten Ansaugvolumen und der gewünschten Verdichtung
unterschiedlich
gestaltet werden kann und der sich durch eine einfache Ausführung und wirtschaftliche
Bauart auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rotor
zylindrisch ist und an seiner Umfangsfläche von einem Druckmittel in etwa radialer
Richtung elastisch ausschiebbare Schieber aufweist, welche die Dichtelemente tragen,
und daß die Umfangsfläche des Rotors die Innenumfangsfläche des Gehäuses mindestens
längs einer Linie berührt, auf deren einer Seite Einlaßkanäle und auf deren anderer
Seite Auslaßkanäle für das Gasgemisch angeordnet sind.
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Ein solcher Motor hat den Vorteil, daß die Kammern zum Ansaugen, Verdichten
und Verbrennen des Gasgemisches durch eine entsprechende Gestaltung des Gehäuses
ohne Veränderung des Rotors und der in ihm angeordneten Schieber verschieden gestaltet
werden können, um das Ansaugvolumen und die Verdichtung des Motors den äeweiligen
Erfordernissen anzupassen. Während des Motorlaufes begrenzen die durch Federdruck
stets an der Innenumfangswand des Gehäuses anliegenden Schieber sich vergrößernde
und verkleinernde Räume, in denen nacheinander das Gasgemisch angesaugt, verdichtet,
verbrannt und wieder ausgestoßen wird. Die Innenumfangswandung des Gehäuses, an
der die Schieber entlangstreichen, soll zwar eine kontinuierliche Fläche haben,
kann aber ganz verschiedene Krümmungen aufweisen, die von der Form des Rotors und
der Anzahl und Anordnung der Schieber unabhängig ist.
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Die Schieber können parallel zu einem Durchmesser des Rotors in dessen
Drehrichtung nach vorne versetzt angeordnet sein und tragen an ihren Seitenflächen
ebenso
wie der Rotor zweckmäßig Dichtleisten, die in im Querschnitt
trapezförmigen Nuten liegen und wie die Kolbenringe herkömmlicher Kolbenmotoren
eine einwandfreie Abdichtung der einzelnen Kammern des Motors gewährleisten.
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Der Innenraum des Gehäuses kann im Querschnitt etwa herzförmig sein,
wobei der Rotor derart darin angeordnet ist, daß seine Außenumfangsfläche an der
der Berührungslinie mit dem Gehäuse gegenüberliegenden Stelle von der Innenumfangsfläche
des Gehäuses einen geringen Abstand hat und wobei drei über den Umfang des Rotors
verteilte Schieber vorgesehen sind. Der Motor arbeitet dann als Viertaktmotor, bei
dem in der einen, dem Einlaßkanal zugeordneten großen Herzkammer das Gasgemisch
zunächst angesaugt und verdichtet und dann in dem den Einlaß- und Auslaßkanälen
gegenüberliegenden Bereich verbrannt und schließlich in der zweiten, dem Auslaßkanal
zugeordneten großen Herzkammer wieder ausgestoßen wird.
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An Stelle von drei Schiebern können auch sechs Schieber über den Umfang
des Rotors verteilt angeordnet sein, der dann in einem etwa kleeblattförmigen Gehäuse
läuft, in dem die Einlaß- und Auslaßkanäle sowie die erforderlichen Kammern zum
Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Außstoßen des Gasgemisches Jeweils doppelt
vorhanden sind und diametral einander gegenüberliegen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Schieber in Ausnehmungen
des Rotors angeordnet, die über kreisbogenförmige Kanäle in den Gehäusewandungen
einerseits mit einer Flüssigkeitseinlaßöffnung und andererseits mit einer Blüssigkeitsauslaßöffnung
in
Verbindung stehen. Die bei der Drehbewegung des Xotors an der Gehäuseinnenumfangswand
entlangstreichenden Schieber arbeiten hierdurch bei ihrer hin- und hergehenden Bewegung
als Kolben von Kolbenpumpen, die beim Ausfahren Blüssigkeit von der einen Stirnseite
des Motors her ansaugen und beim Einschieben diese an der gegenüberliegenden Stirnseite
des Motors herausdrücken. Die Schieber können hierdurch beim Lauf des Motors gleichzeitig
als Schmiermittel- oder Kühlwasserpumpen verwendet werden.
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Die Schieber werden zweckmäßig von Federn belastet, die in den Ausnehmungen
des Gehäuses angeordnet sind.
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Sie sind vorteilhaft an ihren der Gehäusewandung zugekehrten Stirnflächen
in Drehrichtung gegen die Umfangsfläche des Rotors geneigt abgerundet. Hierdurch
wird ein reibungsarmer Lauf der Schieber an der Gehäuseinnenwandung erzielt und
einander benachbarte Schieber begrenzen den Verbrennungsraum zu Beginn der Verbrennung
mit den Kanten einander zugewandter Seiten. Hierdurch kann bei symmetrischer Anordnung
des Rotors im Gehäuse und bei in Drehrichtung versetzten Schiebern erreicht werden,
daß bei der Zündung der in Drehrichtung vorn befindliche Schieber dem Verbrennungsraum
eine größere Fläche zukehrt als der in Drehrichtung hintere Schieber.
