DE6610460U - Drehkolbenmaschine. - Google Patents

Description

γ.μ. ι au 3 I α*-ΛΗ.ϋο

Heinhold Schmidt 852o Erlangen, den 30.3.1^68 /

lilpl.-Inp:. Friedrich Bauer Str. 2o

Drehkolbenmaschine.

IAe Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine *

bestehend aus einem Gehäuse, dessen Mantelinnenfläche die Form mehrerer im Querschnitt sich überschneidender Kreiszylinder hat, und Stirnteilen, sowie mit zwei oder mehreren im Kämmeingriff stehenden p@,rsll©laehsige^n ,schraubenförmigen Drehkolben, die mit den Gehäuseteilen bei einer Drehbewegung sich ändernde Verdrängungsräume bilden, die dabei mit einem eine Zündeinrichtung enthaltenden Raum verbunden sind. Dabei können die miteinander im Eingriff stehenden Drehkolben dasselbe schraubenförmige Profil aufweisen, doch wird ihnen gewöhnlich ein voneinander abweichendes Profil gegeben.

Derartige Drehkolbenmaschinen sind als Schraubenpumpen, Pfeilrad-Druckluftmotoren, insbesondere aber als Schraubenverdichter und Entspannungsmaschinen Bauart Lysholm, bekannt geworden.

Es sind nach der deutschen Patentschrift 4-78 965 aber auch schon Drehkolben-Brennkraftmaschinen bekannt, bei weichen stirnradartig ineinandergreifende, mit Schräg- oder Winke^jähnen versehene Läufer (noch kein Lysholmprofil) verwendet werden, wobei ein Gemisch in eine Verdichterkammer gedrückt, hier gezündet wird um sich erst dann in einem Motorteil zur Arbeitsleistung auszudehnen. Eine praktische Bedeutung haben solche Maschinen nicht erlangt.

Drehkolbenmaschinen mit Schraubenrädern entsprechend Bauart Lysholm wurden in der Deutschen Patentschrift 858 44-8 als Ga skr aft maschinen :.. + ζ einer. Verbrennungsverfahren, ähnlich einer Gleichdruck-•ifiröurbine, vorgeschlagen. Die rät Rücksicht auf einen guten λ ; rv in Trrno wünschenswert hohon VorbrfnnunFKtcmiOrniur^n :n, " ■'"■ .[..■!...· ": i,tr ■;<">:· , oi.nrl.iiilo!; k'inri<-n 'lber !.<-i «1 #m .,ΐ.'·νπί·<·ί;.·;Γΐ.·-Γι ^;·"" ·"·■·.<? ■.;·! ich'.-n Mnt.erinli on unter bo:;on<ler(;r jior'ück.'riciitiruiii' e dieser Maschinenart nicht dauernd zugelassen merrier..

"-^ 2 —

Durch praktische IiVf ahrunf ist boknnnt, da J.- außer anueren :-,inf linsen, wie z.B. des Arbeitsdruckes^ im weit überwierunden Kaße durch Järmespannungen entstehende Verwerfungen von Rotoren und Gehäuse die sichere Funktion dieser Dsiuarten beeinträchtigen. Insbesondere ist dabei aber das durch die adiabatische oder polytropische Expansion des Arbeitsmittels entstehende Temperaturrefälle in allen vorgenannten Maschinen nur in Grenzen tragbar.

Der Erfindung liefet die Auf Rabe zugrunde, derartige Verdränrungs- ζ

räume bildende Drehkolbenmaschinen als Verbrennunpskraftroasehinen X

so zu betreiben, daß ungleichmäßige Temperaturverteüungen in den U aktiven Maschinenteilen und infolgedessen ungleichmäßige Laufspiele

verhindert werden. i

Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung die nach Ein- ,; leitung einer Drehbewegung sich vergrößernden Verdrängungsräume > gleichzeitig oder nacheinander mit den Zuleitungen für gasförmige j Arbeitsmittel und den Zuleitungen für gesteuerte Kraftstoffzufuhr, ; dann unmittelbar mit den Zündeinrichtungen, die nach Abschluß der Verdrängungsräume von den Arbeitsmittelzuleitungen durch die Ge- ^f hauseteile eine Verbrennung der Kraftstoffe auslösen und schließlich mit den Austrittsöffnungen verbunden, wobei in an sich be- ; kannter Weise mindestens der eine Drehkolben im Querschnitt ge- } sehen Rippen mit konvexem Profil hat, die zum größten Teil außer- " halb des Teilkreises liegen und zumindest einer der anderen Drehkolben im Querschnitt gesehen Rippen mit konkaven Profil besitzt, ^ die zum größten Teil innerhalb des Teilkreises liegen.

