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Rotations-Brennkraftmotor Von der Vielzahl der bekannten Drehkolbenmotoren
ist bisher nur der Wankelmotor zur Serienreife entwickelt worden. Der Wankelmotor
besteht im wesentlichen aus einer Exzenterwelle anstelle der üblichen Kurbelwelle
sowie einem auf dem Exzenter drehbaren dreikantigen Kolben. Der Schwerpunkt des
Kolbens bewegt sich gleichförmig auf einem Kreis mit dem Exzenterradius, der dem
bei Kolbenmotoren üblichen Kurbelradius entspricht. Der Kolben ,eist einen innenverzahnten
Zahnkranz auf und führt auf der als Sonnenrad wirkenden> mit einer Außenverzahnung
versehenen Exzenterscheibe der Exzenterwelle eine Planetenradbewegung aus. Die Bahn,
die ein Bezugspunkt des Dreieckkolbens und insbesondere eine Dreieckspitze des Kolbenumrisses
zurücklegt, ist eine Epitrochoide. Bei dem vorzugsweise angewandten Obersetzungsverhältnis
2:3 zwischen Sonnenrad und innenverzahntem Planetenrad entsteht eine länglich ovale,
biskuitartig eingeschnürte geschlossene Kurve, die von einer derartigen Dreieckspitze
des Kolbenumrisses einmal umfahren wird, wenn die Exzentermitte bzw.
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die Exzenterwelle drei volle Umläufe ausführt. Alle drei Spitzen des
Kolbenumrisses bewegen sich auf derselben Epitrochoidenbahn.
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Wesentliche Machteile des Wankelmotors sind in seiner teuren Herstellung,
der schwierigen Abdichtung des dreikantigen Kolbens, in dem unrunden Zylinder, dem
hohen Verschleiß und der dadurch bedingten Reparaturanfälligkeit sowie in der verhältnismäßig
niedrigen Notorleistungsgrenze begründet.
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Zum Antrieb von Druckluftwerkzeugen und überwiegend für kleinere
Leistungen
werden Luft-Drehkolbenmotoren eingesetzt, die als Lamellenmotoren bekannt sind.
Diese Lamellenmotoren bestehen im wesentlichen aus einem in einem zylindrischen
Motorgehäuse exzentrisch gelagerten Rotor, der in radialen Schlitzen eine meist
ungerade Anzahl von Lamellen besitzt, die durch Federn oder den Luftdruck mit ihrer
Schmalseite gegen die GehRusewand angedrückt werden. Je zwei von ihnen bilden einen
Arbeitsraum, wobei wegen der sichelförmigen Ausbildung des Motorraumes eine Lamelle
weiter vorsteht als die andere. Dadurch ergibt sich eine Fläch-ndifferenz zwischen
den beiden Lamellen einer Arbeitskammer, und der auf die Differenzfläche wirkende
Druck erzeugt das Drehmoment.
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Da die Arbeitsräume im Verlauf einer Umdrehung des Rotors größer werden,
kann bei amellenotoren ein Teil der in der Druckluft enthaltenen Fxpansionsarbeit
ausgenützt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotations-Brennkraftmotor
zu schaffen, der sich bei einem gegenüber den bekannten Drehkolbenmotoren wesentlich
niedrigeren Herstellungspreis durch eine große Leistung bei geringem Platzbedarf
und einem niedrigen Kraftstoffverbrauch sowie eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Rotations-Brennkraftmotor
mit einem in einem Motorgehäuse mit einer Motorwelle umlaufenden Rotor, der im Motorgehäuse
umlaufende Brennkammern mit sich periodisch änderndem Volumen bildet, einer Zündeinrichtung
sowie einem Einlaß und einem Auslaß dadurch gelöst, daß der Motor als Sternkammermotor
ausgebildet ist mit einem in einem Arbeitsraum zentrisch umlaufenden Rotor, der
radial bewegliche Triebwände zur Aufteilung des Arbeitsraumes in sternförmig angeordnete
Brennkammern aufweist, wobei die Radialbewegung der Triebwände zur Erzeugung einer
periodischen Volumennderung der Brennkammern über eine Umdrehung des Rotors durch
mindestens eine Kurvenbahn gesteuert wird, Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
dient die Innenwand des Arbeitsraumes als Kurvenbahn zur Steuerung der Radialbewegung
der
Triebwände, und der Arbeitsraum ist zentrisch zu dem als Kreisscheibe ausgebildeten
Rotor angeordnet.
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Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge ist die Kurvenbahn als
Ellipsenbahn ausgebildet, und der Rotordurchmesser ist gleich der doppelten Länge
der kleinen Halbachse der Ellipsenbahn abzüglich eines Spiels für die Drehfreiheit
des Rotors, derart, daß Kurvenbahn und Rotor zwei mit den Spitzen aneinanderstoßende
sichelförmige Arbeitskanmern bilden.
