DE4115289C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Rotationskolbenmaschinen dieser Bauart ist die Steuerung der Kolbenrä­ derbewegung das wesentliche Problem und zahlreiche Lösungen wurden erarbei­ tet. Mehrere Vorschläge sehen passiv wirkende Sperrklinken oder Freiläufe zur Verhinderung des Rücklaufs der Räder vor. Die Zuordnung der Räder zu den gehäusefesten Gasleitelementen wie Ein- oder Außlaßschlitzen oder Venti­ len läßt sich damit jedoch vor allem bei höheren Drehzahlen kaum erreichen. Die fehlende Steuermöglichkeit bewirkt allenfalls eine Gleichdruckaustreibung mit entsprechend hohen Verlusten wegen unvollständiger Expansion. Nach anderen Vorschlägen erfolgt die Steuerung über ein Zahnradgetriebe mit Ellipsenrädern, die über das Achsenverhältnis der gegeneinander um 90 Grad versetzten Ellipsen die Relativbewegung der Räder steuern. Jedoch erfordern diese Ellipsenpaare Getriebezwischenstufen, so daß das Getriebe zu geringer Steifigkeit und damit Schwingungsanfälligkeit neigt. Auch sind der Schlankheit der Ellipsen wegen des Zahneingriffs Grenzen gesetzt, so daß sich keine großen Volumenverhält­ nisse erreichen lassen.

Die DE 35 21 593 A1 schlägt die Steuerung der beiden Räder mittels eines Planetengetriebes mit gehäusefestem Sonnenrad vor, dessen Planetenräder mit Exzentern verbunden sind, die über Pleuel die Bewegungen der Kolbenräder steuern. Dieser Vorschlag hat, wie übrigens auch der Einsatz von Ellipsengetrieben, den Nachteil, daß die Räder sich in einem durch die Pleuelbewegung fest vorgegebenem, einer harmonischen Bewegung ähnlichen Rhythmus bewegen, so daß die Nutzung der Kolben auch als Schieber für die Gasstromsteuerung fest vorgegeben und damit eingeschränkt ist. Weiterhin wird durch diese Konstruktion der Hauptvorteil der koaxialen Rotationskolbenmaschine, die Beseitigung des Pleuels und seiner beiden Totpunkte sowie der geringen Anzahl bewegter Bauteile aufgehoben.

Die DE 30 22 871 A1 sieht ebenfalls ein Planetengetriebe zur Steuerung vor, verwendet jedoch anstelle von Exzentern Kurbelwellen in einem eigenen außen liegenden Getriebekasten, Pleuel übertragen die Steuerungsbewegung. Auch für diesen Vorschlag gilt, daß nur ein der harmonischen Bewegung ähnlicher Rhythmus möglich ist; es entstehen Totpunkte in der Kraftübertragung, zuviele Teile sind erforderlich; die separate Lagerung des Getriebes und die Übertra­ gung über 2 koaxial geführte Wellen induziert Weichheit der Konstruktion und damit Schwingungsanfälligkeit.

Mit der DE 27 57 016 A1 wird eine Maschine vorgeschlagen, bei der eine Kur­ venbahn in der Stirnwand eines zylindrischen Innenraumes die Volumenänderung von 4 sternförmig angeordneten Arbeitsräumen steuert. Um eine Steuerung durch die Kurvenbahn zu erreichen, müssen 4 exzentrsiche Achsen vorgesehen werden, mittels denen 4 sekundäre Kolbendeckel gelagert sind. Sie werden über ein Gestänge durch die Kurvenbahn in einem Winkel von etwa +/-30 Grad pasenver­ schoben geschwenkt, so daß durch z. B. eine epizykloidenartige Kurvenbahn während eines Umlaufs zwei Kompressionen und zwei Expansionen ablaufen. Dies Maschinenkonzept verlangt schaufelartige Zylinderkammern, die mit der für die Dichtigkeit erforderlichen Herstellgenauigkeit der gleitend gegeneinander bewegten Zylinder und Kolben nur mit hohem Fertigungsaufwand, wenn überhaupt, geschaffen werden können. Der wesentliche Vorzug der Einfachheit durch die Verwendung von Drehteilen bei der gleichachsigen Maschine mit 2 identischen Kolbenrädern geht damit verloren. Auch verursachen die durch das Zwischen­ schalten von Steuerscheiben zweifach hintereinander angeordneten gleitenden Dichtungen Lackverluste, die für den Betrieb problematisch sind.

