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Motor in Drehkörperform wahlwpise für Dampfbetrieb oder als Verbrennungsmotor
auszurüsten Zweck : ein Motor , der in seiner Konstruktion die Vorteile eines Verbrennungs-
bzw. Dampfmotors mit Merkmalen eines Rades und Kreisels vereint und relativ massearm
gebaut werden kann , eröffnet neue Möglichkeiten in Luftfahrt , Leichtbau und bei
raumsparenden Konstruktionen Stand der Technik und seine Kritik Bestimmte Merkmale
dieses Motors finden sich in diversen Stellmotoren . Dabei wird aber nur die Drehung
um bestimmte Winkel , meist hydraulisch angetrieben , bezweckt und keine umlaufende
Bewegung Kolbengetriebene Dampf- und Verbrennungsmotoren sind in vielen Größen und
Variationen gebräuchlich und bewahrt Otto- und Dieselmotore@ bestehen aus einer
Vielzahl von komplizierten Präzisionsteilen , sind dadurch teuer und massereich
. Der Druck der verbrennenden Gase wird in ihnen zunächst in eine -radlinige und
diese dann erst in eine rotierende Bewegung umgesetzt . Durch den Richtungswechsel
von Teilen eht dabei Energie verloren . Da nur in einem von den vier Takten des
Ottoprozesses Arbeit geleistet wrden kanne werden die vier Takte auf mehrere Zylinder
verteilt , damit in mindestens einem Zylinder zur Zeit Arbeit geleistet werden kann
. J)iese Methode zur Verbesserun,= des Gleichlaufs vervielfacht die Zahl.der Teile
, der zu schmierentien und zu kühlenden Stellen und erfordert aufwendige Selbststeuerungs=
mechanismen ( Nockenwelle usw. ) , eine Kurbelwelle und Schwungmasse zusätzlich
zur Masse des Motors . Der Start eines solchen Motors erfordert wegen Reibung und
innere@ Trägheit einen relativ hohen Kraftaufwand . Während der Rotor eines Elektromotors
wie ein Kreisel seine Energie speichern kann weil seine Massen en konzentrisch um
den Schwerpunkt 'n der Achse kreisen, kommen Verbrennungsmotoren sehr schnell zum
Stillstand
Wankel-Motore wirken in der Konzeption eleganter , benötigen
nicht so viele,aber doch aufwendig herzustellende,Telle Die technischen Detailprobleme
sind noch nicht so @berzeugend gelöst , daß dieser Motor Otto- oder Dieselmotoren
verdrängen könnte. Auch dieser Motor kommt nicht ohne Exzenter au Auch beim Wankel-Motor
ist die Motormasse nur zlim geringen Teil Schwungmasse . Wird eine solche gebraucht
, erhöht sie das Motorgewicht Kein mir bekannter Verbrennungsmotor nach dem Zwei-
oder Viertaktprinzip - Turbinen gehören nicht hie.rher - ist problemlos in Drehkörperform
zu bauen , wie dies bei Elektromotoren oder dem Spiralfedermotor einer IThr selbstverständlich
ist Aufgabe Es entsteht der Wunsch , einen Verbrennungsmotor zu entwickeln der die
Eigenschaften eines Kreisels bzw. eines Rades , das u; seine Achse drehbar ist ,
kombiniert mit den beschleunigenden Eigenschaften eines Motors . Eine wahlweise
Ausstattungsmöglich= keit für den Betrieb mit Dampf ( nicht notwendigerweise Wasserdampf
) oder als Verbrennungsmotor erscheint wünschenswert Der Motor soll aus wenigen
kostengünstig herzustellenden und wartungsfreundlichen Teilen herzustellen sein
, seine eigene Masse als Schwungmasse nutzen können .
