DE3626084A1 - Rotationsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine mit zwei Rotationskörpern mit parallelen Drehachsen, wobei die Rotationskörper direkt mit ihren Umfangsflächen oder/und an zugeordneten Teilkreisen einer Umfangsverzahnung aufeinander abrollen und über eine Verzahnung drehbar miteinander zwangsverbunden sind und wobei die freie Umfangsoberfläche der Rotationskörper soweit wie möglich äquidistant von einem Gehäuse umschlossen wird und wobei das Gehäuse gegen die Stirnseiten der Rotationskörper abgedichtet ist und einen Einlaß und einen Auslaß aufweist.

Einrichtungen der oben beschriebenen Art sind bereits bekannt geworden mit der DE-OS 21 03 837.
Eine solche Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das Druckmedium auf der Einlaßseite über ein gesondertes Steuerventil gesteuert werden muß. In der in Fig. 2 dargestellten Drehwinkellage der Rotationskolben und auch bereits früher, würde sonst einströmendes Druckmedium um die Rotationskolben herum einfach in den Auslaß strömen. Darüber hinaus ist eine solche Einheit nicht gleichzeitig auch als Kompressor verwertbar und sie kann insbesondere nicht eingesetzt werden als selbständiger Verbrennungsmotor oder als Baugruppe eines Verbrennungsmotors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, die sowohl als druckmittelbetriebener Motor als auch als Kompressor als auch bei Bedarf als Verbrennungsmotor, sei es als selbständiger Verbrennungsmotor, sei es als Baugruppe eines Verbrennungsmotors, arbeiten kann. Hierbei soll insbesondere ein hoher Drehzahlbereich der Einrichtung ohne unangenehme Schwingungen erreicht werden.

Diese Aufgabe ist bei einer Rotationsmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß beide Rotationskörper gleichmäßig am Umfang verteilt und in gleichen Umfangsabständen mindestens zwei lamellenartig ausgebildete Dichtstege zur Abdichtung gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche und allen Dichtstegen am jeweils anderen Rotationskörper zugeordnete, an den Dichtstegen nicht dichtende Vertiefungen aufweisen. Auf diese Art und Weise sind die Massen der Rotationskörper ausgeglichen und können Schwingungen bei hohen Drehzahlen nicht auslösen. Aufgrund der Tatsache, daß mindestens zwei lamellenartig ausgebildete Dichtstege vorgesehen sind, gelingt es, sowohl einen Kompressorbetrieb als auch einen Motorbetrieb durchzuführen. Gleichzeitig werden hierdurch ausgeglichene Massen erreicht. Hierbei ist noch wichtig, daß die Dichtstege lamellenartig ausgebildet sind, weil hierdurch eine besser dichtende Kante bei geringeren Massen erreicht wird. Außerdem sind die konstruktiven Maßnahmen, die notwendig sind um den Durchgang des Dichtsteges durch den Kontaktbereich der beiden Walzen zu ermögliche, einfacher. Ein Abwälzen der Dichtstege aufeinander in diesem Durchgangsbereich kann vermieden werden. Außerdem ist es nicht erforderlich, daß der jeweilige Dichtsteg im Durchgangsbereich gegenüber dem anderen Rotationskörper radial dichtet. Es kann also im jeweils anderen Rotationskörper eine genügend groß bemessene Vertiefung für den Dichtsteg vorgesehen sein, die keiner genau angepaßten Kontur bedarf.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß für den Fall, daß eine solche Einrichtung nach der Erfindung im Kompressorbetrieb betrieben werden soll, stirnseitig im Gehäuseteil des nachlaufenden Rotationskörpers und im Überdeckungsbereich der den Dichtstegen zugeordneten Vertiefungen ein Auslaßschlitz vorgesehen ist, dessen Ende so liegt, daß er vollkommen verschlossen ist, wenn in Kompressionsrichtung der zugeordnete Dichtsteg des vorlaufenden Rotors die Gehäuseumfangsinnenfläche verläßt. Hierdurch gelingt es mit den ohnehin notwendigen Vertiefungen, in die ja die Dichtstege des jeweils anderen Rotationskörpers eintauchen müssen, den Auslaß einer solchen Einrichtung zu steuern, ohne daß irgendwelche zusätzlichen Maßnahmen erforderlich wären.

Weiterhin ist nach der Erfindung für den Fall, daß eine erfindungsgemäße Einrichtung im Motorbetrieb betrieben werden soll, vorgeschlagen, daß stirnseitig mindestens im Gehäuseteil des vorlaufenden Rotationskörpers und im Überdeckungsbereich der den Dichtstegen zugeordneten Vertiefungen ein Einlaßschlitz vorgesehen ist, dessen Anfang so liegt, daß die Öffnung beginnt, wenn die den Einlaßraum begrenzenden Dichtstege nach ihrem Durchtritt durch den Abwälzbereich zwischen beiden Rotationskörpern wieder beide an der Gehäuseumfangsinnenfläche abdichten. Mit den selben einfachen Mitteln, mit denen vorher der Auslaßschlitz gesteuert wird, wird nunmehr auch der Einlaß gesteuert. Irgendwelche weiteren besonderen Maßnahmen sind nicht erforderlich.

Es ist weiterhin nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß die Dichtstege entgegen der Drehrichtung des zugeordneten Rotationskörpers leicht geneigt angeordnet sind. Hierdurch wird eine bessere Abdichtung insbesondere im Motorbetrieb erreicht, weil der die Rotationskörper über die Dichtstege treibende Druck die Dichtstege aufrichten will und damit gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche preßt. Dies hat zur Folge, daß die Dichtigkeit um so größer ist, je größer der Arbeitsdruck ist.