Die DE-AS 26 06 360 schlägt vor, nur eines der beiden Kolbenräder zum Abtrieb zu nutzen, das andere aber als Hilfsrad zur Erzeugung der erforderlichen Drücke einzusetzen, wobei die Relativbewegung der Hilfskolben durch ein Zahn­ radgetriebe erzeugt wird, das über mit Zahnsegmenten ausgerüstete Hebel, die durch eine innen abgefahrene Steuerkurve in schwingende Bewegung gebracht werden, gesteuert wird. Eine gleichförmige Leistung an der Abtriebswelle wird nur mit großem Schwungmoment möglich sein.

Gemäß US 38 01 368 ist ein Planetengetriebe mit gehäusefestem Sonnenrad und mit mit Exzentern versehenen Planetenrädern vorgesehen, wobei die Exzen­ ter statt an Pleueln in innnen liegende radial angebrachte Nuten in den Wänden von einzeln laufenden, nicht mit Rädern verbundenen Kolben mittels Gleit­ steinen eingreifen. Wegen des Platzbedarfs in den Kolben und wegen der Rela­ tivbewegung aller Kolben und des Planetenträgers gegeneinander erscheint es kompliziert, die Kolben anders als gleitend über die Zylinderwand zu la­ gern, so daß der Verschleiß über diese Gleitlagerung auch wegen der Zentrifu­ galkräfte erheblich ist. Auch hier entstehen Totpunkte durch die Nutzung der harmonischen Bewegung.

Eine Rotationskolbenmaschine der gattungsgemäßen Bauart ist durch die DE-AS 12 97 621 bekannt. Dort ist eine Steuerung mit Nocken vorgesehen, denn zwei mit jeweils einem Kolbenrad verbundene Führungsscheiben tragen an ihren Innen­ seiten Nocken, die über eine Rolle einen Schwenkarm, der an einem gehäusefest angebrachten Arm schwenkbar gelagert ist, so steuern, daß die auf den Führungs­ scheiben angebrachten Sperrnocken wechselseitig in Aussparungen des Schwenk­ arms eingreifen und so während eines kleinen Drehwinkels die Bewegung jeweils eines Kolbenrades sperren. Wegen des geringen Schwenkwinkels des Armes und wegen der geringen Überschneidung der Nocken und der Aussparungen läßt sich damit schwerlich eine sichere Sperrung erreichen. Dies läßt eine geringe Betriebssicherheit erwarten, denn jede fehlerhafte Sperrung führt zum Still­ stand der Maschine. Vor allem aber entsteht durch das wechselseitige schlagar­ tige Eingreifen der Sperrnocken ein harter Lauf der Maschine mit daraus resul­ tierender rascher Abnutzung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Rotationskolbenmaschine, bei der die Steuerung der Kolbenräder bei kompakter Konstruktion einen ver­ schleißarmen Betrieb gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die beiden Kolbenräder sind durch Koppelelemente wie Zahnrä­ der, Seilschlaufen oder Bänder mit Umlenkrollen, Balken bzw. mit Führungsnuten versehene Platten direkt miteinander verbunden, wobei die unterschiedlichen Momentangeschwindigkeiten der beiden Räder durch eine Steuerung der Winkelbe­ wegung dieser drehbar gelagerten Koppelelemente erreicht wird. Kernstück dieser Steuerung ist eine Kurvenbahn, als Schiene oder Nut ausgeführt, die von mit den Koppelelementen verbundenen Steuerarmen abgefahren wird. Diese Steuerkurve bewirkt eine Drehoszillation der Koppelelemente zwischen zwei Extremen, durch die der jeweils geringste Abstand der Kolben eingesteuert wird. Je nach gewünschter Auslegung der Maschine kann die Steuerkurve eine einzige solche periodische Schwingung pro Umlauf aufweisen oder deren viele. Der Abtrieb der Maschine ist mit den Koppelelementen verbunden, so daß die oszillierende Bewegung der Kolbenräder reduziert, d. h. im allgemeinen halbiert weitergegeben wird. Sowohl die durch die gehäusefeste Steuerkurve geführten Steuerstifte als auch die Zwischenräder bzw. Koppelelemente sind dauernd spielfrei im Eingriff, so daß einerseits ein ruhiger, andererseits ein verschleißarmer Betrieb erreicht wird. Auch wird der Abtrieb koaxial gelagert und ist fest mit dem Steuerungsträger verbunden. Insgesamt ergibt sich eine kompakte Konstruktion mit geringer Anzahl von bewegten Teilen.

