DE69000473T2 - Fluidummaschine mit rotierender bewegung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Motor, der ein Antriebsfluid verwendet, um vermittels der Wirkung von Kolben, die zu entsprechenden Zylindern gehören, welche in einem oder mehreren mit derselben Welle verbundenen Rotoren angeordnet sind, die Drehbewegung der Welle selbst zu erzeugen.
• Es sind Fluid-Motoren und -Pumpen bekannt, die einen Rotor umfassen, der in exzentrischer Weise in einem festen Gehäuse gelagert ist, das mit radialen oszillierenden Schaufeln versehen ist, die dazu dienen, mit der Innenwand des Gehäuses Kammern mit veränderlichem Volumen zu begrenzen, in denen die Expansion des Fluids stattfindet.
• Insbesondere sind gekapselte Rotationsmotoren bekannt, die speziell mit komprimierter Luft arbeiten, doch ist die Verwendung dieser Motoren auf nicht zu große Leistungen und/oder auf die Erzeugung hoher aber nur sehr kurz andauernder Schwungmomente begrenzt; diese Begrenzungen haben ihre Ursache unter anderem in einem geringen Wirkungsgrad, der mit mechanischen Verlusten, sowie Wärme- und Fluid-Verlusten verbunden ist.
• Es sind auch Sternmotoren für komprimierte Luft mit radialen Zylindern bekannt, deren Kolben einzeln oder einander paarweise gegenüberliegend mit der Kurbelwelle verbunden sind; diese Motoren sind jedoch schwer und besitzen einen beträchtlichen Raumbedarf.
• Insbesondere beschreibt GB-A-20609 einen Brennkraftmotor, bei dem eine Trommel mit einem Zylinderkranz beweglich auf der Kröpfung einer Kurbelwelle montiert ist, die so befestigt ist, daß sie sich bezüglich der Achse der Welle exzentrisch dreht, und bei dem ein Schwungrad, an dem die Füße der Pleuelstangen, die aus den Zylindern der oben erwähnten Trommel austreten, angelenkt sind, sich frei auf derselben festen Welle unter der Wirkung des Antriebs dreht, der von der Trommel vermittels mehrerer Kniegelenke mit Scharnier übertragen wird; die feste Welle und die Kröpfung sind hohl, um an dem einen Ende eine Versorgung mit Brennstoff und am anderen Ende das Austreten der Verbrennungsgase durch entsprechende Eintritts- und Austrittsöffnungen zu ermöglichen, die in den Zylindern vorgesehen sind.
• Diese Art von Motor erfordert es jedoch, das Schwungrad vermittels eines Riemens anzutreiben; er verwendet Verbindungsmittel zwischen der Trommel und dem Schwungrad, die eine offene kinematische Kette bilden, die eine Bewegungsumkehr sowie eine Umkehr der Strömung des Betriebsfluids nicht ermoglicht, und erteilt im übrigen dem Schwungrad eine nicht konstante momentane Winkelgeschwindigkeit, so daß sich zeigt, daß sich der Motor nicht einwandfrei im Gleichgewicht befindet; im übrigen ist es erforderlich, die feste Tragwelle der Länge nach zu durchbohren.
• Aus der Druckschrift BE 371.137 ist eine Reaktions-Rotationsmaschine bekannt, die zwei exzentrische Kränze umfaßt, die vermittels einer Gruppe von Zylindern und Kolben miteinander wechselwirken, und von denen der eine, nämlich der innere (3) die Zylinder (5) und die Verteilerkammer für das Betriebsfluid trägt, während der andere, nämlich der äußere, die Pleuelstangen der Kolben trägt.
• Bei dieser bekannten Rotationsmaschine ist jedoch vorgesehen, daß die Versorgung der Verteilerkammer vermittels einer Öffnung erfolgt, die im Inneren des inneren Kranzes (3) vorgesehen ist, was eine erhöhte Komplexität der Konstruktion zur Folge hat, hinsichtlich des Abgleichs der Öffnung sehr enge Toleranzen auferlegt, damit das dynamische Ungleichgewicht des betreffenden Kranzes in akzeptablen Grenzen gehalten werden kann, und die Ansprechkapazität des inneren Kranzes (3) hinsichtlich der Eigenschaften der Biege- und Torsions-Beanspruchung vermindert.