Es ist weiterhin nach der Erfindung noch vorgesehen, daß eine Einrichtung für Kompressorbetrieb und eine Einrichtung für Motorbetrieb derart zu einer Einheit zusammengefaßt ssnd, daß die parallelen Drehachsen durch beide Gehäuse hindurch gehen und im jeweiligen Gehäuse den zugeordneten Rotationskörper tragen, wobei zwischen beiden Gehäusen eine Brennkammer mit Zündeinrichtung vorgesehen ist. Hierdurch ist im wesentlichen mit gleichen Bauteilen und auf einfachste Weise ein kompressorbetriebener Verbrennungsmotor geschaffen. Kompressor als auch Motor haben weitgehend übereinstimmende Bauteile. Es ist aber natürlich auch möglich, und hierauf sei besonders hingewiesen, die Größenordnung der beiden Bestandteile, Motor einerseits und Kompressor andererseits, unterschiedlich zu gestalten. Auch ist es natürlich möglich, in jeder Einrichtung oder in einer Einrichtung den Durchmesser der beiden Rotationskörper einer Einrichtung unterschiedlich zu gestalten. Der Umfangsweg zwischen zwei Dichtstegen muß jedoch gleich gehalten werden.

Ergänzend wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß der Einlaß der Brennkammer vom nachlaufenden Rotationskörper der Kompressoreinrichtung und der Auslaß der Brennkammer vom vorlaufenden Rotationskörper der Motoreinrichtung gesteuert wird. Dies ist die denkbar einfachste Möglichkeit der Steuerung und es sind irgendwelche Zusatzeinrichtungen nicht mehr erforderlich.

Ergänzend ist nach der Erfindung noch vorgesehen, daß bei der Einrichtung für Motorbetrieb die Dichtstege mit Düsenbohrungen mit einer Austrittsrichtung mit mindestens tangentialer Komponente ausgestattet sind, deren Eintrittsöffnungen mit einer dem jeweiligen Dichtsteg zugeordneten, im Rotationskörper vorgesehenen Axialbohrung verbunden sind, wobei eine Stirnöffnung der Axialbohrung den jeweiligen Einlaßschlitz steuert. Hierdurch kann der Wirkungsgrad einer als Motor betriebenen erfindungsgemäßen Einrichtung verbessert werden. Gleichzeitig wird an den Dichtstegen die Abdichtung verbessert.

Ergänzend wird noch vorgeschlagen, daß die Brennkammer mit einer Einspritzeinrichtung für Brennstoff ausgestattet ist. Dies ist ohne weiteres möglich und es gelingt hierdurch, die erfindungsgemäße Einrichtung auch als Einspritzverbrennungsmotor zu betreiben.

In weiterer Ausgestaltung ist nach der Erfingung noch vorgeschlagen, daß Einlaß und Auslaß über eine Zwischenkammer miteinander verbunden sind, wobei in Drehrichtung der Teil des Gehäuses, der für die Expansion genutzt wird, wärmeisoliert ist, während der Rest des Gehäuses als Kühleinrichtung gestaltet ist und wobei die Zwischenkammer eine Einrichtung zur Einbringung von Wärmeenergie aufweist. Auf diese Art und Weise kann eine einzelne Einrichtung im geschlossenen Kreislauf als Motor betrieben werden. Das Druckmedium, beispielsweise Luft, wird in der Zwischenkammer über eine Einrichtung zur Einbringung von Wärmeenergie genügend schnell aufgeheizt und in die Rotationsmaschine eingelassen. Die Rotationskörper werden hierdurch drehangetrieben und es sorgt hierbei die Wärmeisolierung in diesem Bereich dafür, daß die Wärmeabstrahlung, also der Wärmeverlust, möglichst gering gehalten wird. Wenn genügend weit expandiert ist, gerät die vorher erhitzte Luft in einen gekühlten Bereich der erfindungsgemäßen Einrichtung und wird weiter abgekühlt und gleichzeitig wieder in die Zwischenkammer hineingedrückt. Ist dieser Vorgang abgeschlossen, so ist die Zwischenkammer eine kurze Zeit sowohl einlaßseitig als auch auslaßseitig von den Rotationskörpern geschlossen und es wird erneut Wärmeeneregie in die Zwischenkammer eingebracht, wodurch sich dort der Druck des Druckmediums steigert und es wird nunmehr das unter hohem Druck stehende Druckmedium wiederum in die Rotationsmaschine eingelassen und der beschriebene Kreislauf beginnt von neuem. Es ist auf diese Art und Weise ein vollkommen geschlossener Betrieb möglich. Außer Wärmeenergie wird nichts eingebracht und muß nichts entfernt oder entgiftet werden. Auch besteht keine Funkengefahr.

Auch ist nach der Erfindung noch vorgesehen, daß mindestens im Einlaufbereich des vorlaufenden Dichtungssteges in Umlaufrichtung über den Drehwinkel des Vorlaufs an der Gehäuseumfangsinnenfläche eine Ausnehmung vorgesehen ist. Auf diese Art und Weise wird erreicht, daß in diesem Bereich der jeweils zur Anlage an der Gehäuseumfangsinnenfläche ankommende Dichtsteg der beiden Rotationskörper dort gleichzeitig zur Anlage kommen und nicht der eine Dichtungssteg bereits abdichtet während der andere noch offen ist.

Ebenso ist nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Dichtstege mindestens an der der Gehäuseumfangsinnenfläche zugewandten Stirnseite eine elastisch beweglich angeordnete Abdeckung dieser Stirnseite aufweisen, derart, daß die Abdeckung vom Druckmedium einseitig angehoben werden kann. Durch diese Möglichkeit wird vom Druckraum her diese Abdeckung gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche gepresst und dichtet ab. Dabei ist die Abdichtung umso wirkungsvoller je größer der Druck im Druckraum ist.

Ergänzend ist nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß jeder Dichtsteg zur Druckseite hin offene Druckführungsbohrungen, die zur elastischen Abdeckung führen, aufweist. Hierdurch wird eine schnell wirksame und zusätzliche Beaufschlagungsfläche geschaffen.

In weiterer Ausgestaltung ist nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß die Druckführungsbohrungen an ihrem der Abdeckung zugewandten Ende über eine zur Abdeckung hin offene Nut miteinander verbunden sind. Hierdruch erfolgt eine rasche Druckverteilung und damit eine rasche Abdichtung.

