EP0601218A1 - Rotary piston machine - Google Patents

Abstract

Displacement machine, the working chambers of which are created in that the blade plates are fitted in two nesting rotors with fixed, parallel but eccentric axes of rotation. The said plates are supported in each of the two rotors by two cylinder segments so that they can perform short alternating movements, both translatory and rotational. In the contact area of the rotors, the blade plates slide with their curvatures onto the synchronous surfaces. This permits a coupled rotation of the two rotors (same angular velocity). Due to the axial bore and the radial passages in the inner rotor, the coolant and lubricant flows back into the passages of the blade plates and the outer rotor and duly cooled into the bore of the inner rotor. Various inlet and outlet orifices, which make the machine usable as a combustion engine, as a pneumatic or hydraulic motor or pump and as a compressor can be fitted on the non-rotating side covers of the two rotors. <IMAGE>

Description

CM
ist eine universelle Verdrängermaschine die durch

• den Hochdruck des Arbeitsmediums,
• eine hohe Drehzahl,
• hohe Temperaturen,
• ein kleineres Gewicht,
• ein kleineres Volumen,
• niedrigere Herstellungskosten

zu wesentlichen Energieersparnissen führt und somit in Vergleich zu ähnlichen Maschinen unweltfreundlich ist.
Diese Vorteile gegenüber den Hubkolben- und bisherigen Rotationsmaschinen sind anwendbar in der:

• a) Hochdruckhydraulik für Motoren und Pumpen (Fahrzeugtechnik: Allachsantrieb ohne Differential und Kardanwelle, Getriebe, Einspritztechnik; Hochdrucktransport von Flüssigkeiten in verschiedenen Prozeßverfahren, Erdötransport, Hochwasserspeicher für elektrische Energie, Bewässerungen usw.).
• b) Hochdruckpneumatik für Motoren und Pumpen (Hochdrucktransport von Gasen, Pressluftmotoren und Pumpen, Gasspeicher, Erdgastransport, Kompressoren, Auflader, Tiefkühltechnik usw.).
• c) Dampfmotorentechnik. Da diese Maschine für Gase mit hohem Druck und hohen Temperaturen einen günstigeren thermischen und mechanischen Wirkungsgrad hat und der verwendete Dampf durch Kesselerwärmung mit wesentlich weniger Schadstoffen entsteht, ist die Wiederverwendung des Dampfessinnvoll. (Stationäre Motoren, Schiffsmotoren, Lokomotiven, Sonderkraftzeuge, Anlagen für Kraft-Wärmekopplung und vor allem für Wärmepumpen).
• d) Verbrennungsmotorentechnik
• e) Steuerungstechnik

Die Größe dieser Maschinen kann im allgemeinen von kleinsten Abmessungen bis in den Meterbereich reichen.CM
is a universal displacement machine that passes through

• the high pressure of the working medium,
• a high speed,
• high temperatures,
• a smaller weight,
• a smaller volume,
• lower manufacturing costs

leads to significant energy savings and is therefore environmentally friendly compared to similar machines.
These advantages over the reciprocating piston and previous rotary machines can be used in:

• a) High-pressure hydraulics for motors and pumps (vehicle technology: all-axle drive without differential and propeller shaft, transmission, injection technology; high-pressure transport of liquids in various process processes, transportation of earth, flood storage for electrical energy, irrigation, etc.).
• b) High-pressure pneumatics for motors and pumps (high-pressure transport of gases, compressed air motors and pumps, gas storage, natural gas transport, compressors, superchargers, freezer technology, etc.).
• c) Steam engine technology. Since this machine has a more favorable thermal and mechanical efficiency for gases with high pressure and high temperatures and the steam used is generated by heating the boiler with significantly fewer pollutants, the reuse of the steam is sensible. (Stationary engines, marine engines, locomotives, special vehicles, systems for combined heat and power and especially for heat pumps).
• d) internal combustion engine technology
• e) Control technology

The size of these machines can generally range from the smallest dimensions to the meter range.

In diesem Schrift werden zwei Anwendungsbereiche behandelt:

• a)- CM in der Hydraulik und
• d)- CM in der Verbrennungsmotorentechnik.

Two areas of application are dealt with in this document:

• a) - CM in hydraulics and
• d) - CM in internal combustion engine technology.

Anwendung einer CM in der HydrostatikUse of a CM in hydrostatics Hier als HCM bezeichnetHere referred to as HCM Abb. 7Fig. 7

Folgende Auflistung beschreibt die wesentliche Vorteile der HCM:

• 1. Gegenüber herkömmlichen Maschinen mit vergleichbarer Leistung hat die HCM ein deutlich geringeres Volumen und Gewicht, was bei vielen Anwendungen von großer Bedeutung ist,
• 2. Durch die damit verbundene Werkstoffeinsparung sinken die Herstellungskosten,
• 3. Durch höheren volumetrischen und mechanischen Wirkungsgrad Energieeinsparung.
• 4. Anwendung sowohl für hohe, als auch für niedrige Drehzahlen.
• 5. Möglichkeit für weitgehend getrennte Kreisläufe für das Arbeitsmediums und das Schmier-/Dichtmittel. Dadurch kann die Maschine optimal für die Wasserhydraulik anwendet werden.
  Vorteile:
  • keine Brandgefahr
  • kostengünstige Hydraulikflüssigkeiten
  • keine Umweitbelastung
  • keine Beseitigung von Sondermüll
  • durch kleinere Viskosität gegenüber herkömmlichen Schmier- /Dichtmittel, geringere Reibungsverluste bei der Kraftübertragung,
• 6. Zuverlässigkeit und hohe Lebensdauer,
• 7. für die Anwendung im Hochdruckbereich einfache Konstruktion
• 8. Anwendung als konstante und als verstellbare Maschine,
• 9. geräuscharm

The following list describes the main advantages of HCM :

• 1. Compared to conventional machines with comparable performance, the HCM has a significantly lower volume and weight, which is of great importance in many applications,
• 2. The associated material savings reduce manufacturing costs,
• 3. Energy saving through higher volumetric and mechanical efficiency.
• 4. Application for both high and low speeds.
• 5. Possibility for largely separate circuits for the working medium and the lubricant / sealant. This enables the machine to be used optimally for water hydraulics.
  Advantages:
  • no risk of fire
  • inexpensive hydraulic fluids
  • no environmental impact
  • no disposal of hazardous waste
  • due to lower viscosity compared to conventional lubricants / sealants, lower friction losses during power transmission,
• 6. Reliability and long service life,
• 7. Simple construction for use in high pressure areas
• 8. Use as a constant and adjustable machine,
• 9. Low noise

BESCHREIBUNG DER MASCHINE UND GRUNDKINEMATIKDESCRIPTION OF THE MACHINE AND BASIC KINEMATICS

Zum leichteren Verständnis der Funktion einer HCM, kann man sich diese Maschine als abgewandelte Flügelzellenmaschine vorstellen, bei der sich auch der Stator dreht und so als Außenrotor wirkt. Im Außenrotor (AR) (Abb. 1), der einen röhrenförmigen Körper darstellt, befindet sich ein exzentrisch und parallel angeordneter zylinderförmiger Innenrotor (IR) mit kreisrunder (Abb.1) oder polygonaler Manteloberfläche (Abb. 5, in diesem Fall oktogonal). Zwischen diesen befinden sich mehrere Pendelschaufelplatten, die an einer Seite im Innenrotor und an der anderen Seite im Außenrotor durch zwei Teilzylinder ( im Schnitt ein Halbmond ) beweglich gelagert sind. Diese Platten, die eine schaufelnde Arbeit leisten, führen pendelnde, d. h. lineare und drehende Hin-und Herbewegungen aus. Beide Rotoren drehen sich mittels Kupplungselementen synchron zueinander (mit gleicher Winkelgeschwindigkeit). Zwischen den Pendelschaufelplatten und den Rotoren entsteht die Arbeitskammer, deren Volumen sich zwischen dem Minimum und Maximum bewegt.
Die Kupplungselemente bestehen aus:

• a) Zylindersegmenten, die im Innen- und Außenrotor im Schnitt ein Kreissegment bilden (Abb. 1 ). Sie bilden eine Art Gelenklager mit kleinen Pendeldrehbewegungen.
• b) Schaufelplatten(Abb.4 ) , die im Gelenklager von Innen-und Außenrotor (Abb.4 Teile 1.1, 3.1 3.2, 2.2 und 2.3) lineare Pendelbewegungen ausführen.
• c) Synchronflächen im Innenrotor (Abb. 4, Teil 1.5) , die im Funktionsteil durch eine Zylinderfläche ersetzt werden können. (Die Synchronflächen sind auch im Außenrotor möglich). Bei der polygonalen Ausführung ermöglichen auch die Kammerwände selbst eine leistungsfähige Synchronisierung (Abb.5). Da die Schaufelplatten im Synchronbereich in ihrer ganzen Länge als kuppelnde Hebel für die Kraftübertragung wirken und ausreichende Festigkeit und Elastizität besitzen ( unterstüzt durch die federnden Eigenschaften des Arbeitsmedium), sind die Synchronstützkanten, sowohl an der Innenseite des Außenrotors, als auch am Mantel des Innenrotors (Abb.4, Teile 1.11 und 2.11 ) geeignet, um eine asynchrone Verdrehung der Rotoren zueinander zu verhindern. Wie das gebaute Modell zeigt, eignet sich diese Kupplungsart zur Anwendung für kontinuierlich verstellbare Maschine.

Die Hohlräume bestehen:

• a) aus den konstanten Synchronräumen im Innenrotor
• b) aus den bei der Verschiebung der Pendelschaufelplatten in den Teilzylinderlagerungen entstandenen, variablen Räumen.

Durch das Zusammenwirken:

• der an den Planseiten der Teilzylinder vorhandenen Fugen
• der Stifte an den Pendelschaufelplatten und
• der Abstandhalter zwischen den Teilzylindern,

ist eine optimale Ausnützung der Pendelschaufelplatten in ihren (radialen) Breiten möglich. Dadurch können Maschinen mit größeren Exzentritäten (größere Fordervolumen), kleineren Bauvolumen und geringeren Gewicht gebaut werden.
Durch die Erweiterung des Außenrotors sind große Exzentritäten möglich, im Gegensatz zur Flügelzellenmaschine, wo die Exzentrität nur ein Bruchteil des Rotorradius ausmachen kann.
Andere Vorteile gegenüber der Flügelzellenmaschiene:

• 1. Die Pendelschaufelplatten gleiten überhaupt nicht an der Laufbahn im Stator. Dadurch niedrigere Reibungsverluste und kein radialer Verschleiß der Pendelschaufelplatten. Bei der Flügelzellenmaschine gleiten die Flügel mit hoher Geschwindigkeit und mit hohem Druck (bestehen aus dem Mediumdruck und der Fliehkraft) an der Statorlaufbahn. Dies beeinträchtigt den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Maschine.
• 2. Da die Pendelschaufelplatten mechanisch in die Funktionslage geführt werden, braucht eine HCM keine relativ hohen Drehzahl, um ausreichende Fliehkraft zu erhalten, durch welche die Flügel an die Statorlaufbahn gepresst werden müssen. Weil auch die Dichtung konstant ist (was noch besprochen wird) arbeitet eine HCM bei einer niedrigen Drehzahl gut. Aus demselben Grund (mechanische Führung) arbeitet eine HCM auch bei sehr hohen Drehzahlen zuverlässig. Eine Flügelzellenmaschine ist für eine hohe Drehzahl, deswegen nicht geeignet, weil durch die Fliehkraft und durch den Mediumdruck die Reibungs- und Verschleißverluste hoch sind.
• 3. Die Minimierung des Spaltes an der druckbeaufschlagten (axialer Spielausgleich durch den Betriebsdruck) Steuerscheibe ist möglich, da die Pendelschaufelplatten durch die mechanische Führung nicht klemmen können, wie es bei den Flügeln der Fall sei kann.
• 4. Die Belastbarkeit der Pendelschaufelplatten bei einer HCM ist doppelt so hoch, als bei den Flügeln der Flügelzellenmaschine. Auf die Flügel oder Pendelschaufelplatten wirkt eine Kraft in der Umfangrichtung nur dann, wenn der Druck in den beiden benachbarten Verdrängerräumen verschieden groß ist, wenn also z.B. der eine mit dem Ausstoßkanal und der andere mit dem Ansaugkanal verbunden ist. Diese Kraft wird bei Flügelzellenmaschine nach der Art einer Konsole oder eines einseitig eingespannten Balkens auf die Schlitze des Rotors übertragen. Bei einer HCM werden Pendelschaufelplatten wie ein Balken an beiden Seiten getragen, also halb so hoch belastet. Man kann also mit doppelt so hohen Druck arbeiten.

