DE19522268A1 - Energiewalzenturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiewalzenturbine.

Es sind bereits mehrere verschiedene Energieerzeugersysteme bekannt, und im praktischen Einsatz. So gibt es bereits verschiedene Motorensysteme, wie beispieltsweise Ottomotor, Wankelmotor, Dieselmotor, Drehkolbenmotor, Gasturbine etc.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Energiewalzenturbine als Motor zu schaffen, deren vorteilhaften Eigenschaften einer Gasturbine und die vorteilhaften Eigenschaften eines Hubkolbenmotors aufweisen.

Bei der Gasturbine sind es der vibrationsfreie Lauf, hohe Drehzahl, hohe Leistung, geringer Verschleiß, kontinuierliche Verbrennung, Mehrstoffähigkeit, Abgaswärmeausnutzung etc.

Beim Hubkolbenmotor dagegen hohes Drehmoment und gutes Drehzahlverhalten (schnelle Drehzahländerung möglich).

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kopplung einer Vorverdichtereinrichtung bestehend aus einer in einem Gehäuse angeordneten Vorverdichterschaufelwalze, einer Verdichtereinrichtung, bestehend aus Verdichterwalze mit Absperrwalze, Antriebseinrichtung, bestehend aus Antriebsschaufelwalze im Gehäuse, zwei Synchronrädern, Drosseleinrichtung Regeleinrichtung, Abgaswärmetauscher und externer Brennkammer, gelöst.

In einer alternativen Ausführung wird diese Aufgabe durch die Kopplung einer Vorverdichtereinrichtung, bestehend aus einer in einem Gehäuse angeordneten Vorverdichterschaufelwalze, einer Verdichtereinrichtung, bestehend aus Verdichterwalze mit Absperrwalze, Expansionseinrichtung bestehend aus Antriebswalze mit Absperrwalze, eine Kühllufteinrichtung, bestehend aus Kühlluftschaufelwalze im Gehäuse, zwei Synchronrädern, Drosseleinrichtung, Regeleinrichtung, Abgaswärmetauscher und externer Brennkammer, gelöst.

Weitere Einzelheiten sind in den übrigen Ansprüchen der Beispielsbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.

Dabei zeigen die Fig. 1 bis 6 eine Energiewalzenturbine in der bevorzugten Ausführungsform. In Fig. 7 bis 14 wird eine Energiewalzenturbine in einer weiteren Ausführungsform dagestellt. In Fig. 15 werden weitere Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Komponenten dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Energiewalzenturbine in einem Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt eine Energiewalzenturbine in einer Draufsicht im Schnitt.

Fig. 3 zeigt eine Vorverdichtereinrichtung (Vorverdichterschaufelwalze im Gehäuse) mit Brennkammer und Luftschleuse für Verdichter im Schnitt.

Fig. 4 zeigt eine Verdichtereinrichtung (Verdichterwalze mit Absperrwalze im Gehäuse), Brennkammer und Luftschleuse für Verdichter im Schnitt.

Fig. 5 zeigt eine Antriebseinrichtung (Antriebsschaufelwalze im Gehäuse), Abgaswärmetauscher, Luftschleuse für Kühlluft und Brennkammer im Schnitt.

Fig. 6 zeigt ein Synchronradgehäuse mit Synchronräder im Schnitt.

Fig. 7 zeigt eine Energiewalzenturbine in einer weitern Ausführungsform im Längsschnitt mit Schnitt durch die Brennkammer.

Fig. 8 zeigt eine Energiewalzenturbine in einer weiteren Ausführungsform im Längsschnitt mit Schnitt durch den Abgaswärmetauscher.

Fig. 9 zeigt eine Energiewalzenturbine in einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht im Schnitt.

Fig. 10 zeigt eine Vorverdichtereinrichtung (Vorverdichterschaufelwalze im Gehäuse ) mit Brennkammer, Luftschleuse und Abgaswärmetauscher im Schnitt.

