DE2201379A1 - Energieuebertragungseinrichtung - Google Patents

Description

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H 666

PATENTANWÄLTE

Or₁-Im:. K/ MG ftUCCHKE
Dir-!.-!r.u::i^;'i« A3ULAR

08

Northwestern University, Evanston / Illinois 60201 (Y.St.v.A·)

Energieübertragungseinrichtung

Gegenstand der Erfindung ist eine Energieübertragungseinrichtung, die in Abhängigkeit von dem Druck eines Druckmittels wirkt, und die gekennzeichnet ist durch eine neue und höchst wirksame Verkopplung ihrer bewegbaren Bauteile. Die Bauteile der Einrichtung bestehen aus einem Gehäuse, aus einer mit einer Einschnürung versehenen Spindel, aus einem die Spindel umgebenden und aus einer einzelnen Windung bestehenden Moebius-Plügel, der abdichtend an einer ringförmigen Wandung der Spindel und des Gehäuses anliegt, aus einer drehbaren und geschlitzten Scheibe, die sich in einen Hohlraum zwischen der Spindel und dem Gehäuse hineinerstreckt und an der Spindel und am Gehäuse abdichtend anliegt, wobei der die Spindel umgebende flügel gleitbar durch einen Schlitz an der Scheibe hindurchgeführt ist, und aus Einlass- und Auslasekanälen, die sich durch das Gehäuse hindurcherstrecken und beiderseits der drehbaren Scheibe mit dem inneren Hohlraum in Verbindung stehen.

Die Erfindung betrifft eine von einem Druckmittel betriebene Energieübtrtragungeeinrichtung, die verwendbar 1st als Pump·,

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als Motor oder ale eine andere einen Druckmitteldruck erzeugende oder auf den Druck eines Druckmittels ansprechende Mechanik. Die Erfindung ist im besonderen auf eine Einrichtung gerichtet, die eine Drehbewegung zum Erzeugen eines im wesentlichen beständigen Drehmomentes unter höchst wirksamen Betriebsbedingungen ausnutzt.

Als ein Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, wird ein Druckmittelmotor beschrieben.

Der erfindungsgemäße Motor kann von einem Gas oder eimern anderen komprimierbaren und unter Druck stehenden Mittel betrieben werden, wobei ohne hin- und hergehende Bewegungen direkt ein kontinuierliches Drehmoment erzeugt wird. Die Einrichtung besteht in der Hauptsache aus einem Teil eines Moebius-Streifens, der als ein flügel ausgebildet und an einer mit einer Einschnürung versehenen Spindel angebracht ist» Diese vorzugsweise eine Einheit bildende Anordnung gleitet in einen zylindrischen Hohlraum hinein, wobei der obere und der untere Rand der Spindel den oberen und unteren Teil des Hohlraumes abdichtet, während die Kante des Hügels eine gleitende Abdichtung an den den Hohlraum begrenzenden Wandungen bildet.

Der zweite und einzige übrige und sich bewegende Teil des Motors besteht aus einer Scheibe mit einer «abe, die an zwei Stellen längs des Durchmessers geschlitzt ist. Einer der Schlitze gleitet über den Flügel, so dass die Scheibe eine Abdichtung für die Spindel und dem an dieser angebrachten flügel bilden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Scheibe mit ihrem halben Durchmesser in die eingeschnürte Seite der Spindel hinein. Die vorstehende Hälfte wird von einem Schlitz aufgenommen, der in die Innenwandung des den Hohlraum abgrenzenden Gehäuses eingefräst ist. Dieser Schlitz weist keine Verbindung mit der Umgebungeluft auf sondern ist so dimensioniert, dass er die Scheibe aufnimmt. Um einen Zusammenbau zu ermöglichen, wird das Gehäuse vorzugsweise zweiteilig hergestellt. Die Schlitze an der Scheibe müssen natürlich den Durchlauf des Flügels mit geringster Reibung zulassen· Als geeignet hat sich erwiesen, die Schlitze so auszugestalten, dass mit dem flügel nur ein Linienkontakt hergestellt wird, oder es wird ein biegsames Auskleidungs-

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material im Kontaktbezirk verwendet.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben· In den beiliegenden Zeichnungen ist die

tfig.i eine Seitenansicht einer Energieübertragungseinrichtung nach der Erfindung, die die Lage der einzelnen Bauteile im Gehäuse zeigt.