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Lösung : Zur Veranschaulichung stelle man sich zunächst ?wei mit den
Öffnungen aufeinandergestülpte gleichgroße Topfkuchenformen vor , durch deren Mitte
, wie eine Kerze im Kuchen , die rohrförmige Achse gesteckt ist . Am Äquator der
Vorstellungs= hilfe halt ein Ring beide Formen aufeinandergedrückt Die Teile , die
hier mit Topfkuchenformen vorgestellt wurden weißen im Folgenden Rotoren ( 1a ,
Jb ) Im Innern der Konstruktion befindet sich ein ringförmiger Hohlraum , konzentrisch
um die Achse , der durch Trennwände in vier gegeneinander abgeschlossene Wammern
variablen Rauminhalts unterteilt ist . Je zwei dieser Trennwände (4a ,4b ) sind
in jedem Rotor,diametral sich gegenüber, montiert . Sie sind hohl , in zwei Richtungen
keilförmig und von außen her durch die Rotorwand In Führungen nach innen geschoben
unrl arretiert Dort , wo sie an der Innenwand des anderen Rotors entlang= streichen
, tragen sie Dichtungsleistr.n . Die Trennwände ( 4a) im Rotor (1a) , der auch der
aktive Rotor genannt wird besitzen in Richtung auf die angrenzenden Kammern Öffnungen
zur den Gaswechsel und Zündvorrichtungen ( Ziindkerzen ) . Im aktiven Rotor befinden
sich also vier Zündkerzen , für jede der vier gleichberechtigten Kammern eine .
Die Trennwände (4b) im anderen Rotor (ib) sind hohl , ohne Öffnungen , ohne Zündkerzen
. Auch sie sollten wie die anderen ausbaubar sein um z*B. die Dichtungsleisten erneuern
zu können . In die @ohlräume , die von außen zugänglich sind , kann zur Kiihlung
der Fahrtwind , der durch die Bewegung der Rotoren entsteht hineingelenkt werden
, z.B. durch geeignete Formung von Versteifungs- oder Kühlrippen'auf der Oberfläche
der Rotoren Soll die Konstruktion nur mit Dampf betrieben werden , genügt pro Rotor
eine Trennwand , die Zündung entfällt . . D.s entfällt dadurch ei.n Teil der Reibung
, aber die Rotoren müssen nus= ewuchtet werden . Da in den vier Kammern die vier
Takte des Ottoprozesses , jeweils um einen Takt versetzt , gleich zeitig stattfinden
sollen , durch den Arbeitstakt Gesteuert, nd bei dessen Ende die Funktion der Kammern
nach dem Rotations= prinzip getauscht werden soll , sind Zu- und Ableitungen und
Zündleitungen sowie der Umschaltmechanismus noch zu beschreiben
Die
Achse (2) sollte so dimension@ert seln , daß sie die nötigen Leitungen aufnehmen
kann . Dort , wo der Gasübertritt , @eregelt durch den Taktschaltring (5),zwischen
Achse und Rotor erfolgt , hat die Achse Öffnungen , z.B. schräge schlitze die ihre
Stabilität nicht gefährden dürfen,und kann innerlich versteift sein . Aus Dichtungsgründen
sollte sich die Achse an dieser Stelle nach außen etwas verjüngen , denn iiber sie
soll der Taktschaltring geschoben werden und @@@@@ @@,abe@ dre@@ar,durch seine öffnungen
Abgas und Gemisch bzw Dampf und Abdampf gezielt in die jeweiligen Kammern lenken
bzw.
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auspuffen lasnen . Der Taktschaltring ist wiederum als Kegel oder
Konus im Rotor eingeschliffen . E1n auf die Achse geschobener und festgesetzter
Lagerring (6) hält Taktschaltring und Rotor getrennt gelagert in der gewünschten
Position auf der Achse . Ein entsprechendes Teil hält auch den anderen Rotor Rilienschliff
an den zu dichtenden Reibflächen ksflrl Die Dichteigenschaften verbessern . Schmierung
ist zu erw?igen , soll hier aber nicht erörtert werden In der Achse , besonders
wenn diese das anzutreibende Bauteil ist , kann ein Schnecken gang , können Schaufeln
im strömenden Abgas enthaltene Energie noch für die Rotation der Achse nutzen .