Fig. 11 zeigt eine Verdichtereinrichtung (Verdichterwalze mit Absperrwalze in einem Gehäuse angeordnet) mit Brennkammer, Luftschleuse und Wärmetauscher im Schnitt.

Fig. 12 zeigt eine Expansionseinrichtung (Antriebswalze mit Absperrwalze in einem Gehäuse), eine Brennkammer, Luftschleuse für Kühlluft, Kühlluftschacht und Wärmetauscher im Schnitt.

Fig. 13 eine Kühlluftschaufelwalze im Gehäuse mit Kühlluftkanal im Schnitt.

Fig. 14 ein Synchronradgehäuse mit den beiden Synchronrädern im Schnitt.

Fig. 15 weitere Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Komponenten.

Die Energiewalzenturbine 1 gemäß Fig. 1 bis 6 besteht aus einer Vorverdichterschaufelwalze 2, den beiden Synchronrädern 3 und 4, der Verdichterwalze 5 mit der Absperrwalze 6, der Antriebsschaufelwalze 7, dem Abgaswärmetauscher 8, der Brennkammer 9, der Luftschleuse 10 für die Verdichterluft, der Luftschleuse 12 für die Kühlluft, dem Kanal 13 für die Antriebsgase, dem Abgaskanal 14, dem Verdichterkanal 15, der Drosseleinrichtung 16, der Regeleinrichtung 17, der Einspritzeinrichtung 18, der Zündeinrichtung 19, der Anlaßeinrichtung (nicht dargestellt) und dem Luftfilter 20.

Die Vorverdichterschaufelwalze 2, das Synchronrad 3, die Verdichterwalze 5 und die Antriebsschaufelwalze 7 sind nebeneinander in einem gemeinsamen oder jeweils in einem separaten Gehäuse 41 angeordnet. Sie sind drehfest mit einer gemeinsamen Achse 22 verbunden (Fig. 112). Das Synchronrad 4 und die Absperrwalze 6 sind drehfest mit der Achse 23 verbunden (Fig. 2).

Die die Achse 22 und 23 bildenden Wellen sind in einem gemeinsamen oder separaten Gehäuse 41 gelagert.

Über die Synchronräder 3 und 4 drehen die Verdichterwalze 5 und die Absperrwalze 6 über die Verzahnungen synchron im Verhältnis 1 : 1 miteinander. Die Verzahnungen 43 zwischen der Verdichterwalze 5 und der Absperrwalze 6 kämmen luftdicht, aber berührungsfrei miteinander. Dieses wird durch die Synchronräder 3 und 4 ermöglicht.

Die Energiewalzenturbine wird von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Anlaufeinrichtung zu deren Start in Rotation versetzt.

Die Vorverdichterschaufelwalze 2, die mit Achse 22 drehfest verbunden ist, rotiert in einem Gehäuse 21 mit Einlaß- 25 und Auslaßöffnung 26. Die Auslaßöffnung 26 ist über die Luftschleuse 10 für die Verdichterluft mit der Einlaßöffnung 27 des Verdichtergehäuses 41 verbunden.

In der Einlaßöffnung 25 des Gehäuses für die Vorverdichterschaufelwalze 2 befindet sich der Luftfilter 20.

Über die Einlaßöffnung 25 wird bei rotierender Vorverdichterschaufelwalze 2 in Drehrichtung 48 Luft angesaugt, und über die Auslaßöffnung 26 wieder herausgedrückt (Fig. 1 und 3).

Die vorverdichtete Luft gelangt in die Luftschleuse 10 für Verdichterluft, passiert anschließend die Drosseleinrichtung 16, und gelangt über die Einlaßöffnung 27 des Verdichtergehäuses 41 in den Verdichterraum 42 der Verdichtereinrichtung (Fig. 1,3).

