-
P a t e n t -
-
B e s c h r e i b u n g : "Rotationskolben - Maschine mit Kämmverschluss
als Entspannungs-/-Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender Prozessführung,
sowie damit ausführbare Arbeitsprozesse zur Energie - Gewinnung,Einsparung, -Rückgewinnung
und -Erzeugung.-" Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraft- und Arbeitsmaschine
welche , zufolge der Eigenart ihrer Anordnungsweise und der Einfachheit des Aufbaues
ihrer wenigen E inzel-Elesente, einerseits: einen erheblich wirkungsvolleren Ablauf
bei bereits bekannten Arbeitsprozessen in verschiedenen Einsatzgebieten gestattet
und zum anderen: durch erfindungsgemäße Verfahren Prozessführungen ermöglicht, wie
sie mit bekannten Maschinenausführungen nicht durchführbar aind. -I) Die Erfindung
umfaßt in ihrer Gesa@theit alle Hauptgebiete der Energiewirtschaft. Sie ist in zwei
Teile untergliedert Teil 1 : umfassend die Sachgebiete: A) Energie - gewinnung aus
Wärmereserven der Natur.
-
Hier wird die Maschine nach dem Prinzip einer Wärmepumpen e n e r
g i e s p a r e n d betrieben.
-
B) Energie - Rückgewinnung aus industriellen Abwärmen, einschliesslich
der abwarten von Kernreaktor-Anlagen.
-
Hier wird - zur Erzielung brauchbarer, w e i t e r e r Energie bei
sonst zu niedrigen Tenperaturgefalle -die erfindungsgemäße Maschine ale Kraftmaschine
betrieben.
-
C) Energie - Einsparung bei Klimatisierung.
-
Hier wird durch erfindungsgemäße Prozessabläufe nach A) und B) die
Aufwandsenergie - sowohl für Kühlung wie Heizung - deutlich gesenkt.
-
Teil 2 : umfaßt das besondere Sachgebiet der: D) Energie - Erzeugung
mittels Verbrennungs- oder Heißluft - Kraftmaschinen.
-
Hier wird die Maschine zu kontinuierlich ablaufendem Gleichdruck
- Verbrennungsprozeß betrieben.-E) Umweltschutz-Probleme, mit der Energiewirtschaft
in Zusammenhang stehend.
-
Hier verhindern erfindungsgemäße Maschine und Verfahren
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannung-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ........
-
sowohl ökologische wie auch allgemein-gesundheitsschädliche Auswirkungen
auf die Umwelt , welche 1.durch Ableitung zu hoher Wärmemengen aus dem Kühlsystem
von z.B. Kernreaktoren an die eng ungebende Natur entstehen1 2.durch Abgase der
Verbrennungsmotoren in zunehmendem Kraftverkehr , deren verbrennende Treibstoffe
mit z.B.
-
Bleitetraäthyl versetzt sind, hervorgerufen werden.
-
3.Durch ferner weitestgehende Verminderung der - in allen 4bgasen
iiblicner Verbre nnungsmotoren noch zusätzlich vorhandenen - Restanteile an Kohlenmonoxyd
(CO) wird erfindungsgemäß dieses Gefahrenmoment dadurch spürbar herabgesetzt, als
dass es prinzipiell mit der Maschine möglich ist, Triebstoffstreckend reinen Wasserstoff
, H2 , im Gemisch mit ;tmosphärischer Luft , diesem - gefahrlos fiir die Abläufe
in der Maschine - zuzusetzen.
-
4.rndlich wird mit der - für die fernere zukunft geöffneten - Yöglichkeit:
die erfindungsgemäße Maschine mit reine H2-Luftgemisch ausschliesslich betrieben
zu können, sofern Lager- und Transportmöglichkeiten für H2 gesichert sind, mit der
Erfindung der Weg in die absolut umweltfreundliche Betreibung einer Kraftmaschine
gewiesen, weil die dieser Art "anfallenden" Abgase aus reinen Wasserdampf bezw.
Kondensat (wasser) bestehen.-II) er derzeitige Stand der Technik stellt sich it
bekannten Lösungsvorschlägen - im Gesamtüberblick über die aufgeführten Sachgebiete
der Teile 1 und 2 , Abschnitten A) bis E) - mit herkömmlichen Kolben- oder ähnlichen
Maschinen durchgeführt , wesentlich wie folgt dar: Zu Teil 1: 1) Energie - Gewinnung
aus Wärmereserven der Natur, wie aus Boden.-Wasser- o.dgl. Wärmequellen mittels
"Wärmepumpe".
-
Nach den Prinzip des umgekehrten Carnot-Prozesses, also zur "reversiblen
Heizung" betrieben, k ö n n t e eine völlig verlustlose Maschine theoretisch bekannt-
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .......
-
lich und höchstmöglich erreichen: aufgewendete Arbeit "L" T - T0
Wirkungsgrad = = gewonne Wärmemenge"Q" T Für einen Arbeitsbereich zwischen beispielsweise
+80°C als Austauschtemperatur an der Heizung und +10°C " " " an der Wärmequelle
würden demnach die Werte in der Formel lauten L/Q 353°K -283°K 70° = = 353°K 353°
woraus resultiert: Q = 5,04 . L .-Es könnte also im Falle dieses Te @peraturbereichebeispieles,
innerhalb dessen etwa auch praktiziert wird, das etwa 5 - fache des Äquivalents
der aufgewendeten Arbeit für diesen Prozess als g e w o n n e n e Wärme nutzbar
gemacht werden. -T a t s a c h 1 i c h aber wird dieser Idealwert in der Praxis
n i e erreicht werden können, weil es eine verlustlose Maschine nicht gibt.
-
Mit den , für diese prozessführung eingesetzten, herkömmlichen Maschinen
wird erfahrungsgemäß -auf dieses Beispiel , wie auch in veränderten Temperaturbereichen
1 zutreffend - kaum wesentlich sehr als das nur zwei- bis zweieinhalbfache des äquivalenten
Wertes für die aufzuwendende Arbeit an Wärme --wonnen.
-
Die Verlustrate findet sich - ausser in der Charakteristik der Strömungshindurchführung
durch diese Maschinen selbst - besonders darin, daß der mechanische Aufwand an Energie
für den Eigenbetrieb dieser (beispielsweise Kolben- ) Maschinen durch, erforderlich
ständiges, Beschleunigen und Verzögern hin und hergehender Massen, Reibungsverluste
in Lagern, an den Zylinderwandungen, an Steuer- und Nebenaggregaten usw. recht hoch
ist. Hinzu treten Leistungsverluste durch schädlichen Raum usw.-Zu t) Energie -
Rückgewinnung aus industriellen Abwärmen, einschliesslich des Abwärmen aus Kernreaktor-Anlagen.
-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine
mit kontinuierlich fortlaufender ......
-
noch: Zu B) In derartigen "Abwärmen", welche in allgemeinen zur Gewinnung
mechanischer Energie, wegen ihre# zu niedrigen Temperatur-Niveaus , nicht mehr nutzbar
sind, ist jedoch immer noch eine Wärme-Energie erheblichen Umfanges vorhanden. Sie
wird - in wirtschaftlich modern denkenden Industriebetrieben - weitestgehend zu
Vorwärm-Zwecken genutzt, oftmals aber auch durch abkühlung an der Aussenatmosphäre
ins Freie geleitet und somit vernichtet.
-
Ähnlich verhält es sich bei der notwendigen Abkühlung der Primär-Kreisläufe
bei der Erzeugung von Kern -Energie.
-
Die hier anfallenden Abwärmen - von nunmehr zu geringer Temperatur,
un in den Nutzungsprozess zur Umwandlung in mechanische (elektrische) Energie einbezogen
werden zu können - fallen in einer derart hohen Grössenordnung an, daß sie ein echtes
Problem bei dieser drt Energie-Erzeugung darstellen.-Überwiegend , mangels anderer
Nutzungsmöglichkeit durch Vorwärmen oder für Heizung weil diese Anlagen zu weit
abgelegen sind , werden diese Abwärmen durch Abgabe an die eng umgebende Natur (
Luft, Wasser , nodenflachen ) vernichtet.
-
Eine enderweitige Nutzung ist , soweit dem Erfinder bek?nnt , nicht
möglich und auch nicht im ange.
-
Ökologische Auswirkungen sind noch nicht überblickbar.-Zu C) Energie-Einsparung
bei Klimatisierung.
-
1. 7ur Hebung der Temperaturen von , der Abkühlung, ausgesetzten,
wie auch 2. Zur Senkung der Temperaturen von , durch die Witterung oder auch sonstige
Einflüsse sich über ein gewünschtes Maß hinaus erwärmenden , Räumen (beispielsweise:
Lager-,Büro-,Arbeits-, aber auch in zunehmendem Maße: Wohnräumen ) iet in allen
Fällen für die Reibehaltung einer konstanten Temperátur in engen Bereich s t e t
s Energie - Aufwand erforderlich.
-
Patentbeschreibung "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine
mit kontinuierlich fortlaufender ......
-
noch: Zu C) Dieser ist vonnöten,für 4ufheizeng #i### einerseits und
zum anderen für den Betrieb einer Kühlanlage, zur Abführung überschüssiger Wärme.
-
sofern bereits , in zunehmenden Umfange , die 4ufheizung mittels
einer Wärmepumpe geschieht, kann auch zum Stande der Technik auf diesen Gebiete
schon vom beschrittenen ziege der Energie-Einsparung geslerochen werden.
-
In allen anderen Fällen des Betriebes von -linatisierungsanlagen
nach den derzeitigen Stande jedoch nicht.
-
Zu Teil 2: Zu D) Energie-Erzeugung mittels Verbrennungs- oder Heißluft-Kraftmaschinen.
-
Die , mit dem Treibstoff derartigen Maschinen zugeführte, G e s a
rt t - Energietenge verteilt sich bekanntlich nach:SCHMIDT, s.137 (Quellen-Nachweise
auf Blatt 55)-wenn auch nur in ganz empirischem Rahmen als "Faustformel" - in den
bekannten Arbeitsprozessen etwa nach folgendem Verhältnis: 1/3 für Kühlungsverluste,1/3
für Abgas-Verluste, sodaß für den echten Umsatz in mechanische w-nergie nur etwa
1/3 der im Treibstoff gebundenen Energie verbleibt.
-
Durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses in Motoren überhaupt,
von dem ja die Leistung der Maschine abhängt, wird diese zwar erhöht, jedoch andern
sich die zuvor angegebenen Anteile nicht sehr wesentlich.
-
Lediglich durch AbgaEverwertung in nachgeschalteter Abgas-Turbine
wird zusätzlich Energie hieraus nutzbar gemacht; diese aber ist beispielsweise in
traftfahrzeugmotoren unüblich.
-
Die ausnahme bei einer Heißluftmaschine mit geschlossenem Kreisprozess
- da keine Abgase - hat zwar diesen Vorzug gewisser Einsparung bezw. zusätzlicher
Nutzbarmachung , (das obengenannte Verhältnis : 1/3 für Abgamverluste betreffend),
jedoch arbeitet sie- von der Seite des Konstruktionsmaterials her- in anderen Temperaturbereich.
-
Die Verluste für Kühlung sind - so oder so- in herkömmlichen Maschinen
unvermeidbar, weil bei dem poly-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
aös Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine it kontinuierlich fortlaufender ......
-
noch: Zu D) tropen ablauf der Verdichtung/Entspannung die , durch
die Wandungen der betreffenden Konstruktionsteile nach aussen dringende Wärme ,
in jeden Falle abgeführt werden muss,um das Konstruktionsmaterial nicht zu gefährden
und die Maschine auf günstigster Betriebstemperatur zu halten.
-
Eine teilweise Nutzung derselben ist bei Kraftfahrzeugen insofern
gegeben, daß diese vom Kühlkreislauf aufgenommene abwärme zur Heizung des Wageninneren
bei kalter Jahreszeit genutzt wird. Ansonsten wird sie, durch Ableitung ins Freie,
hierdurch lediglich vernichtet.
-
Zu E) Umweltschutz - probleme.
-
1. Wie bereits unter "Zu B)" darauf hingewiesen, stellt die große
Menge der, bei der Energieerzeugung auf dem lzrege über Kern-Reaktion, (auch später
-Fusion) anfallenden Ab#!ärme ein ernsthaftes Problem, besonders in ökologischer
Hinsicht , dar.
-
Es sind brauchbare Verfahren - so dem Erfinder bekannt -zur Herabsetzung
auf ein ertragliches und ungefährliches Maß derzeit nicht vorhanden.
-
2. Andersgelartete ökologische Auswirkungen (z.B. das "Baumsterben",
auch in der sonstigen Fauna, entlang stark frequentierter Autobahnen und Strassen,
in Städten, usw.), hinsutretend die ernsthaft gesundheitsschädigenden 4uswirkungen
auf Menach und Tier, ergeben sich in zunehmendem Maße durch die aprunghaft ansteigende
Zahl ton in Betrieb genommenen Kraft -fahrzeugen.
-
Diese, in der Überzahl durch benzinverbrennende Motoren angetriebenen
Fahrzeuge werden, nicht zuletzt aus stduerlichen gründen, mit hoher "Literleistung"
stetig voran-entwickelt und gebaut.
-
Da für eine - mentalitätsbedingte und , für den Hersteller "konkurrenzfähige"
- hohe Literlsietung grundsätzlich ein :h o W es Verdichtungsverhältnis bei diesen
Maschinen Voraussetzung ist, können ergo Treibstoffe niedriger Oktanzahl , ohne
das "Klopfen" verhindernde Fremtstoffzusätze, wie
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ........
-
noch: Zu E) 2. beispielsweise "Bleitetraäthyl", , n i c h t verwendet
werden. Dieses "Klopfen" würde derartige Maschinen alsbald, früher oder in nahe
Zukunft zerstören.- Des prinzipiellen Ablaufes der Verbrennungsvorgange in diesen
, herkömmlich aufgebauten, Maschinen wegen. -Um de beschriebenen Gefahrbrenmomente
, auf die umwelt bezogen, zu vermindern , ist neuerdings von Gesetzgeberseite her
eine Herabsetzung dieser Frendstoffzusätze beschlossen und vorgeschrieben.
-
Dies geht einerseits zu Lasten hochgezüchteter und auf hohe Zusatze
, hinsichtlich ihrer Lebensdauer selbst, angewiesene Motorenkonstruktionen, andererseits
besteht der weitere Mangel der Maßnahme darin, daß damit das"Symptom" , nicht die
"Ursache" bekämpft wird.
