AT277670B

AT277670B - Heißgas-Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: AT277670B
Application number: AT1075267A
Authority: AT
Inventors: Eugen Wilhelm Dr Huber
Original assignee: Eugen Wilhelm Dr Huber
Priority date: 1967-11-29
Filing date: 1967-11-29
Publication date: 1970-01-12

Description

Heissgas-Drehkolbenmaschine
Unter einer Heissgas-Drehkolbenmaschine soll im Zusammenhang mit der gegenständlichen Erfindung nicht nur ein Heissgasmotor, sondern auch eine Kältemaschine und eine Wärmepumpe verstanden werden.

Eine Drehkolbenmaschine hat gewöhnlich folgende Merkmale : a) Sie umfasst einen Drehkolben, einen Ringläufer und ein äusseres Gehäuse ; b) der Drehkolben ist walzenförmig ausgebildet mit zwei zueinander parallelen Wänden, er hat im
Querschnitt Trochoiden-Form, der Drehkolben ist fest mit einer Welle verbunden, die im Zentrum der Trochoide angreift ; c) der Ringläufer ist aussen zylinderförmig geformt, so dass er eine Drehachse aufweist ; er besitzt einen Innenraum zur Aufnahme des Drehkolbens ; der Innenraum ist durch zwei mit Zentrierbohrungen versehenen Wänden oder Seitenteilen abgeschlossen ; d) der Drehkolben ist innerhalb des Ringläufers angeordnet, wobei die parallelen Wände die Seitenteile berühren und zwei innerhalb des Ringläufers untergebrachte Arbeitsräume gebildet sind ;

e) die Welle des Drehkolbens ist bezüglich der Achse des Ringläufers exzentrisch angeordnet ; f) ein auf der Achse des Ringläufers und der Welle des Drehkolbens sitzendes Getriebe führt den Drehkolben und den Ringläufer in gleichsinniger Bewegung, wobei die Drehzahl des Drehkolbens höher ist und im festen Verhältnis (n+1) : n zur Drehzahl des Ringläufers steht ; g) der Innenraum des Ringläufers ist als Hüllfigur der Trochoide des Drehkolbens ausgebildet, die bei der Drehung des Drehkolbens und des Ringläufers entsteht ; h) das äussere Gehäuse weist eine zylindrische Aussparung zur Aufnahme des Ringläufers sowie Lagerdeckel zur Lagerung der Welle des Drehkolbens auf.

Durch die britische Patentschrift Nr. 637, 000 ist die Kopplung von einem getrennten Kompressionsund einer Expansionsmaschine bekannt, bei der das Arbeitsmittel zwischen den Maschineneinheiten hinund herströmt. Hiebei entstehen Schwierigkeiten bezüglich der Festlegung der Steuerzeiten und der Kleinhaltung der Drosselverluste.

Durch die deutsche Patentschrift Nr. 747607 ist bereits ein Ringraum in Verbindung mit einem umlaufenden Verdrängungskörper und einer Zylinder- Kolben-Einheit als atmendem Arbeitsraum bekannt.

Der Verdrängungskörper schiebt das Arbeitsmedium nacheinander in einem gekühlten und einen beheizten Bereich.

Diese Maschine weist neben den Nachteilen der Hubkolbenmaschine mit unstetiger Bewegung besondere Nachteile bezüglich der Verbindung des Arbeitsraumes mit dem Ringraum auf.

Es ist ferner bekannt, (schweizerische Patentschrift 338326) einen Drehkolbenverbrennungsmotor mit einem Heissluftmotor zu vereinen, bei dem ein Kompressor einerseits Kühlgebläse für den Drehkolbenverbrennungsmotor, anderseits Luftverdichter für den Heissluftmotor ist. Es wird also ein offener Kreisprozess in zwei Maschinenteilen verwirklicht.

