DE8524167U1 - Rotationsmaschine - Google Patents

Description

i ί I ill« · « ·

Rotationsmaschine

Die Neuerung betrifft eine Rotationsmaschine mit zwei Rotationskörpern mit parallelen Drehachsen, wobei die Rotationskörper direkt mit ihren Umfangslfachen 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 Figur 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 Neuerung 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 Neuerung ist vorgesehen, daß für den Fall, daß eine solche Einrichtung nach der Neuerung im Kompressorbetrieb betrieben v/erden soll_s stirnseitig im Gehäuseteil des nachlaufenden Rotationskörpers und im Uberdeckungsbereich 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 der 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 Neuerung für den Fall, daß eine neuerungsgemäße Einrichtung im Motorbetrieb betrieben werden soll, vorgeschlagen, daß stirnseitig mindestens im Gehäuseteil des vorlaufenden Rotationskörpers und im Uberdeckungsbereich 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 Neuen · :, loch vorgeschlagen, daß die Dichtstege entgegen der DtfehrichtUng des

ι se

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 Neuerung noch vorgesehen, daß eine Einrichtung für Kompressorbetrieb und eine Einrichtung für Motorbetrieb derart zu einer Einheit zusammengefaßt sind, 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 Neuerung noch vorgeschlagen, daß der Einlaß der Brennkammer vom nachlaufenden Rotationskörper der Kompressoreinrichtung und der Auslaß der Brennkammer vom vorlaufenden Rotations-

t t * * · · ·■ 4 f

körper der Motoreinrichtung gesteuert wird. Dies ist die denkbar einfachste Möglichkeit der Steuerung und es sind irgendwelche Zusatzeinrichtungen nicht mehr erforderlich.

Ergänzend ist nach der Neuerung noch vorgesehen, daß bei der Einrichtung für Motorbetrieb die Dichtstege mit DUsenbohrungen 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 neuerungsgemäßen 'Einrichtung verbessert werden. Gleichzeitig wird an den Dichtstegen die Abdichtung "erbessert.

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

In weiterer Ausgestaltung ist nach der Neuerung 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

- 10 -

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 neuerungsgemäßen 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 Zwischenkairimer 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 Fichts eingebracht und muß nichts entfernt oder entgiftet werden. Auch besteht keine Funkengefahr.

Schließlich ist nach der Neuerung noch vorgesehen, daß mindestens im Einlaufbereich des vorlaufenden Dichtungssteges in Urnlaufrichtung über den Drehwinkel des Vorlaufs an der Gehäuseumfangsinnenfläche eine Ausnehmung vorgesehen ist. Auf diese Art und Weise wird erreicht, daß in diesem Bereich uer Jeweils zur Anlage an der Gehäuseumfangsinnenfläche ankommende Dichtsteg der beiden Rotationskörper dort gleichzeitig zur Anlage kommen und nicht der eine Dichtungssteg bereits

ii 44 4 4 44 4 4 «4

I'· ««4 4t* 44 444 444 4 444

- 11 abdichtet während der andere noch offen ist,

Die Neuerung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen, die AusfUhrüngsbeispiele zeigen, näher erläutert werden.

Es zeigen: Figur 1 einen Querschnitt durch eine

neuerungsgemäße Rotationsmaschine

Figur 2 Ausschnitt der Dichtungssteganlage

Figur 3 Querschnitt wie Figur 1, jedoch mit verzahnten Rotationskörpern

Figur 4 Querschnitt wie Figur 1, jedoch mit Steuerschlitzen für Kompressorbetrieb

Figur 5 Seitenansicht einer kombinierten Kompressor-Motor-Einrichtung

Figur 6 Draufsicht einer neuerungsgemäßen Einrichtung für geschlossenen Betrieb

Figur 7 Einzelansicht eines Dichtsteges mit Austrittsdüsen

Figur 8 Ansicht in Richtung des Pfeils A nach Figur 6

- 12 -

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen neuerungsgemäßen Motor 32. Figur 4 zeigt eine neuerungsgemäße 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 neuerungsgemäße Einrichtung von Motorbetrieb auf Kompressorbetrieb und umgekehrt umzurüsten. Bei einer Einrichtung nach Figur 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 Gehäuseumfangsinnenfläche 15 abdichten. Vorzugsweise sind diese Dichtstege, wie Figur 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.

I >··· ft

- 13

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.