-
Durch stetige Zunahme des Kraftverkehrs wird die gleiche, hohe "Ballungsquote"
an schädlichen Abgasen alsbald wieder erreicht, das echte Problem bleibt weiterhin
zur Lösung offen 3. Eine weitere , gesundheitsbedrohende Gefahr besteht darin, dass
- gleich welcher Bauart - bei a 1 1 e n Verbrennungsmotoren sich im Abgas mehr oder
minder große Anteile an giftiges CO befinden, Dies wird hervorgerufen , bekanntlich
, durch unvollkommene Verbrennung. Daran ändern regelmäßige technische Überprüfungen
- festgesetztes Höchstmaß überwachend -nicht sehr viel.
-
Unvollkommene Verbrennungsvorgänge, bei denen der CO-Anteil im Abgas
übermäßig hoch auftritt, treten sehr oft auf. Dies sei an den beiden, folgenden
Beispielen dargelegt: a) beim sog. "Kaltstart" Nicht nur zu kalter Jahreszeit, auch
bei normaler Aussentemperatur, sorgt eine in fast ausschliesslich allen Kraftfahrzeugen
vorhandene Starthilfeeinrichtung, sog. "Starterklappe" dafür, dass bei geringer
Strömungs-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/
-Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
noch: ru E) 3. geschwindigkeit in Mischkammer und Ansaugkanal , also
während des anlassens, eine Überdosis an Treibstoff dem Luftstrom soweit zugefügt
wird, daß das Treibstoff-Luftgemisch in jedem Falle "fett" genug ist, um die Maschine
zum Anspringen zu bringen.
-
Die Finotellung dieses Zusatzmaße erfolgt recht empirisch und stellt
diesen "Zusatz" automatisch erst dann ab , wenn die Maschine eine gewisse Temperatur
erreicht hat.- Ris zu diesen Zeitpunkt läuft die Maschine zwar mit abnehmender,
aber mit unvollkommener Verbrennung ; der CO-Anteil liegt über dem feetgestellten
Maß der vorgeschriebenen Uberprüfungswerte.-Für den Langstreckenbetrieb ist dieser
Mangel unter sentlich; nicht jedoch: im Kurzstreckenbetriebe .- Besonderen Anteil
haben dabei Liefcrantenfahrzeuge mit zwangsläufigen Wartzeiten beim Bedienen von
Kunde-zu-Kunde , wie es besonders in , ohnehin / gefährdeten " Ballungsräumen ",
also Gross - Städten , geschieht.
-
b) Der zweite Fall tt dennoch " unvollkommener Verbrennung über das
geprüfte Maß hinaus , nämlich im Dauerbetrieb der Maschine tritt häufiger auf als
schlechthin vermutet werden kann: Es ist eine Folge der " Fahrweise ist Oft zu beobachtende
Mentalität und auch Gewohnheit des Benutzers: mit dem Gaspedal zu "spielen", sowie
die , im Großstadtverkehr auferzwungene Fahrweise des ständigen Stoppens und Wiederbeschleunigens
bringen eine weitere Zusatzeinrichtung am Vergaser des Motors übermäßig in Funktion
: die sogenannte Beschleunigerpumpe. Mit dieser Einrichtung wird bein Betätigen
des Gaspedals eine zusätzliche Menge Treibstoff in den Ansaugstrom befördert, damit
die Maschine bei plötzlicher Öffnung der Drosselklappe in Vergaser nicht "stottert".
-
Auch hierdurch schwankt somit die Verbrennung zwischen Vollkommenheit
und Unvollkommenheit amplitudenhaft.-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
noch zu: E) 3. Eine Beseitigung des , zufolge der aus dergelegten
Gründen stets vorhandenen Anteiles an Kohlenmonoxyd, des CO im Abgas der Verbrennungsmotoren
, kann durch völlige Ausschließung des Auftretens nach dem derzeitigen tande nicht
erfolgen.
-
Als zur "Minderung" in , wenn auch nur geringem, Rahmen beitragend
( wie auch zur Minderung des @ anteils an anderen Schadstoffen im Abgas , wie zu
Punkt 2.
-
dieses Abschnittes angeführt ) kann eine , neuerdings in Entwicklung
befindliche, Maßnahme angesehen werden, welche sich damit befaßt, durch 7usatz von
ebenfalls Energie abgebenden Brennstoffen auf Basis gewisser Wasserstoff-Verbindungen
die - im Übermaß importbedingten - herkömmlichen Treibstoffe zu "strecken".
-
Dies würde sich auf eine linderung des schädlichen CO-Anteiles im
Abgas automatisch, im Verhältnis zur Zusatzmenge nutzgringend auswirken, weil diese
Brennstoffe keine C-Verbindungen mit Sauerstoff entwickeln können , die zur Bildung
von CO führen.
-
4. Der Einsatz von rein H2 -Luftgemisch , sei es auch nur zu einem
deutlich spürbaren Anteil zum herkönnlichen Treibstoff,ist in bekannten und bielang
betriebenen Maschinen prinzipiell; n i c h t möglich und bleibt auch -alle in vom
konstruktiven Aufbau derselben her -völlig ausgeschlossen.-III) Beschreibung der
Erfindung , Teil 1: Abschnitte A) bis C).
-
Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gestellt,
die unter Abschnitt II) in grobem Überlick dargelegt ten, noch bestehenden Mängel
- sowohl auf saschinellen wie anwendungs- (Verfahrens-) -technischem Gebiet -1.wo
nicht anders möglich: zu erheblichem Vorteile und fortschrittlich herabzumindern,
2.wo , zufolge des erfindungsgemä(3en Aufbaues nunmehr möglich, mittels der jeweils
zutreffenden Anordnung und 4ufbau der Maschine, verbunden mit zugehörigem und durch
sie ermöglichten Verfahrensablauf, grundlegend und völlig zu beseitigen.-
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
Grund-Die erfindungsgemäße Maschine selbst besteht in ihrem/Aufbau
aus einem oder mehreren " Elementen ", jedes dieser Elemente aus zwei Rotoren 1
und 3 (Abb.1) , welche völlig gleiche orm und Abmessung haben.
-
Sie werden über Wälzlager korrekt geführt und über ein Zahnradpaar
mit Rädern gleicher Abmessung korrekt gesteuert.
-
Ihre Drehung zueinander erfolgt, mit geeignete Spielabstand -beispielsweise
0,1 mm - berührungsfrei. (Pfeilrichtung) Das gehäuse mit den radial äußeren Wandungsteilen
22 und 22a umschließt sie in der Umfangslinie von r2 , ebenfalls berührungsfrei
und umfangsmäßig nur so weit, daß die r.in- und Ausgangsöffnungen 26a und 26b genügend
weit offen bloiben.
-
Auch an ihren seitlichen , senkrecht zur Achse stehenden , lenken
laufen diese Flächen der Rotoren , den Gehäusewandungen gegenüber mit entsprechendera
Spiel , berührungsfrei vorbei.
-
Fin solches "Element" also mit seinen beiden Rotoren und dem sie umschließenden
Gehäuse stellt in beschriebener eise einen r e i b u n g s f r e i e n T r o c k
e n -1 a u f e r dar. wasser in den Wälzlagern der beiden Rotorwellen und beim Kasmen
der beiden Steuer-Zahräder tritt keinerlei reibende Berührung auf1 jede Schmierung
im Gehäuse entfällt. In der Drehzahl kann bis an die Grenze der zulässigen Lager-
und Zahnradbeanspruchung gefahren werden , die Zahnräder werden daher zweckmässig
"Ölnebel"- geschmiert.-Auf die , die optimale Abwickelungsform und damit erreichten
Dichtigkeitseffekte betreffenden , geometrisch-mathematischen Grundlagen in zwei
bestehenden Offenlegungsschriften des gleichen Erfinders (s.Quellen-Machweis auf
Blatt 55) sei an dieser Stelle verwiesen. Beide liegen seit den Jahren 1972 bezw.
1973 unwidersprochen offen.
-
Die Abb.29 aus der , wie vorgenannt, offenliegenden 7!usatzschrift
(Nr. 21 oo 353) ist für die vorliegende Beschreibung als Abbildung 1 mit gleichen
Hinweis-Bezeichnungen übernommen.-Eine einfache Ausführung als erfindungsgemäße
Arbeitsmaschine wird in der Abb.2 dargestellt. Die beiden Rotoren 1 und 3 sind der
besseren Übersicht wegen vereinfacht veranschaulicht.-
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
Sie besteht beieüielsweise aus zweien der vorbeschriebenen Elemente
, nämlich Ia und Ib , beide wirken auf den Arbeitsraug A1 , mit welchen sie fast
verbunden sind.
-
Beide Elemente sind (nicht dargestellt),beispielsweise durch eine
Keilriemenverbindung, in Bewegung nach der Pfeilrichtung setzt, wobei Drehsinn und
Drehzahl ich sei. Element Ib ist räumlich größer als Ia In dem durch die Pfeilrichtung
dieser Abb.2 dargestellten Falle wirkt die Anordnung der Elemente Ia und Ib als
E n t s p a n n u n g s - Maschine, weil das größere Element I b ein größeres Volumen
aus dem Arbeitsraum kl hinauszufördern sucht , als das kleinere leaent Ia hineinzufördern
vermag. Es entsteht in k1 ein Unterdruck gegenüber demjenigen Druck an der Eingangsöffnung
von Ia .-Läßt man diese Maschine in der 4nordnung der Abb. 2 im umgekehrten Drehsinne
- also entgegen der pfeiLrichtung -laufen, so entsteht im Arbeitsraum Al ein Überdruck
entsprechend dem Volumensunterschied der Hineinförderung durch das größere Element
Ib gegenüber der Hinausförderung durch das kleinere Ia .- Die Maschine ist in diesem
Falle ein V e r d i c h t e r .-r)ie Erfindung sicht fernerhin für bestimmte Anwendungsfälle
zusätzlich oder auch wahlweise vor, dass der Entspannungs-/ Verdichtungseffekt auch
dadurch erzielt oder verstärkt-/vermindert werden kann, daß beispielsweise der ,
die Elemente Ia und Ib verbindende, Keilriementrieb : stillstands- oder auch laufregulierbar
(-verstellbar) ausgeführt ist.
-
Damit ist - durch die Möglichkeit der Veränderung des Drehzahlverhältnisses
von Ia zu Ib -das Entspannungs-/-Verdichtungsverhältnis an ein und derselben Maschine
nach der Erfindung so e i n f a c h und ü b e r -h a u p t veränderbar, daß dieselbe
praktisch an verschiedene Arbeitsverhältnisse in weitem Rahmen präzise anpaßbar
ist und recht vielseitigen Einsatz erlaubt.
-
Bei herkömmlichem Aufbau einer Maschine ist dies nicht möglich.-Auch
kann nach der Erfindung beispielsweise das Element Ib das räumlich größere also
, anstatt in dargestellter radialer
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
Richtung auch n u r odcr auch g 1 e i c h z e i t i g noch in achsialer
richtung räumlich größer gehalten werden.
-
Damit ergibt sich eine räumlich kleinere Rauform fur die Maschine.
-Die Zweck- oder Unzweckmäßigkeit einer Grösser-Ausdehnung in achsialer dichtung
jedoch wird bestimmt durch die von Fall zu Fall stets zu beachtende, sogenannte
"Lässigkeit" , naslich die infolge Spielabstandes zwischen den Rotoren 1 u. 3 zu
erwartenden Durchströmungsverluste, auf die an späterer Stelle eingegangen wird.
-
Ein sogenannter "schädlicher Raum" ist bei dieser Maschine nicht vorhanden,
im Gegensatz zu allen Kolbenmaschinen; ebensowenig sind wirkungsmindernde Verluste
zufolge Ventilüberschneidungszeiten bei offen und Schlicssen derselben zu beachten,
weil derartige Aggregate an der erfindungsgemäßen Maschine nicht bestehen.
-
Hinzu tritt der Fortfall= folgenden, ebenfalls nicht unbeachtlichen,
Verlust faktors in herkömmlichen Maschinen: Bein Ansaugvorgang, in einen Kolbenverdichter
beispielsweise, wird das anzusaugende Quantut des Arbeitsmittels -durch den engen
Ventilquerschnitt hindurch und un den Ventilteller stark turbulierend - in den Arbeitsraum
hinein "beschleunigt", alsdann in seiner Bewegungsrichtung "ver-2iögert" und schließlich
in die entgegengesetzte Richtung wieder "beschleunigt", , wobei es aus den Auslaßventil,
unter erneut aufgezwungener Turbulenz, endlich austritt.
-
Die, v o r dem Einlaßventil nach dessen Schließung stehengebliebene,
Gas- bezw. Arbeitsmitteldampfsäule steht unter ständiger Schwingung. Ähnlich liegt
der Fall hinter dem Auslaßventil.
-
Der demgegenüber beachtliche Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine
nach der Abb.2 besteht also des weiteren darin, daß die vorgenannten Verluete durch
Verzögerungs- und Beschleunigungsarbeit an den durchzusetzenden Arbeitsmittelunten
v ö 1 1 i g entfallen. Das Arbeitsmittel bewegt sich kontinuierlich in einer Richtung.
-
Die jedoch auch in der erfindungsgemäßen Maschine s näm -lich : beim
Durchgang durch die Elemente Ia u. Ib , unvermeidbare Turbulenz ( wenn auch weniger
aufwendig )
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/
-Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender ......
-
wird - wie an zutreffender, späterer Stelle beschrieben wird -dort
zur Verbesserung bezw. Beschleunigung bei der jeweiligen Zustandsänderung der Arbeitsmittel
ausdrücklich angewandt, weil derselben förderlich. -Vor Weiterführung der vorliegenden
Reschreibung über andere und erweiterte Anordnungen zu verschiedenen Prozessabläufen
in der erfindungsgemäßen Maschine , sowie zugehöriger Verfahren in den Einsatzgebieten
, nach der Präambel im Abschnitt I) und unter A) bis C) aufgegliedert , hält es
der Anmelder für unumgänglich , zuvor erst und wie schon im Vorangegangenen darauf
verwiesen ausreichenden Überlick über die t a t s ä c h l i c h e n Verhältnisse
der sog. "Lässigkeiten" (Durchströmungsverluste), welche dieser 5saschinenbaaart
eigen sind und bei ungenauer Kenntnis derselben zur F e h 1 beurteilung führen zu
schaffen, sowie genügend genaue tTntersuchungen anzustellen Dies erscheint umso
wichtiger, je höher die Druckunterschiede sind, zwischen denen die später zu beschriebenden
Prozessabläufestattzufinden heben. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maschine trennt
ja druckunterschiedliche Räume nicht "gleitendberührend - dichtend , sondern durch
"reibungsfreitrockenlaufende " Elemente , z.3. I a , T b usw.-Die Untersuchungsführung
geht aus von dem einfachsten, nicht erfindungsgemäßen , Ausführungsbeispiel einer
"Rotationskolbenmaschine mit Käumverschluß", wie sie - als "Element" mit zwei Rotoren
- in der Abb.3 dargestellt ist.