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen. Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Fluid-Rotationsmotor geschaffen wird, der folgende Bestandteile umfaßt: Wenigstens einen Hauptrotor mit wenigstens einem Zylinderkranz mit den entsprechenden Kolben und Pleuelstangen, die über den Umfang des Rotors hinaus vorspringen, einen Hilfsrotor, der sich um eine Achse dreht, die bezüglich des Hauptrotors exzentrisch ist, und an dem die Füße der Pleuelstangen angelenkt sind, sowie Verteilungseinrichtungen für das Fluid an die Zylinder des Hauptrotors, wobei bei diesem Motor der Hauptrotor mit einer beweglichen Welle des Motors fest verbunden ist und bei dem die Verbindungseinrichtungen für die Rotoren von identischen und gleich orientierten Kurbelbacken mit zwei Drehzapfen gebildet werden, von denen der eine dem Hauptrotor und der andere dem Hilfsrotor zugeordnet ist und die einen Achsabstand aufweisen, der gleich der Exzentrizität des Hilfsrotors bezüglich des Hauptrotors ist, so daß sie sich in Übereinstimmung miteinander mit der gleichen momentanen Winkelgeschwindigkeit und dem gleichen Motordrehmoment bezüglich des Hauptrotors bewegen.
• Gemäß der Erfindung ist vorteilhafterweise vorgesehen, den Kolbenhub dadurch gezielt zu variieren, um ihn von der Exzentrizität des Hilfsrotors unabhängig zu machen, daß die Füße der Kolbenstangen vermittels einer Zwischenkurbel mit einem Gelenk verbunden sind, das die beiden Rotoren verbindet.
• Die Dank der Erfindung erzielten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß ein erfindungsgemäßer Motor, der mit komprimierter Luft versorgt wird, im Vergleich zu bekannten Motoren einen konstanteren Motordrehmomentwert besitzt, daß er bezüglich bekannter gekapselter Motoren mit Radialzylindern einen deutlich niedrigeren Verbrauch aufweist, daß er einen verminderten Platzbedarf und ein geringeres Gewicht aufweist, die niedriger sind, als diejenigen der heute bekannten Motoren, daß er in sich sehr gut im Gleichgewicht ist und deshalb kein Gegengewicht benötigt und daß er einen einfachen Aufbau besitzt, der zu einer sehr hohen Zuverlässigkeit führt.
• Diese und weitere Vorteile und Eigenschaften ergeben sich für den Fachmann noch deutlicher aus der folgenden Beschreibung und unter Heranziehung der Zeichnung, die praktische Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergeben, ohne in irgendeiner Weise einschränkend zu sein; in der Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 in schematischer Weise eine Schnittansicht eines Fluidmotors mit einem Kranz von vier Zylindern gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
• Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie A-A aus Fig. 1,
• Fig. 3 eine detaillierte Queransicht der Verteilungsanordnung für den Motor aus Fig. 1,
• Fig. 4 eine Queransicht einer Abwandlung des Motors aus Fig. 1, und
• Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie B-B aus Fig. 4.
• Wie man den Fig. 1 bis 3 entnimmt, umfaßt ein Fluid- insbesondere Druckluft-Rotationsmotor gemäß der Erfindung in einer vereinfachten Ausführungsform als wesentliche Bestandteile:
• - Einen ersten oder Hauptrotor 1 in der Form eines Parallelepipeds mit einer einem unregelmäßigen Achteck entsprechenden Kontur, der vier Zylinderkammern 11, d.h. gleiche, koplanare Zylinder mit offenem Boden in Übereinstimmung mit den Seitenflächen des Achtecks enthält, wobei die Längsachse "x" eines jeden Zylinders 11, die senkrecht zu diesem Boden ist, einen entsprechenden Radius "r" des Rotors 1, der senkrecht zu der betreffenden Achse "x" ist, im gleichen Abstand ''e" von der Rotationsachse "Z" des Rotors 1 so schneidet, daß die Achse "x" eines jeden Zylinders 11 zur besagten Achse "Z" nicht koplanar ist;