Pig.2 eine Vorderansicht der in der Fig·! dargestellten Einrichtung, die die vorstehende und die Scheibe umschließende Kammer zeigt,

Fig.3 eine Draufsicht auf die in der Fig.1 dargestellten Einrichtung,

Fig.4 ein Querschnitt nach der Linie 4-4 in der Fig.1,

Fig.5 ein etwas vergrößert gezeichneter Querschnitt nach der Linie 5-5 in der J?ig.3,

Fig,6 eine schaubildliche Darstellung der mechanischen Beziehung und des Zusammenwirkens der Bauteile der erfindungsgemäßen Mechanik mit der Spindel, dem Gehäuse und mit der geschlitzten Scheibe,

Fig.7-10 je eine schematische Darstellung einzelner Drehschritte der Spindeldrehung im Motor nach der Erfindung,

Fig.11 eine schematische und Vektorartige Darstellung der relativen lirößen und Winkelbeziehungen der Spindel- und der Scheibendrehung sowie der Jflügelneigung im Motor nach der Erfindung,

Fig.12 eine schaubildliche Darstellung einer bevorzugten Ausführung der mit der Spindel zusammenwirkenden Scheibe nach der Erfindung und eines Bandes zum Herstellen einer gasdichten Abdichtung zwischen der Scheibe und der Spindel,

Fig.13 ein Querschnitt durch ein Abdichtungsband nach der Fig. 12, das in einer ringförmigen und die Scheibe umgebenden jsiut sitzt, die am Umfang der Scheibe vorgesehen ist,

Fig.14 ein der Fig.13 ähnlicher Querschnitt, der die abgeflachte Lage des Abdichtungsbandee zeigt, wenn dae Band an den

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Wandungen der Spindel anliegt,

Fig.15 ein Ausschnitt aus einer schaubildlichen Darstellung einer bevorzugten Anordnung der Abdichtung zwischen der sich drehenden Scheibe und dem die Spindel umgebenden Flügel nach der Erfindung und die

Fig.16 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der Einrichtung nach der Erfindung als Brennkraftmotor.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Motor 20 eine drehbare Anordnung 24 mit einer Spindel 26 auf, die von einem gewundenen und an den Enden offenen Flügel 30 um geben ist. Die Spindel 26 ist am oberen und unteren Ende mit den Endplatten 4-2 und 44- ausgestaltet, deren Ränder an der umgebenden Wandung 46 eines Gehäuses 50 abdichtend anliegen, das eine allgemein zylindrische Bohrung aufweist, so dass die Spindel 26 im Gehäuse 50 drehbar gelagert ist. Die seitliche freiliegende Wandung 54 der Spindel 26 stellt die Eotationsflache eines Halbkreises dar, während die gegenüberliegende Innenseite der Wandung 60 des Gehäuses 50 vorzugsweise einen kreisrunden Zylinder bildet.

Der allgemein aus einem Teil eines Moebius-Streifens bestehende Flügel 30 verläuft um die Spindel 26 herum in nur einer einzigen Windung. Dieser Streifen 30 ist physikalisch so orientiert, dass eine langgestreckte Kante 64 des Streifens 30 abdichtend an der konkaven Seite 54 der Spindel 26 anliegt. Bei einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung ist der Flügel 30 selbst an der Spindel 26 befestigt oder mit dieser einstückig hergestellt« Die andere langgestreckte Kante des Streifens 30 liegt abdichtend an der gegenüberliegenden Seite 60 des Gehäuses 50 an. Wie am besten aus der Fig.6 zu ersehen ist, verläuft der Streifen 30 um die Spindel 26 herum zwischen der Basisplatte 42 und der oberen Platte 44 und überquert hierbei die volle Hohe der gekrümmten Wandung 54· Die oberen und unteren Enden 70, 72 des Streifens 30 sina im wesentlichen senkrecht auf einander ausgerichtet, sind im wesentlichen in derselben Ebene gelegen und liegen an der anstoßenden Wandung 46 des Gehäuses 50 gleitend und abdichtend an.

Wie aus der Fig.6 zu ersehen ist, weist die einen Motor

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darstellende Alisführungsform der Erfindung eine Ausgangsscheine 80 auf, die kreisrund ausgestaltet ist und denselben Krümmungsradius aufweist wie der Halbkreis, den die Spindelfläche 54 bildet, so dass die längskrümmung der Spindel der ümfangskrümmung der Scheibe entspricht· Eine an der Scheibe 80 vorgesehene aäbe 84 dient geeigneterweise als Ausgangswelle· Die Scheibe 80 ist mit zwei diametral entgegengesetzten Schlitzen 88 und 90 versehen, die vom Hand aus nach innen verlaufen,und deren Weite so bemessen ist, dass sie den Streifen 30 abdichtend und gleitbar aufnehmen. Die Schlitze 88 und 90 verlaufen vorzugsweise radial, können jedoch auch unter einem Winkel zur radialen Sichtung verlaufen, vorausgesetzt, dass der gewundene Flügel 30 eine entspze chende aeigung aufweist·