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 aufeinander abrollen. Die aufeinander abrollenden Rotationskörper 1 und 2 haben daher 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

ν — JL *τ — ..f. β«.»..«.*..

f Verdrehung der Rotationskörper zueinander ist dann

{I ausgeschlossen. Es ist aber ebensogut möglich «wie

J dies Figur 3 zeigt- die Rotationskörper selbst an

I' ihrem Umfang mit einem Zahnkranz zu versehen, der Sich

i^; auch über die gesamte Breite der Rotationskörper

erstrecken kann. Es entstehen dann die Rotationskörper 3 und 4, die in der zu den Figuren 1 und 4 bereits beschriebenen Weise in einem dort bereits beschriebenen Gehäuse drehbar angeordnet sind. Auch diese ί

Rotationskörper 3 und 4 weisen dann wieder lamellen—

ar^.ig ausgebildete Dichtstege 11 bis 14 auf, die den ' bereits beschriebenen Dichtstegen 7 bis 10 ent-

sprechen. Diese Dichtstege 11 bis 14 dichten an ihrer

I:,' radialen Außenkante wiederum an der Gehäuseumfangs-

innenfläche 16 ab.

In der bereits zu den Figuren 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 eine Dichtkante. Während des Durchgangs eines Dichtsteges durch diesen Bereich der Dichtkante, so wie in Figur 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 Figur 3 kann sowohl als Motor als auch als Kompressor

- 15 -

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 ,

Figuren 1 und 4 beschrieben werden.

Bei einer Einrichtung nach Figur 1 für Motorbetrieb, isl der im Gehäuseteil 26' vorgesehene Einlaßschlitz 29 von einer Stirnseite des Rotationskörpers 2

abgedeckt. Während des Betriebes drehen sich die |

Rotationskörper 1 und 2 in Richtung des Pfeils 52. Die in Figur 1 dargestellte Position der Rotationskörper 1 und 2 zeigt den Beginn des Einlasses eines unter Druck

stehenden Mediums. Der Einlaßraum '30 wird hierbei j

gerade gebildet und abgedichtet von den Dichtstegen 9 I

S und 7, die gegen die Gehäuseumfangsinnenfläche abdich- f

ten 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 j

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 j

geliefert wird, sondern es kann sich auch um Ver- .'.

brennungsgase handeln, so daß die Einrichtung als ,^:

Verbrennungsmotor betrieben werden kann. Das einge- ,

lassene Druckmedium will nun expandieren und treibt daher die Dichtstege 7 und 9 in Drehrichtung der Pfeile 52 so lange rund, bis '■*, Dichtstege "ι und 9

die Position der Dichtstege 8 und 10 erreicht habüfu ρ

• ' I

- 16 -

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. Bs 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 erforderlieh.' Bei genügender

4« 4»** Im * t «4

• " ■ It · · 4 ·

- 17 -

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 Figur 1 und ein Arbeitsproze.3 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 Figur 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 Figuren 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 Figur 1 der Auslaß 50, sondern es muß für einen solchen Betriebsfall vielmehr ein Auslaßschlitz vorgesehen sein, so wie der Auslaßschlitz 28 nach der Bauart nach Figur 4. Hierauf wird bei der Beschreibung der Bauart der Figur 4 noch eingegangen. Diese Lage des Auslaßschlitzes bei einer Einrichtung nach Figur 1 vorausgesetzt, wobei dann dort der Auslaß 50 und die Auslässe 54 und 54' fehlen, wäre in der in

- 18 -

Figur 1 dargestellten Drehposition der Auslaß geschlossen und es würde der Einlaßs,chlitz 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 ι ausreichend schnell hoch erhitzt wird. Hierdurch will

' sie sich ausdehnen und es entsteht in der Zwischenkammer 45 ein großer Druck, der über den EinlaßscMitz 29 in den Einlaßraum 30 des Motors 32 einströmen kann.

ί Damit eine Überdeckung des Einlaßschlitzes 29 mit

ι einem Auslaßschlitz in der Anordnung nach Figur 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

ί 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 Nachliefe-

' rung 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 v/erden kann.

Nach ausreichender Expansion wird ein Gehäusebereich erreicht der eine Kühleinrichtung 4⁷ aufweist. In diesem Bereich wird das Druckmedium möglichst schnell

• » · «tar ·ο · •tat ·« ·» »· i< ■>>

- 19 -

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 -J₁

Arbeitstakt beginnen kann. |

Der Beti'ielj im geschlossenen Kreislauf nach den «j

Figuren 6 und 8 kann auch in der Bauform nach Figur 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 l,

auszudrückenden Mediums in die Zwischenkammer 45 ist |-

erst möglich, wenn dort der Druck entsprechend weit t

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 Figur 7 auszuführen. Der Dichtsteg 39 weist hierbei radial gerichtete Düsenbohrungen 40 auf, deren Austrittsrichtung 41 mindestens eine tangentiale Komponente aufweist. Hierdurch wird einerseits die Dichtung verbessert und andererseits der Wirkungsgrad der Einrichtung verbessert. Die Düsenbohrungen 40 münden mit ihrer Eintrittsöffnüng 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 Einlaß-

•i

". »''ti*** oy¹

schlitz 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 Figur 4 im Vergleich zu Figur 1 erkennen läßt. Der Kompressor 31 weist seitlich im Bereich zwischen den Rotationskörpern 1 und 2, die in der bereits beschriebenen Weise gestaltet sind, stirnsei tig 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 neuerungsgemäße 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 Figur 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

- 21 -

eine Drehstellung erreicht ist, wie sie in Figur 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 FiäCh Figur- 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 Figur 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 Figur 4 wegzulassen und einen Auslaß 50 in der Anordnung nach Figur 1 vorzusehen.