Auf diese Weise ergibt sich ein Dreitaktverfahren, bei dem das Arbeitsmittel von den Verdrängungsräumen angesaugt,, der zugeführte - =;■> Kraftstoff pulsierend gezündet und verbrannt, durch den sich an- -: schließenden Entspannungsvorgang die Maschine angetrieben und danach von den Drehkolben das Arbeitsmittel wieder ausgestoßen wird. Die vorteilhaften Eigenschaften der Schraubendrehkolbenmaschxnen (wie Selbstreinigungseffekt, Schluckfähigkeit für inkompressible bedien und einfacher mechanischer Aufbau ähnlich einer Turbomaschine) 'werden so mit den Vorteilen eines pulsierenden, motorischen Arbeitsverfahrens bei Verbrennungskraftmaschinen verbunden, indem die thermisch nochbelasteten Maschinenteile wie Rotoren und Gehäuse Pausenzeiten erhalten. Auf diese V/eise kann sich eine gleichmäßige Teaperaturverteil-ung innerhalb und zwischen diesen Teilen einstellen, woiait die Einhaltung der Laufspiele erreicht wird.

-7.3.74

Mit besonderem Vorteil enthält die Zündeinrichtung Laserstrahler, so daß der Kraftstoff allseitig vom Zentrum der Verdrängungsräume von einer Zündlinie oder -fläche aus abbrennt. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Kraftstoff durch Ansaugung und/oder Einblasung und/oder Einspritzung zuführbar ist. Durch die hohe Absorption der Laserstrahlung eignet sich Kohlenstaub oder Kohle-Wasser-Emulsion sehr gut als Kraftstoff, aber auch Wasserstoff mit seinen hohen Verbrennungsgeschwindigkeiten kann genutzt werden. Eine andere Möglichkeit zur Zündung ist eine elektrische Funkenstrecke, die in vortüilhafterweise unmittelbar dem von den schraubenförmigen Drehkolben durchlaufenen Kaum zugeordnet ist.

In einfacher v/eise ist vor, während oder nach der Zündung eine Innenkühlung möglich, indem die Verdrängungsräume an Kühlmittel zuführende Leitungen angeschlossen sind* wobei eine evtl. Kühlflüssigkeit auch gleichzeitig die Aufgabe einer Dichtflüssigkeit übernimmt.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird der als Verbrennungskraftmaschine arbeitenden Drehkolbenmaschine vorteilhafterweise ein Verdichter vorgeschaltet. Eine konstruktive Vereinfachung kommt hinzu, wenn der Verdichter ein Schraubenverdichter ist und dieser zusammen mit der Drehkolbenmaschine eine Baueinheit mit gemeinsamen. Wellen bildet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Drehkolbenmaschine als ein Aggregat mit mehreren Verdichtern, die in an sich bekannter Weise auch als Entspannungsstufen arbeiten, auf mehreren oder einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Auf diese Weise werden Teile des Aggregates als Motoren für sich arbeitsfähig.

Um Achsialschübe auszugleichen, können dabei diese Aggregate schraubenförmige Drehkolben mit Abschnitten entgegengesetzter •Steigung -nach der Art einer Pfeilradverzahnung ~ erhalten, wobei das Gehäuse Öffnungen hat, die jeweils mit den in den Abschnitten gebildeten Verdrängungsräumen in Verbindung stehen. Durch diese Öffnungen wird das Arbeitsmittel zugeführt oder abgexeitet.