-
Den Berechnungen zugrunde liegt die Gleichung (240), SCHMIDT, Thermodynamik
(Querllen-Nachweise auf glatt 55), welche in ihrer gekürzten Form, lediglich nach
reine Wurzelwert mal durchströmtem Öffnungsquerschnitt, eingesetzt ist. Dieserart
ist
Durchflussmenge VV<'V sec F0 \7HHP1-P2) . - |
Als "it " für Luft ist 1,2 kg/m angenommen und einge- |
setzt1 dagegen wurden Temperatur1DurchflusszahllV α" (da das Öffnungsverhältnis
beim Betrieb der Maschine bei der Abwickelung der Rotoren ohnehin schwankt),sowie
Reibung, pp. vernachlässigt. Die solcherart resultierenden
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .......
-
Ergebnisse stellen das Höchstmaß einer Durchströmungs-Menge dar,
die ber - zufolge der nindernden Auslassungen in der Berechnung - tatsächlich spürbar
geringer sind. Auch ist davon ausgegangen, daß es sich an der Durchströmungsöffnung
beispielsweise um völlig glatte Oberflächen zweier Zylinder o.dgl. handelt, was
natürlich bei der erfindungsgemäßen Maschinenausführung keinesfalls zutrifft. Die
"flä -schenhafte" Abwickelung zufolge des Erfindungsgedankens (s.die Offenlegungsschriffen
im Quellen-Nachweis) erbringt ja eine gravierende Senkung der Durchströmungsmöglichkeit,
Dennoch wird es für nützlich gehalten, zum Erhalt eines ersten Gefühlsbegriffes
über theoretisch mögliche M a x i m a die obigen, empirischen Werte aufzunehmen
um sodann die Peurteilung für die real zu erwartenden Werte von dieser Plattform
aus fortsetzen zu können.
-
?ur Erleichterung hat der Anmelder die fertigen Werte der, in genannter
Art durchgeführten, Berechnungen und zwar für den Bereich des Druckunterschiedes
P1-P2 kg von 0,5 bis 35 erstellt und in einer Tabelle cm² auf Blatt 54 dieser Beschreibung
zusammengestellt. -Beispiel a) Die Maschinenausführung nach Abb. 3 , dabei glatte
Oberflächen an den, in radialer Richtung aussen befindlichen, Oberflächen der Rotoren,
sowie an den Innenwänden des umgebenden Gehäuses, 22 und 22a Bei einer Mindestdrehzahl
von 5 ooo U/Min.
-
= 83,3 U/sec betrieben betrage die fördern menge nach konstruktiver
Auslegung der Dimensionen : = 500 cm3 = 1/2 Liter je volle Undrehung der Rotoren
1 u. 3 Die Rotordicke (in achsialer Richtung) betrage 40 mm , der Spielabstand zwischen
beiden 0,1 mm (fertigungsmäßig unschwer).
-
Das Spiel zwischen Rotornasen 2 und den
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .. umgebenden Gehäusewandungen 22 und 22 a betrage ebenfalls 0,1 mm,
sodaß sich als Gesamt-Flächenquerschnitt für die drei durchströmten Umfangsschlitze
ergibt: 3 x ( 40 mm . 0,1 mm ) = 12 mm² .
-
Bei einer sekundlichen Fördermenge von rd.
-
83 x 0,5 Litern = rd. 41,5 Liter Luft und einem Druckunterschied von
beispielsweise : P1-P2 = 8 kg/cm² ergibt sich aus der Tabelle (Blatt 54) als maximaler
Höchstwert für die Lässigkeit/mm² kg = 0, 001 372 dividiert durch "γ" sec
, m³ mit 1,2 kg/m³ entspricht : 0, 001 143 also rund 1,14 Liter Luft je 1 mm Flächenquerschnitt
des durchströiten Schlitzes in einer 2 Sekunde. - Für die gesamten 12 mm zu berücksichtigenden
Flächenquerschnittes also : rund 13,5 Liter.
-
Im Vergleich zur druckunterschiedlos erzielbaren Fördermenge: also
fast 1/3 Lässigkeitsverluste. Bezieht man in dieses empirische Ergebnis nachträglich
die in der Grundrechnung oben vernachlässigten, aber dieses Ergenis mindernden,
Faktoren ein und berücksichtigt man ferner die Tatsache, d3ss es sich nicht um zwei
einfache, glatte Zylinder, sondern um Formkörper handelt, an welchen beim Ein- und
Auskämmen z.B. durchflussmindernde Turbulenzen usw. entstehen, welche ausserdem
künstlich rauhe Oberflächen haben können, (ebenso die Wandungen 22 u. 22a) so kann
das obige Vor- Ergebnis - auch empirisch, aber mit ausreichender WAhrscheinlichkeit
- mit etwa tatsächlich nur 1o Liter angenommen werden, entsprechend rund 1/4 als
Lässigkeitsverlust für die drei Umfangsschlitze zwischen Rotoren selbst und stand,
nach der Ausführung der Abb.3 , welche nicht erfindungsgemäß ist. -
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
Ganz ausser Acht gelassen wurden bei der Ermittlung vorstehenden
Lässigkeitsverlustes die seitlichen Flankenflächen der Rotoren, die je ebenfalls
mit Spielabstand an den ihnen gegenübetstehenden Wandungsflächen vorbeilaufen, wo
aber eine Durchströmung,wenn auch noch sV gering, auftreten kann.
-
wie sich aus der späteren Darlegung ergeben wird, können diese "Schlitzstellen"
erfindungsgemäß voll vernachlässigt werden.-Das - wenn auch empirisch T jedoch alles
nedenkenswerte beriicksiclltigende - Ergebnis aus den aufgezeigten 3eispiel a) hinterläßt
zunächst einen e n t mi u t i -g e n d en Eindruck und führt zu dem psychologischen
F e h 1 schluß, daß mit einer derartigen Maschinenbauart nichts anderes anzufangen
sei, als, gunstigstenfalls noch wirtschaftlich , gebläseartig grössere Gas-oder
Luftmengen , vhm. niedergespannt, zu fördern.
-
hierauf auch führt es der erfinder zurück, dass - trotz der Vielfalt
gemachter Vorschläge für Abwickelungsform der Rotoren und zur Erhöhung der Dichtigkeit
dieser, als "reibungsfreie Trockenläufer" und ohne hin- und hergehende Massen auszuführenden
- ulaEchinen dieser Bauart niemals für höhere Einsatzzwecke mit zu bewältigenden
vhm. hohen Druckunterschieden in der Praxis eingesetzt worden sind. Es besteht bei
allen bekannten, anderen Vorschlägen mehr oder rinder Unreife, weil stets nicht
a 1 1 e s bedacht und dazuerdacht worden ist.-Der anmelder wird im Weiterfolgenden
den Beweis dafür - Schritt fifr Schritt vorgehend - liefern, da es e e h r w o h
1 möglich ist, durch weitestgehende, teils völlige , qusschaltung bislang noch bestehender
Fehler dieser Maschinenbauart Einsatzzwecken zuzuführen und dabei, wirtschaftlich
absolut vertretbar, mittels auf diese "zugeschnittenen" Verfahrensabläufe und Anordnungen
diese Zwecke in fortschrittlicher Weise zu erfüllen, wie sie mit herkömmlichen Maschinen
nicht erfüllbar
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als
Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender ......
-
zumindest nicht in gleicher Maße, waren bezw. sind.-Dazu mögen die
Darlegungen nech folgendem Beispiel b) dienen Beispiel b) Für eine Maschinenausführung
nach der Vorerfindung , in bb. 1 dargestellt, ist nur mit einer Schlitz-Querschnittsfläche,
nämlich zwischen den beiden rotoren 1.u.3, zu rechnen.
-
Die Schlitze der Abb. 3, zwischen Gehäusewandteilen 22 u.22a und
den Kolbennasen 2 werden nach Ausführung der letzteren in Form der Abb. 1 voll vernachlässigt.
-
Ebenfalls - wie schon zur tbb. 3 geschebendie seitlichen Schlitze
zwischen den Flanken der Rotoren und den gegenübetstehenden Gehäusewandungen. Wie
bereits zum Beispiel a) angedeutet, wird hierauf später eingehend zurückgekommen.-Für
den somit zur Untersuchung verbleibenden einzigen Cchlitz zwischen den beiden Rotoren
1 u.3 der Abb. 1 mindert sich automatisch die Durchströmungsmenge von rd. 10 Ltr./sec.
auf 1/3 = 3,3 Ltr/sec.-Dabei liet zugrunde, dass sich an dieser Stelle um zwei gleichmäßig
runde, durch Kolbennasen 2 und Vorsprünge und Gegenausnehmungen dazwischen "unbestückte"
Zylinder handelt, welche mit dem Spielabumstand von 0,1 mm zueinander/laufen.
-
Dies ist aber offensichtlich nicht der Fall, da ja vorerfindungsgexaß
selbst die Rotoren-Umfangsteile, welche z w i s c h e n den beiden Kolbennasen 2
jedes Rotors liegen, dank ihrer Formgebung mittels Vorsprüngen und Gegenausnehmungen,
"flächenhaft" - ähnlichen Dichteffekt bewirken.
-
Es kann also für diesen einen Schlitz zwischen den Rotoren nach Abb.
1 bedenkenlos eine weitere Minderung der Lässigkeit um
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .......
-
ü b e r die Hälfte (wie analog zu späteren Ausführungen hierauf übertragbar)
gerechnet werden, sodaß anstelle der sich zunächst mit 1/5 ergebenden Durchströmungsmenge
von etwa 3,3 Litern endlich verbleiben: rund 1,5 Liter/sec für die erfindungsgemäße
Ausführung der Abwickelungsform für die Rotoren 1 u. 3 .-Dies bedeutet - bezogen
auf die sekundlich (und bei gleichen Dimensionen) wie zum Beispiel a) festgelegte
Fördermenge von 41,5 Litern/sec. einen Durchströmungsverlust von etwa 36 anstelle
von 1/4 = 25% bei nichtvorerfindungzgemaßer Maschinenausführung nach der Abb.3 .-Für
die Durchförderung spezifisch sehr schwerer Gase und Dämpfe , wie beispielsweise
von Dämpfen der Kältemittel - sowohl in deren Heiß-,Satt- und Naßdampfbereich -kann
die Lässigkeit in der erfindungsgemäßen Maschine mit Praktisch = N u 1 1 angenommen
werden, da im Wirkungsgrad nicht mehr spürbar. (Grundwerte d.Tabelle in "kg"/sec.)
Es ist jedoch - für den Getrieb mit letztgenannten trbeitsmitteln - einschränkend
ein besonderer Umstand zu beachten In der Abb.4 ist Rotor 1 (nur mit einer Kolbennase
2 und Rotor 3 nur mit einer zugehörigen Ausnehmung 4 schematisch )dargestellt.
-
Die Abbildung zeigt die Phase des voll eingekämmten Zustandes.
-
Die - in Drehrichtung (nach dem Pfeil) -vor- und rückwärtigen Flankenflächen
dieser Kolbennase stehen den entsprechenden Flächen der Ausnehmung 4 "flächenhaft"
gegenüber; also ihrer Länge und des geringen Spielabstandes wegen: praktisch voll
dichtend.-ie aus der Darstellung jedoch weiter ersichtlich, verbleiben in der Ausnehmung
4 - des Platzbedarfs für die äusseren Kanten fl u.C der
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .....
-
Kolbennasse 2 bei der Weiterdrehung wegen -zwei kleine1 restliches
FördervoLumen enthaltende, Hohlräume 4' u. 4 " Mit diesen zwar kleine aber der Abwickelung
wegen notwendigen Hohlräumen wird in gewis sem Maße das darin enthaltene Restvolumen
wieder zur Eingangsseite der Motoren 1 u.3 "zurückgeschleppt"; ein Nachteil also,
welcher gewissermaßen noch in das behandelte Gebiet der "Lässigkeiten" gehört, wennauch
gleich/im Gesamtwirkungsgrad nicht auffallend , wie folgend dargelegt : I:)Iie di
Darstellung der Abb.5 , also irn bereits eingeleiteten Einkämm-Vorgang in Drehungs
richtung, ausweist, ist die (in Abb. 4 din Aussenfläche der Kolbennase 2 nach rückwärts
begrenzende) Nasenkante B verschwunden. An dieser Stelle beginnend, ist auf der
rückwärtigen Flankenfläche der Nase 2 eine Ausnehmung 2a angebracht, welche nit
ihre Fusspunkt bei B'' endet.
-
Nasenkante B nämlich träfe mit der Xusnehmungskante der Ausnehmung
4 bereits zu Beginn der Einkämmung zusammen und würde der Neigung der Ausnehmungsfläche
von 4 solange folgen, bis die Stellung der vorherigen Abb. 4 erreicht ist. Damit
würde der anfänglich und bei beginnender Einkämmung zunächst noch vhm.
-
große - aber schon abgeschlossene-:- Hohlraum der Ausnehmung 4 bis
zur kleinen Dimension der 4bb. 4 beim Einkämmen stetig verkleinert, der "mitzuschleppende",
weil eingeschlossene Arbeitsmittelanteil wäre unnötig groß und , da ja bereits im
Zustande der Außgangß-(Druck-)-seite der Maschine befindlich, nochmals zusätzlich
verdichtet worden, biß zum kleinen Volumen der Hohlräume 4' u.4'' der Abb. 4.-Abgesehen
von einer nicht unerheblichen und
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
den Wirkungsgrad dieser Maschine recht fühlbar einschrankenden "Rückschleppmenge",
falls nicht erfindungsgemäß durch Anbringung der ausnehmung 2a auf der Nasenflanke
2 verfahren wurde, käme die , für deren beschriebene zus;tzliche Verdichtungsarbeit
in der Ausnehmung 4 erforderliche, Aufwandsenergie wirkungsmindernd suf die Maschine
dazu.-Die zusitzliche Anbringung der Ausnehmung 2a auf der Kolbennase 2 also verhindert
den Einschluß unnctig großer Menge und reduziert diese "Rückschleppmenge" auf ein
unbedeutendes Minimum, wie Abb. 6 zeigt.-(Bereits bei der Vor-Erfindung hatte der
Anmelder eine solche Ausnehmung auf der Nasenflanke der Kolbennase 2 vorgesehen1
wie sich aus der dort zugehörigen Abb.25 ergibt ; darin dargestellt und mit der
Zahl "25" arkiert.