Es ist auch möglich eine Einrichtung nach Figur 4 und eine Einrichtung nach Figur 1 zu einer Gesamteinheit zusammenzufassen, wie dies Figur 5 zeigt. Eine solche

— 22 —

Einrichtung kann dafirt 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 AusfUhrungsbeispiel 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 Figur 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 os wird über die Einspritzeinrichtung 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 Figur 1 bereits beschriebenen Weise geöffnet und der Motor 32 hierdurch angetrieben. Der beschriebene Vorgang kann sich nun ständig wiederholen.

- 23 -

Mit der Neuerung 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 ,

neuerungsgemäße Rotationsmaschine kann sowohl als r,

Motor und als Kompressor im kombinierten Betrieb »

arbeiten als auch beispielsweise als Motor im f

geschlossenen Kreislauf. Ihr Aufbau ist außerordentlich einfach.

- 24 -

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1	Rotationskörper
2	Rotationskörper
3	Rotationskörper
4	Rotationskörper
5	Umfangsabstand
6	Umfangsabstand
7	Dichtsteg
8	Dichtsteg
S	Dichtsteg
10	Dichtsteg
11	Dichtsteg
12	Dichtsteg
13	Dichtsteg
14	Dichtsteg
15	Gehäuseumfangsinnenfläche
16	Gehäuseumfangsinnenflache
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

	- 25 -	Einlaßraum	h
	Kompressor
30	Motor
31	Drehachse
32	Drehachse
33	Gehäuse
34	Gehäuse
35	Brennkammer
36	Zündeinrichtung
37	Dichtstege
38	Düsenbohrungen
39	Austrittsrichtung
40	Eintrittsöffnungen
41	Ax i albοh rung
42	Einspritzexnrichtung
43	Zwischenkammer
44	Wärmeisolierung
45	Kühleinrichtung	•
46	Ausnehmung
47	Pfeil
48	Auslaß
49	Einlaß
50	Pfeil
51	Dichtstelle
52	Auslaß
53	Auslaß
54	Einrichtung zur Lieferung von Wärmeenergie
54'
55

I · 4 ·*·♦·♦

Claims (10)

Gebrauchsmusteranme 1 d u η g Anmelder: ?ieinz Schneider Kaisersruhestraße 87 5102 Würselen Titel: Rotationsmaschine Schutzansprüche

1. Rotationsmaschine mit zwei Rotationskörpern mit parallelen Drehachsen, wobei die Rotationskörper direkt mit ihren Umfangsflachen 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 il-4) zugeordnete, an den Dichtstegen (7-14) nicht dichtende Vertiefungen (17-24) aufweisen.

2. Maschine nach Anspruch 1 für Kompressorbetrieb (Figur 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 ver-

'.' schlossen ist, wenn in Kompressionsrichtung (27)

der zugeordnete Dichtsteg (8) des vorlaufenden Rotors (2) die Gehäuseumfangsinnenfläche (15) verläßt.

3. Maschine nach Anspruch 1 für Motorbetrieb (Figur 1), dadurch gekennzeichnet, daß stirnseitig mindestens im Gehäuseteil (26·) des vorlaufenden Rotationskörpers (2) und im Uberdeckungsbereich der den Dichtstegen (7,8) zugeordneten Vertiefungen (17,18) ein Einlaßschlitz (29) vorgesehen

: ist, dessen Anfang so liegt, daf, die Öffnung

⁽- beginnt, wenn die den Einlaßraum begrenzenden

Dichtstege (7,9) nach ihrem Durchtritt dureh deti ■! AbwälzbePeich zwischen beiden Rotationskörpern

4 · i i i it 4
• · 4 4 * * * · 4 * 4

(1,2) wieder beide an der Gehäüseumfangsinnen^ fläche (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 (Figur 2)

CtI IgOVl \A1 ΙΌ υ OXIIUi

5. Einrichtung mindestens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung für Kompressorbetrieb (31, Figur 4) und eine Einrichtung für Motorbetrieb (32, Figur 1) derart zu einer ' inheit (Figur 5) zusammengefaßt sind, daß die parallelen Drehachsen (33,34) durch beide Gehäuse (35,36) hindurchgehen und im jeweiligen 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 Kompo-

nente 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 (29¹) 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.