DE2907331C3 - Parallel- und außenachsige Rotationskolbenmaschine in Zweifach-Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine parallel und außenachsige Rotationskolbenmaschine in Zweifachanordnung, wovon die eine Maschineneinheit als Verdichter mit einem Einlaß und die andere Maschineneinheit als Expansionsmaschine mit einem Auslaß arbeitet, wobei in beiden Maschineneinheiten jeweils zwei kreiszylindrische, mit ihren parallel angeordneten Wellen drehfest verbundene Rotoren miteinander in Kämmeingriff stehen, welche gleichen Durchmesser aufweisen, über ein Zahnradpaar synchronisiert sind und am Umfang über ihre gesamte Breite jeweils eine kreisringförmige Aussparung aufweisen und somit Kolben bilden, die Arbeitskammern begrenzend in dichtender Gleitberührung mit der Gehäusemantel-Innenwandung bzw. mit dem Aussparungsgrund des anderen, im Eingriff befindlichen Rotors stehen, wobei die Kammern des Verdichters und der Expansionsmaschine mittels zweier, im Gehäuse befindlicher, als Brennkammern wirksamer Überströmkanäle miteinander in Verbindung stehen.

Eine derartige Rotationskolbenmaschine in Zweifachanordnung ist aus der FR-PS 20 46 097 bekannt.

Bei der bekannten Maschine sind je zwei von insgesamt vier Rotoren mit einer kreisförmigen Aussparung auf je einer zentrisch und zueinander parallellaufenden Welle in einem Gehäuse, durch ein Zahnradpaar gesteuert, angeordnet. Die Steuerung der Rotoren erfolgt in den sich überschneidenden Zylindern beim Abwälzen der Zahnflanken der Rotoren und beim Kämmen der Kopf- und Fußkreisflächen derselben mit Schlupf nahezu spielfrei in einer solchen Weise, daß die Funktionen des Ansaugens, des Komprimierens, des Abstützens der expandierenden Gase, des Expandierens

ι» und des Ausstoßens nacheinander ablaufen. Der Wirkungsgrad dieser Maschine ist relativ schlecht, weil die Kompressionskammern über Kreuz verlaufen und die Winkelerstreckungen der Aussparungen an allen Rotoren 180 Grad betragen. Um einen möglichst

π großen Verdichtungsgrad zu erreichen, dürfen die

Oberströmöffnungen in der Expansionsmaschine erst dann geöffnet werden, wenn die Überströmöffnungen im Verdichterteil von den Rotoren geschlossen sind.

Die US-PS 38 63 609 beschreibt eine Rotationskraft-

2·.) maschine mit ineinandergreifenden, mit Aussparungen versehenen Rotoren, die um parallel zueinander in einem Gehäuse angeordneten Wellen rotieren. Die Aussparungen an den Rotoren sind so beschaffen, daß sie zusammen 360 Winkelgrade nicht überschreiten, wobei in einer Ausführungsform der eine Rotor eine Aussparung von 120 der andere eine von 240 Winkelgraden aufweisen soll. Bei dieser Anordnung kann aber nicht der maximale Wirkungsgrad der Maschine erreicht werden.

in Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, bei einer Rotationskolbenmaschine eingangs genannter Art den Verdichtungsgrad entsprechend den Erfordernissen variabel und optimal zu halten.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die technische

» Lehre vermittelt, daß die im Kämmeingriff befindlichen und die jeweils auf einer Welle angeordneten Rotoren unterschiedliche Winkelerstreckungen der Aussparungen aufweisen, nämlich 140° um 220°,die Überströmöffnungen im Verdichter bzw. in der Expansionsmaschine während der Expansionsphase bzw. Kompressionsphase geschlossen sind und die Lage der Überströmöffnungen im Verdichter so gewählt ist, daß nach ihrer Absteuerung jeweils ein Restvolumen von verdichtetem Arbeitsmedium, dessen Enddruck durch ein Einwegven-

4ί til eingestellt wird, in das vom anderen Rotor angesaugte Arbeitsmedium nach Absteuerung des Einlasses übergeschoben wird. Zur Erzielung eines verbesserten Wirkungsgrades ist die Aufladung des angesaugten Arbeitsmediums und somit ein erhöhter

•μ Verdichtungsgrad vorgesehen, dadurch, daß ein Restvolumen des verdichteten Arbeitsmediums verbleibt, das zu dem von dem anderen Rotor angesaugten Arbeitsmedium übergeschoben wird. Auf diese Art und Weise wird der Verdichtungsdruck erhöht bis zu einem Niveau, das durch ein entsprechend eingestelltes Ventil festgelegt wird.