Schließlich ist nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß die elastische Abdeckung an ihrer der Druckseite abgewandten Längseite mit dem Dichtsteg elastisch verbunden und zur Druckseite hin ohne Verbindung mit dem Dichtsteg ist. Durch eine solche elastische Verbindung wird ein absolut dichter Übergang zwischen Abdeckung und Dichtsteg erreicht. Die elastische Verbindung kann hierbei auch so gestaltet sein, daß die Fliehkraft die Abdeckung noch nicht anhebt.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Rotationsmaschine.

Fig. 2 Ausschnitt der Dichtungssteganlage.

Fig. 3 Querschnitt wie Fig. 1, jedoch mit verzahnten Rotationskörpern

Fig. 4 Querschnitt wie Fig. 1, jedoch mit Steuerschlitzen für Kompressorbetrieb

Fig. 5 Seitenansicht einer kombinierten Kompressor-Motor-Einrichtung

Fig. 6 Draufsicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung für geschlossenen Betrieb

Fig. 7 Einzelansicht eines Dichtsteges mit Austrittsdüsen

Fig. 8 Ansicht in Richtung des Pfeils A nach Fig. 6

Fig. 9 Ausschnitt einer Dichtleiste in Seitenansicht

Fig. 10 Ausschnittvergrößerung des Dichtleistenkopfes nach Fig. 9

Fig. 11 Ansicht in Richtung des Pfeils A nach Fig. 9

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor 32. Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung, ausgebildet als Kompressor 31. Die beiden Einrichtungen unterscheiden sich lediglich durch die Lage ihrer Auslaß- und Einlaßöffnungen. Damit ist es prinzipiell möglich, durch den Austausch der hier nicht näher bezeichneten Gehäusedeckel, in denen die Einlaß- und Auslaßöffnungen angeordnet sind, die erfindungsgemäße Einrichtung von Motorbetrieb auf Kompressorbetrieb und umgekehrt umzurüsten. Bei einer Einrichtung nach Fig. 1 für Motorbetrieb, weist der Gehäusedeckel im Gehäuseteil 26′ einen Einlaßschlitz 29 auf, der von der Stirnseite des Rotationskörpers 2 verschlossen wird. Das gesamte Gehäuse 36 weist 2 Rotationskörper 1 und 2 mit parallelen Rotationsachsen auf. Die gleichen Rotationskörper 1 und 2 weist auch das Gehäuse 35 des Kompressors 31 auf. Da es sich in beiden Fällen um die gleichen Rotationskörper 1 und 2 handelt, weisen auch die genannten Rotationskörper in beiden Fällen die Dichtstege 7 bis 10 auf. Diese Dichtstege 7 bis 10 sind je als Lamelle ausgebildet und in sich diametral gegenüberliegender Anordnung an den Rotationskörpern befestigt. Ihre radiale Ausdehnung ist so, daß sie mit ihrer äußeren radialen Kante gegen die Gehäuseumfangsinnenflächen 15 abdichten. Vorzugsweise sind diese Dichtstege, wie Fig. 2 zeigt, entgegen der von Pfeil 49 angedeuteten Drehrichtung leicht geneigt angeordnet. Hierdurch wird erreicht daß dann, wenn sich in Richtung des Pfeiles 49 ein Druck aufbaut, der Dichtsteg 7 von diesem Druck aufgerichtet und damit gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche 15 angepreßt wird, wodurch eine Verbesserung der Abdichtung erreicht wird.

Es ist nicht zwingend erforderlich, daß die Dichtstege 7 bis 10 jeweils in sich diametral gegenüberliegender Anordnung an ihrem zugeordneten Rotationskörper 1 bzw. 2 angeordnet sind, jedoch ist es erforderlich, daß der Umfangsabstand 5 bzw. 6 zwischen den Dichtstegen 7 bis 10 an beiden Rotationskörpern 1 und 2 jeweils gleich ist.

Den Dichtstegen 7 bis 10 benachbart sind Vertiefungen oder Rillen 17 bis 20 vorgesehen. In diese Vertiefungen 17 bis 20 können während der Umdrehung der Rotationskörper 1 und 2 die darauf angeordneten Dichtstege 7 bis 10 eintauchen, so daß ähnlich wie bei einem Zahnrad der jeweilige Dichtsteg als Zahn eine Zahnlücke in Form einer der genannten Vertiefungen vorfindet. Die Drehwinkellage der Rotationskörper 1 und 2 zueinander muß daher natürlich so sein, daß der jeweilige Dichtsteg während der Umdrehung auch tatsächlich die zugeordnete Vertiefung am anderen Rotationskörper trifft. Bei den Einrichtungen 31 und 32 sind die Rotationskörper 1 und 2 als Walzen ausgebildet, die so angeordnet sind, daß sie aufeinaner abrollen. Die aufeinander abrollenden Rotationskörper 1 und 2 haben Linienberührung miteinander, wobei diese Berührungslinie gleichzeitig als Dichtkante arbeitet. Damit die Drehwinkellage der Rotationskörper 1 und 2 zueinander erhalten bleibt, muß eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden genannten Rotationskörpern hergestellt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß außerhalb der zugeordneten Gehäuse auf den parallel zueinander liegenden Drehachsen der Rotationskörper miteinander kämmende Zahnräder vorgesehen werden. Eine ungewollte Verdrehung der Rotationskörper zueinander ist dann ausgeschlossen. Es ist aber ebensogut möglich - wie dies Fig. 3 zeigt - die Rotationskörper selbst an ihrem Umfang mit einem Zahnkranz zu versehen, der sich auch über die gesamte Breite der Rotationskörper erstrecken kann. Es entstehen dann die Rotationskörper 3 und 4, die in der zu den Fig. 1 und 4 bereits beschriebenen Weise in einem dort bereits beschriebenen Gehäuse drehbar angeordnet sind. Auch diese Rotationskörper 3 und 4 weisen dann wieder lamellenartig ausgebildete Dichtstege 11 bis 14 auf, die den bereits beschriebenen Dichtstegen 7 bis 10 entsprechen. Diese Dichtstege 11 bis 14 dichten an ihrer radialen Außenkante wiederum an der Gehäuseumfangsinnenfläche 16 ab.

