DE2217282A1

DE2217282A1 - Kraftmaschine

Info

Publication number: DE2217282A1
Application number: DE19722217282
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: HEDRICK L
Current assignee: HEDRICK L
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1972-04-11
Publication date: 1972-12-28
Also published as: FR2133719A1; FR2133719B1; GB1393791A; CA975182A; IT951294B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine, vorzugsweise eine .Verbrennung- und Strömungskraftmaschine in der eine besondere Wirkung durch eine Strahlströmung am Umfang eines mit einer Ausgangswelle versehenen Rotors herbeigeführt wird.

Außer dieser Aufgabe soll des weiteren die Aufgabe gelöst werden, eine verbesserte Maschine zu schaffen, in der der Rotor zur Verdichtung und Aufheizung von Luft auf eine Temperatur dient, die hoch genug ist, um die Zündung von in· den Rotor eingeführtem Brennstoff herbeizuführen.

ftemäß einer weiteren besonderen Aufgabe der vorliegenden Erfindung soll der Roto*·· eine besondere Bauweise haben, in der evolveritenförnig verlaufende Kanäle mit abnehmender Quer-

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schnittsfläche liegen, und zwar derart, daß Luft, die in das Zentrum des Rotors eingeführt worden ist, durch Fliehkräfte auf eine Temperatur verdichtet wird, die ausreicht, Brennstoff zu zünden, der ebenfalls in den Rotor durch einen gesonderten Kanal im Roter eingeführt und zugeführt wird.

Des weiteren soll eine Kraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art angegeben werden, in der der Strahl, der den Hauptrotor verläßt, auf Turbinenschaufeln auf einem zusätzlichen Rotor trifft und .diesen Rotor in einem mit dem Haupt rotor gemeinsamen Gehäuse zur Drehung bringt , und zwar vorzugsweise in der Richtung des Hauptrotors.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die für neu gehalten werden, ergeben sich in ihren Einzelheiten aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen. Die Erfindung selbst, und zwar sowohl hinsichtlich des Aufbaus der Maschine als auch hinsichtlich ihrer Arbeitsweise/geht zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen und gegebenenfalls auch Zielen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor. In der Beschreibung ist auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt in einer zur Rotorachse normalen

Ebene (Radialebene)durch die Mitte des Rotors

der erfundenen Maschine, und zwar geschnitten

in der Ebene 1-1 der Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene 2-2 in Figl 1, Fig. 3 einen Schnitt, dessen Lage durch die Linie 3-3

in Fig. 1 gezeigt ist,
Fig. h einen Schnitt, dessen Lage durch die Linie 4-4

in Fig. 3 gezeigt ist,
Fig. 5 in größer dargestelltem Maßstab einen Teil des

in Fig. 2 gezeigten Rotors, Fig. 6 einen Schnitt, dessen Lage durch die Linie 6-6

in Fig. 3 gezeigt ist,
Fig. 7 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer

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abgewandelten Ausführungsforra, vjobei die Schnittebene, durch die Linie 7-7 derFig. 8 angezeigt ist,

Fig. 8 und 10 Darstellungen von Schnitten, deren Lagen durch die Linien.8-8 und 10-10 in Fig. 7 dargestellt sind,

Fig. 9 einen Schnitt, dessen Lage durch die Linie 9-9 in Fig. 8 dargestellt ist und

Fig. 11 in vergrößerter Form Teile der in den Fig. 7 und 12 dargestellten Struktur in einer abgewandelten Ausführungsform.

Die dargestellte Maschine enthält einen Rotor 10 mit einer Welle 12, die in voneinander entfernt gelegenen Lagern 14, drehbar:: in einem feststehenden Bauteil 18 gelagert ist, der ein Gehäuse mit einstückig angeformten Kühlrippen 22 umfaßt.