An Hand mehrerer Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und daran beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine mit Kegelgetriebe in einem achsparallelen Schnitt,

Fig. 2 die direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine mit Kegelgetriebe in einem achsvertikalen Schnitt,

Fig. 3 eine direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine mit Planetengetriebe in einem achsparallelen Schnitt,

Fig. 4 die direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine mit Planetengetriebe in einem achsvertikalen Schnitt.

Fig. 5 Arbeitstakte in 4 Phasen dargestellt,

Fig. 6 Formen von Steuerkurven,

Fig. 7 Steuerungsträger, Kegelgetriebe,

Fig. 8 Steuerungsträger, Planetengetriebe,

Fig. 9 Kegelzwischenrad mit Steuerarm und Steuerstift,

Fig. 10 Steuerung mit Seilschlaufen und Umlenkrollen,

Fig. 11 Steuerung mit Platten,

Fig. 12 Steuerung mit Schubstangen bei Planetengetriebe.

Als erste von den möglichen Ausführungen soll die Maschine mit Kegelradgetriebesteuerung beschrieben werden. Fig. 1 zeigt im Gehäuse 1 den kreisringförmigen Arbeitsraum 2 den die Kolben 5 durchfahren, die fest mit den Kolbenrädern 3, 4 verbunden sind. Die Kolben füllen den Querschnitt mit engen Toleranzen aus, sind jedoch zusätzlich mit elastisch an die Gehäusewand ge­ drückten Dichtleisten ausgerüstet. Kolbenräder mit Kolben können als integrales Teil hergestellt,verschraubt oder verschweißt sein je nach Aufgabe und Einsatz der Maschine wird dies unter­ schiedlich ausgeführt sein. Anders als bei Hubkolbentriebwerken hat bei den koaxialen Rotationskolbenmaschinen die Gehäusewand keine Führungsfunktion, so daß sich die Kolben mit engen Toleranz­ en berührungsfrei im Gehäuse bewegen. Zur Achse hin weisen die Räder eine scheibenartige Lippe auf, die die hier kegeligen Zahnkränze 6 oder Zahnkranzsegmente trägt, so daß mit den Kegelzwischenrädern 7 ein geschlossenes Kegelgetriebe entsteht. Die Kegelzwischen­ räder 7 sind auf dem Steuerungsträger 8 drehbar gelagert, die Abtriebswelle 9 ist mit dem Steuerungsträger 8 fest verbunden.

Der Steuerungsträger 8 ist in Fig. 7 gesondert dargestellt. Jedes der Zwischenräder trägt an einer Seite einen Steuerarm 10 an dessen freiem Ende sich der Steuerstift 11 befindet in Fig. 9 dargestellt. Der Steuerstift, mit einem Nadellager ausgerü­ stet, fährt die Steuerkurve 12 der Steuertrommel 13 ab. Die Maschine ist als Benzinmotor ausgeführt mit den Gemischeinlaß­ schlitzen 14 und den Auslaßschlitzen 15. Außen am Gehäuse sind Vergaser oder Einspritzpumpe - nicht dargestellt - und Zündker­ zen 16 montiert; die Zündspule wurde nicht eingezeichnet. Nicht dargestellt sind auch die üblichen Zusatzaggregate wie Wasser- und Benzinpumpe, Lichtmaschine usw. Fig. 2 zeigt den Schnitt senk­ recht zur Achse, aus dem die je 4 Kolben als Kreisringsegmente ausgeführt und die Kegelzwischenräder gut zu ersehen sind. Fig. 6 zeigt verschiedene mögliche aus dem Zylinder in die Ebene abge­ wickelte Kurvenformen, die je nach Maschinentyp zum Einsatz kommen können. Mit Hilfe der Fig. 5 soll jetzt die Wirkungsweise der mit 2×4 Kolben eingerichteten Maschine als Vergasermotor beschrie­ ben werden.

