DE4115289A1 - Bahngesteuerte rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine - fortan mit Rokomaschine abgekürzt - mit mindestens 2 Kolbenrädern, deren Kolben in einem kreisringförmigen Arbeitsraum um eine gemeinsame Achse rotieren und die Druckenergie dadurch in mechanische Arbeit umwandelt - oder auch umgekehrt - daß die jeweils einen Arbeitsraum bildenden sich gegenüberstehenden Kolben phasenverschoben variie­ rende Winkelgeschwindigkeiten haben und so sowohl Expansions- als auch Kompressionsarbeit leisten. Als Kolben werden Kreisring­ segmente bezeichnet, die Kolbenräder sind die Rotationskörper auf denen die Kolben befestigt sind.

Die Umwandlung von durch chemische oder andere Verfahren erzeug­ ter Druckenergie in mechanische Arbeit wird in weiten Bereichen der Technik über durch Expansion bewirkte axiale Verschiebung eines Kolbens in Hubkolbentriebwerken geleistet, vor allem in ihren Ausführungen Otto-und Dieselmotor, vereinzelt auch Kolben­ dampfmaschinen. Auf die Gründe für ihre weite Verbreitung und auf ihre unbestreitbaren Vorzüge soll hier nicht eingegangen werden auch nicht auf Vor-und Nachteile anderer Leistungswandler wie Turbinen o. ä. Der wesentliche Mangel der Hubkolbentriebwerke wird darin gesehen, daß im Augenblick der höchsten auf den Kolben wirkenden Kraft entstanden aus der plötzlichen Verbrennung des Gemisches kein Drehmoment erzeugt werden kann, da der Kraftvektor durch die Drehachse zeigt und wegen des oberen Totpunkts kein Hebelarm nutzbar ist. Während der weiteren Drehung entsteht zwar über Pleuel und Kurbel ein Moment, jedoch hat bei maximalem Hebelarm d. h. günstigstem Kurbelwinkel der Druck bereits erheblich abgenom­ men. Dieser Mangel wirkt sich in verringerter Leistung und starker Belastung des Triebwerks aus. Hier liegt der wesentliche Vorzug des hier behandelten Typs Rokomaschine, denn der entstehen- Kraft­ vektor wirkt immer tangential die Größe des Drehmoments läßt sich mit dem Durchmesser der Maschine und der Zahl der gleichzeitigen Arbeitsschritte verändern, bei optimalem Betrieb gibt es keine Querkräfte auf das Triebwerk mehr. Auch der Wankelmotor als eine erprobte Form der Rokomaschine weist diesen Vorzug auf. Als Kraft­ maschine hat sich der hier beschriebene Typ Rokomaschine jedoch nicht durchsetzen können.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Rokomaschine mit hoher Leistungsdichte, gutem Wirkungsgrad durch ausreichend hohe Drücke, geringen Vibrationen und wegen der günstigen Kraft­ nutzung geringem Gewicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die beiden Kolbenräder durch Koppelelemente wie Zahnräder, Seilschlaufen oder Bänder mit Umlenkrollen Balken, bzw. Platten mit Führungsschlitzen direkt miteinander verbunden sind wobei die unterschiedlichen Momentan­ geschwindigkeiten der beiden Räder durch eine Steuerung der Win­ kelbewegung dieser drehbar gelagerten Koppelelemente erreicht wird. Kernstück dieser Steuerung ist eine Kurvenbahn, als Schiene oder Nut ausgeführt, die von mit den Koppelelementen verbundenen Steuerarmen abgefahren wird. Diese Steuerkurve bewirkt eine Dreh­ oszillation der Koppelelemente zwischen zwei Extremen, durch die der jeweils geringste Abstand der Kolben eingesteuert wird. Je nach gewünschter Auslegung der Maschine kann die Steuerkurve eine einzige solche periodische Schwingung aufweisen oder deren viele. Der Abtrieb der Maschine wird vorzugsweise mit den Koppel­ elementen verbunden sein, so daß die oszillierende Bewegung der Kolbenräder nur reduziert, d. h. im allgemeinen halbiert weiterge­ leitet wird.