Die Achse ist dort , wo beide Rotoren sie @mschließen als Zahnradstange gefräst
, in die Zahnung greifen in der gleichen Richtung , also in den Rotoren spiegelbildlich
eirgeschoben , Mitnehmer . Die Achse ist dadurch nur ir einer Richtung in den Rotoren
drehbar , bzw . kann in liner Richtung von den Rotoren mitgenommen werden , zurückdrehen
kann sie nicht, wohl aber , wenn sie schneller a.ls die Rotoren ist , in diesen
weiterdrehen . Selbstverständlich können auch die @otor@@ gezahnt sein und die Mitnehmer
in der Achse stecker . Mitnehmer und Zahnung in genau umgekehrter Wirkungsrichtung
, also auch als sperren zu bezeichnen , greifen zwischen Rotorer und dem Ring (3)
, der die Konstruktion am Äquator gelagert zusammenhält Ist die Achse fest verankert
und nicht drehbar * wird dieser Ring von den Rotoren immer abwechselnd mitgenommen
, kann also als Rad wirken oder,wenn er verschiedene Umfänge hat , als Teil einer
Ubersetzung dienen . Die Rotoren können immer nur in einer und derselben Richtung
drehen , diene ist in der Wirkungsrichtung der Mitnehmer und Sperren festgelegt
Funktionsweise
als Verbrennungsmotor.
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@tart : Zunächst muß zündfähiges Gemisch in eine Kammer @ingesaugt
t erden . Dazu wird der in Drehrichtung bewegliche rotor tedreht, bis der erste
Taktwechsel erfolgt . Die Drehung ka.nn durch Muskelkraft oder einen Anlas er erfolgen
Der Taktwechsel wird durch einen elektrischen Kontakt eingeleitet Dieser kommt immer
dann zustande , wenn sich die Trennwände einander nähern . Ein elektrischer Stellmotor
oder eine mechanische Anordnung , die das gleiche leistet , dreht den Taktschaltring
im Rotor um 900 . Anschließehd dreht der Rotor wieder mit dem Taktschaltring gekoppelt
weiter. Das in die erste Kammer eingesaugte Gemisch wird nach dem Taktwechsel nun
zwischen den Trennwänden verdichtet , weil jetzt der andere Rotor von außen gedreht
wird , wobei es gut ist , den ersten zu halten Haben sich die Trennwände weit genug
angenähert ! diesmal die andere Paarung ! , erfolgt mit dem Taktwechsel die Zündung
.
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Nun läuft der Motor vom inneren Gasdruck angetrieben von selbst weiter
, das eingesaugte , verdichtete , verbrannte Gemisch verläßt durch die Schnecke
im Auspuf:P den Motor . In den anderen Kammern haben sich,Jeweils um einen Takt
verschoben, diese anderen drei Takte ereignet . Bleibt die Zündung nach Beendigung
etnes Tnktes aus , drehen beide Rotoren nit der Achse bzw. dem Ring zusammen weiter
, bis die Zündung wieder einsetzt . liat sich nach längerem Zündausfall das verdichtete
Gemisch verflüchtigt , muß neu gestartet werden ; s.o.
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Die Rotoren können sich wegen der Trennwände nie überholen wegen des
Polsters von verdichtetem Gemisch können die Trennwände auch nicht hart aufeinanderschlagen
.
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Funktionsweise als Dampfmotor : Bei Dampfmotoren entfällt die Zündung
. Ausgetauscht zu werden braucht nur der Taktsehaltring gegen einen'der immer abwechselnd
die Kammern mit Dampf versorgt bzw. den Auslaß öffnet Das Starten erfolgt durch
den ersten Dam@feinlaß .