Ein Teil der vorverdichteten Luft wird über die Regeleinrichtung 17 zur Einlaßöffnung 24 des Gehäuses 28 der Antriebsschaufelwalze 7 geführt. Diese Luftmenge wird für die Kühlung der Antriebsschaufelwalze 7 verwendet. Die Drosseleinrichtung 16 wirkt in Verbindung mit der Einspritzeinrichtung 18 als Drehzahlregulator. Sie regelt den Luftdurchsatz durch Vergrößern oder Verkleinern der Einlaßöffnung 27 einerseits, und wirkt andererseits als Drosseleinrichtung 16 (Vakuumbremse). Eine zugeregelte Drosseleinrichtung 16 unterbricht den Luftstrom zum Verdichterraum 42. Es entsteht bei rotierender Verdichterwalze 5 in Drehrichtung 48 zwischen der Rückseite der Verdichterzähne 31 oder 32 und der Absperrwalze 6 ein Vakuum. Dieses hat ein Abbremsen der Verdichterwalze 5 zur Folge, und somit ein Abbremsen aller rotierenden Teile. Dadurch ist eine schnelle Drehzahländerung möglich. Es ergibt sich ein Hubkolbenmotorverhalten.

Die Verdichterwalze 5 ist Bestandteil des Verdichters (Verdichtereinrichtung).

Die Verdichtereinrichtung hat die Aufgabe, mit Hilfe der Verdichterwalze 5 die vorverdichtete Luft zu verdichten und über die Auslaßöffnungen 29 und 30 mittels Steueröffnungen 33 bis 36, die sich an der Verdichterwalze 5 bzw. den Steuerscheiben 37 und 38 befinden, wieder freizugeben.

Die Verdichtereinrichtung besteht aus einem Ringgehäuse 41 mit Einlaß- 27 und Auslaßöffnung 29 und 30, Verdichterkanal 15, Steuerscheiben 37 und 38, Verdichterwalze 5 mit Verdichterzahn 31 und 32, und Steueröffnungen 33 bis 36, und Absperrwalze 6 mit Zahnaussparungen 39 und 40. Fig. 4 zeigt die Verdichterwalze 5 mit Verdichterzahn 31, dieser befindet sich am Ende der Kompressionsphase kurz vor Auslaß der verdichteten Luft. Der Verdichterzahn 32 befindet sich am Anfang der Kompressionsphase.

Die Verdichterwalze 5 und die Absperrwalze 6 haben an ihrer Mantelfläche jeweils die Verzahnung 43. Aufgabe dieser Verzahnung 43 ist es, den Verdichterraum 42 luftdicht abzuschließen.

Die Verdichterwalze 5, mit der Achse 22 drehfest verbunden, und die Absperrwalze 6 mit der Achse 23 drehfest verbunden, kämmen berührungsfrei jeweils in umgekehrter Drehrichtung im Verhältnis 1 : 1 miteinander.

Um ein Abdichten des Verdichterraumes 42 bei geringerer Umdrehungsgeschwindigkeit zu gewährleisten, kann eine zusätzliche Abdichteinrichtung 44 in Form von Dichtlippen oder labyrinthähnlichen Dichteinrichtungen 44 an der Verdichterwalze 5 mit den Verdichterzähnen 31 und 32 vorgesehen werden. Ein hoher Verschleiß ist nicht zu erwarten, da im Verdichterraum 42 keine Verbrennung stattfindet.

Die Verdichterzähne 31 und 32 der Verdichterwalze 5 durchlaufen bei Rotation in Drehrichtung 48/49 die Zahnaussparungen 39 und 40 der Absperrwalze 6. Die Verdichterzähne 31 und 32 und die Absperrwalze 6 bilden zusammen bei ihrer Rotation in Drehrichtung 48/49 den variablen Arbeitsraum (Verdichter 42 und Ansaugraum 45).

Dieser Vorgang ermöglicht fortlaufend ein Ansaugen, Verdichten und Auslassen der vorverdichteten Luft.

Pro Umdrehung wird zweimal Luft angesaugt, zweimal Luft verdichtet und zweimal Luft ausgelassen.