-
Leider ist damals bei der Herstellung der Beschreibung übersehen
worden, darauf einzugehen und sie in den Ansprüchen zu erfassen. In allen anderen
bekannten Vorschlägen zu dieser Maschinenbauart ist jedoch nicht an die beschreibungsgemässen
Auswirkungen beim Fehlen derselben gedacht worden.-) Da das Gesamtvolumen in der
Ausnehmung 4 des Rotors 3 sich bei der Einkämmung stetig verringert und dabei nicht
nur die Ausnehmungshälfte auf der Seite 4' sondern auch auf der anderen Hälfte 4'
davon betroffen ist, ist nach vorLiegenden Erfindungszweck eine innere Formgebung
der Ausnehmung entlang der Krümmungslinie f (Abb.4) hinderlich.
-
Sobald nämlich diE Kante C der Nase 2 diese Krümmungslinie I erreicht,
ist das sich verkleinernde Volumen in Hälfte 4''
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
daran gehindert, über 4' hinaus durch die Nasenflankenausnehmung 2a
die Ausnehmung 4 zu verlassen. Daher ist erfindungsgemäß zusätzliche Begradigung
der Linie f vorgesehen, um diesem. Umstande abzuhelfen.-(Abb.5 u.6 ) Nachdem also
gem. Abb.6 in der Ausnehmung 4 nur noch ein sehr geringes Mengenmaß eingeschlossen
ist, wird sich dieses beide nun folgenden Auskämmvorgang in Drehrichtung, zufolge
der sich nun stetig vergrössernden Raumverhältnisse in 4' und 4'' (Abb.7) vom vorherigen
Enddruck der Ausgangsseite auf Eingangsseiten-Zustand dabei entspannen.-Dies aber
ist ein sehr w i c h t i g e s erfindungsgemäßes Ergebnis, wie sich später bei der
Beschreibung zur Verbrennungsmaschine erweisen wird.-Es bleibt noch - vervollkommnend-
zu untersuchen, wie zu verfahren ist, wenn es sich darum handelt :(statt mit der
Maschine zu verdichten und daher das "Rückschleppvolumen" beim täsavorgang auf Anfangszu
-stand an der Einsaugseite zurückzuentspannen), in Förderrichtung der Maschine ein
Arbeitsmittel von bestimmtem Druckzustand zu entspannen. Abb. 8 bis 10 In diesem
Falle ist- bei sonst gleicher Ausführung im Inneren der Ausnehmung des Rotors 3
1 nämlich Wegfall und Begradigung der inneren Krümmungslinie f -die Ausnehmung 2a
auf der Vorderseite der xolbennase 2 des Rotors 1 angebracht.
-
Dadurch wird das "rückzuschleppende" Volumen -nach Einkämmen der Nasenkante
B bereits beim Zusammentreffen mit der Ausnehmungskante A - in den Ausnehmungshälften
4' und 4'' (Abb.7) umlaufzügig vor-verdichtet bis zur
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlauiender ...... Stellung der Abb.9 , bei welcher die Fußkante der Ausnehmung
2a (C'')sie an der Ausnehmungskante D, der Gegenausnehmung für die Kolbennase 2
im Rotor 3 , freigibt.
-
Dieses wrei-gebn kann - durch Verlängerung der Ausnehmung 2 a auf
der Vorderflanke der Kolbennase 2 - auch schon früher geschehen, u.zwar: wenn der
Druckunterschied zwischen Zu- und Abförderraun der Maschine geringer ist. Dann nämlich
, wenn die Kante G " die Ausnehmung 2a schon freigibt, bevor ein Maximum an Vorverdichtung
in 4' , 4'' in voll eingekämmter Lage erreicht ist.
-
Es ist hiermit jedenfalls erreicht, daß bein Kämmungs-beendeten Sich-Öffnen
der Gegenausnehnung 4 it 4' und 4'' im Rotor 3- welche zu diese Zeitpunkt nur niedergespanntes
Arbeitsmittel (ohne vorherige Vorverdichtung) beinhalten würde, kein plötzliches
, s t o ß w e i 5 e s Eindringen von hochgespannten Arbeitsmittel sus dem Abförderraum
eintreten kann.-Zusammenfassend ist festzustellen: a) bei Förderrichtung der Maschine
aus Nieder- in Überdruckstufe: nuß das Rückschleppvolumen klein gehalten und entspannt
(vor-) werden.
-
b) bei Förderrichtung von der Druck- in die Entspannungsstufe der
Maschine: nuß das Rückschleppvolumen vorverdichtet und vorher nicht verkleinert
werden.
-
dies gilt sowohl für Gas- wie Dampfförmige Arbeitsmittel; für Letztere
in Satt- und überhitzten Dampfbereich.
-
Für den Naßdampfbereich, beispielsweise eines Kältemittels, müsste
erfindungsgemäß die Kolbennase 2 nicht nur eine, sondern zwei Ausnehningen 2 a :
eine auf Vorder-, die zweite
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender ......
-
auf der Rückseite der Nasenflanken tragen.
-
Beim Betriebe der Maschine im Naßdampfbereich kann es aus irgeneinem
Grunde plätzlich dazu kommen, daß von diesen zurückzuschlappendem Arbeitsmittel
- fast ausschließlich oder zu überwiegend - Flüssiganteil in der Rückschlepp-Menge
vorherrscht, sodaß die zu a) und b) vorgesehenen Zustandsänderungen zufolge der
hohen Durchkämmungsgeschwindigkeiten nicht gleichermaßen schnell vonstatten gehen
wie bei rein gasförmigem Zustande derselben.
-
Nach der Gestaltung der Kolbennase 2 gemäß der Abb. 11 wird daher
jede 7.ustandsänderung innerhalb der Ausnehmung 4 im Rotor 3 vermieden, sodaß eine
Schädigung an der Maschine nicht eintreten kann.-Die bis zu diesen Punkte der Beschreibung
erfolgten Darlegungen zu dr Ausführung der Kolbennase 2 und deren Ausnehmung 4 im
Rotor 3 (zur Xbb. 4 genau nach der Vorerfindung, zu den Abb. 5 - 11 nach Ergänzung
der Flankenform gemäß vorliegender Erfindung ) basieren im Grundsätzlichen alle
jedoch auf der Vor-Erfindung.
-
Im Nachstehenden wird eine - zu gegebenem Einsatzfall vielleicht zweckmäßig
einfachere - andere Gestaltung der Kolbennase 2 (in Abb.12 und 13 dargestellt) nach
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Gestaltung kann in den meisten Fällen
ausreichend sein, um dem erforderlichen Zwecke zu genügen.
-
(Der Anmelder hatte diese Gestaltung der Kolbennase 2 bereits vor
längerer Zeit vorgeschlagen; die Anmeldung jedoch nicht zuende verfolgt und daher
auch nicht beaneprucht.) Nach Abb.12 drehen sich, ebenfalls im abwickelnden Sinne
in pfeilrichtung, die beiden Rotoren 1 u.3 , umgeben vcn den äußeren Gehäusehälften
22 u. 22a zu gleichem
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
als Entsp -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender Sinn und Zweck
wie vorbeschrieben.
-
Der Unterschied liegt allein in der ußeren Formgebung der Kolbennasen
2 Wie aus dem schraffierten Bereich der unteren volbennase 2 ersichtlich, sind ihre
vor- und rückwärtigen Flanken in der Meigungslinie auf einem Kreis gelegen , dessen
Mittelpunkt M auf der Abroll-Kreislinie der beiden Rotoren 1 u. 3 , bestimmt durch
den Radius r1, liegt.
-
Der Radius rn für die Kreislinienform der vor- und rückwärtigen Nasenflanken
ist etwas größer als r2 - r1 , damit - beispielsweise beim späteren überdrehen der
olbennasen 2 auf das erforderliche Gehäuseinnenmaß r2 - die beiden Nasenkanten 2
und C entstehen. Damit wird - im Gegensatz zu einer Nasenausführung nach Abb. 3
- durch genügenden Abstand zwischen den aussehen Nasenkanten B und C vermieden,
dass an dieser Stelle eine Durchströmung, wie schon zu Abb.3 beschrieben , entstehen
kann.
-
Jede Gegenausnehmung 4 hat gleiche Kreisform ihrer vor- und rückwärtigen
Innenflanken, der Mittelpunkt Ma hierfür liegt ebenfalls auf der "Abroll"-Kreislinie
der Rotoren 1 u. 3 , jedoch ist der Radius r un den erforderna lichen Spielabstand
für eine reibungsfreie Durchkämmung der Nasen 2 größer.
-
Abb. 12 zeigt gleichzeitig die Phase des volleingekänaten Zustandes
einer Nase 2 in die Gegenausnehmung 4 des Gegenrotors.
-
Auch hier ist - wie erfindungsgemäß zu Abb. 5 und 6 bereits beschrieben
- in der Aumnehmung zwischen 4' und 4.1 die Verbindungslinie zwischen vor- und rückwärtiger
Innenflanke derselben zu gleichem Zwecke begradigt.-Abb. 13 zeigt diese Veränderung
der Nasen-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/
-Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender ......
-
flanken - und Ausnehmungsflankeninnen -Form in der Phase beginnender
Auskämmung.
-
(In Pfeilrichtung).-Wie aus der Lagenveränderung dieser Flanken gegenüber
dem Zustande der vorherigen Voll-Einkämmung (der Abb.12) ersichtlich, wurde bereits
mit beginnender Auskämmung der Zugang für das Arbeitsmittel , , von der Einsaugseite
der Maschine her, zu der 4.usnchmungshälfte 4 '' im Rotor zunehmend frei.
-
Die , der rückwärtigen Krümmungslinie der Nasenflanke 2 folgende Ausnehmungskante
A führt dabei kurzzeitig die Abdichtung nach rückwärts allein fort, bis dieseLbe
durch Eingriff des Ausnehmungsvorsprungs 11 a in die Gegenausnehmung 12 b des rotors
1 gefolgt vom Eingriff des Ausnehmungsvorsprunges 11 b in die zugehörige Gegenausnehmung12
a des Rotors 3 , "flächenhaftdichtendtl weitergeführt wird.
-
Analog dazu ist vorher der Einkämmungsvorgang der Nase 2 des Rotors
1 in die \ usnehmungdes Rotors 3 erfolgt: Die Ausnehmungshälfte 4l war, in stetig
sich verringernden Maße , solange zur Ausgangs-(Druck-)-Seite der Maschine offen,
bis sich Ausnehmungskante A der rückwärtigen Nasenflanke von 2 auf Spielabstand
genähert hatte, und zwar beim Erreichen des voll eingekämmten Standes der Abb. 12
.-Mit dieser erfindungsgemäßen Abänderung in der Formgebung von Nasen 2 und Ausnehmungen
4 an beiden Rotoren 1 u. 3 ist erreicht: a)Ausnehmungen 4 werden beim Einkämmen
entleert, b)beim Auskamnen sogleich gefüllt, c)Zustandsänderungen am Arbeitsmittel
erfolgen in ihnen nicht.
-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine
mit kontinuierlich fortlaufender ......
-
d)Ein geringfügiges "Rückschlepp"-Minimum des Arbeitsmittels ist
auch hierbei - abwicke lungabe dingt - unvermeidbar.
-
e)Als Vorteil kann angesehen werden, daß zusätzliche"Ausnehmungen
2a" , wie zur Formgebung der Nasen 2 auf deren vor- und rückwärtigen Flanken nach
Abb. 4 bis 11 beschrieben, nach der Beschreibung zu bb. 12 und 13 nicht vonnöten
sind Zu dem, in dem Vorangehenden angestellten , Untersuchungen und Berechnungen
zur "Lässigkeit" der erfindungsgemäßen Maschine -auf Blatt 18 dieser Beschreibung
mit dem vorlaufigen Endergebnis von rd. 3% für Durchströmungsverluste festgestellt
-müssen auch die letzt-festgestellten und durch diese Maschinenbauart unvermeidlichen
"Rückschlepp-Minima an Fördervolumen , der Ordnung wegen , zugerechnet werden.,Sie
liegen - zugehörig zu den Beispielen a) und b) auf den Blättern 14 - 18 - also bei
der, dieeen Rechnungsbeisielen zugrunde liegenden , Maschine in der Grössenordnung
: 500 cm³ Fördermenge je 1 Umdrehung bei: 4 x o,6 cm³ je 1 Umdrehung = 2,4 cm³ (entsprechend
4-maligem Kämmen von @ Nasen 2 durch Ausnehmungen 4 während einer vollen Umdrehung
d. Rotoren).
-
Die zusätzliche "Lässigkeit" betragt also etwa 0,5% , welche dem vorläufigen
Endwert von 3% hinzugerechnet werden muß. Zusammengerechnet also ein Endwert von
max. 3,5 % Durchströmungsverlust.-(f.Luft) An vorher zutreffender Stelle wurde bereits
mehrfach darauf hingewiesen, daß in diesem Zusammenhange auch dasjenige, scheinbare
Kriterium untersucht werden würde, welches die Eventualität erwartender Durchsträmungsverluste
an den - senkrecht zu den sich abwickelnden Oberflächen Stehenden - s e i t 1 i
c h e n Flanken der Rotoren 1 u. 3 gegenüber dem Gehäuse betrifft,
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
Ebenso die Spielabstands-Schlitze betreffend, welche zwischen den
äusseren Flächen der Nasen 2 und den sie bei der Drehung teil leise umgebenden Flächen
der Gehäusewandteile 22 und 22 a bestehen.
-
Beide Fälle wurden in der bisherigen Betrachtung zur "Lässigkeit"
- da behauptungsweise: "technisch dicht" -übergangen. Es soll dies daher mit dem
Folgenden ergänzend nachgeholt werden.
-
seide Fl-chenarten der Eotoren stehen den sie umgebenden bezw. parallel
gegenüberstehenden Gehäusewandflächen in einem nur die reibende Berührung verhindernden,
sehr geringen Spielabstand gegenüber.
-
Der Abstand - in Drehrichtung - zwischen ihren , sie vorn und hinten
begrenzenden Kanten ist von verhältnismässiger Grösse.
-
Nach der Erfindung wird die , dennoch hier einsetzen wollende , Durchströmung
durch geeignete tiaßnahnen und Gestaltung zum praktisch völligen Erliegen gebracht,
Ausgehend von dem bekannten Effekt einer "Labyrinth"-Abdichtung von beispielsweise
Wellen, (Dubbel,Maschinenbau, S.728, Bild 367, Quellen-Nachweis Blatt 55), wie im
Vorliegenden in Abb. 14 dargestellt, ist bei berührungsfreier Anordnung einer genügenden
Anzahl von Entspannungskammern über P1,P2,P3....usw. durch fortlaufende Entspannungsvorgänge
die Strömungsenergie soweit am Ende des Labyrinthes vernichtet, daß am Wellenende
nur noch eine kaum spürbare Menge ausströmen kann und die Welle als gedichtet bezeichnet
werden kann.