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Die Erfindung wird durch die Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Rotor nach der Erfindung in einer seitlichen
Ansicht und teilweise im Schnitt bei abgenommenem Gehäusedeckel,
Fig.
2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem euerschnitt nach Linie II-II und Fig. 3 eine
Ansicht eines der beiden Gehäusedeckel.
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In den Zeichnungen ist mit 10 ein Rotationskolbenmotor bezeichnet,
dessen Gehäuse 11 einen im Querschnitt etwa herzfömigen Innenraum 12 hat, in dem
ein zylindrischer Rotor 13 angeordnet ist. Das Gehäuse 11 besteht aus dem Gehäusekörper
14, der auf seiner Vorderseite von einem vorderen Gehäusedeckel 15 und auf seiner
Rückseite von einem hinteren Gehäusedeckel 16 abgedeckt ist. Die Gehäusedeckel 15
und 16 sind mit dem Gehäusekörper 14 durch Zylinderschrauben 17 miteinander verbunden,
die durch hierfür vorgesehene Bohrungen 18 im Gehäusekörper hindurchgesteckt sind.
Der Gehäusekörper 14 hat einen Kiihlwasserkanal 19, der als Wassermantel den Innenraum
12 des Gehäuses umgibt und eine Kühlwassereinlaßöffnung 20 und eine Kühlwasserauslaßöffnung
21 aufweist.
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Auf beiden Seiten der oberen Scheitellinie 22 des herzförmigen Innenraumes
12 ist in Umfangsrichtung auf der in Fig. 1 linken Seite eine Einlaßöffnung 23 für
das Kraftstoff-Luft-Gemisch und auf der rechten Seite eine Auslaßöffnung 24 für
die verbrannten Gase angeordnet.
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Beide Öffnungen sind durch eine Zwischenwand 25 voneinander getrennt.
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In Fig. 1 rechts neben der diametral dem Scheitelpunkt 22 gegenüberliegenden,
tiefsten Stelle 26 der herzförmigen Kammer 12 ist in einer hierfür vorgesehnen abgestuften
Radialbohrung 27 eine Zündkerze
üblicher Bauart eingeschraubt,
mit der das verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der weiter unten noch erläuterten
Weise gezündet wird.
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Der zylindrische Rotor 13 hat zur Gewichtsersparnis drei Ausnehmungen
29, 30 und 31, und ist mit Wellenzapfen 32 und Wälzlagern 33 in den Gehäusedeckeln
15 und 16 drehbar gelagert. Die Lager 33 und die Wellenzapfen 32 werden durch Lagerdeckel
34 und 35 abgedeckt, die auf die Gehäusedeckel 15 und 16 aufgeschraubt sind.
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Der Lagerdeckel 34 hat eine Öleinlaßöffnung 36, die mit zwei kreisbogenförmigen
Kanälen im vorderen Gehäusedeckel 15 in Verbindung steht, von denen in Fig. 2 3edoch
nur einer dargestellt ist und deren Wirkungsweise weiter unten noch erläutert werden
wird. Im gegenüberliegenden Lagerdeckel 35 dagegen ist eine Ölauslaßöffnung 38 vorgesehen,
die mit zwei kreisbogenförmigen Kanälen 39 im hinteren Gehäusedeckel 16 in Verbindung
stehen, die in Fig. 3 erkennbar sind.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind in dem Rotor 13 drei über den Umfang
verteilte, etwa rechteckige Ausnehmungen 40, 41 und 42 vorgesehen, deren Mittelachsen
44, 45 und 46 parallel zu Je einem Durchmesser 47 bzw. 48 bzw. 49 des Rotors 13
in Drehrichtung 50 nach vorn versetzt angeordnet sind. In Jeder Ausnehmung befindet
sich ein prismatischer Schieber 51, 52, 53, der an seiner der Innenumfangsfläche
54 des Gehäuses 11 zugekehrten Stirnfläche 55 bzw. 56 bzw. 57 in Drehrichtung 50
gegen die Umfangsfläche 58 des Rotors 13 geneigt abgerundet ist. Jeder Schieber
51, 52, 53 wird von einer Druckfeder 59 bzw. 60 bzw. 61 belastet, die in Ausnehmungen
62 der Schieber 51, 52, 53 angeordnet sind und sich am Grund 63 der Ausnehmungen
40, 42 und 43 abstützen.