To make it easier to understand the function of an HCM , this machine can be thought of as a modified vane cell machine in which the stator also rotates and thus acts as an external rotor. In the outer rotor (AR) (Fig. 1), which represents a tubular body, there is an eccentric and parallel cylindrical inner rotor (IR) with a circular (Fig. 1) or polygonal surface (Fig. 5, in this case octagonal). Between these there are several pendulum blade plates, which are movably mounted on one side in the inner rotor and on the other side in the outer rotor by means of two partial cylinders (a half moon on average). These plates, which do a shoveling work, perform oscillating, ie linear and rotating, back and forth movements. Both rotors rotate synchronously with each other by means of coupling elements (at the same angular speed). The working chamber, the volume of which moves between the minimum and maximum, is created between the pendulum blade plates and the rotors.
The coupling elements consist of:

• a) Cylinder segments that form a circular segment in the inner and outer rotor (Fig. 1). They form a kind of spherical plain bearing with small oscillating movements.
• b) Blade plates (Fig.4) which perform linear pendulum movements in the spherical bearing of the inner and outer rotor (Fig.4 parts 1.1, 3.1 3.2, 2.2 and 2.3).
• c) Synchronous surfaces in the inner rotor (Fig. 4, Part 1.5), which can be replaced by a cylindrical surface in the functional part. (The synchronous surfaces are also possible in the outer rotor). In the polygonal version, the chamber walls themselves also enable efficient synchronization (Fig.5). Since the entire length of the blade plates in the synchronous area act as coupling levers for power transmission and have sufficient strength and elasticity (supported by the resilient properties of the working medium), the synchronous support edges are on the inside of the outer rotor as well as on the jacket of the inner rotor ( Fig.4, parts 1.11 and 2.11) suitable to prevent asynchronous rotation of the rotors to each other. As the built model shows, this type of coupling is suitable for use on continuously adjustable machines.

The cavities are:

• a) from the constant synchronous spaces in the inner rotor
• b) from the variable spaces resulting from the displacement of the pendulum blade plates in the partial cylinder bearings.

By working together:

• the joints on the face of the partial cylinder
• the pins on the pendulum blade plates and
• the spacer between the partial cylinders,

optimal use of the pendulum blade plates in their (radial) widths is possible. As a result, machines with larger eccentricities (larger delivery volumes), smaller construction volumes and lower weight can be built.
By expanding the outer rotor, large eccentricities are possible, in contrast to the vane machine, where the eccentricity can only make up a fraction of the rotor radius.
Other advantages over the vane machine:

• 1. The pendulum blade plates do not slide at all on the track in the stator. This means lower friction losses and no radial wear on the pendulum blade plates. In the vane machine, the vanes slide at high speed and with high pressure (consisting of the medium pressure and the centrifugal force) on the stator track. This affects the efficiency and the service life of the machine.
• 2. Since the pendulum blade plates are mechanically guided into the functional position, an HCM does not need a relatively high speed in order to obtain sufficient centrifugal force by which the blades have to be pressed against the stator track. Because the seal is also constant (which will be discussed later), an HCM works well at a low speed. For the same reason (mechanical guidance), an HCM works reliably even at very high speeds. A vane machine is not suitable for a high speed, because the centrifugal force and the medium pressure cause high friction and wear losses.
• 3. The minimization of the gap on the pressurized (axial play compensation by the operating pressure) control disk is possible, since the pendulum blade plates cannot jam due to the mechanical guide, as can be the case with the wings.
• 4. The load capacity of the pendulum blade plates with an HCM is twice as high as with the blades of the vane machine. A force in the circumferential direction only acts on the blades or pendulum blade plates if the pressure in the two adjacent displacement spaces is of different magnitude, for example if one is connected to the discharge duct and the other to the intake duct. In the vane machine, this force is transmitted to the slots of the rotor in the manner of a bracket or a beam clamped on one side. With an HCM , pendulum blade plates are supported on both sides like a beam, i.e. they are loaded half as much. So you can work with twice the pressure.

Zurück zur Beschreibung:Back to the description:

Um das Arbeitsmittel schnell in die Kammer zu transportieren, kann man Längsbohrungen im Außen- wie auch im Innenrotor anbringen ( nötig bei großer Länge der Maschine und bei sehr hohen Drehzahlen).
Der Innenrotorkörper (Abb.4 Teil 1.1) , der auch als Antriebsachse dient, stützt sich auf zwei Wälz-oder Gleitlager, die im Gehäuse liegen.
Der Außenrotor wird durch ein Gleitlager, (Abb.4 Teil 8) oder mehrere im Gehäuse befestigte Räder, oder durch Wälzlager in seiner Drehachse fixiert. Bei der Bewegung der Antriebsweile am Innenrotor bewegt sich auch der Außenrotor , z.B. im Uhrzeigersinn. Die Arbeitskammer bewegt sich aus Position 1 (Abb. 1 ) in die Position 2. Das Volumen der Kammer vergrößert sich und läßt das Fluidum durch die seitlich angebrachte Steuerscheibe in die Kammer eindringen. Durch den Druck des Fluidums wird eine Arbeit geleistet. Die Maschine arbeitet als Motor. Wird das Fluidum gesaugt, haben wir eine Pumpe. In der Position 4 und 5 erreicht die Kammer das größte Volumen. In diesem Bereich fließt kein Fluidum weiter durch die Steuerscheibe in die Maschine ein. Das Fluidum wird in die andere Hälfte der Maschine mit abnehmenden Kammervolumen gebracht, wo es dann im Motor- oder Pumpenkreislauf zurückfließt.In order to quickly transport the working fluid into the chamber, longitudinal bores can be drilled in the outer as well as in the inner rotor (necessary if the machine is long and at very high speeds).
The inner rotor body (Fig.4 Part 1.1), which also serves as the drive axis, is based on two roller or slide bearings that are located in the housing.
The outer rotor is fixed in its axis of rotation by a plain bearing (Fig.4 part 8) or several wheels fixed in the housing, or by roller bearings. When the drive shaft on the inner rotor moves, the outer rotor also moves, for example clockwise. The working chamber moves from position 1 (Fig. 1) to position 2. The volume of the chamber increases and allows the fluid to enter the chamber through the control disc on the side. A work is done by the pressure of the fluid. The machine works as a motor. If the fluid is sucked in, we have a pump. In positions 4 and 5 the chamber reaches the largest volume. In this area, no fluid flows through the control disc into the machine. The fluid is brought into the other half of the machine with decreasing chamber volume, where it then flows back into the motor or pump circuit.

Um den Leistungsvergleich gegenüber anderen hydrostatischen Maschinen durchzuführen mit ca. gleichem Außenradius r, wird die allgemein gültige Gleichung für das Arbeitsdrehmoment genutzt. Sie lautet:

Δp

=Druckdifferenz zwischen: Aus- und Eingang der Pumpe, Ein- und Ausgang des Motors

V_h

=geometrisches Hubvolumen

η_mech.

=Mechanischer Wirkungsgrad

η_vol.

=Volumetrischer Wirkungsgrad

Um zu zeigen, daß für vergleichbare Leistungen eine kleinere Baugröße und damit ein geringeres Gewicht mit Werkstoffeinsparung zu erreichen ist, wird ein Vergleich für V_h mit der Axialkolbenmaschine durchgeführt. Die Formel für das geometrische Hubvolumen einer HCM ist nahezu identisch mit der Formel für eine Flügelzellenmaschine. Allerdings ist die mögliche Exzentrität bei den Flügelzellenmaschinen wesentlich kleiner als bei der HCM.
Für die Volumenbildung kann also die Formel für Flügelzellenmaschine benützen werden:

$${\text{V}}_{\text{h}}{\text{= (b}}_{\text{*}}{\text{2}}_{\text{*}}{\text{r}}_{\text{*}}\text{sin}\frac{\text{π}}{\text{z}}{\text{)}}_{\text{*}}{\text{2}}_{\text{*}}{\text{e}}_{\text{*}}{\text{z - b}}_{\text{*}}{\text{s}}_{\text{*}}{\text{2}}_{\text{*}}{\text{e}}_{\text{*}}\text{z}$$

b

= Zellenlänge ... kann zwischen b=2_*r bis b=4_*r angenommen angewerden. In unserem Fall wird b=2_*r angenommen.

r_i

= Arbeitskammerradius vom Innenrotor

r_a

= Arbeitskammerradius vom Außenrotor

z

= Anzahl der Zellen

e

= Exzentrität ( r_a - r_i ) ... in unserem Fall kann man e = 0.22_*r annehmen.

s

= Stärke der Schaufelplatte ... = 0.1_*r

Demnach ist ${\text{V}}_{\text{h HCM}}{\text{= 4.68}}_{\text{*}}\text{r³}$

Für einer Axialkolbenmaschine gilt:

r_k

= Kolbenradius

z

= Anzahl der Kolben (z = 7 bis 9)

r

= Teilkreis an welchem sich die Zylinderachsen befinden

α

= Winkel zwischen den Achsen der Zylinder und den Senkrechten zur Schrägscheibe (gewöhnlich α = 20^o)

Berechnet wird die Größe von r_k an eine Axialkolbenmaschine:

   ( durch z/2 wird Abstand zwischen den Zylindern berücksichtigt)
Für z = 8 und α = 20^o

${\text{V}}_{\text{h A}}{\text{= 0.98}}_{\text{*}}\text{r³}$

Der Abstand zwischen dem Teilkreis r und dem äußeren Rand des Gehäuses kann man bei beiden Maschinen als gleich angenommen werden. (Die Länge der Axialkolbenmaschine ist wesentlich größer)
Demnach ist

In order to compare the performance with other hydrostatic machines with approximately the same outer radius r, the generally valid equation for the working torque is used. It is:

Δp

= Pressure difference between: output and input of the pump, input and output of the motor

V _h

= geometric stroke volume

η _mech.

= Mechanical efficiency

η _vol.