Die Zeichnungen verkörpern einige Ausführungsformen der Erfindung.

F i g. 1 zeigt einen seitlichen Aufriß des Motors in schematischer Darstellung,

F i g. 2 stellt die Ansicht der Maschine von oben an der Schnittlinie A-A nach F i g. 1 dar.

Die F i g. 3 und 4 zeigen seitliche Schnittansichten der Maschine an den Schnittlinien ß-ßbzw. C-Cnach F i g. 2 und

F i g. 5 stellt die abgewandelte Ausführungsform einer Maschine dar, die mit zylindrischen Stößelventilen und Nockenwelle ausgerüstet ist.

Die vier Rotoren 9,10,11,12 in F i g. 1,3,4 und 5 sind so zu einer harmonischen Einheit in einem Maschinengehäuse integriert, daß diese bei Rotation die Funktion des Ansaugens, des Verdichtens, der Widerlager, der Arbeit und des Ausstoßens übernehmen. Diese Rotoren, gesteuert von einem Zahnradpaar 2 (F i g. 2), sind auf zentrisch laufenden, in Präzisionslagern gelagerten Wellen 3, 4 fest aufgesetzt und rotieren in den sich überschneidenden Zylindern 5,6, 7, 8 des Maschinengehäuses 1 so, daß sich die Aussparungen mit den Kopfkreisi lachen kämmen. Z'vei dieser Rotoren 9, 10 tragen die Last des Verdichtens, dies sind die Verdichterrotoren 9, 10 und die anderen zwei Rotoren 11, 12 tragen die Last der Arbeit, Arbeitsrotoren 11, 12 genannt. Über den Ansaugkanal 17 wird vom Verdichterrotor 9, der zugleich auch Saugrotor ist. Luft in den Zylinder 5 angesaugt. Die zuvor vom gleichen Rotor 9 angesaugte Luft wurde schon über die Überströmöffnung 13 in die Kompressionskammer 14 gedrückt, wobei die Überströmöffnung 15 während des gesamten Verdichtungsprozesses vom Arbeitsrotor 11 verschlossen bleibt. Nun wird auch die Überströmöffnung 13 vom Verdichterrotor 9 geschlossen und die komprimierte Luft ist in der Kompressionskammer 14 eingeschlossen. In diese komprimierte Luft erfolgt über die Einspritzdüse 16 die Einspritzung und Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches. Die erst durch die Rotorenlage gebildete Expansionskammer 18 gerät immer mehr unter Unterdruck. Beim Weiterdrehen der Rotoren wird die Überströmöffnung 15 vom Arbeitsrotor 11 freigegeben. Die nun expandierenden Gase aus der Kompressionskammer 14 dringen über die freigegebene Überströmöffnung 15 in die Expansionskammer 18. Der Arbeitsrotor 12 dient jetzt dem arbeitenden Arbeitsrotor 11 als Widerlager, der Druck wird in Verbindung mit dem Arbeitsrotor 12 von der Welle 4 aufgenommen. Ausgleichskräfte sind nicht vorhanden, so daß der Arbeitsrotor 11 in radialer Richtung Arbeit verrichten kann, zumal auch der Verdichterrotor 9 in Verbindung mit der Welle 3 den Rückfluß des Druckes in den Verdichterzylinder 5 sperrt. Während auf eine Flanke des Arbeitsrotors il der Expansionsdruck wirkt, schiebt der gleiche Rotor 11 die Abgase mit der anderen Flanke in die Auslaßöffnung. Nach dem Schließen der Überströmöffnung 13 durch den Verdichterrotor 9 entsteht zwischen den beiden Verdichterrotoren 9 und 10 ein Restvolumen von verdichtetem Arbeitsmedium im Raum 20. Bei Weiterdrehung der Rotoren 9, 10, 11, '· 12 entsteht im Raum 20 zunächst ein höherer Druck als in der Kompressionskammer 14. Diese Druckerhöhung kann über Einwegventile auf den gewünschten Druck entspannt werden, so daß dieser Motor nicht nur als Einspritzmotor, sondern auch als Vergasermotor

in verwendbar ist, wobei das irn Raum 20 entspannte oder nichtentspannte Restvolumen des verdichteten Arbeitsvolumens vom Zylinder 6 übernommen wird. Diese Funktionen wiederholen sich wechselseitig einmal von einem Saug- und Arbeitsrotorpaar, dann vom anderen

!■■> Saug- und Arbeitsrotorpaar ausgeführt, so daß der Motor läuft.

