DE19853104A1 - Gleichgewichtsrotor mit exzentrischen, gleitenden Schiebern (GREGS) und seine Anwendungen - Google Patents

Abstract

Gleichgewichtsrotoren mit exzentrischen, gleitenden Schiebern (GREGS) können in Maschinen zum Transport von gasförmigen und flüssigen Stoffen verwendet werden, wie Kompressoren, Pumpen, Gebläsen und Motoren. Die GREGS-Maschine gehört zu den positiven Kolbenverdrängungsmaschinen. Die einfachste GREGS-Maschine besteht aus zwei gekreuzten, gleitenden, zueinander senkrechten Schiebern mit zentralen, kurzen Achsen, die innerhalb eines zentralen Hohlkörpers und eines gekreuzten Gleitweges fixiert sind. Alle Trägheitskräfte der Gleit- und Rotationsbewegung werden durch einen zentralen Achsenkopplungsring gegenseitig ausgeglichen. Typische Strukturen und Anwendungen dieses und verwandter Geräte werden beschrieben.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung gehört dem Gebiet der positiven Kolbenverdrängungsmaschinen in Vielzellenbauart an. Diese werden hauptsächlich dazu benutzt, Gase zu verdichten, z. B. in Kompressoren, Rotationsenergie zu liefern, z. B. in Motoren, und Gase oder Flüssigkeiten zu transportieren, wie in Gebläsen und Pumpen.

Stand der Technik

In der gegenwärtigen Technologie benutzen die meisten Rotationsverdichter mit exzentrischem Rotor und gleitenden Schiebern, die für Pumpen, Kompressoren, pneumatischen und hydraulischen Motoren verwendet werden, voneinander getrennte Schieber.

Während der Rotation üben die Schieber durch die Zentrifugalkräfte einen Druck auf die Wände des Zylinders aus. Dieser Druck ist die Ursache für starke Reibungskräfte, die die Schieber abnutzen und sie belasten und die die Leistungsaufnahme vergrößern. Insgesamt wird die Lebensdauer der Maschine verringert.

Die Maschine mit gleitenden Schiebern und exzentrischem Rotor ist schon lange Gegenstand der Aufmerksamkeit von technischen Kreisen. Viele verschiedene Verbesserungen wurden entwickelt. Das amerikanische Patent US. A, 4929159 führt spezielle, integrierte, gleitende Schieber ein. Das amerikanische Patent US. A., 4958995 trifft Maßnahmen, um die zentrifugalen Kräfte während der Rotation auszugleichen. Die Konstruktionen sind kompliziert und können nicht für höhere Geschwindigkeiten und große Dimensionen verwendet werden. Exzentrische Rotoren mit gleitenden Schiebern werden hauptsächlich für kleine bis mittlere Maschinen, die in kalter Betriebsart arbeiten, verwendet. Gegenwärtig sind keine Berichte verfügbar, die über den erfolgreichen Betrieb von Gebläsen oder Wärmekraftmaschinen mit gleitenden Schiebern berichten.

Die Entwicklung von Kolbenmaschinen begann mit den Gebläsen, die im alten China in metallurgischen Prozessen verwendet wurden, und führte schließlich zur Produktion von Dampfmaschinen und Verbrennungsmaschinen. Die Entwicklung von Dampf und Gasturbinen begann mit den Windmühlen. Die genannten Maschinen haben einen Gesamtwirkungsgrad von weniger als 45%. Darüber hinaus führen die Abgase mehr als 40% der eingesetzten Energie als Wärme ab, die nicht als Energie für dieselbe Maschine genutzt werden kann, und obendrein Luftverschmutzung verursacht.

Um die konventionellen Wärmekraftmaschinen zu verbessern, wurden viele Drehkolbenmotoren untersucht, darunter der bekannte Wankelmotor, der einen Zylinder mit Zykloidenform verwendet. Aber diese Motoren haben bei geringer Motordrehzahl einen sehr kleinen Drehmoment, weshalb die wirksame Hebellänge sehr klein ist und diese Motoren deshalb einen mehr wie zweifachen Benzinverbrauch als normale Autos mit Hubkolbenmotoren im langsamen Stadtverkehr haben. Sie verursachen zudem mehr Abgase mit besonders hohen Temperaturen.

Zugrundeliegendes Problem

Rotationsmaschinen mit gleitenden Schiebern haben drei fundamentale Probleme:

• 1. Bei höheren Umdrehungsgeschwindigkeiten werden die Zentrifugalkräfte so stark, daß der Ölschmierfilm zwischen Schieber und Wand zerreißt und die Maschinen augenblicklich zerstört wird.
• 2. Da der Ölfilm nur in geringem Maß gegen die bei der Verdichtung anfallenden Temperaturen resistent ist, muß die Verdichtungswärme abgeführt werden. Dies macht den Einsatz als Wärmekraftmaschine unmöglich und bedingt einen höheren technischen Aufwand zur Kühlung in allen anderen Betriebsarten.
• 3. Die Maschine kann keine Substanzen fördern, die den Ölfilm angreifen. Dies begrenzt die Anwendung als Pumpe.

Die vorliegende Erfindung reduziert diese Probleme, vor allem das erste und dritte, in erheblichem Maße und wird voraussichtlich dazu beitragen, den Leistungs- und Anwendungsbereich der Rotationsmaschinen mit gleitenden Schiebern zu vergrößern.

Erfindung

Die zentrale technische Innovation der vorliegenden Erfindung ist es, die Trägheitskräfte der Schieber oder der Schieber und ausbalancierender Elemente gegenseitig auszugleichen, so daß der dynamische Druck der Schieberenden gegen die Zylinderwände reduziert wird, was die Reibungskraft verringert und das Abdichtungsverhalten verbessert.

Im folgenden wird das Funktionsprinzip beschrieben.

Bild 1 zeigt die erste Ausführung der Erfindung, einen GREGS II-TYP 1-Kompressor mit zwei Schiebern, Vakuumpumpe oder pneumatischen Motor: In der Zeichnung ist 1 der Zylinder, 1i ist Einlaß und 1e ist Auslaß, 2 ist der Rotorkörper, der aus den Teilen 21 und 22 zusammengesetzt ist, mit einem Hohlraum in der Mitte. 3 und 4 bilden einen gekreuzten, integrierten Schieber mit einem 90° Winkel zwischen den Schiebern. Schieber 3 ist einteilig, Schieber 4 wird aus den beiden Hälften 41 und 42 zusammengesetzt. 51R und 52R sind zwei Ringe, die die Achsen verkoppeln. 61, 62, 63 und 64 sind abdichtende Elemente in den Schieberenden. 71 und 72 sind zwei Kugellager für den Rotor. 81 und 82 sind die Zylinderabdeckungen.