-
Nach der Erfindung also (Abb.15), in der Ebene der Draufsicht auf
die seitlichen Rotorenflanken, ebenso wie senkrecht dazu: auf den äußeren Flächen
der Nasen 2 zwischen deren begrenzenden wanten B und C , werden diese Flächen durch
nachbearbeitendes Hobeln, bei
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
angemessen grobem Span-Vorschub und Hobeln in Richtung von @ olbennase
zu rolbennase, sit einer Art von "Quer-Rillen" gegenüber der, sie zu überfliessen
suchenden , Strömungsrichtung versehen.
-
Die einsetzen wollende Durchströmung durch die, zwischen Rotoren-
und umgebenden Gehäusewandflöchen bestehenden, Schlitze wird einerseits durch den
auch hier gleichsam wirkenden und oben angeführten "Labyrinth-Effekt", zum anderen
durch Strahleinschnürung infolge sehr starker Turbulenz, sowie Reibung zum Erliegen
gebracht.
-
angesichts der verhältnismässigen Lange dieser "schlitzbreite-begrenzenden"
Flächen kann nach der Abb.16 auch eine Aufrauhung derselben durch beispielsweises
Sandstrahlen in geeigneter -orngrösse gleiche, ausreichende Wirkung hervorrufen.
-
brenn zweckdienlich und ausreichend kann nach der Erfindung eine
Aufrauhung der infregekommenden Flächen - also einschliesslich der , sich bei der
"Abwickelung" der Rotoren sich gegenüberstehenden Flächen - im Wege der "Funken-Erosion"
auf elektrischen Wege erfolgen.
-
Desgleichen können auch die , die Rotoren ungebenden, Gehäusewandflächen
mit einer der vorgesehenen Rauhigkeit verschiedener Profilierung versehen sein.
-
zufolge des - dadurch verstärkt auftretend bewirkten - Grenzschicht-Effektes
(ähnlich einer "Strömung im rauhen Rohr") wird in gewünschten, späteren Falle zufolge
erhöhter Turbulenz in durchgeförderten Arbeitsmittel eine bessere nolekulare Durchmischung
innerhalb derselben erreicht.-Endlich muß noch ein letztes Kriterium , welches beim
getrieb der Maschine iu Bereich hoher Druck-Differenzen
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
Beachtung verdienen könnte, genauer untersucht und erfindungsgemäße
Maßnahmen zur Ausscheidung desselben bedacht und gefaßt werden.
-
Davon ausgehend, dabei die abdichtung der seitlichen Rotorenflanken
(gemäß der Beschreibung zu vorangenannten Abb.15 und 16) an zwei Stellen derselben:
nämlich zwischen tiefstem Teil der Ausnehmung 4 und der Rotorwelle, die ja berührungsfrei
aus dem Gehäuse herausführt, durch die beschriebenen Maßnahmen nicht ausreichend
genug ist, muß Abhilfe geschaffen werden.- Die Rotorwellen müssen bei hohen Druckdifferenzen
zwischen Verdichtungsraum der Maschine und der Aussenatmosphäre - besonders bei
Benutzung von Kältemitteln als Arbeitsmittel -zusätzlich abgedichtet werden.
-
Abdichtung mittels Stopfbuchsen oder bekannter "Singerringe" scheidet
aus, da erfindungsgemäß die Maschine auch hier r e i b u n g a f r e i und t r n
c k e n laufen soll. Zudem ist die Lebensdauer dieser bekannten Dichtungselemente
eine sehr begrenzte, zudem erfordern sie ständige Wartung . Darüberhinaus neigen
beispielsweise Stopfbuchsen bei zu starkem "Anziehen" zum "Fressen" an der Welle.
Ab einer gewissen Druckunterschiedshöhe scheiden dieselben ohnehin pus.-Erfindungsgemäß
ist daher vorgesehen: a) angesichts der "Laufruhe" der rotorwellen (weil ja keine
"amplitudenhaft" auftretenden Erschütterungen usw. auftreten können) wird (Abb.17)
die austretende Welle H eines Rotors , laufberührungsfreie am Aussengehäuse beginnend
und mit dem Flansch J endend , ein bekanntes und vorerwähntes "Labyrinth" , zur
zunächst weiteren Abdichtung der Welle H bis auf ein Austritts-Minimum an Arbeitsmittel,
vorgesetzt.
-
b) Da das , mit P5 aus der letzten Labyrinth-Kammer noch geringfügig
austretende, Minimum an Arbeitsmittel jedoch bei lfn-
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
deren. Stillstand der Maschine (beispielsweise als Wärmepumpe oder
als Kühlmaschine benutzt) dennoch ein spürbares Maß annehmen würde, sodaß bei apterer
Inbetriebnahme Falle menge usw. (Kältemittel stehen auch bei Normaltemperatur zumeist
unter Überdruck) nicht mehr ausreichend ware, muß eine a b s olu t wirkende EndDichtung
-über die Labyrinthwirkung hinaus - vorgesehen sein. Diese darf vorbedingungsgemäß
während des Betriebes der Maschine nicht reibend-berührend sein.
-
Das gel. Abb.17 dargcstellte Enddichtungsgehäuse Y, durch dessen hintere
Gehäusewand die Welle H berührungslos hinausgeführt wird, ist an dieser - sich konisch
zum Innenraum des Gehäuses r verjingend -mit einer kegeligen Dichtfläche L versehen.
-
In eine, vor dieser Dichtfliche sich befindenden , beispielsweise
halbrund profilierten, Rundnut M in der Welle ist eine Dichtmanschette N einSesetzt,
deren - auf Vorspannung gefertigtes rundes Fussprofil O die Welle nach dem Aufspannen
in die Nut rundum abdichtet.
-
Das oesa!stprofil der Manschette N ist so ausgeführt, dass seine ,
der Gehäuse-Dichtflache L gegenüberstehende Fläche in einem kleineren (spitzeren)
Konuswinkel gefertigt wurde als der Winkel , welcher den gemeinsamen Konuswinkel
ausdrückt, den die eingesetzte Manschette N mit der Gehäusedichtfläche L in Ruhestellung
einnimmt. Bei P ist in der Dichtmanschette N der Querschnitt beispielsweise halbrund
verringert, -ährend das"Ausse-nfleisch" des Manschettenmaterials von Beginn der
Dichtfläche L ab stark dimensioniert ist.
-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ erdichtungsmaschine
mit kontinuierlich fortlaufender - -......
-
Nach beschriebenermassen erfolgter Endabdichtung der Welle H mittels
der Dichtmanschette N auf der Dichtfläche L des Endgehnuses K (baut sich beim Stillstand
der Maschine im Innern desselben mit p6 allmählich ein grösserer Druck auf , welcher
die Manschette N noch zusätzlich auf die Dichtfläche L drückt, sodaß in jedem Fall
absolute Enddichtung erhalten bleibt.-Bei Ingangsetzung der Maschine hebt die Manschette
N (bb.18), zufolge der - auf das stark dimensionierte Aussenfleisch derselben einwirkenden
- Fliehkräfte von der Dichtfläche I; um einen weiteren Winkel >t ab und lauft,
nunmehr berührungsfrei, mit der Welle W frei weiter.
-
Die Dichtmanschette N besteht aus kaltenittel-und genügend wärmefestem
, flexiblem Kunststoff- o.a. -Material.
-
Bei Abschaltung der Maschine und Rückkehr zum Stillstand , also bei
nachlassender Flieh -krafteinwirkung , nimmt die Manschette N ihre ursprüngliche
Form wieder ein , legt sich wieder an die Dichtfläche L an und bewirkt derart wieder
die Stillstands- Enddichtung für die Rotorwelle H Sowohl bei Anlauf wie Auslauf
der Maschine "schleift" für kurze Zeit die Dicht fläche der Manschette N auf der
Gehäusegegenfläche L, bis genügend Abhebung bezw. völlige Auflage von der-/ auf
derselben vollzogen ist. Hierbei werden beide Dichtflächen so "zugeschliffen", daß
im Stillstand keinerlei Durchlaß von Arbeitsnittel möglich ist.- Wegen der sehr
seltenen und nur ganz kurzfristigen "Schleif"-Zeiträume ist die Lebensdauer der
Manschette L (da sonst nur frei-latfend oder ruhend-anliegend) eine sehr große.-
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbennaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsnaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .......
-
Wenngleich, in dieser Weise, ein baldiges Auswechseln der Manschette
N gegen eine neue nicht erforderlich sein wird, weil Verschleiß derselben kaun eintritt,
so wäre dennoch mit der Notwendigkeit, sie vor Ende dieser allmählichen Beanspruchungsgrenze
auszuwechseln, zu rechnen.
-
Geneint ist damit die Tatsache , daß so gut wie alle flexiblen Kunststoffe
zur stillen 'tAlterung" neigen, was besonders ihrer Flexibilität zuungunsten wirkt.
Sollte diese soweit nachgelassen haben, dass - nach langzeitigem Betriebe der Maschine
- sie ihre Ruhelage durch Anliegen unter leichten Druck auf der Gehäusedichtfläche
L nicht sofort einzunehmen vermag, kann Arbeitsmittel zwischen der Dichtmanschettenfläche
und der Gehäusegegendichtfläche L hindurchströnen. Die End-Dichtung wäre gefährdet.
-
Ein Auswechseln durch Herausnahme aus der Ringnut M der Welle H und
Einsetzen einer neuen Manschette ist schnell durchgeführt.Als kritisch ist jedenfalls
aber der Zeitraum anzusehen, in welchem bereits Arbeitsnittel ausgeströnt ist, ohne
zunächst benerkt zu werden; dies kann erst sein, wenn die Maschine ne zu neuen Betrieb
inganggesetzt werden soll.-Un auch dieses Kriterium auszuschalten, sieht die Erfindung
nach Abb.19 hierfür eine Ausführung der Manschette N vor, welche - auch bei schon
angealterten Manschettenmaterial und eingebüßter- Flexibilität desselben -dennoch
zwangsläufig dazu führt, daß bei einsetzenden Stillstand der Maschine die Gehäusedichtfläche
L durch die Gegenfläche der Dichtmanschette , unter leichten Andruck, abgedichtet
ist.
-
Im ausgeschwungenen (abgehobenen) Zustande der Abb.19 deutet die Linie
x-y die Lage ihrer
patentbeschreibung: IlRotationskolbenmaschine
als Entspannungs-/ -Verdichtungsnaschine mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
Massen unter Einwirkung der rotationsbedingten Fliehkräfte an.(Durch
Ringnutmitte M).
-
Das ausreichend verdickte "Aussenfleisch" der Manschette N ist, in
Abstand hiervon und durch die Linie x'y' gekennzeichnet, also auf die Gehäusedichtfläche
L hinzu, an welche sie sich später anlegen soll, mit einer unlaufenden Hohlnut Q
versehen.
-
Diese Hohlnut Q hat kreisrunden Querschnitt und ist zur äusseren Peripherie
der Manschette N durch einen schmalen Schlitz Q' hin offen . Durch diesen Außenschlitz
' hindurch ist eine Endlos-Spiralfeder in die Rundnut Q unter gewisser Vorspannung
so eingelegt, daß sie bei nachlassenden Fliehkraften an der Dichtmanschette N diese
mit Sicherheit zur dichtenden Anlage an der Gehäusegegenflache L führt.
-
Mit dieser Maßnahme ist das Kriterium des Risikos bei angealterten
Manschettenmaterial erfindungsgemäß überwunden; die Dichtfläche der Manschette N
liegt bei eintretenden Stillstand der Maschine, durch die Kontraktion der in sie
eingelegten und vorgespannten Endlos-Ringfeder unterstützt, in jeden Falle auf der
Gehäusegegenfläche L dichtend an.-Wie zu Abb.17 vorbeschrieben wurde , ist erfindungsgenaß
zur Abdichtung der Rotorenwellen H, nach ihren Austritt aus den sie umgebenden Gehäuse,
zunächst eine bekannte "Labyrinth"-Abdichtung mit einzelnen Kammern bis zu seinem
Endflanch J vorgesehen.
-
Die, sich in diesen Kammern abbauende, Energie der Durchströnung entlang
der Welle H bewirkt, daß an ihren Ende letztlich nur noch eine kaum fühlbare Menge
an Arbeitsmittel austreten kann. (Während des Laufes der Maschine.) Anstelle dieses
bekannten "Labyrinthes" kann
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
nach der weiteren Erfindung aber auch zur Minderung der - ohnehin
mit nicht zu hohen Restdruck aus den Arbeitsgehäuse austretenden, weil zwischen
Rotorenflächen und Gehausewandungen bereits stark abgebauten -am Wellenausgang austretenden
Restströmungs energie eine wesentlich einfachere Maßnahme ausreichenden Erfolg erbringen.
-
Gemäß Abb.20 wird an das Arbeitsgehäuse der Maschine ur jenes aus
ihn austretende Wellenende H der Rotoren lediglich eine "rohrartige" Verlängerung
R- ebenfalls mit einem Flanch J endend - angesetzt, durch welche die Wellenenden
H berührungsfrei geführt werden.
-
Zufolge der ausserordentlichen "Laufruhe" der Rotoren und ihrer Wellen
(es fehlen ja jegliche hin- und hergehenden oder sonst zur Vibration führenden Aggregate
an der Maschine) ist ein sehr enger Spielabstand zwischen Wellen H und rohrartiger
Gehäuse verlängerung R möglich. Werden Innenflächen von R , sowie Aussenoberfläche
der Welle H , auf Länge des Durchganges durch Rohrverlängerung R aufgerauht, so
kann dies die gleiche , Strömungsenergie abbauende, Wirkung haben wie das in der
Fertigung etwas aufwendigere, bekannte Labyrinth.
-
Die Aufrauhung der genannten beiden Oberflächen, oder auch nur einer
derselben, kann sinngemäß zu der Beschreibung zu deb Abb.15 und 16 (Flankenflächenaufrauhung
an den Rotoren, pp.) erfolgen.
-
Das , an Flansch J anzufügende , Gehäuse K übernimmt dann - wie beschrieben
- mit seiner Funktion die Endabdichtung für den Stillstand der Maschine Nach allen
Vorbeschriebenen ist also bis hier-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine
als Entspannungs-' -Verdichtungsnaschine mit kontinuierlich fortlaufender ........
-
her erreicht worden a) Im Stillstand sind die Rotorwellen H zur Auasenatmosphä.re
hin absolut dicht.
-
b) Während des Laufes der Maschine ist die Endabdichtung zu a) wirkungslos;
sie läßt an der Welle H , beim Austritt aus dem Enddichtungsgehäuse K noch den Austritt
kaum spürbarer Mengen an Arbeitsmittel zu, welche sich auf langen Zeitraum das Betriebes
bezogen, unangenehm bemerkbar machen können, besonders beim Betrieb in engen Räumen.