Soll die Scheibe 80 sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit drehen, während die Spindel 26 sich gleichfalls mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht, sk ömien die Schlitze 88 und 90 nicht einen konstanten Drall aufweisen. Dies ist leicht aus der folgenden Betrachtung zu ersehen»

Bei ei&er konstanten Winkelgeschwindigkeit weist der Umfang der Scheibe eine Tangentialgeschwindigkeit mit einem bestimmten Wert auf. An derjenigen Stelle, an der ein radiales Element der Scheibe die Außenseite der Spindel erreicht, verläuft die Geschwindigkeit dieser Außenseite rechtwinklig zur Tangentialgeschwindigkeit der Scheibe. Die örtliche Richtung der Flügelfläche mue an der Resultanten dieser beiden Vektoren liegen (Pig.11). Ein Neigungswinkel an der Wurzel des Flügels kann als ein Winkel definiert werden, der an dieser Stelle einen Höchstwert aufweist und längs des Schlitzes in der Scheibe sich dem Wert null nähert, wenn die Rotationsmitte der Scheibe sich der freien Kante des Flügels nähert.

Wie in der Fig·1t schematisch dargestellt, ist die Tangentialgeschwindigkeit der Spindelfläche am kleinsten am schmälsten Teil der Einschnürung und am größten an der Peripherie. Hiernach ist die Steigung des Flügels, von einer Senkrechten zur Ebene der Scheibe aus gemessen, am größten an der Einschnürung der Spindel und am kleinsten an der Peripherie, wenn die Tangentialgeschwindigkeit der Scheibe in bezug auf die der Spindel konstant

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gehalten wird. Eine Scheibe mit einer gewiesen Dicke kann daher nicht mit Schlitzen versehen werden, die einen knappen Gleitsitz mit dem flügel aufweisen, wenn eine konstante Geschwindigkeit erreicht werden soll, da in diesem Schlitz der für einen knappen Sitz erforderliche Drall nur an einer Stelle zwischen der Mitte und der Peripherie der Spindel der richtige wäre. Der Kontakt müsste auf einen Linienkontakt beschränkt werden, während der Flügel eine sich verändernde Sicke aufweisen müsste, damit eine Anpassung an die sich verändernde Steigung bei einem Schlitz mit gleichbleibender Weite erfolgen könnte. Der Schlitz selbst müsste dann vorzugsweise abgerundete Kanten aufweisen.

Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Herstellen und Aufrechterhalten einer einen breiten Bezirk umfassenden Abdichtung zwischen flügel und Scheibe vor bei einem sich mäßig verändernden Steigungswinkel. Je kleiner das Verhältnis zwischen dem größten und dem kleinsten Rotationsradius der Spindelfläche ist, umso weniger verändert sich der Steigungswinkel und umso geringer werden die Anforderungen an biegsame Abdichtungen der oben beschriebenen Art.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufrechterhalten einer Abdichtung zwischen Scheibe und flügel sieht vor, an den Innenseiten der Scheibenschlitze ein verhältnismäßig weiches und zusammendrückbares Material anzubringen, das sich den Veränderungen des Steigungswinkels anpasst und am flügel einen flächenkontakt aufrechterhält. Sin besseres, obwohl möglicherweise etwas schwieriger durchzuführendes Verfahren sieht das Bohren von ungefähr radial verlaufenden Löchern in die Scheibe vor, so dass nach dem

ToO Ausschneiden der Schlitze jede Seite der Schlitze eine nut mit einem runden Querschnitt aufweist (s.fig.15)· In diese Hut kann ein gerades und»abgerundetes Stück eines biegsamen Materials eingeschoben werden, das mit einer Abplattung an der gesamten Länge versehen ist (104)· Diese Abplattung liegt an der Flügelfläche an, während der in der Nut sitzende zylindrische Teil sich dreht, wenn der Steigungswinkel sich ändert und eine Änderung des Dralls des Schlitzes erforderlich ist· Der Einsatz ragt aus der nut nor so weit hervor, dass eine ebene Kontaktfläche sich genügend verdrehen kann, um am flügel einen flächen»

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kontakt aufrechtzuerhalten. Es kann daher ein biegsames Material größter Festigkeit für den Einsatz verwendet werden, wobei ein geringer Teil dem Druck des Arbeitsmittels ausgesetzt ist» Dieser Eineatz kann aus einem dünnwandigen Metallstrang bestehen, wenn der Drall sich nicht allzusehr ändert. Der größeren Biegsamkeit wegen kann auch ein weicheres Material verwendet werden»