Die beiden Schieber 3 und 4 haben die gleiche Masse und gleiten in dem gekreuzten Gleitweg im Rotorkörper. 3 hat in der Zeichnung die Form eines um 90° gedrehten "H", wobei der Balken die beiden Schieber verbindet. Im Massenzentrum, parallel zur Schieberkante, befinden sich links und rechts vom Balken zwei kurzen Achsen 31a und 32a. Die Schieberhälften 41 und 42 gleichen zwei verbunden "I" (in der Zeichnung 1A senkrecht zur Zeichenebene). Die Breite dieser Hälften ist die halbe Breite des Schiebers 3, die Masse eine Hälfte ist die halbe Masse von 3. Die beiden Hälften werden zusammengefügt. In der Mitte der beiden I's im von den I's umschlossenen Rechteck befinden sich je eine Achse, 41a und 42a, parallel zur Schieberkante. Weil die Schieber 3 und 4 homogen und symmetrisch sind, bewegen sich die Massenzentren der Schieber in der vertikalen Ebene durch den Mittelpunkt des Zylinders.

Der Durchmesser der kurzen Achsen ist d. Die beiden Achsen 31a und 41a ragen in den Ring 51R hinein. Ebenso befinden sich die beiden Achsen 32a und 42a im Ring 52R. Der innere Durchmesser des Kopplungsrings ist D = e + d, wobei d < e ist, so daß der maximal mögliche Abstand der beiden Achsen im Ring gleich e ist. Im Arbeitsbetrieb ist der Abstand der Achsen stets genau gleich e.

Der Rotor mit den Schiebern und den Achsenkopplungsringen ist exzentrisch gelagert in einem Zylinder, der idealerweise eine isochorde Gestalt hat. Isochord bedeutet, daß die Kurve in Polarkoordinaten durch die Gleichung

ρ = B - e sinθ

beschrieben wird. Zwei Punkte auf dieser Kurve, die durch eine Linie durch den Punkt 0 (Zentrum des Rotorkörpers) verbunden werden können, haben den gleichen Abstand. Im Idealfall ist dann der Abstand zwischen den Schieberkanten und dem Zylinder immer gleich Null.

In der Praxis sind Zylinder der Form (1) schwer zu realisieren. Außerdem wird an der Berührungslinie von Innenrotor und Zylinder häufig eine Isolierungsvertiefung angebracht. Dadurch wird bewirkt, daß sich Zylinder und Rotor nicht nur in einer Linie, sondern einer Fläche berühren. Dies bedeutet, daß starre Schieber unveränderlicher Länge die einzelnen Hohlraumsegmente nicht perfekt voneinander isolieren.

Deshalb werden an die Schieberenden Isolierungsstreifen, 61, 62, 63 und 64, angebracht, die aus Graphit, PTEF oder Stahl angefertigt werden und die entlang der Radialrichtung gleiten können. Der Rotor ist in Lagern gelagert, die fest mit den beiden Zylinderabdeckungen verbunden sind. Wenn der Rotor von einer äußeren Kraft angetrieben wird und sich im Uhrzeigersinn mit einer Winkelgeschwindigkeit ω dreht, wird Gas vom rechten Eingang angesaugt. Das Gas wird in dem Verdichtungsraum komprimiert und dann durch den Auslaß herausgedrückt.

Während der Drehung des Rotors vollführen die Schieber eine Planetenbewegung. Das Massenzentrum jedes Schiebers dreht sich um das Zentrum des Achsenkopplungsringes mit einer Umlaufgeschwindigkeit ω_g, und gleichzeitig bewegen sich die Schieberflügel jedes Schiebers um die Schieberachse mit der Winkelgeschwindigkeit ω, wie in einer Planetenbewegung. Dabei gilt:

ω_g = 2ω

Beide Schieber zusammen formen ein Planetensystem, dessen Massenzentrum mit dem Mittelpunkt des Achsenkopplungsring zusammenfällt. Die Trägheitskräfte des Gesamtsystems werden durch den gemeinsamen Kopplungsring austariert. Es treten also keine dynamischen Kräfte auf, die von den Schiebern auf die Zylinderwände ausgeübt werden, oder Kräfte, die durch das Gleiten der Schieber entstehen. Die Kraftbeständigkeit der Schieber wird verbessert. Die Reibung der Schieber verringert sich und bessere Abdichtungsbedingungen werden erreicht.

Wenn der absorbierende Eingang mit einem festen Volumen verbunden wird, ist das obige System eine Vakuumpumpe. Wenn Gas mit einem gewissen Druck von außen in den Zylinder eingebracht wird (Eingang von links, Austritt rechts), wird der Rotor in Drehung versetzt und Drehmoment wird von der Achse zur Verfügung gestellt, so daß die Maschine als pneumatischer Motor wirkt.

Abb. 2 zeigt den Vergleich bestehender Technik (Abb. A und B) und GREGS (Abb. C). In Abb. 2A ist ein gängiger Rotationsverdichter gezeigt, bei dem die Schieber einzeln um die Antriebsachse laufen. Bei der Rotation werden die Schieber gegen die Zylinderwand gepreßt. Dies bedingt einen Energieverlust. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit erhöht wird, oder die Schieber schwer sind, wird der schützende Ölfilm zerstört, und auch die Schieber würden Schaden nehmen.

Abb. 2B zeigt einen (Woodcock- und Oldham-Franchot-) Rotor der dieselbe Problematik auf einer Hälfte des Zylinders aufweist.

Aufgrund der Bauweise der Rotoren 2A und 2B ist es nicht möglich, sehr große oder schnelle Maschinen zu bauen, da sie den Belastungen nicht standhalten würden.

Abb. 2C zeigt den GREGS Rotor, der zentral gelegene Achsen a besitzt, die durch einen Achsenkopplungsring 53R verbunden sind. Die Schieber 3 und 4 sind derartig ausbalanciert, daß nur ein geringer Kontakt zur Zylinderinnenwand besteht, somit der Energieverbrauch gering gehalten wird und eine sehr hohe Lebensdauer, auch bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten, erreicht wird.

Abb. 3. zeigt verschieden Möglichkeiten zum Aufbau von GREGS Maschinen.

Die wesentlichen Charakteristika einer GREGS-Maschine mit zwei Schiebern sind:

• 1. Die Bewegungsebenen der beiden Schieber mit gleichen Massen fallen zusammen.
• 2. Die beiden Massenzentren sind verbunden und haben den festen Abstand e.
• 3. Während der Rotorbewegung bewegen sich die Massenzentren der Schieber in einer kreisförmigen Umlaufbahn, dessen Durchmesser e ist.

Wenn der Innendurchmesser D des Achsenkopplungsringes nicht genau d + e ist, z. B. aufgrund der Produktion, eines bestimmten Designs oder der Abnutzung nach langem Gebrauch, dann ändert sich der reale Abstand zwischen den beiden Massenzentren entsprechend. Somit wird auch die kreisförmige Umlaufbahn größer.

Das Massenzentrum eines idealen GREGS-Schiebers sollte sich im Kreuzungspunkt der horizontalen X und der vertikalen Y-Achse befinden. Wenn der Schieber nicht symmetrisch ist, sollte diese Bedingung durch entsprechende Bohrungen oder Zusatzgewichte erfüllt werden.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die beiden Massenzentren zu verbinden und den Abstand e zu fixieren:

Abb. 3A: (GREGS II-TYP 2) Die Verwendung eines Achsenkopplungsrings, wie oben beschrieben.

