DE3145783A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents
VerbrennungsmotorInfo
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- DE3145783A1 DE3145783A1 DE19813145783 DE3145783A DE3145783A1 DE 3145783 A1 DE3145783 A1 DE 3145783A1 DE 19813145783 DE19813145783 DE 19813145783 DE 3145783 A DE3145783 A DE 3145783A DE 3145783 A1 DE3145783 A1 DE 3145783A1
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
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- F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
- F01C1/356—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
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- F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
- F01C11/006—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of dissimilar working principle
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Description
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem la Querschnitt kreisförmigen Rotor und einem den Rotor
umgebenden kreiaringförmlgen Stator.
Es sind schon zahlreiche Kreiskolbenmotor© in den unterschiedlichsten
Konstruktionen bekannt geworden, denen es bisher nicht gelungen ist, ihre "Kinderkrankheiten"
abzulegen und sich gegen herkömmliche Motoren durchzusetzen. Am weitesten auf diesem Gebiet ist der als Wankelmotor
bekannte Kreiskolbenmotor entwickelt worden, der jodoch wegen unüberwindbarer Materialprobleme
gleichfalls keinen endgültigen Durchbruch bisher geschafft hat. Trotzdem behält der grundlegende Gedanke
aller dieser Überlegungen, vom "Dampfraaschinenprlnzlp91
abzugehen und die Expansionskräfte von Verbrennungsgasen
sogleich in eine Drehbewegung umzusetzen, seine Gültigkeit. Dieser Gedanke hat auch zur Entwicklung der Turbine
geführt. Die hohe Drehzahl der Turbine setzt ihrer Anwendung jedoch in vielen Fällen Grenzen, da durch die
hohe Drehzahl auch ihre Leistung nach unten begrenzt ist. Andererseits ist der Kolbenmotor in seiner Leistung
praktisch nach oben begrenzt, da er sonst raum-'und gewichtsmäßig zu groß wird.
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Neuerdings ist bei dem Versuch der Umstellung von herkömmlichen Kolbenmotoren auf Wasserstoff als Brennstoffgas
ein weiteres Problem aufgetreten, das man als das Problem der Detonation bezeichnen kann. Ein Wasserstoff gas-Luft-Gemisch
entzündet sich sehr leicht von selbst. In der Kompressionsphase eines Kolbenmotors kann es zu
einer frühzeitigen Zündung kommen, die eine erhebliche Motorbeschädigung zur Folge haben kann oder bestenfalls
zur Ineffektivität führt. Arbeitet man mit flüssigem
Wasserstoff, so ist diese Gefahr zwar kleiner, beseitigt ist sie jedoch nicht, da sich ein Teil des Flüssig-Wasserstoff-Gemisches
in ein Gasförmig-Wasserstoff-Luft-Gemisch
verwandeln kann. Die hohe Betriebstemperatur begünstigt diesen Vorgang. Hierbei auftretende Nebenprobleme
sind die Betankung und Zuleitung, für die besondere wärme- und gleichzeitig kältebeständige Materialien
und Verfahren benötigt werden. Die enormen Energieaufwendungen, die zur Verflüssigung des Wasserstoffs
notwendig sind, stellen die Wirtschaftlichkeit eines solchen Motors in Frage.
Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Motor zu schaffen, der die Nachteile bekannter Motoren vermeidet, der insbesondere als Rotationsmotor arbeitet
und der gleichzeitig in der Lage ist, alternative.Kraftstoffe, insbesondere gasförmigen Wasserstoff, problemlos
und möglichst umweltfreundlich zu verarbeiten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verbrennungsmotor mit einem im Querschnitt kreisförmigen
Rotor und einem den Rotor umgebenden kreisringförraigen Stator (Innenläufer) aus. Die Erfindung besteht
"5 darin, daß in der Umfangsflache des Rotors kreisabschnlttsförmige
Ausnehmungen als Expansionsräume vorhanden sind j an deren einem Ende eine Brennkammer angeordnet
ist und deren anderes Ende in eine Rampe ausläuft, und daß an der Innenseite des Stators Klappen
schwenkbar gelagert sind, die in die Ausnehmungen des
Rotors zur Aufnahme der Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase hineinklappbar und durch die Rampe in
den Stator rückklappbar sind. Dieser Motor zeichnet
sich durch folgende Eigenschaften aus: Er kann mit
den Stator rückklappbar sind. Dieser Motor zeichnet
sich durch folgende Eigenschaften aus: Er kann mit
einfachem Wasserstoffgas betrieben werden, das mit dem Sauerstoff der Luft oxidiert wird. Eine verfrühte Zündung
kann nicht erfolgen, da Wasserstoff und Luft erst unmittelbar vor der Zündung in einer Brennkammer zusammengebracht
werden. Eine Kompressionsphase gibt es
nicht. Eine nachträgliche Detonation unverbrannter Gasreste hat keine nachteilige Wirkung auf den Motor bzw.