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Gti!näR einer ersten Ausffihrungsform des erfindungsgemäßen Rottionsmotors
wird die Radialbewegung der Triebwände durch im Rotor anordnete Druckfedern bewirkt.
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Eine zweite Ausführung des neuen Motors ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Radialbewegung der Triebwände durch mindestens eine innere elliptische Kurvenbahn
bewirkt wird und daß innere und äußere Kurvenbahn konzentrisch zueinander angeordnet
sind.
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Bei dieser Motorausführungjeiten die Triebwände mittels Führungsstiften
auf zwei inneren Führungsbahnen, die durch im Deckel und Boden des Motorgehäuses
beiderseits des Rotors angeordnete Ringflansche gebildet werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung den Erfindung besteht darin, daß
der Rotormittels am äußeren Umfang angeordneter Dichtungsringe gegen den Deckel
und den Boden des Motorgehäuses abgedichtet ist.
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Ein sehr vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist schließlich noch
darin zu sehen, daß die Triebwände mittels seitlicher druckbelasteter Dichtleisten
gegen Deckel und Boden des Motorgehäuses, durch eine Stirnleiste gegen die Innenwand
des Arbeitsraumes und durch beiderseits der Triebwände in den F5hrungsschlitzen
derselben im Rotor angeordnete Dichtleisten gegen den Rotor abgedichtet sind, wobei
die Dichtleisten in den FUhrungsschlitzen durch die Rotor-Dichtringe gehalten werden.
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Der neue Rotations-Brennkraftmotor zeichnet sich durch folgen, de
Vorteile aus: Die Herstellungskosten liegen im Vergleich zu den bekannten Drehkolbenmotoren
niedrig. Die Motorleistung ist bei kleinen Abmessungen, geringem Gewicht und niedrigem
Kraftstoffverbrauch über den gesamten Dre':zahlbereich groß. Entsprechend der geforderten
Motorleistung kann die Anzahl der Brennkammern ohne Schwierigkeiten erhöht oder
verringert werden. Aufgrund des niedrigen Kraftst ffverbrauches und ruhigen Laures
ist der neue Motor ußerst umweltfreundlich und eignet sich deshalb besonders als
Kraftfahrzeugmotor. Oszillierende Nassenkräft wie beim herkömmlichen Kolbenrnotor
treten nicht auf. Das Problem des Massenausgleichs stellt sich nur für die rotierenden
Massen, wo es durch einfache Gegengewichte exakt lösbar ist.
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Durch die Anwendung einer Gemischschmierung ist die Schmierung der
umlaufenden Motorteile problemlos. Anstatt der Gemischschmierung kann auch Druckschmierung
angewendet werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen, wobei
in den einzelnen Figuren gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind.
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Es zeigen Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Motors bei abgenommenem Gehäusedeckel, Fig. 2 einen Schnitt
nach Linie II-II der Fig. 1 in schematischer Darstellung, Fig. 3 die Draufsicht
einer im Rotor eingebauten Triebwand, Fig, 4 eine perspektivische Darstellung einer
Triebwand mit einer Dichtleiste sowie der Druckfeder mit Druckplatte in gesprengter
Darstellung, die zur Abdichtung der Triebwand gegenüber dem Rotor verwendet wird,
Fig, 5 die perspektivische Darstellung eines Ringsegmentes
mit Andrückfeder
zur Abdichtung des Rotors gegen das Motorgehäuse, Fig. 6 eine schematische Draufsicht
einer zweiten Ausführung des neuen Motors bei abgenommenem Gehäusedeckel, während
Fig. 7 einen Teilschnitt nach Linie VII-VII der Fig. 6 veranschaulicht.
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Der Rotations-Brennkraftmotor 1 nach den Fign, 1 und 2 weist ein
Motorgehäuse 2 mit einem ellipsenförmigen Arbeitsraum 3 auf, in dem ein auf einer
Motorwelle 4 fest angeordneter als Kreisscheibe ausgebildeter Rotor 5 umläuft. Die
Innenwand 6 des Arbeitsraumes 3 ist als Ellipsenbahn ausgebildet und der Rotor -durchmesser
7 ist gleich der doppelten Länge der kleinen Halbachse 8 der Ellipsenbahn 6 abzüglich
eines Spiels 9 für die Drehfreiheit des Rotors 5, derart, daß Ellipsenbahn 6 und
Rotor 5 zwei mit den Spitzen aneinanderstoßende sichelförmige Arbeitskammern 10,
lt bilden. Auf dem Umfang des Rotors 5 sind radial und abstands gleich angeordnete
Triebwände 12 zur Aufteilung der Arbeitskammern 10, 11 in sternförmig angeordnete
Brennkammern 13 angebracht. Die Triebwände 12 sind radial in Pfeilrichtung a, b
verschiebbar und die Radialbewegung zur Erzeugung einer periodischen Volumenänderung
der Brennkammern 13 über eine Umdrehung des Rotors 5 wird durch die als Ellipsenbahn
ausgebildete Innenwand 6 des Arbeitsraumes 3 gesteuert. Die Radialbeweung der Triebwände
12 wird durch im Rotor 5 angeordnete Druckfedern 14 bewirkt.