Abb. 3B: (GREGS II-TYP 3, 4, 5 und 6)

GREGS II-TYP 3: Die beiden zentralen Achsen der Schieber 43 und 44 können durch eine Verbindungsstück mit zwei Bohrungen verbunden werden (51L, Bild 3B). Die beiden Achsenlöcher des Verbindungsstückes sind parallel, mit einem optimalen Abstand e zwischen den Achsen. Der Durchmesser der beiden Achsen muß dem Durchmesser der beiden Bohrungen entsprechen, und die Achsen müssen frei rotieren können.

GREGS II-TYP 4: Wenn sich die Achsenlöcher in den Mittelstücken der Schieber 45 und 46 befinden, können sie durch ein Verbindungsstück mit zwei Achsen (52L) verbunden werden, das zwei kurze, parallele Achsen hat, die in gegensätzliche Richtungen zweigen und einen optimalen Abstand von e haben.

GREGS II-TYP 5: Falls die Schieber 44 und 45 zusammengefügt werden, können die Achsen durch ein Verbindungsstück mit einer Achse und einer Bohrung verbunden werden (53L).

GREGS II-TYP 6: Auch können zwei Schieber 47 mit dem Verbindungsstück 54L verbunden werden. In der Mitte des Verbindungsstückes 54L ist eine Bohrung 54Lh. Diese Bohrung ist nicht erforderlich, macht es aber möglich das Verbindungsstück mit der Sonnenachse 84a aus Bild 7B zu kombinieren.

Alle vier verschiedenen Verbindungsstücke 51L, 52L, 53L und 54L erfüllen den gleichen Zweck, die Trägheitskräfte auszugleichen.

Abb. 3C: GREGS II-TYP 7: Wenn sich in Schieber 47 ein Loch mit einem Innendurchmesser von D1 = 2e + d befindet, und Schieber 48 eine kurze Achse mit Durchmesser d hat, dann können die beiden Schieber direkt zusammengefügt werden, wobei ein Abstand der zentralen Achsen von e gewährleistet ist und die Trägheitskräfte der beiden Schieber direkt ausgeglichen werden.

Abb. 3D: GREGS III-TYP 1: GREG-Maschine mit 3 Schiebern

Schieber 47 kann zusammen mit Schiebern 43 und 44 eine GREGS-Maschine mit 3 Schiebern bilden. Drei Schieber 43, 44, und 47 mit gleichen Massen sind mit gleichem Winkel von 60° zwischen den Schiebern angeordnet. Der Durchmesser der zentralen Bohrung in Schieber 47 = D₃ muß angepaßt werden nach folgender Berechnung:

D₃ = 2e + d₃ hierbei ist d₃ < 0.86e

GREGS-Maschine mit 1 Schieber, wenn Schieber 43 in ein gleichschweres Tarierelement mit geeigneter Achse und Achsenloch umgewandelt wird und mit Schieber 44 kombiniert wird, wird eine Möglichkeit einer 1 Schieber-GREGS-Maschine realisiert.

In Bild 3 sind insgesamt 6 Arten von asymmetrischen GREGS-Maschinen mit zwei Schiebern abgebildet (7 Typen, wenn die 3-Schieber-Maschine dazugezählt wird). Wenn doppelte Sätze der gleichen Konstruktionsteile verwendet werden, erhält man 6 Arten von symmetrischen GREGS-Maschinen. Wenn eins der beiden Paare von ausgleichenden Elementen zu einem Tarierelement reduziert wird, erhält man verschiedene 1-Schieber-Maschinen. Wenn 2, 3 oder mehr Paare von Schiebern übereinander gelegt werden, erhält man entsprechend 2-, 3- oder n-Schieber-GREGS-Maschinen. So sind über 20 verschiedene Kombinationstypen möglich. Trotz der vielfältigen Baumöglichkeiten ist doch das Grundprinzip der GREGS- Maschine immer dasselbe, im folgenden beschriebene:
GREGS-Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen exzentrisch gelagerten Rotorkörper mit Rotoren in einem Zylinder mit der Exzentrizität e hat. Die Gleitflächen in radialer Richtung der Rotoren im Rotorkörper sind gleichmaßig verteilt (der Winkel zwischen je zwei benachbarten Gleitflächen ist gleich). Im Rotorkörper befinden sich ein oder mehrere Hohlräume, in denen jeweils mindestens eine Gruppe mit zwei oder drei Teilen montiert ist, die Planetenbewegungen ausführen und deren Rotationsachsen verbunden sind. Mindestens eins von diesen rotierenden Teilen ist ein Schieber mit zentralen kurzen Achsen oder Achsenlöchern und Abdichtelementen, die anderen Teile können Tarierelemente sein. Die Rotationsachsen der Teile schneiden das Massenzentrum der Teile und sind parallel zur Rotationsachse des Rotorkörpers. Die Teile sind verbunden durch Achsen und entsprechende Achsenlöcher oder durch Elemente, die die Achsen koppeln. Gleichzeitig mit der Drehung des Rotorkörpers vollführen die Massenzentren der beschriebenen Teile Planetenbewegungen aus, wobei sie gegenseitig ihre Fliehkräfte ausgleichen.

Wenn GREGS-Maschinen mit großen Abmessungen gebaut werden, können Lager und Zahnräder sowie weiteres Zubehör auf den zentralen Achsen angebracht werden, so daß Stahlfaserbänder, Ketten oder Gummiringe verwendet werden können, um die beiden Paare von Schiebern zusammenzuhalten, so daß verschiedene Kombinationen von Schiebern und Rotorkörpern schließlich einige Dutzend verschiedener GREGS-Maschinen formen.

Abb. 4 ist eine Skizze verschiedenen möglichen Schiebern/Schieberkombinationen in GREGS Maschinen.

Abb. 4A zeigt drei typische Schieberkombinationen. Die Schieber bestehen aus jeweils zwei Schieberflügeln v und v', einem Träger b, der Achse a oder dem Achsenloch und den Dichtungen 6. Das Massezentrum sollte idealerweise an dem Schnittpunkt der Achsen X und M-N liegen. Teil 4 in der Zeichnung ist die spiegelbildliche Kombination der eben beschriebenen Schieber 41 und 42.

Abb. 4B zeigt den Schieber 3', eine Abwandlung des Schiebers 3, der aus den Teilen 31 und 32 besteht.

Abb. 4C zeigt jeweils zwei Schieber zweier verschiedener Typen. Diese stehen sich spiegelverkehrt gegenüber. Die oberen Schieber werden mit den unteren verbunden, so daß sich zwei Paare gegenüber stehen. Das Massezentrum sollte idealerweise an dem Schnittpunkt der Achsen X und M-N liegen.

GREGS-Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber aus zwei äußeren Schieberelementen und einem Verbindungsstück zwischen diesen Elementen bestehen, sowie einer zentralen Achse oder einem Achsenloch. Die Drehachse der Achse oder des Loches ist die Rotationsachse des Schiebers. Der Schieber kann aus einem Stück bestehen oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die im gleichen Gleitbereich festgehalten werden.

