DE1751091A1 - Drehkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine nach Patent (Aktenzeichen Sch 40 675 Ia/14b), bestehend aus einem Gehäuse, dessen Mantelinnenfläche die Form mehrerer im Querschnitt sich überschneidender Kreiszylinder hat, und Stirnteilen, sowie mit zwei oder mehreren im Kämmeingriff stehenden parallelachsigen schraubenförmigen Drehkolben, die mit den Gehäuseteilen bei einer Drehbewegung sich ändernde Verdrängungsräume bilden, die dabei mit einem eine Zündeinrichtung enthaltenden Raum verbunden sind. Dabei können die miteinander im Eingriff stehenden Drehkolben dasselbe schraubenförmige Profil aufweisen, doch wird ihnen gewöhnlich ein voneinander abweichendes Profil gegeben.

Derartige Drehkolbenmaschinen sind als Schraubenpumpen, Pfeilrad-Druckluftmotoren, insbesondere aber als Schraubenverdichter und Entspannungsmaschinen Bauart Lysholm, bekannt geworden.

Es sind nach der deutschen Patentschrift 478 965 aber auch schon Drehkolben-Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen stirnradartig ineinandergreifende, mit Schräg- oder Winkelzähnen versehene Läufer (noch kein Lysholmprofil) verwendet werden, wobei ein Gemisch in eine Verdichterkammer gedrückt, hier gezündet wird um sich erst dann in einem Motorteil zur Arbeitsleistung auszudehnen. Eine praktische Bedeutung haben solche Maschinen nicht erlangt.

Drehkolbenmaschinen mit Schraubenrädern entsprechend Bauart Lysholm wurden in der Deutschen Patentschrift 858 448 als Gaskraftmaschinen mit einem Verbrennungsverfahren, ähnlich einer Gleichdruck-Gasturbine, vorgeschlagen. Die mit Rücksicht auf einen guten Wirkungsgrad wünschenswert hohen Verbrennungstemperaturen auf der Einlaßseite des Motorteiles können aber bei den Eigenschaften der heute üblichen Materialien unter besonderer Berücksichtigung der Laufspiele dieser Maschinenart nicht dauernd zugelassen werden.

Durch praktische Erfahrung ist bekannt, daß außer anderen Einflüssen, wie z.B. des Arbeitsdruckes, im weit überwiegenden Maße durch Wärmespannungen entstehende Verwerfungen von Rotoren und Gehäuse die sichere Funktion dieser Bauarten beeinträchtigen. Insbesondere ist dabei aber das durch die adiabatische oder polytropische Expansion des Arbeitsmittels entstehende Temperaturgefälle in allen vorgenannten Maschinen nur in Grenzen tragbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Verdrängungsräume bildende Drehkolbenmaschinen als Verbrennungskraftmaschinen so zu betreiben, daß ungleichmäßige Temperaturverteilungen in den aktiven Maschinenteilen und infolgedessen ungleichmäßige Laufspiele verhindert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung die nach Einleitung einer Drehbewegung sich vergrößernden Verdrängungsräume gleichzeitig oder nacheinander mit den Zuleitungen für gasförmige Arbeitsmittel und den Zuleitungen für gesteuerte Kraftstoffzufuhr, dann unmittelbar mit den Zündeinrichtungen, die nach Abschluß der Verdrängungsräume von den Arbeitsmittelzuleitungen durch die Gehäuseteile eine Verbrennung der Kraftstoffe auslösen und schließlich mit den Austrittsöffnungen verbunden, wobei in an sich bekannter Weise mindestens der eine Drehkolben im Querschnitt gesehen Rippen mit konvexem Profil hat, die zum größten Teil außerhalb des Teilkreises liegen und zumindest einer der anderen Drehkolben im Querschnitt gesehen Rippen mit konkaven Profil besitzt, die zum größten Teil innerhalb des Teilkreises liegen.

