DE2848220A1

DE2848220A1 - Rotationskolbenmotor

Info

Publication number: DE2848220A1
Application number: DE19782848220
Authority: DE
Inventors: Reginald Friedenthal
Original assignee: GRIFFENTHAL Pty Ltd
Current assignee: GRIFFENTHAL Pty Ltd
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1979-05-17
Also published as: FR2408724A1; IT7828796A0; ZA776719B; GB2007771A; IT1099748B; JPS5472310A

Description

GRIFBENIHAL (PROPRIETARY) LIMITED

l^th Floor, Bank of Lisbon Building,

Sauer Street,

Johannesburg, Transvaal,

Republik Süd-Afrika

Rotationskolbenmotor.

Man kennt bereits Motoren, wie beispielsweise den Kauertz-Motor, welche nach dem Scherenprinzip arbeiten und einen Zylinder mit kreisrundem Querschnitt besitzen, in welchem zwei Paare von Flügel- oder gewölbten Ringkolben angeordnet sind, welche sich mit unterschiedlichen Drehzahlen um eine gemeinsame Achse drehen und dadurch zwischen sich volumenmäßig zunehmende bzw. abnehmende Räume oder Kammern bilden, wie sie für den Einlaß-, Verdichtungs- und Auslaßtakt des Motors erforderlich sind.

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Die Erfindung hat sioh die Aufgabe gestellt, einen derartigen Rotationskolbenmotor zu verbessern.

Ein erfindungsgemäßer Rotationskolbenmotor mit Flügel- oder gewölbten Ringkolben ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß er einen Zylinder mit kreisrundem Querschnitt besitzt, in welchem zwei Kolbenpaare angeordnet sind, deren Jedes im Zylinder gegenüber dem anderen auf einer konzentrischen Achse im Zylinder verdrehbar ist, und daß zwei exzentrisch verdrehbare Ritzel auf einer feststehenden Achse angeordnet sind, durch deren ständigen Eingriff jedes Kolbenpaar mit einer gemeinsamen Ausgangswelle kuppelbar und bei sequentiell verzögernder Vorwärtsbewegung der Kolben um ihre Drehachse eine gleichmäßige Drehzahl der Ausgangswelle im Betrieb erzielbar ist.

Vorzugsweise ist bei jedem Zahnradpaar das eine exzentrische Zahnrad auf der Ausgangswelle gegenüber dem anderen exzentrischen Zahnrad des anderen Zahnradpaares auf der Welle um l8o° verdreht montiert. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die exzentrischen KupplungsZahnräder als Ovalräder ausgebildet. Erfindungsgemäß ist der Zylinder durch Stirnplatten verschlossen, welche mehrere Einlaß- und Auslaßventile aufweisen. Dabei werden diese Ventile zweckmäßigerweise durch eine Kurvenplatte betätigt, welche indirekt von der Ausgangswelle angetrieben werden kann. Nach einer Besonderheit der Erfindung sind die Kolben im wesentlichen rechteckig ausgebildet und weisen Lineardichtungen auf, welche in Nuten in den Kanten der Kolben angeordnet sind, wobei jede Dichtung an jeder Seite eines Kolbens in Längsrichtung dehnbar ist und in Dichtungskontakt mit einer Zylinderwandung beauf-

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schlagt ist. Zweckmäßigerweise werden die Dichtungen aus den Nuten in den Kolben durch in diesen Nuten angeordnete Blattfedern beaufschlagt.