Abb. 5 zeigt verschiedene Rotorkörper von GREGS-Maschinen.

Abb. 5A zeigt einen zweiteiligen Rotorkörper 21 und 22, mit einer Kammer, wie in Abb. 1 bereits abgebildet.

Abb. 5B zeigt einen dreiteiligen Rotorkörper, bestehend aus den Teilen 22, 23 und 24, mit zwei Kammern.

Abb. 5C zeigt einen einteiligen offenen Rotorkörper 27, mit der einseitig angebrachten Achse 27a.

Abb. 6 ist eine Skizze von GREGS mit vier bzw. sechs Schiebern.

Bei allen Typen ist zu beachten, daß die Schieber gleichwinkelig zueinander angeordnet sind.

Abb. 6A:
GREGS IV-TYP 1: ist die Achsendraufsicht eines GREGS mit vier Schiebern. Eine Kombination aus den Schiebern in Abb. 1 und Abb. 4B ergibt einen GREGS mit vier Schiebern und vier Verbindungsringen.
GREGS IV-TYP 2: Zwei Schieberpaare der Abb. 4C ergeben einen GREGS mit vier Schiebern und zwei Verbindungsringen.

Abb. 6B
GREGS VI-TYP 1: ist die Achsendraufsicht eines GREGS mit sechs Schiebern. Eine Kombination aus den Schiebern in Abb. 1, ein Paar aus Abb. 4B und einem Paar aus Abb. 4C ergibt einen GREGS mit sechs Schiebern und sechs Verbindungsringen.
GREGS VI-TYP 2: kombiniert man ein Schieberpaar der Abb. 3A mit zwei Paaren der Abb. 4C erhält man einen GREGS mit sechs Schiebern und drei Verbindungsringen.

Abb. 6C:
GREGS IV-TYP 3: ist der Querschnitt einer GREGS-Maschine mit vier Schiebern mit einer Schieberkombination aus einem ähnlichen Schieber wie in Abb. 3A und einem Schieber der Abb. 4B.

Abb. 6D zeigt den Längsschnitt der oben genannten GREGS IV Maschine.

GREGS Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn alle Teile, die Planetenbewegungen ausführen, Gleitschieber sind, es möglich ist, GREGS-Maschinen mit ein, zwei oder drei Gruppen mit jeweils zwei gleich schweren Schiebern zu bauen, wobei die Massezentren aller Schieber eine Umlaufbahn auf demselben Kreis des Durchmessers e vollführen, so daß die Maschinen insgesamt zwei, vier oder sechs Schieber haben.

Abb. 7 zeigt zwei Arten von GREGS Maschinen mit einem Schieber (TYP 1 und TYP 2)

In der Abbildung haben die Zahlen folgende Bedeutung:

GREGS I-TYP 1

Abb. 7 zeigt in den Teilen A, B und C eine GREGS I Maschine TYP 1 mit einem Schieber. Öffnet man das Zylindergehäuse 84 der Abb. 7A kann man die Teilegruppe der Abb. 7B einfach in den Rotorkörper 26 einstecken. Durch erneutes Verschließen des Zylindergehäuses ist das Gerät einsatzbereit. Abb. 7C zeigt die Aufsicht auf den Rotorkörper mit installierter Teilegruppe 7B. Wenn sich der Rotor nun in Uhrzeigerrichtung dreht, wird Luft aus dem Einlaßfilter angesogen, wird verdichtet und über das Rückschlagventil 19 in den Auslaß 16 gegeben.

GREGS I-TYP 2

Abb. 7 zeigt in den Abb. D und Abb. E eine GREGS I Maschine TYP 2 mit einem Schieber.

Der Unterschied besteht in der Ausrichtung der modifizierten Teilegruppe der Abb. 7B. Wird diese Spiegelverkehrt montiert, so ist es möglich, die Umlaufachse 84a in das Loch 46Wh des Gewichtes 46W zu befestigen (oder mit dem Loch 54Lh in Abb. 3). Wenn der Rotor mit der Geschwindigkeit ω in Uhrzeigerrichtung dreht, drehen sich die Schieber in einer Planetenbahn um sich selbst, und das Gleichgewicht 46W dreht sich mit der Geschwindigkeit 2ω um die Umlaufachse 84a. Schieber 45 und Gewicht 46W balancieren sich gegenseitig aus.

GREGS I Geräte der TYPEN 1 und 2 können besonders für kleine Kompressoren, Klima- und Kühlanlagen und ölfreie Kompressoren genutzt werden. Durch die geringe Anzahl beweglicher Teile sind diese Geräte besonders wartungsfreundlich.

Abb. 8 zeigt drei Arten von GREGS I Maschinen mit einem Schieber (TYP 3, TYP 4 und TYP 5)

GREGS I-TYP 3

Bei dem in Abb. 8A und B gezeigten Gerät handelt es sich um eine GREGS Maschine wie in Abb. 1, wobei der Schieber 3 gegen ein Gegengewicht 3'W ausgetauscht wurde. Der Rotorkörper hat in der Mitte in Richtung des Durchmessers eine Bohrung, durch die eine Stange geführt ist. Auf dieser Stange kann das Gewicht gleiten. Die Masse des Gewichtes 3'W ist gleich mit der des Schiebers. So balancieren sie sich gegenseitig aus.

GREGS I-TYP 4

In Abb. 8 C und D ist ein Gerät ähnlich der Abb. 1 gezeigt, bei dem die Schieber 41 und 42 durch Tariergewichte ersetzt wurden. Die Gewichte 41W und 42W sind aufgebaut wie in Abb. 7B gezeigt.

Die Gewichte 41W/42W haben Löcher 41Wh/42Wh welche mit den Achsen 31a/32a des Schiebers 3 kombiniert werden und sich so frei bewegen können. Die Gewichtsachsen 41Wa/42Wa können sich sowohl gleitend als auch rotierend in den Achsenschächten des Rotorkörpers bewegen. Die Masse der Gewichte 41W und 42W ergeben zusammen dieselbe Masse des Schiebers 3, so balancieren sie sich gegenseitig aus.

GREGS I-TYP 5

Dies ist eine Abwandlung der Version GREGS I-TYP 3. Das Gewicht hat jedoch keine Achse, sondern eine beidseitige Aushöhlung, die den Achsenverbindungsring ersetzt. So können die Achsen 41a und 42a des Schiebers 4 in diesen Aushöhlungen gleiten und rotieren. In der Mitte des Gewichtes 3W sind zwei Löcher durch die die Haltestangen 21B und 22B laufen. Die Aushöhlungen haben den Durchmesser D1 = 2e + d.

Die Masse des Gewichtes 3W ist gleich derer der Schieber 41 und 42, so balancieren sie sich gegenseitig aus.

GREGS I Geräte der TYPEN 3, 4 und 5 können besonders für verschiedene Kompressoren, Klima- und Kühlanlagen, ölfreie Kompressoren und pneumatische Motoren genutzt werden. Durch die hohe Kompressionsrate, lassen sich hohe Drücke erreichen.