Auf diese Weise ergibt sich ein Dreitaktverfahren, bei dem das Arbeitsmittel von den Verdrängungsräumen angesaugt, der zugeführte Kraftstoff pulsierend gezündet und verbrannt, durch den sich anschließenden Entspannungsvorgang die Maschine angetrieben und danach von den Drehkolben das Arbeitsmittel wieder ausgestoßen wird. Die vorteilhaften Eigenschaften der Schraubendrehkolbenmaschinen (wie Selbstreinigungseffekt, Schluckfähigkeit für inkompressible Medien und einfacher mechanischer Aufbau ähnlich einer Turbomaschine) werden so mit den Vorteilen eines pulsierenden, motorischen Arbeitsverfahrens bei Verbrennungskraftmaschinen verbunden, indem die thermisch hochbelasteten Maschinenteile wie Rotoren und Gehäuse Pausenzeiten erhalten. Auf diese Weise kann sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb und zwischen diesen Teilen einstellen, womit die Einhaltung der Laufspiele erreicht wird.

Mit besonderem Vorteil enthält die Zündeinrichtung Laserstrahler, so daß der Kraftstoff allseitig vom Zentrum der Verdrängungsräume von einer Zündlinie oder -fläche aus abbrennt. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Kraftstoff durch Ansaugung und/oder Einblasung und/oder Einspritzung zuführbar ist. Durch die hohe Absorption der Laserstrahlung eignet sich Kohlenstaub oder Kohle-Wasser-Emulsion sehr gut als Kraftstoff, aber auch Wasserstoff mit seinen hohen Verbrennungsgeschwindigkeiten kann genutzt werden. Eine andere Möglichkeit zur Zündung ist eine elektrische Funkenstrecke, die in vorteilhafterweise unmittelbar dem von den schraubenförmigen Drehkolben durchlaufenden Raum zugeordnet ist.

In einfacher Weise ist vor, während oder nach der Zündung eine Innenkühlung möglich, indem die Verdrängungsräume an Kühlmittel zuführende Leitungen angeschlossen sind, wobei eine evtl. Kühlflüssigkeit auch gleichzeitig die Aufgabe einer Dichtflüssigkeit übernimmt.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird der als Verbrennungskraftmaschine arbeitenden Drehkolbenmaschine vorteilhafterweise ein Verdichter vorgeschaltet. Eine konstruktive Vereinfachung kommt hinzu, wenn der Verdichter ein Schraubenverdichter ist und dieser zusammen mit der Drehkolbenmaschine eine Baueinheit mit gemeinsamen Wellen bildet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Drehkolbenmaschine als ein Aggregat mit mehreren Verdichtern, die in an sich bekannter Weise auch als Entspannungsstufen arbeiten, auf mehreren oder einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Auf diese Weise werden Teile des Aggregates als Motoren für sich arbeitsfähig.

Um Axialschübe auszugleichen, können dabei diese Aggregate schraubenförmige Drehkolben mit Abschnitten entgegengesetzter Steigung - nach der Art einer Pfeilradverzahnung - erhalten, wobei das Gehäuse Öffnungen hat, die jeweils mit den in den Abschnitten gebildeten Verdrängungsräumen in Verbindung stehen. Durch diese Öffnungen wird das Arbeitsmittel zugeführt oder abgeleitet.

Insbesondere bei Verwendung der Drehkolbenmaschine als ein Aggregat mit mehreren Entspannungsstufen entstehen bei der Innenkühlung mit Flüssigkeiten Gas-Dampf-Gemische (z.B. Verbrennungsluft-Wasserdampf). Eine Erweiterung des Erfindungsgedankens besteht darin, die Gas-Dampf-Gemischanteile in Abhängigkeit von Druck und/oder der Temperatur auf der Einlaßseite und/oder Temperatur auf der Auslaßseite einer nachgeschalteten Entspannungsstufe mengenmäßig zu verändern. Auf diese Weise kann die Kondensation von Dampfanteilen erreicht werden. Die entstehende Flüssigkeit verbessert die Abdichtung und die freiwerdende Kondensationswärme vergrößert das Arbeitsvermögen des verbleibenden Gases.

Durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist der für Gasturbinen angestrebte Ericsson-Prozeß mit besserer Annäherung durchführbar als mit den bisher verwendeten Methoden. Durch die Wahl des Kraftstoffes bzw. Beachtung dessen Reaktionsgeschwindigkeit, Steuerung der Wärmezufuhr über die Art und/oder Menge des Kraftstoffes ganz oder teilweise nach der mathematischen Funktion für die Isotherme, sowie Anordnung, Zahl und Größe der einzelnen Einspritzöffnungen wird eine isotherme Erwärmung der Maschine erreicht. Darunter ist nicht nur im Grenzfall eine in allen Einzelteilen gleichwarme Maschine zu verstehen. Hiermit ist auch gemeint, daß die Temperaturverteilung oder auch der Temperaturgradient in den Drehkolben und den Gehäuseteilen nur solche Wärmedehnungen zur Folge hat, die die Gleichmäßigkeit bzw. Einhaltung der Laufspiele nicht gefährdet.

Mit Temperaturmeßfühlern für die aktiven Maschinenteile kann nicht nur die Beobachtung der Temperatur sondern auch die Voraussetzung für eine richtige Einstellung des Einspritzvorganges oder sogar dessen selbsttätige Steuerung bzw. Regelung erreicht werden.

Die Schraubendrehkolbenmaschine, insbesondere Bauart Lysholm, die an sich schon ein Mittelding zwischen Kolben- und Turbomaschinen darstellt, besitzt vorteilhafte Eigenschaften von beiden. Durch die vorgeschlagene Arbeitsweise, wenn vor allen Dingen auch noch Wärmetauscher in Anspruch genommen werden, kommen weitere Vorteile (Ericsson-Prozeß) und neue Eigenschaften (isotherme Verbrennung) hinzu.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch eine Drehkolbenmaschine mit vereinfachter Ansicht der schraubenförmigen Rotoren und der Laser-Zündeinrichtung,

Fig. 2 einen vertikalen Längs-Teilschnitt durch den vereinfachten Hauptrotor mit einer Lichtbogen-Zündeinrichtung,

Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt nach Linie I - I in Fig. 2 mit den Einrichtungen für Laser oder wahlweise elektrischer Zündung und zwar für die heute üblichen Rotoren mit Lysholm-Profil sowie dem angedeuteten Gehäusemantel,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zweiwelligen erfindungsgemäßen Schraubendrehkolben-Aggregates und den Steuereinrichtungen für die Beeinflussung der Innenkühlung bzw. des entstehenden Gas-Dampf-Gemisches,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines einwelligen erfindungsgemäßen Schraubendrehkolben-Aggregates mit Wärmetauscher bei einstufiger geheizter Expansion.

Die in Fig. 1 dargestellte Drehkolbenmaschine weist zwei miteinander im schraubenförmigen Kämmeingriff stehende Rotoren 1 und 2 auf, von denen der Hauptrotor 1 sowie der Nebenrotor 2 im Querschnitt gesehen mit drei Rippen versehen sind. Das Ausführungsbeispiel bezieht sich aber auch auf solche Maschinen, bei denen Haupt- und Nebenrotoren in der Zahl der Rippen und auch in der Profilform voneinander abweichen. Die Wellen beider Rotoren sind in den Seitenteilen 3 und 5 mit den Lagern 6 gelagert. Die Rotoren 1 und 2 umschließt das Gehäuse 4, dessen Innenfläche die Form zweier im Querschnitt sich überschneidender Zylinder aufweist.