-
Um Letzteres zu beheben und die unmittelbare Umgebung der Maschine
vor einer Summierung derartiger Kleinstmengen auf Dauer freizuhaltenr sieht die
Erfindung , nach Abb. 21 folgende End- Maßnahme vor Dem vorbeschriebenen Endgehäuse
K , aus welchem am Wellendurchgang H , nur während des Laufe@ , die genannten Kleinstmengen
Arbeitsmittel austreten können ist ein kleindimensioniertes Schnecken- oder auch
kreisprofiliertes - Gehäuse S,an K dichtend angesetzt, nachgeordnet. Die Welle H
geht durch die Rückwand dieses Gehäuses berüh -rungsfrei hindurch. Auf ihr ist,
nahe der Rückwand und im Inneren dieses Zusatzgehäuses S eine kleine, runde Scheibe
T aufgesetzt; ausserhalb dieser Rückwand des Gehäuses S eine ebensolche T' .-Scheibe
T trägt auf ihrer , dem Vorgehäuse K zugewandten, Oberfläche eine vhm. schwache
profilierung etwa in Ausführung radialer Rillen oder vorspringender Leisten; die
dem Gehäuse S abgewandte, äussere Scheibenoberfläche von der Scheibe T' eine ebensolche
profilierung.-Bei einsetzender Rotation der
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
Welle H üben beide Wellenscheiben T und T' die Wirkung des Läufers
eines bekannten Drucklüfters aus: dank ihrer beschriebenen, beispielsweisen, Profilierung
auf der jeweils bezeichneten Oberfläche wird mittels Scheibe T: a) der aus dem Endgehäuse
K in das ihm vorgesetzte Gehäuse S noch eintretende minimale Arbeitsmittelstrom
im Letzteren, unter leichtem Fliehkraftdruck, zur inneren Umfangswandung geführt
und durch einen Rohr -ausgang U aa) entweder ins Freie abgeleitet ab) oder zu einem
Samnelbehälter geführt, wo es als "Kreichgas" (da erheblich schwerer als Luft) sich
an dessen Boden wieder sammelt und später, wenn gewünscht , in den Kreislauf der
Maschine zurückgefördert werden kann.
-
b) Mittels Scheibe T' wird bewirkt: ba) Es kann durch Scheibe T keine
Aussenluft in das Gehäuse S eindringen und das darin befindliche Arbeitsmittel verfälschen,
weil T' mit ihrer, diesem Xbgewandten und profilierten , Oberfläche diese Luft an
der Aussenwand von S entlang"nach äussen" und nicht auf die Wellendurchgang öffnung
hinzu schleudert.
-
Beide Scheibendurchmesser (T u.T') sind größer als der Durchmesser
für den Wellendurchgang durch S.-bb) Scheibe T' verhindert zuden etwaiges Eindringen
von Schmiermittel (öl o.dgl.) in Wellendurchgang nach S und Gehäuse K hinein.-
Patentbeschreibung:
tIRotationskolbenmaschlne als Entspannungs-/ -Ver dicht ungsnas ch ine mit kontinuierlich
fortlaufender ........
-
Nachdem im Vorangehenden die - auf Blatt 1o der Beschreibung des Grund-Aufbaues
der erfindungsgemäßen Maschine selbst betreffenden -Darlegungen zu dem Zwecke unterbrochen
wurden , um ab Blatt 13 bis 36 beurteilungserforderliche und daher sehr eingehende
Untersuchungen über alle maschinen-eigenartigen Kriterien hinsichtlich Lassigkeit
und Dichtigkeit durchzuführen und die erforderlichen Lösungen vorzulegen, wird nunmehr
die vorliegende Beschreibung des E i n s a t z e s der Maschine fortgeführt.- In
Nachfolgenden erstreckt sie sich nur noch auf den T e i 1 1 der Sachgebiete- Trennung
nach der Präambel auf Blatt 1 : nämlich den der Abschnitte A) bis C) welche in der
Energiewirtschaft als "Energiegewinnung, -Rückgewinnung und -Einsparung beibeiden"
als gewisser geschlossener Komplex angesehen werden können, innerhalb welchem sich
Rückbezüglichkeiten aufeinander ergeben. - Die , hier hineinfallenden Fragen des
"Umweltschutzes11 werden , soweit betreffend , mitbehandelt.
-
(Abschnitte D und - hierauf bezüglich: der überwiegende Komplex aus
Abschnitt E - gehören ebenfalls zum Oberbegriff der gesamten "Energiewirtschaftll
, wie in bezeichnenden Titel der Erfindung einbegriffen.
-
Da aber thenatisch - sowohl Anordnungen des Maschinenaufbaues wie
auch die Verfahren der prozessführung betreffend - andersgeartet, wird die hierauf
zutreffende Beschreibung der vorliegenden Gesamt-Erfindung in einen T e i 1 2 gesondert
vorgelegt, nebst den zugehörigen Abbildungen und Ansprüchen, um den einzelnen Rahmen
, wegen der auch hierfür erforderlichen ausführlichen Darlegungen , nicht zu sprengen.)
-Nachfolgend wird also beschrieben, wie die erfindungsgemäße Maschine mit dem Ablauf
der jeweiligen Arbeitsprozeßführung eingesetzt wird und zwar: Zu Abschnitt A) Energie-Gewinnung
und Einsparung eigenen Energieaufwandes hierzu: Als bekannte "Wärmepumpe" eingesetzt,
kann die erfindungsgemäße Maschine gemäß der Darstellung in der Abb.22 angeordnet
werden: Element Ia , das k3ieinere, ist über ein Verbindungsahnrad D zwangsläufig
so mit dem größeren Ele -ment Ib verbunden , daß alle 4 Rotorenwellen der beiden
Elemente Ia und Ib in einer Richtung liegen.
-
patentbeschreibung: "Rotationskolbennaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine
mit kontinuierlich fortlaufender ........
-
Die zwangsläufige Verbindung kann auch , wie vorbeschrieben , durch
einen Keilriementrieb erfolgen.
-
Die Drehrichtung (Pfeile) von Ib ist entgegengesetzt zu derjenigen
von Ia. Die Drehzahl beider Elemente ist für ein konstant erwünschtes Verdichtungs-/Entspannungsverhältnis
gleich hoch; für etwa erwünschte Veränderbarkeit beider Verhältnisse an der gleichen
Maschine, wie beschrieben, mittels regelbarem Keilriementrieb damit auch veränderbar.
-
Von den beiden , nur symbolisch dargestellten, Wärmetauschern A1 und
B wirken: Al als Entspannungsstufe B als Verdichtungsstufe der Maschinenanordnung,
entsprechend dem Sinne der Beschreibung zu Abb. 2 Das große Element Ib fördert aus
A1 eine größere Menge an Arbeitsnittel heraus und in B hinein, als das kleine Element
Ia aus diesem heraus und nach Al hineinzufördern vermag.
-
Die durch A1 in der Entspannungsstufe des Arbeitsmittels den Erdboden
oder einer anderen Wärmequelle bei niederer Temperatur entnommene Wärmemenge wird
- in der Verdichtungsstufe B auf höhere Temperatur gehoben - in bekannter Weise
an ein Heizungs- o.dgl. -System abgegeben.
-
Die gravierenden Vorteile des Einsatzes der erfindungsgemäßen Maschine
als bekannte 'Nqärnepunpe" liegen, wie aus dem Vorbeschriebenen hervorgeht , an
dem Man -gel mannigfacher und in der Endsumme hoher Eigenverluste, wie sie herkömmlichen
Maschinen anhaften.
-
Zusammengefaßt entfallen dadurch also: 1) Mechanische Verluste: a)
durch stetige Beschleunigung und Verzögerung hin- und hergehender Kolben-,Pleuel-
und Steuerorgan- Massen, b) durch Reibung an Zylinderwänden, Pleuel-,turbelwellen-
u.dgl. Lagern.
-
2) Füllungsgrad- oder Strömungsverluste: a) durch schädlichen Raun
b) lurch Dr osselungs verluste an engen Ventilquer-
Patentbeschreibung:
'wRotationskolbenalaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ........
-
schnitten, c)durch stetige Beschleunigungs- und Verzögerungs arbeit
am Arbeitsmittel bei der Durchförderung in der Maschine, d)durch ventilzeitbedingte
Schwingungen in der Arbeitsmittelsäule vor dem Einsaug- und hinter dem Auslaßventil.
-
3) Des weiteren entfällt jegliche Schmierung im Inneren der Maschine
und damit zusammensetzungsverändernde oder -gefahrdende Kontaktmöglichkeit zwischen
Schnier- und Arbeitsmittel.
-
Ein weiterer , eindeutiger Vorteil des Einsatzes der vorgeschlagenen
Maschine liegt darin, daß in bestimmten Temperaturbereichen mit dazu geeigneten
Kälte-(Arbeits-) - Mitteln: außer , oberhalb der Sättigungfilinie, im überhitzten
Dampfbereich auch bedenkenlos im Naßdampfbereich dieser Mittel mit der Maschine
gefahren werden kann.
-
Es besteht keinerlei Schwierigkeit , auch hohe Flüssigkeitsanteile
des Fördermediums in den Elementen Ia und Ib durchzusetzen, da ja - wie ausführlich
dargelegt -Zustandsänderungen innerhalb derselben nicht erfolgen, sondern stets
nur in den , jeweils zu ihnen offenen Arbeitsräumen (Tauschern) A1 bezw. B .-Als
nachteilig - jedoch nicht in gleichem Maße wie bei herköElichen Maschinen - verbleibt
auch an der erfindungsgemäßen Maschine eine gewisse Turbulenz am Arbeitsmittel beim
Hindurchgang durch die Elemente Ia und Ib.
-
Wie auf Blatt 13 , oben , bereits vorerwähnt, wirkt sich andererseits
diese Turbulenz nützlich für verbessernde Beschleunigung des sonst trägen Ablaufes
von Zustandsänderungen von Arbeitsmitteln im Naßdampfbereich aus: es erfolgt hierdurch
eine bessere "Durchmischung" gasförmiger mit den anteilig flüssigen Bestandteilen
derselben. Auch ist in diesem Zusammenhang erfindungsseitig vorgesehen, A1 und B
räumlich so groß genug zu dimensionieren, daß zufolge entsprechender Verringerung
der Durchflußgeschwindigkeit durch sie , eine gewisse
patentbesehreibung:
'Cotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .......
-
" Verweilzeit " in ihnen für die Änderung des Zustandes des durchziehenden
Arbeitsmittels gegeben ist .-Nach der Erfindung kann darüberhinaus die Maschine
"liegendt', also nach der schnittartigen Darstellung der Abb.22 als Draufsicht,von
oben gesehen, angeordnet bezw. aufgestellt werden, sodaß flüssige "untenbefindliche"
und gasförmige, darüberliegende Arbeitsmittelanteile in zustandsgemäßes1 richtigen
Anteil durch die Elemente Ia und Ib gefördert werden.
-
Anlass zu solcherart Bedenken hinsichtlich Verschiedenverhaltens
flüssiger und gasförmiger Bestandteile, wie sie von dritter Seite dem Anmelder gelegentlich
entgegengehalten wurden, bestehen jedoch seitens naßgeblicher Herstellerseite, deren
Kältemittel betreffend, beim Betrieb mittels erfindungsgemäßer Maschine und Anordnungen
in keiner Weise und werden strikt verneint.
-
(Quellen-Nachweis auf Blatt 55 zur späteren Beschreibung der Abbildungen
24 und 25).-Für den Eventualfall dennoch bestehender Skepsis hat der Anmelder darüberhinaus
die erfindungsgemäßen Lösungsmaßnahmen benannt.-Die Vorteile des Betriebes einer
Maschinenanlage im N aßdanpfbereich liegen - gegenüber dem Betriebe in Bereich überhitzten
Dampfes - darin, daß auf diese Weise mit räumlich kleiner Maschine eine ungleich
höhere Wärmemenge in gleicher Zeit umgesetzt werden kann.-Zu Abschnitt B)Energie-Rückgewinnung
aus industriellen Abwärmen einschließlich der Abwärmen von Kernreaktor-Anlagen.
-
Fast durchweg handelt es sich um mehr oder minder niedrige Temperaturgefälle,
welche -bei, theoretisch ohnehin, verhältnismäßig geringer Wirkungsgradmöglichkeit
-angesichts der vorbeschriebenen , hohen maschinellen Verlustgrade bei herkömmlicher
Bauart, zur Gewinnung mechanischer Energie nicht genutzt werden können.
-
Patentbeschreibung: 'Gotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsnaschine
mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
Nach der Erfindung jedoch ist diese Art der bisher nicht wirksam möglichen
Rückgewinnung von Wärmeenergie durch Umsetzung in brauchbare mechanische Energie
, selbst bei vhm. sehr niedrigem Temperaturgefälle einerseits durchaus und zudem
wirtschaftlich möglich (kostenarme und geringaufwendige Bauart der Maschine bei
beschriebenem , verlustarmen Betriebe) zum anderen , betreffend die "Abfall"-Wärmemengen
beim Betriebe von Kernreaktor-Anlagen, gewissermaßen unbedingt erforderlich.
-
'0iie auf Blatt 4 des Vorliegenden"zu B" zum derzeitigen Stande der
Technik abgrenzend beschrieben bezw.dargelegt, m u ß einfach ein weg gefunden werden
, zu verhindern, daß diese riesigen Abwärmemengen die Ökologie der landschaftlichen
Umgebung des Standortes solcher Anlagen1 äußerst ernsthaft auf Dauer bezogen, gefährden£
verändern.
-
Der zu beschreitende Weg hierzu besteht nach Ansicht des Anmelders
einzig darin, daß die Dimension dieser abfallenden Warmemengen sowait abgebaut wird,
daß sie. im nicht vermaidbaren Falle der End-Phase: als Restmenge durch Abgabe an
die Natur "vernichtet" werden müssen , keine ökologischen Schädigungen mehr verursachen
kann.
-
Der Abbau der vom Kühlkreislauf abzustossenden "Abfall"-wärmeenergie
m u ß auf dem Wege der nochmaligen Umsetzung in weitestgehend m e c h a n i s c
h e Energie, weil ungefährlich im obigen Sinne , erfolgen.