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Dampfmotoren kommen mit einer aktiven und einer tuben Trennwand aus
, müssen aber ausgewuchtet werden
Für bestimmte Verwendungszwecke
können die Rotoren aus keramischen oder glasartigen Materialien gefertigt werden
was vorteilhaft sein kann bei aggressiven Dämpfen , wegen der geringeren Ausdehnung
der Teile bei Erwärmung ,wegen der geringeren Wärmeleitfähigkeit und wegen der Modellierfähigkeit
dieser Werkstoffe , Sollen niedrige Dampfdrücke ntt werden bei relativ niedrigen
Temperaturen, ist auch Kunststoff als Material denkbar , zumindest für die Dichtungen
Treibt man die Rotoren eines Dampfmotors abwechs von außen an , z.B. durch Kopplung
mit den Rotoren PinPE anderen Motors nach dem gleichen Bauprinzip , so entsteht
eine Pumpe Es können auch mehrere Motoren auf einer Achse kombiniert werden . Das
kann die schon gute Gleichförmigkeit verbessern ist besonders aber da angebracht
, wo sehr unterschiedliche Leistung abgegeben werden soll . Die Zündzeitpunkte können
darauf abgestimmt werden . Nicht arbeitende Motors kreiseln weiter , die Achse droht
in ihnen , ohne nie mitzun@hmen Daß für einen Verbrennungsmotor Vergaser und elektrische
Vorrichtungen zumindest für die Zündung nötig sind , ist selbstverstandlich und
wird hier nitt ausgeführt
vorteile : Dor Motor besteht aus recht
wenigen und relativ leicht herzustellenden Formteilen .
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Er ist in der äußeren Gestalt variabel , kann Rad-, Walzen-Kugel-
, ja,Kegel-Form haben . Zwar ist dabei die Reibung 3er zu dichtenden Rotorkanten
aufeinander zu bederken , grundsätzlich ist diese Möglichkeit der Anpascuni: ar.
ganz be stimmte technische Zwecke aber gegeben Relativ zu seinem @ubraum und der
wirksamen Fläche der Trennwände hat der Motor ein geringes Volumen und ist erfreulich
massearm zu baue@ und bedarf nicht zusätzlicher Schwungmaase , da die Masse des
Motors selbst überwiegend ls Schwungmasse die zugeführte Energie speichert und sich
von den Gasen abgesehen,alle Massen konzentrisch zur Achse bewegen .
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Weiterhin von Vorteil erscheinen die entgegengesetzten Drehrichtungen
, wahlweise an der Achse oder dem Ring abzugreifen , sowie die für manche Zwecke
, z.B. Pumpen ebenfalls nutzbare abwechselnde Bewegung der Rotoren Der Bau für spezielle
Zwecke aus keramischen , glasartigen Werkstoffen oder sogar Kunststoff, eröffnet
neue tech@ische Bereiche Die wahlweise Ausstattung a.ls Verbrennungsmotor Dampfmotor
oder Pumpe durch Austausch lediglich eines Teils ( Taktschaltring ) wirkt sich bei
Serienfertigung kosten= günstig aus .
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Die Nutzung der Restenergie im Abgas durch die turbinenartige Wirkung
der Schnecke oder Schaufeln im Abgasrohr in der Achse spart Treibstoff,wie überhaupt
die Konstruktion relativ wenig in@ere Energieverluste er@arten läßt .