Insbesondere bei Verwendung der Drehkolbenmaschine als Gin Aggregat mit mehreren Entspannungsntufen entstehen bei der Innenkühlung mit Flüssigkeiten Gas-iJampf-Gemische (z.B. Verbrennunp.sluft-V/asserdimpf ). Eine Erweiterung des Erfindunp.sgedankens besteht darin, die Gas-Dampf-Gemischanteile in Abhängigkeit von Druck und/oder der Temperatur auf aer Einlaßseite und/oder Temperatur auf der Auslaßseite einer nachgeschalteten Entspannungsstufe mengenmäßig zu verändern. Auf diese Weise kann die Kondensation von Dampfanteilen erreicht werden» Die entstehende Flüssigkeit verbessert die Abdichtung una die freiwerdende Kondensationswärme vergrößert das Arbeitsvermögen des verbleibenden Gases.

Durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist der für Gasturbinen anrestrebte liricsson-i'rozeß mit besserer Annäherung durchführbar als nit den bisher verwendeten Lethoden. Durch die V/ahl des Kraftstoffes bzw. Beachtung dessen Keaktionsgeschwinaigkeit, Steuerung der Wärmezufuhr über die Art und/oder Kenge des Kraftstoffes ganz oder teilweise .nach der mathematischen Funktion für die Isotherme, sowie Anordnung, Zahl und Größe eier einzelnen Einsnritzöffnungen wird eine isotherme Erwärmung der i-iaschine erreicht. Darunter ist nicht nur im Grenzfall eine in allen Einzelteilen gleichwarme Maschine zu verstehen. Hiermit ist; auch gemeint j daß die Temperaturverteilung oder auch der Temperaturgradient in den Drehkolben und den Gehäuseteilen nur solche Wärmedehnungen zur Folge hat, die die Gleichmäßigkeit bzw. Einhaltung der Laufspiele nicht gefährdet.

Mit Temperaturmeßfühlern für die aktiven Maschinenteile kann nicht nur die Beobachtung der Temperatur sondern auch die Voraussetzung für eine richtige Einstellung des Einspritzvorganges oder sogar dessen selbsttätige Steuerung bzw. Regelunr erreicht ^: werden.

Die Schraubendrehkolbennaschine, insbesondere Bauart Lysholr,, die an sich schon ein ritteldinr zwischen Kolben- und Turbor.nrchinc:

darstellt, besitzt vorteilhafte Eigenschaften vcnteicien. Durch oie vorgeschlagene Arbeitsweise , wenn vor allen Dingen auch noch Wärme tauscher in Anspruch renoiämen werden, kcr.raer. weitere Vor". .Ie (Ericsson-Prozeß) und neue Sirenschaften (isotherme Verbrennung) hinzu.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert Es zeigen:

Fig. 1 einen Korizontalschnitt durch eine

Drehkolbenmaschine mit vereinfachter Ansicht der schraubenförmigen Rotoren und der Laser-Zündeinrichtung,

Fig. 2 einen vertikalen Län&s-Teilschnitt durch den vereinfachten Hauptrotor mit einer Lichtbogen-Zündeinrichtung,

Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt nach Linie I - I in Fig. 2 mit den Einrichtungen für Laser oder wahlweise elektrischer Zündung und zwar für die heute üblichen Rotoren mit Lysholm-Profil sowie dem angedeuteten Gehäusemantel,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines zweiwelligen erfindungsgemäßen Schraubendrehkolben-Aggregates und den Steuereinrichtungen für die Beeinflußung der Innenkühlung bzw. des entstehenden Gas-Dampf-Gemisches,

Fig. 5 ein Blockschaxtbild eines einwelligen erfindungsgemäßen Schraubendrehkolben-Aggregates mit Wärmetauscher bei einstufiger geheizter Expansion.

• '··■ j η

Die in ?ig« 1 dargestellte Drehkolbenmaschine weist zwei / { ^ miteinander im schraubenförmigen Kämmeingriff stehende Rotoren 1 und 2 auf, von denen der Hauptrotor 1 sowie der Nebenrotor 2 im Querschnitt gesehen mit drei Rippen versehen sind. Das Ausführungsbeispiel bezieht, sich aber auch auf solche Naschinen, bei denen Haupt- und Nebenrotoren in der Zahl der Rippen und auch in der Profilform voneinander abweichen. Die Wellen beider Rotoren sind in den Seitenteilen 3 und 5 mit ien Lagern 6 gelagert. Die Rotoren 1 und 2 umschließt das Gehäuse 4-, dessen Innenfläche die Form zweier im Querschnitt sich überschneidender Zylinder aufweist.