Die Steuerung der Kolbenbewegung ist das wesentliche Problem der koaxialen Rokomaschine und zahlreiche Vorschläge haben dessen Lösung zum Ziel. Mehrere Patenteinreichungen sehen passiv wirkende Sperrklinken oder Freiläufe zur Verhinderung des Rücklaufs der Räder vor. Die Zuordnung der Räder zu den gehäusefesten Gasleit­ elementen wie Einlaß- oder Auslaßschlitze oder Ventile läßt sich damit jedoch gerade auch bei höheren Drehzahlen kaum erreichen. Die fehlende Steuermöglichkeit der Schlitze bewirkt allenfalls eine Gleichdruckaustreibung mit entsprechend hohen Verlusten wegen nicht genutzter Expansion. Mehrere Patente schlagen die Steuerung über ein Zahnradgetriebe mit Ellipsenrädern vor, die über das Achsenverhältnis der Ellipsen die gegenseitige Schwingung der Räder steuern. Jedoch erfordern diese Ellipsenpaare Getriebe­ zwischenstufen, so daß die Anlage zu geringer Steifigkeit und damit Schwingungsanfälligkeit neigt. Auch sind der Schlankheit der Ellipsen Grenzen gesetzt wegen des Zahneingriffs, so daß sich keine großen Volumenverhältnisse erreichen lassen. Das Patent DE 35 21 593 schlägt die Steuerung der beiden Räder mittels eines Planetengetriebes mit gehäusefestem Sonnenrad vor dessen Planeten­ räder mit Exzentern verbunden sind, die über Pleuel die Bewegungen der Kolbenräder steuern. Dieser Vorschlag hat wie übrigens auch die zum Einsatz von Ellipsengetrieben den Nachteil, daß die Räder in einem durch die Pleuelbewegung fest vorgegebenen einer harmoni­ schen Schwingung ähnlichen Rhythmus sich bewegen, so daß die Nutzung der Kolben auch als Schieber für die Gasstromsteuerung fest vorge­ geben und damit eingeschränkt ist. Weiterhin wird durch diese Konstruktion der Hauptvorteil der koaxialen Rokomaschine, die Beseitigung des Pleuels und seiner beiden Totstellen sowie der Vorzug der geringen Zahl bewegter Bauteile aufgehoben. Patent DE 30 22 871 sieht ebenfalls ein Planetengetriebe zur Steuerung vor, verwendet jedoch anstelle von Exzentern Kurbelwellen in einem eigenen außen liegenden Getriebekasten. Pleuel übertragen die Steuerungsbewegung. Auch für diesen Vorschlag gelten die bereits vorher erfolgten Anmerkungen: Nur der harmonischen Bewegung ähnli­ cher Rhythmus ist möglich, es entstehen Totpunkte in der Kraftüber­ tragung, zuviele Teile sind erforderlich, die separate Lagerung des Getriebes und die Übertragung über 2 koaxial geführte Wellen induziert Weichheit der Konstruktion und damit Schwingungsanfäl­ ligkeit. In Patentanmeldung DE 27 57 016 A1 wird eine Maschine beschrieben, bei der eine Kurvenbahn in der Stirnwand eines zylin­ derringförmigen Innenraumes die Volumenänderung von 4 sternförmig angeordneten Arbeitsräumen steuert. Um eine Steuerung durch die Kurvenbahn zu erreichen, müssen 4 exzentrische Achsen vorgesehen werden, mittels denen 4 sekundäre Kolbendeckel gelagert sind. Sie werden über ein Gestänge durch die Kurvenbahn in einem Winkel von etwa +/- 30 Grad phasenverschoben geschwenkt, so daß durch z. B. eine epizykloidenartige Kurvenbahn während eines Umlaufs zwei Kompressionen und zwei Expansionen ablaufen. Dies Maschinen­ konzept verlangt schaufelartige Zylinderkammern, die mit der für die Dichtigkeit erforderlichen Herstellgenauigkeit der gleitend gegen­ einander bewegten Zylinder und Kolben nur mit hohem Fertigungsauf­ wand, wenn überhaupt, geschaffen werden können. Der wesentliche Vorzug der Einfachheit durch die Verwendung von Drehteilen bei der gleichachsigen Maschine mit 2 identischen Kolbenrädern geht damit verloren. Auch verursachen die durch das Zwischenschalten von Steuerscheiben zweifach hintereinander angeordneten gleitenden Dichtungen Leckverluste, die für den Betrieb problematisch sind.