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Wartungs- und Reparaturkosten wie auch Herstellungskosten dürften
wesentLich geringer als bei gebräuchlichen Motoren sein
Erläuterungen
zu den Zeichnungen Bedeutung de Zahlen 1a aktiver Rotor , enthält Trennwände 4a
ib passiver Rotor , enthält Trennwände 4b 2 Achse 3 Ring 4a aktive Trennwände mit
Versorgungsleitungsöffnungen 7 / 8 und je Trennwand zwei Zündkerzen la 4b passive
Trennwand ohne Öffnungen zu de@ Kammern und ohne Zündkerzen 5 Taktschaltring-6 Lagerringe
, auf der Achse 2 arretiert 7 Zuleitung für Treibstoffgemisch oder Dampf Auspuffleitung
für Abgas oder Abdampf 9 elektrischer Kontakt und Leitung für die Zündu@g 1o io
Zündkerze / Gewinde dafür 11 Kontakte , die den Stellmotor betätigen ( hier nur
als Beispiel für die Lage , da hier nur die Funktionsweise nicht aber die technische
Ausführung von Bedeutung ist 12 Dichtungen an den Rotorkanten ( dort evtl. Rillenschliff
) und Dichtungsleis@en an den Trennwandkanten 13 Hohlraum in der Trennwand zur Kühlung
14 Lager 15 Mitnehmer bzw. Sperren Erläuterungen zu dn Zeichnungen Fig. I ( Schnitt
C-D ) Querschnitt senkrecht zur Motorachse 2 in Höhe des Äquators durch den Ring
3 zwischen den Rotoren 1a und 1b hindurch , dabei die Trennwände 4a und 4b durchschnitten
.
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In der Achse 2 ist die Zuleitung sichtbar . ( Diese kann auch konzentrisch
im Abgasrohr 8 geführt sein , wenn sie Leitungen aus einer Richtung kommen sollen
) Blick auf den aktiven Rotor la mit den schwalbenschwanzartig in Nuten eingesetzten
Trennwänden 4a . Die Kontakte 11 für den Stellmotor sind in ihrer Lage als Punkte
im einen Rotor und Kreise im anderen angedeutet . Nur ihrer Lage nach sind Mitnehmer
und Sperren gekennzeichnet , sie liegen dicht
nebeneinander auf
dem jeweiligen Umfang . ( Vergl. Fig.IVa/b !) Der Ring 3 ist in geeigneter Form
aus Teilen montiert Fig. II Stellungen der Rotoren 1a und 1b a? verdichtetes Gemisch
wird gezündet . Rotor la dreht in Pfeil= richtung , Rotor ib wird durch Sperren
m Rückdrehen gehindert bzw. in der Bewegung gebremst . Die beiden Rotoren gemeinsame
Grundgeschwindigkeit ist in den Zeichnungen vernachlässigt Bei seiner Drehung nimmt
Rotor la die Achse mit , driickt Abgas aus ( Kammer mit a gekennzeichnet ) , saugt
in Kammer e neues Gemisch ein , verdichtet in Kammer v b) weiter fortgeschrittene
Bewegung von Rotor 1a , Rotor Ib ist zurückgeblieben und dient als Gegenlager besonders
für die Verdichtung c) die Trennwande 4a und 4b haben sich maximal angenähert und
den Kontakt geschlossen , der den Stellmotor den Taktschaltring 5 um 900 drehen
läßt . Die Rotoren drehen gemeinsam wie ein Kreisel die Achse weiter , das zündbereite
verdichtete Gemisch in der bis dahin mit v bezeichneten Kammer zwischen sich und
warten auf den Zündfunken d) die Rotoren haben ihre Funktion getauscht , Rotor la
bleibt zurück , ib nimmt die Achse mit , die Arbeitskammer von eben (z) ist jetzt
Abgaskammer a . Die Pfeile im Zentrum geben das Ein- und Ausströmen der Gase an
Fig. III Schnitt entlang der Achsenmitte durch den Motor Stellmotor und Zubehör
weggelassen , Mitnehmer und Sperren nicht detailiert gezeichnet . Eine Trennwand
entfernt , die andere 4a entlang der Linie A-B geschnitten . In 4a si.chtbar die
