Rotationskolbenmaschine

Abstract

 Bei einer Rotationskolbenmaschine mit einem Gehäuse, in dem ein im wesentlichen kreisscheibenförmiger Rotor drehbar gelagert ist, der mehrere zwangsgesteuerte gegen ihn und das Gehäuse abgedichtete kolben- oder schieberartige Leistungsteile enthält, erfolgt die Steuerung der Leistungsteile durch eine im Inneren des Rotors angeordnete Steuervorrichtung mit einem polygonförmigen Steuerkörper oder mit Pleuelstangen, oder durch eine sich im wesentlichen außerhalb des Rotors befindende Steuervorrichtung mit Steuerkurven im Gehäusedeckel und -boden, die mit den Leistungsteilen im Rotor gekoppelt sind. Der Rotor kann in seiner zylinderischen Wand zwischen mindestens einem Paar benachbarter Leistungsteile eine Brennkammer aufweisen. Das Gehäuse kann eine oder mehrere sichelartige Ausbuchtungen aufweisen, die als Ansaug- oder Verbrennungsraum dienen.
Der An- oder Abtrieb der Maschine, wie beschrieben, kann auf elektromagnetische Weise erfolgen, indem der Rotor als Anker und das Gehäuse als Stator einer rotierenden elektrischen Maschine ausgebildet ist. Dies ist besonders bei Verwendung der vorliegenden Maschine als Pumpe für agressive oder gefährliche Fluide zweckmäßig. Die Statorwicklung kann auch im Boden und Deckel des Gehäuses angeordnet sein und der Rotor ist dann nach Art eines Scheibenläufers ausgebildet.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine mit

a) einem Gehäuse, das eine Rotorkammer bildet, welche durch eine Gehäuseinnenwand begrenzt ist,

b) einem in der Rotorkammer um eine Achse drehbar gelagerten Rotor,

c) kolben- oder schieberartigen Leistungsteilen, die im Rotor radial verschiebbar gelagert sind,

d) einer Abdichtanordnung zum gleitenden Abdichten der Leistungsteile, des Rotors und der Rotorkammer in bezug aufeinander und

e) einer Leistungsteil-Steuervorrichtung, die bei einer Drehung des Rotors in der Rotorkammer eine zwangsweise Verschiebung der Leistungsteile bezüglich des Rotors bewirkt.

[0002] Eine solche Rotationskolbenmaschine ist aus DE 27 28 165C3 und EP 0007535A1 bekannt. Bei diesen bekannten Rotationskolbenmaschinen enthält der Rotor ein einziges, den Rotor diametral durchsetzendes Leistungsteil, dessen entgegengesetzte Enden einer zylindrischen Mantelfläche der Gehäuseinnenwand gegenüberliegend und bezüglich dieser durch die Abdichtanordnung abgedichtet sind. Der Rotor ist exzentrisch in der Rotorkammer gelagert und die Leistungsteil-Steuervorrichtung enthält einen bezüglich der Rotorkammer im wesentlichen konzentrischen Führungszapfen, der in eine Führungsnut des Leistungsteils eingreift.

[0003] Aus _DE 28 53 423A1 ist eine Abdichtung zwischen drei relativ zueinander beweglichen Körpern bekannt, die in der beschriebenen oder in abgewandelter Form mit Vorteil bei den vorliegenden Rotationskolbenmaschinen verwendet werden kann.

[0004] Nachteilig an den bekannten Rotationskolbenmaschinen ist, daß sie pro Umdrehung des Rotors nur jeweils einen einzigen _Kompressions- und Expansions-Prozess auszuführen vermögen. Dies hat nicht nur relativ hohe Leistungsgewichte, sondern auch einen nicht übermäßig gleichmäßigen Lauf der Maschine zur Folge. Diesem Mangel kann . durch Erhöhung der Anzahl der Leistungsteile pro Rotor begegnet werden, die bekannte Vorrichtung zur zwangsmäßigen oder positiven Steuerunq der Leistungsteile nicht mehr verwenden. Auch in anderer Hinsicht sind die bekannten Rotationskolbenmaschinen noch verbesserungsfähig, wie im folgenden noch erläutert werden wird.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, Rotationskolbenmaschinen der eingangs genannten Art vorteilhaft weiterzubilden. Insbesondere sollen Rotationskolbenmaschinen mit drei oder mehr, insbesondere fünf Leistungsteilen angegeben werden, deren radiale Hubbewegungen bezüglich des Rotors durch eine neuartige Steuervorrichtung zwangsweise (also nicht durch Federn, die die Leistungsteile nach außen drücken) so gesteuert werden, daß eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist und daß spezielle Arten von Arbeitszyklen durchgeführt werden können.

[0006] Bei den vorliegenden Rotationskolbenmaschinen enthält der Rotor eine vorgegebene, vorzugsweise ungerade Anzahl von radial verschiebbaren Leistungsteilen. Die vorgegebene Anzahl ist größer als 2, ein bevorzugter Wert ist fünf.

[0007] Bei der Drehung des Rotors in der Rotorkammer wird jedes Leistungsteil durch die Steuervorrichtung zwangsweise und positiv bezüglich des Rotors verschoben.

[0008] Bei einem ersten Typ der vorliegenden Rotationskolbenmaschinen befindet sich die Steuervorrichtung ähnlich wie im bekannten Falle innerhalb des Rotors. Sie kann in diesem Falle einen polygonförmigen Steuerkörper enthalten, dessen Seitenzahl gleich der Anzahl der Leistungsteile ist. Die Leistungsteile sind mit ihrem der Gehäuseinnenwand abgewandten Ende jeweils mit einer Seite des polygonförmigen Steuerkörpers gekoppelt, der in der Mitte der Rotorkammer drehbar gelagert ist.

[0009] Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Leistungsteile über eine Pleuelanordnung mit einer in der Mitte der Rotorkammer drehbar gelagerten Scheibe gekoppelt.

[0010] Bei einem bevorzugten, anderen Typ der vorliegenden Rotationskolbenmaschine befindet sich die Steuervorrichtung außerhalb des Rotors. Die Steuervorrichtung arbeitet auf dem Prinzip einer Steuerkurve und kann dann in einem Deckel und in einem Boden des Gehäuses jeweils eine nutartigeSheuerkurve enthalten, in die achsparallele Lagerbolzen eingreifen, die die Leistungsteile quer durchsetzen. Die Steuerfunktion kann jedoch auch durch ein Magnetsystem in entsprechender Weise realisiert werden.

[0011] Rotationskolbenmaschinen der vorliegenden Art können sowohl als Fluidpumpe als auch als fluidbetriebener Motor Verwendung finden. Im letzteren Falle werden besondere Vorteile dadurch erreicht, daß im Rotor zwischen jeweils zwei benachbarten Leistungsteilen eine Brennkammer vorgesehen wird.

[0012] Spezielle Ausgestaltungen der mit "Aussensteuerung" arbeitenden Rotationskolbenmaschinen der vorliegenden Art zeichnen sich durch besonders geringen Verschleiß aus.

[0013] Ausführungsformen der vorliegenden Rotationskolbenmaschine, bei denen die Rotorkammer einen nichtkreisförmigen Querschnitt aufweist, ergeben bei Verwendung als Innenbrennkraftmaschine besonders hohe Wirkungsgrade. Die nichtkreisförmige Ausbildung der Rotorkammer ermöglicht nämlich bei einer als Viertakt-Verbrennungsmotor arbeitenden Rotationsmaschine den Expansionsraum größer zu wählen als den Kompressionsraum, so daß eine sehr hohe Brennstoffausnutzung erreicht werden kann.

[0014] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden auch noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen.