Wie auB der Pig.6 zu ersehen ist, erstreckt sich die Scheibe 80 in den ringförmigen und einen halbkreisförmigen Querschnitt aufwendenden Hohlraum 122 hinein zwischen der Spindel 26 und der Wandung 46 des Gehäuses 50, wobei die gekrümmte Außenkante der Scheibe 80 an der Wandung 54 anliegt, so dass bei einer Drehung des Flügels 30 und dessen Lauf durch die geschütze Scheibe 80 diese sich um eine Achse dreht, die tangential zur Mitte der Krümmung der anliegenden Spindelwandung 54 verläuft, während der Flügel 30 sich um eine Achse dreht, die ungefähr rechtwinklig zur Drehachse der Scheibe 80 verläuft» Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Scheibe so angeordnet, dass sie ungefähr zur Hälfte in den Hohlraum 112 hineinragt. Unter diesen Umständen befindet sich ein Teil der JBiabe 84 gleichfalls im Hohlraum 92. Infolgedessen kann die äquatoriale Kante des Flügels 30 sich nicht bis zur Drehachse der Scheibe 80 oder bis zur zylindrischen Wandfläche 60 des Gehäuses 50 erstrecken. Ein an der Gehäusewandung 46 vorgesehenes ringförmiger Ansatz 116 sichert eine ordnungsgemäße Abdichtung zwischen dem Flügel 30 und dem Gehäuse 50, während das radiale Eindringen des Ansatzes II6 in den Hohlraum 92 dem der Scheibennabe 84 entspricht. Die mit der Spindel 26 nicht im Eingriff stehende Hälfte 120 der Scheibe 80, die allgemein radial nach außen vorsteht, wird drehbar und abgedichtet von einer Vertiefung 126 im Gehäuse 50 aufgenommen. Durch die Gehäusewandung erstrecken sich die Ein- und Auslässe 130 und 132, die mit dem Hohlraum 112 in Verbindung stehen. Die sich in den Hohlraum öffnenden Durchlässe 140 und 142 befinden sich an den entgegengesetzten Seiten der Scheibe 80 und sind im Hohlraum 112 axial versetzt angeordnet derart, dass sie von den betreffenden Enden 70 und 72 des Streifens 30 bestrichen werden, wenn dieser sich im Gehäuse 50 dreht.

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Die Figuren 7-10 zeigen in schematischer Darstellung die Arbeitsweise der sich drehenden Spindel und des Flügels und dessen Phasenbeziehung zur geschlitzten Scheibe 80. Von oben her gesehen, dreht sich die Spindel mit dem Flügel 24 im Uhrzeigergegensinne , während die Scheibe 80 sich im Uhrzeigersinne dreht, wie durch die Pfeile angedeutet.

Führt die Anordnung 24 mit der Spindel und dem Flügel eine Umdrehung aus, so führt die Scheibe 80 eine halbe Umdrehung aus. Wenn der Scheibenschlitz 88 unter der Einwirkung des Flügels sich in das Gehäuse 50 hineinbewegt (Fig.9), so erscheint der andere Schlitz 90 und wird von der vorderen Kante des Flügels 30 erfasst. Fast während einer vollständigen Umdrehung befindet sich einer der Schlitze mit dem Flügel im Eingriff, während der andere Schlitz in der Vertiefung 126 an der Wandung des Gehäuses 50 verborgen ist·

Die Fig» 6 zeigt eine mit ^WA^W bezeichnete Zone im unteren Vordergrund, welche Zone oder Kammer gebildet wird vom Flügel 30, von der den .Flügel tragenden Spindel 26, von der Scheibe 80 und von der zylindrischen Wandung 46 des Hohlraumes im Gehäuse 50. Diese Kammer weist ungefähr die Form einer Pyramide mit einer dreieckigen Basis und mit einem meißeiförmigen Scheitel auf, der gebogen um die Spindel 26 herum verläuft.

Bei der Drehung der Spindel in Richtung der Pfeile vergrößert sich das Volumen dieser Kammer bei einer vollen Umdrehung. Wird in diesen Hohlraum nahe an der Scheibe ein unter Druck stehendes Druckmittel eingelassen, so wird hierbei in Richtung der Pfeile ein Drehmoment erzeugt.

Am Ende einer vollen Umdrehung befindet sich das Druckmittel in einer neuen Kammer B, die abgedichtet wird, wenn die rückwärtige Kante des Flügels schließlich den Schlitz verlässt. Diese Kammer wird abgegrenzt vom Flügel 30 und den Wandungen des Gehäuses 50} jedoch werden nunmehr beide Enden von der Scheibe abgedichtet.