Die Erfindung sieht weiterhin eine Lineardichtung zur Abdichtung von sich gegeneinander bewegenden Motorenteilen vor, welche aus zwei Dichtungselementen besteht, die einander überlappende Profilierungen aufweisen, sodaß die Dichtung in Richtung ihrer Länge dehnbar ist., wobei Organe vorgesehen sind, durch welche die Dichtungselemente in Längsrichtung der Dichtung voneinander fort beaufschlagbar sind und außerdem von einer Fläche, welche quer zur Längsrichtung der Dichtung verläuft. Dabei können diese Organe zur Beaufschlagung der Dichtungselemenfee aus einer Blattfeder bestehen, deren Enden in Profilierungen an den Dichtungselementen eingreifen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig.l eine perspektivische Darstellung der Hauptkomponenten eines erfindungsgemäßen Motors in schematischer Darstellung;

Fig.2 eine praxisgerechte Darstellung der Komponenten aus Fig.l;

Fig.5 einen Teil des Motors in teilweise schematischer Darstellung;

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Fig.4 eine perspektivische Darstellung eines Zylinderpaares;

Fig.5 eine perspektivische Darstellung der Kolbendichtung; und

Fig.6 bis 11 schematische Darstellungen der Arbeitsweise des Motors.

Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, besitzt der erfindungsgemäße Rotationskolbenmotor zwei Paare von Flügelkolben 10¹, 1O" und 12', 12". Jeder Kolben eines jeden Kolbenpaares ist'diametral gegenüberliegend dem anderen Kolben am Umfange von Scheiben und 16 ausgebildet. Wie insbesondere Fig.4 zeigt, ragen die Kolben in Axialrichtung der Scheiben über die Scheibenkanten hinaus. Die Länge eines jeden Kolbens ist gleich der doppelten Dicke einer Scheibe, sodaß, wenn die beiden Scheiben, wie Fig.2 zeigt, zusammengesetzt sind, das überstehende Teil eines jeden Kolbens über die Umfangskante der anliegenden Scheibe hinwegragt. Die Scheiben 14 und 16 sind auf Hohlwellen 18 und 20 befestigt.

Auf den Enden dieser Wellen 18 und 20 sind Zahnräder 22 und befestigt, welche mit Ritzeln 26 bzw. 28 kämmen.

Eine frei umlaufende Ausgangswelle 30 geht durch die Hohlwellen 18 und 20 sowie die Zahnräder 22 und 24 hindurch. Diese Welle ist konzentrisch in den Hohlwellen 18 und 20 mit entsprechendem Spiel in Lagern gelagert, welche unabhängig voneinander verdrehbare innere und äußere Laufringe besitzen.

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Die Ritzel 26 und 28 sind im Motorengehäuse durch in Fig.2 nicht dargestellte Einrichtungen um eine feststehende Achse 32 verdrehbar angeordnet. Exzentrisch zu den Ritzeln 26 und 28 sind Ovalräder 34 und 3>6 befestigt, welche sich exzentrisch um die Achse 32 drehen. Im wesentlichen identische Ovalräder 38 und sind auf der Ausgangswelle 30 befestigt, welche mit den Ovalrädern 34 und 36 in ständigem Eingriff stehen. Dabei sind diese Ovalräder 38 und 4o derart auf der Ausgangswelle 30 befestigt, daß sie um I80 gegeneinander verdreht sind.

Die Flügelkolben 10 und 12 sind in einem Zylinder 42 mit kreisrundem Querschnitt angeordnet, wobei die Achse der Welle 30 konzentrisch zur Zylinderachse verläuft. Wie Fig.3 zeigt, sind in der Wandung des Zylinders zwölf Kerzenlöcher 44 für Zündkerzen ausgebildet, welche in Abständen von jeweils 30 über den Umfang der Zylinderwandung verteilt sind.

Der in Fig.3 dargestellte Motor ist praktisch symmetrisch zu einer die Kerzenlöcher verbindenden Umfangslinie ausgebildet und besitzt Zylinderstirnwände 46, deren jede zwölf über den Umfang verteilte Tellerventile 48 trägt. Die Ventilöffnungen führen von jeder Seite des Zylinders in Verteiler zwischen den Stirnwänden 46 und abgedichteten Stirnwänden 50. Dabei sind die Stirnwände 46 so dick ausgebildet, daß die Ventilteller bei der Ventilbewegung voll in Vertiefungen dieser Stirnwände liegen und zu keiner Zeit in den Zylinder hineinragen. Der Verteiler oder Krümmer an der einen Seite des Motors ist als Auslaßverteiler oder -krümmer und der an der anderen Motorenseite als Einlaßverteiler oder -krümmer ausgebildet.