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Rotationskolbenmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt in einer Ebene II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Kupplungs- oder Steuerteil der Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Steuerteiles gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Leistungsteiles der Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 6 eine in Richtung von Pfeilen VI-VI gesehene Ansicht des Leistungsteiles gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Rotationskolbenmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 einen Axialschnitt einer bevorzugten, dritten Ausführungsform einer Rotationskolbenmaschine gemäß der Erfindung;

Fig. 9 einen vereinfachten Querschnitt in einer Ebene IX-IX der Fig. 8, wobei der Rotor in der rechten Hälfte der Zeichnung in Draufsicht (nicht geschnitten) dargestellt ist;

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Gehäusedeckel der Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 8 gesehen in Richtung von Pfeilen X-X;

Fig. 11 eine Draufsicht auf den Rotor der Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 8;

_Fig. 12, 13 und 14 ein Längsschnitt, eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf ein Leistungsteil für die Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 8 und 9;

Fig. 15 eine Fig. 9 entsprechende Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Rotationskolbenmaschine mit als Flachschieber ausgebildeten Leistungsteilen;

Fig. 16 einen Querschnitt durch eine Rotationskolbenmaschine gemäß der Erfindung mit einer abgewandelten Gehäusekonstruktion, die eine Magnetanordnung enthält;

Fig. 17 eine schematische Querschnittsansicht einer Rotationskolbenmaschine gemäß der Erfindung; bei der die Leistungsteile magnetisch gesteuert werden;

Fig. 18 eine Draufsicht auf eine Rotationskolbenmaschine mit einer Vorrichtung, die bei Verwendung der Maschine als Pumpe oder Verdichter eine Steuerung der Förderleistung bei konstanter Antriebsdrehzahl ermöglicht;

Fig. 19a einen Axialschnitt einer Steuerscheibe für eine Rotationskolbenmaschine der in Fig. 8 dargestellten Art;

Fig. 19b eine Draufsicht auf einen Gehäusedeckel einer Rotationskolbenmaschine mit einer in diesem gelagerten Steuerscheibe gemäß Fig. 19a;

Fig. 20 eine schematische Querschnittsansicht eines Gehäuses einer Rotationskolbenmaschine, deren Rotorkammer einen nichtkreisförmigen Querschnitt hat;

Fig. 21 eine perspektivische Darstellung eines Rotors für die Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 20, wobei nur der Bereich einer einzigen Arbeitskammer genauer dargestellt ist;

Fig. 22 eine vereinfachte Querschnittsansicht eines abgewandelten Rotors für die Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 20, wobei die obere und die untere Hälfte zwei verschiedenen Varianten entsprechen.

[0015] Gleiche oder entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen sind mit Bezugszeichen bezeichnet, die in der Einer- und Zehnerstelle übereinstimmen. Auf eine erneute Erwähnung oder Beschreibung solcher Teile kann daher im allgemeinen verzichtet werden, nachdem sie einmal erläutert worden sind.

[0016] Die in Figuren 1 und 2 als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Rotationskolbenmaschine besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 10, einem Rotor 12, in dem Leistungsteile 14 radial verschiebbar gelagert sind, und einem Kupplungs- oder Steuerteil 16.

[0017] Das Gehäuse 10 besteht aus einem Boden 18, einem Deckel 20 und einem ringförmigen Gehäuseteil 22, das im folgenden kurz als "Gehäusering" bezeichnet werden soll. Diese drei Teile werden durch schematisch angedeutete Schraubenbolzen 24 zusammengehalten.

[0018] Die Innenwand des Gehäuses bildet eine Rotorkammer23,die bei der Maschine gemäß Fig. 1 und 2 die Form eines geraden Kreiszylinders hat.

[0019] Der Rotor 12, der im wesentlichen die Form einer Kreisscheibe hat, weist an seiner einen Stirnseite einen Wellenstummel 26 und an der anderen Stirnseite einen Lagerbund 28 auf, mit denen er um eine Rotorachse 30 drehbar gelagert ist, die bezüglich einer Mittelachse 32 der Rotorkammer 23 exzentrisch ist. Zur Lagerung dienen beispielsweise zwei Wälzlager 34, 36, von denen sich das Wälzlager 34 in einer Durchbrechung des Bodens 18 befindet, durch die Wellenstummel 26 nach außen geführt ist, während das andere auf einem Lagerzapfen 38 sitzt, der durch eine Ringnut 40 im Gehäusedeckel 20 gebildet ist.

[0020] Wie Fig. 2 zeigt, sind im Rotor 12 fünf Leistungsteile 14 mit gleichen Winkelabständen von jeweils 72° angeordnet. Die Leistungsteile haben einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und sind in entsprechenden radialen Bohrungen des Rotors radial verschiebbar gelagert sowie bezüglich dieser Bohrungen durch nichtdargestellte konventionelle Kolbenringe abgedichtet, die in Kolbenringnuten 33 (Fig. 5 und 6) eingesetzt sind. An ihren nach außen gerichteten Enden weisen die Leistungsteile jeweils, in Achsrichtung des Rotors gesehen (Fig. 6) eine zylindrische Abrundung 42 und einen zur Aufnahme von Dichtungselementen dienenden Schlitz 44 auf (Fig. 6). Am anderen, inneren Ende 46 verjüngen sich die Leistungsteile in Achsrichtung gesehen (Fig. 6) keilförmig und bilden dort einen in Achsrichtung etwas verkürzten hakenförmigen Ansatz 48 sowie einen Kupplungsschlitz 50.

[0021] Das in Fig. 3 und 4 genauer dargestellte Steuerteil 16 weist eine Lagerbuchse 52 auf, mit der es auf einem Lagerzapfen 54 drehbar gelagert ist. Der Lagerzapfen 54 ist am Gehäusedeckel 20 derart angebracht, daß die Drehachse des Steuerteils 16 mit der Achse 32 der Rotorkammer zusammenfällt. Das Steuerteil 16 weist ferner einen in das Innere des Rotors hineinreichenden, hochstehenden Bund 56 auf, der die Form eines Polygoms mit ebensovielen Seiten, wie Leistungsteile vorhanden sind, hat und mit seinen Seiten jeweils in einen Kupplungsschlitz 50 eines Leistungsteiles eingreift, wie in Fig. 1 dargestellt ist.(In Fig. 1 ist wegen der fünfzähligen Symmetrie der Rotor-Leistungsteil-Anordnung nur ein Leistungsteil dargestellt).

[0022] Der Steuerteil 16 und die Leistungsteile sind so bemessen und angeordnet, daß die äußeren Enden der Leistungsteile bei der Drehung des in der Rotorkammer exzentrisch gelagerten Rotors 12 zwangsweise mit im wesentlichen gleichbleibendem nahem Abstand an einer zylindrischen Mantelfläche 58 der Rotorkammer entlanggeführt werden. Ferner ist der Innendurchmesser des Lagerbundes 28 so groß bemessen, daß der Steuerteil 16 in den Rotor 12 sowie die Kupplungsschlitze der Leistungsteile eingeführt werden kann.

[0023] Für ein ordnungsgemäßes Funktionieren der beschriebenen Rotationskolbenmaschine ist eine einwandfreie Abdichtung der Rotorkammer begrenzenden Gehäuseinnenwand, des Rotors und der Leistungsteile in bezug aufeinander erforderlich. Hierzu kann eine Dichtungsanordnung verwendet werden, wie sie aus DE 28 53 423A1 bekannt ist. Dieses bekannte Dicht-system läßt sich außerdem dadurch vereinfachen, daß man den Dichtkörper Nr. 1 wegläßt und die Dichtteile Nr. 4 seitlich an den Winkeldichtleisten Nr. 2 ansetzen läßt (siehe Fig. 3 der DE 28 53 423A1).