Die vorverdichtete Luft im Verdichterraum 42 wird von der rotierenden Verdichterwalze 5 mit den Verdichterzähnen 31 oder 32 in Verbindung mit der Absperrwalze 6 weiter verdichtet. Das Überströmen der verdichteten Luft zum Verdichterkanal 15 wird am Ende der Kompressionsphase ermöglicht, d. h. wenn die Steueröffnungen 33 bis 36 die Auslaßöffnungen 29/30 überdecken.

Es sind drei Varianten zur Freigabe der verdichteten Luft vorgesehen.

Bei der Variante 1 sind die Steueröffnungen 33 und 35 jeweils in einer oder zwei synchron mitlaufenden Steuerscheiben 37/38, räumlich vor den Verdichterzähnen 31 und 32 in dem Gehäuse 41 angebracht (Fig. 4).

Bei der Variante 2 sind die Steueröffnungen 34 und 36 jeweils im inneren Verdichterwalzenbereich räumlich vor den Verdichterzähnen 31 und 32 angebracht.

Bei der Variante 1 geben die Steueröffnungen 31 oder 33 über die Auslaßöffnung 29 der Variante 1 die verdichtete Luft zum Verdichterkanal 15 frei.

Bei der Variante 2 geben die Steueröffnungen 34 oder 36 über die Auslaßöffnung 30 der Variante 2 die verdichtete Luft zum Verdichterkanal 15 frei.

In einer dritten Variante geben die Varianten 1 und 2 gleichzeitig die verdichtete Luft über die Auslaßöffnungen 29/30 zum Verdichterkanal 15 frei. Dadurch ist ein erhöhter Luftdurchsatz über den Verdichterkanal 15 möglich. Der Verdichterkanal 15 verbindet die Auslaßöffnung 29/30 des Verdichtergehäuses 41 mit der Einlaßöffnung 46 des Abgaswärmetauschers 8. Die Auslaßöffnung 47 des Abgaswärmetauschers 8 ist mit einem weiteren Verdichterkanal 51 verbunden. Dieser Verdichterkanal 51 verbindet den Abgaswärmetauscher 8 mit der Einlaßöffnung 52 der Brennkammer 9.

Der Abgaswärmetauscher 8 besitzt zwei weitere Auslaßöffnungen 53/54 für Abgase (Fig. 1, 5).

Die verdichtete Luft der Verdichtereinrichtung, über Auslaßöffnung 29/30 und Verdichterkanal 15 kommend, wird über die Einlaßöffnung 46 des Abgaswärmetauschers 8 durch den Abgaswärmetauscher hindurch, zur Auslaßöffnung 47 des Abgaswärmetauschers 8 gedrückt. Der Abgaswärmetauscher 8 hat die Aufgabe, einen Teil der Abgaswärme, die den Abgaswärmetauscher 8 durchströmt, an die verdichtete Luft abzugeben. Dadurch wird der Luftdruck weiter erhöht.

Durch den Verdichterkanal 51 strömt die verdichtete, erhitzte Luft über die Einlaßöffnung 52 der Brennkammer 9 in den Brennraum 55. Die Brennkammer 9 besitzt die Einspitzeinrichtung 18, die Zündeinrichtung 19, die Mischkammer 11 und den Brennraum 55.

Über die Einspritzeinrichtung 18 gelangen Treibstoffe, wie z. B. Benzin, Diesel, Rapsöl oder Gase in den Brennraum 55. In der Mischkammer 11 bzw. im Brennraum 55 werden die Treibstoffe mit verdichteter, erhitzter Luft vermischt. Es entsteht eine hochenergetische Mischung.

Diese wird durch die Zündeinrichtung 19 gezündet. Ein kontinuierlicher Brennvorgang wird in Gang gesetzt. Eine weitere Zündung ist nicht erforderlich.