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Man erkennt aus Fig. 2, daß der Grund 63 der Ausnehmungen 40, 42 und
43 über Radialkanäle 64 an der Vorderseite mit den kreisbogenförmigen Kanälen 37
in der vorderen Gehäusewandung 15 und an der Hinterseite mit den kreisbogenförmigen
Kanälen 39 in der hinteren Gehäusewandung 16 in Verbindung treten, wenn diese Radialkanäle
64 bei der Drehung des Rotors 50 in Pfeilrichtung in den Bereich dieser kreisbogenförmigen
Kanäle gelangen.
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Der Rotor 13 hat auf beiden Seitenflächen Ringnuten 65 mit trapezförmigem
Querschnitt, in die bogenförmige Dichtleistenstücke 66 eingelegt sind, welche den
Rotor gegen die Stirnwände 67 bzw. 68 des Gehäuses abdichten.
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Auch die Schieber 51, 52 und 53 tragen auf beiden Seitenflächen 69
und 70 U-förmige Dichtleisten 75, die in hierfür vorgesehenen Nuten 71 und72 liegen
und hinter denen Wellenfederstreifen 73 angeordnet sein können, welche die U-förmigen
Dichtleisten gegen die Stirnwände 67 und 68 des Gehäuses 11 pressen.
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Die Wirkungsweise des Motors ist folgende: Wenn sich der Rotor 13
in Umfangsrichtung 50 dreht, strömt Eraftstoff-Luft-Gemisch durch die Einlaßöffnung
23 ein und wird in der von den Schiebern 52 und 53 begrenzten Kammer verdichtet,
sobald der Schieber 53 an der Einlaßöffnung 23 vorübergeglitten ist. Auf der Rückseite
dieses Schiebers 53 wird dann wieder durch die Einlaßöffnung 23 Kraftstoff-Luft-Gemisch
angesaugt.
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Bei der weiteren Drehung des Rotors 13 wird das Eraftstoff-Luft-Gemisch
in dem sich immer weiter verkleinernden Raum auf ein Höchstmaß komprimiert und von
einem in der Zündkerze 28 überspringenden Bunken gezündet,
sobald
die Schieber 52 und 53 eine in Fig. 1 dargestellte Stellung eingenommen haben, in
der sich der Schieber 52 rechts neben der Zündkerze und der Schieber 53 links neben
der Zündkerze befindet. Durch die bei der Verbrennung entstehende Gasexpansion wird
der Rotor 13 in Pfeilrichtung 50 weitergetrieben, wobei das vorher verbrannte, vor
dem Schieber 52 befindliche Abgas durch die Auslaßöffnung 24 herausgedrückt wird.
Sobald der betrachtete Schieber 53 wieder seine in Fig. 1 dargestellte Ausgangsstellung
erreicht hat, beginnt der Kreislauf von neuem, wobei gleichzeitig in der Kammer
zwischen den Schiebern 52 und 53 verdichtet, in der Kammer zwischen den Schiebern
51 und 52 verbrannt und in der Kammer zwischen den Schiebern 51 und 53 das verbrannte
Gas ausgestoßen wird, wahrend gleichteitig hinter dem sich weiterbewegenden Schieber
53 neues Kraftstoff-Luft-Gemisch angesaugt wird.
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Während der Drehung des Rotors 13 fahren die mit ihren Stirnflächen
55, 56 und 57 an der Innenwandung 54 des Gehäuses 11 anliegenden Schieber 51, 52
und 53 in ihren Außnehmungen 40, 42 und 43 aus und ein. Beim Ausfahren steht ihre
Ausnehmung 40 bzw. 42 bzw. 43 über dem Radiilkanal 64 mit den kreisbogenförmigen
Kanälen 39 im vorderen Gehäusedeckel 15 und der bleinlaßöffnung 36 in Verbindung,
wodurch beim Ausfahren Öl in die Außnehmungen 40 bzw. 42 bzw. 43 des Jeweiligen
Schieber eingesaugt wird. Sobald die Schieber 51, 52 und 53 dann beim Entlangstreichen
an der inneren Umfangswand des Gehäuses wieder entgegen der Wirkung der Federn 59,
60 und 61 in ihre Ausnehmungen zurückgedruckt werden, gelangt der Radialkanal 63
in Verbindung mit den kreisbogenförmigen Kanälen 39 im hinteren Gehäusedeckel 16,
die mit der Ölauslaßöffnung 38 in Verbindung stehen. Beim Einfahren der Schieber
51,
52 und 53 wird hierdurch das in den Ausnehmungen befindliche
Öl durch die Radialkanäle 63 und die kreisbogenförmigen Kanäle 39 in die Ölauslaßöffnung
38 gepreßt. Bei der Drehbewegung des Rotors 13 pumpen die Schieber also Öl zur Schmierung
des Motors oder Kühlwasser oder eine Hydraulikflüssigkeit durch den Motor.
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Die Erfindung ist im Motorenbau für Gas-, Diesel- und Ottomotoren
gewerblich anwendbar. Sie ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
kann verschiedene änderungen erfahren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
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