[0024] Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Rotationskolbenmaschine erfolgt die stirnseitige Abdichtung der _Leistungsteile 14 bezüglich der Gehäuseinnenwand durch zwei Dichtungselemente 60 und 62, die ähnlich wie die Dichtungselemente in Figur 3 der DE 28 53 423A1 ausgebildet sind. Die Dichtungselemente 60, 62 werden durch eine erste Federanordnung 64 auseinander und gegen ebene Stirnflächen 66 bzw. 68 des Bodens 18 bzw. Deckels 20 gedrückt. Ferner werden die Dichtungselemente 60, 62 durch eine zweite Federanordnung 70 radial nach außen gegen die Mantelfläche 58 gedrückt. Die Abdichtung der ebenen Stirnflächen des Rotors bezüglich der Gehäuse-Stirnflächen 66 und 68 erfolgt durch kreisringsektorförmige Dichtungsstreifen 72, die in eine entsprechende kreisförmige Nut in den Rotorstirnflächen eingelegt sind und sich jeweils zwischen zwei benachbarten Dichtungselementen 60 bzw. 62 erstrecken.

[0025] Die Dichtungselemente 60, 62 und die Dichtungsstreifen 72 können in Dichtungsplatten 74 zusammentreffen, die im Bereich des Rotors 12 die Schlitze 44 umgeben. Die Dichtplatten können kreisförmig ausgebildet sein. Eine solche Dichtplatte ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Das Gehäuse 10 weist ferner einen Fluideinlaß 76 sowie einen Fluidauslaß 78 auf, die, wie Fig. 2 zeigt, aus entsprechenden Durchbrechungen des Gehäuseringes 22 bestehen können. Der Einlaß und der Auslaß können jedoch auch durch entsprechende Durchbrechungen im Boden 80 un Deckel 20 gebildet werden, wie es beispielsweise in Fig. 20 dargestellt ist.

[0026] Durch zwei benachbarte Leistungsteile 14, die äußere Mantelfläche des Rotors und die Gehäuseinnenwand wird jeweils ein Arbeitsraum 79 gebildet. Bei Verwendung der Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 1 und 2 als Pumpe oder Verdichter wird der Rotor 12 über den Wellenstummel 26 in Richtung des Pfeiles 80 angetrieben. Der Arbeitsraum, der sich in der Position 79a befindet, hat wegen der Exzentrizität des Rotors bezüglich der Rotorkammer ein relativ kleines Volumen. Das Volumen vergrößert sich bei der Drehung des Rotors, wie ein Vergleich mit dem sich in der Position 79b befindlichen Arbeitsraum zeigt. Ein zu förderndes Fluid wird dadurch durch den Einlaß 76 angesaugt. In der Position 79c hat der Arbeitsraum sein größtes Volumen erreicht und das in ihm enthaltene Fluid wird bei der Weiterdrehung des Rotors durch den Auslaß 78 ausgestoßen, während sich der Arbeitsraum wieder verkleinert, wie die Positionen 79d und 79e zeigen. Die Arbeitsteile 14 führen bei der Drehung des Rotors 12 Bewegungen sowohl in einer radialen als auch in einer tangentialen Ebene bezüglich des Gehäuses aus.

[0027] Fig. 7 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Rotationskolbenmaschine, die sich von der gemäß Fig.1 und 2 in erster Linie dadurch unterscheidet, daß die Leistungsteil-Steuervorrichtung nicht wie bei Fig. 1 und 2 einen polygonförmigen Steuerkörper sondern eine Pleuelstangenanordnung enthält. Gehäuse, Rotor und Rotorlagerung können so ausgebildet sein, wie bei der.Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 1 und 2. Ferner sind wie bei Fig. 1 und 2 fünf kolbenartige Leistungsteile 114a bis 140e in entsprechenden radialen Bohungen des Rotors 112 verschiebbar gelagert. Die Abdichtanordnung kann so beschaffen sein, wie es unten erläutert wurde; zur Vereinfachung ist nur ein Abdichtelement 162 für das Leistungsteil 114,c angedeutet.

[0028] Die Leistungsteile 114-b bis 114e sind jeweils über ein Pleuellager 182 und einen Lagerstift 184 mit einer um die Achse des Stiftes 184 schwenkbaren Pleuelstange 186 verbunden, ähnlich wie bei einem üblichen Hubkolbenmotor. An dem dem Pleuellager 182 abgewandten Ende ist jede Pleuelstange 186 über ein weiteres Drehlager 188 mit einer Scheibe 190 gekoppelt, die auf einem mittigen Lagerzapfen 154 drehbar gelagert ist, der wie der Lagerzapfen 54 (Fig. 1) koaxial zur Achse 132 der Rotorkammer 123 an einem in Fig. 7 nichtdargestellten Gehäusedeckel angebracht ist. Das Leistungsteil 114a ist ebenfalls über ein Lager 182 mit einem Lagerstift 184 mit einer Pleuelstange 186a verbunden, diese Pleuelstange ist jedoch durch eine nichtschwenkbare Befestigung 192 an der Scheibe 190 angebracht, z.B. eingeschraubt, so daß die Pleuelstange 186a bei einer Drehung des Rotors 112 als Mitnehmer für die Scheibe 190 dient und diese entsprechend der Drehung des Rotors um den Lagerzapfen 154 dreht.

[0029] Durch die beschriebene, zur Rotorkammer 123 zentrale _Pleuelstangenanordnung wird gewährleistet, daß die Stirnseiten der Leistungsteile ₁₁₄ in nahem, im wesentlichen gleichbleibendem Abstand an der Mantelfläche 158 der Rotorkammer entlanggeführt werden und die Dichtungsanordnung einwandfrei funktionieren kann. Auch hier hat der Rotor eine Öffnung 194 (entsprechend dem Innendurchmesser des Lagerbundes 28 in Fig. 2), die so groß bemessen ist, daß die Pleuelanordnung mit der Scheibe 190 im Inneren des Rotors montiert werden kann.

[0030] Die Pleuelstange 186a behält bei der Drehung des Rotors 112 in der Rotorkammer 123 ihre feste radiale Lage bei, während die anderen Pleuelstangen infolge der Exzentrizität der Rotorachse einerseits und der Achse der Rotorkammer sowie des Lagerzapfens 154 andererseits Pendelbewegungen ausführen.

[0031] Bei der Rotationsmaschine gemäß Fig.7 sind die Stirnseiten der leistungsteile nicht zylindrisch abgerundet, sondern keilförmig abgeschrägt. Einlaß und Auslaß für ein zu förderndes oder ein antreibendes Fluid sind in _Fig. 7 nicht dargestellt. Die Rotationskolbenmaschine gemäß Fig.7 kann wie die gemäß Fig. 1 und 2 als Vakuumpumpe oder als Verdichter betrieben werden oder bei Speisung mit einem Druckfluid als hydraulischer oder p_neu- matischer Motor arbeiten.

[0032] Die beschriebene Pleuellagerung mit der Scheibe 190 hat im Vergleich zu den bekannten Pleuellagerungen (siehe z.B. US 35 37 432 A1 und US 40 61 450 A 1), daß die Pleuelstangen nicht gekröpft oder gegabelt zu werden brauchen, so daß die Maschine flach baut, hoch belastbar ist und große radiale Leistungsteilhübe zuläßt.

[0033] Der Lagerzapfen 154 kann auch mittels eines nicht dargestellten Drehlagers, z.B. eines Wälzlagers drehbar in einer öffnung des Deckels 20 gelagert werden, wobei der Lagerzapfen fest oder ebenfalls drehbar mit der Scheibe 190 verbunden sein kann. Hierdurch kann der Lagerverschleiß bei hohen Drehzahlen verringert werden und auch beim Blockieren eines Lagers bleibt die Maschine funktionsfähig. Entsprechendes gilt auch für den Lagerzapfen 54 der Maschine gemäß Fig. 1 und 2.