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Die freien Enden der Ventile liegen an profilierten Kurvenplatten 52 an, welche auf frei verdrehbaren Zahnrädern 54 befestigt sind, von denen in Fig.3 nur eines dargestellt ist. Mit den Zahnrädern 22 bzw. 24 sind an jeder Seite des Motors Zahnräder 56 fest verbunden, welche mit Steuerrädern 58 bzw. 60 kämmen. Die Zahnräder 60 kämmen mit den Zahnrädern 54 und sind verdrehbar mit den Zahnrädern 58 verbunden. Das Zahnrad 58 an der einen Motorenseite liegt frei und dient zum Antrieb eines mit den Zündkerzen des Motors verbundenen Verteilers. Aus Gründen der Deutlichkeit sind die Zahnräder 54, 56, 58 und 60 nicht in den Figuren 1 und 2 dargestellt.

Wie Fig.4 zeigt, weist jeder Fiügelkolben zwei parallele Dichtungsnuten 62 aufj welche sich über die freie Kante eines jeden Flügels erstrecken. Zusätzlich ist in der äußeren Stirnseite einer jeden Scheibe 14 und l6 eine kreisringförmige Dichtnut ausgebildet.

Die zur Abdichtung der Scheiben und der Flügelkolben gegenüber den Zylinderwandungen verwendeten Dichtungen sind in Fig.5 dargestellt. Die Nuten 64 in jeder Scheibe tragen zwei überlappende kreisrunde Dichtringe 66. Die Kolbendichtungen bestehen aus langgestreckten Organen 68, deren jedes Falze aufweist, welche auf gleichartigen Falzen der anliegenden Teile der Dichtung gleiten können, sodaß jeder lineare Abschnitt der Dichtung eine gleichmäßige Breite aufweist und in Längsrichtung dehnbar ist. Die Unterseiten dieser Dichtorgane weisen Falze auf, welche am einen Ende eines jeden Organes in eine Hintersohneidung auslaufen. Ein Ende des radialen Abschnitts der Kolbendichtung ruht auf den

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Ringen 66. Das entsprechende Ende des restlichen Radialteiles der Dichtung ist im Winkel zugeschnitten und läuft auf einer gehärteten abgesetzten Außenkante der anliegenden Scheibe 1Λ. Die Kolbendichtung weist außerdem ein den Organen 68 ähnliches Teil 70 mit einem Fuß 72 auf. Die Dichtfläche des Teiles 70 läuft auf der gehärteten Umfangsflache der Scheibe, welche neben der Scheibe liegt, die den Kolben mit der Dichtung trägt, wobei ein Fuß 72 auf einer abgesetzten Innenkante der anliegenden Scheibe läuft. Die verschiedenen Teile dieser Dichtung sind in den Nuten 62 und 64 des Flügelkolbens in der in Fig.5 dargestellten Weise angeordnet, wobei Blattfedern J^ die einzelnen Teile der Dichtung von den Nuten nach außen und in Längsrichtung der einzelnen Dichtungsteile gegen die hinterschnittenen Profilierungen der verschiedenen Teile beaufschlagen, wie dies durch die Pfeile in Fig.5 angedeutet ist. Durch diese Federn 7 ^ stellen sich die Dichtungen selbsttätig bei auftretendem Verschleiß nach.

Die Arbeitsweise des Motors soll nachstehend anhand der Figuren 6 bis 11 beschrieben werden, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung das Verhältnis der Drehung der Flügelkolben gegenüber der Ausgangswelle 30 2\~$ beträgt.

Die Flügelkolben 10 und 12 drehen sioh derart im Zylinder mit verzögertem Verlauf, daß zwischen den Kolben Kammern mit sich konstant änderndem Volumen entstehen.

Diese Kammern sind in den Figuren 6 bis 11 durch die Bezugszeichen A, B, C und D angegeben.