Der Rotor 10 hat einen besonderen Aufbau mit voneinander getrennten Luftkanälen oder -durchgängen 24, 26 und getrennten Brennstoffkanälen 28, 30 innerhalb des Rotors. Die Kanäle erstrecken sich in entsprechende Luft-Brennstoff-Mischräume oder -kammern 32, 34 und von da aus zur Verbrennungskammer 72, in der das Luft-Brennstoffgemisch verbrannt wird, um einen Strahl verbrannten Brennstoffs an zwei im Durchmesser einander gegenüberliegenden Bereichen des Rotorurnfanges zu erzeugen. In manchen Fällen mag nur ein derartiger Strahl aus brennendem Treibstoff oder Verbrennungsprodukt erzeugt werden oder auch mehr als zwei derartige Strahlen; vorgezogen wird jedenfalls die Verv ndung mehr als eines'"Strahles, um einen Kräfteausgleich zu erreichen.

Die Zeichnung zeigt Einzelheiten von lediglich einer der Mischkammer ...:Λ ^u.^Lis^-s in Pifjc ;.■._; cech '■■^-■'■p^'c-^hi ss sieh, daft ^' - - ■'.';re Vc -.* .-_;εΕ»£? imu. dep anäore i*us laß gleiche Gestalt ^a. ο en .

V/Io ersieht:'.:·-.':, ziehen die getrennten Luftkanäle 24₅ 26 an ihren Innenenden j,e in Verbindung mit einem einzigen gemein-

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samen Luftzufuhrkanal durch die Mitte der hohlen Rotorwelle 12 und haben allgemein Evolventenform. Sie nehmen allmählich im Querschnitt ab, so daß die Drehung des Rotors 10 dafür sorgt, daß die durch die Kanäle 2h, 26 zugeführte Einlaßluft durch Fliehkräfte komprimiert und dadurch erwärmt wird. Die so erhitzte Luft tritt mit höheren Druck in den Mischraum gemäß der Darstellung bei 3'J in Pig. 3 ein und ruft eine Zündung des der Kammer 3^ aus der Brennstoffkammer 30 zugeführten Brennstoffs hervor.

Der Brennstoff kann Benzin, Kerosin, Alkohol oder ein anderer brennbarer Stoff sein. Er wird in die Rotorkanäle 28, 30 durch entsprechende, damit in Verbindung stehende Leitungen 44, k6 in der Rotorwelle 12 eingeführt. Vorzugsweise hat der Rotor 10 einen Querschnitt ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten, ist also in seinem Nabenteil stärker; er nimmt vom Umfang zur Nabe hin allmählich zu. Die Stirnflächen des Rotors können dabei eingezogen oder hohl sein, wie es im Falle einer rotierenden Scheibe gleicher Festigkeit der Fall ist oder sein könnte.

Vorzugsweise ist ein Gehäuse 18 für Geräuschunterdrückung und Aufbereitung von Verbrennungsprodukten und überschüssigen .Stoffen vorgesehen, also von Stoffen, die aus dem Gehäuse 18 durch das an ihm angebrachte Auslaßrohr 60 austreten. Das Gehäuse 18 kann mit Kühlrippen oder -flächen 22 versehen sein.

Bei dieser Anordnung saugt der Rotor Luft durch seine Nabe an, komprimiert sie durch Fliehkraft, mischt sie mit Treibstoff an seinem Umfang und zündet diesen Treibstoff mit der Hitze der durch den Rotor komprimierten Luft. Konpressionsverhältnisse von über 100 Atmosphären ermöglichen verhältnismäßig hohe Wirkungsgrade bei verhältnismäßig geringem Gewicht.

Vorzugsweise besteht ein Flammenhalter 70 (Fig. 3) aus einem Satz kleiner Kegel, die wie gezeigt, in einem Gitter angeordnet sind. Der Flammenhalter 70 befindet sich stromabwärts von der Mischkammer 3*J innerhalb der Verbrennungskammer 72,

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die eine verminderte Querschnittsfläche in Düsenabschnitt nahe dem Kammerauslaß 7^ haben kann.