Durch die Gleichlaufzahnräder 7 und 8 wird ein berührungsloser Lauf der Rotoren 1 und 2 erreicht. Den Seitenteilen 3 und 5 sind die Schutzhauben 9 und 1o zugeordnet. Weiterhin besitzt das Seitenteil 3 die Fenster 15 und 16, die für die Strahlung der Laser 11 und 12 durchlässig sind und mit Hilfe der Sammellinsen 13 und 14- in den Verdrängungsräumen, die durch die Rotoren 1 und 2, Seitenteil 3 und Gehäuse 4- gebildet werden, die von den Brennpunkten 17 und 18 ausgehende Zündung eines Kraftstoffes gestatten.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel mit elektrischer Zündung dargestellt . Dabei wird der Unterbrecherkontakt 21 durch einen der Rotoren 1 oder 2 so betätigt, daß mittels Spannungsquelle 22 der Zündspule 23 und den Zuleitungen 24-an den Elektroden 25 und 26 eine so hohe Spannung entsteht, daß Verbrennungsvorgänge in den sich bildenden Verdrängungsräumen durch einen Lichtbogen 27 gezüriet werden. Der Kraftstoff wird dabei zusammen mit dem gasförmigen Arbeitsmittel durch die Eintrittsöffnung ?o zugeführt und nach Beendigung des Arbeitsvorganges durch die Austrittsöffnunr I9 abgeführt.

Anstelle der elektrischen Funkenzündunp mittels der Elektroden 25 und 26 sind auch handelsübliche Zündkerzen entweder im Seitenteil 3 und/oder Gehäuse 4· möglich.

— 7 ~

Pig. 3 zeigt einen Querschnitt des Seitenteiles 3 nach Linie I - I in Pig. 2 mit der Einlaßöffnung 2o mit heute üblichen Rotoren 1 und 2 entsprechend dem Lysholm-Frofil. Weiterhin eingezeichnet ist der Gehäusemantel 4, die Elektroden 26 sowie die Öffnungen für die Elektroden 25, die Öffnungen 28 und 29 für die Kraftstoffzufuhrleitungen zur Einspritzung oder Einblasung.

Die Fenster 15 und 16 gestatten den Durchgang der Laserstrahlung, während die Öffnungen 3o an die Zufuhrleitungen für Kühlmittel zur Innenkühlung angeschlossen sind.

Pig. 4 zeigt in einem Blockschaltbild, wie durch eine zweiwellige Anordnung von Schraubendrehkolbenmaschinen mit dem als Verdichter 3^ durch die gemeinsame Welle 38 eine erfindun&sgemäß pulsierend gezündete Drehkolbenmaschine 41 und der Entspannunpsmaschine 44 durch die Welle 46, ein Generator 47 betrieben werden kann. Daoei wird das gasförmige Arbeitsmittel durch die Zuleitungen 3¹ > der Kraftstoff j.irch die Zuleitung 32 in die Eintrittsöffnung 33 des Kompressors

34 geleitet und nach der Verdichtung über die Austrittsoffnung

35 in die Eintrittsöffnung 4o der als Motor arbeitende Drehkolbenmaschine 41 weitergeleitet. Mittels der Zündeinrichtungen 37 und/oder der Kraftstoffzufuhr 36 wird ein Verbrennungsvorgang eingeleitet, bei dem das Arbeitsvermögen der Verbrennungs-r gase einmal zum Antrieb des Kompressors ?4 und außerdem zur Aufladung des Speichers 42 über die Austrittsöffnungen 39 dient. Der Speicher 42 ist über die liintrittsöffnung 43 mit der Entspannungsmaschine 44 verbunden, über deren Austrittsöffnung; das Arbeitsmittel durch den Auslaß 52 an die Umgebung zurückgegeben wird. Zur Innenkühlung der erfindungsgemäß pulsierend gezündeten Drehkolbenmaschine 41 dient das über die Zufuhrleitung 56 durch die hydraulische Steuereinrichtung 55 zur Verfügung stehendes Kühlmittel 54. Durch den Meßfühler 48 für den Druck sowie den Meßfühler 4-9 für die Temperatur des Arbeitsmittels im Speicher 42 und durch den Meßfühler 5° für die Temperatur des aus der Entspannungsmaschine 44 austretenden Arbeitsmittels beeinflußt die elektrische und/oder mechanische Steuereinrichtung 51 die hydraulische Kondensation in der Entspannungsmaschine 4a immer wieder mi⁺ verwendet wird.

