DE586292C - Drehkolbenbrennkraftmaschine mit Hilfsfluessigkeit - Google Patents

Drehkolbenbrennkraftmaschine mit Hilfsfluessigkeit

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DE586292C
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Description

  • Drehkolbenbrennkraftmaschine mit Hilfsflüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenbrennkraftmaschine mit Hilfsflüssigkeit und besteht darin; daß die einzelnen Arbeitskammern gegeneinander, und. gegenüber dem Gehäuse mit besonderen Mitteln abgedichtet und teilweise mit der Hilfsflüssigkeit gefüllt sind.
  • Die Energieabgabe bei Brennkraftmaschinen mit einer Hilfsflüssigkeit geschieht bisher in der -Weise, daß die Energie über die von den gespannten Gasen in Bewegung gesetzte Hilfsflüssigkeit auf die Flügel des Läufers übertragen wird. Es handelt sich somit um turbinenartig, arbeitende Maschinen. Im Bereich der Gase sind bei solchen Maschinen die Arbeitskammern durch die Hilfsflüssigkeit vorzüglich gegeneinander abgedichtet, dagegen ist bei den bisher bekanntgewordenen Bauarten im Bereich der Hilfsflüssigkeit weder eine besondere Abdichtung der Zellen untereinander noch gegen das Gehäuse vorgesehen: Man hat bisher also versucht, die von den Gasen an die Hilfsflüssigkeit übertragene Energie aus dieser durch reine Strömungswirkung wieder herauszuholen und an die Maschinenwelle zu übertragen. ' Wie Versuche gezeigt haben, ist es bei derartigen ' Maschinen schwierig, einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, wie weiter unten noch erläutert wird.
  • Andererseits sind Maschinen bekanntgeworden, bei denen Zellen untereinander ttnd gegen das Gehäuse mit geeigneten Mitteln mechanisch abgedichtet sind, aber ohne Verwendung einer Hilfsflüssigkeit. Unüberwindliche Betriebsschwierigkeiten haben sich bei derartigen "Maschinen dadurch ergeben, daß die mit verhältnismäßig hoher Gleitgeschwindigkeit laufenden Abdichtungen unter dem unmittelbaren Einfluß der heißen Verbrennungsgase stehen müssen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sollen die beiden Systemen anhaftenden Mängel dadurch vermieden werden, daß gleichzeitig Hilfsflüssigkeit verwendet wird und die Arbeitskammern gegeneinander und gegen das Gehäuse mechanisch abgedichtet werden.
  • Eine bekannte Brennkraftmaschine mit dynamischer Energieumsetzung zwischen Hilfsflüssigkeit und Welle zeigt die Abb: z. Die umlaufenden Hubzellen oder Brennkammern sind gleichmäßig am Umfang eines Laufrades verteilt. Die Hilfsflüssigkeit bildet in den Zellen einzelne Kolben, -welche bei der Drehung durch die Fliehkraft nach außen gedrückt werden und relativ zum Laufrad vorwiegend radial aus und ein schwingen. Im Zweitaktbetrieb wird während des Einwärtsschwingens ein in der äußeren Totlage Ta der Flüssigkeitskolben eingebrachtes Gemisch verdichtet und in der inneren Totlage Ti gezündet; während des Auswärtsschwingens expandiert das gezündete Gemisch und drückt dabei die Wasserkolben nach außen. In der äußeren Totlage wird gespült und frisch geladen. Die Hubbewegung der Wasserkolben wird durch einen Kanal a im stillstehenden Gehäuse b ermöglicht. Dieser Kanal läßt in der Expansionszone c aus den Zellen d des Laufrades e die Flüssigkeit unter hohem Druck austreten und führt sie in der Verdichtungszone f den Zellen g unter niedrigerem Druck, aber mit höherer Geschwindigkeit wieder zu. Durch die Rückwärtskrümmung der äußeren Schaufelwände la erzielt man eine dynamische Umsetzung der von der Hilfsflüssigkeit in Form von potentieller Energie aufgenommenen Gasarbeit in die mechanische Energie der umlaufenden Welle.
  • Der hydraulische Prozeß ist bei diesen Maschinen deshalb nicht besonders wirtschaftlich, weil der Umführungskanal a und die Neigung der äußeren Zellenwände lt nur nach der mittleren Strömungsgeschwindigkeit, nicht jedoch nach der jeweils herrschenden gestaltet werden kann. Bei Teillast tritt eine schlechtere Verdichtung ein, wodurch der Verbrennungsprozeß unwirtschaftlich wird. Da die Kolben frei beweglich sind, ist die Verdichtung hier abhängig von der Ausdehnung auf der anderen Seite und somit von der Güte der Verbrennung. Es stehen also die statische Energieabgabe vom Gas an die Flüssigkeit und die dynamische von der Flüssigkeit an die Welle nicht miteinander in Einklang.