In der bereits zu den Fig. 1 und 4 beschriebenen Weise ist benachbart zu den Dichtstegen 11 bis 14 jeweils wieder eine Vertiefung 21 bis 24 vorgesehen für den Durchtritt des jeweiligen Dichtsteges 11 bis 14 des jeweils anderen Rotationskörpers.

Die aufeinander abwälzenden Zähne der Rotationskörper 3 und 4 bilden einen Dichtkante. Während des Durchgangs eines Dichtsteges durch diesen Bereich der Dichtkante, so wie in Fig. 3 mit den Dichtstegen 11 und 13 und den zugeordneten Vertiefungen 23 und 22 dargestellt, ist eine Abdichtung nicht erforderlich. Es ist hier im Gegenteil günstig, wenn zwischen den beiden durch die Dichtkante der beiden Rotationskörper getrennten Räumen der Gehäuse 35 bzw. 36 während des genannten Durchganges der Dichtstege durch diesen Dichtbereich ein Druckausgleich stattfindet. Die Einrichtung nach Fig. 3 kann sowohl als Motor als auch als Kompressor Verwendung finden. Ob die Einrichtung als Motor oder Kompressor betrieben wird, hängt lediglich von der Lage der Ein- und Auslaßöffnungen ab. Diese Funktion soll wieder anhand der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 4 beschrieben werden.

Bei einer Einrichtung nach Fig. 1 für Motorbetrieb, ist der im Gehäuseteil 26′ vorgesehene Einlaßschlitz 29 von der Stirnseite des Rotationskörpers 2 abgedeckt. Während des Betriebes drehen sich die Rotationskörper 1 und 2 in Richtung des Pfeils 52. Die in Fig. 1 dargestellte Position der Rotationskörper 1 und 2 zeigt den Beginn des Einlasses eines unter Druck stehenden Mediums. Der Einlaßraum 30 wird hierbei gerade gebildet und abgedichtet von den Dichtstegen 9 und 7, die gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche abdichten und von der Dichtstelle 53 zwischen den sich aufeinander abwälzenden Rotationskörpern 1 und 2. Die Vertiefung 17 benachbart zum Dichtsteg 7, die kurz vorher dem Dichtsteg 9 den Durchtritt durch die Dichtstelle 53 ermöglicht hat, öffnet nunmehr im Verlauf der weiteren Drehung des Rotationskörpers 2 in Richtung des Pfeils 52 gerade den Einlaßschlitz 29, so daß, beginnend in dem gezeichneten Zustand, das unter Druck stehende Medium in den Einlaßraum 30 einströmen kann. Ein solches Druckmedium muß nicht unbedingt beispielsweise Preßluft sein, die von einem Kompressor geliefert wird, sondern es kann sich auch um Verbrennungsgase handeln, so daß die Einrichtung als Verbrennungsmotor betrieben werden kann. Das eingelassene Druckmedium will nun expandieren und treibt daher die Dichtstege 7 und 9 in Drehrichtung der Pfeile 52 so lange rund, bis die Dichtstege 7 und 9 die Position der Dichtstege 8 und 10 erreicht haben. Das dann weitgehend expandierte Medium ist dann zwischen den Dichtstegen 7 und 8 bzw. 9 und 10 gefangen. Eine weitere Expansion ist daher nicht möglich. Falls es sich bei dem expandierten Medium um heiße Verbrennungsgase handelt, kann es vorteilhaft sein, im Bereich des Dichtsteges 8 und 10 eine Auslaßöffnung 54 bzw. 54′ vorzusehen zur thermischen Entlastung des Motors. Für die Funktion des Motors zwingend notwendig sind jedoch diese Auslaßöffnungen 54 und 54′ nicht.

Während der Drehung des Rotationskörpers 2, wandert die Vertiefung 17 über die gesamte Länge des Einlaßschlitzes 29 hinweg, so daß bei Überschreiten der Länge des Einlaßschlitzes 29 dieser wieder von einer Stirnseite des Rotationskörpers 2 geschlossen wird. Es findet ab jetzt eine Expansion des eingelassenen Druckmediums statt, ohne daß weiteres Druckmedium nachgeliefert wird.

Seitlich im Bereich zwischen den beiden Rotationskörpern 1 und 2 weist das Gehäuse 36 stirnseitig einen Auslaß 50 auf. Das aus einem vorangehenden Arbeitstakt in Drehrichtung vor den Dichtstegen 8 und 10 stehende Medium wird von diesen Dichtstegen bei weiterer Drehung der Rotationskörper 1 und 2 durch diesen Auslaß 50 ausgeschoben. Hierbei überstreichen die Dichtstege 8 und 10 die Öffnung des Auslasses 50 und es taucht bei weiterer Drehung zunächst der Dichtsteg 8 in die Vertiefung 20 und unmittelbar nachfolgend der Dichtsteg 10 in die Vertiefung 18. Während dieses Durchtrittes findet keine Abdichtung der Dichtstege in den Vertiefungen statt und es ist eine solche Abdichtung auch nicht erforderlich. Bei genügender Strömungsgeschwindigkeit der ausgeschobenen Gassäule, kann hierdurch sogar im Einlaßbereich ein Unterdruck erzeugt werden.

Eine weitere Drehung der Rotationskörper 1 und 2 führt dann die Dichtstege 8 und 10 wiederum weiter in die Position der Dichtstege 9 und 7 nach der Darstellung in Fig. 1 und ein Arbeitsprozeß kann wieder beginnen. Es sorgt hierbei die Ausnehmung 48 im Gehäuseteil 26′ dafür, daß jeweils beide Dichtstege 7 und 9 bzw. 8 und 10 zum gleichen Zeitpunkt radial gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche abdichten. Hierdurch kann verhindert werden, daß vor dem Dichtsteg 10 aufgrund der früher eintretenden Abdichtung des Dichtsteges 7 ein Unterdruck erzeugt wird.