Fir". 5 stellt aas Blockschaltbild einer einwelligen Anor:-. .nr von ^rehkclbenmaschinen dar. jer Verdichter 34, der an oic.:. nicht an aie Bauart einer Schraabendrehkolbenmaschine ge: ur..e:. istjuno. die erfindungsneniß pulsierend gezündete Drenkoloeni..a. c: ine ^y*1 besitzen in .lior.oi.i Beispiel lic ₍"i!irioinr.,'iii!0 V/t; i N? *>■■ ■ i ι«· uier* (i i ο .·/'.·! lc ^;Κ) Ί(»η * Ί· · r 11 · ι ·* ι Lor Λ7 'int, r

lias gasförmige Arbeitsmittel,vorzugsweise Luft,dem auch Kühlmittel oder auch Dichtflüssi^keit zuremischt sein kann, rel.nrz durch aie Zuleitung 5^ i^· die Eintrittsöffnunr; 55 des Verdichters y-f una weiterhin durch dessen Austrittsöffnunr; 35 in den Wärmetauscher 57. Kach Erwärmung des Arbeitsmittels tritt es durch die üintrittsöffnung, 40 in die als Motor arbeitende Drehkolbenmaschine 41.

Kittels der Zündeinrichtungen 37 und/oder der Kraftstoffzufuhrleitunpen 36 wird der Verbrennunrcsvorranp; eingeleitet und gesteuert „ während die Zuleitung 56 zur Kühlmittelzufuhr für d.e Innenkühlung dient. Durch die Austrittsöffnung 39 wird das erhitzte Arbeitsmittel dem Wärmetauscher 5'' zugeführt und nach Abgabe seines »vänaeinhaltes durch den Auslaß 52 an aie Umgebung zurückgeleitet,

In dieser schaltung, uie nicht an die einwellige Ausführung gebunden ist, kann durch geheizte Expansion eine Annäherung an den Ericsson-Prozeß erreicht werden. D r/o ei könnt η Druck- und/oder Temper.iturabfall beispielsweise im Warnietau^chcr aurch Steuerung der Kraftstoff- bzw. Wärmezufuhr nicht nur kompensiert sondern sogar weit überkompensiert werten.

3 Wirkungsweise ist folgende:

rch die Einlaßöffnung 2o strömt das Arbeitsmittel, das bereits ^verdichtet sein kann, und auch Kraftstoff in die von den Rotoren and 2 und dem Seitenteil 3 sowie dem Gehäuse 4 gebildeten Veringungsräume. Nach Einleitung einer Drehbewegung entsprechend ι in Fig. 3 angegebenen Drehrichtungen werden diese Verdranguftgs- ime von der Einlaßöffnung 2o laufend abgetrennt. Erst dann -wird 3 Zündung vorzugsweise durch die Laserstrahler 11 und 12 oder rch Lichtbogenzündung mittels der Elektroden 25 und 26 oder auch rch übliche Zündkerzen vorgenommen. Es sind aber auch Zündeinchtungen bekannt geworden, die nur durch Einspritzung eine emische Reaktion verursachen. Die Laserzündung eignet sich insbendere für große Maschinen, weil dann die Verbrennung im Zentrum r sich bildenden Verdrängungsräume ausgelöst werden kann. Es ist η besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine, ß die Verdrängungsräume durch ihre Bewegung an den Zündeinchtungen vorbei eine Zündlinie oder Zündfläche erzeugen und somit e Sicherheit des Zündvorganges erhöhen. Bei zusätzlicher Begung des Laserstrahles in radialer Richtung der Rotoren kann ese Wirkung noch vergrößert werden. Durch die Öffnungen 28 und ir die Kraft-stoffz-ufuhr wird der Verbrennungsablauf nach der indung steuerbar. Die weitere Drehung der Rotoren 1 und 2 führt tnach 2ur Expansion des erhitzten Arbeitsmittels, bis durch die 'inungen 3° die Kühlmittel z.B. eine Flüssigkeit zugeführt wird, .e gleichzeitig die Aufgabe einer Dichtflüssigkeit erfüllt. Auf Lese V/eise ergibt sich ein Dreitaktverfahren, mit den Arbeitsikten: Ansaugen, Verbrennen und Entspannen und danach Ausströmen ler Äusscnieben.