-
Wenngleich - wie bekannt - auch selbst rein theoretisch - kein großer
Wirkungsgrad hierbei möglich ist, so genügt es nach Ansicht des Anmelders doch vollauf,
wenn diese Umsetzung in mechanische Energie wenigstens - inbezug auf zusätzliche
Aufwandskosten angesichts der sonst billigen Erzeugungsmethodeweitestgehend kostensparend
, ja möglichst kostendek-Kend erfolgen kann. Dies bedeutet einen nicht abzusehenden
Gewinn gegenüber späteren Kosten für die Beseitigung von eintretenden Schäden, sofern
diese überhaupt jemals reparabel wären.-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbe
nmaschine als Entspannungs-/ 'Verdichtungstaschine mit kontinuierlich fortlaufender
.......
-
Die Beschreibung erstreckt sich daher im Nächstfolgenden auf zwei
Beispiele (übertragbar auf viele ähnlich gelagerte Falle der Praxis), bei welchen
erfindungsgemäß aus Abfallwärmen, brauchbar und noch wirtschaftlich, mechanische
Energie zurückgewonnen werden kann, obwohl das anfallende Temperatur-Niveau zu geringfügig
ist, um mit herkömmlichen Maschinenanlagen in dieser Weise genutzt werden zu können.
Es sind dies: Beispiel a) Es werden in einem Industriebetrieb der Umgebung stündlich
50 t Dampf produziert, die nach Absolvierung verschiedener Aufgaben überwiegend
und zum Schluß in Form von Abdämpfen sehr niedriger Spannung als sogenannte "Brüden-Nebel"
mit einer Rest-Temperatur von +700C anfallen.
-
Aus Wasser-kalkulativen Gründen , von der Menge her, wird als "kleineres
Übel" Kaltwasser eingespritzt, der Wärmeinhalt dieser Brüdennebel also vernichtet,
um daraus wenigstens das Kondensat derselben zu gewinnen.
-
Nach der Aufgabenstellung bezüglich der vernichteten Wärmeenergie
legt der Anmelder die, dies verhindernde, Lösung wie folgt vor: (Abb.23) Die Elemente
Ia und Ib sind zueinander angeordnet und angetrieben, wie zur Wärmepumpe der Abb.22
vorbeschrieben.
-
Arbeitsraum A1 ist Entspannungsstufe ArbeitsraumB Verdichtungsstufe
der Maschine. Beide Arbeitsräume , A1 und B , als Wärmetauscher ausgebildet. Die
Maschine wird , durchgehend und ausschließlich, in Naßdampfbereich eines Kältemittels
als Arbeitsmedium betrieben. Das Diagramm der folgenden Abb. 24 (Mollier- i- lg
p -Diagramm für ttR 12" , Quellen-Nachweis auf Blatt 55 ist mit seinen Werten hier
zugehörig.
-
Patent beschreibung: 'tRotationskolbenmaschine als Entspannungs-/
-Verdichtunsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender ........
-
In dem auszugsweise dargestellten und mit der erfindungsgemäßen Maschine
zu betreibenden Naßdampfbereich verlaufen isotherme Zustandsanderungen von Verdichtung
und Entspannung gleichzeitig isobar.
-
Nach der Erfindung betrage das spezifische Volumen in der Verdichtungsstufe
des Raumes 3 =9 Liter/kg des Kältemittels R 12 , das spezifische Volumen des Arbeitsraumes
Al = 13 Liter/kg von R 12.
-
Raum Al wird , wärme tauschend, mittels entsprechender Durchsatzmenge
der erwähnten tBrudennebel" (von + 70 C) auf konstant + 41°C stetig beheizt, Raum
B durch stete Abkühlung mittels Brunnenwasser der Temperatur +80C auf konstant +17
0C durch darauf abgestimmte Durchsatzmenge gehalten.-Durch Konstant-Halten der Temperaturen
im Raum A1 = 41°C erfolgt hier die Entspannung vom , durch Element Ia hineingeförderten,
spez. Volumen 9L/kg auf 18 L/kg isotherm und gleichzeitig isobar bei P = 10 kp/cm²
also zwischen den, diese Zustandsänderung bezeichnenden Punkten 1 und 2 in der Abb.
23 und dem Diagramm der Abb. 24 im Raum B dagegen erfolgt die Wiederverdichtung
jedes, durch Element Ib aus A1 nach B hineingeförderten, Quantums mit dem spez.
Volumen von 18 L/kg auf 9 L/kg -ebenfalls isotherm bei +17°C - unter der Isobare
von rd.
-
5,3 Kp/cm².-Die Entspannungsstufe A1 führt also nach der Erfindung
den hohen Druck, die Verdichtungsstufe B den niedrigen und zwar mit einer Druckdifferenz
von 4,7 Kp/cm² zugunsten A1 Diese Druckdifferenz in Al beaufschlagt sowohl die kleine
, ihr zugewandte, Oberfläche den Elementes Ia wie auah in gleichem Maße
Patentbeschreibung:
stRotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .......
-
die entsprechend größere, ihr ebenfalls zugewandte , Oberfläche des
Elementes Ib.
-
Durch die zwangsläufige Zahnradverbindung D, mit welcher beide Elemente
Ia und Ib verbunden sind, wirkt der Überdruck in Al beispielsweise auf die ihm zugeWandte
, doppelt so große Oberfläche von Ib in der Weise ein, daß dieses Element in eingezeichneter
Pfeilrichtung sich in Bewegung setzt, das Element Ia in vorgeschriebener Pfeilrichtung
mitzieht, weil es dessen, halb so großen "Stirndruck" aus Al zu überwinden versag.
Bei festgelegter, räumlicher Dimension von Ia und Ib (der beaufschlagenden Druckdifferenz
zwischen Al und B mal der Flächendifferenz zwischen Ia und Ib entnommen) ist die
resultierende Kraft in mkg/sec erreichbar und mit dem Arbeitsgewinn aus der Enthalpiedifferenz,
unter Berücksichtigung der zeitlich umgesetzten Stoffmenge, vergleichbar.
-
Nachdem bis hierher zum Beispiel a) Beschriebenen setzt sich also
die Maschine der Abb.23 bei Einleitung der Temperaturdifferenz zwischen Raum Al
und B von alleine in Bewegung und beharrt bei Kanstanthaltung derselben stetig darin,
wobei an der Abtriebswelle von D mechanische Energie abgenommen werden kann. -Hieran
ändert sich nichts.
-
Lediglich der genaue Ablauf der einzelnen Zustandsanderungen, nämlich
von 9 auf 18 L/kg und umgekehrt, bis hierher als in dieser Rahmen kontinuierlich
erfolgend, trifft nur für den durchschnittlichen Ablauf in Al und B zu, nicht aber
für das Arbeitsmittel selbst Dieser wird ja in kleinen "Quanten", von den
Patentbeschreibung:
'tQtationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
äußeren Gehäusewandungen dr Elemente bei der Durchförderung umschlossen
und vorn und hinten durch den Abstand der Nasen der Rotoren begrenzt, aus dem Zustande
des soeben "verlassenen" Raumes mit dem Zustande des Raumes, in welchen sie jeweils
hineingefördert werden,konfrontiert.
-
In Wirklichkeit also tritt ein solches Klein-Quantum beispielsweise
ini das Element la mit dem Zustand 4 = spez.Vol. 9 L/kg , mit Druck+5,3 at und t=+17°C
ein und wird in Richtung Raum Al durchgefördert.
-
Sobald dieses Quantum offene Verbindung zum Raum Al (am unteren Rotor
von Ia dargestellt) wird es beim Eintritt in diesem zunächst noch einmal weiter
verdichtet, weil in Raum Al der höhere.
-
Druck von lo at herrscht. Es nimmt also den Zwischen-Zustand 1 a
an, wobei diese zustandsänderung isentrop erfolgt.
-
Die isentrope. Verdichtung des spez.
-
Volumens von 9 l/kg mit p = 5,3 at und t=+17°C auf 10 at aber ergibt,
wie aus Diagramm Abb.24 ersichtlich, fürden Zwischenzustand la die Werte t= +41°C
und spez. Vol.= 2,7 L/kg.-Bis zum Zustande 2 in Raum Al also erfolgt die tatsächliche
Entspannung von 2,7 L/kg au'f 18 L/kg Umgekehrt verhält es sich bei der Hinausförderung
aus Raum Al nach B durch Element Ib.
-
Mit dem Zustande 2 = 18 L/kg spez.Vol.
-
bei P= 10 at und t=41°C in Raum B ankommend, treffen diese Förderquanten
den niedrigen Druck des Raumes B = 5,3 at an und entspannen sich daher
patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ........ zunächst zum Zwischenzustande 3a und zwar auf 35 L/kg spez.Vol.
be.i gleichseitiger Annahme des Druckes von Raum B = 5,3 at und der , damit zwangsläufig
im Naßdampfbereich zugehörigen t =+17°C.
-
Nunmehr wird in Raum B vom spezifischen Vol.
-
=35 L/kg auf das von 9 L/kg isotherm verdichtet, namlich bis zum Zustande
4 Die. tatsächlichen Eckpunkte der Arbeitsfläche im Diagramm der Abb.24 werden also
dargestellt durch 1a, 2, 3a und 4 r-Dieser Kreisprozess deckt sich voll mit dem
Carnot'schen Vergleichsprozess, wenn davon abgesehen und vernachlässigt wird, daß
die isotrope: Verdichtung auf 1a und Entspannung auf 3a -zufolge Wärmeabstrahlung
durch die Gehäuse von Ia und Ib -leicht,aber kaum ins Gewicht fallend, polytropen
Charakter tragen dürfte.-Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Maschine nach Abb.23
und dem ebensolchen, praktischen,Verfahren für die Kreisprozeßführung 1a - 2 - 3a
º 4 ist zum vorliegenden Beispiel a) für die eingangs genannte.
-
Aufgabenstellung lösend erreicht: 1.die volle Energie. der Abwärme
in den "Brüdennebeln" bleibt positiv fürden Werksbetrieb erhalten, u.zwar in Form
von: vorgewärmten Brunnenwasser, welches, von +8°C auf +17°C aufgeheizt , den Tauscher
B verlässt und vielseitig verwendet, auch zur Mischung mit dem, +410C führenden,
aus Tauscher Al austretenden,Dampf-Kondensat genutzt werden kann.
-
2X:DaS Kondensat kann zur weitestgehenden Deckung des Kessel-Speisewasserbedarfes,
noch vhm. warm, "frischwasser.
-
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine
mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
-sparends zur Deckung des Wasserbedarfs gesamt dienen.
-
3.Es ist gleichzeitig in brauchbarem Umfange und beim Ablauf der
damit verbundenen Manipulationen E n e r g i e gewonnen worden.
-
Der Bereich der Temperaturen , zwischen denen die erfindungsgemäße
Anlage funktioniert umfaßt eine Differenz von 240C., das obere Niveau bei +4i0C,
mit herkömmlichen Maschinen nicht ausführbar.
-
T-T0 Der Wirkungsgrad des Prozesses,nach = T 314-29° = 0, 075 also
rd.7,5% 314°K liegt zwar niedrig, angesichts der billigen Bauart und beschriebener
Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Maschine jedoch vertretbar, wenn die genannten
Erfolge zu 1.u.2.
-
objektiv gewürdigt werden.
-
Beispiel b)"Abfallwärme"-Verwertung au der Kühlung von Kernreaktor-Anlagen.
-
Der Anmelder legt hier, aufgabestellend und empirisch, folgende Temperaturen
zugrunde, von welchen ausgegangen und auf welche herabgesenkt werden soll, zwischen
+Ioo0Cu.+170C.-Die, auf diesem Wege mechanische Energie durch Umwandlung von Wärmeenergie
in eine solche. erzeugende,Maschine sei im Grundsatzlichen dadurch gekennzeichnet,
daß sie nach symbolisierter Darstellung der Abb.25 aus zwei Maschinenanordnungen
besteht, wie sie als , nur einen geschlossenen Kreislauf darstellend, zur vorangehenden
Abb.23 im Beispiel a) besohrieben wurde.
-
Also einmal aus Element Ia' undIb' mit Tauschern Al -und B' , zum
zweiten aus den Elementen Ia und Ib mit Tauschern Al und B in beiden Fallen im Naßdampfbereich,
wie zur-Abb.23 beschrieben, wirkend, jedoch in zwei verschiedenen TemPeraturbereichen.
-
Die Beherrschung des zur Aufgabe gestellten
patentbeschreibung:
"R otationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .......
-
Temperaturbereiche von +100 C als obere Temperaturgrenze der anfallenden
Abwärme bis herunter zu +170C als Maximaltemperatur, mit welcher die verbleibenden
Abwärmen in der Umwelt austauschend untergebracht werden, ist - nach Kenntnis des
Anmelder mit einem einzigen Arbeits- (Kälte-) -Mittel nicht genügend wirksam möglich.
-
Daher werden erfindungsgemäß zwei,sich überschneidend mit Austauscherraum
B' und Al gekoppelten, Maschinen nach Abb. 25 benötigt.-Maschine mit Elementen Ia'u.Ib'
nebst ihren Arbeitsräumen Al' u. B'(Abb.26), letztere als Wärmetauscher ausgebildet,
ist mit dem Kältemittel "R 1t3" (Quellen-Nachweis auf Elatt 55) gefüllt, dessen
Zustandsänderungswerte aus dem auszugsweisen Mollier-i-, lg.p-Diagramm der Abb.27
entnehmbar sind.-Maschine mit Elementen Ia u. Ib (Abb.28) und wärmetauschenden Arbeitsräumen
Al und B iät (wie zum Beispiel a) beschrieben) mit dem Kältemittel "R 12" nach zugehörigem
Diagramm der Abb. 29 gefüllt.
-
Die erstgenannte Maschine (Abb.26), die abzustoßende Abwärme aus dem
Kühlkreislauf des Reaktors, (welche beispielsweise mit t=+Ioo0C ankommt) aufnehmend,
wird in ihrem Entspannungsraum A1' auf konstant +80°C gehalten. Das - vor Durchlaufen
des Tauschers A1' mit t=+100°C ankommende- Kühlkreismedium des Reaktors verläßt
den Tauscher A1' mit nur noch 80 C und wird zum Kühlkreislauf des Reaktors wieder
zurückgeführt, dort wieder auf +100°C gebracht.
-
Gemäß Diagramm, Abbe2jr, herrscht bei einem spez. Volumen von 50 L/kg
in A1' der Druck von P= 2,7 at bei genannter t=+800C,,
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ......
-
Die konstante und mit Al ,dem Entspannungsraum der zweiten Maschine
übereinstimmende, gemeinsame Austauschtemperatur betrage für B' der ersten +5o0C,
das bedeutet für das, diesem Raum B' zuzuordnende spez. Volumen von 28 L/kg nach
dem Diagramm der Abb. 27 einen Druck von 1,1 at.
-
Die Druckdifferenz von 2,7 - // @ at = rd.
-
1,6 at zwischen A1' und B' setzt auch diese Maschine mit den elementen
'Ia' u. Ib', in gleicher Wirkung und Weise wie zum Beispiel a) beschrieben in Bewegung.