Fig. 5.1 zeigt einen beliebigen Augenblick mit geringster Entfer­ nung der Kolbenpaare zueinander, d. h. der Steuerstift des Zwischen­ rades hat eines der Maxima seiner Steuerkurve erreicht. Die zwi­ schen den Kolben gebildeten Volumina sind mit V11 bis V41 und V12 bis V42 bezeichnet, die Kolbenräder mit A und B, die Kolben mit KA1 bis KA4 bzw. KB1 bis KB4. In V11, V22, V31 und V42 ist verbranntes Gemisch, in V12 und V32 ist komprimiertes unverbranntes Gemisch und in V21 und V41 ist nicht komprimiertes Frischgemisch.

Jetzt zünden die Zündkerzen 16 und in V12 und V32 entsteht ein Drucksprung. Da die Steuerung das Kolbenrad B und damit die Kolben KB1 bis KB4 verriegelt, treibt der Druck auf KA1 und KA3 das Rad A an: das in den abgeschlossenen V21 und V41 eingeschlos­ sene Frischgemisch wird komprimiert; das verbrannte Gas in V11 und V31 wird aus den Auslaßschlitzen 15 ausgetrieben; die sich vergrößernden V22 und V42 füllen sich mit Frischgemisch. Die Anordnung von 4 Kolben je Kolbenrad erlaubt 2 Arbeitstakte gleich­ zeitig auf entgegengesetzten Seiten des Umfangs, so daß keine Querkräfte, sondern nur Drehmomente entstehen.

Fig. 5.2 zeigt den Augenblick wenn die Schieberwirkung der Kolben beginnt. KA1 und KA3 schließen die Auslaßschlitze, nähern sich dabei den noch stillstehenden KB2 und KB4 und drehen an­ schließend gemeinsam soweit, daß die Einlaßschlitze 14 durch KB2 und KB4 geschlossen werden, s. Fig. 5.3. Die Arbeitskonfigurati­ on der Maschine ist jetzt wieder die gleiche wie in Fig. 5.1 darge­ stellt und die Zündkerzen werden einen weiteren Arbeitsprozeß auslösen.

Das Bild der Kolbenstellung erweckt den Eindruck als zeige Fig. 5.3 die gleiche Konstellation wie Fig. 5.1, jedoch eine viertel Umdrehung weiter. Das ist jedoch nicht der Fall, denn z. B. steht KA1 noch nicht auf der andern Seite des Einlaßschlitzes. Dort steht er erst am Ende des nun beginnenden neuen Arbeitsspiels. Demnach erfordert eine viertel Umdrehung 4 Zündungen für jede Zündkerze 2. Während einer kompletten Umdrehung lassen sich also 16 Zündungen nutzen. Für einen im 4-Takt-Verfahren arbeitenden Ottomotor mit Hubkolbentriebwerken würde dies 32 Zylinder erfor­ dern! Die Leistungsdichte der koaxialen Rotationskolbenmaschinen ist also bemerkenswert.

Die Bewegungen der Kolbenräder A und B, wie in Fig. 5.1 und Fig. 5.2 dargestellt, werden in folgender Weise von der Steuerung bewirkt: Der Steuerstift steht in der in Fig. 5.1 dargestellten Konstellation an einem Extrempunkt der Steuerkurve, d. h. das durch die Kurve bewirkte Schwenken des koppelnden Zwischenrades hat über den Zahnkranz das Kolbenrad B gegenüber A so verdreht daß sich die Kolben fast berühren. Die Zündung bewirkt ein Auseinan­ dertreiben der Kolbenpaare, das Zwischenrad wird in die Gegenrich­ tung geschwenkt. Die in Fig. 6.1 oben dargestellte Steuerkurve ist zusammengesetzt aus Ausschnitten aus der Zykloide, die der Steuer­ stift 11 beschreibt, wenn sich das Zwischenrad 7 auf dem Zahn­ kranz des stillstehenden Rades B abwälzt und entsprechend für Rad A. Die Blockierung des jeweils stillstehenden Rades erfordert also keine Arbeit. Arbeit leistet das rotierende Rad, das gleich­ zeitig das Zwischenrad schwenkt. Vermutlich ist die Zykloidenkur­ ve nicht die optimale Kurve, das Umsteuern des momentanen Antriebs von einem Rad aufs andere ohne Rucken, Stocken usw. erfordert sicher Modifikationen. Eine mögliche Form kann die Sinuskurve der Fig. 6.2 sein, die jedoch das jeweils blockierende Rad nicht völlig ruhigstellt. Eine weitere Möglichkeit ist mit der aus Halbkreisen zusammengesetzten Kurve der Fig. 6.3 dargestellt. Diese Kurve bietet die Möglichkeit, über eine Trennung der Kurve in der Mitte während des Betriebs den Schwenkbereich der Zwischen­ räder und damit den geringsten Abstand der Kolbenpaare zu verän­ dern. Die optimale Kurve wird durch die Art des Einsatzes der Maschine, durch den Maschinentyp, d. h. ob Benzinmotor Dampfmaschine oder Arbeitsmaschine, durch die gewünschte Drehzahl usw. bestimmt.