Es ist auch möglich, einen solchen Motor nach Fig. 1 in einem geschlossenen Kreislauf zu betreiben, wobei dann der Auslaß 50 über eine Zwischenkammer 45 mit dem Einlaßschlitz 29 verbunden sein muß, wie dies in den Fig. 6 und 8 dargestellt ist. Die Zwischenkammer 45 ist hierbei mit einer Einrichtung 55 zur Lieferung von Wärmeenergie verbunden, so daß ein Druckmedium, beispielsweise Luft, das sich in der Zwischenkammer 45 befindet und dort eingeschlossen ist rasch aufgeheizt werden kann. Hierzu darf allerdings der Auslaß nicht so liegen wie in Fig. 1 der Auslaß 50, sondern es muß für einen solchen Betriebsfall vielmehr ein Auslaßschlitz vorgesehen sein, so wie der Auslaßschlitz 28 nach der Bauart der Fig. 4. Hierauf wird bei der Beschreibung der Bauart der Fig. 4 noch eingegangen. Diese Lage des Auslaßschlitzes bei einer Einrichtung nach Fig. 1 vorausgesetzt, wobei dann dort der Auslaß 50 und die Auslässe 54 und 54′ fehlen, wäre in der in Fig. 1 dargestellten Drehposition der Auslaß geschlossen und es würde der Einlaßschlitz 21 gerade eben von der Vertiefung 17 geöffnet. Unmittelbar vor dieser Drehstellung oder auch in diesem Augenblick, wird über die Einrichtung 55 genügend schnell und in genügendem Umfang Wärmeenergie in die Zwischenkammer 45 eingebracht, so daß die dort befindliche Luft ausreichend schnell hoch erhitzt wird. Hierdurch will sie sich ausdehnen und es entsteht in der Zwischenkammer 45 ein großer Druck, der über den Einlaßschlitz 29 in den Einlaßraum 30 des Motors 32 einströmen kann.

Damit eine Überdeckung des Einlaßschlitzes 29 mit einem Auslaßschlitz in der Anordnung nach Fig. 4 verhindert wird, muß für einen solchen geschlossenen Kreislauf der Einlaßschlitz 29 ebenso wie der entsprechende Auslaßschlitz kürzer gewählt werden, so daß nicht sowohl Einlaßschlitz als auch Auslaßschlitz gleichzeitig offen sein können. Das erhitzte Druckmedium strömt somit in den Einlaßraum 30 ein und treibt den Motor an. Hierbei wandert die Vertiefung 17 über den entsprechend verkürzten Einlaßschlitz 29 hinweg, so daß der Einlaßschlitz 29 von der Stirnseite des Rotationskörpers 2 wieder geschlossen wird, so daß das eingelassene Druckmedium ohne weitere Nachlieferung von Druckmedium expandieren kann. In diesem Bereich ist der Motor 32 mit einer Wärmeisolierung 46 versehen, so daß ein Leistungsverlust durch Wärmeabstrahlung so gering wie möglich gehalten werden kann.

Nach ausreichender Expansion wird ein Gehäusebereich erreicht der eine Kühleinrichtung 47 aufweist. In diesem Bereich wird das Druckmedium möglichst schnell gekühlt und es wird der entsprechend verkürzte Auslaßschlitz geöffnet und das möglichst weit abgekühlte Druckmedium zurück in die Zwischenkammer 45 ausgeschoben. Es kann nun erneut die notwendige Arbeitsenergie über die Einrichtung 55 zur Lieferung von Wärmeenergie dem Druckmedium zugeführt werden, so daß durch Öffnen des Einlaßschlitzes 29 ein neuer Arbeitstakt beginnen kann.

Der Betrieb im geschlossenen Kreislauf nach den Fig. 6 und 8 kann auch in der Bauform nach Fig. 1 mit der dortigen Lage des Auslasses 50 durchgeführt werden, wenn der Auslaß 50 über ein Rückschlagventil verfügt. Ein Zurückdrücken des unter Druck stehenden Mediums in den Auslaßbereich wird dann durch dieses Rückschlagventil verhindert. Ein Einschieben des auzudrückenden Mediums in die Zwischenkammer 45 ist erst möglich, wenn dort der Druck entsprechend weit abgesunken oder auf der Auslaßseite des Motors 32 entsprechend weit angestiegen ist, so daß das Rückschlagventil durchströmt werden kann.

Bei Motorbetrieb ist es auch denkbar, die Dichtstege 7 bis 14 in der Bauart des Dichtsteges 39 nach Fig. 7 auszuführen. Der Dichtsteg 39 weist hierbei radial gerichtete Düsenbohrungen 40 auf, deren Austrittsrichtung 41 mindestens eine tangentiale Komponente aufweist. Hierdruch wird einerseits die Dichtung verbessert und andererseits der Wirkungsgrad der Einrichtung verbessert. Die Düsenbohrungen 40 münden mit ihrer Eintrittsöffnung 42 in einer im Rotationskörper 1 bzw. 2 angeordneten Axialbohrung 43, die mit mindestens einer offenen Stirnseite gegen die Stirnwand des Gehäuses abdichtet bzw. über einen Einlaßschlitz 29′ wandert in der selben Funktion wie vorher beschrieben zur Vertiefung 17 und dem Einlaßschlitz 29. Der Einlaßschlitz 29′ muß daher radial weiter nach innen liegen als der Einlaßschlitz 29. Der übrige Aufbau der Einrichtung bleibt unverändert.