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In Pig.6 läuft in der Kammer A ein Verdichtungstakt ab, in der Kammer B ein Arbeitstakt, in der Kammer C ein Auslaßtakt und in der Kammer D ein Einlaßtakt. In Fig.7 ist in der Kammer B durch den Arbeitstakt der Kolben 12' entgegen dem Uhrzeigersinn aus der in Fig.6 dargestellten Lage in die in Fig.7 dargestellte Lage verdreht, wodurch der Auslaßtakt in der Kammer C und der Verdichtungstakt in der Kammer A vollendet sind, während der Einlaßtakt in der Kammer B in der zu voller Größe expandierten Kammer vollendet ist. Wenn der Kolben 12' durch den Arbeitstakt aus der Lage gemäß Fig.6 in die Lage in Fig.7 verdreht ist, wird das Ovalrad J>h durch die Zahnräder 22 und 26 entgegen dem Uhrzeigersinn in die dargestellte Position verdreht. Durch das veränderliche Verhältnis der Ovalräder bewegt das Ovalrad J>k das mit der Ausgangswelle j50 fest verbundene Ovalrad 58 um einen größeren Drehwinkel, als es selbst durchlaufen hat. Infolge der Drehung der Welle J>0 versetzt das Ovalrad 4o das Ovalrad 36 und infolgedessen die Zahnräder 28 und 24 in Drehung, sodaß die Kolben 10 aus der Position gemäß Fig.6 in die Position gemäß Fig.7 verdreht werden. Aus den Figuren und aus dem Verhältnis der Ovalräder J>6 und hO bei der Bewegung zwischen diesen beiden Positionen ergibt sich, daß ein großer Drehwinkel des Ovalrades hO einen kleineren Drehwinkel des Ovalrades 36 und somit der Kolben 10 gegenüber den Kolben 12 erzeugt. Die Kammer B befindet sich nun am Ende eines Auslaßtaktes, die Kammer C am Ende eines Einlaßtaktes und die Kammer D am Ende eines Verdichtungstaktes, in welcher 4te· Lage die Mischung erneut gezündet wird. Infolge der veränderten Lage der Ovalräder eines Jeden Paares zueinander ist das Verhältnis zwischen den beiden Ovalrädern in jedem Paar umgekehrt, sodaß die Flügelkolben 10 beschleunigt worden sind und

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einen größeren Drehwinkel durchlaufen haben als die Kolben Das vorbeschriebene Arbeitsspiel wiederholt sich in den Figuren 10 und 11, wobei die Kammer C sich am Ende ihres Verdichtungstaktes und die Kammer A am Ende ihres Auslaßtaktes befindet.

Aus den Figuren 7, 9 und 11 ergibt sich, daß das Ende eines jeden nachfolgenden Verdichtungstaktes gegenüber der vorhergehenden Zündlage um J50 im Zylinder vorgerückt ist. Dieses Merkmal schaltet die Möglichkeit aus, daß sich im Zylinder überhitzte Stellen bilden, wodurch eine gleichmäßige Kühlung des Motors, welcher zweckmäßigerweise mit einem nicht dargestellten Wassermantel versehen ist, erreicht wird.

Für die Schmierung des Motors sind Ölbäder in den Kammern vorgesehen, welche die Zahnräder aufnehmen, sowie geeignete Schmierkanäle und Öffnungen in den Wellen 18 und 20 sowie in den Scheiben und den Flügelkolben.