Die Kammer J3 besteht in dieser Form eine volle Umdrehung lang, wonach diese Kammer su einer dritten Kammer wird, deren Volumen im wesentlichen auf den Wert null absinkt. Das in dieser

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dritten Kammer befindliche Druckmittel wird in die Umgebungsluft abgelassen durch ein Loch, das durch das Gehäuse etwas oberhalb der Mittellinie und an der anderen Seite der Scheibe nach der Fig»1 gebohrt ist, oder das auch durch die Spindel gebohrt ist. Andererseits kann das Druckmittel für nochmaligen Gebrauch zur Druckmittelquelle zurückgeleitet werden·

Die Herstellung einer zwangsläufigen und wirksamen Abdichtung zwischen der Scheibe 80 und der Spindelwandung 54 ist wichtig, damit die Anordnung mit Sicherheit wirksam arbeiten kann. Nachstehend werden verschiedene bevorzugte Abdichtungen beschrieben.

Die Außenseite der Spindel ist an der schmälsten Stelle konvex jedoch an der Peripherie im wesentlichen eben. Die Scheibenkante, wenn diese Steif ist, wird hiernach auf einen Linienkontakt mit der Spindel beschränkt. Wie aus den ligurjen 12 - 14 tu ersehen ist, wird die Wirksamkeit der Gras ab dichtung erhöht durch die Verwendung einer Wulst oder eines Bandes 150 aus einem zusammendrückbar en oder biegsamen Material, das sich von selbst so verformt, dass zwischen der Scheibe 80 und der Spindel 26 eine Kontaktfläche oder -zone aufrechterhalten wird.

Die Scheibe 80 ist an der Außenkante 152 mit einer Wut 156 versehen, in die ein Ring mit einem T-förmigen Querschnitt eingelegt wird derart, dass der Teil 160 in der Jsut sitzt, während der Teil 164 sich zwischen der Scheibenkante 152 und der Spindelfläche 54 befindet. Der Quersteg 164 ist so vorgeformt, dass er an der zum Teil 140 entgegengesetzten Seite stark konkav ausgestaltet ist. Befindet sich das gekrümmte Querglied 164 eingepresst zwischen der Scheibe 80 und der Spindelfläche 54» so passt das Querglied 164 sich von selbst an irgendeiner Stelle an die Spindelfläche 54 an, wie in den figuren 13 und 14 schematisch dargestellt.

In b§sonderen fällen werden die Abdichtungseinsätze 150 aus einem harten und verschleißfesten Metall hergestellt, das zu steif ist, um sich in größerem Ausmaß biegen zu lassen. In solchen Fällen kann der Abdichtungseinsatz aus mehreren und allgemein ebenen Ringen (oder Halbringen) bestehen, die zusammengelegt in die Scheibennut eingesetzt werden, wobei jeder Einsatz

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so ausgestaltet ist, dass der natürliche Krümmungsradius etwas länger ist als der Radius der Scheibenkante, so dass der Einsatz nach außen gegen die Spindelfläche zu federn sucht. Jeder einzelne Einsatzring stellt mit der Spindelfläche einen Linienkontakt her, so dass diese Linienkontakte zusammen die erforderliche gasdichte Abdichtung erzeugen. Jeder der Einsatzringe nimmt eine Stellung ein, die dem Teil 160 des T-förmigen Ringes 150 nach der Pig.13 oder 14 entspricht, und wird an der Gebrauchsstelle durch etwas tieferes Eindringen in die Scheibe an den Enden des Halbkreises festgehalten.

Zwei wichtige Faktoren verleihen der erfindungsgemäßen Konstruktion eine höhere Wirksamkeit als andere Arten von Maschinen oder Motoren besonders dann, wenn das Arbeitsmittel aus Dampf besteht. Wird der Motor mit Dampf oder mit einem komprimierten Gras betrieben, so ist die Arbeitsleistung am Ende des Hubes größer als bei einem normalen Kolbenmotor, da die ⁿKolbenfläche¹* während des Hubes gleichmäßig größer wird. Angenommen, es werde zu Beginn einer Umdrehung eine bestimmte Menge eines komprimierten Gases eingelassen, das sich dann im Verlauf des Hubes ausdehnt· Ist der Gasdruck am niedrigsten, so ist die Fläche am größten, so dass trotz des Druckabfalles eine verwertbare Arbeit fortgesetzt geleistet werden kann. Dies bedeutet, d_ass die Schlusstemteratur der Abgase niedriger sein ka nn bei einer entsprechenden Verbesserung des theoretischen Wirkungsgrades. Das hierbei wirksame Prinzip ist das gleiche wie bei einer mehrstufigen Dampfmaschine mit Hochdruck- und Miederdruckkolben; jedoch liegt eine fortlaufende "Abstufung"während eines einzigen Hubes vor.