= Volumetric efficiency

In order to show that a smaller size and thus a lower weight with material savings can be achieved for comparable performances, a comparison for V _{h is} carried out with the axial piston machine. The formula for the geometric stroke volume of an HCM is almost identical to the formula for a vane machine. However, the possible eccentricity with the vane machine is much smaller than with the HCM .
The formula for vane machine can therefore be used for volume formation:

$${\text{V}}_{\text{H}}{\text{= (b}}_{\text{*}}{\text{2nd}}_{\text{*}}{\text{r}}_{\text{*}}\text{sin}\frac{\text{π}}{\text{e.g.}}{\text{)}}_{\text{*}}{\text{2nd}}_{\text{*}}{\text{e}}_{\text{*}}{\text{e.g.}}_{\text{*}}{\text{s}}_{\text{*}}{\text{2nd}}_{\text{*}}{\text{e}}_{\text{*}}\text{e.g.}$$

b

= Cell length ... can be assumed between b = 2 _* r to b = 4 _* r. In our case b = 2 _* r is assumed.

r _i

= Working chamber radius from the inner rotor

r _a

= Working chamber radius from the outer rotor

e.g.

= Number of cells

e

= Eccentricity (r _a - r _i ) ... in our case one can assume e = 0.22 _* r.

s

= Thickness of the blade plate ... = 0.1 _* r

So is ${\text{V}}_{\text{h HCM}}{\text{= 4.68}}_{\text{*}}\text{r³}$

The following applies to an axial piston machine:

r _k

= Piston radius

e.g.

= Number of pistons (z = 7 to 9)

r

= Pitch circle on which the cylinder axes are located

α

= Angle between the axes of the cylinders and the perpendicular to the swashplate (usually α = 20 ^o )

The size of r _k is calculated on an axial piston machine:

(z / 2 takes into account the distance between the cylinders)
For z = 8 and α = 20 ^o

${\text{V}}_{\text{h A}}{\text{= 0.98}}_{\text{*}}\text{r³}$

The distance between the pitch circle r and the outer edge of the housing can be assumed to be the same for both machines. (The length of the axial piston machine is much longer)
So is

HierausOut of this istis ersichtlich,evident daßthat einea HCMHCM beiat gleichemsame thing Radiusradius eina 4.764.76 maltimes größerebigger ones FördervolumenFunding volume hat.Has.

Ähnlich verhält es sich mit dem Gewicht und dem Materialaufwand. Dies wird hier nicht näher untersucht.
Für den Vergleich des volumetrischen Wirkungsgrads η_vol. beider Maschinen wird die Formel für Leckstrom benützt

Q

_L = Leckstrom

Δp

= Druckdifferenz = p₁ - p₂

d

= Kolbendurchmesser

s

= Spalthöhe

ν

= dynamische Viskosität

l

= Spaltlänge

Das Kennzeichnen der Axialkolbenmaschine, wie auch aller anderen Verdrängermaschinen gegenüber der HCM ist das Vorhandensein einer Spalthöhe s, die im Einsatz der Maschine durch die Erosion noch dazu immer größer wird. Da die Verluste durch Leckströme mit der dritten Potenz in s steigen, muß vorallem die Spalthöhe s kleingehalten werden.
Ginge s ― 0 würden auch die Verluste der Druckdifferenz oder die Viskosität keine Rolle spielen. ( bei HCM ist auch die Spaltlänge rund um die Gelenklagerung groß).
Betrachtet man die Kammer der HCM , dann führt der Arbeitsdruck des Fluidums offensichtlich zur Schließung der Spalte. Das betrifft die Spalte zwischen den:

• a) Pendelschaufelplatten und Teilzylinder
• b) Teilzylinder und Lagerbohrungen.

Auch bei relativ großem Verschleiß der Pendelschaufelplatten und der Teilzylinder ändert sich diese Dichtigkeit nicht. Das bedeutet, daß die Maschine eine hohe Lebensdauer trotz Verschleißes erreicht, aber auch, daß kein großer Herstellungsaufwand (präzis gegossene oder gezogen Teile reicht aus) notwendig ist.
Weitere Folge dieser Dichtung ist, daß diese Maschine unempfindlich gegenüer der Verschmützung ist.
Große Toleranzen bei der Pendelschaufellagerungen ist auch der Grund, daß diese Maschine gegenüber dem Temperaturschock unempfindlich ist.
Hieraus folgt Zuverlässigkeit und hohe Lebensdauer.
Über die Seitenverluste kann man hier sagen, daß sie klein sind, da die Seitendeckel (Steuerscheiben) druckbeaufschlagt sind.
Für extreme Forderungen kann man Dichtung an der Steuerscheibe verbessern durch:

• a) das Anbringen der Dichtleisten an den Seitenenden der Pendelschaufelplatten, Teilzylinder und Rotoren
• b) das Nachstellen der Schrauben, die den verschlissenen Spalt zwischen der Steuerscheibe und Rotoren zusammen mit den Pendelschaufelplatten und Teilzylindern verkleinern
• c) wie b), aber selbsteinstellend durch einen oder mehrere kleine Druckzylinder

Die Tatsache, daß die Spalthöhe s bei HCM praktisch 0 ist, folgt aus der obenangeführten Formel für Spaltverluste Q_L. Denn

• 1. -der Viskositätskoeffzient spielt keine besondere Rolle. Diese Tatsache ermöglicht die Verwendung der HFA, HFB und HFC Flüssigkeiten. Dadadurch entsteht keine Brandgefahr, keine Umweitverschmutzung und wesentlich kleinere mechanische Verluste (Reibung) bei der Übertragung der Energie,
• 2. -auch eine hohe Druckdifferenz Δp führt nicht zu höheren Leckverlusten. Dies ermöglicht die Anwendung von höheren Arbeitsdrücken und damit ein höheres Arbeitsdrehmoment M,
• 3. -auch bei extrem langsamer Drehung der Maschine wird je Arbeitsgang wenig Leckstrom fließen. Mit anderen Worten, eine HCM arbeitet wirtschaflich auch bei niedrigen Drehzahlen, was beim Anfahren, Steuerungen und anderen Betriebsarten von Bedeutung ist.

Weitere Unterschiede zur Axialkolbenmaschine sind:

• a) bei dieser Maschine ist auch eine Mindestdrehzahl von 500 min⁻¹ und mehr notwendig,
• b) Der Nachteil aller Kolbenaschinen ist, daß das Medium der Bewegung des Kolben folgen muß. Dieser aber erzeugt bei jeder Umdrehung einmal eine Geschwindigkeit von 0. Das Medium muß immer wieder abgebremst und beschleunigt werden und hier liegen große mechanische Verluste und auch eine Begrenzung für die maximale Drehzahl. Die HCM hat diese Nachteile nicht.

The situation is similar with the weight and the cost of materials. This is not examined in more detail here.
For the comparison of the volumetric efficiency η _vol. Both machines use the formula for leakage current

Q

_L = leakage current

Δp

= Pressure difference = p₁ - p₂

d

= Piston diameter

s

= Gap height

ν

= dynamic viscosity

l

= Gap length

The hallmark of the axial piston machine, like all other displacement machines compared to the HCM, is the presence of a gap height s , which increases when the machine is used due to erosion. Since the losses due to leakage currents increase with the third power in s , the gap height s must be kept small.
If s - 0 , the losses in the pressure difference or the viscosity would also play no role. (with HCM , the gap length around the joint bearing is also large).
Looking at the chamber of the HCM, the working pressure of the fluid obviously leads to the closing of the gaps. This affects the column between the:

• a) Pendulum blade plates and partial cylinders
• b) part cylinder and bearing bores.

This tightness does not change even if the pendulum blade plates and the partial cylinders are relatively worn. This means that the machine achieves a long service life despite wear, but also that no major manufacturing effort (precisely cast or drawn parts is sufficient).
Another consequence of this seal is that this machine is insensitive to contamination.
Large tolerances in pendulum blade bearings is also the reason that this machine is insensitive to the temperature shock.
This results in reliability and a long service life.
One can say about the side losses here that they are small, since the side covers (control discs) are pressurized.
For extreme demands you can improve the seal on the control disc by:

• a) attaching the sealing strips to the side ends of the pendulum blade plates, partial cylinders and rotors
• b) readjusting the screws, the worn gap between the control disc and rotors together with the pendulum blade plates and reduce partial cylinders
• c) as b), but self-adjusting by one or more small pressure cylinders

The fact that the gap height s in HCM is practically 0 follows from the above-mentioned formula for gap losses Q _L. Because

• 1. -The viscosity coefficient does not play a special role. This fact enables the use of HFA, HFB and HFC liquids. Because of this there is no fire risk, no pollution and much smaller mechanical losses (friction) during the transmission of the energy,
• 2. -Also a high pressure difference Δp does not lead to higher leakage losses. This enables the use of higher working pressures and thus a higher working torque M,
• 3.-Even with extremely slow rotation of the machine, little leakage current will flow per work step. In other words, an HCM also works economically at low speeds, which is important when starting up, controlling and other operating modes.

Other differences from the axial piston machine are:

• a) this machine also requires a minimum speed of 500 rpm and more,
• b) The disadvantage of all piston machines is that the medium must follow the movement of the piston. This, however, generates a speed of 0 for each revolution. The medium must be braked and accelerated again and again and there are great mechanical losses and also a limitation for the maximum speed. The HCM does not have these disadvantages.

WasserhydraulikWater hydraulics

Die volle Ausnützung der Vorteile, die die wasserhaltigen Druckflüssigkeiten bieten, scheitert bei gegenwärtigen hydrostatischenen Maschinen hauptsächlich an hoher Leckage, Verschleiß, Korrosion und Kavitation.

• a) Leckage
  Da die wasserhaltigen Druckflüssigkeiten eine sehr niedrige Viskosität haben, kann die Leckmenge gegenüber Mineralöle das 30 fache erreichen. Diese Hindernisse sind bei der HCM nicht vorhanden, da die Spalten durch den Betriebsdruck geschlossen werden, wie schon besprochen.
• b) Verschleiß
  Niedrige Viskosität der Druckflüssigkeiten führt auch zum hohen Verschleiß an den dichtenden Gleitflächen. Dieser Nachteil ist bei der HCM aus folgenden Gründen nicht vorhanden:
  Die Hohlräume des Innen-wie auch des Außenrotors sind durch Kanäle in den Pendelschaufelplatten miteinander verbunden, die mit einer Schmier-/ Dichtflüssigkeit gefüllt sind. Mittels eines seitlich angebrachten Ringkanals oder durch eine Axialbohrung im Innenrotor kommt diese Schmier-/ Dichtflüssigkeit aus einen höherstehenden Reservebehälter in die Hohlräume. Diese Flüssigkeit ist durch die geschlossenen Spalten vom Arbeitsmedium getrennt. Durch Hin- und Herbewegung der Pendel schaufelplatten und Teilzylinder werden gleitende Trag- und Dichtflächen dosiert geschmiert und damit der Verschleiß verhindert. Aber selbst bei einem größeren Verschleiß der Gleitelemente bleibt die Dichtung, wie oben beschrieben, intakt. Dies gilt auch für die Seiten der Rotoren, die millimeterweise verschlissen sein können, ohne daß sich eine Verschiechterung der Dichteigenschaften. Diese Verschleißreserven sind bei der HCM einzigartig. Es muß hier betont werden, daß keine andere Verdrängermaschine diese Eigenschaften besitzt.
  Je nach der Betriebsart kann die Schmier-/ Dichtflüssigkeit auch durch eigene Pumpwirkung der Pendelschaufelplatten in einen Kreislauf gebracht werden. Diese Pumpwirkung kann das Schmiermittel falls nötig zum Kühlbehälter bringen, einen kompensierenden Druck des Schmiermittels gegenüber dem Arbeitsmedium erzeugen, um die Teilzylinder bei extrem hohen Drücken zu entlasten.
• c) Korossion
  Da die Gleitfläche geschmiert werden und getrennt sind von dem wasserhaltigen Arbeitsmedium besteht keine Korossiongefahr.
• d) Kavitation
  Die Verhältnisse sind ähnlich wie c)
• 9. geräuscharm
  Die Geräusche einer HCM dürften nicht größer, als bei einer Flügelzellenmaschine sein, da die Teilzylinder eine geräuschdämpfenden Wirkung haben. Eine Flügelzellenmaschine gilt als geräuscharm.