Eine weitere Möglichkeit der Anpassung besteht darin, daß die Steuertrommel 13 gegenüber dem Gehäuse verdreht werden kann, so daß sich der Phasenwinkel zwischen den Steuerschlitzen 14 und 15 und den Kolben z. B. entsprechend der Drehzahl verändern läßt.

Eine weitere Ausbildung der direkten Steuerung ist in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellt. Anstelle des Kegelgetriebes ist hier ein Stirnradgetriebe in Form eines Planetengetriebes eingebaut. Die Planetenräder 17 verkoppeln direkt die beiden Kolbenräder 3, 4 und tragen am Steuerarm 10 den Steuerstift 11 . Die Steuerkurve 12 ist in die Steuerscheibe 18 eingearbeitet. Die Form der Steuerkurve ist in Fig. 6.1 unten gesondert dargestellt. Sie besteht wie die Kurve in Fig. 6.1 oben aus Zykloidenabschnitten. Ein gemeinsamer Steuerträger 19, in Fig. 8 gesondert dargestellt, trägt die Lagerung der Planetenräder und ist fest mit der Ab­ triebswelle 9 verbunden. Prinzipiell entspricht das Spiel der Kolben und Volumina dem der mit dem Kegelgetriebe gesteuerten Maschine. Jedoch besteht durch die unterschiedlichen Durchmesser des inneren und äußeren Zahnkranzes eine ungleiche Belastung der beiden Kolbenräder bzw. der Steuerung in den zugehörigen Steuerphasen. Jedoch ist diese Ungleichheit um so kleiner je geringer das Verhältnis der Differenz der Durchmesser zum mittle­ ren Durchmesser ist. Auch hier ist die Auswahl der Steuerungsart von mehreren Parametern beeinflußt wie z. B. Drehzahl, Herstellko­ sten usw. Die Planetengetriebesteuerung weist einen größeren Raum für den Einbau des Steuerungsträgers auf. In dieser wie in der zuvor beschriebenen Ausbildung der Steuerung als Umlaufke­ gelgetriebe wird zum Erzielen einer möglichst kompakten steifen Bauweise eine Eigenart dieser Art der Steuerung benutzt. Das Oszillieren der Kolbenräder gegeneinander und gegenüber dem Steuer­ rungsträger 8 bzw. 19 führt dazu, daß trotz gemeinsamer Rotation die Elemente in Nachbarschaft bleiben. Bei der im Beispiel be­ schriebenen 2×4-Kolben-Ausführung verdrehen sich die beiden Räder jeweils um z. B. 76 Grad gegeneinander oder +/-38 Grad. Der Steue­ rungsträger halbiert diese Bewegung, so daß zwischen ihm und jedem Kolbenrad nur +1-19 Grad entstehen. Dadurch kann der Steuerungs­ träger über Speichen durch Langlöcher in einem der beiden Räder hindurchgreifen, in den dargestellten Ausbildungen jeweils 4mal. Dies ist in den Abbildungen Fig. 1, 2, 3, 7, 12 dargestellt. Der Steue­ rungsträger wird zweckmäßig geteilt ausgeführt.