Vorzugsweise wird der Rotor gekühlt. Wenn der Rotor gekühlt wird, wird vorzugsweise die aus dem Rotor herausgezogene Warne dazu benutzt, Kühlwasser au beheizen und damit Dampf zu entwickeln, der dazu benutzt werden kann, dem Rotor ein Drehmoment zu erteilen. Das Wasser kann in die Nabe des Rotors durch V/asserkühlungskanäle 56, 58 eingeführt werden, die natürlich mit dem Rotor umlaufen und in Verbindung mit Wasserkanälen 50 im Rotor stehen, die ihrerseits um die Luftkanäle herum angeordnet sind, wie es in Pig. 5 gezeigt ist. Derartige Kanäle 50 erstrecken sich an ihren äußeren Teilen parallel zurBrennkammer 72 und dem Düsenabschnitt 7^· Ein anderer Satz von Kanälen erstreckt sich in gleicher Weise neben der der Mischkammer 32 zugeordneten Brennkammer auf der im Durchmesser entgegengestzten Seite des Rotors, um auch so wiederum ausgewogene Verhältnisse zu erreichen. Das in die Rotornabe eintretende Wasser wird allmählich auf ihrem Weg durch den Kanal 50 zum Umfang des Rotors hin erwärmt und dabei in Dampf umgewandelt, der an den Enden des Kanals 50, die als Dampfτ düsen ausgebildet sind, austritt und beim Eintritt in das Gehäuse 22 eine Düsenwirkung ausübt, die ein zusätzliches Drehmoment auf den Rotor entwickelt, wodurch der Wirkungsgrad des Systems erhöht wird.

Die aus der Kompressionswärme entstehende Temperatur kann erniedrigt werden, um eine wirksamere Kompression durch Zusatz von Wasser zur in die Nabe eintretenden Luft zu erreichen.

In der in den Fig. 7 bis 11 gezeigten Abwandlüngsform haben gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Figuren. Diese abgewandelte Ausführungsform hat das besondere, Merkmal, daß ein zusätzlicher Rotor oder deren mehrere (100, lOOA, lOOB) vorgesehen sind, die drehbar innerhalb des gemeinsamen Gehäuses 18 gelagert sind, Der Rotor 100 hat eine Reihe von mit Abstand angeordneten Turbinenschaufeln, auf die der

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strahlförmige Strom aus dem Rotor 10 trifft, um die Energie dieses Stromes in Drehenergie im Rotor 100 umzuwandeln. Nach dem Beaufschlagen der Schaufeln 101 trifft der Strom nachfolgend auf die Schaufeln 101A, 101B entsprechender Rotoren lOOA, lOOB, wonach dif läse, die die Energie abgegeben haben, durch eine Gehäuseöffnung oder deren mehrere (IRA) austreten. Nicht gezeigte-jPührungen zwischen den Rotoren.100 und lOOA sowie zwischen 100a und lOOB sorgen dafür, daß das Gas in die Rotoren lOOA und lOOB unter richtigem Winkel eintritt. Die Rotoren 100 und 10 in der Darstellung der Fig. 7 und 11 rotieren in entgegengesetzter Richtung und können auch mit unterschiedlicher Drehzahl laufen, je nachdem, ob die beiden Rotoren starr miteinander verbunden sind oder ob Lager oder Zwischenglieder eingeschaltet sind, die eine unabhängige Drehung dieser beiden Rotoren oder Läufer erlauben. Wie in den Fig. 7 bis 11 gezeigt, sind die beiden Läufer 10 und durch Zahnräder und Zahnkränze miteinander verbunden und· stehen somit in festen Drehzahlverhältnissen zueinander.

Wie die Fig. 8 und 9 zeigen, trägt die Welle 112 zwei Zahnräder 120, 121, deren jedes mit einem entsprechenden Satz 122, 123 von drei Zahnrädern kämmt, wobei auf jeder Seite das in der Mitte gelegene Zahnrad (120 bzw. 121) je von einem aus drei Zahn-rädern bestehenden Zahnradsatz gehalten wird, der seinerseits drehbar im Inneren des Gehäuses 18 gelagert ist. Zur näheren Beschreibung sei ihier auf die Zeichnung verwiesen.