Soll die Einrichtung als Kompressor 31 arbeiten, so sind nur geringfügige Änderungen notwendig, wie dies auf Anhieb Fig. 4 im Vergleich zu Fig. 1 erkennen läßt. Der Kompressor 31 weist seitlich im Bereich zwischen den Rotationskörpern 1 und 2, die in der bereits beschriebenen Weise gestaltet sind, stirnseitig im Gehäuse den Einlaß 51 auf. Das Gehäuse 35 setzt sich zusammen aus den Gehäuseteilen 26 und 25. Hierbei ist der Rotationskörper 1 im Gehäuseteil 25 und der Rotationskörper 2 im Gehäuseteil 26 in bereits beschriebener Weise drehbar gelagert und es dichten die Dichtstege 7 bis 10 gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche 15 ab.

Im Kompressorbetrieb muß die erfindungsgemäße Einrichtung von außen angetrieben werden, so daß die Rotationskörper 1 und 2 sich in Richtung des Pfeiles 27, der auch gleichzeitig die Kompressionsrichtung anzeigt, drehen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß während dieser Drehbewegung die Dichtstege 7 und 9 ein zu komprimierendes Medium über den Einlaß 51 ansaugen. Auch hier wird ein Übertritt zur Kompressionsseite oder umgekehrt durch die zu Fig. 1 bereits beschriebene Dichtstelle 53 verhindert. Bei weiterer Drehung in der von den Pfeilen 27 angedeuteten Richtung bewegen sich die Dichtleisten 8 und 10 durch die Dichtstelle 53 hindurch und dichten kurz danach an der Gehäuseumfangsinnenseite 15 der Ansaugseite ab, so daß eine Drehstellung erreicht ist, wie sie in Fig. 1 am Beispiel des Motors dargestellt ist. Es ist dann das vorher von den Dichtstegen 9 und 7 angesaugte Medium zwischen den Dichtstegen 9 und 10 einerseits und den Dichtstegen 7 und 8 andererseits gefangen. Auf der Rückseite der Dichtstege 10 bzw. 8 wird erneut angesaugt.

Zur Erläuterung des Kompressionsvorganges sei wieder auf die Darstellung nach Fig. 4 verwiesen. Auf einer Stirnseite des Gehäuseteils 25 ist der Auslaßschlitz 28 vorgesehen so, daß er von den Vertiefungen 19 und 20 überstrichen werden kann. In der Darstellung nach Fig. 4 ist der Auslaßschlitz 28 von einer Stirnseite des Rotationskörpers 1 vollständig verschlossen. Er bleibt auch zunächst während der weiteren Drehung der Rotationskörper 1 und 2 in Richtung der Pfeile 27 geschlossen, bis die Dichtstege 8 und 10 die Dichtstelle 53 passiert haben und auf der anderen Seite wieder an der Gehäuseumfangsinnenwand anliegen. Nach kurzer weiterer Drehung tritt dann die Vertiefung 19 am Anfang des Auslaßschlitzes 28 in dessen Überdeckungsbereich ein und öffnet den Auslaßschlitz 28, so daß das vorher angesaugte Medium nunmehr ausgeschoben und ggfls. komprimiert wird.

Ist man bereit ein Rückschlagventil einzusetzen, so ist es auch möglich, den Auslaßschlitz 28 in Fig. 4 wegzulassen und einen Auslaß 50 in der Anordnung nach Fig. 1 vorzusehen.

Es ist auch möglich eine Einrichtung nach Fig. 4 und eine Einrichtung nach Fig. 1 zu einer Gesamteinheit zusammenzufassen, wie dies Fig. 5 zeigt. Eine solche Einrichtung kann dann als Verbrennungsmotor mit Kompressor betrieben werden. Kompressor 31 und Motor 32 haben gemeinsame Drehachsen 33 und 34, auf denen im inneren des Kompressors bzw. des Motors die bereits beschriebenen Rotationskörper 1 und 2 bzw. 3 und 4 drehfest angeordnet sind. In einem Zwischenraum zwischen dem Kompressor 31 und dem Motor 32 ist eine Brennkammer 37 vorgesehen mit einer Zündeinrichtung 38. Die Brennkammer 37 ist kompressorseitig mit dessen Auslaßschlitz 28 und motorseitig mit dessen Einlaßschlitz 29 verbunden. Die Brennkammer 37 weist im Ausführungsbeispiel eine Einspritzeinrichtung 44 auf, die von einer Einspritzpumpe "EP" bedient wird. Diese Einspritzpumpe ist in üblicher Weise beispielsweise mit der Drehachse 34 antriebsmäßig verbunden. Die Einspritzpumpe wird aus einem Tank "T" mit Treibstoff versorgt.

Für den Betrieb komprimiert der Kompressor 31 in der zu Fig. 4 bereits beschriebenen Weise die notwendige Verbrennungsluft und treibt diese in die Brennkammer 37, die motorseitig von dem entsprechenden Rotationskörper 2 des Motors 32 geschlossen ist. Kompressorseitig wird nach dem Kompressionsvorgang die Brennkammer 37 ebenfalls geschlossen und es wird über die Einspritzleitung 44 die notwendige Menge Treibstoff eingespritzt und über die Zündeinrichtung 38 gezündet. Während die Brennkammer 37 kompressorseitig geschlossen bleibt, wird motorseitig der Einlaßschlitz 29 in der zu Fig. 1 bereits beschriebenen Weise geöffnet und der Motor 32 hierdurch angetrieben. Der beschriebene Vorgang kann sich nun ständig wiederholen.

Ebenso kann natürlich die Motoro-Kompressorkombination nach Fig. 5 auch mit anderen Medien als mit über eine innere Verbrennung aufgeheizter Luft betrieben werden, so bietet sich beispielsweise ein Dampfbetrieb an. Die Brennkammer 37 wird dann lediglich zur Druckkammer, die hocherhitzt wird und in die vom Kompressor Dampf mit relativ niedriger Temperatur hineingedrückt wird. In dieser Kammer 37, der von außen die notwendige Wärme, beispielsweise durch Erhitzung dieser Kammer, zugeführt wird, wird dann der vom Kompressor ankommende Dampf wieder überhitzt und in den Motorteil geleitet.