[0034] Die im Vorstehenden beschriebenen Rotationsmaschinen enthielten eine im Inneren des Rotors angeordnete Leistungsteil-Steuervorrichtung. Eine wesentliche Vereinfachung läßt sich nun dadurch erzielen, daß die zwischen den Leistungsteilen und dem Rotor stattfindende-Relativbewegung außerhalbdes Rotors gesteuert wird, d.h. die Leistungsteil-Steuervorrichtung befindet sich außerhalb des Rotors, insbesondere im wesentlichen im Deckel und Boden des Gehäuses. Eine solche "äußere" Leistungsteil-Steuervorrichtung läßt sich konstruktiv einfacher realisieren als die oben beschriebene Innensteuerung, ferner läßt sich der Rotor auf beiden Seiten durch einen einfachen Wellenstummel lagern. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Außensteuerung besteht darin, daß sich auch kompliziertere Steuerprogramme realisieren lassen. Beispielsweise können die Leistungsteile bei einer Umdrehung des Rotors mehrere Hubzyklen ausführen, was insbesondere bei Verwendung der vorliegenden Rotationskolbenmaschine als Innenbrennkraftmaschine von Vorteil ist, da sich z.B. bei einer Umdrehung des Rotors die vier Arbeitstakte eines Viertaktmotors realisieren lassen. Die Außensteuerung kann insbesondere durch eine im Gehäuse angeordnete Steuerkurve bewirkt werden, die sich einfach herstellen läßt. Auch die Montage einer Rotationskolbenmaschine mit Außensteuerung ist einfacher als die einer mit Innensteuerung und die Außensteuerung ist auch weniger störanfällig.

[0035] Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer Rotationskolbenmaschine mit Außensteuerung anhand der Figuren 8 bis 14 näher erläutert.

[0036] Die Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 8 stimmt in vieler Hinsicht mit der gemäß Fig. 1 überein, die folgenden Erläuterungn werden sich daher auch im wesentlichen auf die neuen Merkmale beschränken.

[0037] Bei der Rotationskolbenmaschine gemäß Fig. 8 ist der Rotor 212 nicht nur durch einen Wellenstummel im Boden des Gehäuses gelagert, sondern durch eine durchgehende Welle 226 im Boden 218 und im Deckel 220 drehbar gelagert. Die Welle 226 läuft in Wälzlagern 234, 236. Der Ro- ' tor ist auf der Welle durch einen Keil 237 befestigt.

[0038] Der Rotor 212 (Fig. 11) enthält fünf radiale Bohrungen 213, in denen je ein im Querschnitt kreisförmiges Leistungsteil 214 radial verschiebbar gelagert ist. Die Leistungsteile 214 (Fig. 12 bis 14) weisen an ihren inneren Enden eine Bohrung 215 auf, die bei montiertem Leistungsteil in Achsrichtung verläuft und sich in der Nähe des inneren Endes des Leistungsteiles befindet. Die Bohrungen 215 nehmen jeweils einen Steuerbolzen 217 auf, dessen Enden 219 sich durch radiale Schlitze 221 des Rotors nach außen erstrecken. Im Boden 218 sowie im Deckel 220 ist jeweils eine kreisförmige, nutartige Steuerkurve 225 vorgesehen, in die die Enden 219 der Steuerbolzen 217 direkt oder über Lagerstücke 227 (Fig. 10 oder Wälzlager eingreifen.

[0039] Bei der Maschine gemäß Fig. 8 und 9 erfolgt die radiale Abdichtung der im Querschnitt kreisförmigen Leistungsteile 214 nicht wie bei Fig. 5 und 6 durch Kolbenringe, sondern durch halbringförmige Dichtungen, die in Nuten 233 eingelegt sind, welche sich im Rotor in der Nähe der äußeren Enden der Bohrungen 213 ( siehe Fig. 8 und 11) befinden. Die Enden dieser halbkreisförmigen Dichtungen liegen in Aussparungen an den Enden der kreisringsektorförmigen Dichtungstreifen 272, die ihrerseits durch nicht dargestellte Federn in Bohrungen 273 (Fig. 9) gegen die Stirnflächen der Rotorkammer gedrückt werden. Die halbringförmigen Dichtungen werden durch flache, im Nutgrund angeordnete Wellfedern gegen das Leistungsteil gedrückt.

[0040] Die Steuerkurven 225 sind konzentrisch zur Mantelfläche 258 des Gehäuses und steuern die Verschiebung der Leistungsteile, während sich der Rotor um seine exzentrische Achse 230 dreht. Das Gehäuse ist mit in Figur 11 nichtdargestellten Einlaß- und Auslaßöffnungen versehen, ähnlich wie das Gehäuse der Rotationskolbenmaschinen gemäß _Fig. 2 und die Maschine geme Fig.8 arbeitet dementsprechend ganz analog wie die oben beschriebene Maschine gemäß Fig. 1 und 2.

[0041] Figur 15 zeigt eine Figur 2 bzw. Figur 9 entsprechende Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Rotationskolbenmaschine, bei der der exzentrisch in der Rotorkammer 323 gelagerte Rotor 312 fünf Leistungsteile 314 enthält, die die Form von Flachschiebern mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt aufweisen. Die Flachschieber können mit Hohlräumen versehen sein, um das Gewicht zu verringern. Flachschieber haben gegenüber zylindrischen, kolbenartigen Leistungsteilen den Vorteil, daß sie weniger Platz benötigen. Bei gleichem Hubraum kann man die Maschine daher kleiner bauen oder man kann mehr Leistungsteile vorsehen, als es bei Verwendung von kolbenartigen Leistungsteilen möglich wäre oder man kann die Leistung der Maschine erhöhen. Die Steuerung der Verschiebung der Leistungsteile bezüglich des Rotors erfolgt durch Steuerkurven, wie es anhand von Figur ⁸ erläutert worden ist.

[0042] Die Stirnseite der als Flachschieber ausgebildeten Leistungsteile wird gegenüber der Mantelfläche 358 durch Dichtungselemente entsprechend den Dichtungselementen 60 und 62 in Fig. 1 und 2 abgedichtet. In Fig. 18 ist nur das Dichtungselement 360 zu sehen. Die Stirnseiten des Rotors werden gegenüber der Gehäuseinnenwand wieder durch kreisringsektorförmige Dichtungsstreifen 372 abgedichtet. Zur Abdichtung der ebenen Seitenflächen 329 der schieberförmigen Leistungsteile 314 dienen Dichtungsleisten 331, die axial verlaufen. Die Dichtungsstreifen 372 können an ihren Enden Aussparungen aufweisen, in die die Dichtungsleisten 331 eingreifen, um eine möglichst gute Abdichtung zu erreichen.

[0043] Die Dichtungsleisten werden durch Wellfedern an die ebenen Seitenflächen der Leistungsteile angedrückt. Die Dichtungsanordnung entspricht also im wesentlichen der der Maschine gemäß Fig. 8 bis 14.

[0044] Die Steuerung der Verschiebung der Leistungsteile bezüglich des Rotors kann durch magnetische Kräfte, insbesondere elektromagnetische Kräfte unterstützt oder bewirkt werden. Beispielsweise können, wie in Fig. 16 schematisch angedeutet ist, im Gehäusering 422 Magnetspulenwicklungen 481 angeordnet sein, die ein radiales Magnetfeld erzeugen. Die Leistungsteile 414 werden durch Fliehkräfte und/oder Federkräfte radial nach außen gegen die Mantelfläche 458 gedrückt und enthalten Permanentmagnete, die an der Mantelfläche 458 zugewandten Ende einen Pol mit dem gleichen Vorzeichen wie der von den Wicklungen 481 erzeugte Pol hat, so daß Abstoßungskräfte auftreten, die die Stirnseiten der Leistungsteile berührungsfrei und in nahem Abstand an der Mantelfläche 458 entlangführen. Der Rotor besteht in diesem Falle aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, wie Bronze. Die MagnetWicklungen im Gehäusering 422 können aus zwei Solenoidspulen bestehen, deren Windungen in Umfangsrichtung um die Rotorkammer 423 verlaufen und so gegeneinander geschaltet sind, daß bei Erregung mit einem Gleichstrom geeigneter Stärke axial in der Mitte des Gehäuseringes 422 an der Innenseite und Außenseite des Gehäuseringes 422 jeweils ein ringförmiger Magnetpol entsteht.