Wie in Fig. 9 gezeigt, schließt beispielsweise der Getriebesatz oder Zahnradsatz 123 die Zahnräder 125, 127, 129 ein, die drehbar auf Achszapfen 131, 133, 135 gelagert sind, die aus dem Gehäuse 18 abstehen. Diese drei Zahnräder sind in Wirklichkeit Doppelzahnräder und jedes von ihnen enthält ein kleineres Zahnrad 125A, 127A, 129A, deren jedes mit den Getriebezähnen 1^1 kämmt, die auf einem Tragelement 1Ί3 des Rotors 100 gebildet sind. Dieser Läufer 100 hat einen zweiten gleichen Träger 1Ί2, der in gleicher Weise in Zahnradverbindung mit dem anderen Getriebe- oder Zahnradsatz 122 (gleich Oe-

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triebesatz- 123) steht.

Der Rotor* IOOA ist drehbar auf dem Rotor 100 unter Verwendung zweier Reihen von Doppelzahnrädern 150» 151 gelagert, die ihrerseits drehbar am Gehäuse 18 gehalten sind und dazu dienen, die Gehäuseelemente 1^2, 1^3 des Rotors 100 mit einem entsprechenden Getriebe l60, l6l (Fig. 8 und 11), das auf dem Umfang entsprechender Tragglieder 170, 171 des Läufers IOOA gebildet ist, zu verbinden.

In gleicher V/eise ist ein dem Rotor IOOA im wesentlichen ähnlicher Rotor lOOB drehbar auf dem Rotor IOOA gelagert, und zwar unter Verwendung zweier Reihen doppelter Zahnräder l80, l8l, deren jedes drehbar am Gehäuse 18 gelagert ist und dazu dient, eine Zwischenverbindung zwischen einem äußeren Zahnrad 182 bzw. 183 auf entsprechenden Traggliedern 170, I7I und einem entsprechenden inneren Zahnrad oder Zahnkranz I90 bzw. 191 auf je einem entsprechenden Tr'agelement oder -glied 192, 193 des Rotop lOOB herzustellen. Da die Zeichnung insoweit eindeutig ist, sei auf sie verwiesen.

Wie ersichtlich erlaubt diese Kombination von getriebe- und Tragstrukturen für die Rotoren IOOA, lOOB deren Drehung in entgegengesetzten Richtungen. Bei Betrieb in den durch die Pfeile 200, 201, 202, 203 in Fig. 8 gezeigten Richtungen laufen die Läufer 10 und IOOA im Uhrzeigersinne, die Läufer 100 und lOOB dagegen entgegengesetzt. Vorzugsweise findet auch eine Drehzahländerung zwischen den Stufen statt, das heißt, da") der Rotor 10 mit der größten Drehzahl und der Rotor lOOB mit der kleinsten Drehzahl umläuft, während die Rotoren 100 und IOOA mit dazwischenliegenden, jedoch unterschiedlichen Drehzahlen laufen.

In jenen Fällen, in denen unabhängige Läuferdrehungen gewünscht sind, treiben die Rotoren oder Läufer 100, IOOA und lOOB die Tragelemente 1*12, 1Ί3 wie oben beschrieben an. In diesem Falle werden jedoch die großen Zahnkränze in den Zahn-

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radsätzen 122 und 123 und die beiden Zahnräder 120, 121 auf der Welle 112 v:eggelassen. Die kleineren Zahnkränze dieser Zahr.radsStze 122, 123 bleiben erhalten und einer von ihnen ist einstückig mit einer VIeile verbunden, die den Stummelachsen oder -wellen 131 in Fig. 9 ähnlich ist, die jedoch jetzt durch das Gehäuse hindurch verragt, wie in Fig. 12 gezeigt ist; in dieser Ausbildung wird die Welle zur Leistungsabnahmewelle 21lj für die Rotoren 100, lOOA und lOOB.

In dem in Fig. 12 gezeigten Beispiel kämmt das mit einer Innenverzahnung 1Ü2A versehene Tragelement 1*J2 mit einem Zahnrad 225A auf einer Ausgangswelle 214, die im Gehäuse gelagert ist.