dessen Lauf, sondern wird in zusätzliche Antriebsenergie umgesetzt.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wiedergegeben. Es zeigen:
Fig. 1 die äußere Ansicht eines aus vier Motoreinheiten bestehenden Motors, wobei jedoch nachfolgend
für die Motoreinheit der Begriff "Motor" verwandt wird,
Fig.- 2 eine Ansicht des geöffneten-Innenraumes eines
Motors,
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-X-
Fig. 3 eine Ansicht des Motors mit teilweise geschlossenem Innenraum,
Fig. 4 eine Ansicht des zusammengebauten Motors, 5
Fig. 5a eine Ansicht der aus einzelnen Elementen zusammengesetzten
Motorwelle,
Fig. 5b, ein einzelnes Element der Motorwelle in Sei-5c
tenansicht und in perspektivischer Ansicht,
Fig. 5d eine Draufsicht auf die zusammengebaute Motorwelle,
Fig. 5e eine Ansicht der Motorwelle aus Richtung des Pfeiles IV von Fig. 5d,
Fig. 6a eine Vorderansicht, ein Querschnitt und eine
rückwärtige Ansicht einer Brennkammer, 20
Fig. 6b ein Motorausschnitt mit einer Brennkammer und einer Klappe,
Fig. 6c ein Motorausschnitt mit der Klappe in zwei verschiedenen Stellungen,
Fig. 7 eine Klappe in vergrößertem Maßstab,
Fig. 8a, zwei Schnitte durch die innere Begrenzung und 8b die Klappe nach den Schnittlinien Villa Villa,
VIIIb - VIIIb von Fig. 6c,
Fig. 9a einen Schnitt nach der Linie IXa - IXa von 9b,
Fig„ 9b eine Ansicht des Motors mit weggelassenem
Außenring,
Fig» 10 einen Längsschnitt durch den Brennstoffkornpresser
und
Fig, 11 einen Längsschnitt durch den Oxidationskom-
ppsssor ο
Figur 1 zeigt die äußere Ansicht eines beispielsweise aus vier Motoreinheiten I, II, III und IV bestehenden
Motors nach der Erfindung. Es besteht durchaus die Möglichkeit, den Motor aus mehr oder aber auch aus weniger
Einheiten aufzubauen. Die vom Motor abgegebene Leistung Hird von einer Zapfwelle Z abgenommen, die in dem in
Figur 1 wiedergegebenen Beispiel in bezug auf die Motoreinheiten in der Mitte des Motors angeordnet ist und
die über ein Kegelgetriebe in an sich bekannter Weise von der Motorwelle angetrieben wird. Auf der einen Seite
des Motors befindet sich ein Kompressor BK, der die Brennstoffgase, vorzugsweise Wasserstoff, dem Motor zuführt,
während auf der anderen Motorseite ein zweiter Kompressor LK vom Motor mit angetrieben wird, der dem
Motor den zur Verbrennung notwendigen Oxidator in Form von Luft oder aber auch als reinen Sauerstoff zuführt.
Es versteht sich, daÄ alle Motoreinheiten I, II, III
und IV identischen Aufbau haben. Nachfolgend wird daher nur der Aufbau einer Motoreinheit beschrieben. Wenn in
der nachfolgenden Beschreibung der Begriff "Motor" verwandt wird, so bezieht sich dieser Begriff "Motor" nur
auf eine Motoreinheit.