In current hydrostatic machines, the full exploitation of the advantages offered by the hydraulic fluids mainly fails due to high leakage, wear, corrosion and cavitation.

• a) leakage
  Since the hydraulic fluids have a very low viscosity, the leakage rate can reach 30 times that of mineral oils. These obstacles do not exist with the HCM , as the gaps are closed by the operating pressure, as already discussed.
• b) wear
  Low viscosity of the hydraulic fluids also leads to high wear on the sealing sliding surfaces. This disadvantage does not exist with the HCM for the following reasons:
  The cavities of the inner as well as the outer rotor are connected to one another by channels in the pendulum blade plates, which are filled with a lubricating / sealing liquid. This lubricating / sealing fluid comes from a higher-level reserve container into the cavities by means of an annular channel on the side or through an axial bore in the inner rotor. This liquid is separated from the working medium by the closed gaps. By moving the pendulum blade plates and partial cylinders back and forth, sliding support and Lubricated sealing surfaces in a metered manner, thus preventing wear. But even if the sliding elements wear out a lot, the seal remains intact, as described above. This also applies to the sides of the rotors, which can be worn down to the millimeter without the sealing properties deteriorating. These wear reserves are unique to the HCM . It must be emphasized here that no other displacement machine has these properties.
  Depending on the operating mode, the lubricant / sealant can also be brought into a cycle by the pumping action of the pendulum blade plates. This pumping action can bring the lubricant to the cooling container if necessary, generate a compensating pressure of the lubricant with respect to the working medium in order to relieve the partial cylinders at extremely high pressures.
• c) Corossion
  Since the sliding surface is lubricated and separated from the working medium containing water, there is no risk of corrosion.
• d) cavitation
  The conditions are similar to c)
• 9. Low noise
  The noise of an HCM should not be greater than that of a vane machine, since the partial cylinders have a noise-dampening effect. A vane machine is considered to be quiet.

Alle Gedanken können hier nicht besprochen werden. Vor allem eine große Auswahl an geeigneten Werkstoffen ist für eine optimale Lösung der tribologischen Problemen von großer Bedeutung.
Für den Bau einer HCM steht die Erfahrung und auch die Elemente von anderen hydrostatischen Maschinen zur Verfügung. Z.B. das Gehäuse einer Flügelzeilenmaschine ist anwendbar. Die Statorlaufbahn kann als Bohrung für eine hydrodynamische oder hydrostatische Lagerung des Außenrotors dienen. Auch einige Elemente des Innenrotors stehen zur Verfügung. Diese Möglichkeit würde die Herstellungskosten einer solchen Maschine wesenttlich verringern.
Aufgrund der obigen Ausführungen läßt sich feststellen, daß der Gesamtwirkungskoefizient der HCM einige Prozente hoher liegen muß, als bei anderen hydrostatischen Maschinen. Die Folgeerscheinungen wie günstigere Herstellungskosten, niedrigerer Energieverbrauch, kleineres Volumen, kleineres Gewicht oder ökologische Verträglichkeit sind im vorliegenden Bericht ausfürlich dargestellt worden.All thoughts cannot be discussed here. Above all, a large selection of suitable materials is of great importance for an optimal solution to the tribological problems.
The experience and elements of other hydrostatic machines are available to build an HCM . For example, the housing of a wing line machine can be used. The stator track can serve as a bore for a hydrodynamic or hydrostatic bearing of the outer rotor. Some elements of the inner rotor are also available. This possibility would significantly reduce the manufacturing costs of such a machine.
Based on the above, it can be stated that the overall coefficient of effectiveness of the HCM must be a few percent higher than with other hydrostatic machines. The consequences of this, such as lower manufacturing costs, lower energy consumption, smaller volume, lower weight or ecological compatibility, have been described in detail in this report.

Anwendung einerApplication of a CM in der VerbrennungsmotortechnikCM in internal combustion engine technology hier als CARICMOTOR (auch C-MOTOR)here as CARICMOTOR (also C-MOTOR ) (CARIC ist Verkürzung für den Ausdruck: Ceramic-Adiabatic-Rotarypiston-Internal-Combustion)(CARIC is short for the expression: Ceramic-Adiabatic-Rotarypiston-Internal-Combustion) 1. EINLEITUNG1 INTRODUCTION

Die seit langem bekannte Tatsache, daß bei der Kraftstoffverbrennung in einem Motor, ein Bruchteil der entwickelten Wärmeenergie nützbar für die Arbeit verwendet wird, hat zu großen Bemühungen geführt, diesen thermischen Wirkungsgrad diesen Maschinen zu verbessern (z.Z. 25-30%). Theoretische und praktische Erkenntnisse haben gezeigt, daß hohen Gastemperaturen (2. Hauptsatz der Thermodynamik η_th= (1-T_o/T) , Drücke ( η_th= 1 - 1/(ε^χ-1) ) und die adiabatische Prozesse zur besseren Wärmeausnützung der Kraftstoffe führt. Die erhöhten Temperaturen und Drücke in der Verbrennungskammer, die gesteuerte und vollständigere Verbrennung durch bessere Kraftstoff/Luft-Mischung und dazu die herabgesetzten Reibungsverluste durch bessere Motorkonstruktionen haben dazu geführt, daß der spezifische Kraftstoffverbrauch in den letzten Jahrzehnten gesunken ist. Ein Durchbruch zu weiteren Kraftstoffersparnissen, die realistischerweise bei ca. 30% und mehr liegen können ist noch nicht erreicht worden.
Die Vorausetzungen dafür sind aber in der letzten Zeit geschaffen worden. Es sind neue keramische Werkstoffe entwickelt worden wie z.B. Siliciumnitrid (Si₃N₄), dessen Festigkeit bei normaler Temperatur besser als beim Stahl ist. Diese Festigkeit bleibt auch bei 1200^oC erhalten. Ähnlich verhält sich auch die Maßstabilität. Die Verschleißfestigkeit ist viel höher, sodaß in vielen Fällen keine Schmierung mehr nötig ist. Das spezifische Gewicht und die Wärmekapazität dieser Keramik sind ebenfalls wesentlich kleiner. Dies sind alles, Für den Bau eines adiabatischen Motors, notwendige Voraussetzungen. Die Kerbschlagzahl ist bei den Keramikwerkstoffen jedoch kleiner als beim Stahl. Gerade wegen dieser Eigenschaft ist es nicht möglich bei vorhandenen Motorkonstruktionen, die vorteilhafte Eigenschaften der Keramikwerkstoffe erfolgreich anzuwenden.
Wegen den thermischen Spannungen dürfen die Keramik-Bauelemente für eine Verbrennungskraftmaschine aus nicht zu großen Stücken sein. Es ist nicht günstig sie dort einzusetzen, wo große Unterschiede in der thermischen Belastung auftreten. Sie sollen möglichst auf Druck belastet werden, schlagartige Belastungen sollten vermieden werden.
Dieser Konzeption entspringt der C-MOTOR. Es hat sich aber gezeigt, daß diese Konzeption auch bei konventionellen Werkstoffen , die im Motorenbau verwendet werden, wesentliche Vorteile bringt.
Die Überlegungen in dieser Beschreibung gelten sowohl für die keramischen als auch für die normalen Werkstoffe, die im Motorenbau Verwendung finden.
An dieser Stelle muß erwähnt werden, daß die Rohstoffe für das Siliciumnitrid, also sowohl der Stickstoff als auch das Sicilium zu den unerschöpflichen, meistverbreitetsten Elementen auf unserem Planet gehören. Jedoch ist der Einsatz von Si₃N₄ bis heute nocht nicht rentabel. Dies ist auch Grund, einen C-MOTOR zunächst aus konventionellen Werkstoffen zu bauen.The long-known fact that when burning fuel in an engine, a fraction of the developed thermal energy is used for work has led to great efforts to improve the thermal efficiency of these machines (currently 25-30%). Theoretical and practical knowledge has shown that high gas temperatures (2nd law of thermodynamics η _th = (1-T _o / T), pressures (η _th = 1 - 1 / (ε ^χ-1 )) and the adiabatic processes for better The increased temperatures and pressures in the combustion chamber, the controlled and more complete combustion through better fuel / air mixture and the reduced friction losses through better engine designs have led to the fact that the specific fuel consumption has decreased in the past decades Breakthrough to further fuel savings, which can realistically be around 30% and more, has not yet been achieved.
However, the prerequisites for this have been created recently. New ceramic materials have been developed, such as silicon nitride (Si₃N₄), the strength of which is better at normal temperature than that of steel. This strength is maintained even at 1200 ^oC . Dimensional stability behaves similarly. The wear resistance is much higher, so that in many cases lubrication is no longer necessary. The specific weight and heat capacity of this ceramic are also significantly smaller. These are all necessary requirements for the construction of an adiabatic motor. However, the notched bar impact value is lower for ceramic materials than for steel. Precisely because of this property, it is not possible to successfully apply the advantageous properties of the ceramic materials to existing engine designs.
Because of the thermal stresses, the ceramic components for an internal combustion engine must not be made of too large pieces. It is not favorable to use them where there are large differences in the thermal load. They should be subjected to pressure as much as possible, sudden loads should be avoided.
This is the concept behind the C-MOTOR. However, it has been shown that this concept also has significant advantages in the case of conventional materials which are used in engine construction.
The considerations in this description apply to both the ceramic and the normal materials used in engine construction.
At this point it must be mentioned that the raw materials for the silicon nitride, So both nitrogen and sicilium are among the inexhaustible, most widespread elements on our planet. However, the use of Si₃N₄ is not yet profitable. This is also the reason to first build a C-MOTOR from conventional materials.

Nun, um die Nachteile der gebräuchlichen Verbrennungsmaschinen zu vermeiden, führten die komplexen Überlegungen zu einer Rotationsverdrängungsmaschine, kurz oder C-MOTOR.Well, in order to avoid the disadvantages of the common combustion machines, the complex considerations led to a rotary displacement machine, or C-MOTOR for short.

Rotationskammermaschinen stellen ein jahrhundertaltes Problem der Maschinentechnik dar.
Bis jetzt hat die Erfindung von F. Wankel, bekannt als Wankelmotor, als einzige, im Bereich der Verbrennungsmaschinen, Erfolg gehabt, allerdings nicht so, daß der Motor mit einem herkömmlichen Hubkolbenmotor ernstlich konkurrieren könnte. Kinematisch bietet der Wankelmotor eine interessante Lösung, die mechanischen und thermodynamischen Eigenschaften jedoch, sind schlechter, die Herstellung (Trochoide) teuerer und die Lebensdauer kürzer.
Der C-MOTOR ist so ausgelegt, daß keine Nachteile des Wankelprinzips entstehen, er aber wesentliche Vorteile gegenüber dem Hubkolbenmotor hat. Die Vorteile liegen in folgenden Kriterien:

• a) Einfachere und billigere Konstruktion ( s. S. 16 und die Beschreibung der Maschine für die Hydraulik).
• b) Zuverlässigkeit und höhere Lebensdauer (s. Beschreibung der Maschine für die Hydraulik).
• c) Höherer thermischer und mechanischer Wirkungsgrad und dadurch geringerer Kraftstoffverbrauch.
• d) Für vergleichbare Motorleistungen deutlich kleinere Baugröße und damit auch geringeres Gewicht. (s. Beschreibung der Maschine für die Hydraulik).
• e) Da die Maschine die Vorteile der Hubkolben-(statische Druckerhöhung) und Strömungsmaschinen (höhere Drehzahl, stetige Förderung) vereinigt, zeichnet sich der Motor durch eine hohe Laufruhe aus.