Die hochenergetischen, expandierenden Antriebsgase verlassen den Brennraum 55 mit hoher Geschwindigkeit durch den Kanal 13 für Antriebsgase. Der Kanal 13 für die Antriebsgase ist mit der Einlaßöffnung 56 des Gehäuses 28 für die Antriebsschaufelwalze 7 verbunden. Die Antriebsschaufelwalze 7 befindet sich in einem ringförmigen Gehäuse 28 (Fig. 1, 2, 5).

Die Antriebsschaufelwalze 7 ist über die Achse 22 mit der Vorverdichterwalze 2 und der Verdichterwalze 5 drehfest verbunden.

Der innere und äußere Umfang der Antriebsschaufelwalze 7 ist über den gesamten Bereich von Einlaßöffnung 56 bis Auslaßöffnung 53 für Antriebsgase formschlüssig luftdicht, im oberen Umfangsbereich von dem ringförmigen Gehäuse 28, und innerhalb der Antriebsschaufelwalze von dem Abgaswärmetauscher 8 abgedichtet (Fig. 1, 5).

In diesem Bereich werden die Antriebsschaufeln 57 der Antriebsschaufelwalze 7 zwangsweise von den Antriebsgasen wie ein Kolben im Zylinderraum in einer Richtung vorangetrieben. Dadurch wird die Antriebsschaufelwalze 7 in Rotation versetzt.

Die Antriebsgase, die den Rotationsprozeß kontinuierlich fortsetzen, verlassen nach Abgabe der Strömungsenergie in eine mechanische Energie, den Arbeitsraum 59 über die Auslaßöffnung 53 und Abgaskanal 14, durch den Abgaswärmetauscher 8 hindurch, in Richtung des Auspuffes 54. Ein Teil dieser Antriebsgase durchlaufen noch einmal unter Beimischung von Kühlluft über die Einlaßöffnung 24 für Kühlluft den Rotationsraum.

Die Beimischung von Frischluft mit Abgasen verringert zusätzlich den Schadstoffausstoß durch Verbrennungsoxidation.

Die entstehenden Rotationskräfte werden über das Antriebsritzel 60 der Achse 22 abgegeben.

Um eine optimale Volumenabstimmung zwischen den Komponenten Vorverdichterschaufelwalze 2, Verdichterwalze 5 mit Absperrwalze 6 und Antriebsschaufelwalze 7 zu ermöglichen, sind die Dimensionen der einzelnen Komponenten entsprechend aufeinander abzustimmen, d. h. z. B. Umfang der Antriebsschaufelwalze 7 im Verhältnis zum Umfang der Vorverdichterwalze 5, oder Verdichterräume 42 der Verdichterwalze 5 im Verhältnis zu den anderen Komponenten muß im richtigen Verhältnis zueinander stehen.

Hiermit ist es möglich, eine optimale Gasströmung zu erreichen.

In den Fig. 7-14 wird eine Energiewalzenturbine in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Diese besteht aus den Komponenten Vorverdichterschaufelwalze 2, den beiden Synchronrädern 3 und 4, der Verdichterwalze 5 mit der Absperrwalze 6, der Antriebswalze 61 mit der Absperrwalze 62, der Kühlluftschaufelwalze 63, dem Abgaswärmetauscher 64, der Brennkammer 9, der Luftschleuse 10 für die Verdichtereinrichtung, der Luftschleuse 65 für die Kühlluft, dem Kühlluftschacht 66, der Drosseleinrichtung 16, der Regeleinrichtung 17, dem Kanal für Antriebsgase 67, dem Kanal für die Verdichtereinheit 70, der Einspritzeinrichtung 18, der Zündeinrichtung 19, den Luftfiltern 68 und 69 und der Anlaßeinrichtung (nicht dargestellt).