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Figur 2 zeigt die axiale Ansicht des Motors 1 mit geöffnetem
Innenraum, wobei die Blickrichtung mit der Motorachse 4 einen kleinen Winkel bildet. Die Ansicht läßt
die beiden Hauptteile des Motors 1 erkennen, nämlich den Rotor 2 und den Stator 3, woraus zu erkennen ist, daß
in diesem Ausführungsbeispiel der Motor 1 als Innenläufer ausgebildet ist. Der Rotor 2 besitzt in seiner Umfangsfläche
21 kreisabschnittsförmige Ausnehmungen 22 als Expansionsräume für die Verbrennungsgase. An einem
Ende des Expansionsraumes 22 ist eine Brennkammer 23 angeordnet, während das andere Ende in eine Rampe 24
ausläuft. Andererseits sind an der Innenseite 31 des Stators 3 Klappen 32 schwenkbar gelagert, die in die
Ausnehmungen 22 des Rotors 2 zur Aufnahme der Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase hineinklappbar und
durch die Rampe 24 in den Stator 3 rückklappbar sind. Wie später noch näher erläutert werden wird, handelt
es sich hierbei um die Konvex-Version des Verbrennungsmotors 1 bezüglich der Brennkammern 23· In dem in Figur
2 wiedergegebenen Ausfuhrungsbeispiel des Motors 1 hat dieser vier Antriebsaggregate, bestehend aus jeweils
vier Expansionsräumen 22 mit a<5ht Klappen 32 und vier
Brennkammern 23. Es versteht sich jedoch, daß dieses lediglich ein Beispiel ist und daß es ohne weiteres möglieh
ist, 2, 3, *5, 7, 8 oder auch mehr Antriebsaggregate
vorzusehen. Auch die Anzahl der Klappen ist beliebig.
Die Brennkammern 23 sind mit Armen 43, im Ausführungsbeispiel mit jeweils vier Armen 431, 432, 433 und 434
an den Armträgern 42, im Beispiel den beiden Armträgern 421, 422 befestigt. Am äußeren Ende der Arme 43 befinden
sich zwei Innenringe 261, 262, von denen jedoch nur der auf der Ansichtsseite liegende Innenring 261 sichtbar
ist. Zwischen jeweils zwei Brennkammern erstreckt sich
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der Expansionsraum 22, der zur Rotorachse k hin durch
ein äußeres Begrenzungsteil 34 und in axialer Richtung auf beiden Seiten durch jeweils einen Außenring 51, 52
begrenzt ist. In Figur 3 ist der auf einer Seite befindliehe Außenring 51 wiedergegeben. Ein gleicher Ring 52
befindet sich axial gesehen auf der gegenüberliegenden Motorseite. Der Rotor 2 ist durch zwei Außenringträger
61 j, 62 im Stator 3 fixiert und gelagert. In Figur 4 ist
ein Äußenringträger 61 wiedergegeben, während sich der zweite Äußenringträger 62 axial gesehen auf der anderen
Motorseite befindet. Die Rotorachse 4 ist in an sich bekannter Weise mit einem Kugellager 63 in d*en Außenringträgern
61, 62 gelagert.
Der Stator 3 besteht aus kreisringförmigen Lamellen 35,
von denen in Figur 2 beispielsweise die Lamellen 351, 352, 353 bezeichnet sind. Zwischen den Lamellen 35 befinden
sich Distanzteile 36. Der aus Lamellen 35 und Distanzteilen 36 bestehende Statorblock wird durch den
Stator durchsetzende Verbindungsbolzen 37 zusammengehalten. In den Figuren 1 und 2 ist einer der Verbindungsbolzen
37 wiedergegeben.
In einer zweiten Ausführungsform des Stators 3 besteht
dieser aus kreisabschnittsförmig«n, durch Fixierungen
zusammengehaltenen Segmenten. Diese Segmente können vorzugsweise aus geeigneten und im Motorbau üblichen Leichtmetallen
bzw. -legierungen bestehen.
Auf seiner Innenseite 31 weist der Stator 3 Ausnehmungen 33 für die Aufnahme der Klappen 32 auf. Diese Ausnehmungen
33 sind vorzugsweise komplementär zur Forn der Klappen
32 bzw. formschlüssig mit diesen. Sehr vorteilhaft ist es, den Klappen 32 zum Expan3ionsraum 22 hin die
Form eines Spoilers zu geben. Die Spoilerform bewirkt, daß die die Klappen 32 anströmenden Verbrennungsgase
die Klappe 32 in den Expansionsraum 22 hineinzieht, so wie dieses durch den Pfeil P 3 in Figur 6b zeigt.
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In den Figuren 5a bis 5e ist die Motor- bzw. Rotorachse 4 dargestellt. Die Rotorachse 4 besteht aus einzelnen
durchbohrten Achselementen 41, wobei in Figur 5a beispielsweise eine Achse, bestehend aus vier Elementen,
dargestellt ist. Figur 5b ist eine Seitenansicht eines Achselemente3 41 und Figur 5c eine perspektivische Ansicht.