[0045] Zur Erzeugung eines radialen Magnetfeldes können im Gehäusering 422 aber auch eine Reihe von Wicklungsschleifen mit axial verlaufenden Leitern vorgesehen sein, ähnlich wie beim Stator eines Elektromotors. Diese Wicklungsschleifen werden jedoch so geschaltet, daß sich an der Innenseite des Gehäuseringes 422 jeweils nur Nordpole oder Südpole bilden.

[0046] Ferner können die Wicklungen im Gehäusering 422 Statorwicklungen eines Drehstrommotors bilden und beim Betrieb der Maschine als Pumpe oder Kompressor mit einem geeigneten Wechselstrom oder mehrphasigen Strom gespeist werden, so daß in der Rotorkammer 423 ein Drehfeld entsteht. Dieses Drehfeld dient zum Antrieb des Rotors, wobei entweder der Rotor und/oder die Leistungsteile mit dem Drehfeld in magnetische Wechselwirkung treten und den Läufer des Drehstrommotors bilden. Bei einer derart ausgestalteten Rotationskolbenmaschine kann ein mechanischer Antrieb des Rotors entfallen, so daß das Gehäuse bis auf den Einlaß und Auslaß völlig geschlossen ausgebildet werden kann.

[0047] Die im Gehäusering 422 erzeugten elektromagnetischen Kräfte können auch dazu verwendet werden, die Dichtelemente 460 der Leistungsteile in Berührung mit der Mantelfläche 458 zu halten. In diesem Falle werden die Leistungsteile durch eine Innen- oder Außensteuerung der oben beschriebenen Art bezüglich des Rotors gesteuert und sind aus nichtmagnetischem Werkstoff. Die Federn zum Andrücken der Dichtelemente an die Gehäuseinnenwand können dann entfallen. Die Dichtelemente bestehen aus Magnetwerkstoff, wie Ferrit, oder enthalten einen solchen.

[0048] Es ist außerdem oder zusätzlich möglich, die anhand von Fig. 8 beschriebene Aussensteuerung nicht durch Steuerkurven, sondern durch Magnetkräfte zu bewirken. Zu diesem Zwecke sind dann im Deckel oder Boden des Gehäuses, vorzugsweise in beiden, Magnetwicklungen vorgesehen, welche Magnetpole erzeugen, die wie Steuerkurven wirken und einen entsprechenden Verlauf haben. Die Leistungsteile können dann aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehen und Einsätze, z.B. ähnlich den Steuerbolzen 217 in Fig. 8 aus Magnetmaterial enthalten, die mit den Steuerkurven-Magnetpolen zusammenwirken. Die Leistungsteile können andererseits auch aus Magnetmaterial bestehen und eine solche Formgebung haben, insbesondere Vorsprünge aufweisen, die als Folgerelement für die "magnetische Steuerkurve" dienen. Der Rotor einer solchen Maschine besteht aus nichtmagnetischem Werkstoff.

[0049] Ein Querschnitt einer Rotationskolbenmaschine mit magnetischen Steuerkurven ist in Fig. 21 schematisch dargestellt. Deckel und Boden enthalten zwei koaxiale, zur Rotorkammer 523 konzentrische Solenoidwicklungen 583 und 585, zwischen den bei gleicher Polung ein ringförniger Magnetpol entsteht, der als magnetische Steuerkurve 525 für magnetische Einsatzbolzen 517 der Leistungteile 514 wirkt. Die Einsatzbolzen 517 können aus weichmagnetischem Material bestehen. Eine vorteilhafte Alternative besteht darin, die Einsatzbolzen 517 aus Permanentmagnetmaterial zu machen und so zu polen, daß sie durch magnetische Abstoßungskräfte berührungsfrei radial zwischen den Wicklungen 583, 585 gehalten werden.

[0050] In Fig. 17 sind außerdem zwei von insgesamt fünf Statorwicklungen 587 angedeutet, die im Gehäusering 522 angeordnet sind und mit dem aus gut leitendem Material, z.B. Aluminium oder Kupfer bestehenden Rotor 512 einen Induktionsmotor bilden. Der Rotor kann auch in bekannter Weise Kurzschlußwicklungen oder ein Permanentmagnetsystem enthalten.

[0051] Bei den vorliegenden Rotationskolbenmaschinen kann der Arbeitsraum-Hub, also die Volumenänderung eines Arbeitsraumes bei einer Umdrehung des Rotors dadurch veränderbar gemacht werden, daß man die Exzentrizität der Rotorachse in der Rotorkammer veränderbar macht. Bei Verwendung der vorliegenden Rotationskolbenmaschine als Pumpe oder Verdichter kann dadurch die Förderleistung auch bei konstanter Antriebsdrehzahl veränderbar gemacht werden. Die Änderung der Exzentrizität der Rotorachse kann beispielsweise so erfolgen, wie es in Fig. 18 dargestellt ist. Bei dieser-Rotationskolbenmaschine ist der Wellenstummel 26 des Rotors nicht in einem festen Drehlager im Gehäusedeckel bzw. -boden gelagert, sondern verschiebbar. Zu diesem Zweck ist bei der in Fig. 18 dargestellten Rotationskolbenmaschine im Gehäuseboden 18 ein diametral verlaufendes Langloch 41 vorgesehen, in dem ein Lagerstück 43 verschiebbar gelagert ist. Im Lagerstück 43 ist der Wellenstummel 26 des Rotors drehbar gelagert. An einer Seite des Lagerstückes 43 ist ein Gewindeblock 45 mit Innengewinde befestigt, in das eine Gewindespindel 47 eingreift, die mit einer nur schematisch dargestellten Antriebsvorrichtung 49, z.B. einem kleinen Elektromotor, gekoppelt ist. Falls der Rotor auch an der anderen Seite gelagert ist, ist dort eine ähnliche Verschiebevorrichtung vorgesehen, wobei durch eine mechanische oder elektrische Kopplung für einen Gleichlauf der Verschiebung der Lagerstücke 43 auf den beiden Seiten Sorge getragen wird. Die Rotationskolbenmaschine kann im übrigen so ausgebildet sein, wie eines der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.

[0052] In der in Fig. 18 dargestellten Stellung verläuft die 'Rotorachse 30 konzentrisch zur Rotorkammer 23, so daß sich bei einer Umdrehung des Rotors keine Volumenänderung der sich zwischen jeweils zwei Leistungsteilen be- _' findenden Arbeitsräume ergibt. Bei angetriebenem Rotor ist die Förderleistung der Rotationskolbenmaschine daher gleich Null. Verschiebt man das Lagerstück 43 durch Betätigung der Antriebsvorrichtung 49 in der einen Richtung, so nimmt die Fördermenge pro Umdrehung von Null aus bis zu einem Maximalwert zu, der der größmöglichen Exzentrizität des Rotors in der Rotorkammer 23 entspricht. Dasselbe, jedoch mit umgekehrter Förderrichtung tritt ein, wenn das Lagerstück aus der mittigen Stellung in der anderen Richtung radial verschoben wird. Man kann auf diese Weise die Förderleistung und Förderrichtung einer als Pumpe oder Verdichter arbeitenden Rotationskolbenmaschine der beschriebenen Art auch bei konstanter Antriebsdrehzahl des Rotors zwischen Null und einem positiven und negativen Maximalwert kontinuierlich verändern.