Durch die Gleichlaufzahnräder 7 und 8 wird ein berührungsloser Lauf der Rotoren 1 und 2 erreicht. Den Seitenteilen 3 und 5 sind die Schutzhauben 9 und 10 zugeordnet. Weiterhin besitzt das Seitenteil 3 die Fenster 15 und 16, die für die Strahlung der Laser 11 und 12 durchlässig sind und mit Hilfe der Sammellinsen 13 und 14 in den Verdrängungsräumen, die durch die Rotoren 1 und 2, Seitenteil 3 und Gehäuse 4 gebildet werden, die von den Brennpunkten 17 und 18 ausgehende Zündung eines Kraftstoffes gestatten.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel mit elektrischer Zündung dargestellt. Dabei wird der Unterbrecherkontakt 21 durch einen der Rotoren 1 oder 2 so betätigt, daß mittels Spannungsquelle 22 der Zündspule 23 und den Zuleitungen 24 an den Elektroden 25 und 26 eine so hohe Spannung entsteht, daß Verbrennungsvorgänge in den sich bildenden Verdrängungsräumen durch einen Lichtbogen 27 gezündet werden. Der Kraftstoff wird dabei zusammen mit dem gasförmigen Arbeitsmittel durch die Eintrittsöffnung 20 zugeführt und nach Beendigung des Arbeitsvorganges durch die Austrittsöffnung 19 abgeführt.

Anstelle der elektrischen Funkenzündung mittels der Elektroden 25 und 26 sind auch handelsübliche Zündkerzen entweder im Seitenteil 3 und/oder Gehäuse 4 möglich.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Seitenteiles 3 nach Linie I - I in Fig. 2 mit der Einlaßöffnung 20 mit heute üblichen Rotoren 1 und 2 entsprechend dem Lysholm-Profil. Weiterhin eingezeichnet ist der Gehäusemantel 4, die Elektroden 26 sowie die Öffnungen für die Elektroden 25, die Öffnungen 28 und 29 für die Kraftstoffzufuhrleitungen zur Einspritzung oder Einblasung.

Die Fenster 15 und 16 gestatten den Durchgang der Laserstrahlung, während die Öffnungen 30 an die Zufuhrleitungen für Kühlmittel zur Innenkühlung angeschlossen sind.

Fig. 4 zeigt in einem Blockschaltbild, wie durch eine zweiwellige Anordnung von Schraubendrehkolbenmaschinen mit dem als Verdichter 34 durch die gemeinsame Welle 38 eine erfindungsgemäß pulsierend gezündete Drehkolbenmaschine 41 und der Entspannungsmaschine 44 durch die Welle 46, ein Generator 47 betrieben werden kann. Dabei wird das gasförmige Arbeitsmittel durch die Zuleitungen 31, der Kraftstoff durch die Zuleitung 32 in die Eintrittsöffnung 33 des Kompressors 34 geleitet und nach der Verdichtung über die Austrittsöffnung 35 in die Eintrittsöffnung 40 der als Motor arbeitende Drehkolbenmaschine 41 weitergeleitet. Mittels der Zündeinrichtungen 37 und/oder der Kraftstoffzufuhr 36 wird ein Verbrennungsvorgang eingeleitet, bei dem das Arbeitsvermögen der Verbrennungsgase einmal zum Antrieb des Kompressors 34 und außerdem zur Aufladung des Speichers 42 über die Austrittsöffnungen 39 dient. Der Speicher 42 ist über die Eintrittsöffnung 43 mit der Entspannungsmaschine 44 verbunden, über deren Austrittsöffnung das Arbeitsmittel durch den Auslaß 52 an die Umgebung zurückgegeben wird. Zur Innenkühlung der erfindungsgemäß pulsierend gezündeten Drehkolbenmaschine 41 dient das über die Zufuhrleitung 56 durch die hydraulische Steuereinrichtung 55 zur Verfügung stehendes Kühlmittel 54. Durch den Meßfühler 48 für den Druck sowie den Meßfühler 49 für die Temperatur des Arbeitsmittels im Speicher 42 und durch den Meßfühler 50 für die Temperatur des aus der Entspannungsmaschine 44 austretenden Arbeitsmittels beeinflußt die elektrische und/oder mechanische Steuereinrichtung 51 die hydraulische Steuereinrichtung 55 so, daß das Kühlmittel 53 nach der Kondensation in der Entspannungsmaschine 44 immer wieder mitverwendet wird.