Die Vorverdichterschaufelwalze 2, das Synchronrad 3, die Verdichterwalze 5 mit der Absperrwalze 6, die Antriebswalze 61 mit der Absperrwalze 62 und die Kühlluftschaufelwalze 63 sind nebeneinander in einem gemeinsamen oder separaten Gehäuse angeordnet. Sie sind drehfest mit der Achse 71 verbunden. Fig. 9. Das Synchronrad 4, die Absperrwalze 6 für den Verdichter und die Absperrwalze 62 für die Antriebswalze 61 sind drehfest mit der Achse 72 verbunden. Die Achsen 71 und 72 sind in einem gemeinsamen oder separaten Gehäuse gelagert. Die Synchronräder 3 und 4, die Verdichterwalze 5 mit der Absperrwalze 6 und die Antriebswalze 61 mit der Absperrwalze 62 kämmen über Verzahnungen synchron im Verhältnis 1 : 1 miteinander.

Die Verzahnungen zwischen der Verdichterwalze 5 mit der Absperrwalze 6 und der Antriebswalze 61 mit der Absperrwalze 62 kämmen luftdicht, aber berührungsfrei miteinander. Dieses wird durch die Verbindung mit den Synchronrädern 3 und 4 ermöglicht.

Die Energiewalzenturbine wird von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Anlaufeinrichtung in Rotation versetzt.

Über die Einlaßöffnung 25 wird bei rotierender Vorverdichterschaufelwalze 2 in Drehrichtung 48 Luft angesaugt und über die Auslaßöffnung 26 wieder herausgedrückt (Fig. 7, 8). Die vorverdichtete Luft gelangt in die Luftschleuse 10 der Verdichtereinrichtung, passiert die Drosseleinrichtung 16 und gelangt über die Einlaßöffnung 27 des Verdichtergehäuses 41 in den Verdichterraum 42 der Verdichtereinrichtung 11 (Fig. 7, 8, 11).

Die Drosseleinrichtung 16 wirkt in Verbindung mit der Einspritzeinrichtung 18 als Drehzahlregulator. Eine zugeregelte Drosseleinrichtung 16 wirkt wie eine Vakuumbremse in Bezug auf die rotierende Verdichterwalze 5.

Die Drosseleinrichtung 16 bewirkt in dieser Stellung ein Abbremsen der Verdichterwalze 5 und somit ein Abbremsen aller rotierenden Teile (schnelle Drehzahländerung).

Das Zustandekommen des Vakuums im Ansaugraum 45, die Verdichtung und das Freigeben der verdichteten Luft ist in der bevorzugten Ausführung der Energiewalzenturbine gemäß den Fig. 1 bis 6 beschrieben.

Die Verdichterwalze 5 mit den Verdichterzähnen 31 und 32, der Steueröffnungen 34 und 36 der Absperrwalze 6 und den Steuerscheiben 37 und 38 mit den Steueröffnungen 33 und 35 bewirken am Ende der Kompressionsphase beim Überdecken der Steueröffnungen 33 bis 36 mit den Auslaßöffnungen 29/30 ein Überströmen der verdichteten Luft in den Verdichterkanal 70 (Fig. 11).

Der Verdichterkanal 70 verbindet das Verdichtergehäuses 41 mit dem Abgaswärmetauscher 64.

Die Luftschleuse 74 verbindet den Abgaswärmetauscher 64 mit der Brennkammer. Der Abgaswärmetauscher 64 besitzt eine weitere Auslaßöffnung 74 für Abgase (Fig. 7 und 11).

Der Abgaswärmetauscher 64 hat die Aufgabe, einen Teil der Abgaswärme, die den Abgaswärmetauscher 64 durchströmt, an die verdichtete Luft abzugeben. Dadurch wird der Luftdruck weiter erhöht.

Die verdichtete, erhitzte Luft wird über den Verdichterkanal 70 durch den Abgaswärmetauscher 64 hindurch über die Luftschleuse 74 zur Brennkammer 9 gedrückt. In der Brennkammer 9 bzw. dem Brennraum 55 werden die Treibstoffe mit verdichteter erhitzter Luft vermischt. Es entsteht eine hochenergetische Mischung. Diese wird durch die Zündeinrichtung 19 gezündet. Ein kontinuierlicher Brennvorgang wird in Gang gesetzt. Eine weitere Zündung ist nicht erforderlich.

