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Rotationskolbenmotor
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Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor, dessen Rotor walzenförmig
ausgebildet ist und am Umfang achsparallele Stege aufweist, die mit Ausnehmungen
in mindestens zwei Hilfswalzen, einer Kompressionswalze und einer Dekompressionswalze,
kämmen.
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Bekannt sind Rotationskolbenmotoren, bei denen mehrere drehbare Glieder
mit der Rotorwalze in Eingriff kommen. Sie haben jedoch - wie z.B. in der P 27 10
301 gezeigt - den Nachteil, daß sie mit einem Ungleichmäßigkeitsgetriebe arbeiten
müssen.
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Das ist erforderlich, weil zwar der Rotor mit im wesentlichen konstanter
Geschwindigkeit umläuft, die drehbahren Hilfsglieder jedoch mit veränderlicher Geschwindigkeit
umlaufen. Zur Erhaltung dieser veränderlichen Geschwindigkeit ist ein kompliziertes
mechanisches Getriebe erforderlich.
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Außerdem hat der bekannte Rotationskolbenmotor den Nachteil einer
geringeren Lebensdauer: da die drehbaren Hilfsglieder bei einer Umdrehung der Rotorwalze
jeweils ein Geschwindigkeitsmaximum und -minimum haben, entsteht durch diese veränderlichen
Geschwindigkeiten eine relativ hohe Materialbelastung, die sich in einer geringeren
Lebensdauer des gesamten Aggregats auswirkt. Ferner hat der bekannte Rotationskolbenmotor,
bei dem drehbare Hilfsglieder mit veränderlicher Geschwindigkeit umlaufen, den weiteren
Nachteil, daß sein Rotor keine konstanten Geschwindigkeiten, sondern nur Geschwindigkeiten
mit annähernder Konstanz erreichen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotationskolbenmotor zu schaffen,
der mit einem einfachen Getriebe auskommt und der einer geringeren Materialbelastung
ausgesetzt ist.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Durchmesser der
Hilfswalzen gleich dem der Rotorwalze ist.
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Vorzugsweise sind die Wellen von Rotor und Hilfswalzen durch ein Getriebe
im Umlaufverhältnis von 1 : 1 miteinander gekoppelt.
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Zweckmäßig weisen die Stirnflächen der Stege Ausnehmungen mit einem
bogenförmigen Querschnitt auf.
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Ferner wird vorgeschlagen, daß der Bogen der Ausnehmung asymmetrisch
und sein Scheitelpunkt in Umlaufrichtung vorverlegt ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag weisen die Aussparungen in der Kompressionswalze
und Dekompressionswalze bogenförmige Seitenwände auf, deren Form dem Weg der Stegkanten
entspricht, wobei in der Aussparung der Kompressionswalze eine zusätzliche mittlere
Rille vorhanden ist.
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Zweckmäßig haben die Aussparungen in der Dekompressionswalze in ihrem
Mittelteil eine Abflachung.
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Nach einem weiteren Vorschlag ist der Einlaßkanal in Umlaufrichtung
des Rotors in einem Abstand hinter der Dekompressionswalze angeordnet, der nur geringfügig
größer ist als die Breite des Steges.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in Umlaufrichtung des Rotors
unmittelbar vor der Dekompressionswalze ein Auslaßkanal angeordnet.
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Ferner wird vorgeschlagen, daß in Rotorumlaufrichtung unmittelbar
vor der Verbindungslinie zwischen den Mittelachsen des Rotors und der Dekompressionswalze
ein Uberströmkanal angeordnet ist, der in den Auslaßkanal mündet.
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Zweckmäßigerweise verläuft die vordere Kante der Stege parallel zur
rückwärtigen Kante, deren gedachte Verlängerungslinie durch die Mittelachse des
Rotors geht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor.
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Der Rotationskolbenmotor weist ein Gehäuse 1 mit einem Einlaßkanal
2 und einem Auslaßkanal 3 auf. Die Stege 4 des Rotors 5 kommen in Eingriff mit Aussparungen
6 und 7 in der Kompressionswalze 8 und in der Dekompressionswalze 9, die die Hilfswalzen
bilden.