GREGS I TYPEN 1, 2, 3, 4 und 5 wurden beschrieben mit einem Schieber und einem Tariergewicht gleicher Masse. Dies ist sicherlich der Idealfall, aber nicht zwingend erforderlich. Um ein GREGS I gerät zu bauen, verwendet man die Grundkonstruktion wie folgend beschrieben:

GREGS Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn nur eines der Teile ein Gleitschieber ist, und das andere ein Tarierelement ist, wobei beide Teile die selbe Masse oder den selben Trägheitsmoment zur Umlaufachse haben müssen, es möglich ist, eine GREGS-Maschine mit nur einem Schieber zu bauen. Das genannte Tarierelement kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen.

Abb. 9 ist eine Skizze von einem GREGS Gebläse oder pneumatischem Motor mit zwei Schiebern.

Abb. 9 zeigt eine GREGS Maschine wie Abb. 1, wobei der Schieber gegen den vom Typ der Abb. 4B getauscht wurde. Dieses Gebläse ist am Einlaß und Auslaß derart modifiziert, daß die Kompressionsrate geringer ist. So ist es auch möglich, einen pneumatischen Motor mit geringem Druck zu betreiben.

Abb. 10 ist eine Skizze von einer GREGS Pumpe mit zwei Schiebern

Abb. 10 zeigt ein GREGS Maschine wie Abb. 1, wobei der Schieber gegen den vom Typ der Abb. 4B getauscht wurde. Der Einlaß und der Auslaß wurden hier derart modifiziert, daß das Gerät als Pumpe betrieben werden kann. So wäre es möglich, mit dieser Pumpe Erdöl und Gas oder Erdöl mit Wasser oder auch mit Sandresten zu fördern.

Abb. 11 ist die Skizze von 7 möglichen Dichtungsarten von GREGS Schiebern.

Abb. 11A zeigt einen Schieber ohne Dichtung. Dieser sollte kombiniert werden mit einem Zylinder mit isochorder Kurve.

Schieber mit Dichtungen wie in Abb. 11B bis 11H gezeigt, kann man mit einem normalen kreisrunden Zylinder betreiben.

Abb. 11B zeigt einen Schieber, der an den Enden jeweils eine Dichtungsscheibe 6 besitzt. Somit kann dieser Schieber in einem runden Zylinder genutzt werden. Die Dichtungsscheiben 6 befinden sich in einem Schacht, aus dem sie sich hinausbewegen können. Somit ist eine optimale Abdichtung gewährleistet. Die Funktion ist dieselbe wie die eines Kolbenringes. Zwischen dem Rotorkörper und dem Schieber ist eine separate Dichtung 65C angebracht. Bei sehr guter Produktion des Schiebers ist eine solche Dichtung allerdings überflüssig.

Abb. 11C zeigt einen Schieber mit einer T-förmigen Dichtung, ähnlich wie Abb. 11B. Hier kann die Dichtung in einem geringen Maße heraustreten. Diese Form ist für geringe Drücke besonders geeignet.

Abb. 11D zeigt einen Schieber mit einer Dichtungsfeder 65P. Diese ist aus Metall oder Kunststoff gefertigt und flexibel. Diese Form ist ebenfalls für geringe Drücke oder Gebläse geeignet.

Abb. 11E zeigt einen Schieber mit einer gespreizten Manteldichtung 65U. Diese umfaßt das Ende der Schieber und ist an den Enden gespreizt, so daß auch das Rotor-Gehäuse abgedichtet wird. Auch diese Dichtung ist flexibel beweglich nach außen hin.

Abb. 11F ist eine ähnliche Dichtung wie in Abb. 11E wobei hier am Ende der Dichtung ein runder Stift 65A eingebracht ist, der die Lebensdauer der Dichtung erhöht.

Abb. G und H zeigen eine ähnliche Dichtung wie in Abb. 11F. Hier ist jedoch ein flexibler Stift 65M eingebracht, der an seinem Ende den selben Bogen beschreibt, in welchem die Zylinderinnenwand geformt ist. Somit wird in jeder Schieberposition nicht nur punktuell abgedichtet, sondern über die gesamte Bogenfläche des Stiftes 65M.

Abb. 12 zeigt Kombinationsvarianten von GREGS Maschinen. (Bau Parallel oder in Reihe)

Abb. 12A und B zeigen eine Gruppe von GREGS Maschinen, welche parallel aufgebaut wurden. Jedes der Geräte steht um 180° gedreht zum nächsten. Somit kann der auf die Lager wirkende Luftdruck ausgeglichen werden.

Abb. 12C zeigt einen Mehrfachstufen-Hochdruck GREGS Kompressor. Der Druck nimmt von außen nach innen zu, und wird in den Zwischenstufen gekühlt K. Die einzelnen GREGS Maschine werden in Reihe gebaut, so daß der Luftaustritt des einen Gerätes der Lufteintritt des anderen ist. Durch eine besonders feste und dicke Stahlbauweise der Schieber ist der Einsatz in sehr hohen Druckverhältnissen möglich.

Wenn der GREGS-Kompressor sich in der Praxis bewährt, ist die zukünftige Entwicklung von Maschinen wie im folgenden beschrieben, denkbar.

Abb. 13 ist beschreiben eine Grundkonstruktion zum Bau von Verbrennungsmotoren mit GREGS

In Abb. 13A ist 110 der GREGS-Kompressor, 120 ist die Kupplung zwischen Kompressor und Motor, 121 ist ein Getriebe, 130 der GREGS-Motor, 140 der Ölvorrats- und Abscheidebehälter, 150 der Wärmetauscher und Luftfilter, 160 die Verbrennungskammer, 161 ist die Kraftstoffeinspritzdüse, 165 die Zündvorrichtung, 166 der Lufteinlaß für den Kaltstart, 167 der Lufteinlaß im Warmbetrieb, 171 ist der Ölkühler, 172 der Kühlventilator, 173 ein Wasserkühler, 181 und 182 sind Schaltrelaisventile, die zwischen Kalt- und Warmbetrieb umschalten, 140 ist ein Druckluftbehälter und 150 ein Gegenstromwärmetauscher, in dem die Abgase ihre Energie an die Druckluft aus 140 abgeben.

Abb. 13 B stellt den thermodynamischen Kreisprozeß für die Maschine aus Abb. 14 dar.

Abb. 13 C ist der thermodynamische Kreisprozeß für isovolumetrische Verbrennung.

Abb. 13 D der Kreisprozeß für isobare Verbrennung. Der Arbeitsprozeß der GREGS- Maschine kann wie folgt beschrieben werden:

Im folgenden werden die Diagramme Abb. 13 B; C und D beschrieben:

Abschnitt 'ab' im Diagramm: Frischluft wird zunächst in 110 komprimiert. Es können ein- Schieber-GREGS-Kompressoren (mit einem Auslaß mit Rückschlagventil), zwei- oder vier- Schieber-Kompressoren verwendet werden, die durch Öleinspritzung gekühlt und gleichzeitig geschmiert werden. Der Ausgangsdruck ist 7-12 bar, die Ausgangstemperatur 90-110°C, der Kompressionsexponent K = 1.15. Der Kompressionsvorgang ist fast isotherm mit geringer Leistungsaufnahme. Durch die Kühlung wird vor allem die Lebensdauer des Kompressors vergrößert.