Fig. 5 stellt das Blockschaltbild einer einwelligen Anordnung von Drehkolbenmaschinen dar. Der Verdichter 34, der an sich nicht an die Bauart einer Schraubendrehkolbenmaschine gebunden ist, und die erfindungsgemäß pulsierend gezündete Drehkolbenmaschine 41 besitzen in diesem Beispiel die gemeinsame Welle 38, die über die Welle 46 den Generator 47 antreibt.

Das gasförmige Arbeitsmittel, vorzugsweise Luft, dem auch Kühlmittel oder auch Dichtflüssigkeit zugemischt sein kann, gelangt durch die Zuleitung 31 in die Eintrittsöffnung 33 des Verdichters 34 und weiterhin durch dessen Austrittsöffnung 35 in den Wärmetauscher 57. Nach Erwärmung des Arbeitsmittels tritt es durch die Eintrittsöffnung 40 in die als Motor arbeitende Drehkolbenmaschine 41.

Mittels der Zündeinrichtungen 37 und/oder der Kraftstoffzufuhrleitungen 36 wird der Verbrennungsvorgang eingeleitet und gesteuert, während die Zuleitung 56 zur Kühlmittelzufuhr für die Innenkühlung dient. Durch die Austrittsöffnung 39 wird das erhitzte Arbeitsmittel dem Wärmetauscher 57 zugeführt und nach Abgabe seines Wärmeinhaltes durch den Auslaß 52 an die Umgebung zurückgeleitet.

In dieser Schaltung, die nicht an die einwellige Ausführung gebunden ist, kann durch geheizte Expansion eine Annäherung an den Ericsson-Prozeß erreicht werden. Dabei können Druck- und/oder Temperaturabfall beispielsweise im Wärmetauscher durch Steuerung der Kraftstoff- bzw. Wärmezufuhr nicht nur kompensiert sondern sogar weit überkompensiert werden.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Durch die Einlaßöffnung 20 strömt das Arbeitsmittel, das bereits vorverdichtet sein kann, und auch Kraftstoff in die von den Rotoren 1 und 2 und dem Seitenteil 3 sowie dem Gehäuse 4 gebildeten Verdrängungsräume. Nach Einleitung einer Drehbewegung entsprechend den in Fig. 3 angegebenen Drehrichtungen werden diese Verdrängungsräume von der Einlaßöffnung 20 laufend abgetrennt. Erst dann wird die Zündung vorzugsweise durch die Laserstrahler 11 und 12 oder durch Lichtbogenzündung mittels der Elektroden 25 und 26 oder auch durch übliche Zündkerzen vorgenommen. Es sind aber auch Zündeinrichtungen bekannt geworden, die nur durch Einspritzung eine chemische Reaktion verursachen. Die Laserzündung eignet sich insbesondere für große Maschinen, weil dann die Verbrennung im Zentrum der sich bildenden Verdrängungsräume ausgelöst werden kann. Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine, daß die Verdrängungsräume durch ihre Bewegung an den Zündeinrichtungen vorbei eine Zündlinie oder Zündfläche erzeugen und somit die Sicherheit des Zündvorganges erhöhen. Bei zusätzlicher Bewegung des Laserstrahles in radialer Richtung der Rotoren kann diese Wirkung noch vergrößert werden. Durch die Öffnungen 28 und 29 für die Kraftstoffzufuhr wird der Verbrennungsablauf nach der Zündung steuerbar. Die weitere Drehung der Rotoren 1 und 2 führt danach zur Expansion des erhitzten Arbeitsmittels, bis durch die Öffnungen 30 die Kühlmittel z.B. eine Flüssigkeit zugeführt wird, die gleichzeitig die Aufgabe einer Dichtflüssigkeit erfüllt. Auf diese Weise ergibt sich ein Dreitaktverfahren, mit den Arbeitstakten: Ansaugen, Verbrennen und Entspannen und danach Ausströmen oder Ausschieben.