• jeder Zylinder 11 umschließt und führt einen entsprechenden Kolben 3 mit der entsprechenden Pleuelstange 4, die durch den Boden des Zylinders 11 aus dem Rotor 1 herausragt, wobei der Rotor 1 fest mit der Drehwelle 2 in Eingriff steht, die ihrerseits über Lager 20 an einem Gehäuse 5 montiert ist,
• - einen zweiten oder Hilfsrotor 6 in Form einer zylindrischen Kapsel, der den Hauptrotor 1 umschließt und auf Lagern 61 des Gehäuses 5 so montiert ist, daß er sich um seine eigene Achse "z" dreht, die zur Rotationsachse "Z" des Hauptrotors 1 parallel ist, und dessen Exzentrizität "E" gleich dem besagten Abstand "e" ist; der Hilfsrotor 6 ist mit dem Hauptrotor 1 über vier koplanare und gleich orientierte Kurbelbacken 7 verbunden, die sich um die beiden entsprechenden Achsen "z1" und "z6" drehen, die zueinander und zur Achse "Z" des Hauptrotors 1 parallel sind und deren gegenseitiger Abstand gleich der Exzentrizität "E" ist, wobei der Fuß 40 einer jeden Pleuelstange 4 des Hauptrotors 1 am Hilfsrotor 6 vermittels eines Zapfen 63 angelenkt ist, dessen Achse "z4" parallel zur Rotationsachse "Z" des Hauptrotors 1 ist;
• - Verteilungseinrichtungen 8 für die Druckluft an die Zylinder 11 des Hauptrotors 1, die einen zylindrischen Körper 80 umfassen, der axial am Gehäuse 5 befestigt ist und in dem zwei Leitungen 81 und 82 vorgesehen sind, von denen die Leitung 81 dazu dient, die Druckluft in die Zylinder 11 durch eine entsprechende seitliche Öffnung 12 der Zylinder hindurch einzuführen, und von denen die andere Leitung 82 dazu dient, die verbrauchte Luft der Zylinder 11 durch dieselbe Öffnung 12 hindurch abzuführen, nachdem eine zur Vervollständigung der aktiven Phase erforderliche Winkelrotation des Hauptrotors 1 erfolgt ist.
• Gemäß den Fig. 4 und 5 der beigefügten Zeichnung ist der Pleuelstangenfuß 40 einer jeden Pleuelstange 4 am Zapfen 71 einer entsprechenden Zwischenkurbel 70 angelenkt, deren einer Drehpunkt mit dem Zapfen 72 eines entsprechenden Kurbelbackens 7 ausgerichtet und an diesen gekoppelt ist. Die Länge der Arme 73 der Kurbel 70 bestimmt im Verhältnis zur Länge der Kurbelbacken 7 die Hubweite der Kolben 3 in der Weise, daß diese in geeigneter Weise vorgewählt werden kann, um einen Hub der Kolben 3 zu erzielen, der größer oder kleiner als "2E" ist.
• Es ist möglich, die Anzahl der Zylinder 11 für jeden Kranz abzuwandeln und einen Hauptrotor 1 mit einem oder mehreren Kränzen von Zylindern 11 zu realisieren: Die Umfangslinie des Hauptrotors 1 kann dabei irgendeiner einfachen geschlossenen ebenen Figur entsprechen, wie z.B. einem Kreis oder einem Polygon.
• In entsprechender Weise kann der Hilfsrotor 6 den Pleuelstangen 4 eines oder mehrerer Kränze von Zylindern 11 und auch einem oder mehreren Hauptrotoren 1 zugeordnet werden. Es versteht sich von selbst, daß mehrere Haupt- und Hilfsrotoren 1 und 6 in Reihe montiert werden können, wobei eine einzige Motorwelle 2 vorhanden ist.
• Im übrigen können die Achsen "x der Zylinder 11 eines jeden Kranzes, die ein und demselben Hauptrotor 1 zugehören, koplanar oder in anderer Weise auf parallelen Ebenen angeordnet sein und können eine beliebige Richtung besitzen, die zu den zugehörigen Radien des entsprechenden Hauptrotors parallel ist oder mit diesen zusammenfällt.
• Es ist offensichtlich, daß die Vorrichtung dann, wenn man die Welle 2 von außen her antreibt, als Ansaugpumpe oder als Kompressor arbeiten kann.
• In entsprechender Weise kann der erfindungsgemäße Motor thermische Energie ausnutzen und dabei als Motor mit externer Verbrennung (beispielsweise mit Wasserdampf) oder als Motor mit interner Verbrennung (beispielsweise mit einem Benzin-Luft-Gemisch) arbeiten.