Leitungsöffnung 7/8 , die Zündkerzenhalterung lo und der H@hlraum zur Kühlung 13
. Trager 14 zwischen Ring 3 und Rotoren 1a , 1b sind durch Kugeln repräsentiert
. Der Lagerring 6 oben und unten kann identisch sein , wenn die Achse 2 .n der Stelle
auf gleichen Durchmes@er gebracht wird und der untere TJager.ri.ng r zwei getrennte
Lager fiir Rotor 1a und Taktschaltring 5 enthält . Der Hohlraum , der oben durch
dns Fehlen des Taktschaltringes entsteht , kann durch weitere
Mitnehmer
oder Lager gefüllt verden , wenn nicht der Rotor Ib dort weniger ausgefräst wird
Fig. IV a und IV b zeigen zwei Anordnungsmöglichkeiten. von Mitnehmern bzw. Sperren
zwischen Rotoren la bzw. 1b lind der Achse 2 . Entsprechend sind die Mitnehmer zwischen
rotoren und Ring 3 zu denken Fig. V Die Achse 2 im Längsschnitt . Oben die Zuleitung
7 unten die Abgasleitung 8 und die elektrische Zuleitung mit Kontaktring 9 für die
Versorgung der Zündkerzen Fig.VI Querschnitt in Höhe der Linie E-F durch die Achse
2 und Taktschaltring 5 ; links die Abgasleitung offen Fig. VII Langsschnitt durch
den Taktschaltring 5 . Sichtbar der elektrische Kontaktring 9 . Die umlaufenden
Einbuc.htungren an der Innenwand zur Achse hin sollen eine ständige Verbindung zu
den Leitungen , ewährleisten , unabhangig von der jeweiligen Lage und Größe der
Öffnungen in der Achse Fig. VIII Schnitt parallel zur Achse durch die Trennwand
4a entlang der Linie G-H ( vergl. Fig. I, III ) . Gestrichelt die Mittelwand zwischen
den Leitungsöffnungen .
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Fig. IX Schnitt durch die Trennwand 4a entlang der Linie A-H ( Fig.
I Rechts der Hohlraum 13 zu Kühlzwecken , links die Leitungsöffnung 7/R und das
Gewinde für die Zündkerze le Fig. X Schnitt auf der Linie I-K ( Fig IX ) durch die
Trennwand senkrecht zur Achse . Zündkerzen Io und Leitungsöffnungen 7/8 für beide
angrenzenden Kmmern .
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Fig. XI Schnitte senkrecht zur Achse 2 durch den Rotor 1a und Taktschaltring
5 . Aufeinanderprojizierte Schnitte , um die Stellung des Taktschaltringes 5 zu
den Leitungsöffnungen 7/8 in den !rennwänden 4a im Rotor la zu zeigen . Links oben
auspuffen , rechts oben : einsaugen von Gemisch aus der Zuleitung 7 rechts unten
: verdichten , links unten : Zündkontakt auf "zünden" gestellt ; betreffende Zündkerze
zündet , wenn die Leitung von der Batterie her unter Strom gesetzt wird . Dadurch
ist der Zündzeitpunkt von außen beeinflußbar Für die Laufrichtung des Motors sind
Sperren und Mitnehmer nicht aber die Drehrichtung des Taktschaltringes 5 wirksam
Die Richtung des Taktschaltringes darf sich nicht ändern auch muß er unbedingt genau
auf die nächste Stellung geführt werden Fig. XII Abwicklung des Taktschsltringes
5 . Links die Zuleitung, 7 offen daneben die Zone für die Verdichtung ohne Öffnungen
, rechts daneben die Zündkontaktzone 9 , rechts ist der Auspuff 8 freigegeben Ein
Taktschaltring für einen Dampfmotor oder eine Pumpe mit vier Kammern hat immer abwechselnd
eine Zone für Einlaß und für Auslaß Für Dampfmotoren und Pumpen mit nur zwei Kammern
, weil nur insgesamt zwei Trennwänden , hat der Taktschaltring nur zwei Zonen und
dreht um 1800 oder vele Zonen in Trennwandstärke die immer abwechselndes Ein- bzw,
Ausströmen auf den Seiten der Trennwand 4a bewirken
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