Rotary chamber machines represent a centuries-old problem in machine technology.
So far, the invention of F. Wankel , known as the Wankel engine, has been the only one in the field of internal combustion engines to be successful, but not in such a way that the engine could seriously compete with a conventional reciprocating engine. Kinematically, the Wankel engine offers an interesting solution, but the mechanical and thermodynamic properties are worse, the manufacture (trochoids) is more expensive and the service life is shorter.
The C-MOTOR is designed so that there are no disadvantages of the Wankel principle, but it has significant advantages over the reciprocating piston engine. The advantages are in the following criteria:

• a) Simpler and cheaper construction (see p. 16 and the description of the machine for the hydraulics).
• b) Reliability and longer service life (see description of the machine for the hydraulics).
• c) Higher thermal and mechanical efficiency and therefore lower fuel consumption.
• d) Significantly smaller size and thus lower weight for comparable motor outputs. (see description of the machine for the hydraulics).
• e) Since the machine combines the advantages of reciprocating (static pressure increase) and turbo machines (higher speed, steady delivery), the engine is characterized by a very smooth running.

2 KYNEMATIK2 KYNEMATICS

entspricht der Beschreibung für hydraulsche Anwendung.corresponds to the description for hydraulic application.

3. THERMODYNAMISCHE UND MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN IM VERGLEICH ZU ANDEREN MOTOREN3. THERMODYNAMIC AND MECHANICAL PROPERTIES COMPARED TO OTHER MOTORS

Beim Motoranlassen bewegen sich Außen- und Innenrotor synchron, z.B. im Uhrzeigersinn. Die Arbeitskammer bewegt sich aus Position 1 (Abb. 1 ) in die Position 2. Die in der Kammer befindliche Luft wird komprimiert und über die Positionen 2 und 3 verkleinert sich das Kammervolumen. Die Verdichtung steigt, bis in Position 4 die höchste Kompression erreicht wird. In den Positionen 1,2 oder 3 können regulierbar kleinere Mengen von Kraftstoff nach dem Prinzip des sog. Magermotors eingespritzt werden. Dabei wird der Kraftstoff zerstäubt, mit der Luft vermischt und für die vollständige Verbrennung während der Expansionsphase vorbereitet. In der Position 5, wo sich die Kammerwände der beiden Rotoren berühren, aber nicht an einander reiben, da sie gleiche Winkelgeschwindigkeit haben, wird das Kammergas komprimiert in die Wirbelnuten geleitet. Die Wirbelnut bildet sich in der Position 5 durch das Zusammenkommen der Seitennuten in den IR und AR-Kammerwänden (Abb. 4, Teile 1.6, 2.6), oder sie befindet sich vollständig in der Kammerwand des Außenrotors . Zum hochkomprimierten und erhitzten Gas wird zeitgerecht und mengenmäßig in die Wirbelnut regulierbar Kraftstoff eingespritzt. Es entsteht eine Luft/Brennstoff-Mischung, die durch eine Selbst-oder Fremdzündung zu einer optimalen Verbrennung mit hohem Gasdruck führt. Dadurch werden die Schaufelplatten in den Positionen 6, 7 und 8 weiter in Umfangsrichtung geschoben, wodurch die Motorarbeit geleistet wird. In der Position 8 wird die Auslaßöffnung erreicht. Das unter hohem Druck stehende Gas strömt explosionsartig aus dem Motor aus (Abb. 2 ). Wie bei einem Raketenantrieb bekommen alle Gasmoleküle Impulsmomente in Auslaßrichtung und verlassen die Arbeitskammer. Auf der Einlaßseite der Arbeitskammer ensteht dadurch ein großer Unterdruck mit Sogkraft. Auf dieser Seite erreicht die Arbeitskammer kurz nach der Auslaßöffnung (auf der Gegenseite) auch die Einlaßöffnung (Position 8b). In dieser Phase wird durch Unterdruck und Unterstützung eines Kompressors (Roots-, Schrauben- Kolben-, Abgasturbolader u.a.) Frischgas in die Arbeitskammer geleitet.
Durch sowohl regulierte Steinerzeiten als auch regulierbare Öffnungsquerschnitte kann, je nach Motordrehzahl, der Gasaustausch optimal erfolgen. Ebenfalls steuerbar ist die Abgasmenge in der Arbeitskammer. Dies wirkt sich sowohl auf den Kraftstoffverbrauch bei Teillast, als auch auf die Schadstoffemission günstig aus.
Im Gegensatz zum Hubkolbenmotor ist hier, die für die Spülung und Luftzufuhrladung erforderliche Zeit gegeben, da das wesentlich beweglichere Gas nicht der Trägheit des Kolbens zu folgen braucht.
Da der C-MOTOR viele Arbeitskammern hat, in unserem Beispiel 8, und bei einer Motorumdrehung in allen Arbeitskammern alle Arbeitsgänge ausgeführt werden (Einsaugen, Komprimieren, Expandieren, Auslassen), hat er ruhigeren Lauf, der einem 4-Takt Hubkolbenmotor mit 16-Zylindern entspricht. Die Vibration beim Wankelmotor entspricht einem 4-Takt Hubkolbenmotor mit zwei Zylindern. Trotzdem läuft ein Wankelmotor viel ruhiger als ein Hubkolbenmotor, weil keine Unwucht erzeugenden Mechanismen nötig sind, die die lineare Bewegung des Kolbens in Rotation umsetzen. Dieser Vorteil ist beim C-MOTOR noch ausgeprägter.
Beim C-MOTOR sind also nichtstationäre Strömungsvorgänge weitgehend unterdrückt. Es findet eher ein turbinenartiger Betrieb statt. Dies wirkt sich günstig auf den Gasaustausch aus. Bei einem Hubkolbenmotor wird der Transport des Frischgases durch die Ventilschließung unterbrochen, also vor dem Ventil zum Stillstand gebracht. Beim Öffnen des Ventils muß das Gas wieder in kürzester Zeit die maximal Geschwindigkeit erreichen. Dies bedeutet Zeit und Energieverlust. Ähnliches findet auch beim Wankelmotor statt (weil nur 3 Kammern in einer elipsenähnlichen Trochoide vorhanden sind).
Daraus folgt, daß ein C-MOTOR vibrationsarm läuft.
Der C-MOTOR ist ein Zweitaktmotor. Als solcher muß er für hohe Leistungen geeignet sein (Z.B. Schiffsmotoren) und einen geringen Kraftstoffverbrauch haben.
Da der C-MOTOR keine Hubkolben besitzt, die mehrere tausendmal in der Minute hin und her auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und abgebremst werden, können die Bauteile höher belastet werden.
Da außerdem weder Ventile, noch ungünstig oszillierende Massenkräfte vorhanden sind, können auch sehr hohe Drehzahlen erreicht werden.
Eine weitere Drehzahlsteigerung ist durch Aufladung möglich.
Die Festigkeit der Schaufelplatten begünstigt folgender Umstand: zwischen den Arbeitskammern gibt es gestufte Druckgefälle, so daß die Schaufelplatten nur mit der Druckdifferenz belastet werden. Dies ermöglicht einen hohen Arbeitsdruck.
Der Hubkolbenmotor ist sowohl thermisch als auch mechanisch nicht so belastbar wie der C-MOTOR und die Belastbarkeit des Wankelmotors ist sogar noch geringer.
Ein entscheidender Vorteil des normalen Kolbenmotors gegenüber dem Wankelmotor besteht darin, daß Wandteile des Arbeitsraumes, die den hohen Temperaturen der Verbrennung ausgesetzt sind, in rascher periodischer Abwechslung auch mit den niedrigen Temperaturen an der Stelle des Gasaustausches in Berühung kommen . Dieser Vorteil ist auch beim C-MOTOR gegeben. Denn die Schaufelplatten, die Teilzylinder und die Kammerwände kommen abwechselnd mit Verbrennungsgasen und Frischgasen in Berührung. Andererseits ist die Kammerfläche der nicht rotierenden Seitendichtung klein und mit Öl geschmiert. Die Wärmeverluste sind dadurch niedrig.
Da die Kammerwände beim C-MOTOR Segmente aus einfachen Querschnitten sind, und nur durch den Druck während der Arbeit belastet werden, können sie aus leichten, wärmeisolierenden (Keramik) Werkstoffen hergestellt werden.When starting the engine, the outer and inner rotors move synchronously, e.g. clockwise. The working chamber moves from position 1 (Fig. 1) to position 2. The air in the chamber is compressed and positions 2 and 3 reduce the chamber volume. The compression increases until the highest compression is reached in position 4. In positions 1, 2 or 3, smaller amounts of fuel can be injected according to the principle of the so-called lean-burn engine. Here the fuel is atomized, mixed with the air and prepared for complete combustion during the expansion phase. In position 5, where the chamber walls of the two rotors touch, but do not rub against one another, since they have the same angular velocity, the chamber gas is conducted compressed into the vortex grooves. The vortex groove is formed in position 5 by the side grooves coming together in the IR and AR chamber walls (Fig. 4, parts 1.6, 2.6), or it is located entirely in the chamber wall of the outer rotor. For the highly compressed and heated gas, fuel is injected into the swirl groove in a timely and quantitative manner. An air / fuel mixture is created, which leads to optimal combustion with high gas pressure through self-ignition or spark ignition. As a result, the blade plates in positions 6, 7 and 8 are pushed further in the circumferential direction, as a result of which the engine work is performed. In position 8 the outlet opening is reached. The gas, which is under high pressure, flows explosively out of the engine (Fig. 2). As with a rocket engine, all gas molecules receive momentum in the outlet direction and leave the working chamber. This creates a large vacuum with suction on the inlet side of the working chamber. On this side, the working chamber also reaches the inlet opening (position 8b) shortly after the outlet opening (on the opposite side). In this phase, fresh gas is fed into the working chamber by means of negative pressure and the support of a compressor (roots, screw, piston, exhaust gas turbocharger, etc.).
Thanks to both regulated stone times and adjustable opening cross-sections, the gas exchange can take place optimally, depending on the engine speed. The amount of exhaust gas in the working chamber can also be controlled. This has a favorable effect both on the fuel consumption at partial load and on the pollutant emissions.
In contrast to the reciprocating piston engine, the time required for purging and air supply charge is given, since the much more mobile gas does not have to follow the inertia of the piston.
Since the C-MOTOR has many working chambers, in our example 8, and with one engine revolution in all working chambers all operations are carried out (sucking in, compressing, expanding, discharging), it has a quieter run, which is a 4-stroke piston engine with 16 cylinders corresponds. The vibration of the Wankel engine corresponds to a 4-stroke reciprocating engine with two cylinders. Nevertheless, a Wankel engine runs much more quietly than a reciprocating piston engine because no unbalance-generating mechanisms are required that convert the linear movement of the piston into rotation. This advantage is even more pronounced with the C-MOTOR.
With the C-MOTOR, non-stationary flow processes are largely suppressed. There is more of a turbine-like operation. This has a favorable effect on gas exchange. In the case of a reciprocating piston engine, the transport of the fresh gas is interrupted by the valve closure, i.e. brought to a standstill in front of the valve. When opening the valve, the gas must reach the maximum speed again in the shortest possible time. This means time and energy loss. Something similar also takes place with the Wankel engine (because there are only 3 chambers in an elliptical-like trochoid).
It follows that a C-MOTOR runs with little vibration.
The C-MOTOR is a two-stroke engine. As such, it must be suitable for high performance (eg marine engines) and have low fuel consumption.
Since the C-MOTOR has no reciprocating pistons that are accelerated and decelerated to high speeds several thousand times a minute, the components can be subjected to higher loads.
Since there are neither valves nor massively oscillating forces, very high speeds can also be achieved.
A further increase in speed is possible by charging.
The strength of the blade plates favors the following circumstance: there are stepped pressure drops between the working chambers, so that the blade plates are only loaded with the pressure difference. This enables a high working pressure.
The reciprocating engine is not as thermally and mechanically resilient as the C-MOTOR and the resilience of the Wankel engine is even lower.
A decisive advantage of the normal piston engine compared to the Wankel engine is that wall parts of the work space, which are exposed to the high temperatures of the combustion, come into contact with the low temperatures at the point of gas exchange in rapid, periodic alternation. This advantage also applies to the C-MOTOR. This is because the blade plates, the partial cylinders and the chamber walls alternately come into contact with combustion gases and fresh gases. On the other hand, the chamber area of the non-rotating side seal is small and lubricated with oil. The heat losses are therefore low.
As the chamber walls of the C-MOTOR segments are made of simple cross-sections and are only stressed by the pressure during work, they can be made from light, heat-insulating (ceramic) materials.