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche:

Rotationskolbenmotor mit Flügel- oder gewölbten Ringkolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor einen Zylinder (42) mit kreisrundem Querschnitt besitzt, in welchem zwei Kolbenpaare (ΙΟ¹, 10"; 12¹ , 12") angeordnet sind, deren jedes im Zylinder gegenüber dem anderen auf einer konzentrischen Achse (18, 20) im Zylinder verdrehbar ist, und daß zwei exzentrisch verdrehbare Ritzel (34; 36) auf einer feststehenden Achse (32) angeordnet sind, durch deren ständigen Eingriff jedes Kolbenpaar mit einer gemeinsamen Ausgangswelle (30) kuppelbar und bei sequentiell verzögernder Vorwärtsbewegung der Kolben um ihre Drehachse eine gleichmäßige Drehzahl der Ausgangswelle im Betrieb erzielbar ist.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrisch gelagerten Kupplungsritzel als Ovalräder (34; 36) ausgebildet sind.
3· Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben als Radialflügelkolben (10; 12) ausgebildet sind.
4. Motor nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelkolben (10¹, 10"; 12', 12") eines jeden Paares diametral einander gegenüberliegend auf einer Scheibe (14; 16) befestigt sind, welche derart stirnseitig an der anderen Scheibe im Zylinder anliegt, daß die Kolben einer jeden Scheibe in Axialrichtung der Scheibe über den Umfang der anderen Scheibe hinwegragen.

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5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (10, 12) im wesentlichen rechteckig sind und Lineardichtungen (68, 70) aufweisen, welche in Nuten (62) in den freien Kanten des Kolbens angeordnet sind, wobei jede Dichtung an jeder Seite der Kolben in Längsrichtung dehnbar ist und durch in den Nuten angeordnete Organe (7²I-) an drei Seiten eines jeden Kolbens gegen eine Zylinderwandung und an einer Seite des Kolbens gegen den Umfang der anliegenden Scheibe (16 bzw. 14) beaufschlagt sind.
6. Motor nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbendichtungen, welche mit der Zylinderwandung in Kontakt stehen, jeweils aus zwei Dichtorganen (68, 68) mit gefalzten Enden bestehen, welche entsprechende Ausfalzungen an den Enden des anliegenden Dichtungsorganes überlappen, sodaß die Dichtungsorgane ohne Unterbrechung der Kontinuität der Dichtung gegeneinander in Längsrichtung bewegbar sind.
7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagungsorgane für die Dichtungen als Blattfedern (74) ausgebildet sind, welche in den Kolbennuten (62) unter den Dichtungsorganen (68) angeordnet sind.
8. Motor nach Anspruch ¹J₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (74) in Profilierungen an den Dichtungsorganen (68) eingreifen, wodurch diese Dichtungsorgane in Längsrichtung streckbar sind.

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9. Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet., daß an jeder Kolbenscheibe (14; 16) ein axiales Zahnrad (22; 24) befestigt ist und die Ausgangswelle (30) koaxial durch beide Scheiben hindurchläuft, wobei ein Ovalrad (38; 40) eines jeden Ovalradpaares (38, 34; 4o, 36) auf der Ausgangswelle befestigt ist und das andere (34; 36) verdrehbar mit einem Ritzel (26; 28) verbunden ist. welches mit dem Zahnrad an der Kolbenscheibe kämmt.
10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die das eine Ende des Zylinders (42) verschließende Wandung (46) Auslaßöffnungen und die gegenüberliegende Wandung (46) Einlaßöffnungen aufweist, welche im Betrieb in Einlaß- bzw. Auslaßverteiler an den gegenüberliegenden Enden des Zylinders durch Tellerventile (48) geöffnet bzw. geschlossen werden.
11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßtellerventile (48) sequentiell durch Kurvenplatten (52) geöffnet und geschlossen werden, welche durch Steuerräder (58, 60) seitens der fest mit den Scheiben (14; l6) verbundenen Zahnräder (22; 24) angetrieben sind.
12. Langgestreckte Lineardichtung zum Abdichten sich gegeneinander bewegender Teile einer Maschine, gekennzeichnet durch zwei Dichtungselemente (68, 68) mit einander überlappenden Prcfilierungen, wodurch die Dichtung in Längsrichtung dehnbar i.°;, und durch Organe (74) zur Beaufschlagung der Dichtungselement in Längsrichtung der Dichtung voneinander fort sowie von einer Nut (62) in einem die Dichtung aufnehmenden Maschinenbauteil.

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