r. Fir;· 5 ^ezeitcten Elektroden 25, Fenster für Laserstrahler j '»ο, Anschlüsse für Kraftstoff zufuhr 28 und 29 sowie für .itteizufuhr 3° sind nicht nur auf das Seitenteil 3 beschränkt, "rr. .iucn ir. Gehp.usenantel 4- nörlich und können jeweils einer. r.er.reren Veräränrunrsraumen zugeordnet sein. Die Kraftstoff- .T ·:■.! Gari-D aer VorV-rennunrsablauf lassen sich so durch cie rechend bemessenen und angeordneten Öffnungen 28 und P3 steuerr nuicrüche wie pulsierende Einspritzvorrichtunren sind άηζτα ve: ar. Die Laserzündeinrichtunrren 11 und 12 gestatten insbes. die nr von FCohlenstaub bzw. Kohle—s'asser-Emulsionen.

ca η i.iPrt - « -,,

33

Die hohen zulässigen Drehzahlen der Rotoren 1 und 2, bedingt durch den einfachen mechanischen Aufbau, ermöglichen als Kraftstoff die Verwendung von Wasserstoff mit seinen hohen Verbrennungsgeschwindigkeiten und sauberen ungiftigen Abgasen.

Besondere Vorteile bietet ein in Pig. 4 dargestelltes Aggregat aus mehreren Drehkolbenmaschinen mit einer Kompressionsstufe J4 und zwei Expansionsstufen 41 und 44.

Die Lösung ist nicht an die zweiwellige Ausführung gebunden, sondern auch einwellig anwendbar. Auf diese Weise wird eine größere Ausnützung der Arbeitsfähigkeit des gasförmigen Arbeitsmittels ermöglicht· Während das Aggregat $H- und 41 mit optimaler Drehzahl und Wirkungsgrad arbeitet, kann die Entspannungsraaschine 44 auf die speziellen Antriebsbedingungen einer Arbeitsmaschine oder elektrischen Generators 4? zugeschnitten und auch durch Steuerung vor der Einlaßöffnung 43 in der Drehzahl regelbar gemacht werden. Während das Aggregat 34 und 41 durch einwellige Anordnung weitgehend durch gegen= überliegende Anordnung der Hochdrucköffnungen 35 und 4o achsschubentlastet werden kann, ist aus diesem Grunde für die Entspannungsmaschine 44 eine pfeilförmige Verzahnung einer Schraubendr-ehkolbenmascbine vorteilhart.

Die Entspannung des Arbeitsmittels durch die Drehkolbenmaschine 44 führt in vorteilhafterweise bis zu aiedrigea u-emneraturen. Um das in allen Betriebszuständen zu erreichen, wird durch die Steuereinrichtung 5I mit Hilfe der Meßfühler 48 für den Druck und Meßfühler 49 für die Temperatur auf der Einlaßöffnung der zweiten Entspannungsstufe sowie durch Meßfühler 5o auf: der Auslaßseite 45 die hydraulische Steuereinrichtung 55 beeinflußt; Auf diese Weise wird das Kühlmittel 54 und/oder 53 wiederholt verwendbar. Durch die Expansion des Gas-Dampf-Gemisches, bedingt durch Innenkühlung der erfindungsgemäß pulsierend gezündeten Drehkolbenmaschine 41, entsteht einmal Dichtflüssigkeit in der zweiten Expansionsstufe 44 und ■_t weiterhin vergrößert die freiwerdende Kondensationswärme das

Arbeitsvermögen des verbleibenden Gases.

Bei Zufuhr des Kühlmittels in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge ist jedoch eine ähnliche aber einfachere Betriebsweise möglich.