[0053] Die im folgenden anhand der Figuren 19 bis 22 beschriebenen Weiterbildungen erschließen der vorliegenden Rotationskolbenmaschine weitere Anwendungsgebiete und tragen zu einer weiteren Verbesserung der Funktionstüchtigkeit der beschriebenen Rotationskolbenmaschinen bei. Durch Verwendung einer Steuerscheibe, wie sie anhand der Fig. 19 erläutert werden wird, läßt sich der Verschleiß einer mit Außensteuerung arbeitenden Rotationskolbenmaschine der anhand von Fig. 8 beschriebenen Art erheblich verringern. Die Verwendung mindestens einer umlaufenden Brennkammer, wie sie anhand der Figuren 20 bis 22 erläutert wird, gewährleistet hohe Wirkungsgrade bei Verwendung der vorliegenden Maschine als Innenbrennkraf_tmaschine. Die anhand der gleichen Figuren erläuterte nichtkreisförmige Ausbildung des Gehäusequerschnitts ermöglicht bei einer als Viertakt-Verbrennungsmotor arbeitenden Rotationskolbenmaschine den Expansionsraum größer zu wählen als den _Kom- pressionsraum, so daß eine sehr gute Brennstoffausnutzung erreicht werden kann.

[0054] Anstelle der in Fig. 8 beschriebenen kreisförmigen Steuerkurven 225, die zur Steuerung der Verschiebung der Leistungsteile dienen, kann jeweils eine kreisringförmige - Steuerscheibe 700 verwendet werden, wie sie in Fig.19a im Axialschnitt und in Fig. 19b vereinfacht in Draufsicht dargestellt ist. Jede Steuerscheibe 700 ist in einer Ringnut entsprechend den Steuerkurven drehbar gelagert und weist kreisbogenförmige Ausnehmungen 702 für die Lagerung der Enden 719 der Lager- oder Steuerbolzen 715 der Leistungsteile auf. In Fig. 19b sind zur Vereinfachung der Zeichnung nur zwei solcher Ausnehmungen dargestellt. In den Ausnehmungen 702 sind die Enden 719 der Lagerbolzen über Kugellager 704 oder entsprechend gebogene Gleitstücke 706 so gelagert, daß sie bezüglich der Steuerscheibe 700 ein gewisses Bewegungsspiel in Umfangsrichtung haben. Die Steuerscheibe kann ferner einen radialen Schlitz 708 aufweisen, in den ein an der betreffenden Stirnseite des Rotors 712 der Maschine angebrachter Mitnehmerzapfen 701 eingreift. Die Funktion des Mitnehmerzapfens kann auch einer der Steuerbolzen übernehmen, der dann azimutal unbeweglich in der Führungsscheibe gelagert ist. Im Betrieb läuft die Steuerscheibe 700 mit dem Rotor 712, jedoch exzentrisch zu diesem um, wobei die Radialbewegung der Leistungsteile durch die in den Ausnehmungen 702 gelagerten Steuerbolzen gesteuert wird. Die Steuerbolzen (ggf. mit Ausnahme des als Mitnehmer dienenden Steuerbolzens) führen bei der Drehung der Steuerscheibe 700 infolge der Exzentrizität zwischen Rotor 712 und Steuerscheibe 700 eine gewisse Pendelbewegung um ihre aziumtale (in Umfangsrichtung gesehene) Mittellage aus, was durch die entsprechend geformten Ausnehmungen 702 ermöglicht wird.

[0055] Eine Abwandlung der beschriebenen Steuerscheibe ist in Fig. 19b rechts dargestellt. Hier hat die Steuerscheibe eine durchgehende Ringnut 702' (der Querschnitt der Steuerscheibe ist dann also etwa U-förmig). In der Ringnut 702' sind die Steuerbolzen 719 über Gleitstücke 702 (oder Kugellager 704) gelagert. Ein Steuerbolzen ist verlängert und greift in ein entsprechendes Loch im Boden der Ringnut 702' ein, so daß er als Mitnehmer wirkt. Durch die Verwendung von Steuerscheiben 700 werden die Beanspruchung und damit der Verschleiß der Leistungsteil-Steuerung erheblich herabgesetzt.

[0056] Die Tauglichkeit von Rotationsmaschinen der oben beschriebenen Art läßt sich durch weitere Maßnahmen erheblich verbessern. Erstens läßt sich durch eine nicht kreisförmige Ausgestaltung der Steuerkurve und durch eine entsprechende Gestaltung des Rotorkammerquerschnitts eine Maschine mit mehr als einem Kompressions- und/oder Expansionsraum realisieren und bei Verwendung der Maschine als Verbrennungsmotor das Verhältnis von Ansaugraum zu Arbeits- oder Expansionsraum vergrößern, so daß sich die heißen Verbrennungsgase weiter als es bisher möglich war, gegebenenfalls bis nahezu 1 bar, entspannen können, wodurch der Wirkungsgrad entsprechend verbessert wird. Eine Maschine dieser Art ist in Figur 20 dargestellt, die im wesentlichen vereinfachte Querschnittsansicht des Gehäuses zeigt. Die Rotationsmaschine enthält ferner einen in Fig. 21 nur schematisch dargestellten Rotor 712, der z.B., wie aus Fig. 22 ersichtlich ist,fünf kolben-oder schieberartige Leistungsteile enthalten kann.

[0057] Bei der in Fig. 20 bis 22 dargestellten Rotationsmaschine hat der Querschnitt der Mantelfläche 758 des ringförmigen Gehäuseteiles 722 nicht mehr die Form eines Kreises wie der Umfang des Rotors 712, sondern ist etwa eiförmig. Die Rotationskammer hat also näherungsweise die Form eines geraden elliptischen Zylinders. Diese Form wird durch zwei einander diamertral gegenüberliegende, im Querschnitt etwa sichelförmige Ausbuchtungen 751, 753 erzeugt, die vorzugsweise verschieden groß sind. Im Boden und Deckel des Gehäuses befinden sich entsprechend geformte Steuerkurven, von denen in Figur 20 eine Steuerkurve 725 dargestellt ist. Der Deckel und/oder der Boden des Gehäuses sind bei der in Fig. 20 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Rotationsmaschine außerdem mit einem zwickelförmigen Einlaßschlitz 776 und einem zwickelförmigen Auslaßschlitz 778 versehen, die sich an dem einen Paar der einander zugewandten Enden der sichelförmigen Ausbuchtungen 751 bzw. 753 befinden.

[0058] Der in Fig. 21 und 22 perspektivisch bzw. im Querschnitt dargestellte kreisscheibenförmige Rotor 712 enthält bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Rotationsmaschine fünf kolben- oder schieberartige Leistungsteile 714, die gegenseitige Abstände von 72° haben.und von denen in Fig. 22 unten nur eines dargestellt ist. Läßt man die unterschiedlichen Größen der Ausbuchtungen außer Betracht, so befindet sich die Achse 130 des Rotors .in der Mitte der Rotorkammer. Die Leistungsteile sind in entsprechenden Bohrungen 727 des Rotors verschiebbar gelagert. Die Abdichtanordnung für die Leistungsteile und den Rotor ist nicht näher dargestellt, sie kann in an sich bekannter Weise oder wie oben erläutert ausgeführt sein.

[0059] Die Leistungsteile 714 werden von Steuerbolzen 717 durchsetzt, deren Enden in den Steuerkurven 725 geführt sind, wie anhand von Fig. 8 erläutert worden ist.

[0060] Bei der vorliegenden Ausführungsform der Rotationsmaschine ist der Rotor 712 in seiner zylindrischen Seitenfläche 7₁2a zwischen jeweils zwei Leistungsteilen mit einer Brennkammer 755 versehen. Von jeder Brennkammer erstrecken sich zwei axial versetzte Vertiefungen 761, die Strömungskanäle zu den benachbarten Bohrungen 727 bilden und eine relativ geringe Tiefe haben können. Die Brennkammern 755 sind vorzugsweise etwa halbkugelförmig, wie aus dem Querschnitt in Fig. 22 ersichtlich ist. Jede Brennkammer 755 kann mit einer Zündkerze 757 versehen sein, die in einer schrägen Bohrung sitzt und mit einem zugehörigen Verteilerkontakt verbunden ist. Die Verteilerkontakte befinden sich auf der einen ebenen Stirnfläche des Rotors 712 und arbeiten in an sich bekannter Weise mit einem nichtdargestellten Gegenkontakt zusammen, der sich an der Innenseite des Gehäusedeckels befindet und mit einer Zündspule verbunden ist.