-
Umin den, zum Austausch gekoppelten, Räumen B' und A1 auch tatsächlich
eine konstante, gemeinsam@@ Temperatur von +50°C aufrechtzuerhalten, müssen die
Durchsatzmengen der Maschine mit den Elementen Ia und b abgestimmt werden.
-
Dann ergibt sich überschläglich folgendes Bild für den Wirkungsgrad
beider Maschinen: 1. Die, an den Kühlkreislauf des Reaktors angeschlossene ersteMaschine
arbeitet zwischen den Temperaturen +80°Cu.+50°C, das entspricht nach: T-To = 8,5%
plus für 2.Maschine(50-17°C= 10,2% ergibt = 1,7% welche als zusätzlicher Gewinn,
ii Wege der Umwandlung von Wärme in mechanische Energie form erfindungsgemäß gewonnen
ist.-2. Die 'Wegnahme" aieser Spitze von annähernd ßst 20% aus der anfallenden "Abfallwärme"
von Reaktoren hat zur Folge, daß der nach diesem Beispiel b)verbleibende Rest von
rd. 80% angesichts seiner niedrigen Austrittstemperatur von nur +17 C in ökologischer
Hinsicht "im Griff" behalten werden kann.-
Patentbeschreibung:
"Rotationskolbenmaschin- als Entspannungs-/ Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender .......
-
Um einen Begriff von der raumlichen arößenordnung, bezogen auf durchsetzbare
Kältemittel- und Wärmemengen abschliessend zu diesem Beispiel b) zu geben, sei mit
folgender Betrachtung gedient: In liegender Anordnung ,als Draufsicht auf die Darstellung
der Abb. 23, beispielsweise ausgeführt, hat eine Maschine mit den Elementes Ia und
Ib (ohne de Warmetauscher Al und B) grob folgende räumliche Ausdehnung bei einer
Förderleistung von 500 cm3 = 1/2 Liter Volumen je eine Umdrehung von Ib (den räumlich
größeren Elementen).
-
B ei einer unteren Drehzahl von 5000U/min.
-
=83,3 U/sec fördert sie, wie schon beschrieben, 41,5 Liter/sec, entsprechend(x36oo)
=149 400 Litern in der Stunde bei spez,Vol.= =18 L/kg ergibt rund 8300 kg r 12 je
Stunde; Die isotherme Entspannung erfolgt von Zustand 1a nach 2 (Abb.23und24) innerhalb
des Enthalpiebereichs von i= 113,o bis 140,0 als abgelesenem Wert, also unter einer
Differenz zugeführter Energie in Höhe von 27 keal/kg.
-
Die isotherme Verdichtung von Zustand 3a nach 4 zwischen i-Werten
137,5 und 112,3 also durch Kühlung abgeführte Energie von 25,2 kcal/kg. Der Unterschied
von isotherm zugeführter und ebenso abgeführter Energie resultiert aus 27,o - 25,2
= 1,8 kcal/kg, die für Arbeitsleistung an der Welle von D der Maschine nach Abb.23
entnommen werden können. Dies deckt sich als etwa 7% mit dem, nach T-To genauer
errechneten, Ergeb-T nis von 7,5% als Wirkungsgrad nach Beispiel a) für den Arbeitsbereich
zwischen +410 und +17 0C .-Für die oben fest gehaltene stündliche Fördermenge von
8 3oo kg x 1,8 kcal/kg für abnehmbare Arbeitsleistung resultieren also insgesamt
14 940 kcal.- Umgerechnet in Rq/h
Patentbeschreibung: "Rotationskolbe
nmas c hine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufernder
.......
-
im Wege der Division durch 860 ergeben sich als theoretisch erreichbare
Leistung rd. 17,4 KW/h Diese Maschine hat in der Draufsicht auf Abb. 23 eine Gesamtlange
von rd. 5o cm, eine Breite in Abbildungsebene von rd.15cs und eine Höhe, senkrecht
zu dieser Ebene von rd. 20 cm , wobei Wellenenden der Rotoren, mit beschriebenen
Abdichtkammern, Steuerzahnräder u. dgl. im letzteren Maß einbegriffen sind.
-
Eine Maschinengröße im "Westentaschen"format also für eine Leistung
von 17 KW/h , welche diese Energie aus einem Temperaturgefälle von nur 240C bezieht.-Zu
Abschnitt C) :Energie-Einsparung bei Klimatisierung: Für die Klimatisierung sieht
die Erfindung vor, die gleiche Maschine sowohl als Wärmepumpe (in zu Abschnitt A)
beschriebener, wirkungsgrad-bedingter Weise) einzusetzen,wenn es sich um "Aufheizen'
handelt, wie auch - in einfacher weise umkehrbar - im Bedarfsfalle zur "Kühlung"
von Räumlichkeiten.
-
Im letzteren Falle (Abschnitt B), Beispiel a)) als Arbeitsmaschine
nach Abb.23 und Diagramm Abb,24.
-
Wie aus diesem ersichtlich, besteht bei einer Tempe raturdifferenz
von beispielsweise nur 10°(+24°C und 140C) zwischen dem Entspannungs-(Arbeits-)-Raum
Al, welcher die abzuführende Wärme aufnimmt,und dem Verdichtungsraum B , welcher
der isothermen Abführung derselben bei +14°C unterliegt, eine Druckdifferenz im
Naßdampfbereich von "R12" von rd. 6,5-5 at= rd. 1,5 at ,welche völlig genügt, a)die
erfindungsgemäße Maschine arbeitend zu bewegen, b)jede Überwärme -entsprechend Mengendurchsatz-gesteuert
- aus zu warmen Räumen in dieser Weise abzubauen,sofern c)Verdichtungsraum B iauf
+14°C gekühlt bleibt.
-
patentbeschreibung: "R otat ionskolbenmaschine. als Entspannungs-/
-Verdichtunzsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender ........
-
Dieses Letztere ist nach der Erfindung insofern kein besonderes Problem
, umgeben von den Fundamenten , Erdreich genügenden Volumens befindet, welches in
jede Falle hinsichtlich Temperatur und Menge a-usreitht, die aus der Luft der abzukühlenden
Räumlichkeiten abgezogene Uberwärme bequem aufzunehmen.
-
Die , in dieser Weise in das darunterliegende Erdreich "hineingespeicherte",Überwärme
kann zu kalter Jahreszeit demselben wieder entnommen und über die gleiche erfindungsgemaße
Maschine , nunmehr als "Wärmepumpe" funktionierend, den zu heizenden Räumen wieder
zugeführt werden.
-
Dabei wird der Entspannungsraum Al nunmehr an das Rohrleitungs- o.ä.-
System , welches im Erdreich verle.gt ist und vorher die. Wärme aufnahm , angeschlossen,
um ihm die Speicherwärme wieder abzunehmen. Gleichzeitig wird Raum B der Verdichtungsstufe
der Maschine zur Abgabe an das Heizungssystem angeschlossen.
-
Dieser weg ist in letzter Zeit nicht neu , als daß sogenannte. "Solar"-Anlagen
den gleichen Weg beschreiten.
-
Dabei wird die , über die Dach-Solaranlage aufgenommene Warme beispielsweise
in einek großen Wasser-Tank gespeichert, um zur Heizungsperiode über eine Wärmepumpe
zur Heizung benutzt zu werden.
-
Der erfindungsgemäße sehr "energie-einsparende" Vorteil des vorgenannten
Vorschlages liegt jedoch im Folgenden: d) Die "klimatisierende" Kühlung zu warmer
Jahreszeit kostet herkömmlich Energie ebenso der Kreislaufbetrieb einer Solaranlage.
-
Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag kann der Einsatz der beschriebenen
Maschine nach Abb.23 diese Kosten selbst decken.
-
e) Die einfache "Umpolung" der gleichen Maschine von "Wärmepumpe"
auf Kühlbetrieb läßt die - sonst zusätzlich erforderlichen
Patentbeschreibung:
"Rotation£kolctenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ........
-
Kosten für Installationsanlagen wie: Pumpen u.dgl. entfallen. Die
Maschine ist selbst Pumpe.
-
f) N ach der Erfindung sollen für die Kühl-Klimatisierung von Räumen
erforderliche Radiatoren in der Zone des größten Wärme-Staues, beispielsweise unter
der oberen Raum-Decke verlegt werden. Dies braucht architektonisch kein Nachteil
zu sein, denn - zur Verhinderung von "Blendung durch Beleuchtung in infrage kommenden
Büroräumen, die zumeist hohe Aussenwärmezufuhr durch grosse Glasfenster erleiden
-sind hier ohnehin die Deckenflächen mit wabenartigen Gittern bestückt.
-
Diese, -bei gleicher ast ethischer Aussenformgebung - als Radiatoren
zur Wärmeabführung ausgebildet , stellen die beste Lösung dar.
-
Der drückende Wärmestau (von oben nach unten sich ausdehnend) kommt
in dieser Weise nicht zustande.-g) In gleicher Weise können ähnliche Anordnungen
, innenarchitektonisch schmückend, als "versteckte" Radiatoren entlang freier Wandteile
von oben nach unten angebracht werden, was sich zugunsten der Luftschichten-Zirkulation
im Raume auswirkt.-h) Die weitere Möglichkeit , unverkleidete Radiatoren hinter
einer groß-gelochten Zwischendecks oder entsprechender Wand-Verkleidung anzuordnen,
bringt - bei entsprechender Ausführung - wegen des leich: teren Luftzuganges und
ohne Wärmeleitungs minderung durch anliegendes "Kaschier-" Material erfindungsgemäß
die beste Wirkung.--Abschluß Teil 1 der Beschreibung-
Patentschreibung
"Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/ -Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich
fortlaufender ...... Tabelle der "Lässigkeiten" (Durchströmungsmenge) für Luft bei
#=1,2kg/m³ nach: SCHNIDT, Thermodynamik, Gl.(240). gekürzt. als: reiner #-Wert aus:
unter vernachlassigung der verkleinernden Faktoren der: Durchflusszahl α s
Form der Düse , Temperatur , Reibung s pp. -
Druck- |
für durchströmte Querschnittsfläche Fo = .... mm² |
unterschied |
P - P2 1,0 5,0 7,5 10,0 |
kg/cm² ist "Lässigkeit" G' = ..... (kg/sec) |
0,5 0,000 343 0, 001 72 0,002 57 0,003 43 |
1,0 485 2 43 3 64 4 85 |
1,5 595 2 97 4 46 5 95 |
2,0 686 3 43 5 15 6 86 |
2,5 0,000 760 0,003 80 0,005 70 0,007 60 |
3,0 0,000 840 0,004 20 0,006 30 0,008 40 |
3,5 908 4 54 6 81 9 08 |
4,0 970 4 85 7 28 9 70 |
4,5 1 029 5 15 7 72 5 15 |
5,0 0,001 085 0,005 43 0,008 14 0,010 85 |
6,0 1 189 5 95 8 91 11 89 |
7,0 1 284 6 42 9 63 12 84 |
8,0 1 372 6 86 10 29 13 72 |
9,0 1 456 7 28 10 92 14 56 |
10,0 0,001 534 0,007 67 0,011 51 0,015 34 |
11,0 0,001 607 0,008 04 0,012 06 0,016 07 |
12,0 1 681 8 40 12 61 16 81 |
13,0 1 749 8 75 13 12 17 49 |
14,0 1 815 908 13 61 18 15 |
15,0 0,001 879 0,009 40 0,014 09 0,018 79 |
16,0 0,001 941 0,009 70 0,014 56 0,019 41 |
17,0 2 001 10 00 15 00 20 01 |
18,0 2 058 10 29 15 44 20 58 |
19,0 2 115 10 58 15 86 21 15 |
20,0 0,002 170 0,010 85 0,016 27 0,021 70 |
21,0 0,002 224 0,011 12 0,016 68 0,022 24 |
22,0 2 276 11 38 17 07 22 76 |
23,0 2 327 11 64 17 45 23 27 |
24,0 2 377 11 88 17 83 23 77 |
25,0 0,002 426 0,014 13 0,018 20 0,024 26 |
26,0 0,002 474 0,014 37 0,018 56 0,024 74 |
27,0 2 521 12 60 18 91 25 21 |
28,0 2 568 12 84 19 26 25 68 |
29,0 2 613 13 07 19 60 26 13 |
30,0 0,002 658 0,013 29 0,019 93 0,026 58 |
31,0 0,002 702 0,013 51 0,020 26 0,027 02 |
32,0 2 745 13 73 20 59 27 45 |
33,0 2 787 13 94 2090 27 87 |
34,0 2 829 14 15 21 22 28 29 |
35,0 0,002 871 0,014 15 0,021 53 0,028 71 |
Patentbeschreibung: "Rotationskolbenmaschine als Entspannungs-/
-Verdichtungsmaschine mit kontinuierlich fortlaufender .......
-
Quellen-Nachweis Zu Blatt lfd. Quelle: Nr.: N r.
-
5 1 E.SCHMIDT, Einführung in die technische Thermodynamik , 2.Aufl.,1994,
Springer-Verlag - Seite 137 -10 2 DEUTSCHES PATENTAMT, Offenlegungsschrift 21 00
312 Aktenzeichen : P 21 oo 312.3 Anmeldetag: 5.Januar 1971 Offenlegungstag: 27.
Juli 1972 Bezeichnung: "Verfahren zur Ermittlung und Herstellung flächenhaft dichtender
Rotationskörperformen für Rotationskolbenmaschinen mit Kämmverschluß und hiernach
ausgeführte Flüssigkeitspumpe und Gasverdichter" Anmelder: Meyer,Hans,6719 Obrigheim
10 3 DEUTSCHES PATENTAMT,Offenlegungsschrift 21 oo 353 Aktenzeichen: P 21 oo 353.2
Anmeldetag: 5.Januar 1971 Offenlegungstag: 14. Juni 1973 Bezeichnung: - wie vor
-Anmelder und Erfinder: - wie vor -13 4 E.Schmidt ,...Thermodynamik, wie zu lfd.Nr.l,
- Seite 233 -27 5 "DUBBEL'S" Taschenbuch für den Maschinenbau , Bd.I, 11.Aufl.,
Springer-Verlag - Seite 728 -, Bild 367 40 ) u. 6 FARBWERKE H O E C H S T AG. ,
(1975): ) 42 "Mollier-i, lg p-Diagramm" für FRIGEN 12, (Dichlordifluormethan CCl2F2)u.Tabellen
48 7 FARBWERKE H O E C H S T AG , (1976): "Mollier-i, lg p-Diagramm" für FRIGEN
113, (Trichlortrifluoräthan CClF2 -CCl2F) u.
-
Tabellen.
-
L e e r s e i t e