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Die Stege 4 des Rotors 5 haben eine in Rotorumlaufrichtung 10 vordere
Kante 11 und eine rückwärtige Kante 12 und weisen an ihren Stirnflächen eine Ausnehmung
13 auf, die eine asymmetrische Bogenform hat und deren Scheitelpunkt 14 in Umlaufrichtung
10 des Rotors 5 vorverlegt ist.
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Die Aussparungen 6 und 7 in der Kompressionswalze 8 und der Dekompressionswalze
9 haben drei bogenförmige Seitenwände 15, deren Form dem Weg der Kanten 11, 12 der
Stege 4 entspricht, wobei in der Aussparung 6 der Kompressionswalze 8 eine zusätzliche
mittlere Rille 16 vorhanden ist. Die Aussparung 7 der Dekompressionswlaze 9 weist
dagegen in ihrem Mittelteil eine Abflachung 17 auf.
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Der Einlaßkanal 2, der in den Ringkanal 18 mündet, ist in Umlauf richtung
10 des Rotors 5 in einem Abstand hinter der Dekompressionswalze 9 angeordnet, der
nur geringfügig größer ist als die Breite des Steges 4. Der Auslaßkanal 3 ist in
Umlaufrichtung 10 des Rotors 5 unmittelbar vor der Dekompressionswalze 9 angeordnet.
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Außerdem befindet sich in Rotorumlaufrichtung unmittelbar vor der
Verbindungslinie zwischen den Mittelachsen des
Rotors 5 und der
Dekompressionswalze 9 in der Stirnwand des Gehäuses 1 ein Uberströmkanal 19, der
in den Auslaßkanal 3 mündet.
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Nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Rotor
5 drei Stege 4, die in einem gegenseitigen Winkel von je 120 ° angeordnet und an
beiden äußeren Kanten 11, 12 mit Abdichtelementen ausgestattet sind. In der Welle
des Rotors 5 befinden sich außerdem Bohrungen, die zur Schmierung der Abdichtelemente
sowie zur Kühlung des Rotors 5 dienen. Ein Ende der Welle ist mit einem Zahnrad
versehen, das mit Zahnrädern im Verhältnis 1 : 1 in Eingriff steht, die jweils an
den Wellen der Hilfswalzen angebracht sind (nicht dargestellt). Die Hilfswalzen
8 und 9 verfügen über je drei Aussparungen 6 bzw. 7, die entsprechend dem Abstand
der Stege 4 des Rotors 5 in den Hilfswalzen ausgebildet sind.
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In der zusätzlichen Rille 16 der Aussparung 6 sind Zündkerzen oder
Einspritzdüsen angebracht.
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Der Rotationskolbenmotor arbeitet wie folgt: Die Umdrehung des Rotors
5 erfolgt in Richtung des Pfeiles 10 entgegen dem Urzeigersinn. Der Rotationskolbenmotor
arbeitet als Viertaktmotor, bei dem alle vier Takte bei einer Rotorumdrehung ablaufen.
In der Ausgangsposition des Rotors 5 passiert ein Steg 4 den Einlaßkanal 2. Das
angesaugte Luft-Gas-Gemisch wird im Laufe der weiteren Umdrehung des Rotors 5 im
Ringkanal 18 komprimiert, wobei der dem komprimierenden Steg 4 vorgelagerte Raum
des Ringkanales 18 durch die
gleitende Oberfläche der Kompressionswalze
8 und des Rotors 5 abdichtet ist. Anschließend wird das komprimierte Luft-Gas-Gemisch
in die nächstfolgende Aussparung 6 der Kompressionswalze 8 gedrückt. Sobald der
Steg 4 die Aussparung 6 dichtend abschließt, wird in dem sich zwischen der Ausnehmung
13 des Steges 4 und der Aussparung 6 der Kompressionswalze 8 ergebenden Raum der
Brennkammer das Gemisch zum vollen Arbeitsdruck vorverdichtet. Je nach Ausformung
der zusätzlichen Rille 16 kann die Größe der Brennkammer geeignet gewählt werden.