Heissgas-Drehkolbenmaschinen, bei denen in einer Maschineneinheit ein geschlossener thermodynamischer Kreisprozess verwirklicht wird, sind bisher nicht bekannt : Es ist deshalb Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, eine Heissgas-Drehkolbenmaschine zu schaffen, bei der in einer Maschineneinheit ein geschlossener thermodynamischer Kreisprozess verwirklicht werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass den Arbeitsräumen dadurch Wärme im Sinne eines geschlossenen thermodynamischen Kreisprozesses zu- und abgeführt ist, dass das Gehäuse Kanäle zur Führung von heissem und kühlem Medium sowie Wärmetauscher zwischen den Kanälen nud Öffnungen der Arbeitsräume aufweist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Heissgas-Drehkolbenmaschine nach der Erfindung ; Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 1 ; Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 ; Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines Heissgas-Drehkolben- motors nach der Erfindung ;

Fig. 5 einen Längsschnitt entlang der Linie V-V nach Fig. 4 ; Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Heissgas-Drehkolbenmaschine ; Fig. 7 bis 9 bestimmte Phasen des Zu-

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nach der Ausführungsform der Fig. 1-3 fest mit dem ruhenden Gehäuse verbundene Deckel 35 und 37 vorgesehen sind, werden nunmehr Lagerdeckel 87 und 89 vorgesehen, welche bezüglich der Achse 15 des Ringläufers 9 schwenkbar angeordnet sind und die mittels eines Bügels 91 miteinander verbunden sind. Die Zahnräder 51, 53 sitzen auf einer Welle 93, die im Deckel 87 gelagert ist. Die Deckel 87 und 89 sind in bei 95, 97 ausgedrehten Wangen oder Flanken des ruhenden Gehäuses schwenkbar gelagert.

Die Verschwenkung erfolgt über ein Zahnrad oder der Bügel 91 wird mittels einer Stange verschoben.

Werden die Deckel 87 und 89 verschwenkt, dann rollen die Zahnräder 51, 53 auf den entsprechenden Zahnrädern 41 und 47 ab, so dass die Zuordnung des Drehkolbens 1 zum Ringläufer 9 bezüglich der nicht dargestellten beheizten bzw. gekühlten Stellen sich ändert. Dadurch ist eine Regelung in gleicher Weise möglich, wie dies im Zusammenhang der Fig. 1-3 geschildert wurde.

In Fig. 10 ist eine Ausführungsform einer Heissgas-Drehkolbenmaschine gezeigt, bei welcher der Dreh-
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expandierenden bzw. kontraktierenden Räumen Wärme- zu- bzw. abgeführt, wobei die Wände 111 den Wärmeaustausch besorgen. Wird durch den Kanal 113 ein heizendes und durch den Kanal 115 ein kühlendes Medium geschickt, dann arbeitet die Maschine als Motor.

In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform einer Heissgas-Drehkolbenmaschine dargestellt. Diese entspricht bezüglich der Ausbildung des Drehkolbens und des Ringläufers der Ausführungsform nach Fig. 1-3. Das schematisch gezeichnete ruhende Gehäuse 132 weist einen Kanal 121 für heisses Medium auf, wobei eine gerippte Wand 123 den Wärmeaustausch zu dem sich ausdehnenden Raum 25 bewerk-
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der Arbeitsraum 27 seine grösste Lage innehat. In dieser Lage wird die heisse Ladung des Arbeitsraumes 27 durch kalte Ladung ersetzt, wie es die Pfeile im Arbeitsraum 27 und in den Spülkanälen 117 und 119 zeigen.

Bei weiterer Drehung des Drehkolbens 1 und des Ringläufers 9 gelangt der Arbeitsraum 25 in den Bereich der aufheizenden Wand 123, so dass sich der Druck im Arbeitsraum 25 vergrössert, was zum Antrieb des Drehkolbens 1 führt.