Der schnelle Gaswechsel und die Möglichkeit für einen Gleichdruckprozeß, die wärmeisolierende Konstruktion (hitzebeständige und wärmeisolierende Kammerwände) verhindern weitestgehend Wärmeverluste. Aus diesem Grund ist dieser Motor fast adiabatisch.The rapid gas exchange and the possibility of a constant pressure process, the heat-insulating construction (heat-resistant and heat-insulating chamber walls) largely prevent heat loss. For this reason, this engine is almost adiabatic.

Da beim Wankelmotor eine Seite immer heiß und die andere kalt ist, entstehen an der heißen Seite höherer Verschleiß und Verformung, was die Kammerdichtung verschlechtert. Die Dichtleiste gleitet mit ca. 20 m/sec über die Trochoidenfläche. Ihr Spiel in der Nut muß sorgfälig abgestimmt werden. Reibverluste, Verschleiß ("Rattermarken") und eine schlechte Gasabdichtung sind hier nicht zu vermeiden. Diese Probleme hat der C-MOTOR nicht.
Auch die Seitenabgasdichtung ist beim Wankelmotor wesentlich schlechter als beim C-MOTOR. Die Dichtstreifen an den Seitenflächen des sich exzentrisch drehenden Kolbens führen eine Flächengleitung aus. Die Folge sind Reibungsverluste, Verschleiß und Leckage. Die Dichtstreifen beim C-MOTOR führen aber konzentrische Bewegungen aus.
Die Gasabdichtungsprobleme und Reibungsverluste sind auch beim Hubkolben (Kolbenringe) vorhanden. (Mittlere Kolbengeschwindigkeit bei Ottomotoren beträgt 14 m/s, eine Schaufelplatte bei C-MOTOR bewegt 10 mal langsamer).
Da die Dichtung beim C-MOTOR bei niedrigerer als auch bei höherer Drehzahl relativ konstant bleibt (s. Beschreibung der Maschine für die Hydraulik), ist auch die Leistung gleichmäßig. Die Anforderungen für einen Getriebe sind daher bescheiden.
Sowohl aufgrund der Trochoidenform, als auch wegen der exzentrischen Synchronverzahnung, ist der Verdichtungsgrad beim Wankelmotor begrenzt (bis 0,94MPa). Daraus folgt ein höherer Kraftstoffverbrauch.
Obwohl es bei Hubkolbenmotoren möglich ist, eine höhere Verdichtung zu verwenden, führen viele, robuster gebaute exzentrische Mechanismen ( z.B. Kurbelantrieb) und andere linearoszillierende Teile zu höheren mechanischen Verlusten, in Form von Abfallwärme. Auch daraus folgt ein höherer Kraftstoffverbrauch.
Hier ist der C-MOTOR überlegen. Die angeführten Nachteile beim Wankel- und Hubkolbenmotor führen zu höherem Aufwand bei der Motorherstellung.
An dieser Stelle muß das schlechtere Motorstarten beim Wankelmotor erwähnt werden, verursacht durch mangelhafte Dichtung bei niedrigen Drehzahlen.
Die Bedeutung der Erfindung von F. Wankel ist der Beweis, daß ein Drehkolbenmotor auch bei extrem ungünstigen Dichtungsverhältnissen und anderen ungünstigen Parametern im Vergleich zum hochentwickelten Hubkolbenmotor immerhin für viele hunderttausende Autofahrer bevorzugt gekauft wird und gut funktionieren kann (Mazda RX7).
Das Oberflächen/Volumen-Verhältnis im oberen Totpunkt einer Brennkammer ist beim C-MOTOR wesentlich günstiger als bei einem Wankelmotor. Im Gegensatz zum Wankelmotor ist es möglich der ungünstigen Wirkung des Oberflächen/Volumen-Verhältnises, durch höhere Verbrennungstemperaturen, durch Aufladung, durch gute Kraftstoff/Luft Vermischung in der Wirbelnut und durch Anwendung von Werkstoffen mit niedrigen Wärmeleitzahlen und niedriger Wärmekapazität (Keramik mit Hohlräumen oder poröse Keramik unter der Oberfläche) für die Kammersegmente, sogar mehr als bei irgendwelcher anderen Motorart entgegenzuwirken. Das Oberflächen/Volumen-Verhältnis im unteren Totpunkt ist durch größere Abmessungen im Motorbau zu verbessern (der Motor wird noch immer viel kleiner als ein entsprechender Hubkolbenmotor).
Hier soll erwähnt werden, daß bei der Verbrennung, die Gase und die Kammerwände beim C-MOTOR gleiche Drehgeschwindigkeit haben,also rerelativ zu einander ruhen, wie es beim Hubkolbenmotor der Fall ist. Dagegen muß sich die Flamme beim Wankelmotor über die Trochoidenfläche mit hoher Umfangsgeschwindigkeit ausbreiten. Dies ist ungünstig für die vollständige Kraftstoffverbrennung.Since one side of the Wankel engine is always hot and the other cold, there is greater wear and deformation on the hot side, which worsens the chamber seal. The sealing strip slides over the trochoid surface at approx. 20 m / sec. Your game in the groove must be carefully coordinated. Frictional losses, wear ("chatter marks") and poor gas sealing cannot be avoided here. The C-MOTOR does not have these problems.
The side exhaust seal is also much worse with the Wankel engine than with the C-MOTOR. The sealing strips on the side surfaces of the eccentrically rotating piston perform surface sliding. The result is loss of friction, wear and leakage. However, the sealing strips on the C-MOTOR perform concentric movements.
The gas sealing problems and friction losses also exist with the reciprocating piston (piston rings). (Average piston speed for gasoline engines is 14 m / s, a blade plate for C-MOTOR moves 10 times slower).
Since the seal on the C-MOTOR remains relatively constant at both lower and higher speeds (see description of the machine for the hydraulics), the performance is also uniform. The requirements for a gearbox are therefore modest.
The compression ratio of the Wankel engine is limited (up to 0.94MPa) due to both the trochoid shape and the eccentric synchronous toothing. This results in higher fuel consumption.
Although it is possible to use higher compression in reciprocating engines, many more robustly built eccentric mechanisms (e.g. crank drive) and other linear oscillating parts lead to higher mechanical losses in the form of waste heat. This also results in higher fuel consumption.
Here the C-MOTOR is superior. The disadvantages mentioned with the Wankel and reciprocating engine lead to higher expenditure in the manufacture of the engine.
At this point, the poorer engine starting with the Wankel engine must be mentioned, caused by poor sealing at low speeds.
The importance of the invention by F. Wankel is the proof that a rotary piston engine is preferred for many hundreds of thousands of drivers and can work well (Mazda RX7) even with extremely unfavorable sealing conditions and other unfavorable parameters compared to the sophisticated reciprocating engine.
The surface / volume ratio at the top dead center of a combustion chamber is much cheaper with the C-MOTOR than with a Wankel engine. In contrast to the Wankel engine, it is possible for the unfavorable effect of the surface / volume ratio, through higher combustion temperatures, through charging, through good fuel / air mixing in the vortex groove and through the use of materials with low thermal conductivities and low heat capacity (ceramic with cavities or porous Ceramic beneath the surface) for the chamber segments, even more than any other type of engine. The surface / volume ratio at bottom dead center can be improved by larger dimensions in engine construction (the engine is still much smaller than a corresponding reciprocating piston engine).
It should be mentioned here that during combustion, the gases and the chamber walls of the C-MOTOR have the same speed of rotation, i.e. rest relative to each other, as is the case with the reciprocating piston engine. In contrast, the flame of the Wankel engine must spread over the trochoid surface spread at high peripheral speed. This is inconvenient for complete fuel burning.

Die runden und ebenen Flächen der Motorelemente, wovon viele noch dazu die gleiche Form haben, lassen sich leichter fertigen. Deswegen müßten die Herstellungskosten beim C-MOTOR geringer als bei anderen Motoren sein. (s. Beschreibung der Maschine für die Hydraulik und S. 9). Der C-MOTOR ist geeignet für alle Kraftstoffarten, je nach modifizierter Ausführung als Diesel-, Benzin, Dampf, H₂- usw. Motor.
Das Einspritzen des Kraftstoffes und die Kerzenzündung an der Seite des Motordeckels sind einfach. Dies ist ein weiterer Vorteil. Da die Einspritzung und Zündung vor der Position 5 (Abb. 1) stattfindet und nicht in der Phase der höchsten Kammertemperatur (Positionen 5, 6 oder 7), sind die Einspritzdüse und Zündkerze nicht so extrem belastet wie bei einem Hubkolben-oder Wankelmotor.
Der eingespritzte Kraftstoff (beim Dieselverfahren) ist hier nicht in die relativ ruhende Kolbenvertiefung in OT-Punkt gerichtet, sondern in einer Bogenlänge von 45^o in die vorbeifliehenden seitlichen Kammerwandvertiefungen, Wirbelnute genannt. Damit entsteht eine gute Kraftstoff/Luft Mischung, die für eine vollständige Verbrennung notwendig ist.
Von der Wirbelnute wird das Gas weiter axial in einen Muldenkanal geführt, der je nach Betriebsart verschieden gestaltet sein kann.
Beim C-MOTOR (Abb. 4) wird das Öl mittels einer Pumpe durch einen Kanal in der Mitte der Innenrotorachse eingelassen. Von diesem Kanal gelangt das Öl, bedingt auch durch die starke Zentrifugalkraft, durch die von der Mitte nach außen radial verlaufenden Verteilungskanäle in die Synchronräume des Innenrotors. Von hier aus strömt das Öl durch die Schaufelpatten in die Leerräume des Außenrotors. Dort strömt das Öl weiter durch die vorgesehenen Kanäle und Bohrungen an der Mantelseite aus den Außenrotor aus dem Motor aus. Dabei werden durch die starke Ölströmung die Teile im Innen- wie auch im Außenrotor gekühlt.The round and flat surfaces of the motor elements, many of which have the same shape, are easier to manufacture. Therefore, the manufacturing costs for the C-MOTOR should be lower than for other engines. (see description of the machine for the hydraulics and p. 9). The C-MOTOR is suitable for all types of fuel, depending on the modified version as a diesel, gasoline, steam, H₂- etc. engine.
Fuel injection and candle ignition on the side of the engine cover are easy. This is another benefit. Since the injection and ignition take place before position 5 (Fig. 1) and not in the phase of the highest chamber temperature (positions 5, 6 or 7), the injection nozzle and spark plug are not as heavily loaded as with a reciprocating or Wankel engine.
The injected fuel (in the diesel process) is not directed into the relatively stationary piston recess at the TDC point, but in an arc length of 45 ^o into the flanking lateral chamber wall recesses, called the swirl groove. This creates a good fuel / air mixture, which is necessary for complete combustion.
From the swirl groove, the gas is guided axially into a trough channel, which can be designed differently depending on the operating mode.
With the C-MOTOR (Fig. 4) the oil is let in by a pump through a channel in the middle of the inner rotor axis. Due to the strong centrifugal force, the oil passes from this channel through the distribution channels, which run radially from the center to the outside, into the synchronous spaces of the inner rotor. From here, the oil flows through the blade plates into the empty spaces of the outer rotor. There, the oil continues to flow out of the outer rotor from the engine through the channels and holes provided on the jacket side. The parts in the inner and outer rotor are cooled by the strong oil flow.