Damit ist das Verdichten und der zweite Takt abgeschlossen.
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Die Verbrennung des dritten Taktes wird durch Zündung des Gemisches
oder durch Einspritzung des Dieselkraftstoffes eingeleitet, sobald sich die rückwärtige
Kante 12 des komprimierenden Steges 4 in etwa auf der Verbindungslinie zwischen
den Mittelachsen des Rotors 5 und der kompressionswalze 8 befindet. Der nun entstehende
Verbrennungsdruck treibt den Rotor 5 und die Kompressionswalze 8 in eine Drehbewegung.
Die Wirkungsrichtung des Verbrennungsdruckes wisd begünstigt durch die vordere Wand
der Aussparung 6 und durch die Form der Ausnehmung 13 des Steges 4, die im Querschnitt
ein asymmetrischer Bogen ist, dessen Scheitelpunkt 14 in Rotorumlaufrichtung 10
vorverlegt ist.Zusåtzlich wird der Wirkungsgrad des Verbrennungsdruckes erhöht durch
die in Rotorumlaufrichtung vorverlagerte Anordnung der Stege.
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Gleichzeitig wird dadurch eine verbesserte Übertragung des Verbrennungsdruckes
in die gewünschte Drehbewegung und damit ein höheres Drehmoment erreicht. Der Verbrennungdruck
nimmt beim Eintritt des Steges 4 in den Ringkanal 18 zunächst nur geringfügig ab,
da die vordere Kante 11 des Steges 4 eine gleitende Dichtung mit der äußeren Wand
des Ringkanales 18 herstellt. Eine wesentliche Verringerung des Verbrennungsdruckes
wird also erst dadurch erreicht, daß der Raum zwischen der rückwärtigen Kante 12
des Steges 4 und der Aussparung 6 der
Kompressionswalze 8 sich
durch die weitere Umdrehung des Rotors vergrößert.
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Das Ausstoßen während des vierten Taktes beginnt, sobald die rückwärtige
Kante 12 des Steges 4 die in Rotorumlaufrichtung 10 hintere Wand des Auslaßkanales
3 passiert hat.
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Anschließend taucht der Steg 4 des Rotors 5 in die Ausnehmung 7 der
Dekompressionswalze 9 ein. Der Rest des verbrannten Gemisches, der sich in dem Raum
zwischen der Ausnehmung 13 und der Aussparung 7 sammelt, wird über den Uberströmkanal
19, der mit dem Auslaßkanal 3 in Verbindung steht, ausgestoßen. Da die Öffnung des
Uberstömkanals 19 in der Stirnwand des Gehäuses 1 in Rotorumlaufrichtung 10 unmittelbar
vor der Verbindungslinie zwischen den Mittelachsen des Rotors 5 und der Dekompressionswalze
9 angeordnet ist, besteht zwischen dem Raum, der sich zwischen Ausnehmung 13 und
Aussparung 7 bildet, und dem Uberströmkanal 19 dann keine Verbindung mehr, wenn
die rückwärtige Kante 12 des Steges 4 sich mit der Verbindungslinie zwischen den
Mittelachsen des Rotors 5 und der Dekompressionswalze 9 deckt.
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Folglich wird durch die Vergrößerung des Volumens des sich zwischen
Ausnehmung 13 und Aussparung 7 durch die weitere Drehbewegung von Rotor 5 und Dekompressionswalze
9 ergebenden Raumes ein Unterdruck hergestellt, der durch die im Ringkanal 18 sich
ergebende zusätzliche Raumerweiterung noch verstärkt wird.
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Der so entstandene Unterdruck bewirkt im Laufe der weiteren Drehbewegung
des Rotors 5 ein Ansaugen des Luft-Gas-Gemisches durch den Einlaßkanal 2 in den
Ringkanal 18. Damit wiederholt sich das Arbeitsspiel.
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