Im Zweifel sind alle hier beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination als erfindungswesentlich anzusehen. Schutz wird begehrt für das, was objektiv schutzfähig ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche ;

\J Verbrennungskraftmaschine mit Läufer, Gehäuse und Brennkammer ,dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem Rotorunfang wenigstens eine Brennkammer vorgesehen, ist, daß sich im Rotor von innen nach außen zur Brennkammer ein Kanal für ein die Verbrennung tragendes oder unterstützendes Medium vorgesehen ist, daß sich ferner im Rotor ein Brennstoffkanal in eine der Brennkammer benachbarten Mischkammer · erstreckt und daß in dem Kanal für das die Verbrennung fördernde Medium Mittel vorgesehen sind, durch die die Drehung des Motors eine Kompression des die Verbrennung stützenden oder bewirkenden Mediums in dem Kanal verursachen sowie ein Aufheizen dieses Mediums vor dessen Eintritt in die Mischkammer, und zwar auf eine Temperatur, die ausreichend hoch ist, um das Brennen des Brennstoffs in der Brennkammer zu verursachen.

.2, Maschine nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der das die Verbrennung stützende Medium von innen nach außen leitende Kanal die Gestalt einer Spirale, insbesondere einer Evolvente hat.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal einen von der Rotationsachse aus nach außen hin abnehmenden Querschnitt hat.

¹J. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Rotor oder Läufer umgebende Gehäuse eine Auslaßöffnung für die Verbrennungsprodukte hat.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis ^,dadurch gekennzeichnet, daß sich im Rotor ein Düsenabschnitt befindet und daß zwischen der Mündung des Brennstoffkanals und der Verbrennungskammer ein Flammerihalter vorgesehen ist.

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6. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h fr, ekennzeichnet, daß der Kanal, der das die Verbrennung stützende Medium (vorzugsweise Luft) führt, sich in einer Richtung erstreckt, die derjenigen Richtung entgegengesetzt ist, in der sich die Verbrennungskammer erstreckt (Fig. 3).

7. Maschine nach einen derAnsprüche 1 bis 6,dadurch gekenn z· ei chnet, daß sich Kühlkanäle durch den Rotor in einer wärmeleitenden Beziehung zu dem das Medium führenden Kanal erstrecken und nahe dem Umfang des Rotors enden, um Dampf zu erzeugen und eine Strahlreaktion an diesem Umfang durch den Austritt von Dampf aus den Kühlkanälen hervorzurufen.

8. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 7>dadurch gekennzeichnet, daß Kühlkanäle vorgesehen sind, die sich durch den Rotor erstrecken und in wärmeleitender Beziehung zu dem das Medium führenden Kanal stehen, und dadurch, daß die Kühlkanäle nahe dem Rotorumfang enden, um Dampf zu erzeugen und eine Strahlreaktion an diesem Umfang durch das Kühlmittel oder seinen Dampf zu erzeugen, wobei entweder das Kühlmittel oder der Dampf oder beide in die Verbrennungskammer eintreten.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Rotor oder Läufer vorgesehen ist, der von den die Mischkammer verlassenden Gasen beaufschlagt wird und so angeordnet ist, daß die Energie solcher Gase in Drehenergie im Rotor umgesetzt wird.

10. Maschine nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Rotor mit gleicher Geschwindigkeit wie der zuerst genannte Rotor rotiert.

11. Maschine nach Anspruch 9,da durch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Rotor mit einer Drehzahl

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rotiert, die von derjenigen des erstgenannten Rotors verschieden ist.

12, Maschine nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmittel dem die Verbrennung stützenden bzw. die Verbrennung tragenden Medium am Einlaßabschnitt des Rotors zugesetzt wird. ·

13. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 12, insbesondere nach Anspruch 6₉dadurc'h gekennzeichnet, daß die Auslaßrichtung der Verbrennungskammer eine die Drehrichtung des Rotors bestimmende Tangentai!komponente aufweist (siehe Pig. I und 3).

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