Die Kühlung und Schmierung der Schaufelplatte findet folgendermaßen statt. Die in der Position 8 (Abb.1) befindliche Schaufelplatte, deren Oberflächen im vorhergehenden Arbeitsgang stark erhitzt werden, wird zunächst durch Frischgas gekühit. Gleichzeitig taucht die Schaufelplatte allmählich in die Gelenklager von Innen- und Außenrotor und deren Ölräumen. Es findet eine weitere Kühlung durch den Kontakt mit den Teilzylindern und dem Öl statt. Dabei wird die Oberfläche wieder von dem Öl benetzt. Durch die Pendelbewegungen der Schaufelplatten und der Zylindersegmente wird das Öl dosiert und dichtend, kühlend und schmierend an die relevanten Stellen gefördert. Die Schaufelplatte wird noch von innen, durch die starke Ölströmung in ihren Kanälen gekühlt. Die Schaufelplatte dient auch als als Förderbrücke für die AR-Kühlung dient. Hierbei muß erwähnt werden, daß ein hoher Gasdruck die Möglichkeit des Eindringens von Öl in die Arbeitskammer verhindert.
Die Kompression in der Arbeitskammer drückt die Kammerwände (Abb. 4) an die Teilzylinder. Hier ergibt sich ein neueartiges leistungsfähiges Dichtungssystem. Die Kammerwände drücken gegen die Teilzylinder und diese wieder gegen die Schaufelplatten. Somit ist eine gute Gasabdichtung gewährleistet. Die Konstruktion gewährleistet auch bei größem Verschleiß der Kammerwände eine einwandfreie Funktion.
Die Kammerwände können noch zusätzlich Dichtleisten in Form von quadratischen oder zylindrischen Draht, wie auch Weichpackungen haben (Abb.5).The cooling and lubrication of the blade plate takes place as follows. The blade plate in position 8 (Fig.1), the surfaces of which are heated up strongly in the previous work step, is first cooled with fresh gas. At the same time, the blade plate gradually dips into the spherical bearings of the inner and outer rotor and their oil spaces. Further cooling takes place through contact with the partial cylinders and the oil. The surface is wetted by the oil again. The oil is metered and sealed, cooling and lubricating to the relevant points by the pendulum movements of the blade plates and the cylinder segments. The blade plate is still cooled from the inside by the strong oil flow in its channels. The blade plate also serves as a conveyor bridge for AR cooling. It must be mentioned here that a high gas pressure prevents the possibility of oil entering the working chamber.
The compression in the working chamber presses the chamber walls (Fig. 4) to the partial cylinders. This results in a new type of efficient sealing system. The chamber walls press against the partial cylinders and these again against the blade plates. This ensures good gas sealing. The construction guarantees perfect function even when the chamber walls are very worn.
The chamber walls can also have sealing strips in the form of square or cylindrical wire, as well as soft packs (Fig.5).

Es ist möglich in bestimmten Fällen wie z.B. bei den keramischen Werkstoffen statt mit Öl, mit Wasser, oder Wasser mit dispergiertem Öl zu kühlen, zu schmieren und zu dichten. Durch die Verdampfung entstehen Dampfkissen mit hohem Druck, die die Funktionen von reinem Ol übernehmen. Der, durch die Kühlung erzeugte Heißdampf treibt einen Turbolader oder Kompressor an, wird entspannt , durch einen Kondensator verflüssigt und in den, sich wiederholenden Kreislauf gebracht. Diese Möglichkeit ist besonders für Motoren mit großer Leistung geeignet. Auch Pressluft kann in Sonderfällen Verwendung finden.
Die Kammerwände sind durch Federn und Schrauben immer an die Teilzylinder gedrückt, um das Öl beim Stillstand am Eindringen in die Arbeitskammer zu hindern. Ebenso wird die Dichtung bei den durch Verschleiß nach langer Bennutzung verkleinerten Laufbahnen an Kammerwänden und Teilzylindern gesichert.
Die Anzahl der Schrauben und Federn soll im Außenrotor wesentlich kleiner als im Innenrotor sein. Diese Federn und Schrauben im Außenrotor sind durch die Wirkung der Fliehkräfte kaum belastet. Die Schrauben können auch versetzt angeordnet sein (Abb. 7). Um die Innenrotorwände zu befestigen sind Schrauben mit Bohrungen und Schraubenmuttern nötig (Abb.7). Obwohl die Gaskompression die Innenrotorwände nach innen drückt, ist die benötigte Anzahl der Halteschrauben wegen hier anders wirkender Zentrifugalkräfte wesentlich größer als beim Außenrotor.
Je nach Arbeitsbedingungen können Kammerwände, die Stütztsegmente des Gleitlagers und die Teilzylinder verschiedene Hohlräume und Ölkühlkanäle haben.In certain cases, such as with ceramic materials, it is possible to cool, lubricate and seal instead of with oil, with water, or water with dispersed oil. Evaporation creates steam cushions with high pressure that take over the functions of pure oil. The hot steam generated by the cooling drives a turbocharger or compressor, is expanded, liquefied by a condenser and brought into the repeating cycle. This option is particularly suitable for high-performance engines. Compressed air can also be used in special cases.
The chamber walls are always pressed against the partial cylinders by springs and screws in order to prevent the oil from entering the working chamber when it is at a standstill. The seal is also secured on the raceways on the chamber walls and partial cylinders, which are reduced due to wear after a long period of use.
The number of screws and springs in the outer rotor should be significantly smaller than in the inner rotor. These springs and screws in the outer rotor are hardly loaded by the effect of centrifugal forces. The screws can also be arranged offset (Fig. 7). To fix the inner rotor walls, screws with holes and nuts are necessary (Fig.7). Although the gas compression pushes the inner rotor walls inwards, the number of retaining screws required is considerably greater than with the outer rotor due to the centrifugal forces acting differently here.
Depending on the working conditions, chamber walls, the support segments of the plain bearing and the partial cylinders can have different cavities and oil cooling channels.

HERSTELLUNGSKOSTEN IM VERGLEICH ZUM HUBKOLBENMOTORMANUFACTURING COSTS COMPARED TO THE LIFT PISTON ENGINE

Am Anfang ist die These aufgestellt, daß die Herstellungskosten eines C-MOTOR günstig sind.
Im Überschlag zeigt ein Vergleich folgenden Sachverhalt:

• 1. Die runden und ebenen Flächen der Motorelemente, wovon viele noch dazu die gleiche Form besitzen, lassen sich leichter fertigen.
• 2. Ein 8-Kammer C-MOTOR entspricht einem 16-Zylinder 4-Takt.

Mit Sicherheit sind Herstellungskosten einer Kammer nicht wesentlich größer als die Kosten für die Herstellung eines Zylinders (das Schleifen der Zylinderbohrung, von Ventilsitzen, Herstellung des Zylinderkopfs), und eines Kolbens mit seiner komplizierten Ausführung. Aber die weiteren Vergleiche sind für HKM extrem ungünstig:At the beginning there is the thesis that the manufacturing costs of a C-MOTOR are cheap.
A comparison shows the following facts:

• 1. The round and flat surfaces of the motor elements, many of which have the same shape, are easier to manufacture.
• 2. An 8-chamber C-ENGINE corresponds to a 16-cylinder 4-stroke.

Certainly, the manufacturing cost of a chamber is not significantly greater than the cost of manufacturing a cylinder (grinding the cylinder bore, valve seats, manufacturing the cylinder head), and a piston with its complicated construction. But the further comparisons are extremely unfavorable for HKM:

Claims (14)