Als Dampfmaschine kann diese Einrichtung teilweise vorbildlich arbeiten, welche Arbeitsweise mit einer Kolbenmaschine nicht verwirklicht werden kann, «ach der Expansion des Dampfes in der ersten Kammer bei einer eine Umdrehung dauernde Ruheperiode kann der expandierte Dampf in einer dritten Kammer komprimiert werden und wird unter diesem Druck zu Wassertröpfchen kondensiert. Die Leistung für diese Kompression (soweit eine Leistung erforderlich ist) wird dem Krafthub in der Kammer A bei jeder Umdrehung entnommen, each dem überschreiten des Mittelpunktes jeder

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Umdrehung ist die wirksame Kolbenfläche oder Einlasskammer größer als die der Auslasskammer, so dass für eine wirksame Komprimierung des sich kondensierenden Dampfes eine sich fortlaufend erhöhende mechanische Übersetzung zur Verfügung steht. Es erscheint daher möglich, auf den im allgemeinen verwendeten Kondensator verzichten zu können, wobei die Notwendigkeit für einen Druckabfall vermieden wird, bei dem keine ausnutzbare Arbeit geleistet wird. Der Wirkungsgrad wird weiterhin noch dadurch verbessert, dass der Schlusskompressionshub einen Temperaturanstieg in der dritten Kammer bewirkt, wodurch die Strömung der Hitze durch den .Flügel aus den expandierenden Gasen in der Arbeitskammer etwas herabgesetzt wird, welche Hitze anderenfalls in einem äußeren Kondensator verlorengeht und keinen .beitrag zum mechanischen Energieausgang leistet.

Wird die erfindungsgemäße Einrichtung als ein Motor benutzt, bei d em das Gas in die Arbeitskammer intermittierend einströmt, so können die für diesen Zweck erforderlichen Ventile einfach durch Durchlässe an der Spindel, am Gehäuse oder an der Welle der geschlitzten Scheibe ersetzt werden. Mit Hilfe dieser Mittel kann sowohl die Kompression als auch die Expansion auf den günstigsten Wert gebracht werden.

Die Moebius-JMaschine kann als Brennkraftmotor verwendet werden, zu welchem Zweck eine Zündkerze und Ventile vorgesehen werden, so dass in die Kammer A während der ersten wenigen Grade der Expansion ein Gas-Luft-Gemisch eingelassen wird, wonach die Kammer von den Ventilen geschlossen und das Gemisch entzündet wird. Auch in diesem Falle ist der theoretische Wirkungsgrad höher als bei einem gleichwertigen Kolbenmotor, da die Kolbenfläche sich vergrößert, wenn der Druck abfällt. Der Umstand, dass der Krafthub eine volle Umdrehung dauert, bedeutet, dass bei einer gegebenen Motordrehzahl die zulässige Brennzeit viermal so lang ist als bei einem Viertaktmotor und doppelt so lang wie bei einem Zweitaktmotor. Der erfindungsgemäße Motor stellt im wesentlichen einen Eintaktmotor dar, da die Abgas- und Krafthübe im wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden. Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung als Brennkraftmotor ist in der Pig.16 schematisch dargestellt.

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Um die Wirksamkeit des Moebius-Motors als Brennkraftmotor zu erhöhen, soll der Motor mit einem unter Druck gesetzten und heißen Gas-Iuft-Gemisch versorgt werden. Dies wird geeigneterweise mit Hilfe eines als eine Pumpe wirkenden zweiten Motors 170 durchgeführt, der mit dem ersten Motor 174 durch ein Getriebe verbunden wird. Diese Pumpe 170 befördert ein Gemisch in die Kammer A, lässt eine Umdrehung zum Mischen in der Kammer B zu und komprimiert dann das Gas in der dritten Kammer, wobei der Druck und die Temperatur ansteigt. Zum Einlassen dieses komprimierten Gemisches in die Kammer A der Motorhälfte werden Ventile benutzt, die im geeigneten Zeitpunkt wirksam sind, so dass keine Zündung erfolgt, wenn das Volumen dieser Kammer den Wert Mull aufweist. Da bei dieser Doppelanordnung nur eine geschlitzte Scheibe 180 benötigt wird, so kann die unbenutzte Hälfte der Scheibe für die Pumpe 170 verwendet werden. Die Spindeln werden durch geeignete Zahnräder oder durch andere Mittel mit einander mechanisch verbunden. Wegen der Gleitreibung wäre eine Übertragung des Drehmomentes über die geschlitzten Scheiben wenig wirksam.