Diese Vorschläge sind alle nicht geeignet, der koaxialen Rokoma­ schine die Überlegenheit zu verschaffen, die für ihre Akzeptanz angesichts der seit mehr als 200 Jahren dominierenden Hubkolbenma­ schine erforderlich ist. Diesem Ziel kommt die hier vorgeschlagene direkt steuernde Maschine durch ihre Einfachheit näher. Anhand mehrerer Figuren soll ihre Funktionsweise in einer möglichen Ausbildung beschrieben werden. Es zeigen

Fig. 1 Direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine, Kegelgetriebe achsparalleler Schnitt,

Fig. 2 Direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine, Kegelgetriebe achsvertikaler Schnitt,

Fig. 3 Direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine, Planetengetriebe achsparalleler Schnitt,

Fig. 4 Direkt gesteuerte Rotationskolbenmaschine, Planetengetriebe achsvertikaler Schnitt,

Fig. 5 Arbeitstakte, in 4 Phasen dargestellt,

Fig. 6 Formen von Steuerkurven,

Fig. 7 Steuerungsträger, Kegelgetriebe,

Fig. 8 Steuerungsträger, Planetengetriebe,

Fig. 9 Kegelzwischenrad mit Steuerarm und Steuerstift,

Fig. 10 Steuerung mit Seilschlaufen und Umlenkrollen,

Fig. 11 Steuerung mit Platten,

Fig. 12 Steuerung mit Schubstangen bei Planetengetriebe.

Als erste von den möglichen Ausführungen soll die Maschine mit Kegelradgetriebesteuerung beschrieben werden. Fig. 1 zeigt im Gehäuse (1) den kreisringförmigen Arbeitsraum (2), den die Kolben (5) durchfahren, die fest mit den Kolbenrädern (3), (4) verbunden sind. Die Kolben füllen den Querschnitt mit engen Toleranzen aus, sind jedoch zusätzlich mit elastisch an die Gehäusewand ge­ drückten Dichtleisten ausgerüstet. Kolbenräder mit Kolben können als integrales Teil hergestellt, verschraubt oder verschweißt sein. Je nach Aufgabe und Einsatz der Maschine wird dies unter­ schiedlich ausgeführt sein. Anders als bei Hubkolbentriebwerken hat bei den koaxialen Rotationskolbenmaschinen die Gehäusewand keine Führungsfunktion, so daß sich die Kolben mit engen Toleranz­ en berührungsfrei im Gehäuse bewegen. Zur Achse hin weisen die Räder eine scheibenartige Lippe auf, die die hier kegeligen Zahnkränze (6) oder Zahnkranzsegmente trägt, so daß mit den Kegelzwischenrädern (7) ein geschlossenes Kegelgetriebe entsteht. Die Kegelzwischen­ räder (7) sind auf dem Steuerungsträger (8) drehbar gelagert, die Abtriebswelle (9) ist mit dem Steuerungsträger (8) fest verbunden. Jedes der Zwischenräder trägt an einer Seite einen Steuerarm (10), an dessen freien Ende sich der Steuerstift (11) befindet, in Fig. 9 dargestellt. Der Steuerstift, mit einem Nadellager ausgerü­ stet fährt die Steuerkurve (12) der Steuertrommel (13) ab. Die Maschine ist als Benzinmotor ausgeführt mit den Gemischeinlaß­ schlitzen (14) und den Auslaßschlitzen (15). Außen am Gehäuse sind Vergaser oder Einspritzpumpe (nicht dargestellt) und Zündker­ zen (16) montiert, die Zündspule wurde nicht eingezeichnet. Nicht dargestellt sind auch die üblichen Zusatzaggregate wie Wasser- und Benzinpumpe, Lichtmaschine usw. Fig. 2 zeigt den Schnitt senk­ recht zur Achse, aus dem die je 4 Kolben als Kreisringsegmente ausgeführt und die Kegelzwischenräder gut zu ersehen sind. Fig. 6 zeigt verschiedene mögliche aus dem Zylinder in die Ebene abge­ wickelte Kurvenformen, die je nach Maschinentyp zum Einsatz kommen können. Mit Hilfe der Fig. 5 soll jetzt die Wirkungsweise der mit 2·4 Kolben eingerichteten Maschine als Vergasermotor beschrie­ ben werden.