Die hochenergetischen, expandierenden Antriebsgase verlassen den Brennraum 55 mit hoher Geschwindigkeit durch den Kanal für Antriebsgase zu den Einlaßöffnungen 90 und 91 in dem Antriebswalzengehäuse 80 (Expansionseinrichtung).

Die Expansionseinrichtung hat die Aufgabe, die Antriebsgase in mechanische Energie umzusetzen. Die Fig. 12 zeigt die Antriebswalze 61 mit dem Antriebszahn 82 am Anfang der Expansionsphase und den Antriebszahn 81 am Ende der Expansionsphase. Die Expansionseinrichtung besteht aus einem Ringgehäuse 80 mit dem Kühlluftschacht 66, dem Kühlluftkanal 65, den Einlaß- 90 und 91, Auslaßöffnungen für Antriebsgase mit der Kühllufteinlaßöffnung 83 und der Auslaßöffnung 84.

In dem Ringgehäuse 80 befinden sich die Antriebswalze 61 mit den Antriebszähnen 81 und 82, die Absperrwalze 62 mit den Aussparungen 85 und 86 und die Steuerscheiben 87 und 88.

Die Antriebswalze 61 und die Steuerscheiben 87/88 sind drehfest mit Achse 71 verbunden. Die Absperrwalze 62 mit den Aussparungen 85 und 86 ist drehfest mit Achse 72 verbunden. Die Antriebswalze 61 und die Absperrwalze 62 kämmen berührungsfrei über eine Verzahnung an ihren Mantelflächen in umgekehrter Drehrichtung im Verhältnis 1 : 1 synchron miteinander. Die Antriebszähne 81 und 82 der Antriebswalze 61 durchlaufen bei Rotation die Zahnaussparungen 85/86 der Absperrwalze 62. Dadurch ergibt sich im Rotationsraum der Antriebswalze 61 ein variabler Arbeitsraum 89.

Die Antriebsgase werden über die Einlaßöffnungen 90 oder 91 am Ringgehäuse 80, gesteuert von der Steuerscheibe 87 und 88 mit Steueröffnung 92 und 93 und/oder von der Steueröffnungen 94 und 95 in der Antriebswalze 61, beidseitig des Gehäuses 80, in den variablen Arbeitsraum 89 hineingelassen. Die Steueröffnungen 92 und 93 der Scheiben 87 und 88 und/oder die Steueröffnungen 94 und 95 in der Antriebswalze 62 sind räumlich in Drehrichtung jeweils hinter den Antriebszähnen 81 und 82 angebracht. Die Antriebsgase werden sich,wenn sich die jeweiligen Steueröffnungen mit den Einlaßöffnungen überlappen, jeweils hinter einem Antriebszahn 81 oder 82 ausdehnen.

Zu diesem Zeitpunkt hat der variable Arbeitsraum zwischen Antriebszahn und Absperrwalze das kleinste Volumen.

Die expandierenden Antriebsgase drücken den Antriebszahn 81 oder 82 wie einen Kolben im Zylinder in Drehrichtung durch den ringförmigen variablen Arbeitsraum hindurch. Der jeweilige Arbeitszahn verläßt den variablen Arbeitsraum und durchläuft die Zahnaussparung 85/86 der Absperrwalze 62.

Der jeweils nachlaufende Arbeitszahn drückt die Abgase mit seiner Vorderflanke über die Auslaßöffnung 96 in den Abgaskanal 97 und durch den Abgaswärmetauscher 64 hindurch zur Auslaßöffnung 75 des Abgaswärmetauschers 64.

Bevor der nachlaufende Antriebszahn mit dem Ausschieben der Abgase des Vorlaufzahns beginnen kann, wird dieser an seiner Rückseite mit den Antriebsgasen beaufschlagt, d. h. bei jeder Umdrehung wird zweimal Antriebsgas eingelassen und zweimal Abgas ausgeschoben.