Es ist aber auch möglich im Dampfbetrieb den Kompressor dann wegzulassen, wenn der aus dem Motor austretende Dampf soweit rückgekühlt werden kann, daß er wieder zu flüssigem Wasser wird. Das flüssige Wasser wird dann lediglich umgepumpt in die Druckkammer 37 und dort erneut überhitzt und damit zu Heißdampf der dann wiederum den Motorteil treibt. Diese Betriebsweise ist besonders für einen offenen Kreislauf geeignet.

Es ist aber auch möglich, bei Dampfbetrieb beispielsweise den Motorteil selbst mindestens im Druckbereich ständig überhitzt zu halten und nicht Dampf sondern mit entsprechendem Druck einfach Wasser in den überhitzten Teil des Motors einzuspritzen, das dort sofort zu Heißdampf wird und die Rotationskörper damit antreibt. Dabei kann bei Bedarf auch mit so geringen Wassermengen gearbeitet werden, daß am Auslaß des Motors nach der Expansion Sattdampf oder Naßdampf austritt.

Für den Betrieb als Verbrennungsmotor ist es auch möglich bei Bedarf nicht bei jeder halben Umdrehung eine Zündung zu bewirken sondern beispielsweise nur bei jeder Umdrehung.

Aus den vorangegangenen Erläuterungen ist zu ersehen, daß sich der erfindungsgemäße Motor in seiner Grundstruktur für sehr viele Betriebsarten eignet.

Da es insbesondere bei offenen Kreisläufen auf die richtige Abdichtung gegenüber der Gehäuseumfangsinnenwand ankommt, ist die Gestaltung der Dichtstege 7-14 besonders wichtig. Damit eine sichere Abdichtung gewährleistet ist, weisen die Dichtstege 7 bis 14 an ihrer der Gehäuseumfangsinnenfläche und den Gehäuseinnenstirnseiten zugewandten Stirnseiten 56 Abdeckungen 57 auf, die beispielsweise in Form von dünnen Streifen elastisch an einer Längsseite mit dem zugeordneten Dichtsteg verbunden sind. (Siehe Fig. 9 bis 11). In Fig. 10 ist diese elastische Verbindung durch die elastische Naht 62 angedeutet. Diese elastische Naht erstreckt sich entlang der gesamten Längsseite 60 und 61. An der gegenüberliegenden Seite ist die Abdeckung 57 nicht mit dem Dichtsteg verbunden, so daß die elastische Abdeckung 57 aufgrund der Elastizität der elastischen Naht 62 von der Stirnseite des zugeordneten Dichtsteges abheben kann. Dies kann bewirkt werden vom auf der Druckseite anstehenden Druck, der unter die Abdeckung 57 packen und diese anheben kann. Dies gilt sowohl für die Abdichtung gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche als auch für die Abdichtung gegen die Gehäuseinnenstirnflächen. Natürlich sind hierfür die jeweiligen Abdeckungen 57 unabhängig voneinander beweglich.

Zur besseren Druckeinleitung, zur schnelleren Reaktion und zur besseren Druckverteilung, können die Dichtstege noch in den Druckraum einmündende Druckführungsbohrungen 58 haben, die dann im Dichtsteg nach oben zur Unterseite der jeweiligen Abdeckung 57 hin offen sind. Zur besseren Druckverteilung können dann alle diese Druckführungsbohrungen 58 über eine diese gemeinsam verbindende an der Stirnseite des jeweiligen Dichtstegs angeordnete Nut 59 verbunden sein, so daß der Druck des Druckmediums sehr schnell an die Unterseite der Abdeckung 57 gelangt und diese dann gegen die abzudichtende Fläche preßt.

Mit der Erfindung gelingt es, eine Rotationsmaschine zu schaffen, die schwingungsarm und hochtourig laufen kann und die weitgehend baugleich sowohl als Motor als auch als Kompressor eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Rotationsmaschine kann sowohl als Motor und als Kompressor im kombinierten Betrieb arbeiten als auch beispielsweise als Motor im geschlossenen Kreislauf. Ihr Aufbau ist außerordentlich einfach. Darüber hinaus kann der Motor sowohl allein als auch in Kombination mit einem Kompressor auch mit Dampf betrieben werden. Hierbei ist es möglich den Motor sowohl im geschlossenen als auch im offenen Kreislauf arbeiten zu lassen. Hierbei gelingt es, die Grundkonzeption der Einrichtung ständig beizubehalten.

• Liste der verwendeten Bezugszeichen  1 Rotationskörper
   2 Rotationskörper
   3 Rotationskörper
   4 Rotationskörper
   5 Umfangsabstand
   6 Umfangsabstand
   7 Dichtsteg
   8 Dichtsteg
   9 Dichtsteg
  10 Dichtsteg
  11 Dichtsteg
  12 Dichtsteg
  13 Dichtsteg
  14 Dichtsteg
  15 Gehäuseumfangsinnenfläche
  16 Gehäuseumfangsinnenfläche
  17 Vertiefungen
  18 Vertiefungen
  19 Vertiefungen
  20 Vertiefungen
  21 Vertiefungen
  22 Vertiefungen
  23 Vertiefungen
  24 Vertiefungen
  25 Gehäuseteil
  25′ Gehäuseteil
  26 Gehäuseteil
  26′ Gehäuseteil
  27 Kompressionsrichtung
  28 Auslaßschlitz
  29 Einlaßschlitz
  29′ Einlaßschlitz
  30 Einlaßraum
  31 Kompressor
  32 Motor
  33 Drehachse
  34 Drehachse
  35 Gehäuse
  36 Gehäuse
  37 Brennkammer
  38 Zündeinrichtung
  39 Dichtstege
  40 Düsenbohrungen
  41 Austrittsrichtung
  42 Eintrittsöffnungen
  43 Axialbohrung
  44 Einspritzeinrichtung
  45 Zwischenkammer
  46 Wärmeisolierung
  47 Kühleinrichtung
  48 Ausnehmung
  49 Pfeil
  50 Auslaß
  51 Einlaß
  52 Pfeil
  53 Dichtstelle
  54 Auslaß
  54′ Auslaß
  55 Einrichtung zur Lieferung von Wärmeenergie
  56 Stirnseite
  57 Abdeckung
  58 Druckführungsbohrungen
  59 Nut
  60 Langseite
  61 Langseite
  62 elastische Naht