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

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

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

Das Bild der Kolbenstellung erweckt den Eindruck als zeige Fig. 5. 3 die gleiche Konstellation wie Fig. 5.1, jedoch eine viertel Umdrehung weiter. Das ist jedoch nicht der Fall, denn z. B. steht KA1 noch nicht auf der andern Seite des Einlaßschlitzes. Dort steht er erst am Ende des nun beginnenden neuen Arbeitsspiels. Demnach erfordert eine viertel Umdrehung 4 Zündungen, für jede Zündkerze 2. Während einer kompletten Umdrehung lassen sich also 16 Zündungen nutzen. Für einen im 4-Takt-Verfahren arbeitenden Ottomotor mit Hubkolbentriebwerken würde dies 32 Zylinder erfor­ dern!! Die Leistungsdichte der koaxialen Rotationskolbenmaschinen ist also bemerkenswert.

Die Bewegungen der Kolbenräder A und B wie in Fig. 5.1 und Fig. 5.2 dargestellt werden in folgender Weise von der Steuerung bewirkt: Der Steuerstift steht in der in Fig. 5.1 dargestellten Konstellation an einem Extrempunkt der Steuerkurve, d. h. das durch die Kurve bewirkte Schwenken des koppelnden Zwischenrades hat über den Zahnkranz das Kolbenrad B gegenüber A so verdreht, daß sich die Kolben fast berühren. Die Zündung bewirkt ein Auseinan­ dertreiben der Kolbenpaare, das Zwischenrad wird in die Gegenrich­ tung geschwenkt. Die in Fig. 6.1 dargestellte Steuerkurve ist zusammengesetzt aus Ausschnitten aus der Zykloide, die der Steuer­ stift (11) beschreibt, wenn sich das Zwischenrad (7) auf dem Zahn­ kranz des stillstehenden Rades B abwälzt und entsprechend für Rad A. Die Blockierung des jeweils stillstehenden Rades erfordert also keine Arbeit, Arbeit leistet das rotierende Rad, das gleich­ zeitig das Zwischenrad schwenkt. Vermutlich ist die Zykloidenkur­ ve nicht die optimale Kurve, das Umsteuern des momentanen Antriebs von einem Rad aufs andere ohne Rucken, Stocken usw. erfordert sicher Modifikationen. Eine mögliche Form kann die Sinuskurve der Fig. 6.2 sein, die jedoch das jeweils blockierende Rad nicht völlig ruhigstellt. Eine weitere Möglichkeit ist mit der aus Halbkreisen zusammengesetzten Kurve der Fig. 6.3 dargestellt. Diese Kurve bietet die Möglichkeit, über eine Trennung der Kurve in der Mitte während des Betriebs den Schwenkbereich der Zwischen­ räder und damit den geringsten Abstand der Kolbenpaare zu verän­ dern. Die optimale Kurve wird durch die Art des Einsatzes der Maschine, durch den Maschinentyp, d. h. ob Benzinmotor, Dampfmaschine oder Arbeitsmaschine, durch die gewünschte Drehzahl usw. bestimmt. Eine weitere Möglichkeit der Anpassung besteht darin daß die Steuertrommel (13) gegenüber dem Gehäuse verdreht werden kann, so daß sich der Phasenwinkel zwischen den Steuerschlitzen (14) und (15) und den Kolben z. B. entsprechend der Drehzahl verändern läßt.

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

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

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

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

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

Eine wichtige Aufgabe bei jeder Maschine, die mit verschiebbaren Begrenzungen und hohen Drücken arbeitet, ist die Schaffung dichter Arbeitsräume. Während bei der Hubkolbenmaschine diese Aufgabe als gelöst betrachtet werden kann ist die letztlich geringe Akzep­ tanz des Wankelmotors wesentlich auf die dort aufgetretenen und unzureichend gelösten Dichtprobleme zurückzuführen. Die Rotations­ kolbenmaschine liegt bezüglich dieser Aufgabe zwischen den beiden Entwicklungen. Wie bei der ersteren muß eine Dichtheit senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben geschaffen werden und kann in gleicher Art wie dort gelöst werden wie auch weiter vorn kurz erwähnt, jedoch sind der Spalt zwischen beiden Rädern und die beiden Spalte zwischen den Rädern und dem Gehäuse zusätzlich zu dichten. Angesichts der thermisch bedingten Maßschwankungen von Gehäuse und Rädern ist ein Dichten mittels geringster Ferti­ gungstoleranzen, obschon wegen der hier möglichen starren Lagerung denkbar vermutlich mit Klemmungen verbunden. Es werden daher umlaufende elastisch angedrückte Lippen entwickelt werden müssen. Dennoch ist die Aufgabenstellung wesentlich einfacher als beim Wankelmotor mit seinen besonders langen zu dichtenden Spalten.