Die Herstellung der Flügel-Spindel-Kombination kann begonnen werden entweder mit einem zylindrischen Werkstück oder mit einem rohen Gußstück. Die Herstellung der Spindel und des Flügels als eine Einheit hängt von der Verwendung eines Werkzeuges ab, das über ein Getriebe oder mittels einer elektronischen Steuerung synchron mit der Drehung des Werkstückes in Umdrehung versetzt wird. Das Werkzeug wird an derselben Achse wie die der geschlitzten Scheibe angesetzt, und bei dessen Drehung wird ein Schneidwerkzeug von dieser Achse aus allmählich radial vorgeschoben, so dass es immer tiefer in das Werkstück einschneidet und einen gewendelten Schlitz erzeugt. Das Werkstück und das Werkzeug müssen durch ein Getriebe mit einander verbunden werden, und das Werkzeug muss imstande sein, einen allmählichen Vorschub der Schneidkante längs eines Radius zuzulassen. Der Schlitz wird dann allmählich erweitert, wobei schließlich durch Verändern der Phasenbeziehung zwischen Werkzeug und Spindel der Flügel erzeugt wird.

Soll die Scheibe bis zur Hälfte ihres Durchmessers in der

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Spindel sitzen, wie dies der Fall sein muss, wenn der Flügel mit dem einen oder dem anderen Schlitz beständig im Eingriff steht, dann kann wegen der Babe an der Scheibe nicht zugelassen werden, dass die Äquatorialkante des Flügels sich gänzlich bis zur Achse der Scheibe erstreckt, so dass der Flügel nicht gänzlich die Wandung des Hohlraumes erreichen kann. Der Hohlraum muss daher in der Mitte mit einem ringförmigen Ansatz versehen werden, der der aabe der geschlitzten Scheibe entspricht, so dass die erforderliche Abdichtung aufrechterhalten werden kann. Der Flügel kann unter Verwendung eines Schneidwerkzeuges, das den gleichen Durchmesser aufweist wie die Scheibennabe, so weit zugeschnitten werden, während das Werkstück sich dreht, dass der Flügel mit dem Ansatz ordnungsgemäß zusammenwirkt, oder die erforderliche nut kann eingeschnitten werden vor der Bearbeitung des Flügels, wodurch dessen Erzeugung erleichtert wird·

Die geschlitzten Scheiben nehmen die gesamte Reaktionskraft des Motordrehmomentes auf und müssen diese Kraft auf das Gehäuse übertragen. Die Scheibe wird daher vorzugsweise an Drucklagern angebracht, die ihrerseits an einer von der Aabe der Scheibe abgehenden Welle angebracht werden können.

Dieselbe mechanische Anordnung kann vorgesehen werden bei einem hochwirksamen rechtwinkligen Antrieb mit einem Reduktionsverhältnis von 2 t 1. Von mehreren Möglichkeiten sei nur die eine Möglichkeit angeführt, kegelförmige Rollen auf Kugellagern in den Schlitzen der Scheibe anzuordnen. Hierbei würde die Gleitreibung in eine rollende Reibung umgewandelt werden, und die Leistung würde wirksam von der Spindel auf die Welle der Scheibe übertragen werden·

Für den Leistungseingang- und ausgang bei dieser Einrichtung, ganz gleich, ob diese als Motor, als rechtwinkliger Antrieb oder als Pumpe verwendet wird, müsste eine sich durch die Spindel erstreckende Welle vorgesehen werden» Die Lager an dieser Welle könnten als Ausrichtungsmittel für die Spindel dienen, wobei dann die Abdichtung am oberen und unteren Rand der Spindel mittels eines Einsatzmaterials, eines Metalls oder eines hochtemperaturfesten und zusammendrückbaren Materials erfolgen könnte» Die Reibung an dieser Abdichtung wird stark vermindert durch ein«

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gesonderte Lagerung der Spindel in Lagern, da das Drehmoment um die Achse der Spindel herum nicht ausgeglichen ist. Der äußere Aufbau kann verändert werden durch Vergrößern des Spindelradius in bezug auf den Radius der geschlitzten Scheibe, wodurch das Drehmoment verändert werden könnte, das bei einer Scheibe mit einer gegebenen Größe und mit einem gegebenen Einlassdruck erhalten wird» und weiterhin kann die Scheibe von der Spindelachse weiter entfernt angeordnet werden. Das Drehmoment und die Drehzahl des Motors können für verschiedene Verwendungszwecke entsprechend bemessen werden durch eine entsprechende Ausgestaltung des Motors.