Abschnitt 'bc' im Diagramm: Das Öl in der komprimierten Luft wird in 140 herausgefiltert und in 171 gekühlt, um wiederverwertet zu werden. Die Leistungsaufnahme in diesem Prozeß verursacht einen Druckabfall von etwa 2%. Die gereinigte Druckluft mit einem Ölanteil von etwa 0.1-1 mg/m³ wird in den Wärmetauscher 150 geleitet, wobei die Temperatur der Druckluft in einem isobaren Prozeß steigt. Die Ausgangstemperatur beträgt mehr als 500 C, wobei die tatsächlichen Temperaturen von der Qualität des Wärmetauschers abhängen. Durch die Vorwärmung sollte der Motorwirkungsgrad theoretisch um etwa 5 ~ 10% steigen.

Abschnitt 'cd' im Diagramm: Die komprimierte und erhitzte Luft wird durch das Rückschlagventil 166 in die Verbrennungskammer 160 geleitet und dort mit dem injizierten Kraftstoff vermischt, wobei sich ein Hochtemperaturgas (mehr als 1500°C) bildet. Hierbei können isobare Verbrennungen wie in modernen Gasturbinen (Abb. 13 D) oder isovolumetrische Verbrennungen mit periodischen Zündungen wie in geschlossenen Verbrennungskraftmaschinen (Abb. 13 C) stattfinden.

Abschnitt 'de' im Diagramm: Das heiße und komprimierte Gas wird in den GREGS-Motor 130 geleitet. Ein-Schieber- und zwei-Schieber-Maschinen sind für den kleinen und mittleren Leistungsbereich geeignet, während für direkte isobare Verbrennung vier-Schieber- Maschinen verwendet werden sollten. Das Gas wird in einem fast adiabatischen Prozeß expandiert, bis es nahezu Atmosphärendruck erreicht hat, so daß fast das gesamte Druckpotential ausgenutzt wird.

Abschnitt 'ef' im Diagramm: Die Abgastemperatur des GREGS-Motors ist fast 650°C. Das Abgas wird in den staubfilternden Wärmetauscher 150 geleitet, um die komprimierte Frischluft aufzuheizen. Die Endtemperatur des Abgases ist schließlich unter 300°C.

Abb. 14 zeigt den Aufbau eines möglichen GREGS-Verbrennungsmotors mit isovolumetrischem Verbrennungskreislauf (Abb. 13B). Diese Maschine stellt eine Vereinfachung der oben beschriebenen dar, indem der Kühlkreislauf für die Frischluft weggelassen wird. Diese Maschine benötigt zwei GREGS-Kompressoren in Tandemanordnung, zwischen denen sich die Verbrennungkammer befindet.

Abb. 14A ist der horizontale Querschnitt der gesamten Maschine, 14B der vertikale Querschnitt des Kompressors, 14C der vertikale Querschnitt des Gasmotors, 14D der kugelförmigen Verbrennungskammer mit Gasein- und auslaß in der Platte in der Mitte zwischen den beiden GREGS-Maschinen mit je einem Schieber.

Der linke Gasmotor ist 1.2mal größer als der rechte Kompressor. Daher ist das Expansionsvolumen ca. 1.8mal größer als das Ansaugvolumen. Dadurch wird das Druckpotential des heißen Verbrennungsgases optimal genutzt. Der Auslaß des Kompressors ist mit dem Einlaß des Motors durch die Verbrennungskammer in der Mitte verbunden.

Wenn das Kompressionsverhältnis 8 ist, beträgt das Expansionsverhältnis 13.8. Anlasser, Wasserkühlung und Schmiersystem werden in der Zeichnung nicht dargestellt.

Wenn der Anlasser den Motor im Uhrzeigersinn dreht, wird die Luft durch den Einlaß 310i angesaugt und in die Verbrennungskammer 360 durch das Rückschlagventil 362 gedrückt. In diesem Stadium ist der Ausgang der Kammer durch die Seitenfläche des Rotorkörpers 332 verschlossen. Während eines Winkels von ca. 30° einer Umdrehung ist die Kammer vollständig geschlossen, wobei Benzin eingespritzt und verbrannt wird. Im weiteren Verlauf der Umdrehung gelangt das Gas durch den Einlaßbogen von etwa 90° in der Seitenfläche von 332 in den Motor dessen Rotor unter dem Druck des eingelassenen Gases rotiert und auch den Kompressor 310 antreibt. Wenn der Druck in der Verbrennungskammer weniger als 0.3 Mpa beträgt, öffnet sich das Ventil 362, die neue komprimierte Luft gelangt in die Verbrennungskammer. Während eines Winkels von etwa 10° sind sowohl Ein- als auch Ausgang der Verbrennungskammer geöffnet, wobei das restliche verbrannte Gas herausgedrückt wird. Anschließend beginnt ein neuer Verbrennungszyklus.

Während jeder Umdrehung der Achse finden zwei komplette Arbeitszyklen mit Luftansaugung, Kompression, Verbrennung und Ausstoß der Verbrennungsgase statt, dies macht GREGS-Motoren auch in kleiner, leichter Bauweise sehr kraftvoll.

Da das Expansionsvolumen 1.8mal das Ansaugvolumen beträgt, dehnt sich das verbrannte Gas unter Verrichtung von Arbeit fast vollständig aus. Dar das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der kugelförmigen Verbrennungskammer klein ist, kann ein hoher Verbrennungswirkungsgrad mit geringer Schadstofferzeugung erreicht werden.

Durch die große wirksame Hebellänge auf die der Gasdruck wirkt, erreicht man einen sehr guten Drehmoment auch bei niedriger Motordrehzahl. Deshalb würde der Benzinverbrauch im langsamen Stadtverkehr, wie auch auf der Autobahn bei hohen Geschwindigkeiten, reduziert werden.

Gewerbliche Anwendbarkeit Kompressoren

Die Maximaldrücke von Kompressoren mit gleitenden Schiebern sind begrenzt auf 12 Bar. Die maximale Rotationsgeschwindigkeit ist begrenzt auf 1500 Umdrehungen/Minute, das maximale Transportvolumen auf 100 m³/Minute. Durch die Einfüllung der Kopplung werden sich diese Maximalwerte um ein Vielfaches erhöhen. Dadurch ist es möglich, leistungsstärkere und kleinere Kompressoren zu bauen als bisher. Materialkosten und Verschleiß werden reduziert. Dies gilt auch für Klimaanlagen, insbesondere Kühlanlagen für Autos, die nun kleiner, einfacher und verschleißfester sein können. Durch die erheblich höheren Maximaldrücke sind auch mehrstufige Kompressoren denkbar, die z. B. bei der Luftverflüssigung eingesetzt werden können.

Der Anwendungsbereich der Kompressoren wird erheblich erweitert, weil auch der Bau von ölfreien GREGS-Maschinen möglich ist. Dadurch erschließen sich folgende Anwendungen:
Transport von Medikamenten, Lebensmitteln und generell allen Stoffen, die nicht mit einem Schmierfilm in Verbindung kommen dürfen.