  • Es sind auch bereits Maschinen ohne den in Abb. i dargestellten besonderen Kanal a bekannt. Es findet aber auch hier ein Strömen der Flüssigkeit zwischen den Arbeitskammern statt, da die Hilfsflüssigkeit ebenfalls nicht unterteilt ist.
  • Zum Zweck der Sicherung der Betriebsbedingungen für den Verbrennungsprozeß erhält nach vorliegender Erfindung jede Arbeitskammer eine eigene, gegen die Nachbarzellen dicht abgegrenzte Flüssigkeitsfüllung, welche bei der Umdrehung der Drehtrdmmel zwangsläufig, in der Hauptsache in radialer Richtung, hin und her geschoben wird. Der Hub und damit der Verdichtungsgrad sind bei Teillast gleich wie bei Vollast, wodurch sich immer ein günstiger Verbrennungsprozeß ergibt. Jede Zelle ist selbständig; etwaige Störungen in der Verbrennung bleiben also auf die betreffende Zelle, in der sie entstanden sind, beschränkt.
  • Die Flüssigkeit legt sich bei der Drehung der Drehtrommel gegen die äußere Führungsbahn, die im allgemeinen als Kreiszylinder ausgebildet ist. Die Achse dieses Zylinders liegt exenzentrisch zur Drehtrommelachse, so daß sich die Flüssigkeit in den Zellen radial ein- und auswärts bewegt, und zwar bei jeder Umdrehung einmal. Will man zwei Doppelhübe je Umdrehung, so wird die Führungsbahn elipsenartig ausgebildet usw. .Den Übertritt der Flüssigkeit von einer Zelle zur anderen bei den zwischen zwei benachbarten Zellen auftretenden Druckunterschieden verhindern bewegliche Organe, die in geeigneter Weise zwischen den Zellenwänden des Laufrades und der exzentrisch liegenden Führungsbahn angeordnet sind. Solche Organe, die zum Teil bei Drehkolbenbrennkraftmaschinen ohne Hilfsflüssigkeit bereits bekannt sind, im vorliegenden Fall jedoch besonders geeignet erscheinen, sind. beispielsweise Schieber, die in Schlitzen der Zellenwände geführt, oder solche, die U-förmig über die Zellenwände gestülpt sind, oder Drehflügel, die an der Drehtrommel oder an einem mitlaufenden Ring befestigt sind, oder Zahnräder u. dgl., wie weiter unten beschrieben.
  • Abb. i zeigt, wie bereits erwähnt, die bekannte Anordnung mit dem im stillstehenden Gehäuse angeordneten Leitkanal, Abb.2 die erfindungsgemäße Anordnung mit Schiebern, die sich radial hin und her bewegen und sich durch die Fliehkraft gegen die Führungsbahn legen, Abb.3 die Anordnung mit gelenkig befestigten oder biegsamen Drehflügeln, die an der Drehtrommel befestigt sind, Abb. q. die Anordnung mit gelenkig befestigten oder biegsamen Drehflügeln, die an einem mitlaufenden Ring befestigt sind, Abb. 5 die Anordnung mit Verzahnungen; Abb.6 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine derartige Maschine; die Abb. 7 bis i i zeigen besondere Ausbildungen von Schiebern, Drehschiebern und Gleitbahnen.
  • In Abb.2 werden die Hubzellen oder Arbeitskammern i des Laufrades z gegen ihre Nachbarzellen durch Schieber 3 abgegrenzt, die sich in Schlitzen q. der Zellenwände 5 radial hin und her bewegen und sich durch ihre Fliehkraft gegen die Führungsbahn 6 des stillstehenden Gehäuses 7 legen. In Abb. 7 ist ein solcher Schieber 3, der in Schlitzen ¢ der Zellenwände 5 geführt ist, in vergrößertem Maßstab dargestellt. An Stelle der in Schlitzen geführten Schieber können auch, wie Abb.8 zeigt, U-förmige, über die unverletzten Zellenwände 5 gestülpte Abdichtungsschieber 8 treten. Eine weitere Ausführung der Abdichtung wird erreicht durch die in Abb.9 dargestellte Anordnung von U-förmigen, über die Zellenwände 5 gestülpten Schiebern 9 mit Gelenkschuhen io. Die Gleitverhältnisse lassen sich durch einen mitlaufenden Gleitring i i verbessern, wie dies in Abb. io dargestellt ist.