Die Koppelung der beiden Räder miteinander kann auch ohne Zahnradgetriebe ausgebildet werden, besonders wenn durch eine große Zahl von Kolben die Winkelbewegung der Kolbenräder klein ist und so nur wenige Zähne der Zahnradgetriebe an der Kraftüber­ tragung beteiligt sind. Beide beschriebenen Steuerungstypen können mit Seil- oder Bandschlaufen mit Umlenkrollen, die Steuerarm und Steuerstift tragen, ausgebildet werden, wie in Fig. 10 für das Plane­ tengetriebe schematisch dargestellt. Ähnlich läßt sich die Steue­ rung auch für das Kegelradgetriebe verwirklichen. Es bedeuten 20 die geschlossene Seilschlaufe, 21 die Umlenkrollen, 22 geeignete Befestigungselemente der Seilschlaufe sowohl auf den Kolbenrädern wie auf den Umlenkrollen. Bei geringen Winkelbewe­ gungen der Räder gegeneinander ist auch eine Steuerung mit Balken oder Platten anstelle der Zwischenräder möglich. Fig. 11 zeigt eine Ausbildung für eine Ausführung mit Steuertrommel. Der Steue­ rungsträger 8 weist die Lagerung für die Achsen der Platten 23 statt für die Kegelzwischenräder auf. Wie in den vorher beschriebenen Ausbildungen trägt auch die Platte einen Steuerarm und Steuerstift. Die Koppelung an die Kolbenräder geschieht jedoch entweder über Langlochführungen 24 in Fig. 11.1 oder über kurze angelenkte Stangen 25, Fig. 11.2. Steuertrommel und eingeprägte Steuerkurve entsprechen den Entwürfen der Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4. Eine weitere Ausbildung der Steuerung ist in Fig. 12 aufgewie­ sen. Als Ersatz für das Planetengetriebe der Fig. 3 und 4 ist nur der Steuerarm 26 mit Steuerstift 11 erforderlich, der auf der anderen Seite der Lagerung eine Kurbel 27 mit 2 pleuel­ artigen Stangen 28 aufweist, die direkt mit den Rädern verbunden sind. Die Ausbildung der Steuerung wird von mehreren Einflußgrößen bestimmt wie Betriebsart, Baugröße, Einbauplatz. Als reine Expan­ sionsmaschine mit Druckluft-, Druckgas-, oder Dampfbeaufschlagung kann eine Vielzahl von Kolben pro Kolbenrad und damit ein kleiner gegenseitiger Schwenkwinkel der beiden Kolbenräder vorgesehen werden. Im Falle eines Dieselmotors ist das erforderliche hohe Verdichtungsverhältnis einfacher mit einer geringen Zahl von Kolben zu erreichen, z. B. 2 Kolben pro Rad, was jedoch Einzelzündun­ gen bedeutet und damit einen weniger ausgeglichenen Lauf.

Unterschiedliche Ausbildungen sind auch für den Abtrieb mög­ lich. Entwurfsziel muß sein, die Schwingungen der beiden Räder gleich auf den Abtrieb durchzuleiten. Daher ist die Koppelung des Abtriebs mit dem das Steuerelement tragenden Steuerungsträger wie in Fig. 1 bis 4, 7, 8 beschrieben, dessen Rotationsgeschwindigkeit, jeweils der Mittelwert der Rotationen der beiden Räder, ist die naheliegende Lösung. Jedoch ist auch eine Momentenübertragung der beiden Räder direkt auf die Abtriebswelle mittels zweier Freiläufe sowie die Koppelung nur eines Rades mit der Abtriebswel­ le, wobei das andere Rad nur als Steuerelement benutzt wird, denk­ bar. Der Gleichlauf des Abtriebs wird sicher auch durch die Aus­ bildung der Steuerkurve bedingt, in der Art, daß die Summe der Rotationsgeschwindigkeiten der beiden Räder immer einen konstanten Wert aufweist. Damit ist auch ein kurzer Stillstand des nachlau­ fenden Rades akzeptabel, wenn das vorlaufende Rad umso schneller ist. Mehrere Kurvenformen erfüllen diese Forderung.

Wesentliches Merkmal dieser Erfindung ist die Steuerung und damit neben der Form der Steuerkurve und der Art des Steuergetrie­ bes der Einbau des Steuerstiftes zur Drehrichtung. Aus der Bewe­ gung des Koppelelementes in der Phase der Annäherung der beiden Kolbengruppen ist zu erkennen, daß für eine Kraftmaschine der nachlaufende Steuerstift die bessere Lösung ist während im Falle einer Arbeitsmaschine, z. B. eines Kompressors, wegen der günstigeren Momentenverteilung der vorlaufende Steuerstift überlegen ist. Hieraus kann abgeleitet werden, daß eine solche Maschine mit gerin­ gen Umbauten, z. B. einer Verstellung der Steuerschlitze, von einer Kraft- in eine Arbeitsmaschine umgewandelt werden kann.