- 11 -

- 11 -

Eine ganz besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit nach Fig. ergibt sich, v/enn erfindunrsgei'iiiß die pulsierend gezündete Drehkolbenmaschine 41 durch die gesteuerte Kraftstoffzufuhr isotherm expandiert. Das bedeutet aber die bessere Verwirklichung des Ericsson-Prozesses nls beispielsweise nach dem Ackefet-Koller-Verfahren mit der dort erforderlichen vielstufigen Verbrennung. Im Zusammenhang mit einem innengekühlten Schraubendrehkolbenver·· dichter 34 wird eine Annäherung an die isotherme Verdichtuns, rait dem Wärmetauscher 57 der isobare Wärmeaustausch von dem komprimierten kalten zu dem entspannten heißen Arbeitsmittel möglich* Bei genügend hoher Arbeitsmitteltemperatur (nach dem Anlauf) oder Verwendung entsprechender Kraftstoffe können bei Selbstzündung die vorgesehenen Zündeinrichtungen abgeschaltet werden.

Der bei höchstens 9o % liegende Austauschgrad der heute bekannten Wärmetauscher hat nun zur Folge, daß das Arbeitsmittel an der Eintrittsöffnung 4o nicht die gleiche Temperatur wie an der Austrittsöffnung 39 erreicht. Deshalb ist die Verbrennung bzw. die Kraftstoffzufuhr und/oder die Zahl, die Anordnung und die Größe der Öffnungsquerschnitte der Kraftstoffzufuhrleitungen 36 unter Berücksichtigung der Reaktionsgeschwindigkeit des verwendeten Kraftstoffes so zu wählen, daß nach Einleitung der Zündung der durch den Wärmetauscher bedingte Temperaturabfall kompensiert wird und danach die gewünschte isotherme Expansion erfolgt.

Die zur gleichmäßigen thermischen Belastung der aktiven Maschinenteile gesteuerte Wärmezufuhr kann z.B. durch Temperaturmeßfühler an diesen Teilen in ihrer Wirkungsweise beobachtet werden. Solche Meßfühler sind aber auch zur richtigen Einstellung des Sinspritzvorganges oder sogar zur selbsttätigen Steuerung bzw. Regelung vorteilhaft verwendbar.

Über weitere, hier nicht im Einzelnen besprochene Schaltungsmöglichkeiten, für getrennt komprimierende und expandierende Wärmekraftmaschinen sei auf eine Zusammenstellung von J.Kruschik "Die Gasturbine",Seite 13, Springer-Verlag Wien 196o, hingewiesen.

Die im Vergleich zu Hubkolbenmaschinen aufwendigere getrennte Kompression und Expansion gestattet andererseits gerade deshalb eine außergewöhnliche Freizügigkeit. So sind von den allgemein be-

kannten Verpleichsprozessen, mit Ausnahme des Stirlinrc-i rozesses, der Bricsson-, Joule-, Diesel-, Otto- oder Carnot-Prozeß und auch deren Kombinationen von dieser Haschinenart insbesondere durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise durchführbar.

Von den Vorteilen der Schraubendrehkolbenmaschine ausgehend können bei ihrer Verwendung als Wärmekraftmaschine noch folgende hinzugefügt werden:

1.) Kompression und Expansion können jeweils optimal ausgelegt werden. Ss wird eine gute Annäherung an den Ericsson-Prozeß erreicht.

2.) Der Maschinentyp kennt keine schädlichen Räume, weder beim Verdichter noch im Motorteil. Tatsächliche Annäherung an die ideale Verbrennungskraftmaschine.

3.) Innenkühlung der Verdrängungsräume -.B. durch Flüssigkeiten, . das bedeutet, daß verdampftes Kühlmittel Arbeit leistet. Die Kühlflüssigkeit verbessert die Abdichtung und es gibt keine Abnützung der Dichtungsmittel.

4-.) Durch optimale Expansionsverhältnisse unter besonderer Berücksichtigung der Verhältnisse eines Zweistoffgemisches (Wasserdampf-verbrennungsluft) werden niedrige Austrittstemperaturen erreicht.

5.) Verwendung sonst nicht übliciher Kraftstoffe.