Die in Fig. 3 gezeigten Elektroden 25, Fenster für Laserstrahler 15 und 16, Anschlüsse für Kraftstoffzufuhr 28 und 29 sowie für Kühlmittelzufuhr 30 sind nicht nur auf das Seitenteil 3 beschränkt, sondern auch im Gehäusemantel 4 möglich und können jeweils einen oder mehreren Verdrängungsräumen zugeordnet sein. Die Kraftstoffzufuhr und damit der Verbrennungsablauf lassen sich so durch die entsprechend bemessenen und angeordneten Öffnungen 28 und 29 steuern. Kontinuierliche wie pulsierende Einspritzvorrichtungen sind dazu verwendbar. Die Laserzündeinrichtungen 11 und 12 gestatten insbes. die Zündung von Kohlenstaub bzw. Kohle-Wasser-Emulsionen.

Die hohen zulässigen Drehzahlen der Rotoren 1 und 2, bedingt durch den einfachen mechanischen Aufbau, ermöglichen als Kraftstoff die Verwendung von Wasserstoff mit seinen hohen Verbrennungsgeschwindigkeiten und sauberen ungiftigen Abgasen.

Besondere Vorteile bietet ein in Fig. 4 dargestelltes Aggregat aus mehreren Drehkolbenmaschinen mit einer Kompressionsstufe 34 und zwei Expansionsstufen 41 und 44.

Die Lösung ist nicht an die zweiwellige Ausführung gebunden, sondern auch einwellig anwendbar. Auf diese Weise wird eine größere Ausnützung der Arbeitsfähigkeit des gasförmigen Arbeitsmittels ermöglicht. Während das Aggregat 34 und 41 mit optimaler Drehzahl und Wirkungsgrad arbeitet, kann die Entspannungsmaschine 44 auf die speziellen Antriebsbedingungen einer Arbeitsmaschine oder elektrischen Generators 47 zugeschnitten und auch durch Steuerung vor der Einlaßöffnung 43 in der Drehzahl regelbar gemacht werden. Während das Aggregat 34 und 41 durch einwellige Anordnung weitgehend durch gegenüberliegende Anordnung der Hochdrucköffnungen 35 und 40 achsschubentlastet werden kann, ist aus diesem Grunde für die Entspannungsmaschine 44 eine pfeilförmige Verzahnung einer Schraubendrehkolbenmaschine vorteilhaft.

Die Entspannung des Arbeitsmittels durch die Drehkolbenmaschine 44 führt in vorteilhafterweise bis zu niedrigen Temperaturen.

Um das in allen Betriebszuständen zu erreichen, wird durch die Steuereinrichtung 51 mit Hilfe der Meßfühler 48 für den Druck und Meßfühler 49 für die Temperatur auf der Einlaßöffnung der zweiten Entspannungsstufe sowie durch Meßfühler 50 auf der Auslaßseite 45 die hydraulische Steuereinrichtung 55 beeinflußt. Auf diese Weise wird das Kühlmittel 54 und/oder 53 wiederholt verwendbar. Durch die Expansion des Gas-Dampf-Gemisches, bedingt durch Innenkühlung der erfindungsgemäß pulsierend gezündeten Drehkolbenmaschinen 41, entsteht einmal Dichtflüssigkeit in der zweiten Expansionsstufe 44 und weiterhin vergrößert die freiwerdende Kondensationswärme das Arbeitsvermögen des verbleibenden Gases.