Als Arbeitsmedium in den Arbeitsräumen 25 und 27 wird man bei der Ausführungsform nach Fig. 11 im allgemeinen Luft verwenden, während bei den andern Audführungsformen (Fig. 1 bis Fig. 10) neben Luft auch Wasserstoffgas, Helium, ein Nassdampf oder ein anderes bekanntes Gas verwendet werden kann.

Bei der Verwendung von Nassdampf führen Verdampfungs- und Kondensationseffekte zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen den Arbeitsräumen 25 und 27 einerseits und den Heiz- bzw. Kühlkanälen anderseits.

Als solcher Nassdampf kommt Methylalkohol (CHOH) in Betracht.

Die Heissgas-Drehkolbenmaschine nach der Erfindung vereinigt die Eigenschaften der HeissgasMaschinen, welche bekanntlich bezüglich des verwendeten Kraftstoffes unempfindlich sind und keinen Auspufflärm verursachen, mit den Vorteilen der Drehkolbenmaschine, welche bekanntlich nur stetige Bewegungen und keine freien Massenkräfte aufweist. Darüber hinaus hat sie ein relativ hohes Verdichtungs-
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grosseHubkolbenmaschine. Die Abdichtung der Arbeitsräume nach aussen ist auf eine Wellenabdichtung beschränkt und kann sogar völlig vermieden werden, wenn der neue Heissgas-Drehkolbenmotor zum Antrieb eines Generators verwendet wird, der zusammen mit dem Motor in einer hermetisch geschlossenen Kapsel untergebracht ist.

Ein solches Aggregat kann als Ladeaggregat in Batteriefahrzeugen dienen, deren Leistung bekanntlich im Bereich von 5 bis 20 PS liegen kann. Das die Heissgas-Drehkolbenmaschine verlassende Abgas kann zudem für die Wagenheizung verwendet werden, wobei bemerkenswert ist, dass eine stetig brennende Flamme zur Erzeugung des Heizgases geräuscharm und giftfrei betrieben werden kann.

Aus diesem Grunde eignet sich die Heissgas-Drehkolbenmaschine auch als Bootsmotor, wobei bemerkenswert ist, dass eine rasche Anpassung der Motorleistung an den geforderten Fahrzustand, also z. B. von Höchstleistung auf Bremsen, möglich ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Heissgas-Drehkolbenmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass den Arbeitsräumen (25, 27; EMI3.4 <Desc/Clms Page number 4>

2. Heissgas-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher aus wärmedurchlässigen Wänden (61, 63) des Gehäuses (29) bestehen.

3. Heissgas-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (29) einen zylindrisch ausgebildeten Käfig (55) aufweist, der den Innenraum zur Aufnahme des Ringläufers (9) sowie zwei radiale Aussparungen (57, 59) besitzt, und dass die Wärmetauscher aus wärmedurchlässigen Wänden (61, 63) bestehen, die in den radialen Aussparungen (57, 59) des Käfigs (55) sitzen.

4. Heissgas-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrisch ausgebildete Käfig (55) an seinem Umfang eine Verzahnung (67) aufweist, in welche ein drehbares Zahnrad (69) eingreift.

5. Heissgas-Drehkolbenmaschine nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Deckel (87, 89) im ruhenden Gehäuse (29) schwenkbar gelagert sind, dass das Getriebe zur Verknüpfung EMI4.1 tauscher aus radial gerippten, ruhenden Wänden (77) und aus radialen Rippen (79) des Ringläufers bestehen, die in den Nuten zwischen den Rippen (77) geführt sind.

7. Heissgas-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher aus verrippten Wänden (63) bestehen, die als vorgefertigte Teile in das ruhende Gehäuse eingesetzt sind und austauschbar sind.

8. Heissgas-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse Spülkanäle (117, 119) aufweist, und Mittel zur Beförderung von kühlen Medien durch diese Spülkanäle und den Arbeitsraum (25, 27) in seiner Stellung des grössten Volumens.

9. Heissgas-Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkolben (1) eine einbogige Trochoide und der Innenraum des Ringläufers (9) eine 8-förmige Hüllfigur darstellt.