Der Innenrotor
gekennzeichnet dadurch, - daß er eine axiale Bohrung hat, die für den Zufluß des Schmier-, Dicht-, und Kühlmittels (SDKM) dient, - daß aus dieser axialen Bohrung kleinere radiale Bohrungen zur Periphrie des Rotors führen, - daß von hier in der Umfangsrichtung Kanäle zum Transport des SDKM in die Teilzylinderlagerung der Pendelschaufelplatten und in die Synchronräume vorhanden sind, - daß Synchronräume vorhanden sind, auf deren Fläche sich die Pendelschaufelplatten stützen, um die Synchronisierung der beiden Rotoren zu ermöglichen, - daß an der Rotormantelfläche radiale Bohrungen zur Befestigung der Kammerwandsegmente vorhanden sind. The inner rotor
characterized by - that it has an axial bore which serves for the inflow of the lubricant, sealant and coolant (SDKM), that smaller radial bores lead to the periphry of the rotor from this axial bore, that from here in the circumferential direction there are channels for transporting the SDKM into the partial cylinder bearing of the pendulum blade plates and into the synchronizing spaces, that synchronous spaces are present, on the surface of which the pendulum blade plates are supported in order to enable the synchronization of the two rotors, - That there are radial bores on the rotor lateral surface for fastening the chamber wall segments. Der Außenrotor
gekennzeichnet dadurch, - daß er aus einem Rohr besteht an dessen Innenfläche Segmente selbstregulierend befestigt sind, - daß die Mantelfläche als Laufbahn für die Rotorlagerung dient, - daß am Rohr Radialbohrungen vorhanden sind, die zum Abfluß des SDKM vorgesehen sind, - daß Synchronräume vorhanden sind, auf deren Fläche sich die Pendelschaufelplatten stützen, um die Synchronisierung der beiden Rotoren zu ermöglichen. The outer rotor
characterized by - that it consists of a tube on the inner surface of which segments are attached in a self-regulating manner, - That the outer surface serves as a raceway for the rotor bearing, - that there are radial bores on the pipe which are intended for the outflow of the SDKM, - That synchronous spaces are available, on the surface of which the pendulum blade plates are supported in order to enable the synchronization of the two rotors. Die Lagerung der Pendelschaufelplatten
gekennzeichnet dadurch, daß diese in jedem Rotor durch zwei , an die Pendelschaufelplatten nicht festgebundene, halbmondähnliche, Teilzylinder gebildet wird und damit in beiden Rotoren gleiten kann. The storage of the pendulum blade plates
characterized in that it is formed in each rotor by two , half-moon-like, partial cylinders, not tied to the pendulum blade plates, and can thus slide in both rotors. Die Sychronräume
gekennzeichnet dadurch, - daß für die Pendelschaufelplatten im Außen- und Innenrotor oder in einem von diesem Synchronräume vorhanden sind, - daß im Berührungsbereich der beiden Rotoren sich die Pendelschaufelplatten in die Synchronräume ihrer Lager bewegen, - daß im Bereich der größten Entfernung die Pendelschaufelplatten die Synchronräume verlassen, bis sie mittels der verschiebungsbegrenzenden Schaufelplattenstifte oder einrastender Leisten und der Fugenenden in den Teilzylinder mittig zwischen zwei Rotoren gebracht werden, - daß hierdurch ein kleineres Gewicht und eine kleinere Abmessung der Maschine erzielt wird, - daß im Berührungsbereich der beiden Rotoren die Pendelschaufelplatten mit ihren gerundeten Rändern entlang ihrer ganzen Länge an den Synchronflächen der Rotoren so gleiten,daß eine variable Hebelwirkung entsteht, die die Rotoren zu einer Rotation mit gleicher Drehgeschwindigkeit koppelt. The synchronous rooms
characterized by that synchronous spaces are provided for the pendulum blade plates in the outer and inner rotor or in one of these, - That in the contact area of the two rotors, the pendulum blade plates move into the synchronized spaces of their bearings, that the pendulum blade plates leave the synchronizing spaces in the area of the greatest distance until they are brought into the middle of the partial cylinder between two rotors by means of the displacement-limiting blade plate pins or snap-in strips and the joint ends, that this results in a smaller weight and a smaller dimension of the machine, - That in the contact area of the two rotors, the pendulum blade plates with their rounded edges slide along their entire length on the synchronous surfaces of the rotors so that a variable leverage is created which couples the rotors to rotate at the same rotational speed. Synchronisierung durch die Ränder an den Arbeitskammerwänden
gekennzeichnet dadurch, - daß eine Kopplung im Bereich eines entsprechenden Drehwinkels der Rotoren, zusätzlich durch das Abstützen der Schaufelplatten in ihrer ganzen Länge an den vorhandenen Rändern der Arbeitskammersegmente stattfindet, - daß bei veränderlichen Fördervolumina und stark wechselnder Drehrichtung die Rotorensynchronisierung durch die Kardanverbindung gerwährleistet wird (Zeichnung wird nachgereicht). Synchronization through the edges on the work chamber walls
characterized by that a coupling takes place in the area of a corresponding rotation angle of the rotors, additionally by supporting the blade plates in their entire length on the existing edges of the working chamber segments, - That the rotor synchronization is ensured by the gimbal connection in the case of variable delivery volumes and a strongly changing direction of rotation (drawing will be submitted later). Lagerung der Rotoren
gekennzeichnet dadurch, daß der Innenrotor an einer Achse gelagert ist, der Außenrotor aber stützt sich direkt durch die Rollen, Wälzlager, die hydrostatischen oder dynamischen Gleitlager, selbsteinstellend und mit Druck (Kompensierung der Fliehkräfte bei hoher Drehzahl) auf seine Oberfläche. Storage of the rotors
characterized in that the inner rotor is supported on an axis, but the outer rotor is supported directly on its surface by the rollers, rolling bearings, hydrostatic or dynamic slide bearings, self-adjusting and with pressure (compensation of centrifugal forces at high speed). Die Arbeitskammern
gekennzeichnet dadurch, daß sie aus Segmenten bestehen, die keine Funktion als tragende Teile eines Trommelgerippes für die Rotoren haben, sondern die Segmente sind beim Innenrotor an seinem massiven Achskörper und beim Außenrotor an einem festen Rohr (Ring) elastisch und selbsteinstellend angebracht. The working chambers
characterized in that they consist of segments that have no function as load-bearing parts of a drum frame for the rotors, but the segments are attached to the solid rotor body on the inner rotor and on a fixed tube (ring) elastically and self-adjusting in the outer rotor. Die Segmente
gezeichnet dadurch, daß sie aufgrund ihrer Form und Teilung Fugen aufweisen, die Wärmeausdehnung und Selbstregulierung in allen Richtungen ermöglichen. Ferner weisen sie Kanäle für den Durchfluß von Schmier-, Dicht- und Kühlmittel (SDKM) auf. The segments
characterized by the fact that they have joints due to their shape and division, which allow thermal expansion and self-regulation in all directions. They also have channels for the flow of lubricant, sealant and coolant (SDKM). Die Kammerwandsegmente
gekennzeichnet dadurch, - daß sie als Kammerwand ebene oder runde Flächen haben und eine elastische Dichtungstraverse zwischen den Teilzylindern bilden, - daß sie die Teilzylinder in ihrem Lagersitz halten, - daß sie aus einem oder mehreren elastischen, wärmeisolierenden, geschichteten Teilen bestehen, - daß sie sich bei hohem Druck durch die elastische Verformung an die äußeren Arbeitssegmente stützen. - daß sie mit den äußeren Segmenten durch Schrauben federnd befestigt sind, - daß sie mit Vertiefungen für Einspritzung und Mischung mit dem Kraftstoff ausgestattet sind, - daß sie Kanäle oder Vertiefungen für die Kraftstoffmischung oder für den schnellen Mediumtransport (z.B.Hydraulikflüssigkeit) haben. The chamber wall segments
characterized by - That they have flat or round surfaces as a chamber wall and form an elastic sealing cross between the partial cylinders, - that they hold the partial cylinders in their bearing seat, - that they consist of one or more elastic, heat-insulating, layered parts, - That they are supported at high pressure by the elastic deformation of the outer working segments. - That they are resiliently attached to the outer segments by screws, - that they are equipped with recesses for injection and mixing with the fuel, - that they have channels or recesses for the fuel mixture or for the rapid transport of medium (e.g. hydraulic fluid). Die Teilzylinder
gekennzeichnet dadurch, daß sie mit Fugen für die Haltestifte der Pendelschaufelplatten und mit Abstandhaltestiften ausgestattet sind. The partial cylinders
characterized in that they are equipped with joints for the retaining pins of the pendulum blade plates and with spacing pins. Die Pendelschaufelplatten
gekennzeichnet dadurch, - daß sie in radialer Richtung mit parallel verlaufenden Kanälen versehen sind, und als Brücke zum Transport des SDKM (Schmier-, Dicht und Kühlmittel) zwischen Innen- und Außenrotors dienen, - daß sie an ihren Längsseiten Haltestifte haben. The pendulum blade plates
characterized by that they are provided with parallel channels in the radial direction and serve as a bridge for transporting the SDKM (lubricant, sealant and coolant) between the inner and outer rotors, - That they have retaining pins on their long sides. Die äußeren Segmente im Außenrotor
dadurch gekennzeichnet: - daß sie einen Sitz für die Teilzylinder mit der Pendelschaufelplatte bilden, - daß zwischen diesen Dehnungsfugen vorhanden sind, - daß sie mit Kanälen an dem Sitz der Teilzylinder für das SDKM , mit Kanälen für den Ausfluß dieses Mittels in radiale und axiale Richtung und mit Dichtleisten an ihren Stirnseiten, ausgestattet sind. - daß bei Ölhydraulik und hydrodynamischer Lagerung, Kanäle aus den Arbeitkammern zum Rotormantel vorhanden sind, die das Öl zur Schmierung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse fordern Abb. 7). The outer segments in the outer rotor
characterized: - That they form a seat for the partial cylinder with the pendulum blade plate, - that there are between these expansion joints, - That they are equipped with channels on the seat of the partial cylinder for the SDKM, with channels for the outflow of this agent in the radial and axial directions and with sealing strips on their end faces. - That with oil hydraulics and hydrodynamic bearings, channels are available from the working chambers to the rotor shell, which require the oil for lubrication between the rotor and the housing (Fig. 7). Der Motordeckel
dadurch gezeichnet: - daß sie in axialer Richtung bei den Kammerwänden, Teilzylindern, Pendelschaufelplatten und anderen rotierenden Teilen durch die nachstellbare, dichtende Anpressung der Motordeckel, große Verschleißreserven hat, ohne dabei die Funktion der Maschine zu beeinträchtigen, - daß die dichtende Anpressung der Motordeckel an die Rotoren durch einen oder mehrere Kolben mit entsprechenden Zylindern. Die Anpressung erfolgt pneumatisch oder hydraulisch durch das Arbeitsmedium, das aus einer Arbeitskammer mit hohem Druck kommt oder durch eine Pumpe. - daß bei Verbrennungskraftmaschinen die Auslaßöffnung gegenüber der Einlaßöffnung vorverlegt ist, - daß im Kompressionsbereich die Bohrungen zum Kraftstoffeinspritzen und Feuerkanäle (oder Zündkanäle) zwischen zwei Brennkammer angebracht sind. The engine cover
drawn by: - that it has large wear reserves in the axial direction of the chamber walls, partial cylinders, pendulum blade plates and other rotating parts due to the adjustable, sealing pressure on the engine cover, without impairing the function of the machine, - That the sealing pressure of the motor cover on the rotors by one or more pistons with corresponding cylinders. The pressure is applied pneumatically or hydraulically by the working medium that comes from a working chamber with high pressure or by a pump. that in internal combustion engines the outlet opening is brought forward relative to the inlet opening, - That in the compression area, the holes for fuel injection and fire channels (or ignition channels) are made between two combustion chambers. Der Kreislauf des SDKM (Schmier-,Dicht- und Kühlmittels),
z.B Öl, Ölnebel, Wasser mit dispergiertem Öl und mit Korossiosnsschutzmittel etc., das mittels einer Pumpe, wie auch durch die Fliehkraft getrieben wird, ist dadurch gekennzeichnet: - daß dieses aus der Bohrung des Innenrotors durch mehrere Kanäle, die mittig zwischen zwei Teilzylinderlagerungen liegen, radial nach außen, in die vorhandenen Höhlräume zwischen der Innenrotorkammerwand und dem Innenrotorachskörper gelangt, - daß, es von hier aus tangential in die Umfangskanäle der Teilzylinderlagerung, die sich am Innenrotorachskörper befindet, weiter in die Synchronbohrungen fließt, - daß, es aus den Synchronbohrungen in die Kanäle der Pendelschaufelplatten weiter In die Umfangskanäle der Teilzylinderlagerung, die sich an den Segmenten im Außenrotor befinden, gelangt, die sich am Innenrotorachskörper befindet, weiter in die Synchronbohrungen fließt, - daß, es aus den Synchronbohrungen in die Kanäle der Pendelschaufelplatten weiter in die Umfangskanäle der Teilzylinderlagerung, die sich an den Segmenten im Außenrotor befinden, gelangt, - daß, es von hier aus in die Hohlräume der Segmente und dann axial, und/oder radial nach außen (in einen Kühlbehälter und mittels einer Pumpe wieder zurück in die Bohrung des Innenrotors ), kommt. The circuit of the SDKM (lubricant, sealant and coolant),
For example, oil, oil mist, water with dispersed oil and with anti-corrosive agent, etc., which is driven by a pump, as well as by centrifugal force, is characterized by: that this passes radially outwards from the bore of the inner rotor through a plurality of channels which are located centrally between two partial cylinder bearings, into the existing cavities between the inner rotor chamber wall and the inner rotor axle body, that it flows from here tangentially into the circumferential channels of the partial cylinder bearing, which is located on the inner rotor axle body, into the synchronizing bores, - That it continues from the synchronizing holes into the channels of the pendulum blade plates into the circumferential channels of the partial cylinder bearing, which are located on the segments in the outer rotor, which is located on the inner rotor axle body, flows further into the synchronizing holes, that it passes from the synchronized bores into the channels of the pendulum blade plates into the circumferential channels of the partial cylinder bearing, which are located on the segments in the outer rotor, - That it comes from here into the cavities of the segments and then axially and / or radially outwards (in a cooling container and back into the bore of the inner rotor by means of a pump).

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