[0061] Die Rotationsmaschine gemäß Fig. 20 bis 22 arbeitet ähnlich wie ein Zehnzylinder-Viertaktmotor, wie im folgenden erläutert werden soll.

[0062] Die fünf Leistungsteile 714 sind in Fig. 20 nur durch ihre die Rotorachse 730 schneidenden strichpunktiert gezeichneten Mittelebenen versinnbildlicht. Der Rotor soll sich in Uhrzeigerrichtung drehen. Zwischen jeweils zwei Leistungsteilen wird ein Arbeitsraum 779, zu dem eine Brennkammer 755 gehört, gebildet. Zu einem Arbeitsraum gehören auch noch die azimutalen (in Umfangsrichtung verlaufenden) Vertiefungen 761, die sich von der Brennkammer bis zu den die Leistungsteile enthaltenden Bohrungen 727 erstrecken. Wenn sich zwei Leistungsteile in den Positionen I bzw. II befinden, hat der zwischen ihnen eingeschlossene Arbeitsraum ein minimales Volumen entsprechend dem oberen Totpunkt bei einem Kolbenmotör. Dreht sich nun der Rotor in Uhrzeigerrichtung weiter, so beginnt das in Drehrichtung vordere Leistungsteil in die zwickelartige Ausbuchtung 752 einzutreten und läuft über den Einlaßschlitz 776; der Ansaugtakt beginnt. Wenn die Leistungsteile die Positionen III bzw. IV erreicht haben, hat das Volumen des betrachteten Arbeitsraumes ein erstes Maximum entsprechend dem unteren Totpunkt der Ansaugtakt ist beendet und es beginnt nun der Kompressionstakt, während dessen sich die betrachteten Leistungsteile in Positionen V und VI bewegen. In den letzterwähnten Positionen, die wieder dem-oberen

[0063] Totpunkt bei einem Kolbenmotor entsprechen, hat das Volumgen des betrachteten Arbeitsraumes wieder ein Minimum, der Kompressionstakt ist beendet und es erfolgt die Zündung (bezüglich Früh- oder Spätzündung liegen ähnliche Verhältnisse wie bei einem Kolbenmotor vor).

[0064] Beim Weiterdrehen des Rotors vergrößert sich das Volumen des betrachteten Arbeitsraumes, was dem Expansions- oder Arbeitstakt entspricht. In den Positionen VII und VIII der betrachteten Leistunasteile hat der Arbeitsraum sein größtes Volumen und beim Weiterdrehen wird der Aüslaßschlitz 778 freigegeben. Es folgt nun der Auspufftakt, bei dem die Verbrennungsprodukte durch den Auslaßschlitz 778 in den Auspuff gefördert werden. Der Auspufftakt ist beendet, wenn die betrachteten Leistungsteile wieder ihre Anfangsstellung in den Positionen I bzw. II erreichen.

[0065] Der beschriebene Zyklus wird von allen fünf Arbeitskammern nacheinander durchlaufen. Bei einer Umdrehung des Rotors finden also fünf vollständige Viertaktzyklen statt. Hierdurch ergeben sich ein hohes Leistungsgewicnt und ein ruhiger Lauf.

[0066] Dadurch, daß die Ausbuchtung 752, die in das Volumen des _Ansaugraumes eingeht, kleiner gewählt ist als das Volumen der Ausbuchtung 751, die in das Volumen des Expansions- oder Arbeitsraumes eingeht, läßt sich einesehr weitgehende Expansion z.B. bis etwa Atmosphärendruck, erreichen, was einen hohen Wirkungsgrad zur Folge hat, da die Verbrennungsgase sehr weitgehend entspannt werden können.

[0067] Die Rotationsmaschine gemäß Fig. 20 bis 22 läßt sich auf verschiedene Weise abwandeln. Beispielsweise können die in jeder Brennkammer 755 des Rotors vorgesehenen Zündkerzen 757 durch eine einzige Zündkerze 757' ersetzt werden, die sich in der Wandlung des Gehäuses befindet und so angeordnet ist, daß sie mit dem das komprimierte Gas enthaltenden Arbeitsraum kommuniziert.

[0068] Die Rotationsmaschine gemäß Fig. 20 bis 22 kann selbstverständlich auch als Dieselmotor betrieben werden, wobei dann die Zündkerzen 757 oder 757' durch Glühkerzen ersetzt werden.

[0069] Es ist ferner möglich, mit Direkteinspritzung des Brennstoffes zu arbeiten, was insbesondere bei einem nach dem Dieselprinzip arbeitenden Motor von Vorteil ist. In diesem Falle kann in jedem Arbeitsraum insbesondere in jeder Brennkammer 755 eine Einspritzdüse 789 münden, die über ein geeignetes Leitungs- und Verteilersystem von einer Einspritzpumpe mit Kraftstoff versorgt wird, z.B. über eine Hohlwelle 726, die eine radiale Bohrung 791 hat, welche bei der Drehung des Rotors um die im wesentlichen feststehende Hohlwelle die Verteilerfunktion für den Brennstoff ausübt.

[0070] Es kann auch eine einzige im Gehäusering 722 angeordnete Einspritzdüse 789' verwendet werden.

[0071] Die Brennkammern 755 können auch sowohl mit einer Zündkerze 757, als auch mit einer Einspritzdüse 789 versehen sein, wie in Fig. 22 links unten schematisch dargestellt ist.

[0072] Wenn die beschriebene Rotationsmaschine als Verbrennungsmotor ohne Direkteinspritzung des Kraftstoffes in die Arbeitskammern betrieben wird, ist der Einlaßschlitz 776 selbstverständlich mit einem Vergaser oder einer Saugrohr-Einspritzvorrichtung verbunden.

[0073] Die Kraftstoffverbrennung kann auch in einer Außenbrennkammer 771 erfolgen, die unabhängig vom Motor Druckgas liefert. Bei einem Motor der anhand der Figuren 20 und 22 beschriebenen Art entfallen dann die Brennkammern 755 und es sind zwei weitere Schlitze 767, 769 vorgesehen, die mit dem Einlaß bzw. Auslaß der Außenbrennkammer 771 verbunden sind. Die Rotationsmaschine saugt dann durch den Einlaßschlitz 776 Luft an, die durch den Schlitz 767 in die nur schematisch dargestellte Außenbrennkammer 711 gefördert wird. Der Außenbrennkammer 771 wird ferner Brennstoff über einen Einlaß K zugeführt. Die in der Außenbrennkammer 771 erzeugten Verbrennungsgase werden dem als Einlaßschlitz dienenden Schlitz 769 zugeführt und expandieren in dem den Zwickel 751 durchlaufenden Arbeitsraum bis sie durch den Auslaßschlitz 778 ausströmen können. Die Verbindungsleitungen zwischen den Schlitzen 767, 769 und der Außenbrennkammer 771 können Ventile 775, 777 enthalten, um das Ein- und Ausströmen von Gas in die bzw. aus der Außenbrennkammer 771 sicher steuern zu können.

[0074] Die Ventile können im allgemeinen aus einfachen Rückschlagklappen bestehen oder in üblicher Weise gesteuert werden.

[0075] Wenn eine Druckmittelquelle, z.B. ein Dampferzeuger, eine Druckluft- oder Druckölquelle und dgl., zur Verfügung steht, der keine von der betreffenden Rotationsmaschine selbst geförderte oder komprimierte Verbrennungsluft benötigt, kann die Maschine gem. Fig. 20 so betrieben werden, daß jeweils zwei Arbeitskammern gleichzeitig im _Arbeits- (Expansions-) Takt bzw» im Auspuff takt arbeiten. In diesem Falle wird dann sowohl dem Schlitz 776 als auch dem Schlitz 769 Druckmittel zugeführt.