Wie besonders aus Figur 5c zu entnehmen ist, besitzt jedes Achselement 41 eine axiale Bohrung 43. In
den Stirnflächen jedes Achselementes 41 hat dieses im Querschnitt halbkreisförmige Ausnehmungen 441, die zusammen
mit den entsprechenden Ausnehmungen des nächsten Achselementes 41 eine radiale Bohrung 44 bilden, so wie
dieses aus Figur 5a zu ersehen ist. Da die einzelnen Achselemente 41 axial durchbohrt sind, ist auch die aus
den einzelnen Achselementen 41 zusammengesetzte Rotorachse 4 mit einer axialen Bohrung versehen. Die axial
durchbohrte Achse 4 wird dazu benötigt, um durch die axiale Bohrung 43 und die radialen Bohrungen 44 hindurch
den Brennkammern 23 die beiden Reaktionsgase, vorzugsweise Wasserstoff und Luft, zuzuführen.
Figur 5d zeigt die Rotorachse 4 im zusammengeflanschten Zustand, indem die einzelnen Achselemente 41 durch jeweils
zwei, durch Schrauben zusammengezogene Halbschalen 451, 452 und halbringförmigen Armträgern 461, 462
zusaramengeflanscht werden und so eine starre Motorbzw.
Rotorachse 4 bilden.
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In Figur 6a ist eine Vorderansicht, ein Schnitt und eine Hinteransicht der Brennkammer 23 in vergrößertem Maßstab
wiedergegeben. Die Brennkammer 23 besteht aus der Austrittsdüae 232, dem Brennraum 231, zwei Eintrittsdüsen
233, 2!>k für die beiden Reaktionsgase bzw. Brennstoffgase
und einer Zündsonde 235ο Als Brenngase werden vorzugsweise Wasserstoff und Luft verwandt. Zwei Brenn=
stoffgase , die unter bestimmten Druckverhältnissen in der Brennkammer 23 zusammengebracht werden, werden durch
die Zündsonde 235, die in die Brennkammer 23 hineinragt, entzündet. Die Menge der einzelnen Gase und deren Druck
läßt sich durch die weiter unten beschriebenen Kompressoren BK, LK genau regeln und einstellen. Durch die
Zündsonde 235 ist es auch möglich, die für die jeweiligen Gase entsprechende Zündung, d. h. Zündtemperatur
und Zündmoment, genau einzustellen. Bei den zu verwendenden Gasen sind die üblichen stöchiometrischen Mengenverhältnisse
zu beachten, sowie die Auswirkungen auf das Material, aus dem die Brennkammer 23 besteht. Eine
Kompression des Gases findet in der Brennkammer 23 nicht statt. Eine Früh- bzw. Spätzündung kann nicht mehr eintreten,,
Das Problem der Selbstzündung bei bestimmten Gasen, wie z. B. Wasserstoff, stellt sich daher überhaupt
nicht. Außerdem wäre Früh- oder Spätzündung für die Funktion des'Motors 1 unerheblich, im Gegensatz zu
den Verhältnissen bei einem Kolbenmotor, bei dem der höchste Bewegungspunkt des Kolbens bereits überschritten
sein muß, wenn gezündet wird, damit die Bewegung im richtigen Dreh3lnn an die Kurbelwelle weitergibt.
Die gegenseitige Stellung von Brennkammer 23 und Rampe 24 ist in Figur 6b und Figur 6c dargestellt ο Wegen des
kleineren Maßstabes dieser Darstellungen ist die Krüm-
mung von Rotor 2 und Stator 3 nicht erkennbar. Der Pfeil P1 gibt die Drehrichtung des Rotors 2 an. Mit dem
Rotor 2 und der Brennkammer 23 bewegt sich auch die Rampe 24 in diese Drehrichtung. Bei dieser Bewegung
läuft die Klappe 32 mit ihrer Vorderkante 321 auf die Rampe 24 auf. Die Klappe 32 ist an einem Klappengestänge
322, 323 schwenkbar gelagert. Bei dem in den Figuren 5b, 5c wiedergegebenen Klappengestänge besteht dieses
aus mindestens einem geraden Hebel 322 und zwei Kniehebel 323. In den Figuren 5b, 5c liegen die beiden
Kniehebel 323 auf beiden Seiten der Klappe 32 hintereinander, so daß in den Figuren nur einer sichtbar, ist.
Andererseits ist es aber auch möglich, daß das Klappengestänge aus zwei geraden und einem Kniehebel besteht,
wobei in diesem Fall jeweils ein gerader Hebel auf jeder Seite der Klappe 32 liegt.