Ein weiteres Entwurfsmerkmal, das den Erfolg der hier beschrie­ benen Maschine mit bestimmen könnte ist die Ausbildung der ring­ förmigen Arbeitskammer, vor allem ihres Querschnitts. Ein kreisför­ miger Querschnitt erbringt eine bessere Verbrennung und erlaubt als Dichtelement an den Kolben den Einsatz von typischen Kolben­ ringen, wie sie für die Hubkolbentriebwerke entwickelt wurden. Ein im Querschnitt rechteckiger oder quadratischer Raum verspricht größere Fertigungsgenauigkeit und geringere Fertigungskosten. Eine Entscheidung zugunsten eines der beiden Entwürfe kann nur nach eingehender Systemanalyse getroffen werden und ist wohl auch von Entwurf und Einsatzzweck beeinflußt.

Claims (13)

1. Rotationskolbenmaschine mit zwei um die gleiche Achse gleichsinnig rotierenden Kolbenrädern, die über Zwischenräder bzw. Kopplungselemente eines Umlaufgetriebes gekoppelt und an deren Umfang eine jeweils gleiche Zahl von in einem toro­ idförmigen Arbeitsraum beweglichen Kolben befestigt sind, die in Umfangsrichtung paarweise Arbeitskammern bilden und das Öffnen und Schließen von Ein-und Auslaßschlitzen für das Arbeitsmedium bewirken, wobei eine gegeneinander phasen­ verschobene Drehbewegung der Kolbenräder durch Kurvenelemente gesteuert wird und wobei der An- bzw. Abtrieb der Maschine über einen Träger für die Zwischenräder bzw. Kopplungsele­ mente des Umlaufgetriebes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zwischenrädern (7, 17) bzw. Kopplungselementen (20, 23, 27) einseitig ein Steuerarm (10) befestigt ist, an dem freiem Ende sich ein Steuerstift (11) befindet, der in eine gehäusefest angeordnete, ringförmig geschlossene Kurvenbahn (12) eingreift, welche nut- oder schienenförmig ausgebildet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kurvenbahn (12) tragender Körper (13) tonnenförmig ausgebildet ist und die Kurvenbahn (12) entweder außen oder innen trägt.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kurvenbahn (12) tragender Körper (18) scheibenförmig ausgebildet ist.

4. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufgetriebe mit den Zwischenrädern (7) als Kegel­ radgetriebe ausgebildet ist.

5. Maschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufgetriebe mit den Zwischenrädern (17) als Plane­ tenstirnradgetriebe ausgebildet ist.

6. Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungselemente an Umlenkrollen (21) befestigte Bänder oder Seile (20) sind.

7. Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungselemente als Balken (23, 27) ausgebildet sind, die an die Kolbenräder (3, 4) über Langlöcher (24) und Bolzen oder über Gelenkstangen (25, 28) angekoppelt sind.

8. Maschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der ringförmig geschlossenen Kurvenbahn (12) aus Zykloidenabschnitten mit verbindenden Übergangsstüc­ ken gebildet wird.

9. Maschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der Kurvenbahn (12) einer Sinuskurve ent­ spricht.

10. Maschine nach Anspruch 2, 4, 6 und 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Form der geschlossenen Kurvenbahn aus Kurvenbö­ gen so zusammengesetzt ist, daß auf der halben Bahn zwischen zwei Extremwerten die Bahntangente parallel zur Maschinenach­ se liegt und der tonnenartige Körper (13) axial auseinander geschoben werden kann, um so das Volumen- bzw. Druckverhält­ nis während des Betriebs zu ändern.

11. Maschine nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufgetriebe einschließlich der Kurvenbahn (12) radial innerhalb des toroidförmigen Arbeitsraumes (2) liegt.

12. Maschine nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufgetriebe einschließlich der Kurvenbahn (12) außerhalb des durch den toroidförmigen Arbeitsraum (2) um­ schlossenen Bereiches in einem eigenen Getriebekasten liegt.

13. Maschine nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der die geschlossene Kurvenbahn tragende Körper (13, 18) während des Betriebs der Maschine gegenüber dem Gehäuse verdreht werden kann, um so die Stellung der Kolben (5) gegenüber den Ein- und Auslaßschlitzen (14, 15) zu verändern.