[0076] Der Rotor kann auch mehr oder weniger als fünf LeiStungsteile enthalten. Eine ungerade Anzahl von Leitungsteilen, z.B. fünf, ist im allgemeinen einer geraden Anzahl vorzuziehen, da dann die Arbeitstakte besser gegeneinander versetzt sind und sich ein gleichmäßigerer Lauf als bei einer geraden Anzahl von Leistungsteilen ergibt.

[0077] Es war in Verbindung mit Fig. 17 bereits erwähnt worden, daß der An- oder Abtrieb der Maschine, wie beschrieben, auch auf elektromagnetische Weise erfolgen kann, indem der Rotor als Anker bzw. Kurzschlußläufer und das Gehäuse als Stator einer rotierenden elektrischen Maschine ausgebildet sind. Dies ist besonders bei Verwendung der vorliegenden Maschine als Pumpe für agressive oder gefährliche Fluide zweckmäßig. Die Statorwicklung kann auch im Boden und Deckel des Gehäuses angeordnet sein und der Rotor ist dann nach Art eines Scheibenläufers ausgebildet.

[0078] Wenn die vorliegende Rotationskolbenmaschine als Arbeitsmaschine ausgebildet ist, kann ihr die erzeugte Arbeit ganz oder teilweise durch einen integrierten elektromagnetischen Generator entnommen werden, der ähnlich wie die oben erwähnte elektromotorischen Antriebsmaschinen ausgebildet sein kann.

[0079] Eine Rotationskolbenmaschine der in Fig. 20 dargestellten Art mit zwei(oder mehreren) Ausbauchungen 751, 752 unterschiedlicher Größe läßt sich auch in vorteilhafter Weise für mehrstufige Prozesse verwenden. Beispielsweise kann in der Maschine gemäß Fig. 20 ein von einer äußeren Druckmittelquelle geliefertes kompressives Druckmittel (z.B. Dampf) in zwei Stufen unter Arbeitsleistung entspannt werden. Das Druckmittel wird in diesem Falle durch den Einlaß 776 eingespeist und in der kleineren Kammer 752 teilweise entspannt.

[0080] Das teilweise entspannte Druckmittel tritt durch den Auslaß 767 aus und wird (gegebenenfalls nach Zwischen- überhitzung) in den Einlaß 769 eingespeist. Die zweite _Entspannungsstufe findet nun in der größeren Kammer oder Ausbauchung 751 statt und das zweistufig entspannte Druckmittel tritt aus dem Auslaß 778 aus.

[0081] Ganz analog kann die Maschine gemäß Fig. 20 auch als zweistufiger Verdichter betrieben werden. Das zu verdichtende Fluid wird in diesem Falle der öffnung 769 zugeführt. Die erste Verdichtungsstufe findet in der größeren Kammer oder Ausbuchtung 751 statt. Das vorverdichtete Druckmittel tritt aus der öffnung 778 aus und wird der öffnung 776 zugeführt, worauf es in der kleineren Kammer oder Ausbauchung 752 einer zweiten Verdichtungsstufe unterworfen wird. Das zweistufig verdichtete Druckmittel tritt dann aus der öffnung 767 aus.

[0082] Eine Rotationskolbenmaschine der anhand der Fig.20 bis 22 erläuterten Art kann selbstverständlich auch mehr als zwei Ausbuchtungen entsprechend den Ausbuchtungen 751 und 752 aufweisen, die gleich oder unterschiedlich groß bemessen sein können, so daß man dann noch mehr Arbeitstakte oder Expansions- bzw. Kompressionsstufen zur Verfügung hat.

[0083] Der Fachmann wird erkennen, daß sich die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch noch in anderer Weise abwandeln lassen und daß bestimmte Merkmale, die bei einem Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen anwendbar sind.

Ansprüche

1. Rotationskolbenmaschine mit

a) einem Gehäuse (10), das eine Rotorkammer (23) bildet, welche durch eine Gehäuseinnenwand begrenzt ist,

b) einem in der Rotorkammer (23) um eine Achse (30) drehbar gelagerten Rotor (12),

c) einer Anzahl von kolben- oder schieberartigen Leistungsteilen (14), die im Rotor (12) radial verschiebbar gelagert sind,

d) einer Abdichtanordnung (60, 62, 72) zum gleitenden Abdichten der Leistungsteile (14), des Rotors (12) und der Rotorkammer (23) in bezug aufeinander und

e) einer Leistungsteil-Steuervorrichtung, die bei einer Drehung des Rotors (12) in der Rotorkammer (23) eine zwangsweise Verschiebung der Leistungsteile (14) bezüglich des Rotors (12) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Anzahl der im Rotor (12) verschiebbar gelagerten Leistungsteile (14) größer als 2 ist, und daß

g) die Leistungsteil-Steuervorrichtung ein polygonförmiges Steuerteil (16) enthält, das um eine zur Rotorkammer (23) konzentrische Achse (32) drehbar gelagert und mit den Leistungsteilen (14) gekoppelt ist (Fig. 1 und 2).

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (16) einen polygonförmigen Bund (56) aufweist, mit dem die Leistungsteile (14) in Radialrichtung im wesentlichen unbeweglich, in Umfangsrichtung jedoch verschiebbar gekoppelt sind.

3. Rotationskolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei der

f) die Anzahl der im Rotor (112) verschiebbar gelagerten Leistungsteile (114) größer als 2 ist, und daß

g) die Leistungsteil-Steuervorrichtung Pleuelstangen (186) enthält, deren den Leistungsteilen abgewandte Enden um eine zur Rotorkammer (123) koaxiale Achse (132) drehbar gelagert sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

h) das dem zugehörigen Leistungsteil (114a) abgewandte Ende einer Pleuelstange (186a) drehfest an einer Scheibe (₁₉4) angebracht ist, welche um die Achse (132) der Rotorkammer (123) drehbar gelagert ist, und daß

i) die den zugehörigen Leistungsteilen (114,...) abgewandten Enden der übrigen Pleuelstangen (186b,...) an der Scheibe (194) schwenkbar gelagert sind (Fig. 8).

4. Rotationskolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsteil-Steuervorrichtung (219, 225) im wesentlichen außerhalb des Rotor angeordnet ist.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsteil-Steuervorrichtung mindestens eine im Gehäuse (10) angeordnete Steuerkurve (225) enthält.

6. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsteil-Steuervorrichtung ein Magnetsystem enthält, das die Funktion einer Steuerkurve ausübt.

7. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-kennzeichnet, daß die Rotorkammer die Form eines Kreiszylinders hat, und daß der im wesentlichen kreisscheibenförmige Rotor um eine zur Achse der Rotorkammer exzentrische Achse drehbar gelagert ist.

8. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorkammer einen nichtkreisförmi^gen Querschnitt hat und daß die Leistungsteil-Steuervorrichtung so ausgebildet ist, daß sie bei einer Umdrehung des Rotors in der Rotorkammer mehr als einen Hubzyklus der Leistungsteile im Rotor bewirkt.

9. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-net, daß das Gehäuse (510 ) und der Rotor (512 ) eine elektromagnetische Vorrichtung ( 587) entsprechend einer Wechselstrommaschine enthalten.

10. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Rotorkammer näherungsweise die Form eines Kreises mit mindestens zwei sichelförmigen Ausbauchungen (751, 752) hat und daß die Ausbauchungen (751, 752) unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen.

11. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-net, daß am Umfang des Rotors (712) zwischen jeweils zwei Leistungsteilen (714) eine Brennkammer (755) vorgesehen ist.

12. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Brennkammer (755) mindestens eine der folgenden Vorrrichtungen enthält:

a eine Zünd- bzw. Glühkerze (757);

B eine Brennstoff- Einspritzvorrichtung (789).

Zeichnung