Die Schwenkbewegung der Klappe 32 in den Expansionsraum 22 hinein ist durch eine an den Kniehebel 323 angeformte
und in der abgesenkten Stellung an die Klappe 32 anschlagende Anschlagnase 324 begrenzt. Durch diese Anschlagnase
324 wird die Absenkbewegung der Klappe 32 derart begrenzt, daß die Unterseite der Klappe 32
nur noch einen sehr geringen Abstand von der inneren Begrenzung 25 des Expänsionsraumes 22 besitzt. Dieser
Abstand beträgt nur noch etwa 5/1000 mm.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Klappe 32 durch ein Klappengestänge und einen schwenkbar ausgebildeten
Teil der äußeren Begrenzung 34 schwenkbar gelagert sein. Ebenfalls wäre es möglich, die Klappe 32
in einer Schiene ohne Gestänge, ähnlich wie einen Fahrstuhl, in den Expansionsraum 22 hinein- oder herausschiebbar
anzuordnen.
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Bei der Drehung des Rotors 2 befinden sich die Klappen
32 des Motors 1 in dem Expansionsraum 22 und nehmen die Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase auf. Hierdurch
führt der Rotor 2 eine Drehbewegung gegenüber dem Stator 3 aus, was zur Folge hat, daß, wie in Figur 5c
wiedergegeben ist, die Vorderkante 321 der Klappe 32 gegen die Rampe 24 anstößt und eine Rückklappbewegung
einleitet. In Figur 5c ist die Klappe 32 in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wiedergegeben. Die
Rückklappbewegung der Klappe 32 in den Stator 3 erfolgt durch swei in der Vorderkante 321 der Klappe 32 befindliche,
auf der Rampe 24 gleitende Gleitstifte 325.
In Figur 7 ist die Klappe 32 in vergrößerter Darstellung wiedergegeben. Die Klappe 32 ist vorzugsweise aus einem
im Motorenbau üblichen Leichtmetall gegossen. In der Vorderkante 321 befinden sich beispielsweise zwei Gleitstifte
325a, 325b. Während der in Figur 8a dargestellten freien Bewegung im Expansionsraum 22 berühren die
Gleitstifte 325a, b die innere Begrenzung 25 nicht. Erst beim Auflaufen der Klappe 32 auf die Rampe 24 bekommen
die Gleitstifte 325a, 325 b Berührungskontakt mit der inneren Begrenzung, wie dieses aus Figur 8b zu ersehen
ist und gleiten auf der Kante des Innenrings 261 entlang.
Durch diese nur sehr kurzfristige Berührung der Stifte 325a, b mit dem Innenring 261, 262 werden die
Gleitstifte nur sehr wenig beansprucht und haben daher eine sehr große Lebensdauer.
Da die Klappe 32 am Stator 3 gelagert ist, können im Falle eines zu starken Abriebs die Stifte 325a, b sehr
leicht nachgestellt bzw. nachjustiert werden. Bei einer zweiten Ausführungsform der Klappen 32 sind in der Vorderkante
321 auf der Rampe 24 abrollende Rädchen gela-
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gert. Ebenfalls können auf der gegenüberliegenden Kante 327 abrollende Bädchen angebracht sein, die beim Vorbeidrehen
der Brennkammer 23 bis zum Fall die Gleitreibung der Klappe 32 in Rollreibung umwandeln und so
das Klappenmaterial schonen. Gemäß einer dritten Variante ist in der Rampe 24 ein Laufrollenlager angeordnet,
auf dem 'die Vorderkante 321 der Klappe 32 direkt abrollen kann.
Die Figuren 9a, 9b zeigen die wesentlichen Dichtungselemente des Motors 1. Die Dichtungselemente müssen
einerseits den Expansionsraum 22 gegenüber dem Stator und die Klappen 32 gegenüber den Rotor 2 abdichten.
Figur 9a stellt einen Schnitt durch die Brennkammer sowie den Expansionsraum 22 nach der Linie IXa - IXa
von Figur 9b dar. Unterhalb der inneren Begrenzung 25 liegt die Dichtung 611 und zu beiden Seiten neben der
•Vorderkante der Brennkammer 23 jeweils eine Dichtleiste 612a, 612b und dichten den Expansionsraum 22 gegenüber
den Außenringen 51, 52 ab. Andererseits ist aber auch die Klappe 32 durch Dichtleisten 326a, 326b bei ihrer
Schwenkbewegung gegenüber den Außenringen 51, 52 abgedichtet. Es besteht bei dem Motor aber auch die Möglichkeit,
durch eine höhere Paßgenauigkeit von innerer Begrenzung 25, Brennkammer 23, Brennkammerblende 236 und
Klappe 32 auf die Dichtungen 611, 612a, b und 326a, b
ganz zu verzichten. Eine weitere Möglichkeit ist die, das innere Begrenzungsteil 25 und/oder die Klappe 32
aus selbstdichtendem Material herzustellen.