12 Patentansprüche
5 Fi

- 13 -

Claims (1)

1. PAfSO 913-2A66 <7

   1.) Drehkolbenmaschine, bestehend aus einem Gehäuse, dessen r.antelinnenf lache die Forr. r.ehrerer in Querschnitt sich überschneidender Kreis-syiinder hat, und Stirnteiien, sowie mit zwei oder r.ehreren im Kämmeinrriff stehencen parallelachsigen schraubenförmigen Drehkolbcr; , die r.i; den Gehäuseteilen bei einer Drehbewegung sich ändernde Verdrängungsräume bilden, die dabei mit einem eine Zündeinrichtung enthaltenden Raum verbunden sind, dadurch rekennzeichnet, daß die nach Einleitung einer Drehbewerung sich vergrößernden Verdrängungsräuiae gleichzeitig oder nacheinander mit den Zuleitungen für gasförmige Arbeitsmittel und den Zuleitungen für gesteuerte Kraftstoffzufuhr, dann unmittelbar mit den Zündeinrichtungen, die nach Abschluß der Verdrängungcräume von aen Arbeitsmittelzuleitungen durch die Gehäuseteile eine Verbrennung der Kraftstoffe auslösen und schließlich mit den Austrittsöffnunpen verbunden sind, wobei in an sich bekannter .veise mindestens der eine ürehkolben im Querschnitt gesehen Rippen mit konvexem Profil hat, die zum größten Teil außerhalb des Teilkreises liegen und zumindest einer der anderen Drehkolben im Querschnitt gesehen Rippen mit konkavem Profil besitzt, die zum r.r'6Ut,":n } Teil innerhalb des Teilkreises liegen.

   2.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1, aadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung Laserstrahler enthält.

   3.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Zündung in dem vonden schraubenförmigen Drehkolben durchlaufenen Raum erfolgt.

   *+.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere staubförmige Kraftstoffe oder Kraftstoffemulsioncn aurch Ansaugung und/oder Einblasung und/ocer Einspritzung zuführbar sind.

   5.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1 bis 4·, dadurch rekennst·., net, daß die V'erdrängunrsräi;me an Kühlmittel zuführende Leitungen angeschlossen sind.

   &6W60-7.3.74

   ο.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch y, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdichter vorgeschaltet ist.

   7-) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, aaß Verdichter una dis Drehkolbenmaschine eine ·"Baueinheit mit gemeinsamen ivelien sind.

   8.) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolbenmaschine als ein Aggregat mit mehreren Verdichtern, aie m an sich bekannter Weise auch als Encspannungsstufen arbeiten, auf einer femeinsamen oder mehreren Wellen angeordnet sind.

   9·) Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, aaß die schraubenförmigen Drehkolben mit Abschnitten entgegengesetzter Steigung versehen sind und daß das Geh:.use Öffnungen für die Arbeitsmittelzu- oder abfuhr besitzt, die mit den in den Abschnitten gebildeten Verdrängungsräurr.en in Verbindung stehen.

   1o.) Drehkoltenmaschine, nach Anspruch 8 oaer 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmittel ein Gas-Dampf-Gemisch benutzt v/ird, dessen Gemischanteile in Abhängigkeit von Druck und/oder der Temperatur auf der Sinlafiseite und/oder der Temperatur auf der Auslaßseite der Drehkolbenmaschine beeinflußt weruen, so daß durch Kondensation von Dampfanteilen Dichtflüssigkeit entsteht und die Kondensationswärme aas Arbeitsvermögen des verbleibenden Gases vergrößert.

   11») Drehkolbenmaschine, nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung des Kraftstoffes derartig steuerbar ist, so daß eine isotherme Erwärmung aer Drehkolben und Gehnuseteile und/oder eine isotherme Verbrennung in aen Verdrängun^c- k rauinen erzielt wird.

   12.) Drehkolbenmaschine, nach Ancoruch 11, dadurch rekennzeic.:. t, da.·; 2'iU Steuerung bzw. Regelung des Yerbrep.nuri{'svorp;an,~eL ui or die Kraftstoffzufuhr den Drehkolben und/oder Gehäuseteiien Temperaturfühler zugeordnet sind.