Ein Moebius-Streifen ist eine topologisch^ Form, die in der Weise erzeugt wird, dass ein Materialstreifen halb verdreht und dass die Enden mit einander verbunden werden. Ein echter Moebiusstreifeη weist daher nur eine Kante und eine eine Seite auf. Der bei der erfindungsgemäßen Einrichtung benutzte Flügel wird als Moebius-Streifen bezeichnet, da der flügel im wesentlichen einem Moebiusstreifen gleicht insofern, als er eine .Fläche aufweist, die um eine gekrümmte Linie verdreht ist, die innerhalb eines Toroidvolumens gelegen ist, welche gekrümmte Linie der mittlere Hauptdurchmesser des Toroidvolumens ist. Der nach der Erfindung benutzte flügel ist kein echter Moebius-Streifen, da die Enden tatsächlich nicht mit einander verbunden sind, und die Verdrehung beträgt nicht mit Notwendigkeit eine halbe Umdrehung wie bei einem echten Moebiusstreifen·

An der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens natürlich Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden· Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. - 15 -

   Patentansprüche

   Druckmittelbetätigte Energieübertragungseinrichtung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer allgemein zylindrischen Bohrung, durch eine Spindel, deren axial entgegengesetzte Enden im Gehäuse abgedichtet gelagert sind, welche Spindel sich axial in die Bohrung hineinerstreckt und am Umfang eine seitliche konkave Fläche in Form eines HaIbtoroids aufweist, wobei die Spindel mit dem Gehäuse einen ringförmigen und halbtoroidföenigen Hohlraum bildet, welches Gehäuse mit einer Hut versehen ist, die von der Spindel aus sich radial in eine die Spindel umgebende Wandung des Gehäuses hineinerstreckt, welche Nut begrenzt wird von zwei auf Abstand stehenden und parallelen Seitenwandungen und einer die Seitenwandungen mit einander verbindenden Endwandung, welche aut mit dem halbtoroidförmigen Hohlraum in Verbindung steht, durch eine kreisrunde Scheibe, deren Krümmungsradius dem Krümmungsradius der Umfangsfläche der Spindel entspricht, welche Scheibe von der nut drehbar aufgenommen wird und an der Wandung des Gehäuses abdichtend anliegt, und wobei eine Peripherie der genannten Scheibe an der seitlichen Fläche der Spindel abdichtend anliegt und eine radial verlaufende und die Strömung behindernde Wandung am halbtoroidförmigen Hohlraum bildet, durch eine von der Scheibe getragene Welle, welche Scheibe mit zwei diametral entgegengesetzten Schlitzen versehen ist, die sich vom Band der Scheibe aus nach innen erstrecken, durch einen gewundenen Moebius-Flügel, der die Spindel umgibt und durch einen der Schlitze an der Scheibe die Strömung einschränkend hindurchgleitet , welcher Flügel eine langgestreckte Kante aufweist, die an der seitlichen Umfangsfläche der Spindel abdichtend anliegt, sowie eine entgegengesetzte langgestreckte Kante, die an der die Spindel umgebenden Innenwandung des Gehäuses abdichtend anliegt, wobei die entgegengesetzten Enden des Flügels parallel verlaufen und an der Innenwandung des

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   Gehäuses abdichtend anliegen, wobei die Enden des Flügels im Gehäuse axial versetzt angeordnet sind, und wobei der Abstand der Flügelenden von einander dem Abstand der Schlitze an der Scheibe entspricht, und durch Einlasse und Auslässe, die sich durch das Gehäuse hindurcherstrecken und mit dem Hohlraum an entgegengesetzten Seiten der Scheibe in Verbindung stehen, wobei der axiale Abstand der genannten Durchlässe von einander im wesentlichen dem axialen Abstand der Flügelenden von einander entspricht.

   2ο Druckmittelbetätigter Motor mit Mitteln, die eine zentrale Achse umgebende ringförmige Tasche bilden, die von inneren und äußeren Wandungsflächen abgegrenzt wird, die Umdrehungsfiguren darstellen, wobei die eine Wandungsfläche eine Umdrehungsfläche eines Halbkreises und die andere Wandungsfläche einen kreisrunden Zylinder bildet, wobei die entgegengesetzten Enden des Moebius-Flügels parallel zu einander verlaufen, gekennzeichnet durch eine kreisrunde Scheibe, die den gleichen Radius aufweist wie der Halbkreis und um eine Achse drehbar ist, die tangential zum Krümmungsmittelpunkt der genannten einen Wandungsfläche verläuft, die die Rotationsfläche eines Halbkreises darstellt, und deren Radius dem Radius des Halbkreises entspricht, welcher Flügel die genannte .Zentralachse umgibt und an den Innen- und Außenwandungen abdichtend anliegt, welche Scheibe mit zwei diametral entgegengesetzten Schlitzen versehen ist, die von der Peripherie aus nach innen verlaufen, wobei der Flügel sich gleitend durch einen der genannten Schlitze hindurchbewegt, durch einen Druckmitteleinlass an der einen Seite der genannten Scheibe, und durch einen Druckmittelauslass an der anderen Seite der genannten Scheibe.

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