Nimmt die Maschine beispielsweise eine Rotorenlage gemäß Fig.4 (Schnitt C-O ein, so bildet sich eine Expansionskammer 18, wobei der Arbeitsrotor 12 dem

.'«ι Arbeitsroior 11 als Widerlager dient und der gesamte Druck auf die Flanke des Arbeitsrotors 11 wirkt, so daß dieser Arbeitsrotor in radialer Richtung Arbeit verrichten kann, denn der Druck, der auf den Arbeitsrotor 12 wirkt, wird von der Welle 4 in Verbindung mit dem

-'■> Rotor 12 aufgenommen.

Die Verdichterrotoren 9, 10 in den Zylindern 5, 6 tragen die Hauptlast des Verdichtens und die Arbeitsrotoren 11, 12 in den Zylindern 7, 8 die Hauptlast der Arbeit. Die Aufbaukompression wird abwechselnd vom

in Zylinder 5 in den Zylinder 6 und vom Zylinder 6 in den Zylinder 5 übernommen, und schließlich kann der Enddruck des verdichteten Arbeitsmediums über Einwegventile auf den gewünschten Druck entspannt werden, so daß auch die Funktion eines Vergasermotors

r> gewährleistet ist.

Den Arbeitsrotoren 11, 12 in den Arbeitszylindern 7, 8 kann auch über einen Steuer- bzw. Drehschieber Dampf zugeführt werden, der durch die Überströmöffnungen 15, 15a hindurch in die sich bildende

4(i Expansionskammer 18 eindringt und die Rotoren 11,12 abwechselnd antreibt, wobei die Auslaßöffnungen 19 des Abdampfes so angebracht sind, daß keine Druckausgleichskräfte entstehen, so daß diese Maschine als Dampfmaschine Arbeit verrichten kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Parallel- und außenachsige Rotationskolbenmaschine in Zweifach-Anordnung, wovon die eine Maschineneinheit als Verdichter mit einem Einlaß und die andere Maschineneinheit als Expansionsmaschine mit einem Auslaß arbeitet, wobei in beiden Maschineneinheiten jeweils zwei kreiszylindrische, mit ihren parallel angeordneten Wellen drehtest verbundene Rotoren miteinander in Kämmeingriff stehen, welche gleichen Durchmesser aufweisen, über ein Zahnradpaar synchronisiert sind und am Umfang über ihre gesamte Breite jeweils eine kreisringförmige Aussparung aufweisen und somit Kolben bilden, die Arbeitskammern begrenzend in dichtender Gleitberührung mit der Gehäusemantel-Innenwandung bzw. mit dem Aussparungsgrund des anderen, im Eingriff befindlichen Rotors stehen, wobei die Kammern des Verdichters und der Expansionsmaschine mittels zweier, im Gehäuse befindlicher, als Brennkammern wirksamer Oberströmkanäle miteinander in Verbindung stehen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) die im Kämmeingriff befindlichen und die jeweils auf einer Welle (3, 4) angeordneten Rotoren (9, 10, 11, 12) weisen unterschiedliche Winkelerstreckungen der Aussparungen auf, nämlich 140° und 220°,

   b) die Überströmöffnungen im Verdichter (13, i3a) bzw. in der Expansionsmaschine (15, 15a) sind während der Expansionsphase bzw. Kompressionsphase geschlossen und

   c) die Lage der Oberströmöffnungen (13, 13a^ im Verdichter ist so gewählt, daß nach ihrer Absteuerung jeweils ein Restvolumen von verdichtetem Arbeitsmedium, dessen Enddruck durch ein Einwegventil eingestellt wird, in das vom anderen Rotor angesaugte Arbeitsmedium nach Absteuerung des Einlasses ühergeschoben wird.