Claims (11)

1. Fluid-Rotationsmotor mit wenigstens einem Hauptrotor (1) mit einem oder mehreren Kränzen von Zylindern (11) mit den entsprechenden Kolben (3) und Pleuelstangen (4), die sich über den Umfang des Hauptrohrs (1) hinaus erstrecken,

einem Hilfsrotor (6), der sich um eine Achse (z) dreht, die zur Achse (Z) des Hauptrotors (1) exzentrisch ist, und an dem die Füße (40) der Pleuelstangen (4) angelenkt sind,

Verbindungseinrichtungen für die beiden Rotoren (1, 6), und

Verteilungseinrichtungen für das Fluid auf die Zylinder (11) des Hauptrotors (1),

dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptrotor (1) mit einer Drehwelle (2) des Motors fest verbunden ist, und daß die Verbindungseinrichtungen des Hilfsrotors (6) mit dem Hauptrotor (1) mehrere identische und gleich orientierte Kurbelbacken (7) mit zwei Drehzapfen umfassen, von denen der eine dem Hauptrotor (1) und der andere dem Hilfsrotor (6) zugeordnet ist und die einen Achsabstand aufweisen, der gleich der Exzentrizität des Hilfsrotors (6) bezüglich des Hauptrotors (1) ist, um eine momentane Winkelgeschwindigkeit und ein Motordrehmoment des Hilfsrotors (6) zu erhalten, die der momentanen Winkelgeschwindigkeit und dem Motordrehmoment des Hauptrotors (1) gleich sind.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Zylinder (11) ein und desselben Kranzes koplanar sind.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Zylinder ein und desselben Kranzes sich in parallelen Ebenen befinden.

4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Zylinder (11) ein und desselben Kranzes zu den entsprechenden Radien des Hauptrotors (1) parallel sind oder mit diesen zusammenfallen.

5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen (7) des Hilfsrotors (6) mit dem Hauptrotor (1) mehrere identische und gleich orientierte Kurbelbacken (7) mit zwei Drehzapfen umfassen, von denen der eine dem Hauptrotor (1) und der andere dem Hilfsrotor (6) zugeordnet ist und die einen Achsabstand aufweisen, der gleich der Exzentrizität des Hilfsrotors (6) bezüglich des Hauptrotors (1) ist.

6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (40) der Pleuelstangen (4) am Hilfsrotor (6) mit Hilfe eines entsprechenden Zapfens (63) angelenkt ist.

7. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtungen (8) für das Fluid einen Körper (80), der am Gehäuse (5) befestigt ist, mit zwei Leitungen (81, 82) umfassen, von denen die eine zum Einführen und die andere (82) zum Evakuieren des Fluids dient und die mit einer entsprechenden seitlichen Öffnung (12) des Zylinders (11) in Verbindung treten.

8. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umkehrung der Strömung des Betriebsfluids eine Umkehr der Bewegung der Motorwelle (2) bewirkt.

9. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Fluid mit erhöhter Temperatur als thermischer Motor mit Außenverbrennung arbeitet.

10. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Fluid mit erhöhtem Druck, das durch Verbrennung erzeugt wird, als thermischer Motor mit interner Verbrennung arbeitet.

11. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er bei Betätigung der Motorwelle (2) von außen her als Pumpe oder als Kompressor arbeitet.