Pumpen für die Ölindustrie zum Pumpen von zwei- oder dreiphasigen ölhaltigen Gemischen. Diese Gemische können auch Sand enthalten.

Motoren

Pneumatische Motoren, die auf dem GREGS-Prinzip basieren, liefern bei gleicher eingesetzter Energie mehr Rotationsenergie. Das Maximum des gelieferten Drehmoments als Funktion der Umdrehungsgeschwindigkeit liegt bei höheren Drehzahlen als bisher.

Herkömmliche Verbrennungskraftmaschinen haben Wirkungsgrade von maximal ca. 46%. Ein GREGS-Motor kann im Unterschied zu diesen Maschinen ca. 50% der Abwärme im Arbeitsprozeß wiederverwenden (Abb. 13C und D). Dadurch wird ein signifikanter Anteil der erzeugten Verbrennungsabwärme wieder in Arbeit umgewandelt, so daß sich voraussichtlich Gesamtwirkungsgrade von 50 ~ 55% und mehr ergeben.

Ein weiterer Vorteil der GREGS-Maschine ist, daß das Expansionsvolumen sehr groß ist, so daß der Minimaldruck während des Arbeitsvorganges geringer ist als der eines Kolbenmotors. Dadurch wird die Kompressionsenergie zu einem größeren Anteil in Bewegungsenergie umgesetzt. Die entstehenden Abgase haben eine geringere Temperatur.

Ausführung der Erfindung

Es wurden bereits mehrere Prototypen von GREGS-Maschinen gebaut. Der erste GREGS- Kompressor (Abb. 1) wurde mit Stahlschiebern gebaut, hat zwei Achsenkopplungsringe, einen exakt kreisförmigen äußeren Zylinder und wurde mit 825, 1460 und 2600 Umdrehungen/Minute betrieben, mit einem Stofftransport von 2.2, 4 und 7 m³/Minute. Dies zeigt die flexiblen Betriebsbedingungen eines solchen Kompressors. Vibrationen und Leistungsaufnahme waren gering. Die Volumenleistung kann sowohl durch Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit wie auch Vergrößerung der Maschine betrieben werden. Es ist möglich, eine Reihe von Maschinen verschiedener Leistung mit gleichen Bestandteilen wie Zylinder, Schieber, Rotor usw. herzustellen.

Bezugszeichenliste

Zahlen und Zahlen plus ein Großbuchstaben zeigen die einzelnen Teile. Zahlen plus ein Kleinbuchstaben zeigen einen Bestandteil eines Einzelteils an.
Gleiche Teile in verschiedenen Zeichnungen haben gleiche Nummer.

Abb.

1 ist eine Skizze vom GREGS Kompressor mit zweifachen Schieber, Vakuumpumpe oder pneumatischer Motor.

1

Zylinder

1

i Gaseinlaß

1

e Gasauslaß

2

Rotorkörper

21

Bestandteil des Rotorkörpers von

2

22

Bestandteil des Rotorkörpers von

2

3

Schieber

31

a Zentrale Achse der linken Seite von

3

32

a wie

31

a, rechte Seite

4

Schieber

41

Linke Hälfte eines Schiebers

41

a Zentrale Achse von

41

42

Rechte Hälfte eines Schiebers

42

a Zentrale Achse von

42

5

Achsenkopplungsring

51

R wie

5

52

R wie

5

6

Abdichtungselement

61

wie

6

62

wie

6

63

wie

6

64

wie

6

7

Kugellager

71

wie

7

72

wie

7

8

Zylinderabdeckung

81

wie

8

82

wie

8

9

Rückschlagventil

Abb.

2 zeigt den Vergleich bestehender Technik (A und B) und GREGS.
a Zentrale kurze Achse

3

Schieber

4

Schieber

53

R Achsenkupplungsring

Abb.

3. zeigt verschieden Möglichkeiten zum Aufbau von GREGS Maschinen

43

Schieber

43

a Zentrale Achse für

43

44

Schieber

44

a Zentrale Achse für

44

45

Schieber

45

h Zentrales Achsenloch für

45

46

Schieber

46

h Zentrales Achsenloch für

46

47

Schieber

47

h Zentrales Achsenloch für

46

48

Schieber

48

a Zentrale Achse für

48

51

L Verbindungsstück Typ 1

52

L Verbindungsstück Typ 2

53

L Verbindungsstück Typ 3

54

L Verbindungsstück Typ 4

54

Lh Umlaufachsenloch für

54

L

Abb.

4 ist eine Skizze von verschiedenen möglichen Schiebern/Schieberkombinationen in GREGS Maschinen.

3

' Schieber

31

Hälfte von Schieber

3

'

32

wie

31

4

Schieber

41

Hälfte von Schieber

4

42

Hälfte von Schieber

4

a Zentrale kurze Achse des Schiebers
b Verbindungsholm der Schieberflügel
v, v' Schieberflügel

6

Abdichtungselement

Abb.

5 zeigt verschiedene Rotorkörper von GREGS Maschinen.

21

,

22

Hälften des Rotorkörpers mit einem Hohlraum

22

,

23

,

24

Bestandteile eines Rotorkörpers mit zwei Hohlräumen

27

Rotorkörper mit einem offenen Hohlraum

27

a Einseitige Achse von

27

Abb.

6 ist eine Skizze von GREGS mit vier bzw. sechs Flügeln.

3

Schieber

31

,

32

Schieber

4

Schieber

51

R,

52

R,

53

R Achsenkupplungsringe

Abb.

7 zeigt zwei Arten von GREGS I Maschinen mit einem Schieber (TYP 1 und TYP 2)

10

Elektromotor

11

Handgriff

12

Zylinder

15

Lufteinlassfilter

16

Auslass

19

Rückschlagventil

26

Rotorkörper

26

c Achsenschacht in der Mitte der Kammerinnenseite des Rotorkörpers

26

28

Rotorkörper

43

W Gleichgewicht (mit selber Masse wie

44

)

43

Wa zentrale Gleichgewichtsachse

44

Flügel

44

a zentrale kurze Achse von Schieber

44

45

Flügel mit zentralem Achsenloch

45

h zentrales Achsenloch von

45

46

W Gleichgewicht (mit selber Masse wie

45

)

46

Wh Umlaufachsenloch im Gleichgewicht

46

W mit der Entfernung zur Mittelachse von

46

W = e/2

46

Wa Achse im Gleichgewicht

46

W mit der Entfernung zur Mittelachse von

46

W = e

61

Dichtung

62

Dichtung

75

Lager

83

Zylindergehäusedeckel

84

Zylindergehäusedeckel

84

a Umlaufachse ist am Zylindergehäusedeckel

84

befestigt, mit einer Entfernung von e/2 zur Rotorkörper-Achse

Abb.