Bei Zufuhr des Kühlmittels in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge ist jedoch eine ähnliche aber einfachere Betriebsweise möglich.

Eine ganz besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit nach Fig. 5 ergibt sich, wenn erfindungsgemäß die pulsierend gezündete Drehkolbenmaschine 41 durch die gesteuerte Kraftstoffzufuhr isotherm expandiert. Das bedeutet aber die bessere Verwirklichung des Ericsson-Prozesses als beispielsweise nach dem Ackeret-Keller-Verfahren mit der dort erforderlichen vielstufigen Verbrennung. Im Zusammenhang mit einem innengekühlten Schraubendrehkolbenverdichter 34 wird eine Annäherung an die isotherme Verdichtung, mit dem Wärmetauscher 57 der isobare Wärmeaustausch von dem komprimierten kalten zu dem entspannten heißen Arbeitsmittel möglich. Bei genügend hoher Arbeitsmitteltemperatur (nach dem Anlauf) oder Verwendung entsprechender Kraftstoffe können bei Selbstzündung die vorgesehenen Zündeinrichtungen abgeschaltet werden.

Der bei höchstens 90 % liegende Austauschgrad der heute bekannten Wärmetauscher hat nun zur Folge, daß das Arbeitsmittel an der Eintrittsöffnung 40 nicht die gleiche Temperatur wie an der Austrittsöffnung 39 erreicht. Deshalb ist die Verbrennung bzw. die Kraftstoffzufuhr und/oder die Zahl, die Anordnung und die Größe der Öffnungsquerschnitte der Kraftstoffzufuhrleitungen 36 unter Berücksichtigung der Reaktionsgeschwindigkeit des verwendeten Kraftstoffes so zu wählen, daß nach Einleitung der Zündung der durch den Wärmetauscher bedingte Temperaturabfall kompensiert wird und danach die gewünschte isotherme Expansion erfolgt.

Die zur gleichmäßigen thermischen Belastung der aktiven Maschinenteile gesteuerte Wärmezufuhr kann z.B. durch Temperaturmeßfühler an diesen Teilen in ihrer Wirkungsweise beobachtet werden. Solche Meßfühler sind aber auch zur richtigen Einstellung des Einspritzvorganges oder sogar zur selbsttätigen Steuerung bzw. Regelung vorteilhaft verwendbar.

Über weitere, hier nicht im Einzelnen besprochene Schaltungsmöglichkeiten, für getrennt komprimierende und expandierende Wärmekraftmaschinen sei auf eine Zusammenstellung von J. Kruschik "Die Gasturbine", Seite 13, Springer-Verlag Wien 1960, hingewiesen.

Die im Vergleich zu Hubkolbenmaschinen aufwendigere getrennte Kompression und Expansion gestattet andererseits gerade deshalb eine außergewöhnliche Freizügigkeit. So sind von den allgemein bekannten

Vergleichsprozessen, mit Ausnahme des Stirling-Prozesses, der Ericsson-, Joule-, Diesel-, Otto- oder Carnot-Prozeß und auch deren Kombinationen von dieser Maschinenart insbesondere durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise durchführbar.

Von den Vorteilen der Schraubendrehkolbenmaschinen ausgehend können bei ihrer Verwendung als Wärmekraftmaschine noch folgende hinzugefügt werden:

1.) Kompression und Expansion können jeweils optimal ausgelegt werden. Es wird eine gute Annäherung an den Ericsson-Prozeß erreicht.

2.) Der Maschinentyp kennt keine schädlichen Räume, weder beim Verdichter noch im Motorteil. Tatsächliche Annäherung an die ideale Verbrennungskraftmaschine.

3.) Innenkühlung der Verdrängungsräume z.B. durch Flüssigkeiten, das bedeutet, daß verdampftes Kühlmittel Arbeit leistet.