  • In den Abb.3 und 4 werden die Hubzellen i gegen ihre Nachbarzellen durch Drehflügel12 bzw. 13 abgegrenzt, die entweder nach Abb. 3 an der Drehtrommel 2 oder nach Abb. 4 an einem mitlaufenden Ring 1¢ befestigt sind. In der Abb. 3 sind unten gelenkig an der Drehtrommel 2 befestigte Drehflügel 1.2 dargestellt, die sich durch die Fliehkraft gegen die feste Führungsbahn 6 oder entsprechend Abb. io gegen einen Laufring i i legen, während oben fest an der Drehtrommel 2 befestigte Drehflügel 13 dargestellt sind, die ganz oder teilweise aus einem biegsamen Material hergestellt sind und sich entweder gegen die feste Führungsbahn 6 oderentsprechend Abb. io gegen einen Laufring ii legen. In der Abb. 4 sind oben gelenkig an dem mitlaufenden Ring 14 befestigte Drehflügel 12 dargestellt, die mit dem freien Ende auf den radialen Zellenwänden 5 gleiten, während unten fest am mitlaufenden Ring 14 befestigte Drehflügel 13 dargestellt sind, die ganz oder teilweise aus einem biegsamen Material hergestellt sind und auf den radialen Zellenwänden 5 gleiten. Die Drehflügel halsen gegenüber den Schiebern den Vorteil geringerer Reibungsverluste, geben jedoch keine so gute Abdichtung von Zelle zu Zelle und damit keinen so geschlossenen Hubraum wie die Schieber. Diese Nachteile vermeidet die Ausführungsform der Drehflügel 23 nach Abb. ii, welche nicht diejenige Zellenwand abdichten, an der sie befestigt sind, sondern die benachbarte. Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß die Resultierende der auf die Drehflügel wirkenden Flüssigkeitsdrücke möglichst durch die Gelenkachse geht, so dai3 die Flüssigkeitsdrücke kein Drehmoment auf die Flügel ausüben, wie dies bei den beschriebenen, gelenkartig angeordneten Flügeln sonst der Fall ist.
  • In Abb. 5 ist eine beispielsweise Ausführungsform dargestellt, bei welcher die erfindungsgemäße Betriebsweise mit Hilfe von Verzahnungen herbeigeführt wird. Die Drehtrommel 15 greift mit den dazu besonders ausgebildeten Rippenenden 16 in das geeignet verzahnte Rad 17, welches exzentrisch zur Drehtrommelwelle im Gehäuse i 8 drehbar gelagert ist. Die Zähnezahlen von Drehtrommel und Zahnrad unterscheiden sich dabei um eins. Man erkennt aus der Abbildung deutlich, wie die zwischen Drehtrommel und Zahnrad eingeschlossenen Räume bei der Drehung größer oder kleiner werden.
  • In Abb. 6 ist ein senkrechter Schnitt durch eine solche Brennkraftmaschine dargestellt. Auf der Welle i9 sitzt das Laufrad 2, dessen Zellendichtungselemente 2o sich gegen die Führungsbahn 6 legen, mit welcher die Zylinderdeckel 2i und 22 fest verbunden sind, in denen die Ein- und Auslaßöffnungen sitzen.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Drehlcolbenbrennkraftmaschine mit Hilfsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß durch radial bewegte Schieber (3) oder gelenkig befestigte oder biegsame Drehflügel (i2 bzw. 13) oder durch zahnartigen Eingriff des Drehkolbens (i5 und 16) meinen mitumlaufenden Zylinder (i7) oder durch ähnliche Mittel einzelne Arbeitskammern gebildet werden, die gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse abgedichtet iuid teilweise mit der Hilfsflüssigkeit gefüllt sind.
  2. 2. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkig angeordneten oder biegsamen Drehflügel (i2 bzw. 13) an einem mitlaufenden, exzentrisch zur Maschinenwelle angeordneten Ring (i i) befestigt sind.
  3. 3. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (8) U-förmig über die Laufradrippen (5) gestülpt sind.
  4. 4. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (3, 8 oder 9) sich gegen einen in der Führungsbahn (6) umlaufenden Ring (i i) legen.
  5. 5. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (9) mit besonderen Gleitschuhen (io) gelenkig verbunden sind, die sich nach der Neigung der Führungsbahn (6) einstellen.
  6. 6. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die als Drehschieber ausgebildeten Dichtungsschieber (23) ihren Drehpunkt an der benachbarten Zellwand (5) haben und gegen die zugehörige Zellwand in einem um diesen Drehpunkt konzentrischen Zylinderspalt abdichten.
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RU2286462C2 (ru) * 2004-06-28 2006-10-27 Владимир Николаевич Костюков Газогидравлическая турбомашина

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