Claims (17)

1. Rotationskolbenmaschine mit mindestens zwei um die gleiche Achse gleichsinnig aber mit phasenverschoben wechselnden Drehge­ schwindigkeiten rotierenden radartigen Kolbenträgern, deren gegen­ einander oszillierende Bewegung mittels eines Umlaufgetriebes gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kolbenträger kuppelnden Zwischenelemente während des Umlaufs Drehschwingungen ausführen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh­ schwingung des kuppelnden Zwischenelements durch eine ringförmig geschlossene Kurvenbahn gesteuert wird, die geeigneten Körpern als Nut eingeprägt oder als Schiene aufgeprägt ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kurvenbahn tragende Körper tonnenförmig ausgebildet ist und die Kurvenbahn entweder außen oder innen auf der Mantelfläche trägt.

4. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kurvenbahn tragende Körper scheibenförmig ausgebildet ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kuppelnden Zwischenelemente Kegelzahnräder mit exzentrisch auf diesen oder an einem Auslegerarm angebrachten die Kurvenbahn abfahrenden Elementen sind, die mit den Kolbenträgern ein Kegelge­ triebe bilden.

6. Gerät nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kuppelnden Zwischenelemente Stirnzahnräder mit exzentrisch auf diesen oder einem Auslegerarm angebrachten die Kurvenbahn abfahrenden Steuerelementen sind, die mit geschlossenen Zahnkrän­ zen oder Zahnkranzsegmenten auf den Kolbenträgern ein Planetenge­ triebe bilden.

7. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kolbenträger kuppelnden Zwischenelemente Bänder oder Seile sind, die über Umlenkscheiben mit exzentrisch auf diesen oder auf Auslegerarmen angebrachten die Kurvenbahn abfahrenden Elementen umgelenkt werden.

8. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kolbenträger kuppelnden Zwischenelemente als Balken mit exzentrisch daran angebrachten die Kurvenbahn abfahrenden Elemen­ ten ausgebildet sind, die an die Kolbenträger über Langlöcher und Bolzen oder über Gelenkstangen angekuppelt sind.

9. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der geschlossenen Kurvenbahn aus Zykloidenabschnitten mit verbindenden Übergangsstücken gebildet wird.

10. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der Kurvenbahn einer Sinuskurve entspricht.

11. Gerät nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der steuernden Kurve aus Kurvenbögen so zusammengesetzt ist, daß auf der halben Bahn zwischen zwei Extremwerten die Bahn­ tangente parallel zur Maschinenachse liegt und der tonnenartige Körper axial auseinander geschoben werden kann, um so das Volu­ men- bzw. Druckverhältnis während des Betriebs zu ändern.

12. Gerät nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergetriebe einschließlich Steuerelement innerhalb des durch die umlaufenden Kolben gebildeten Raumes liegt.

13. Gerät nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergetriebe außerhalb des eigentlichen Maschinengehäuses in einem eigenen Getriebekasten installiert ist.

14. Gerät nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Maschine erzeugte oder ihr zugeleitete Leistung über den die kuppelnden Zwischenelemente tragenden Steuerungsträger geleitet wird.

15. Gerät nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Maschine abgeführte oder ihr zugeführte Leistung über einen mit den Kolbenträgern verbundenen Freilauf geleitet wird.

16. Gerät nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Maschine abgeführte oder ihr zugeführte Leistung über Nut einen der Kolbenträger geleitet wird.

17. Gerät nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der die steuernde Kurvenbahn tragende Körper während des Betriebs der Maschine gegenüber dem Gehäuse verdreht werden kann, um so die Stellung der Kolben gegenüber den Ein-und Auslaßschlitzen zu verändern.