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Der Rotor 5 wird mittels an seinem äußeren Umfang angeordneter Dichtungsringe
15 gegen den Deckel 16 und den Boden 17 des Motorgehäuses 2 abgedichtet. Die Dichtungsringe
15 sind in Ringsegmente 18 aufgeteilt, die durch Federlamellen 19 gegen Deckel 16
und Boden 17 des Motorgehäuses 2 angedrückt werden, wobei zwischen den Ringsegementen
18 und den Federlamellen 19 eine Druckplatte 20 vorgesehen ist (Fig. 5).
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Die Triebwände 12 werden durch seitliche, durch Federlamellen
19
beaufschlagte Dicht leisten 21 gegen Deckel 16 und Boden 17 des Motorgehäuses 2,
durch eine Stirnleiste 22 gegen die Innenwand 6 des Arbeitsraumes 3 und durch beiderseits
der Triebwände 12 in den Führungsschlitzen 23 derselben im Rotor 5 angebrachte Dichtleisten
24 gegen den Rotor 5 abgedichtet. Die Dichtleisten 24 werden über Druckplatten 25
durch Federlamellen 19 gegen die Triebwände 12 angedrückt (Fig. 4). Zur Halterung
der Dichtleisten 24 in den Führungsschlitzen 23 greifen Nasen 26 derselben in entsprechende
Ausnehmungen 27 der Ringsegmente 18, Auf dem Umfang des Arbeitsraumes 3 sind ein
Einlaß 28, ein Auslaß 29, eine Zündkerze 30 zum Betrieb des Motors als Ottomotor
sowie ggf. eine Einspritzdüse 31 angeordnet.
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Kühlmittel wird von einer nicht dargestellten Pumpe über den Anschlußstutzen
32 dem Motor zugeführt und strömt durch Kühlmittelkanäle 33 im Deckel 16, Boden
17 sowie der Seitenwand 34 und fließt durch den Abflußstutzen 35 zur Pumpe des Kühlmittelkreislaufes
zurück.
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Die Wirkungsweise des als Viertaktmotor arbeitenden Rotations-Brennkraftmotors
ist folgende: Die Brennkammern 13 saugen fortlaufend durch den Einlaß 28 Brennstoff-Luftgemisch
über einen bestimmten Drehwinkel cc an, wobei sich während des Ansaugens das Volumen
der Brennkammer 13 kontinuierlich vergrößert. Ggf. kann durch eine Einspritzdüse
31 zusätzlich Kraftstoff in die Brenhkammer 13 eingespritzt werden.
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Anschließend wird das Brennstoff-Luftgemisch durch die Verkleinerung
des Volumens der Brennkammer 13 über den Drehwinkel h verdichtet. Das komprimierte
Gemisch wird nunmehr durch die Zündkerze 30 gezündet. Die Ellipsenbahn 6 bewirkt,
daß die Triebwände 12 einer jeden Brennkammer unterschliedliche Arbeitsflächen aufweisen,
so daß sich eine Flächendifferenz ergibt. Der auf die Differenzfläche wirkende Druck
des gezündeten Gemisches erzeugt das Motordrehmoment, das die Motorwelle 4 mit dem
Rotor 5 in Pfeilrichtung c in Drehung versetzt. Die Arbeitsphase bei sich vergrößerndem
Brennkammervolumen
verzieht sich über einen Drehwinkel Anschließend erfolgt der Auspuff über einen
Drehwinkel or In der Brennkammer 13 stellt sich durch das Ab strömen des verbrannten
Gemisches ein Unterdruck ein, so daß bei Weiterdrehung des Rotors 5 neues Brennstoff-Luftgemisch
angesaugt wird und der ArbeitiprozeR von neuem beginnt.
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Der Rotations-Brennkraftmotor 36 weist im wesentlichen die gleichen
Bauteile wie der Motor 1 nach den Fign. 1 und 2 auf.
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Unterschiedlich ist, daß die Radialbewegung der Triebwände 12 durch
zwei innere elliptische Kurvenbahnen 37, 38 bewirkt wird.
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Innere und äußere Kurvenbahnen 37, 38, 6 sind konzentrisch zueinander
angeordnet. Die Triebwände 12 gleiten mittels Führungsstiften/ auf den Kurvenbahnen
37, 38,die durch im Deckel 16 und Boden 17 des Motorgehäuses beiderseits des Rotors
5 angeordnete Ringflansche 40, 41 gebildet werden.
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Bei Betrieb der Rotations-Brennkraftmotoren 1, 36 als Dieselmotor
wird die Zündkerze 30 durch eine Zündhilfe für den Kaltstart ersetzt.
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Patentansprüche