Die bisher beschriebene Motorversion kann man in bezug auf die Brennkammern 23 als die Konvex-Version des Motors
1 bezeichnen. Es ist aber auch möglich, die Brennkammern 23 am Stator 3 und die Klappen 32 am Rotor 2 zu
derartigen Motor kann man als die Konkav-
Version des Motors 1 bezüglich der Brennkammern 23 be»
Ferner ist ein Motor denkbar, bei dem der Ro= 2 stationär und der Stator 3 die Drehbewegung aus-
n hier von einer Umkehr der Rotor-Stator-Eigoasetsaft
sprsehen. Schließlich ist es auch denkbar,
dQH Motor 1 so %n gestalten, daE Stator 3 und Rotor1 2
als Ec©axi&!<3 Scheiben ausgebildet sind.
aus Figur 1 su entnehmen ist, befindet sich auf der
©linien Motorseite @in Kompressor BK, der die Brennstoff gas®ρ
vorzugsweise Wasserstoff, d«n Brennkammern 23 zuführt
und auf der anderen Motorseite ein Kompressor LK, d©r den Brennkammern 23 den zur Verbrennung notwendigen
Oxidator üub Beispiel in Form von Luft oder auch als
reinen'Sauerstoff zuführt.
Figur 10 zsigt einen Längsschnitt durch den Brennstoffkoapressor
BKp der jetzt das Bezugszeichen 7 erhält.
Der Kompressor 7 besteht hauptsächlich aus den zwei Gehäusoteilen
71 und 12 und der Turbinenachse 73. Das Gahäuseteil 71 ist feat mit der Rotorachse k verschraubt,
wohingegen der Gehäuseteil 72 am Stator 3 gelagert ist. Das Gehäuseteil 71 draht sich daher mit der Motordrehsahl«
In der Brennstoffkammer Ik befindet sich das Brennstoffgas, das diesem Raum über die Leitung 75 zugeführt
wird. Am Gehäuseteil 71 starr befestigt und in der Brennstoffkammer sich drehend, befinden sich Ladeschaufel«
711. Diese Schaufeln 711 können, da sie gegenüber
d@m Rotor 2 keine Relativdrehung ausführen, diesem auch
das Brennstoffgas nicht unter Druck zuführen. Sie versetzen jedoch das Gas in der Kamsaer Ik in eine Drehbewegung
und erzeugen einen Sog in der Brennstoffkammer.
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Anschließend wird das Brenngas den sowohl gegenüber dem
Rotor 2 als auch dem Stator 3 gegenüber eine Relativdrehung ausführenden Kompressorschaufeln 76 zugeführt. Die
Kompressorschaufeln 76 sind auf, der Turbinenachse 73 fixiert. In Figur 1 ist angegeben, wie die Kompressorachse
73 über ein Getriebe Gt1 vom Motor 1 bzw. Rotor 2 angetrieben wird. Das Getriebe Gt1 ist vorzugsweise ein
Untersetzergetriebe, so daß die Drehzahl der Kompressorachaufeln 77 zwischen "Null", der Drehzahl des Stators
3, und der Drehzahl des Rotors 2 liegt. Es ist aber durchaus möglich, das Getriebe Gt1 so auszubilden, daß
die Drehzahl der Turbinenachse 73 über der Motordrehzahl liegt. Dieses kann beispielsweise dann notwendig
sein, wenn es sich um einen sehr niedertourigen Motor handelt.
Von besonderer erfindungswesentlicher Bedeutung ist die Abdichtung der Brennstoffkammer 74 gegenüber dem sich
drehenden Gehäuseteil 71 und gegenüber der Kompressorachse
73 durch kreisringförmige Labyrinthdichtungen 771, 772, 773. Die Labyrinthdichtungen bestehen jeweils
aus den stationären kreisringförmigen Scheiben 771, 773, zwischen denen sich die sich mit der Motorwelle k drehende
kreisrin^förmige Scheibe 772-befindet. Zwischen
die drei Scheiben i3t außerdem ein Gleitmittel gegeben, dessen Viskosität mit der Drehzahlzunahrae zwar erhöht
wird, jedoch durch die Zunahme der Dichte, bedingt durch die gleichzeitige Zunahme der Zentrifugalkraft, ausgeglichen
wird. Durch diese Erhöhung der Dichte bei größerer Viskosität wird die Dichtwirkung der Labyrinthdichtung
erhöht, was besonders bei einer Verwendung von Wasserstoff als Brennstoffgas von großer Bedeutung ist.