Die Kühlflüssigkeit verbessert die Abdichtung und es gibt keine Abnützung der Dichtungsmittel.

4.) Durch optimale Expansionsverhältnisse unter besonderer Berücksichtigung der Verhältnisse eines Zweistoffgemisches (Wasserdampf-Verbrennungsluft) werden niedrige Austrittstemperaturen erreicht.

5.) Verwendung sonst nicht üblicher Kraftstoffe.

Claims (12)

1.) Drehkolbenmaschine, bestehend aus einem Gehäuse, dessen Mantelinnenfläche die Form mehrerer im Querschnitt sich überschneidender Kreiszylinder hat, und Stirnteilen, sowie mit zwei oder mehreren im Kämmeingriff stehenden parallelachsigen schraubenförmigen Drehkolben, die mit den Gehäuseteilen bei einer Drehbewegung sich ändernde Verdrängungsräume bilden, die dabei mit einem eine Zündeinrichtung enthaltenden Raum verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Einleitung einer Drehbewegung sich vergrößernden Verdrängungsräume gleichzeitig oder nacheinander mit den Zuleitungen für gasförmige Arbeitsmittel und den Zuleitungen für gesteuerte Kraftstoffzufuhr, dann unmittelbar mit den Zündeinrichtungen, die nach Abschluß der Verdrängungsräume von den Arbeitsmittelzuleitungen durch die Gehäuseteile eine Verbrennung der Kraftstoffe auslösen und schließlich mit den Austrittsöffnungen verbunden sind, wobei in an sich bekannter Weise mindestens der eine Drehkolben im Querschnitt gesehen Rippen mit konvexem Profil hat, die zum größten Teil außerhalb des Teilkreises liegen und zumindest einer der anderen Drehkolben im Querschnitt gesehen Rippen mit konkavem Profil besitzt, die zum größten Teil innerhalb des Teilkreises liegen.

2.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung Laserstrahler enthält.

3.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Zündung in dem von den schraubenförmigen Drehkolben durchlaufenen Raum erfolgt.

4.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere staubförmige Kraftstoffe oder Kraftstoffemulsionen durch Ansaugung und/oder Einblasung und/oder Einspritzung zuführbar sind.

5.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsräume an Kühlmittel zuführende Leitungen angeschlossen sind.

6.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdichter vorgeschaltet ist.

7.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Verdichter und die Drehkolbenmaschine eine Baueinheit mit gemeinsamen Wellen sind.

8.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolbenmaschine als ein Aggregat mit mehreren Verdichtern, die in an sich bekannter Weise auch als Entspannungsstufen arbeiten, auf einer gemeinsamen oder mehreren Wellen angeordnet sind.

9.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmigen Drehkolben mit Abschnitten entgegengesetzter Steigung versehen sind und daß das Gehäuse Öffnungen für die Arbeitsmittelzu- oder abfuhr besitzt, die mit den in den Abschnitten gebildeten Verdrängungsräumen in Verbindung stehen.

10.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmittel ein Gas-Dampf-Gemisch benutzt wird, dessen Gemischanteile in Abhängigkeit von Druck und/oder der Temperatur auf der Einlaßseite und/oder der Temperatur auf der Auslaßseite der Drehkolbenmaschine beeinflußt werden, so daß durch Kondensation von Dampfanteilen Dichtflüssigkeit entsteht und die Kondensationswärme das Arbeitsvermögen des verbleibenden Gases vergrößert.

11.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung des Kraftstoffes derartig steuerbar ist, so daß eine isotherme Erwärmung der Drehkolben und Gehäuseteile und/oder eine isotherme Verbrennung in den Verdrängungsräumen erzielt wird.

12.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zu Steuerung bzw. Regelung des Verbrennungsvorganges über die Kraftstoffzufuhr den Drehkolben und/oder Gehäuseteilen Temperaturfühler zugeordnet sind.