Claims (14)

1. Rotationsmaschine mit zwei Rotationskörpern mit prallelen Drehachsen, wobei die Rotationskörper direkt mit ihren Umfangsflächen oder/und an zugeordneten Teilkreisen einer Umfangsverzahnung aufeinander abrollen und über eine Verzahnung drehbar miteinander zwangsverbunden sind und wobei die freie Umfangsoberfläche der Rotationskörper soweit wie möglich äquidistant von einem Gehäuse umschlossen wird und wobei das Gehäuse gegen die Stirnseiten der Rotationskörper abgedichtet ist und einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Rotationskörper (1, 2, 3, 4) gleichmäßig am Umfang verteilt und in gleichen Umfangsabständen (5, 6) mindestens zwei lamellenartig ausgebildete Dichtstege (7-14) zur Abdichtung gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche (15, 16) und den Dichtstegen am jeweils anderen Rotationskörper (1-4) zugeordnete, an den Dichtstegen (7-14) nicht dichtende Vertiefungen (17-24) aufweisen.

2. Maschine nach Anspruch 1 für Kompressorbetrieb (Fig. 4), dadurch gekennzeichnet, daß stirnseitig im Gehäuseteil (25) des nachlaufenden Rotationskörpers (1) und im Überdeckungsbereich der den Dichtstegen (10, 9) zugeordneten Vertiefungen (20, 19) ein Auslaßschlitz (28) vorgesehen ist, dessen Ende so liegt, daß er vollkommen verschlossen ist, wenn in Kompressionsrichtung (27) der zugeordnete Dichtsteg (8) des vorlaufenden Rotors (2) die Gehäuseumfangsinnenfläche (15) verläßt.

3. Maschine nach Anspruch 1 für Motorbetrieb (Fig. 1), dadurch gekennzeichnet, daß stirnseitig mindestens im Gehäuseteil (26′) des vorlaufenden Rotationskörpers (2) und im Überdeckungsbereich der den Dichtstegen (7, 8) zugeordneten Vertiefungen (17, 18) ein Einlaßschlitz (29) vorgesehen ist, dessen Anfang so liegt, daß die Öffnung beginnt, wenn die den Einlaßraum begrenzenden Dichtstege (7, 9) nach ihrem Durchtritt durch den Abwälzbereich zwischen beiden Rotationskörpern (1, 2) wieder beide an der Gehäuseumfangsinnenfläche (15) abdichten.

4. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtstege (7-14) entgegen der Drehrichtung des zugeordneten Rotationskörpers (1-4) leicht geneigt (Fig. 2) angeordnet sind.

5. Einrichtung mindestens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für Kompressorbetrieb (31, Fig. 4) und eine Einrichtung für Motorbetrieb (32, Fig. 1) derart zu einer Einheit (Fig. 5) zusammengefaßt sind, daß die parallelen Drehachsen (33, 34) durch beide Gehäuse den zugeordneten Rotationskörper tragen, wobei zwischen beiden Gehäusen 35, 36) eine Brennkammer (37) mit Zündeinrichtung (38) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Brennkammer (37) vom nachlaufenden Rotationskörper (1) der Kompressoreinrichtung (31) und der Auslaß der Brennkammer (37) vom vorlaufenden Rotationskörper (2) der Motoreinrichtung (32) gesteuert wird.

7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Einrichtung für Motorbetrieb (32) die Dichtstege (39) mit Düsenbohrungen (40) mit einer Austrittsrichtung (41) mit mindestens tangentialer Komponente ausgestattet sind, deren Eintrittsöffnungen (42) mit einer dem jeweiligen Dichtsteg 39 zugeordneten, im Rotationskörper (2) vorgesehenen Axialbohrung (43) verbunden sind, wobei eine Stirnöffnung der Axialbohrung (43) den jeweiligen Einlaßschlitz (29′) steuert.

8. Einrichtung mindestens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (37) mit einer Einspritzeinrichtung (44) für Brennstoff ausgestattet ist.

9. Einrichtung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß (29) und Auslaß (28) über eine Zwischenkammer (45) miteinander verbunden sind, wobei in Drehrichtung der Teil des Gehäuses (36) der für die Expansion genutzt wird, wärmeisoliert (46) ist, während der Rest des Gehäuses (36) als Kühleinrichtung (47) gestaltet ist und wobei die Zwischenkammer eine Einrichtung zur Einbringung von Wärmeenergie aufweist.

10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens im Einlaufbereich des vorlaufenden Dichtsteges in Umfangsrichtung über den Drehwinkel des Vorlaufs an der Gehäuseumfangsinnenfläche (15) eine Ausnehmung (48) vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtstege (7-14) mindestens an der der Gehäuseumfangsinnenfläche (15, 16) zugewandten Stirnseite (56) eine elastisch beweglich angeordnete Abdeckung (57) dieser Stirnseite (56) aufweisen, derart, daß die Abdeckung (57) vom Druckmedium einseitig angehoben werden kann.

12. Einrichtung mindestens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dichtsteg (7-14) zur Druckseite hin offene Druckführungsbohrungen (5-8), die zur elastischen Abdeckung (57) führen, aufweist.

13. Einrichtung mindestens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckführungsbohrungen (58) an ihrem der Abdeckung (57) zugewandten Ende über eine zur Abdeckung (57) in offenen Nut (59) miteinander verbunden sind.

14. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Abdeckung (57) an ihrer der Druckseite abgewandten Langseite (60, 61) mit dem Dichtsteg (7-14) elastisch verbunden und zur Druckseite hin ohne Verbindung mit dem Dichtsteg (7-14) ist.