Es ist auch nötig, die Scheiben 771, 773 aus ausdehnungskompensiertem
Bimaterial herzustellen, so daß in axialer
Richtung automatisch eine Anpassung an die Kompressorgehäuseausdehnung
erfolgt.
Figur 11 ist ein Querschnitt durch den Oxidatorkompressor
LK8 der jetzt das Bezugszeichen 8 erhält. Der Koiapr@ss"©r
8 ist so aufgebaut, daß er den Brennkammern 23 Luft 2uführt. Aus diesem Grund entfällt die bei dem
Bpenngaskoropressor 7 notwendige doppelte Abdichtung.
Koapressor 8 besteht aus den beiden Gehäuaeteilen 81,
82ο Das Gehäuseteil 81 ist fest mit der Rotorachse 4
varschraubt, wohingegen dae Gehäuseteil 82 am Stator 3 gelagert ist. Die Luft wird durch den Luftfilter 84 hin
durch von den Turbinenschaufeln 86 angesaugt. Die Komppessorschaufeln
86 sind auf der Turbinenachse 73 fixiart. In Figur 1 ist wiederum angegeben, wie die Kompressorachse
83 über ein Getriebe Gt2 vom Mtor 1 bzw.
Rotor 2 angetrieben wird. Das vorstehend in bezug auf das Getriebe Gt1 gesagt worden ist, gilt aucn für das
Getriebe Gt2. Es besteht noch die Möglichkeit, an mehreren Stellen im Luftstrom im Kompressor 8 eine Drossel
klappe anzubringen, um hierdurch eine weitere Steuerungsraöglichkeit für die zu den Brennkammern 23 geförderte
Luftmenge zu haben, um so das Verhältnis Hp :
Luft während des Motorbetriebs zu ändern.
Di© Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel des Motors 1 beschrieben,
jedoch können selbstverständlich durchaus noch eine Reihe von Änderungen und Abwandlungen vorgenommen
werden, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung überschritten wird.
Claims (1)
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Patentansprüche
mit einem im Querschnitt kreisfur-Eotor
und «inem den Rotor umgebenden kreisriag-
Stator {Innen läufer), dadurch gekennseich«
*in der Umfangsfläehe (21) des Rotors (2)
Ausnehmungen (22) als Exppnvorhanden
sind, &n deren einem Ende eine -{23) angeordnet ist und deren anderes
ein®. Rampe (24) ausläuft, and daß an der
131) des Stators (3) Klappen (32) sehwonk=
;®lag©rt sind, 9i@ in die Ausnehmungen (22) des
(2) sur Aufnahme der Kräfte der"expandierenden
¥©rbr@nnungsgaae hineinklappbar und durch die Rampe
- (24} in d©n Stator (3) rückklappbar sind (Konvex-
¥®raion des Motors bezüglich der BrennkammernI.
2. f«rbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch g@Kenn-
a©ichn©t, daß die Rotorachse (4) hohl ausgebildet
!0 ist und aus mehreren Achsteilen (41) besteht, die
durch iefoaleneleeente (451, 452) miteinander verbun-
3. ¥@g°br@?mungstBOtor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
daß die Brennstoffgftse durch die
ftotorachse (4) hindurch den Brennkammern (23)
zugeführt werden.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennkammer (23) mit Armen (43)
an den Armtrtgcrn (42) befestigt ist.
fertrennungsatotor nach den Ansprüchen 1 bis 49 dadurch
g©k®nrss©iehnet, am& sich zwischen jeweils swei
kammern der Expanflionsraum (22) erstreckt, der zur
Rotorachae (4) hin durch ein inneres Begrenzungsteil
(25), in axialer Richtung durch zwei Außenringe (51, 52) und zum Stator (3) hin durch ein äußeres Begren-5'
zungsteil (34) begrenzt ist.
6. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) jeweils durch
zwei Außenringträger (61, 62) im Stator (3) fixiert und gelagert.ist.
7. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dera'inneren Begrenzungsteil
(25) und den Brennkammern (23) einerseits und den Außenringen (51, 52) andererseits Dichtungen
(611, 612) und zwischen der Klappe (32) einerseits und den Außenringen (51, 52) andererseits Dichtungen
(326 a, 326 b) angeordnet sind.
8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtungen aus ausdehnungskompensiertem Bimaterial bestehen.
9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, «daß das innere Begrenzungsteil (25) und/
oder die Klappe (32) aus selbatdichtendera Material bestehen.
10. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stator (3) bzw. Klappenträger aus Lamellen (35), Distanzteilen (36) zwischen
den Lamellen (35) und den Stator (3) durchsetzenden Verbindungsbolzen (37) besteht.
11. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stator (3) bzw. Klappenträgar aus kreisabschnittsförmigen, durch
Fixierungen susamraengehaltenen Segmenten besteht..
•5
ο ¥erbr©nnungsiBotor nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnete daß der Stator bzw. Klappenträger (3) auf seiner Innenseite 31 Ausnehmungen
(33)p vorzugsweise formschlüssige Ausnehmungen für
die Aufnahme der Klappen (32) aufweist.
13„ Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (32) zum Expansionsrausa (22) hin die Form eines Spoilers
haben.
14„ Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Klappe (32) an einem Klappengestänge (322, 323) schwenkbar gelagert ist.
20
ο Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das Klappengestänge (322, 323) aus mindestens einem geraden Hebel (322) und zwei Kniehebeln
(323) oder zwei geraden und einem Kniehebel besteht.
16. Verbrennungsmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung der Klappe (32)
in den Expansionsraum (22) hinein durch eine an den Kniehebel (323) angeformte und an die Klappe (32)
in der abgesenkten Stellung anschlagende Anschlagnase (32^) begrenzt ist.
17. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Klappe (32) durch ein
* Klappengestänge und einen schwenkbar ausgebildeten
Teil <ler äußeren Begrenzung (34) schwenkbar gelagert
ist.
18. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (32) an einer
* in radialer Richtung verlaufenden Einrichtung in den Expansionsraum (22) hinein- und herausschiebbar ist.
19· Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückklappbewegung der Klappe (32) in den Stator (3) durch zwei in der Vorderkante
(321) der Klappe (32) befindliche und auf der Rampe (24) gleitende Gleitstifte (325a, 325b)
erfolgt.
20. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rückklappbewegung der Klappe (32) in den Stator (3) durch zwei in der Vorderkante
(321) der Klappe (32) gelagerte und auf der Rampe (24) abrollende Rädchen erfolgt.
21. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Rampe (24) ein Laufrollenlager angeordnet ist, auf dem die Vorderkante
(321) der Klappe (32) direkt abrollt.
22. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (23) am
Stator (3) und die Klappen (32) am Rotor (2) gelagert sind (Konkav-Verelon des Motors bezüglich der Brennkammern
) .
- 26 -
23» ?©rbrennungamotor nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rotor (2) stationär und der Stator (3) die Drehbewegung ausführt (Umkehr
der Stator-Rotor-Eigenschaft). 5
» 24 ο ^erbr©nnungafflotor nach den Anaprüchen 1 bis 21 und
.23", dadurch gekennzeichnet', daß der Stator (3) und
UQf Rotor (2) als koaxiale Scheiben ausgebildet
sind,
10
10
25. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 2A9
dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rotorachse (4) aJLndestens ein Kompressor (7) mit einer relativen
Drehgeschwindigkeit der Schaufeln (76$ sowohl gegenüber
deaa Stator (3) als auch gegenüber dem Rotor (2) gelagert ist.
26ο Verbrennungsmotor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß Ladeschaufeln (711), die an dem mit der Rotorgeschwindigkeit sich drehenden Kompressorteil
(71) befestigt sind, aus der am Stator (3) befestigten Brennstoff kammer (7M heraus eine Vorlades
Brenngases bewirkt.
27. Verbrennungsmotor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngase durch die Ladeschaufeln
(711) den sowohl gegenüber dem Rotor (2) als auch
dem Stator (3) gegenüber eine Relativbewegung ausführenden KompreaaorschaufeMM76) zugeführt werden.
28. Verbrennungsmotor nach Anspruch 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daft die Turbinenachse (73) durch ein
über- oder Untersetzungsgetriebe (GT1) vobü Rotor (2)
angetrieben wird (Fig. 1, 10).
29. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 24 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennstoffkammer (74)
durch kreisringförmige Labyrinthdichtungen (781, 782),zwischen denen sich ein Gleitmittel befindet,
gegenüber den sich drehenden Kompressorteilen (71, 76) abgedichtet ist.
30. Verbrennungsmotor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Labyrinthdichtungen (781, 782,
783) aus auedehnungskompensiertem Biraaterial bestehen,
wodurch in axialer Richtung eine Anpassung an die Kompressorgehäuseausdehnung erfolgt.
31. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 21 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (3) und
der Rotor (2) linear ausgebildet sind (Linearmotor).
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