Die entstehenden Rotationskräfte werden über das Antriebsritzel 98 der Achse 71 abgegeben. Die mitrotierende Kühlluftschaufelwalze 63 drückt über den Kühlluftkanal 65 und Kühllufteinlaßöffnung 83 Frischluft in den Kühlluftschacht 66. Dieser umschließt den ringförmigen Arbeitsraum. Die Kühlluft wird über die Auslaßöffnung 84 des Kühlluftschachtes 66 in den variablen Arbeitsraum gedrückt. Hier wird sie mit den ausströmenden Abgasen vermischt und über die Auslaßöffnung 96, in den Abgaskanal 97, durch den Abgaswärmetauscher 64 hindurch zur Auslaßöffnung 75 (Auspuff) des Wärmetauschers 64 gedrückt.

Durch das Vermischen der Frischluft mit den Abgasen wird der Schadstoffausstoß weiter gesenkt. Es kommt zur Oxidation zwischen Frischluft und heißen Abgasen.

Die Fig. 15a bis 15d zeigen weitere Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen vorbeschriebenen Komponenten oder Teile davon.

Die Fig. 15a zeigt eine Energiewalzenturbine mit einer Vorverdichtereinrichtung a1 einer Verdichtereinrichtung a2, zwei Antriebseinrichtungen a3 und a4 mit zwei Antriebsschaufelrädern und zwei Brennkammern a5.

Die Fig. 15b zeigt eine Energiewalzenturbine mit einer Vorverdichtereinrichtung b1, einer Verdichtereinrichtung b2 mit zwei Antriebseinrichtungen b3 und b4 (Expansionseinrichtungen) mit Kühllufteinrichtung b5 und zwei Brennkammern b6.

Die Fig. 15c zeigt eine Energiewalzenturbine mit einer Vorverdichtereinrichtung c1, einer Verdichtereinrichtung c2 und vier Antriebseinrichtungen c3, c4, c5, c6 mit vier Antriebsschaufelwalzen und vier Brennkammern c7.

Die Fig. 15d zeigt eine Energiewalzenturbine mit einer Vorverdichtereinrichtung d1, einer Verdichtereinrichtung d2 und vier Antriebseinrichtungen d3, d4, d5, d6 (Expansionseinrichtung), Kühllufteinrichtung d7 und vier Brennkammern d8.

Claims (6)

1. Energiewalzenturbine, gekennzeichnet durch die Kopplung einer Vorverdichtereinrichtung, bestehend aus einer in einem Gehäuse angeordneten Vorverdichterschaufelwalze (2), einer Verdichtereinrichtung, bestehend aus Verdichterwalze (5) mit Absperrwalze (6), Antriebsschaufelwalze (7), zwei Synchronrädern (3, 4), Drosseleinrichtung (16), Regeleinrichtung (17), Abgaswärmetauscher (8) und externer Brennkammer (9).

2. Energiewalzenturbine, gekennzeichnet durch die Kopplung einer Vorverdichtereinrichtung, bestehend aus einer in einem Gehäuse angeordneten Vorverdichterschaufelwalze (2), einer Verdichtereinrichtung, bestehend aus Verdichterwalze (5) mit Absperrwalze (6), Expansionseinrichtung bestehend aus Antriebswalze (61) mit Absperrwalze (62) Synchronräder (3, 4), Kühlluftschaufelwalze (63), Drosseleinrichtung (16), Regeleinrichtung (17), Abgaswärmetauscher (64) und externer Brennkammer (55).

3. Energiewalzenturbine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichterschaufelwalze (2), die Verdichterwalze (5), die Absperrwalze (6) und die Antriebsschaufelwalze (7) sind über Synchronräder (3, 4) miteinander verbunden.

4. Energiewalzenturbine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterwalze (5) und die Absperrwalze (6) über Verzahnungen synchron im Verhältnis 1 : 1 mit einander drehen.

5. Energiewalzenturbine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (16) als Vakuumbremse wirkt.

6. Energiewalzenturbine, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Kombinationen der einzelnen Komponenten möglich sind.