8 zeigt drei Arten von GREGS I Maschinen mit einem Schieber (TYP 3, TYP 4 und TYP 5)

21

B Gleitbalken

22

B Gleitbalken

3

Schieber

3

W Tarierelement

3

'W Tarierelement

31

a Zentrale Achse für

3

32

Zentrale Achse für

3

41

W Tarierelement

41

Wa Zentrale Achse für

41

W

41

Wh Exzentrisches Loch in

41

W

42

W Tarierelement

42

Wa Zentrale Achse für

42

W

42

Wh Exzentrisches Loch in

42

W

9

Rückschlagventil

Abb.

9 ist eine Skizze von einem GREGS Gebläse oder pneumatischem Motor mit zwei Flügeln.

Abb.

10 ist eine Skizze von einer GREGS Pumpe mit zwei Flügeln

Abb.

11 ist die Skizze von 7 möglichen Dichtungsarten von GREGS Flügeln.

6

Abdichtelement

65

A Abdichtwalze für

65

U

65

C Abdichtung der vertikalen Gleitfläche des Schiebers

65

T T-förmiges Flügelspitzenabdichtelement

65

P Spannungsabdichtelement

65

U gespreizte Mantelabdichtung

65

M Radiales Abdichtelement mit drehbarer Walze und gewölbter Flächenabdichtung

Abb.

12 zeigt Kombinationsvarianten von GREGS Maschinen. (Bau Parallel oder in Reihe)
K Gaskühlung in einem Mehrstufenkompressor

Abb.

13 ist die Skizze einer Grundkonstruktion zum Bau von Verbrennungsmotoren mit GREGS;

110

GREGS-Kompressor

120

Kupplung

121

Getriebe

130

GREGS-Gas-Motor

140

Ölvorrats- und Abscheidebehälter

150

Wärmetauscher

160

Brennkammer

161

Kraftstoff-Einspritzdüse
Q Wiederverwertete Abgaswärme

165

Zünder

166

Rückschlagventil

167

Rückschlagventil

171

Ölkühler

172

Gebläse

173

Wasserkühler

181

Schaltrelais zur Ventilsteuerung

182

Schaltrelais zur Ventilsteuerung

Abb.

14 ist ein Beispiel von GREGS Verbrennungsmotoren.

310

GREGS-Kompressor

310

i Gaseinlaß

310

e Gasauslaß

312

Rotorkörper

313

Schieber

314

Gleitbalken

315

Tarierelement

330

GREGS-Motor

330

e Abgasauslaß

332

Rotorkörper

332

i Einlaß

333

Schieber

360

Verbrennungkammer

360

i Gaseingang zu

360

360

e Gasausgang von

360

362

Rückschlagventil

364

Abdichtelement für Ausgangskanal

365

Zünder

375

elastischer Dichtring

376

elastischer Dichtring

Claims (10)

1. GREGS-Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen exzentrisch gelagerten Rotorkörper mit Rotoren in einem Zylinder mit der Exzentrizität e hat. Die Gleitflächen in radialer Richtung der Rotoren im Rotorkörper sind gleichmaßig verteilt (der Winkel zwischen je zwei benachbarten Gleitflächen ist gleich). Im Rotorkörper befinden sich ein oder mehrere Hohlräume, in denen jeweils mindestens eine Gruppe mit zwei oder drei Teilen montiert ist, die Planetenbewegungen ausführen und deren Rotationsachsen verbunden sind. Mindestens eins von diesen rotierenden Teilen ist ein Schieber mit zentralen kurzen Achsen oder Achsenlöchern und Abdichtelementen, die anderen Teile können Tarierelemente sein. Die Rotationsachsen der Teile schneiden das Massenzentrum der Teile und sind parallel zur Rotationsachse des Rotorkörpers. Die Teile sind verbunden durch Achsen und entsprechende Achsenlöcher oder durch Elemente, die die Achsen koppeln. Gleichzeitig mit der Drehung des Rotorkörpers vollführen die Massenzentren der beschriebenen Teile Planetenbewegungen aus, wobei sie gegenseitig ihre Fliehkräfte ausgleichen.

2. GREGS-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachsen der Teile, die Planetenbewegungen ausführen, durch die oben erwähnten Achsen und Achsenlöcher oder aber durch feste, elastische oder flexible Achsenkopplungselemente verbunden sind, die sich zwischen den kurzen Achsen oder Achsenlöchern befinden. Diese Achsenkopplungselemente umfassen Achsenkopplungsringe, Verbindungsstücke, ringförmige Ketten, Gummiringe, Stahldrahtbänder und ähnliche Teile.

3. GREGS-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn alle Teile, die Planetenbewegungen ausführen, Gleitschieber sind, es möglich ist, GREGS-Maschinen mit ein, zwei oder drei Gruppen mit jeweils zwei gleich schweren Schiebern zu bauen, wobei die Massezentren aller Schieber eine Umlaufbahn auf demselben Kreis des Durchmessers e vollführen, so daß die Maschinen insgesamt zwei, vier oder sechs Schieber haben.

4. GREGS-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn nur eines der Teile ein Gleitschieber ist, und das andere ein Tarierelement ist, wobei beide Teile die selbe Masse oder den selben Trägheitsmoment zur Umlaufachse haben müssen, es möglich ist, eine GREGS-Maschine mit nur einem Schieber zu bauen. Das genannte Tarierelement kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen.

5. GREGS-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Schieber gleicher Masse verbunden sind. Dabei hat einer der Schieber einen zentrales Loch mit einem Durchmesser von D₃ = 2e + d₃, die anderen beiden haben Achsen mit Durchmesser d₃. Hierbei muß gelten: d₃ < 0.86e.

6. GREGS-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufachse der genannten Teile, die Planetenbewegungen ausführen, den Mittelpunkt der Exzentrizität e kreuzt und parallel zur Achse des Rotorkörpers ist. Diese Umlaufachse kann eine virtuelle Achse oder die Achse einer realen Maschine sein. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rotorkörpers und die Rotationsgeschwindigkeit der Schieber ist ω und die Umlaufgeschwindigkeit des Massenzentrums der genannten Teile ist ω_g (ω_g = 2ω).

7. GREGS-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber aus zwei äußeren Schieberelementen und einem Verbindungsstück zwischen diesen Elementen bestehen, sowie einer zentralen Achse oder einem Achsenloch. Die Drehachse der Achse oder des Loches ist die Rotationsachse des Schiebers. Der Schieber kann aus einem Stück bestehen oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die im gleichen Gleitbereich festgehalten werden.

8. GREGS-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber Abdichtelemente besitzen. Die Abdichtelemente der Schieber beinhalten: Elastische und Verbindungselemente, T-förmige Abdichtelemente und ein verschleißfestes, federartiges Abdichtelement, radiale Abdichtelemente, um die Schiebergleitfläche abzudichten, sowie expandierende, die Oberfläche fast berührende Abdichtelemente, um den gesamten Schieberkörper abzudichten.

9. GREGS-Maschinen nach Anspruch 1 bis 7 mit Gasein- und Auslässen, die in Serie oder parallel geschaltet sind.

10. Einen Verbrennungsmotor, bestehend aus zwei GREGS-Maschinen nach Ansprüchen 1 bis 7, die in koaxialer Tandemanordnung zusammengefügt sind und zwischen denen sich eine Verbrennungskammer befindet.